20 istorija fizike

Dr Miroslav Kuka

ISTORIJA FIZIKE

MMVII

PREDGOVOR

Zna~ajniji napredak u poku{ajima da se shvati priroda i utvrde njene op{te zakonitosti zapo~elo je u doba anti~ke gr~ke civilizacije, oko 600 god. pre na{e ere. Epoha velikih gr~kih filozofa (Platona, Aristotela, Heraklita, Demokrita i dr.) trajala je pola milenijuma. Najve}i uticaj na razvoj znanja o prirodi imao je u to vreme Aristotel (384322. pre n. e.). Jedan od njegovih na~ina mi{ljenja je (izvo|enje op{tih zaklju~aka iz pojedina~nih ~injenica). Ovakvi zahtevi za unutra{njom uskla|eno{}u doprineli su sna`nom razvoju matematike, filozofije i umetnosti, dok su za znanja o prirodi bili ko~nica napretka. Zaostajanje nauke o fizi~kim pojavama posledica je i potcenjivanja eksperimentalnog rada, za koji se tada smatralo da je manuelna, a ne intelektualna delatnost, dakle, aktivnost niè vrste. Zbog nipoda{tavanja eksperimenta i favorizovanja ~istog rasu|ivanja, anti~ka gr~ka nauka o prirodi ostavila je malo rezultata trajne vrednosti. Od mnogobrojnih mislilaca toga doba, jedan od retkih koji je dao rezultate bio je Arhimed. On je prvi koristio matematiku u opisu pojava koje je prou~avao, otkrio je zakone plivanja tela i primenjivao ih u re{avanju prakti~nih problema. Civilizacija starog Rima, koja je smenila gr~ku, kao i kasnija, arapska civilizacija, nisu znatnije doprinele poznavanju fizi~kih pojava. Uzrok tome bilo je jednostrano interesovanje za prakti~nu primenu znanja. Iz tih epoha trag su ostavili samo Klaudije Ptolomej (II vek) i arapski nau~nik Alhazen (IX vek), i to u astronomiji, matematici i optici. U srednjem veku, vladaju}e crkveno u~enje uzdiglo je Aristotela do najve}eg nau~nog autoriteta, {to je imalo za posledicu produètak zastoja u razvoju znanja o fizi~kim pojavama. Osloba|anju od vladavine aristotelovskih zabluda, do ~ega je do{lo u doba renesanse, pomogla je pojava radova Kopernika, Keplera, Galileja i Njutna, a u velikoj meri doprinela su i u~enja engleskih filozofa najvi{e Rodèra Bekona (12101294). U svojim delima on je zasnovao i razradio eksperimentalnu metodu istraìvanja. Prvi koristi re~ zakon u vezi sa prirodnim pojavama. Tu re~

su, ina~e, upotrebljavali teolozi u zna~enju bo`je nare|enje. Ovo teolo{ko zna~enje ostavilo je traga u terminologiji: jo{ i danas se ~esto pi{e i govori da se neka pojava pokorava tom i tom zakonu, da u prirodi vladaju takvi i takvi zakoni, iako vi{e ne mislimo da je te zakone prirodi nametnuo njen stvoritelj (ili bar neki od nas tako ne misle). Istorija fizike kao egzaktne nauke zapo~inje tek u XVII veku radovima italijanskog nau~nika Galileja. U prou~avanju kretanja i drugih pojava, on je prvi koristio eksperiment i merenja, na osnovu kojih je analizom otkrivao zakone. Neposredni nastavlja~ Galilejevog pionirskog rada bio je Isak Njutn, koji je dao jedan od najve}ih doprinosa fizici u raznim njenim oblastima. Radovima Njutna i njegovih mnogobrojnih savremenika u XVIII veku zapo~eo je bujni razvoj fizike, koji traje bez prekida sve do na{ih dana. [ta jo{ predstavlja karakter fizike, ~ime se ona bavi i kako se razvijala? Is~itavaju}i sadràje ove knjige moète i sami da date odgovor na ovo pitanje.

