În educația tinerelor generații, cultura generală trebuie să includă informații despre personalitățile care au contribuit prin ideile novatoare la evoluția științei. Subscriu la aforismele filosofului englez Francis Bacon: „știința este putere”, „a cunoaște cu adevărat înseamnă a cunoaște prin cauze”, „oamenii nu pot stăpâni natura decât supunându-se legilor ei”.
Până la Aristotel, nu s-a făcut distincție între filosofie și știință, abordarea realității obiective fiind unitară la vremea respectivă. Pe măsura acumulării datelor științifice și a diversificării concepțiilor filosofice, au apărut numeroase modele de interpretare a devenirii și structurării Existenței pe diverse nivele de organizare a materiei, de la microcosmos, la macrocosmos și megacosmos.
Spre deosebire de filosofie, implicată în cunoașterea generalizată a Existenței, știința se raportează prin cauze și legi la analiza proceselor și fenomenelor din realitatea obiectivă.
Un loc aparte în știință îl are fizica (din cuvântul grec physis = natură), disciplină care studiază structura, proprietățile, legile, formele de mișcare (mecanică, termică, electromagnetică) și transformările materiei.
Primele cunoștințe sistematizate de fizică trebuie căutate la gânditorii din Grecia antică, precum încercările lui Thales și Democrit de înțelegere a semnificației materiei, ajungând apoi la „Fizica” lui Aristotel, în care acesta a analizat și definit mișcarea din punct de vedere filosofic.
De fapt, fizica a fost cunoscută ca filosofie naturală până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, devenind progresiv o disciplină distinctă de filosofie, având propria metodă de cercetare.
Se poate afirma că, în evoluția cunoașterii științifice, bazele fizicii moderne au fost puse în perioada Renașterii (sec. XV–XVI) și amplificate în secolele următoare, pe măsura apariției și dezvoltării sistemului capitalist, care a promovat încrederea în om și în posibilitățile sale creatoare, dreptul său la gândire și acțiune liberă, cercetarea cu venerație a operelor marilor gânditori din cultura greacă și romană, aspirația la libertate și fericire, schimbul de idei la scară planetară, dezvoltarea fără precedent a tehnicii, care a fostr marcată de inventarea tiparului, telescopului, lunetei, microscopului.
În faza inițială, s-a pus accent pe ramurile științei legate de formele simple ale mișcării cerești și terestre. Nicolaus Copernicus a inițiat heliocentrismul, concepție care atribuie un rol central Soarelui în Univers, fiind un pas important în separarea științei de religie.
Galileo Galilei a formulat conceptul de lege științifică, a subliniat valoarea experimentului în cercetare, a descoperit legile pendulului și principiul inerției, a pus bazele cinematicii. Confecționându-și o lunetă, a studiat corpurile cerești, munții de pe Lună, sateliții planetei Jupiter, petele solare.
Legile mișcării planetelor au fost descoperite de Kepler, iar explicarea acestora a fost dată de către Isaac Newton (1643–1727), savantul care domină întreaga gândire modernă, prin cercetări profunde în diverse domenii (matematică, fizică, chimie, astronomie, filosofie).
În celebra lucrare „Principiile matematice ale filozofiei naturale”, prin formularea principiilor dinamicii și a legii atracției universale, Newton a fundamentat mecanica terestră și a corpurilor cerești. Împreună cu Leibniz, este considerat creatorul calculului diferențial și integral.
În domeniul opticii, Newton a studiat dispersia luminii (descompunerea luminii albe în componente monocromatice) și a construit telescopul cu oglindă, care are avantajul că nu prezintă aberații cromatice.
Pentru meritele sale deosebite a fost ales membru la Royal Society din Londra, precum și membru fondator al Academiei de Științe din Franța.
Bazele anatomiei moderne au fost puse de A. Vesalius, iar M. Servet a descoperit circulația mică a sângelui. Tot acum, medicul englez William Gilbert face experiențe de electrizare a corpurilor, iar în anul 1600 compară globul terestru cu un magnet uriaș.
În chimie se remarcă Lavoisier, care a sistematizat datele cercetării de până atunci și a elaborat o teorie a proceselor oxidative (arderi).
