Fizikia

Fizikia (kutoka neno la Kigiriki φυσικός, physikos, "ya kimaumbile", ambalo tena linatokana na φύσις, physis, "umbile") ni fani ya sayansi inayohusu maumbile ya ulimwengu, hususan asili ya dunia na viumbe vyote.

Sumaku ikielea juu ya kipitishiumeme kikuu kuonyesha Ifekti ya Meissner.

Ni taaluma yenye kushughulika na maada na uhusiano wake na nishati.

Fizikia imetoa mchango mkubwa katika sayansi, teknolojia na falsafa.

Utangulizi

Tangu zama za nyuma kabisa, wanafalsafa ya asili walijaribu kueleza mafumbo, kama vile mienendo ya sayari na asili ya maada. Mlengo huu ulijulikana hapo mwanzo kama Fizikisi (kutoka Kiingereza Physics, ikiandikwa Physike kuiga dhana ya Aristotle).

Kuibuka kwa Fizikia kama tawi la sayansi lenye kujitegemea, toka kwenye shina la falsafa asilia, kulitokana na mapinduzi ya kisayansi ya karne ya 16 na ya 17 na kuendelea mpaka pambazuko la sayansi ya Kisasa mwanzoni mwa karne ya 20.

Fani hii imekuwa ikiendelea kutanuka kulingana na kukua kwa tafiti na kupelekea gunduzi mbalimbali kama vile: modeli sahili ya chembe za kimsingi na uelezi uliotanuka wa historia ya ulimwengu, sambamba na mapinduzi ya teknolojia mpya kama silaha za nyuklia na semikonda.

Leo hii utafiti unaendelea katika mikondo mipana ya kimata; kuhusisha mpitishoumemkuu katika joto la hali ya juu, ukokotoaji wa kikwantumu, utafutaji wa Higg Boson, na jitahada za kuendeleza nadharia ya mtuazi wa kikwantumu. Ulikitwa katika mitazamo na vitendo, na pia seti zilizojisheheneza kwa nadharia zinazodhihirishwa kwa hisabati nzuri.

Ugunduzi katika sayansi umegusa kote ndani ya Sayansi Asilia, na Fizikia inaelezwa kama Sayansi ya Msingi kwa sababu nyanja nyingine kama Kemia na Biolojia huchunguza mifumo ambayo tabia zake husimama kwenye kanuni za Fizikia.

Kemia, kwa mfano, ni sayansi ya dutu iliyofanyika na atomu na molekuli kwa wingi mmoja, lakini tabia za kampaundi za kikemia zinatathminiwa kwa tabia za kimaumbile za molekuli zinazochipukia kwayo.

Fizikia ya vitendo inahusiana kwa karibu na uhandisi na teknolojia. Mwanafizikia anayejihusisha na msingi wa utafiti hufanya muundopicha na kisha kufanya vitendo kwa kutumia vyombotekichi kama kikazanishio mwendo wa chembe na Biru, na angali mwanafizikia anayejihusisha na tafiti zilizotendewa kazi, huvumbua teknolojia kama vile Upigaji Picha Kiusumaku Mtetemiazi (kwa Kiingereza MRI, Magnetic Resonance Imaging) na transista za sifa mbalimbali.

Fizikia ya kinadharia ina uhusiano wa karibu na hisabati, ambayo huipa lugha ya nadharia za kimaumbile. Aghalabu ni kweli kwamba shauri la kwanza la Nadharia ni kupembua mahusiano katika sura ya kiulimwengu inayoshabihiana na yatendekayo. Kazi nyingine ya umuhimu sawa ni kufanyiza kanuni za mahusiano kimahesabu.

Matumizi ya hisabati katika nadharia huwakilisha dhana ya kimawazo, katika mchakato wa kuibua hitimisho muhimu kutoka kwenye hali ya udhanifu uliopitia sheria rasmi za ukokotoaji.

Hata hivyo, nafasi ya hisabati katika nyanja za Fizikia ya Kinadharia inapelekea kwamba, si tatizo la mwanafizikia ya kinadharia kuchetua kidhibiti hakikivu cha kihesabu na, kwa kweli kabisa, mahitaji yaliyokaza sana kwenye hesabu mara nyingi hupingana na kweli za kimaumbile.

