Fysiikan historia Luento

Transkriptio

1 Fysiikan historia Luento Oresmen piirros keskimääräisestä nopeudesta

2 Luonnon%iloso%ia keskiajalla Euroopassa tieteellistä sivistystä viljeltiin luvulle asti lähes yksinomaan luostareissa ja katedraalikouluissa. Sitten perustettiin ensimmäiset yliopistot: Bologna 1088, Pariisi 1150, Oxford 1167, Pariisi Niissä alettiin tutkia ja kommentoida antiikin kirjoituksia. Aristoteleen kirjoituksia alettiin pitää lähes pyhien kirjoituksien veroisina totuuden lähteinä. Tämä johti ristiriitaan katolisen kirkon kanssa, sillä monet Aristoteleen opit olivat vastoin kirkon oppia. Pariisin yliopisto yritti luvulta lähtien kieltää Aristoteleen oppien opettamisen. Vuonna 1277 Vatikaanin painostuksesta kiellettiin opettamasta 219 Aristoteleen väitettä, mm.: Maailma on ikuinen, vailla alkua ja loppua. Oppi kahdesta totuudesta: uskonnollinen oppi ja luonnontieteen oppi voivat elää rinnakkain. Jumalan vallan rajallisuus: kaikilla luonnon tapahtumilla on syy, ihmeitä ei tapahdu. Mitään ei synny tyhjästä eli maailmaa ei ole voitu luoda. Ihminen kokonaisuutena ei ole kuolematon, ainoastaan sielun rationaalinen osa.

3 Kiellot eivät tepsineet. Esim. Roger Bacon luennoi Fysiikkaa luvulla. Yliopistot eivät yksinkertaisesti halunneet hylätä lähes ainoita mielenkiintoisen tiedon lähteitä, mitä heillä oli käytettävissään. Dominikaaniset teologit Tuomas Akvinolainen ( ) ja Albert Suuri ( ) tutkivat Aristoteleen kirjoituksia perusteellisesti saadakseen selville, miten ne ovat sovitettavissa yhteen kirkon oppien kanssa. Loppupäätelmä: Luonnon%iloso%iaa ja teologiaa ei tule sotkea toisiinsa vaan ne on pidettävä erillään. ( Se, että maailmalla oli alku, on uskon asia mutta ei asia, josta pitäisi olla olemassa todisteita tai jonka tiede voisi todistaa. ) Tätä kahden totuuden mallia ei koskaan virallisesti hyväksytty kirkossa, mutta se toimi käytännössä. Tämän näkemyksen ansiosta luonnon%iloso%ia saattoi kehittyä yliopistoista, vaikka yliopistot olivat katolisen kirkon tarkan valvonnan alla. Tuomas Albert

4 Liikkeen ymmärtämisen historiaa An:ikin käsitys liikkeestä perustui atomioppiin ja Aristoteleen näkemyksiin. Aristoteles aja>eli, e>ä liikkeellä on aina jokin syy tai aiheu>aja, atomis:t aja>elivat atomien kieppuvan liikkeen olevan niille luonnollista, ilman syytä tapahtuvaa. Putoamis- ja hei>oliikkeen tarkastelu oli tärkeä liikkeen ymmärtämisen kannalta. Aristoteles aja>eli, e>ä hei>äjä ak:voi ilmaa, ja ak:voitu ilma vie heite>yä kappale>a eteenpäin. Hei>äjä ak:voi kaistaleen, tämä kaistale seuraavan kaistaleen jne. Ak:voin: heikkenee kerta kerralta (ilman vastustava vaikutus). Lopulta ilma ei enää ak:voidu, ja kappale putoaa suoraan alas (luonnollinen liike). John Filoponos ( ) kri:soi Aristoteleen ajatuksia. Hänen mukaansa kappale tarvitsee liiku>avan voiman ja jatkuvan liikkeen syy ei ole ulkoinen vaan kappaleen sisäinen (impressed force). Eli Aleksandriassa.

5 Filoponoksen oppi vaikuo huoma>avas: arabialaiseen aja>eluun, ja sitä kau>a se siirtyi keskiajan Eurooppaan. Avicenna ( ) eroo kaksi liikkeen syytä, taipumuksen (mayl) ja voiman. Hänen mukaansa esim. heite>y kivi liikkuu ilmassa, koska kiven hei>äjä on antanut sille taipumuksen liikkua. Hän oli oikeilla jäljillä, sillä taipumus on käsi>eenä läheistä sukua iner:alle. Tätä osoi>aa myös se, e>ä hänen mukaansa liike on mahdollinen myös tyhjiössä, missä ei ole ilmaa voimaa antamassa. Avicenna Kinema:ikan ja dynamiikan ero>aminen toisistaan sai alkunsa kahden arabifilosofin Averroesin ( ) ja Avempacen (Ibn Baja) ( ) kiistasta luvulla: Avempacella dynamiikka ja kinema:ikka olivat kietoutuneet toisiinsa, mu>a Averroes eroo voiman selkeäs: erilleen; ulkoinen voima vaiku>aa kappaleisiin. Hän tosin aja>eli virheellises:, e>ä jos tällaista ulkoista voimaa ei ole, kappale ei liiku.