Autor

SADR@AJPredgovor Fizi~ari koje ne moèmo da zaboravimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ta je nauka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Razvoj fizike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Atomistika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Razvoj radioaktivnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Razvoj nuklearne fizike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Hronologija dualizma prostorno vremenskog definisanja od klasi~ne do kvantne mehanike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 Algoritam intuitivne kritike postoje}eg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Inercijalne osobine tela u klasi{noj mehanici . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3 Prostorno - vremenski odnosi u Njutnovoj mehanici . . . . . . . . . 3.4.4 Komparativno korelativni stavovi o prostoru i vremenu od Bo{kovi}a do Ajn{tajna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gnoseologija primene modela u savremenoj fizici . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Razvoj pojma modela u fizici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Aspekti vizuelizacije modela u fizici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Makromodeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Mikromodeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Matemati~ko simboli~ki modeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Osnovne metode saznanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Racionalisti~ka metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Empiristi~ka metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Aksiomatska metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Statisti~ka metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nau~ni zakon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fizi~ari nobelovci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatura Pregled objavljenih knjiga Komentari iz {tampe

1. 2. 3.

7 22 25 25 31 33 36 36 39 41 42 50 50 50 52 54 56 59 59 61 63 64 67 70

4.

5.

6. 7.

ISTORIJA FIZIKEISTORIJA JE ESENCIJA BEZBROJNIH BIOGRAFIJA

33

veno je da radioaktivni elementi podleù spontanoj transformaciji iz jednog atoma u drugi i da ove promene prati radioaktivno zra~enje, zatim da je radioaktivni proces unutra{nja promena atoma na koji se ne moè uticati ni temperaturom, ni pritiskom, ni hemijskim sredstvima niti pak elektri~nim i magnetnim poljem. Treba ovde imati na umu da u to vreme, po~etkom XX veka, nije postojala ideja o atomskom jezgru, pa prema tome ni pojava radioaktivnosti se nije u to vreme mogla povezati sa tim da je radioaktivnost posledica promena koje se de{avaju u atomu. Ve} 1903. godine bilo je poznato da svi elementi koji su u prirodi, a ve}eg su rednog broja od 83, tj. u Periodnom sistemu elemenata su iza bizmuta, pokazuju pojavu radioaktivnosti. Kasnije je ustanovljeno da oni pripadaju nizovima uzastopnih raspada, i svi elementi u jednom takvom nizu radioaktivnih promena ~ine radioaktivnu porodicu, familiju ili radioaktivni niz. Prirodni radioaktivni elementi sa kraja periodnog sistema mogu se svrstati u tri radioaktivna niza. Sem ovih najteìh elemenata, i mnogi drugi, sa manjim rednim brojevima u Periodnom sistemu, pokazuju izvesnu radioaktivnost. Jo{ 1906. godine se znalo da slabu beta - radioaktivnost pokazuju elementi kalijum i rubidijum. Radioaktivnost elementa samarijuma otkrivena je 1932. godine a kasnije je otkrivena radioaktivnost i niza drugih elemenata. Dodu{e, nisu svi izotopi jednog atoma radioaktivni nego samo neki. Sve do 1934. godine ispitivane su samo prirodne radioaktivne supstance. Te godine su Irena Kiri (}erka Marije Kiri) i Frederik @olio otkrili da bor, aluminijum i magnezijum mogu postati radioaktivni ako se bombarduju alfa - zracima polonijuma i pojavu nazvali ve{ta~ka radioaktivnost. Danas je poznato vi{e od 2000 ve{ta~ki dobijenih radioaktivnih izotopa. Za svaki element Periodnog sistema poznat je bar jedan radioaktivni izotop, dok neki elementi imaju i vi{e od 20 ve{ta~kih radioaktivnih izotopa.