Fiziologia urcă noi trepte în cunoașterea funcționării organismelor vii, prin descrierea circulației sângelui de către Wiliam Harvey și observarea vaselor capilare de către Malpighi.
În domeniul matematicii, Nicolo Tartaglia a prezentat o metodă generală de rezolvare a ecuațiilor algebrice de gradul III, iar relațiile dintre rădăcinile și coeficienții unei ecuații algebrice au fost găsite de François Viète.
Se inventează logaritmii (John Neper) și apar noi direcții de cercepare, ca de exemplu: teoria probabilităților (Blaise Pascal), geometria analitică (René Descartes, Pierre Fermat), geometria proiectivă (Desargues), geometria diferențială (Leonard Euler, Gaspard Monge).
Formalizarea definitivă și expunerea sistematică va fi dată în secolul al XVIII-lea și începutul secolului al XIX-lea de către L. Euler, pentru geometria analitică, G. Monge pentru geometria diferențială și Poncelet, pentru geometria proiectivă.
Gottfrid Wilhelm Leibniz și Isaac Newton au conceput calculul diferențial și integral, L. Euler a introdus integrala dublă, iar Joseph Lagrange, integrala triplă.
Se pun bazele teoriei seriilor, care extind operația de adunare la sume cu un număr infinit de termeni. Astfel, Leibniz și d’Alembert stabilesc criterii de convergență a seriilor numerice, Brooke Taylor dă regula dezvoltării în serie de puteri a unei funcții de o variabilă, care va fi generalizată de J. L. Lagrange pentru funcții de mai multe variabile. Tot acum Joseph Fourier descoperă metoda dezvoltării unei funcții periodice în serie trigonometrică. Se fundamentează studiul ecuațiilor diferențiale ordinare (Leonard Euler, Alexis Clairot, Joseph-Louis Lagrange, Jacopo Riccati) și începe studiul ecuațiilor cu derivate parțiale (d’Alembert, J. L. Lagrange, Simon Laplace), precum și al funcțiilor de variabilă complexă (d’Alembert și L. Euler).
Algebra a avut de câștigat de pe urma lui Michelle Rolle (a dat o regulă de separare a rădăcinilor unei ecuații algebrice), Etienne Bézout (a stabilit teorema care îi poartă numele, referitoare la împărțirea unui polinom printr-un binom), J. L. Lagrange (a sintetizat teoria ecuațiilor algebrice, a introdus formele pătratice). Proprietățile determinanților au fost studiate de către Théophile Vandermonde, iar matematicianul Pierre-Simon Laplace dă regula dezvoltării determinanților după minori de diferite ordine. Rezolvarea comodă a sistemelor de ecuații liniare cu ajutorul determinanților este datorată lui Gabriel Cramer.
În fizică se descoperă legea transformării izoterme a gazelor (Robert Boyle, Edme Mariotte), legea refracției luminii (Snellius, Descartes), se măsoară presiunea atmosferică (Evangelista Toricelli), se studiază transmiterea presiunii prin fluide (B. Pascal), deformațiile elastice ale corpurilor (Robert Hooke), bazele mecanicii analitice sunt puse odată cu calculul variațional (L. Euler, J. L. Lagrange, A. Legendre).
Se fac cercetări în teoria cinetico-moleculară a gazelor de către Daniel Bernoulli, fizician care are și meritul fundamentării hidrodinamicii, prin studiul curgerii lichidelor din conducte, iar în domeniul electricității se exprimă cantitativ interacțiunile dintre purtătorii de sarcini electrice (legea lui Coulomb), se construiește pila galvanică de către Alessandro Volta, considerată cea dintâi sursă practică de curent electric.
Bazele electromagnetismului au fost puse de fizicianul englez James Clerk Maxwell (1831–1879), care este considerat, alături de Isaac Newton și Albert Einstein, unul din cei mai prodigioși savanți din toate timpurile.
Pornind de la ideile lui M. Faraday, J. C. Maxwell a elaborat în lucrarea „Tratat despre electricitate și magnetism” teoria macroscopică a câmpului electromagnetic pentru corpurile în repaus, teorie pe care H. Hertz a extins-o apoi la corpurile în mișcare.