6 Myöhemmin Tuomas Akvinolainen ( ) ja William of Ockham ( ) koros:vat kinema:ikan merkitystä liikkeen kuvaamisessa. Ockham teki eron käsi>eiden olla liikkeessä ja olla (voiman) liikute>avana välillä. *** Ockham oli engl. fransiskaanimunkki. Hän on vaiku>anut paljon :eteelliseen aja>eluun lausumallaan periaa>eella (Ockhamin partaveitsi): Ilmiöisen selityksistä tulee karsia kaikki ylimääräinen eli teorioiden tulee olla mahdollisimman yksinkertaisia. *** Ockham Ensimmäinen selkeä ero liikkeen syyn ja itse liikkeen välillä näkyi Brysselissä vaiku>aneen matemaa:kon Gerardin töissä luvulla. Kirja Liber de Motu (Liikkeestä) on ensimmäisiä kirjoja kinema:ikasta. Oli lähellä nopeuden käsite>ä (siirtymän ja ajan suhde).

7 MatemaaOsta liikkeen käsi>elyä jatkeoin etenkin Oxfordin Merton Collegessa luvulla ( Oxfordin laskijat ). Liikkeen tarkastelemiseen syntyi kaksi erilaista lähestymistapaa, dynamiikkaan perustuva ja kinema:ikkaan perustuva. Oxfordin koulukunnan suuri merkitys oli matemaaoset liikkeen tarkastelut, esim. keskinopeuden käsite kiihtyvässä liikkeessä (Merton rule). Tämä tarkoio tarkastelun siirtymistä kvalita:ivisesta kvan:ta:iviseen. Koulukunta selvio oleellises: tasaises: kiihtyvän liikkeen kinema:ikan ja ilmeises: myös varmis:vat saamansa tulokset kokeellises:. KinemaaOsta lähestymistapaa Merton Collegessa viljeli erityises: Thomas Bradwardine ( ). Hän tutki myös hetkellisen nopeuden käsite>ä ja siinä yhteydessä raja- arvoa. Merton College

8 Dynamiikkaan perustuva lähestymistapa joh: impetus - käsi>eeseen, jonka esio ransk. Jean Buridan ( ). Tunsi luultavas: Filoponoksen työt. Liiku>aako käden hei>ämää kappale>a ilma vai mikä sitä liiku>aa? Kysymys ei ole helppo, eihän Aristoteleskaan pystynyt sitä kunnolla seli>ämään. EsiO vasta- argumen>eja A:n väi>eelle ilman (väliaineen) liike>ä ylläpitävästä vaikutuksesta. Miten ilma voisi pitää yllä pyörivää liike>ä? Impetus oli liikkeen syy tai vaiku>ava voima, ei liikkeeseen itseensä lii>yvä (vrt. iner:a). Se pitää yllä liikkeen alkuunpanijan antamaa liike>ä. EsiO myös, e>ä taivaankappaleita hallitsevat samat liikkeen lait kuin kuunalisen maailman kappaleita. Buridan ajatteli, että ilmanvastus ja maan vetovoima kuluttavat impetusta liikkeen aikana. Siksi esim. tykinkuulan rata ei ole suora.

9 Buridanin impetus- pohdintaa Buridanin aasi

10 Ransk. Nicole Oresme ( , Buridanin oppilas) jatkoi Bradwardinen työtä. Hän antoi keskinopeuden käsi>eelle tasaises: kiihtyvässä liikkeessä graafisen selityksen. Oresme myös joh: tasaises: kiihtyvän liikkeen tutun kaavan x = x 0 + vt + ½at 2. Matema:ikassa Oresme keksi eksponenoen laskusäännöt ja murtolukupotenssin. Ei uskonut, e>ä enkelit pyöri>ävät sfäärejä. Hän kannao Buridanin esi>ämää ajatusta, e>ä tähdet liikkuvat, koska Maa pyörii. Hän totesi, e>ä Jumala pääsi helpommalla panemalla Maan pyörimään kuin panemalla täh:taivaan pyörimään. Vasta- argumen>eja Maan pyörimiselle: pitäisi olla jatkuva itätuuli, suoraan ylös ammutun nuolen tulisi pudota länteen lähtöpaikastaan. Jälkimmäisen Oresme kumosi sanomalla, e>ä nuoli putoaa lähtöpaikkaansa, koska se on läh:essään mukana Maan pyörimisliikkeessä. Oresme kumosi nämä vakuu>avas: (mu>a taisi lopulta henkkohtaises: uskoa Maan olevan paikallaan).

11 Putoamisliike Aristoteleen mukaan putoaminen johtuu siitä, e>ä kappaleet painavat, ja painavuus puolestaan tarkoi>aa pyrkimystä koh: kappaleiden luonnollista paikkaa eli maan keskipiste>ä. Arvostelijan kommeno: Kappaleet putoavat, koska ne putoavat. Aristoteles pää>eli, e>ä raskas kappale putoaa nopeammin kuin kevyt kappale, koska siinä on enemmän pyrkimystä koh: luonnollista paikkaa. Aristoteles aja>eli ensin, e>ä kappaleet putoavat vakionopeudella. Ymmärsi si>en, e>ä nopeus kasvaa liikkeen aikana. Syy on hänen mukaansa se, e>ä kappale muu>uu pudotessaan sitä painavammaksi mitä lähempänä se on luonnollista paikkaansa. Buridanin mukaan pudotuskorkeus määrää putoavan kappaleen nopeuden, ei etäisyys luonnollisesta paikasta. Kappaleen painavuus saa kappaleen impetuksen kasvamaan putoamisen aikana. Impetuksen lisääntyminen voimistaa liike>ä ja kappaleen nopeus kasvaa. Mitä korkeammalta kappale pudotetaan, sitä enemmän sen nopeus eh:i muu>ua ennen kappaleen osumista maahan.