Thủy triều
Vật lý > Lịch sử vật lý thủy triều

Nghiên cứu vật lý thủy triều là quan trọng trong sự phát triển ban đầu của cơ học thiên thể, với sự tồn tại của bán nhật triều được giải thích bởi lực hấp dẫn của Mặt Trăng. Sau đó nhật triều được giải thích chính xác hơn bởi sự tương tác của lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời.
Seleukos xứ Seleucia đưa ra lý thuyết vào khoảng năm 150 TCN cho rằng thủy triều là do Mặt Trăng gây ra. Ảnh hưởng của Mặt Trăng đến các vùng nước cũng được đề cập trong Tetrabiblos của Ptolemy.
Trong De temporum ratione (Đoán định của Thời gian) viết năm 725 Bede liên kết bán nhật triều và hiện tượng thay đổi độ cao thủy triều với Mặt Trăng và các pha của nó. Bede bắt đầu bằng cách lưu ý rằng thủy triều lên xuống chậm khoảng 4/5 giờ mỗi ngày, giống như Mặt Trăng mọc và lặn chậm khoảng 4/5 giờ mỗi ngày. Ông tiếp tục nhấn mạnh rằng trong hai tháng âm lịch (59 ngày) thì Mặt Trăng vòng quanh Trái Đất 57 lần và có 114 thủy triều. Bede sau đó quan sát thấy rằng chiều cao của thủy triều thay đổi theo tháng. Các thủy triều ngày càng tăng được ông gọi là malinae và các thủy triều ngày càng giảm là ledones và mỗi tháng được chia thành bốn phần gồm 7 hoặc 8 ngày với các malinae và ledones xen kẽ. Trong cùng một đoạn, ông cũng lưu ý đến tác động của gió trong kìm hãm thủy triều. Bede cũng ghi nhận rằng thời gian thủy triều thay đổi theo từng vị trí. Về phía bắc nơi ở của Bede (Monkwearmouth) thủy triều đến sớm hơn, còn về phía nam thì muộn hơn. Ông giải thích rằng thủy triều "rời bỏ những bờ biển này cốt để có thể tràn vào nhiều hơn ở những [bờ biển] khác khi nó đến đó", lưu ý rằng "Mặt trăng báo hiệu sự dâng lên của thủy triều ở đây, báo hiệu sự rút xuống của nó ở các khu vực khác cách xa khu vực này khoảng một phần tư bầu trời".
Sự hiểu biết thời trung cổ về thủy triều chủ yếu dựa trên các tác phẩm của các nhà thiên văn Hồi giáo, trở thành có sẵn thông qua bản dịch tiếng Latinh bắt đầu từ thế kỷ thứ 12. Abu Ma'shar (mất khoảng năm 886), trong cuốn Introductorium in astronomiam (Giới thiệu về thiên văn học) của ông, đã chỉ ra rằng triều xuống và triều lên là do Mặt Trăng gây ra. Abu Ma'shar đã thảo luận về các ảnh hưởng của gió và các pha Mặt Trăng tương đối so với Mặt Trời lên các thủy triều. Vào thế kỷ 12, Nur ad-Din al-Bitruji (mất khoảng năm 1204) quan niệm rằng thủy triều là do sự luân chuyển chung của các thiên thể.
Simon Stevin trong De spiegheling der Ebbenvloet (Thuyết về triều xuống và triều lên) năm 1608, đã bác bỏ một lượng lớn các quan niệm sai lầm vẫn còn tồn tại khi đó về triều xuống và triều lên. Stevin đã biện hộ cho ý tưởng cho rằng sự hấp dẫn của Mặt Trăng chịu trách nhiệm về thủy triều và đã phát biểu bằng các thuật ngữ rõ ràng về triều xuống, triều lên, triều cường và triều kém, nhấn mạnh rằng cần có thêm các nghiên cứu tiếp theo.
Năm 1609 Johannes Kepler cũng gợi ý chính xác rằng lực hấp dẫn của Mặt Trăng gây ra thủy triều, dựa theo những quan sát và tương quan cổ xưa.
Galileo Galilei trong Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (Đối thoại liên quan đến hai hệ thế giới chính) năm 1632, trong phần Đối thoại về thủy triều, đã đưa ra lời giải thích về thủy triều. Tuy nhiên, thuyết tạo ra là không chính xác khi ông gán thủy triều cho sự chuyển động sóng sánh của nước do chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời. Ông hy vọng sẽ cung cấp bằng chứng cơ học về sự chuyển động của Trái Đất. Giá trị của thuyết thủy triều của ông bị tranh cãi. Galileo đã từ chối diễn giải về thủy triều của Kepler.