Mwanafizikia ya Kinadharia mara nyingi vilevile huegamia katika ufuatiliaji tathmini wa kinamba na uchocheaji picha wa kompyuta na hivyo kuona matokeo yake; na ndiyo maana kompyuta na kuprogramu kompyuta vimekuwa na uwanda mpana wenye sura mbalimbali katika kufanya modeli za kimaumbile.

Kwa kweli, nyanja ya Hisabati na Ufuatiliaji tathmini kikompyuta ni uwanja uliochangamka katika utafiti.

Fizikia ya kinadharia mara nyingi huhusiana na falsafa na metafizikia ambapo inaangukia upande wa mawazo ya kufikirika kama vile nafasi za vizio wakadhaa na ulimwengu sambamba.

Nadharia

Atomu za haidrojeni chache za kwanza obiti za elektroni zilizooneshwa kwa sura ya mkatizo zikiwa zimetiwa rangi alama densiti ya uwezekanivu.

Ingawaje mwanafizikia husoma aina mbalimbali za mafumbo ya maisha, kuna baadhi ya nadharia zinazotumika kwa wanafizikia wote. Kila moja kati ya hizi nadharia imejaribiwa kwa idadi ya vitendo na kuhakikishwa makadirio sahihi ya asili iliyopo ndani ya mizingo yenye kubadilika umakini. Kwa mfano, nadharia ya utafiti.

Historia

Astronomia inatajwa kama sayansi ya kale zaidi, ambapo jamii zilizokuwa zimestaarabika zamani, kama Wasumeri, Wamisri wa kale na jamii kuzunguka uwanda wa mto Indus, takriban miaka 3000 KK zilikuwa na uelewa juu ya elimu ya utabiri kuhusu mienendo ya jua, mwezi na nyota. Nyota na mwezi mara nyingi zilichukuliwa kama alama za kidini, zikiaminika kuwakilisha miungu yao.

Ingawa maelezo ya matukio hayo mara nyingi hayakuwa ya kisayansi, tena yenye upungufu wa vithibitisho, hayo maono ya enzi hizo yalikuwa msingi wa uendelezaji wa elimu ya astronomia baadaye.

Kwa mujibu wa Asger Aaboe, chanzo cha astronomia ya kimagharibi kinaweza kupatikana Mesopotamia, na juhudi zote za watu wa magharibi kuelekea sayansi ya uhalisia zimerithiwa kutoka astronomia ya kale ya Kibabuloni.

Wanaastronomia wa Misri waliacha alama katika makaburi na kumbukumbu zingine juu ya makundi nyota na mienendo ya maumbo mengine katika samawati (maumbosamawati/magimba) mengine.

Homer, mshairi bora wa Ugiriki wa kale, aliandika katika Iliad na Odyssey juu ya maumbosamawati tofauti; baadaye wanaastronomia wa Kigiriki waliyapa majina makundi nyota mengi yanayoonekana katika kizio cha kaskazini cha dunia, majina ambayo yanatumika hadi leo.

Falsafa ya asili

Falsafa ya asili ina chanzo chake huko Ugiriki wakati wa kipindi cha kale, (650 KK– 480 KK), ambapo wanafalsafa wa kabla ya Sokrates kama Thales waliyakataa maelezo yasiyo ya kiasili kwa matukio ya kiasilia na kutangaza kwamba kila tukio lilikuwa na sababu za kiasili.

Walipendekeza kwamba lazima mawazo yathibitishwe na sababu makini na uoni na nyingi katika nadharia zao zilithibitishwa kwa mafanikio makubwa katika majaribio mbalimbali, kwa mfano, nadharia ya atomi ilijulikana kuwa sahihi takribani miaka 2000 baada ya kupendekezwa kwa mara ya kwanza na Leucippus na mwanafunzi wake Democritus.

Fizikia ya zamani

Isaac Newton (1643–1727) aliandika sheria za mwendo na mvutano ambazo zilikuwa hatua kubwa katika fizikia ya zamani.

Fizikia ilipata kuwa somo peke yake la sayansi wakati Wazungu walipoanza kutumia njia za majaribio na upimaji kugundua kile ambacho leo kinachukuliwa ni sheria za fizikia.

Maendeleo makubwa katika kipindi hicho yalijumlisha ubadilishaji wa mfumo wa jua uliofuata mfumo wa jiosentriki kuwa mfumo wa heliosentriki wa Copernicus.

Sheria zinazotawala miendo ya sayari katika mfumo wa jua ziliamuliwa na Johannes Kepler kati ya miaka 1609 na 1619.