Secolul XIX a fost marcat de marcat de aplicații importante ale curentului electric în tehnică și tehnologie, care au au contribuit la ridicarea standardului de viață prin apariția telefonului (1876, Alexander Graham Bell), a fonografului (1877, Thomas Alva Edison), a cinematografului (1895, frații Lumière), producerea undelor electromagnetice (1887, Heinrich Hertz) și brevetarea primului sistem practic de radiocomunicații (1896, Gugliemo Marconi).
Descoperirea în secolul următor a tuburilor electronice, dispozitivelor semiconductoare și a circuitelor integrate a dus la o dezvoltare fără precedent a telefoniei, radiodifuziunii și televiziunii, dar și a tehnicii de calcul și evoluția automaticii de la regulator la microprocesor.
Dacă până la aceste realizări tehnice și tehnologice omul putea să comunice doar pe distanțe scurte, prin intermediul unor semnale acustice sau optice, în schimb utilizarea undelor electromagnetice a permis stabilirea, aproape instantanee, de legături între două puncte oarecare de pe suprafața Terrei. Un sistem de radiocomunicații cuprinde în general trei elemente principale, și anume: emițătorul, receptorul și canalul de comunicație.
Secolul al XX-lea reprezintă un salt calitativ în istoria științei, prin cercetările din teoria relativității, mecanica cuantică și fizica statistică. Au fost puse în evidență aspecte inedite ale Existenței, precum: relativitatea fenomenelor fizice, dependența structurilor spațio-temporale de materia în mișcare, dualismul corpuscul-undă și cuantificarea energiei la nivelul microparticulelor, comportamentul structurilor disipative ca totalități organizate.
Albert Einstein (1879–1955) este un deschizător de drumuri în cercetarea științifică a realității obiective, fiind savantul care a revoluționat cunoașterea printr-o nouă viziune despre spațiu, timp, cauzalitate, gravitație, radiație, univers. În demersul cognitiv a pus în evidență rolul modelelor matematice, al experienței și intuiției în abordarea realității obiective, a analizat natura ipotetică a principiilor științei și a corelat conceptul de obiectivitate cu invarianța legilor fizice.
Principalele lucrări științifice ale lui Einstein sunt: „Electrodinamica corpurilor în mișcare” (1905), „Fundamentele teoriei generale a relativității” (1916), „Geometria și experiența” (1921), „Teoria unitară a câmpului fizic” (1929), „Fizica și realitatea” (1936), „Evoluția fizicii” (1938).
Anul 1905 poate fi luat ca reper în activitatea de cercetare științifică a lui Einstein. Pe lângă susținerea doctoratului cu o dizertație despre dimensiunile moleculelor, a publicat trei articole științifice importante, prin care a fundamentat teoria mișcării browniene, a explicat efectul fotoelectric extern pe baza ipotezei propagării luminii sub formă de flux de fotoni, a elaborat teoria relativității restrânse – prin generalizarea principiului relativității mecanice la întreaga fizică și postularea invarianței vitezei luminii în vid față de orice sistem de referință inerțial.
Genialul savant a fost capabil să descrie unitar și coerent fenomenele fizice în diverse sisteme de referință inerțiale, prin abordarea novatoare a spațiului și timpului într-un spațiu pseudoeuclidian cu patru dimensiuni (univers Minkowski), fără să se raporteze la natura concretă a substanței și a radiației, precum și la modul cum acestea interacționează. Einstein a depășit cu succes contradicția dintre mecanica newtoniană și teoria Maxwell a câmpului electromagnetic, mai precis, faptul că legile mecanicii clasice sunt invariante față de transformările Galilei, spre deosebire de legile electrodinamicii clasice, a căror formă este dependentă de viteza de mișcare a sistemelor de referință inerțiale.
În teoria relativității restrânse, trecerea de la un sistem de referință inerțial la altul este exprimată analitic prin transformările lui Lorentz. Unele consecințe ale acestor transformări, precum contracția lungimilor pe direcția de mișcare și dilatarea timpului, sunt dificil de înțeles la nivel intuitiv.
În anul 1916, Einstein a prezentat teoria relativității generalizate, concepție care extinde studiul fenomenelor fizice la sisteme de referință accelerate, având la bază două afirmații:
- Postulatul covarianței generale a legilor fizicii. Ecuațiile prin care se exprimă legile fizicii au aceeași formă în toate sistemele de referință, indiferent de starea lor de mișcare.
