Fysiikan historia ja filosofia 2013

1. Fysiikan historia ja filosofia 2013 Heimo Saarikko Fysiikan laitos

2. Sisältö • Johdanto ja tavoitteet • Luonnonfilosofia, lukukäsitys ja matematiikka historian alkuhämärässä ja suurten jokilaaksojen varhaiskulttuureissa • Joonialainen luonnonfilosofia ja antiikin Kreikan ihme • Rooman valtakunnan ja arabialaisen suurvallan aika • Eurooppa keskiajalla ja renessanssissa • Kokeellisen tutkimuksen läpimurto • Christiaan Huygens – tiedemies Galilein ja Newtonin varjossa • Sir Isaac Newtonin aikakausi ja klassisen mekaniikan myöhempi kehitys • Klassisen termodynamiikan kehittyminen ja kulminaatio pääsäännöiksi

3. Sähkömagnetismi kautta aikojen • Lämmön kineettinen teoria ja molekyylin koon ongelma • Fysiikan kultaiset vuodet • Valon mysteeri – hiukkasia vai aaltoja? • Ketkä oikeastaan kehittivät suhteellisuusteorian? • Planckin ”suuri” interpolaatio ja lämpösäteilyn kvanttihypoteesi • Valosähköinen ilmiö ja sen selitys • Viivaspektrit ja Bohrin atomimalli • Kvanttimekaniikan synty ja debatti uuden teorian tulkinnasta • Atomi-, ydin- ja hiukkasfysiikan kehityksestä • Suomen fysiikan tutkimuksen ja opetuksen historiaa • Fysiikka ja yhteiskunta: Nobelin fysiikan palkinnot ja muut kunnianosoitukset tiedepoliittisina indikaattoreina

4. Päätavoitteet • Niveltää fysiikan historia historian päävirtaan • Esitellä • fysiikkatieteen historialliset vaiheet • fysiikan ja lähitieteiden differentoitumis- ja yhdentymisprosessit • fysiikan oppirakennelman taustoja • luonnontieteellisen metodin kehitys • historiallista näkökulmaa opetustyön kannalta ja tueksi • Huom. Persoonalliset painotukset voimakkaampia kuin oppirakenteen esittely

5. Kurssin tavoitteita • katsotaan ajassa taaksepäin  nykyisyyden oikea tulkinta ja tulevaisuuden suunnittelu • selventää fysiikan luonnetta kokeellisena luonnontieteenä • antaa kuva fysiikan asemasta tieteiden kentässä • analysoida tieteiden differentoitumisprosessia ja fysiikan jakautumista eri osa-alueisiin • edistää tieteidenvälisen tutkimuksen mahdollisuuksien hahmottamista • johtaa omaksutun fysiikan käsiterakenteen syvällisempään tuntemiseen • antaa kuva fysiikan suurista kehityslinjoista • selventää käsitystä fysiikan ja sen sovellusten merkityksestä yhteiskunnalle, erityisesti fysiikan opetuksen näkökulmasta • antaa valmiuksia historiallisen näkökulman soveltamiseen opetuksessa

6. Fysiikan vaiheet • Antiikin perusta – joonialainen filosofia • lukukäsite, algebra ja geometria • joonialainen filosofia • geometrinen tähtitiede • (hydro)statiikka • Aristoteleen maailmankuva • arabialainen maailmanvalta • Klassinen fysiikka – kokeellisen tutkimuksen läpimurto • 1400 taivaanmekaniikka • 1500 statiikka ja Galilein mekaniikka • 1600 Newtonin mekaniikka, lämpöoppi, paine ja tilavuus, sähköstatiikka

7. 1700 lämpö ja kaasut, pyörimisliike, analyyttinen mekaniikka, sähkövirrat • 1800 termodynamiikka, sähkömagneettinen induktio ja elektrodynamiikka, fysiikan kultaiset vuodet 1895-1898 • Moderni fysiikka • suhteellisuusteoriat • kvanttifysiikka • kvanttimekaniikka • aineen rakenne • soveltava fysiikka

8. Kulttuurikronologiaa

9. Intellektuaalisen luomisen intensiteetti antiikista nykypäivään (Sarton):

10. Fysiikan vaikutus inhimilliseen todellisuuskuvaan • maailmankuva esim. Aristoteleen, Newtonin maailmankuva • mekanistinen maailmankuva tiedeoptimismi, mekanistinen sosiologia, kommunismin kriisi • teollinen vallankumous automatiikka ja robotiikka, kapitalismin kriisi • ydinenergia varustekilpailu, kylmä sota, rauhanliikkeet (Einstein) • suhteellisuusteoria yleinen suhteellisuusajattelu

11. Fysiikan sovellusten vaikutus historialliseen kehitykseen

12. - 600 Ionialaisen filosofian synty + 529 Keisari Justinianus sulkee viimeisen filosofikoulun Ateenassa + 1543 Kopernikuksen teos De revolutionibus … ilmestyy

13. Fysiikan historian solmukohdat • 1687 Newtonin Principia ilmestyi • 1820 Oersted keksi sähkövirtojen magneettiset vaikutukset • 1864 Maxwellin Elektrodynamiikka julkaistiin • 1870 Statistisen mekaniikan läpimurto • 1925 Kvanttimekaniikan synty

14. Fysiikan historian solmukohdat (Hund)

15. Fysiikan prosessi – oppirakennelman tausta • Historialliset vaiheet ja murrokset (esim. karakteristiset vaiheet) • Tutkimusmetodin kehitys • myytit  järki ja logiikka  luonnontieteellinen metodi, empiria ja teoria  tietoteoria ja filosofia • Suuret ideat, suuret murrokset ja yhdentymiskehitys • suuret ideat • energian säilyminen • termodynamiikan 2. pääsääntö • ajan suhteellisuus • aalto-hiukkasdualismi • käänteentekevät kokeet • yhdentymiskehitys

16. …jatkuu • Inhimillisen toiminnan ja ajattelun luontaiset polut • Aristoteleen ”peripateettinen dynamiikka” • heittoliikkeen mallin kehitys • Sattuma, onnettomat ja onnekkaat virheet

17. Syvällisempi ymmärrys • Menneisyyden kautta nykyisyyden syvällinen tulkinta ja perspektiivi oman ajan saavutuksille • Suureiden, lakien, teorioiden ja tutkimusmenetelmien syntyhistoria ja pätevyysalue • Kokeellisen ja teoreettisen tutkimuksen vuorovaikutus

18. Tärkeitä aiheita, teemoja, integraatio • fysiikan historian päävaiheet • Yksikköjärjestelmän kehittyminen • ajanlaskun historia • voiman ja liikkeen historia (tieteen vallankumous) • tähtitieteellisen maailmankuvan kehitys • lämmön ja energian historia (teollinen vallankumous) • Valo-opin historia • smg-induktion keksimisen historia • smg-aaltojen teorianmuodostuksen historia • Atomihypoteesin ja -teorioiden historia • kvanttifysiikan syntyhistoria • arkipäivän tekniikka (liikenne) • ympäristö (energia, varustelu)  Projektit ja integraatio (arkipäivä, muu opetus)

19. Fysiikan integraatio (ja different.) prosessi

20. Fysiikan käsitteiden hierarkkiset tasot

21. Michael Barth: 20 advices for teaching History of Science