3.3 RAZVOJ NUKLEARNE FIZIKENuklearna fizika je deo fizike koji obuhvata prou~avanje gra|e, strukture i procesa u atomskom jezgru. Njen razvoj po~inje 1911. godine kada je Radeford na osnovu prou~avanja prolaska alfa - ~estica zaklju~io da u atomu postoji pozitivno naelektrisano atomsko jezgro, koje zauzima neobi~no mali deo zapremine atoma. Atomsko jezgro manje je od pre~nika atoma za vi{e od 10000 puta, ali je ipak u njemu koncentrisana celokupna masa atoma. Ovaj centralni deo atoma jezgro, ili kako je nazvano nukleus, predmet je prou~avanja fizi~ara ve} pun jedan vek. Po nazivu nukleus je i oblast fizi~kih nauka koja prou~ava atomsko jezgro dobila

34

RAZVOJ FIZIKERAZVOJ JE OSTVARENJE UTOPIJE

K

U

K

A

naziv nuklearna fizika. U prvo vreme posle otkri}a atomskog jezgra nuklearna fizika je bila u sklopu atomistike ali se kasnije kada je ustanovljeno da su pojave radioaktivnosti posledica procesa u atomskom jezgru, po~ela diferencirati kao poseban deo fizike, odnosno atomistike - nauke o atomima. Ovome razdvajanju doprinelo je i saznanje da je atom kao celina sastavljen iz pozitivno naelektrisanog jezgra i negativno naelektrisanog elektronskog omota~a (Borova teorija atoma), koji iako sa~injavaju atom kao jedan sistem, imaju svoja specifi~na svojstva. Stoga se danas pravi razlika izme|u atomske fizike, koja obuhvata prou~avanje strukture spolja{njeg, tj. elektronskog omota~a atoma, i nuklearne fizike ili fizike jezgra, koja se bavi ispitivanjem strukture jezgra, njegovih elementarnih ~estica, prou~avanjem nukleaenih reakcija i proizvo|enjem nuklearne energije. Odavno su se iz nuklearne fizike razvile posebne discipline, i to fizika elementarnih ~estica, koja obuhvata prou~avanje gra|e i strukture, kao i odnosa me|u elementarnim ~esticama koje ~ine samo atomsko jezgro, i primenjena nuklearna fizika, koja se bavi aplikacijom energije atomskog jezgra. Po otkri}u atomskog jezgra, u fizici je dominiralo pitanje njegovog sastava. Naime, bilo je poznato da prema Periodnom sistemu elemenata treba o~ekivati da u prirodi postoje 92 razli~ite atomske vrste, ali je bilo te{ko pretpostaviti da svaka od ovih vrsta atoma (elemenata) predstavlja i posebnu elementarnu ~esticu. Zbog toga je pronalazak izotopa 1912. godine od strane engleskog fizi~ara Tomsona uneo nov podstrek prou~avanju atomskog jezgra. Otkri}e izotopa je pokazalo da su atomske mase atoma gotovo jednake celom umno{ku najlak{eg atoma, tj. vodonikovog atoma, {to je ponovo aktueliziralo Prautovu hipotezu iz 1815. godine prema kojoj su svi atomi izgra|eni od vodonikovih, tj. prema novijoj, tada{njoj verziji, sva atomska jezgra su izgra|ena od vodonikovog jezgra. Naime, jezgro vodonika ili proton bio bi uz elektron jedina elementarna ~estica. S obzirom na elektroneutralnost vodonikovog atoma, jasno je proizilazilo da je naelektrisanje protona jednako, ali suprotnog znaka, koje ima naelektrisanje elektrona. Prema tome, i sva atomska jezgra mogla bi biti izgra|ena od protona i elektrona, pri ~emu u jezgru elektroni kompenzuju vi{ak onog broja protona koji je jednak razlici izme|u atomske mase jezgra i njegovog rednog broja. Ova ideja je i navela izvesne fizi~are da pretpostave da u atomskom jezgru postoje neutralne ~estice koje su po masi jednake protonima iako su u prilog ~injenici da su jezgra sastavljena od protona i elektrona i{le pojava beta - radioaktivnosti i zakon pomeranja pri emisiji beta - ~estica. Naime, znalo se da su beta - ~estice elektroni koji se emituju iz atomskog jezgra prilikom beta - radioaktivnosti a isto tako da se pri emisiji beta - ~estica od elementa roditelja dobija element potomak koji je u Periodnom sistemu pomeren za jedno mesto udesno. Element potomak