- Postulatul echivalenței locale. Într-un domeniu infinitezimal, câmpul gravitațional este echivalent cu câmpul forțelor de inerție al unui sistem de referință local, accelerat convenabil.
Teoria relativității generale a fost verificată experimental prin unele consecințe ale sale, precum: curbarea razelor de lumină în câmpuri gravitaționale intense, deplasarea gravitațională spre roșu a liniilor spectrale, precum și deplasarea gravitațională a periheliului planetelor, efect care face ca traiectoriile acestora să capete forma unei rozete.
După crearea teoriei relativității, în variantele restrânsă și generalizată, Einstein și-a dorit să realizeze un model geometric pentru descrierea unitară a electromagnetismului și gravitației. Mai mult, spre sfârșitul vieții, a fost preocupat de conceperea unei teorii unitare a câmpurilor, în care interacțiunile electromagnetice, gravitaționale, tari și slabe să fie echivalate local cu modificări convenabile în geometria spațiu-timp.
Marele savant este un exemplu demn de urmat de către cercetători, având în vedere că încercările nereușite nu l-au făcut să renunțe, atitudine exprimată în mesajul său optimist: „Este de ajuns ca unul singur să încerce să înțeleagă câte o părticică de mister în fiecare zi.”
Referitor la gravitație, este sugestivă opinia astronomului englez Herbert Dingle: „Nici Newton, nici Einstein nu pot fi considerați a fi spus ultimul cuvânt în acest subiect. Este drum deschis pentru oricine să abordeze din nou problema și să introducă concepții noi, pe care le poate găsi utile.”
Fenomenele fizice din microcosmos, în care se manifestă aspectul corpuscular al luminii (efectul fotoelectric, efectul Compton, emisia și absorbția radiației de către substanță), comportarea ondulatorie a microparticulelor și cuantificarea mărimilor fizice, în particular a energiei, sunt fenomene care nu pot fi explicate riguros în cadrul fizicii clasice, ci doar al fizicii cuantice, teorie modernă care a marcat secolul al XX-lea prin schimbări fundamentale în cunoașterea comportamentului microparticulelor.
Extinderea dualismului undă-corpuscul de la radiație la substanță a fost sugerată în 1923 de fizicianul francez Louis de Broglie: „acă în teoria luminii s-a neglijat aproape un secol aspectul corpuscular pentru a i se atașa în exclusivitate doar aspectul de undă, oare nu s-a comis eroarea inversă în cazul substanței? Nu s-a greșit oare, neglijând aspectul de undă pentru a se considera aspectul corpuscular al substanței?” Ideea genială la care a ajuns savantul francez se referă la posibilitatea de a descrie comportarea microparticulelor cu ajutorul undelor asociate.
Verificarea experimentală a undei asociate a fost făcută în anul 1927 de către Davisson și Germer, prin difracția pe un cristal de nichel a unui fascicul de electroni obținuți de la un tun electronic, rezultate pentru care ingeniOșii cercetători au fost răsplătiți cu premiul Nobel.
Pasul hotărâtor în elaborarea mecanicii cuantice a fost făcut de Erwin Schrödinger, care a propus în 1926 o ecuație diferențială cu derivate parțiale pentru determinarea funcției de undă.
Semnificația fizică a funcției de undă a reprezentat o provocare cognitivă pentru fizicieni. Schrödinger a propus o interpretare materială a funcției de undă (particula fiind identificată cu un pachet de unde), însă s-a impus în final interpretarea statistică dată de M. Born și W. Heisenberg, conform căreia modulul la pătrat al funcției de undă este proporțional cu probabilitatea de localizare a microparticulei în unitatea de volum din spațiu.
Determinismul promovat de mecanica newtoniană și de teoria relativității a fost regândit după apariția mecanicii cuantice. În lucrarea „Certitudinile și incertitudinile științei”, fizicianul francez Louis de Broglie, laureat al Premiului Nobel și pionier al mecanicii cuantice, a analizat limitele cunoașterii umane, prin trecerea de la fizica deterministă, bazată pe cauză și efect, la acceptarea incertitudinii în descrierea sistemelor cuantice. Spre deosebire de manifestarea fenomenelor din spațiul intuitiv, microcosmosul poate fi abordat doar la nivel abstract, deși relațiile din mecanica newtoniană dintre mărimile fizice se transpun formal în teoria cuantică prin relații între operatori.