Kazi za mwanzo katika darubini na unajimu wa kiuchunguzi vilifanywa na Galileo Galilei katika karne ya 16 na 17, na ugunduzi wa Isaac Newton na muungano wa sheria zake za mwendo na sheria za jumla za mvutano ambazo zilikuja kubeba jina lake ulifanyika.

Newton pia aliendeleza kalikulasi, somo la mahesabu ya mabadiliko, ambalo lilileta njia mpya ya kukokotoa matukio ya kiumbo.

Ugunduzi wa sheria mpya za joto mwendojoto (thermodynamics), kemia na sumakuumeme ulitokana na juhudi kubwa za uchunguzi katika kipindi cha mapinduzi ya viwanda kutokana na kuongezeka kwa kiasi kikubwa kwa mahitaji ya nishati.

Sheria zenye maudhui ya fizikia ya zamani ziliendelea kuwa na matumizi makubwa katika matukio ya kila siku ambapo maada ilisafiri na miendokasi isiyokaribia ule wa mwanga kwa kuwa yalitoa majibu yenye makadirio ya karibu zaidi, na nadharia kama kwanta ya kimakenika na ile ya rilativiti zilirahisika kuelekea kutoa majibu kama yaliyotolewa na fizikia ya awali.

Hata hivyo makosa katika fizikia ya zamani hasa kwa vitu vidogo zaidi na vile vyenye mwendo uliokaribia ule wa mwanga vilipelekea kuendelezwa kwa fizikia ya kisasa katika karne ya 20.

Fizikia ya kisasa

Kazi za Albert Einstein (1879–1955), katika athari za kifotoelektriki na nadharia ya rilativiti, ndiyo iliyopelekea mapinduzi ya fizikia katika karne ya 20.

Max Planck (1858–1947) alianzilisha nadharia ya kwanta ya kimakenika na vifurushi kimakenika.

Nadharia hizo zote kwa pamoja zilikuja kwa sababu ya majibu yasiyo sahihi sana yaliyotolewa na mekaniki ya zamani katika baadhi ya matukio.

Mekaniki ya zamani ilitabiri mabadiliko ya mwendokasi wa mwanga, jambo ambalo lilishindwa kutatuliwa na mwendokasi usiobadilika uliotabiriwa na milinganyo ya sumakuumeme ya Maxwell; utata huo ulirekebishwa na nadharia ya Einstein ya rilativiti maalum, ambayo iichukua nafasi ya mekaniki ya zamani kwa vitu vinavyokwenda kwa spidi kubwa zaidi na ikaruhusu mwendo wa mwanga usiobadilika.

Mnururisho wa vitu vyeusi pia ulikuwa tatizo lingine kwa mekaniki ya zamani, ambalo lilitatuliwa wakati Planck alipopendekeza kwamba mwanga husafiri katika mfumo wa vifurushi vidogovidogo vinavyoitwa fotoni; pamoja na athari za fotoniumeme na nadharia nzima inayotabiri ngazi zilizojitenga za njiamzingo za elektroni, ilipelekea kwenye nadharia ya vifurushikimakenika (kwa Kiingereza Quantum mechanics) kushika nafasi ya mekaniki ya zamani katika mizania ndogo sana.

Nadharia ya vifurushikimakenika ilianzishwa kutokana na kazi za awali za akina Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger na Paul Dirac. Kutokana na kazi hizo za mwanzo kila mmoja katika tasnia yake muundo wa kiwango kinachotambulika wa fizikia ya hardali/vitu vidogo ilipatikana.

Kufuatia ugunduzi wa tabia za hardali zinazokubaliana na Higgs boson katika kituo cha CERN mwaka 2012, hardali zote za msingi ziliweza kutabiriwa na muundo unaotambulikana, na hakuna hardali nyingine zilizoonekana kupatikana, hata hivyo fizikia zaidi ya muundo unaotambulika, na nadharia kama za supersymmetry, ni katika mambo yanayoendelea kufanyiwa utafiti hivi leo.

Viungo vya nje

Makala hii kuhusu mambo ya sayansi bado ni mbegu. Je, unajua kitu kuhusu Fizikia kama historia yake au mahusiano yake na mada nyingine? Labda unaona habari katika Wikipedia ya Kiingereza au lugha nyingine zinazofaa kutafsiriwa? Basi unaweza kuisaidia Wikipedia kwa kuihariri na kuongeza habari.