35

ima redni broj ve}i za jedinicu (radioaktivno raspadanje), {to zna~i da emisijom elektrona naelektrisanje njegovog jezgra poraste za jedan. Nekoliko godina kasnije ustanovljeno je da se elektroni ne mogu nalaziti u jezgru nego da nastaju u jezgru pre emisije. Sloènost jezgra kao dela atoma proizilazila je iz pojave radioaktivnosti, za koju se u vreme otkri}a 1895. godine smatralo da je posledica pojava vezanih za atom a ne za jezgro, ~ije je postojanje otkriveno tek 1911. godine. Emisija alfa - ~estica i beta - ~estica, kojom prilikom atomska jezgra prelaze jedna u druga, predstavlja posledicu spontane nuklearne transformacije, ali ukazuje na sloènu strukturu atomskog jezgra. Bombarduju}i azot alfa - ~esticama engleski fizi~ar Radeford je 1917. godine dobio kao produkt bombardovanja elemente kiseonik i vodonik. Ovim je ostvarena prva ve{ta~ka transformacija elemenata i na taj na~in u principu re{en problem kako da se jedan element pretvori u drugi. Tokom slede}ih godina izvr{en je veliki broj nuklearnih reakcija i u~injen veliki napredak u tehnici ubrzavanja raznih naelektrisanih ~estica kojima su se mogla bombardovati razli~ita atomska jezgra i ispitivati njihova svojstva, sastavni delovi i struktura. Nuklearne reakcije koje se danas vr{e uz pomo} sna`nih akceleratora, osnovni su na~in izu~avanja nuklearne strukture i nuklearnih sila. Me|utim kada je Radeford izveo svoju prvu nuklearnu reakciju, za izvo|enje takvih reakcija, stajali su na raspolaganju samo prirodni projektili, tj. alfa - ~estice koje se emituju iz prirodnih radioaktivnih elemenata, kojima je vr{eno bombardovanje razli~itih jezgara. Vr{e}i oglede sa alfa - zracima kojima je bombardovan berilijum engleski fizi~ar êdvik je otkrio neutrone, za koje se ve} ranije tragalo a koji su predstavljali elektri~no neutralne ~estice ~ija je masa pribli`no jednaka masi protona. Na taj na~in je 1932. godine otkrivena i druga elementarna ~estica koja ~ini gra|u atomskog jezgra. Iste godine je nema~ki fizi~ar Hajzenberg postavio teoriju prema kojoj se atomsko jezgro sastoji od protona i neutrona. Broj protona u jezgru odre|uje naelektrisanje jezgra i redni broj elementa u Periodnom sistemu elemenata. Broj protona u jezgru je stalan za jedan element i odre|uje njegova svojstva. Broj neutrona kod jezgra jednog istog elementa ne mora biti stalan ali doprinosi masi atomskog jezgra. Jezgra istog elementa koja se razlikuju samo u broju neutrona zovu se izotopna jezgra. Protoni i neutroni, kao ~estice koje izgra|uju atomsko jezgro, zovu se jednim imenom nukleoni. Dalji razvoj nuklearne fizike bio je usmeren na prou~avanje sila koje drè na okupu nukleone, a koje se zovu nuklearne sile. Priroda tih sila jo{ nije potpuno protuma~ena, ali se zna da su one izvanredno velikog intenziteta, privla~ne i kratkog dometa, a u su{tini su potpuno razli~ite od elektrostati~kih, gravitacionih, elektromagnetnih ili hemijskih sila. Zbog svog pozitivnog naelektrisanja protoni se posmatraju}i elektrostati~ki, me|usobno odbijaju. Nukle-