Pe lângă apariția teoriei relativității și a mecanicii cuantice, secolul al XX-lea va rămâne consemnat în istoria științei și prin încercările fizicienilor de a găsi o teorie unitară a materiei (substanță și câmp), care reprezintă idealul în cunoașterea științifică. În efortul savanților de cunoaștere a microcosmosului, se pot distinge următoarele etape importante:
- ipoteza existenței antiparticulelor, care a fost propusă de fizicianul Paul Dirac în anul 1928;
- descoperirea în radiația cosmică a pozitronului de către Carl D. Anderson în anul 1932;
- ipoteza existenței quarcurilor propusă în anul 1964 de către Murray Gell-Mann, care a descoperit, împreună cu Zweig, schema obținerii barionilor;
- elaborarea teoriei cuantice a interacțiunii electroslabe de către Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg și Mohammad Abdus Salam, bosonul Z fiind descoperit experimental în anul 1973;
- formularea Modelului Standard al particulelor elementare în anul 1974;
- ipoteza lui Peter Ware Higgs despre existența „particulei lui Dumnezeu”, bosonul Higgs fiind descoperit în anul 2012 cu ajutorul lui Large Hadron Collider de la CERN;
- descoperirea experimentală a oscilațiilor neutrinilor de către fizicienii Takaaki Kajita și Arthur B. McDonald, care au primit Premiul Nobel pentru fizică în anul 2015;
- elaborarea unor teorii unitare dincolo de Modelul Standard, care includ și gravitația, ca de exemplu, teoria corzilor, teoria M etc.
Modelul Standard reprezintă consensul actual asupra constituenților de bază (fără substructură) ai materiei și a interacțiunilor fundamentale dintre aceștia. În prezent se consideră că materia este alcătuită din două tipuri fundamentale de fermioni cu spinul 1/2, leptonii și quarcurile, la care se adaugă mediatorii care intermediază interacțiunile fundamentale.
Nașterea și evoluția Sistemului solar a constituit o mare provocare pentru astronomi și a generat diverse ipoteze, mai mult sau mai puțin verosimile.
Ipoteza lui Kant, publicată în 1775 și completată de Laplace în 1796, a fost pentru secolul al XVII-lea un salt în cunoaștere, deoarece reprezintă o separare tranșantă dintre știință și religie. Ambii gânditori consideră că sistemul solar s-a format dintr-o uriașă nebuloasă de materie gazoasă aflată în mișcare de rotație. După Kant, apariția unor centre de condensare în masa nebuloasei de gaz a condus la formarea Soarelui în centru și a planetelor spre periferie, spre deosebire de Laplace, care consideră că, în stadiul inițial, cantități mari de materie au „evadat” prin planul ecuatorial, după care s-a produs procesul de condensare. Ipoteza Kant-Laplace a avut un rol important în secolele următoare asupra concepțiilor despre formarea și evoluția sistemului solar.
Pentru explicarea formării Sistemului solar, astronomii Shmidt, Weizsäcker, Fesenkov, Alfvén, Hoyle au plecat de la ipoteza existenței, în urmă cu circa 5 miliarde de ani, a unei colosale nebuloase (compusă din gaze și praf cosmic în care predomina H și He) aflată în mișcare de rotație și supusă acțiunii forțelor gravitaționale. În demersul cognitiv, s-a încercat în diferite moduri să se explice distribuția neuniformă a momentului cinetic, care revine în proporție de 98% planetelor și numai 2% Soarelui, deși acesta înglobează aproape 98,86% din masa Sistemului solar.
Cei mai mulți astronomi înclină spre ideea formării concomitente a Soarelui și a planetelor. Astfel, Hoyle consideră că, pe măsura contracției gravitaționale (predominant de-a lungul axei de rotație), crește viteza de rotație, efect care duce implicit la apariția instabilității gravitaționale, fiind îndeplinite condițiile pentru formarea unei mase centrale (Protosoarele), înconjurată de un disc turtit. Prin vârtejuri și concentrări de substanță în disc au apărut apoi planetele. Disproporția repartizării momentului cinetic, Hoyle o explică prin transferul acestuia de către câmpul magnetic al nucleului primar de la centru spre periferia parțial izolată.