Isaac Newton (1642-1727) là người đầu tiên giải thích thủy triều là sản phẩm của lực hấp dẫn từ các khối thiên văn. Diễn giải của ông về thủy triều (và nhiều hiện tượng khác) đã được xuất bản trong Principia (1687) và sử dụng thuyết hấp dẫn vạn vật của ông để giải thích sức hấp dẫn của mặt trăng và mặt trời là nguồn gốc của các lực tạo ra thủy triều.
Newton và các tác giả khác trước Pierre-Simon Laplace đã giải quyết vấn đề từ góc độ của một hệ tĩnh (thuyết cân bằng), đưa ra một phép tính gần đúng mô tả các thủy triều có thể xảy ra trong một đại dương phi quán tính bao phủ toàn bộ Trái Đất. Lực tạo thủy triều (hoặc thế năng tương ứng của nó) vẫn phù hợp với thuyết thủy triều, nhưng như là một đại lượng trung gian (hàm cưỡng bức) chứ không phải là kết quả cuối cùng; thuyết này cũng phải xem xét phản ứng thủy triều động lực đã tích lũy của Trái Đất đối với các lực áp vào, với phản ứng này chịu ảnh hưởng của độ sâu đại dương, sự tự quay của Trái Đất và các yếu tố khác.
Năm 1740, Viện Hàn lâm Khoa học Pháp ở Paris đã trao giải cho tiểu luận lý thuyết tốt nhất về thủy triều. Daniel Bernoulli, Leonhard Euler, Colin Maclaurin và Antoine Cavalleri đã cùng nhau chia giải thưởng này.
Maclaurin đã sử dụng thuyết của Newton để chỉ ra rằng một quả cầu nhẵn được bao phủ bởi một đại dương đủ sâu dưới tác động của lực thủy triều từ một vật thể gây biến dạng duy nhất là một hình phỏng cầu thuôn dài (về bản chất là hình bầu dục ba chiều) với trục chính hướng về vật thể gây biến dạng. Maclaurin là người đầu tiên viết về các hiệu ứng tự quay của Trái Đất khi chuyển động. Euler nhận ra rằng thành phần chiều ngang của lực thủy triều (chứ không phải thành phần chiều dọc) dẫn dắt thủy triều. Năm 1744 Jean le Rond d'Alembert đã nghiên cứu các phương trình thủy triều đối với khí quyển không bao gồm sự tự quay.
Vào năm 1770 thuyền ba buồm HMS Endeavour của James Cook đã mắc cạn tại Rạn san hô Great Barrier. Những cố gắng đã thực hiện để làm nổi nó trong thủy triều kế tiếp đã thất bại, nhưng thủy triều sau đó đã nâng nó lên một cách dễ dàng. Trong khi con thuyền được sửa chữa ở cửa sông Endeavour Cook đã quan sát các thủy triều trong khoảng thời gian 7 tuần. Vào lúc triều kém, cả hai thủy triều trong ngày đều tương tự nhau, nhưng vào lúc triều cường thì thủy triều đã tăng 7 foot (2,1 m) vào buổi sáng nhưng 9 foot (2,7 m) vào buổi chiều.
Pierre-Simon Laplace đã xây dựng một hệ thống các phương trình vi phân riêng phần liên quan đến dòng chảy ngang của đại dương với chiều cao bề mặt của nó, là thuyết động lực học đầu tiên cho thủy triều. Các phương trình thủy triều Laplace vẫn còn được sử dụng cho đến nay. William Thomson, Nam tước Kelvin thứ nhất đã viết lại các phương trình của Laplace theo các thuật ngữ của độ xoáy cho ra các lời giải mô tả các sóng bị mắc kẹt ven bờ, được gọi là sóng Kelvin.
Những người khác, bao gồm Kelvin và Henri Poincaré, tiếp tục phát triển thuyết của Laplace. Dựa trên những phát triển này và thuyết mặt trăng của E. W. Brown mô tả các chuyển động của Mặt Trăng, Arthur Thomas Doodson đã phát triển và công bố năm 1921 sự phát triển hiện đại đầu tiên của thế năng tạo ra thủy triều ở dạng hài hòa: Doodson phân biệt 388 tần số thủy triều. Một số phương pháp của ông vẫn được sử dụng.