36


K

U

K

A

arne sile moraju biti dovoljno velikog intenziteta da kompenzuju to odbijanje i da u~ine jezgro kompaktnim sistemom. Po{to su neutroni elektroneutralne ~estice, a me|u njima dejstvuju nuklearne sile, to kod teìh atomskih jezgara, gde je broj protona ve}i, ve}i je i broj neutrona koji svojim me|udejstvom kompenzuju elektrostati~ko odbijanje protona. Time se moè protuma~iti zbog ~ega kod teìh jezgara broj neutrona brè raste od broja protona. Dalji problem savremene nuklearne fizike je problem strukture atomskog jezgra, tj. na~in kako su nukleoni raspore|eni u jezgru. Kao ni problem nuklearnih sila, tako ni problem strukture jezgra jo{ nije re{en na zadovoljavaju}i na~in. U nedostatku teorija, kojima bi se mogao objasniti raspored nukleona u jezgru, u nuklearnoj fizici se pribegava modelima na osnovu kojih se poku{avaju izra~unati i objasniti svojstva atomskih jezgara. Me|u najpoznatije modele atomskih jezgara spadaju model kapljice, koji su razradili Gamov 1930. godine i Bor 1936. godine, model kapljice (slojeva), koji je razradila Gepart - Majerova 1950. godine i kolektivni model (Bor 1953). Osim navedena tri modela jezgra, u nuklearnoj fizici su dati i drugi modeli jezgara, kao {to su modeli Fermijevog gasa, opti~ki model i model alfa - ~estica. Poseban zna~aj u razvoju nuklearne fizike ima otkri}e pojave fisije atomskog jezgra urana. Ovo otkri}e u~injeno 1939. godine, ubrzo je dovelo do primene nuklearne energije (nuklearni reaktori, atomska bomba) i do ekspanzije kori{}enja radioaktivnih izotopa u svim oblastima ljudske delatnosti. Na rezultatima nuklearne fizike razvile su se posebne nau~ne discipline (radiogeologija, zdravstvena fizika, fizika reaktora,...), a ona je uticala i na na{a saznanja o strukturi zvezda, energiji koju one poseduju i sli~no.

3.4 HRONOLOGIJA DUALIZMA PROSTORNO - VREMENSKOG DEFINISANJA OD KLASIÊ DO KVANTNE MEHANIKE3.4.1 ALGORITAM INTUITIVNE KRITIKE POSTOJE]EG ôvek je po prirodi sazdan tako da veruje da u procesu saznavanja u svakom trenutku ima za sobom probleme koje samo radom i razmi{ljanjem uspeva da re{i, a pred sobom zadatak da re{i one probleme koje }e tek postaviti, zatim probleme na ~ija pitanja nije jo{ uspeo dati odgovor, iako su mu pitanja jasna, i, najzad, probleme o na~inu na koji bi uspeo da prinudi prirodu da nam kaè ono {to smo shvatili razmi{ljanjem, a {to jo{ nismo eksperimentalno doìveli. ôvek, smisliv{i na~in na koji uspeva da prinudi prirodu da mu kaè o onom {to je razmi{ljanjem za-