Lumea stelară este fascinantă și trebuie cercetată cu instrumente moderne, de mare performanță, care pot să suplinească imperfecțiunile organelor de simț ale omului.
În istoria științei a fost consemnată atitudinea savantului italian Galileo Galilei, care, încălcând normele stabilite de Inchiziție, și-a confecționat o lunetă pentru a studia corpurile cerești, descoperind munții pe Lună, patru sateliți ai planetei Jupiter, fazele planetei Venus, structura stelară a Căii Lactee, petele solare etc. În lucrarea sa „Dialog asupra celor două sisteme principale ale lumii, ptolemaic și copernican” (1632), Galilei a susținut concepția heliocentrică a lui Nicolaus Copernicus, fapt pentru care a fost judecat și pedepsit în anul 1633 de un tribunal catolic.
Rezultate mult mai spectaculoase în studiul bolții cerești au fost obținute de astronomul William Herschel (1738–1822) cu ajutorul unui telescop optic, instrument extrem de util în domeniul radiațiilor optice cu lungimea de undă cuprinsă între 380 nm și 760 nm, mai ales în nopțile senine, când o parte însemnată din lumina bolții cerești nu este absorbită de atmosfera terestră și ajunge la suprafața Pământului.
Extinderea cercetării spațiului cosmic în domeniul radioundelor (cu lungimea de undă de la 1 mm la 20m) se face cu ajutorul radiotelescopului, sistem tehnic format dintr-o antenă parabolică, având în focar un radioreceptor, care este conectat la un echipament de înregistrare.
Astfel, au putut fi descoperite surse extraterestre de radiounde, cum ar fi pulsarii (obiecte galactice care generează radiounde sub formă de pulsații) sau quasarii (obiecte extragalactice care emit intens radiounde).
Expansiunea Universului a fost observată în 1929 de astronomul american Edwin Hubble, care a studiat deplasarea spre roșu a radiațiilor primite de Terra de la galaxiile îndepărtate. Pe baza efectului Doppler, Hubble a tras concluzia că sursele de lumină se îndepărtează una față de alta, viteza expansiunii Universului fiind proporțională cu distanța r față de un observator terestru a galaxiei în mișcare. Celebra ipoteză Big Bang (Marea Explozie) a fost atribuită inițial lui Hubble, însă preotul belgian Georges Henri Lemaître este cel care a afirmat în 1927 că expansiunea Universului a început dintr-un „atom inițial” sau „Oul Cosmic”.
În activitatea de cercetare, Stephen Hawking (1942–2018) a fost preocupat de cosmologia teoretică, relativitatea generală și teoria cuantică, în perioada 1965–1970 reușind să elaboreze un model matematic asupra evoluției Universului din momentul „marii explozii inițiale”, la care se adaugă studii asupra relației dintre găurile negre și termodinamică. Inițial, Hawking a considerat că aceste găuri negre au o durată de existență limitată, constituirea unor perechi de particule-antiparticule virtuale ducând la o „evaporare” treptată a acestora sub forma radiației. Ulterior, revine asupra acestei teorii, admițând că radiația se produce indiferent de procesul ce are loc înăuntrul unei găuri negre, reprezentare ce contrazice regulile mecanicii cuantice, teorie cunoscută sub numele de „paradoxul informațional al găurilor negre”.
Legea lui Hubble poate fi demonstrată în cadrul teoriei dipolilor vortex, concepție științifică unitară în care se consideră că Existența include Universul nostru (format din materie) și Universul complementar (format din antimaterie), cele două universuri fiind în interacțiune și transformare permanentă prin intermediul dipolilor vortex – punți de legătură care permit trecerea particulelor universale primordiale.
Structura internă (endostructura) a Pământului a fost stabilită progresiv de diverși cercetători (E. Wiechert, D. R. Oldham, A. Mohorovičić, B. Gutenberg, I. Lehmann, E. K. Bullen, H. Jeffreys), fiind puse în evidență învelișurile de ordinul I (scoarță, manta, nucleu) și de ordinul II (A, B, C, D, E, F, G), precum și suprafețele de discontinuitate care le separă (Moho, Jeffreys, Repetti, Wiechert-Gutenberg, Lehmann, Oldham-Gutenberg). Litosfera (gr. lithos = piatră și sferă) este partea solidă care delimitează Terra, pe care se află formele de relief, fiind formată din scoarță și o parte din mantaua superioară.
Începând cu Anul Geofizic Internațional (AGI), inaugurat la 1 iulie 1957, s-a conturat tectonica plăcilor (J. Tuzo Wilson, Dan P. McKenzie, W. Jason Morgan), teorie care permite explicarea proceselor geodinamice majore ale litosferei. După J. W. Morgan, litosfera este fragmentată în șase plăci majore (pacifică, africană, americană, eurasiatică, indo-australiană și antarctică), care sunt divizate la rândul lor în numeroase plăci mai mici. Plăcile litosferice plutesc în echilibru izostatic pe învelișul vâscos al astenosferei, de-a lungul unor falii de transformare.
Împreună cu fizica, biologia, geologia și astronomia, o altă disciplină inclusă în categoria științelor fundamentale ale naturii este chimia, care studiază compoziția, proprietățile și transformările substanțelor. Mai precis, obiectivele acestui domeniu științific sunt: studierea substanței la nivel atomic și molecular, formarea legăturilor chimice și a compușilor chimici, analiza interacțiunilor chimice dintre substanțe și a posibilităților de transformare a substanțelor prin intermediul reacțiilor chimice.
Chimia a apărut în Orientul Mijlociu din alchimie, o protoștiință care a făcut trecerea în cunoașterea transformării substanțelor de la o abordare magică la una experimentală – prin distilare, cristalizare, purificare.
În anul 1661, Robert Boyle a publicat lucrarea „Chimistul sceptic”, în care a combătut ideea aristotelică a celor patru elemente (pământ, aer, foc, apă) și concepția alchimiștilor bazată pe cele trei principii (sare, sulf, mercur), propunând o alternativă mecanicistă a atomilor și reacțiilor chimice al căror studiu se poate face prin experimente riguroase.
Alți savanți care au contribuit la dezvoltarea chimiei: Antoine Lavoisier (conservarea masei în reacțiile chimice, conceperea unui sistem nou de nomenclatură chimică), Alessandro Volta (invenția pilei voltaice), Jöns Jakob Berzelius (teoria electrochimică a combinațiilor chimice), William Prout (primul savant care a propus ordonarea elementelor chimice după masa lor atomică), Dimitri Mendeleev (prezicerea existenței unor noi elemente chimice pe baza tabelului periodic pe care l-a elaborat), William Ramsay (în colaborare cu Lord Rayleigh au descoperit gazele inerte), Justus von Liebig (întemeietorul chimiei pentru agricultură), Friedrich Wöhler (sinteza ureei), Edward Frankland (unul din creatorii conceptului de valență chimică), Josiah Willard Gibbs (a pus bazele termodinamicii chimice), Svante Arrhenius (cercetare în domeniul disociației electroliților).
Termenul de genetică (gr. genesis = naștere) a fost introdus în 1905 de W. Bateson pentru acea ramură a biologiei care studiază ereditatea, variabilitatea și reproducerea organismelor. Una din metodele eficiente utilizate în genetică se bazează pe analiza caracterelor la descendenții obținuți prin hibridare, procedură care constă în încrucișarea unor organisme având una, două, trei sau mai multe trasături distincte, bine conturate, pentru a obține rezultate concludente.
În dezvoltarea geneticii, alături de „teoria factorilor ereditari”, inițiată de Gregor Mendel, un rol esențial în clasificarea conceptelor și a mecanismelor eredității l-au avut „teoria muțiilor” (H. de Vries, 1908), „genetica cantitativă” (H. Nilsson-Ehle, 1906, E. M. East, 1910), „genetica populațiilor” (S. H. Hardy, 1908), „teoria cromozomială a eredității sau morganismul” (T. H. Morgan, 1910), „teoria despre mutația artificială a genei” (radiogenetica, J. H. Muller, 1927), „teoria moleculară”, care a fost fundamentată de O. T. Avery și colaboratorii săi, prin descoperirea ADN-ului transformator, dezvoltată ulterior de către J. Watson, F. Crick și M. Wilkins, prin stabilirea, în 1953, a structurii macromoleculei de AND.