37

klju~io, biva neprijatno iznena|en ako mu priroda ne da o~ekivani odgovor. U prvom trenutku zbunjen, ~ovek ubrzo shvati da mu je priroda saop{tila nov podatak o sebi. Tada on poku{ava da uskladi ono {to je ve} znao, s tim novim saznanjem. To, uglavnom, daje rezultat. Ali ima slu~ajeva kada takvo uskla|ivanje ne uspeva. Za re{enje takvog problema potrebna je pojava li~nosti velikog duha koja ima hrabrosti da rezultat takvog eksperimenta shvati kao poruku prirode da nije sve u redu ni sa onim zaklju~cima koje smo do tada smatrali sigurnim i koja ima snage da, menjaju}i sliku prirodne gra|e i u toj situaciji prona|e odgovor. Takav je slu~aj Maksa Planka i njegove kvantne teorije. Ima i retkih pojedinaca koji, u nekom trenutku istorije nauke, intuitivno ne prihvataju tada{nja tuma~enja prirode. Kod takvog pojedinca postepeno sazreva, u grubim crtama, slika prirode onakva kakvu on ose}a da mora biti, iako je ona u suprotnosti s onim {to je do tog trenutka u nauci priznato. Ako se tada pojavi eksperiment koji ru{i ono u {ta se do tada verovalo a u skladu je s njegovom intuicijom, on tada daje novu teoriju koja sliku prirode menja a ne dopunjuje. To je slu~aj Alberta Ajn{tajna i njegove teorije relativnosti, a eksperiment koji je dao za pravo njegovoj intuiciji je Majkelson-Morlijev eksperiment. Dakle, ~ovek u svojoj borbi da se prilagodi objektivnom svetu u kojem je i da ga sazna, upoznaje ga i doìvljava. To {to je on svojim iskustvom, a ne nekim metafizi~kim spekulacijama (praznim umovanjem) shvatio, sigurno je objektivan sadràj pojava u prirodi. One su sigurno kauzalne. I zaista, nijedan razuman ~ovek ne}e nikad mo}i shvatiti da se ne{to dogodilo samo od sebe, ~ak i onda kad se ne{to dogodi iznenada, kad povod za to nije uo~ljiv. On }e se uvek pitati: Za{to se ovo ili ono dogodilo, ili [ta je dovelo do toga da se pojavi ovakav tok stvari u nekom razvoju. Kad to ne bismo prihvatili kao osnovu na{eg saznavanja, onda bismo bili prepu{teni na milost i nemilost nepredvidljivih uticaja. U toku evolucije ~ovek se razvijao prilago|avanjem uslovima sredine, koji su objektivno dati i u odre|enoj meri uslovljeni, pa je, prema tome, neka namenska tendencija razvoja njegovih senzorskih organa (~ula) uvek prisutna. Istina, svojim razumom ~ovek nije samo pasivni u~esnik razvoja, ve} se on u odre|enim granicama trudi, i to uspe{no, da ne{to u toj prvobitno datoj okolini svesno promeni, da uti~e na nju, da je donekle savlada i upravlja njome. Sve to je nezamislivo, ako se ne poznaju uzroci od kojih zavisi dalji tok pojave. Osim toga, kad je re~ o uzroku, nau~no gledano, nije ni nu`no traìti neko odre|ivanje su{tine i prirode uzroka, ve} samo utvrditi njegovo nepobitno postojate i na~in manifestovanja. To zna~i, nije nu`no traìti metafizi~ki supstrat (sadràj).

38


K

U

K

A

Ono metafizi~ki ukazuje na to da se ide izvan okvira mogu}nosti prirodnonau~nog tuma~enja. Nije, na primer, bitno {ta je gravitacija po svojoj prirodi, odnosno za{to se ona javlja, kad znamo da se javlja i kad znamo da je njen izvor u masama, i najzad, kad znamo kako se manifestuje u prirodi. Na primer, svako slobodno telo pada prema Zemlji i mi znamo da je to stoga {to ga privla~i Zemljina teà (gravitacija). Za nas je va`no utvrditi ovu silu i na~in njenog dejstva, a ostalo je manje va`no. Za sve oko nas mi traìmo poreklo uzroke motive. Pitamo se za{to se neko razboleo i ne pada nam na um da se to moglo dogoditi bez ikakvog razloga. Pitamo se za{to Sunce izlazi na istoku i zalazi na zapadu; za{to se neki predmeti tope pri zagrevanju; za{to voda isparava; traìmo motive krivi~nog dela itd. Kako bi izgledalo, na primer, da na{e li~ne odluke ni~im ne budu uslovljene kad ne bi bilo motiva kad bi postojala, kako neki idelisti~ki filozofi kaù, slobodna volja, onda bi ~itavo sudstvo bilo vi{e-manje suvi{no. Svaki prekr{ilac zakona bio bi svesni apsolutni krivac i kao takav morao bi biti ka`njavan najteìm kaznama. Mi smo, me|utim, svesni, i to duboko, da su i na{e li~ne odluke uslovljene i da za njih postoje razni uzroci. Ni nau~nici ne mogu ni{ta da zapo~nu slobodnom voljom. Svi postupci i odluke imaju neke odre|ene uzroke i motive, pa bilo da su oni svesni ili podsvesni. Pretpostavlja se da se u tom procesu promena i zbivanja, na neki na~in uvek moè utvrditi {ta je nekoj pojavi, nekom doga|aju, prethodilo, {ta je njihov uzrok. U traènju povoda nekom doga|aju, osim posmatranja i merenja, sluìmo se eksperimentima, pa i kotemplacijom, da bismo mogli identifikovati sve pojave koje se menjaju. Pri tome se pretpostavlja da isti uzroci, pri istim uslovima, proizvode iste posledice (u svako vreme i na svakom mestu). Daleko bismo oti{li razmatraju}i i razmi{ljaju}i o tome do kojih granica se, na primer, neki ogled moè reprodukovati. Pored toga, znamo da su na{a merenja samo do izvesne granice ta~na, ali se u nauci pod ta~nim, po pravilu, podrazumeva sve ono {to je dovoljno ta~no za odre|ene svrhe, pa se tako kao ta~nim zadovoljavamo merenjima koja malo i odstupaju od ta~nosti, samo ako bitno ne uti~u na traèni rezutat. Filozof, D. Bom (Bohm) u vezi sa pitanjem kauzalnosti prirodnih pojava u fizici u svom delu Kauzalnost i slu~aj u savremenoj fizici (Causalty and chance in modern physics, 1957), kaè: U prirodi ni{ta ne ostaje nepromenjeno. Sve se nalazi u ve~itom stanju pretvaranja, kretanja i promena. Pri tome otkrivamo da ni{ta ne proisti~e prosto ni iz ~ega a da mu ni{ta nije prethodilo. Isto tako, ni{ta ne moè ni nestati bez ikakvog traga, u smislu da ne izaziva ni{ta {to postoji kasnije. Op{ta karakteristika sveta


39

moè se izraziti jednim principom koji obuhvata ogromnu oblast iskustva raznih vrsta, koja nisu nikad bila opovrgnuta ni nekim posmatranjem ni nekim ogledom, bilo nau~nim, bilo nekim drugim; svaka stvar proisti~e iz drugih stvari i sa svoje strane izaziva druge stvari. 3.4.2 INERCIJALNE OSOBINE TELA U KLASI^NOJ MEHANICI Za razumevanje zna~aja koji prostor i vreme imaju pri formulisanju fizi~kih zakona, veoma je va`no razumeti prirodu inercijalnih osobina tela. Da bismo to u~inili, razmotri}emo ukratko principe klasi~ne mehanike, prve teorije u kojoj je na~injen poku{aj da se ove osobine shvate. Osnovni zakoni klasi~ne mehanike su Njutnovi zakoni: telo se kre}e bez ubrzanja ako na njega ne deluje nikakva sila (zakon inercije); ubrzanje tela srazmerno je sili koja deluje na njega; pri interakciji dva tela, sila kojom jedno telo deluje na drugo jednaka je po intenzitetu sili kojom ovo drugo telo deluje ne prvo, ali je suprotno usmerena.

U prva dva zakona figuri{e pojam ubrzanja, koji je definisan samo u odnosu na neki referentni sistem. Zato se ovi zakoni moraju dopuniti iskazom da postoji bar jedan referentni sistem u kome oni vaè. Ubrzanje, kao i sila, ima istu vrednost u dva referentna sistema, koji se jedan u odnosu na drugi kre}u konstantnom brzinom. Stoga sledi da postoji ~itava klasa referentnih sistema (koji se jedan u odnosu na drugi kre}u konstantnom brzinom) u kojima vaè Njutnovi zakoni. Ovi sistemi nazivaju se Inercijalni referentni sistemi. Zakoni mehanike su, dakle, istog oblika u svim inercijalnim sistemima (Galilejev princip relativnosti). Sa gledi{ta eksperimentalnog odre|ivanja, inercijalni sistem se moè definisati kao onaj sistem u kome se telo na koje ne deluje nikakva sila, kre}e bez ubrzanja, tj. u kome vaì zakon inercije. Da bismo osigurali da na telo ne deluje nikakva sila, treba ga dovoljno udaljiti od svih drugih tela. Ako neki posmatra~ uo~i odstupanje od Njutnovih zakona, to bi zna~ilo da je njegov referentni sistem ubrzan u odnosu na inercijalni sistem. Ova odstupanja se ogledaju u pojavljivanju dopunskih inercijalnih sila koje deluju na telo u neinercijalnom sistemu, a koje nisu uzrokovane interakcijom sa drugim telima. Tako npr. posmatra~, koji se nalazi na disku koji rotira u odnosu na inercijalni sistem, ose}a delovanje sile koja ga gura ka periferiji diska. Inercijalne sile se, dakle, u klasi~-

20 istorija fizike

Documents