Alte contribuții sunt datorate cercetătorilor M. Grunberg-Manago și S. Ochoa (biosinteza artificială de ARN, 1955), A. Kornberg (biosinteza ADN, 1956), S. Ochoa, W. Nirenberg (descifrarea codului genetic, între 1961–1967), J. Beckwith și colaboratorii (izolarea genei, 1969), G. Khorana (sinteza artificială a genei, 1970).
Unii autori delimitează în istoria geneticii următoarele etape: epoca clasică (1900–1944), epoca modernă (1944–1970), urmată de așa-numita „eră a geniului genetic”, inițiată la începutul anilor ’70, o dată cu producerea primei molecule de ADN recombinat.
Este meritul biologului Conrad Waddington pentru fundamentarea epigeneticii – ramură a biologiei care pune în evidență interacțiunea zestrei genetice cu factorii de mediu pentru a crea un fenotip. Mai precis, epigenetica pune în evidență dezvoltarea interactivă a structurilor vii în cadrul unor condiții concrete de mediu, deplasând accentul pe descifrarea proceselor biochimice care permit acidului dezoxiribonucleic diverse posibilități de manifestare – prin activarea și reprimarea anumitor gene, dar fără a provoca schimbări la nivelul secvenței genice.
Genetica și-a propus să răspundă la provocările științei și a reușit să fascineze prin crearea pe cale artificială (in vitro, în condiții de laborator) a unor ființe noi, în afară procesului sexual, ca de exemplu, clonarea unor organisme vii, așa cum au procedat cercetătorii scoțieni, care au obținut în 1997 celebra oaie Dolly. Referitor la etica în cercetare, se face trimitere la afirmația lu Rabelais: „Știința fără conștiință nu este decât ruina sufletului.”
Concluzii
Știința actuală este rezultatul acumulării milenare a unui tezaur vast de cunoștințe, care a fost transmis, îmbogățit și restructurat de la o generație la alta.
Importanța educativă a prezentării concise a unei retrospective în știință rezidă în capacitatea acesteia de a transforma modul de gândire al elevilor, de a stimula curiozitatea și spiritul critic, având în vedere că, prin analiza evoluției complexe a descoperirilor și a conexiunilor dintre ideile novatore, se ajunge la o înțelegere profundă a cunoașterii științifice ca proces dinamic aflat în permanentă transformare, unele ipoteze considerate cândva valide fiind reformulate sau abandonate în fața unor dovezi noi. Altfel spus, o veritabilă retrospectivă în știință nu înseamnă doar o simplă trecere în revistă a trecutului, ci o metodă pedagogică benefică pentru o înțelegere a metodologiei științifice, stimulează creativitatea, dezvoltă spiritul critic și previne dogmatismul.
Prezentarea concisă a biografiilor unor savanți oferă modele de urmat în viață, prin perseverență și curiozitate intelectuală, prin dăruire și capacitatea de a depăși obstacole pentru a aduce progres în comunitate. Un exemplu celebru pentru pasiunea și perseverența în cunoașterea științifică a Existenței îl reprezintă Einstein, genialul savant care a transmis posterității mesajul său optimist: „Este de ajuns ca unul singur să încerce să înțeleagă câte o părticică de mister în fiecare zi.”
Proiectarea unor scenarii didactice de abordare concisă a evoluției științei, în cadrul unor lecții de recapitulare și sistematizare a cunoștințelor, deplasează accentul de la simpla memorare a conceptelor, formulelor și teoriilor științifice la reconstituirea drumului cognitiv care a dus la ele, pentru înțelegerea mecanismelor cunoașterii științifice fiind necesare unități de învățare bazate pe punți de legătură multidisciplinare și interdisciplinare.
Bibliografie
- Arpad Pal, Vasile Ureche, Astronomie, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1983
- Nicolae Bodnariuc, Biologie generală, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979
- Ovidiu Drimba, Istoria culturii și civilizației, Ed. Saeculum-Vestala, București, 1998–2003
- Rene Taton (coord.), Istoria generală a științei, Editura Științifică, 1970–1976
- Richard Walker, Gene și ADN, Editura Teora, București, 2008
- Ștefan Airinei, Pământul ca planetă, Editura Albatros, 1982
- Vasile Tudor, Alma Lux, Editura Agora, Călărași, 2001