ريچارد فين من، فيزيكدان آمريكايى زمانى علم را با اين گفته تشريح كرده بود كه: «طبيعت يك بازى بزرگ شطرنج است كه آن را خدايان بازى مى كنند و ما افتخار آن را داشتيم كه آن بازى را نگاه كنيم. قوانين بازى چيزى است كه ما آن را فيزيك اساسى و مبادى مى ناميم و هدف ما درك و فهم اين قوانين است.» بر طبق گفته فين من، فيزيك از گذشته هاى دور به عنوان علمى شناخته شده است كه مى كوشد تا «همه چيز» را تشريح و تفسير كند. فيزيك، مطالعه بر ماده و انرژى و كاوش دريافتن قوانينى است كه رفتار آنها را مشخص مى كند. در حالى كه شيميدانان عنصرها و تركيب ها را مطالعه مى كنند فيزيكدانان به مطالعه نيروهايى مى پردازند كه عنصرها را به وجود مى آورند و با هم تركيب و يا از يكديگر جدا مى كنند. در حالى كه اخترشناسان اجرام فضايى را مطالعه مى كنند، فيزيكدانان نيروهايى را مطالعه مى كنند كه اين اجرام را اينگونه شكل بخشيده اند و قوانينى را بررسى مى كنند كه بر حركت آنها در فضا حاكم هستند.
فيزيكدان ها مى خواهند بدانند كه چه چيزى سبب مى شود كه اتم ها به يكديگر پيوند يافته و كهكشان ها از هم جدا هستند. براى درك همين مطالب است كه نيروهايى مانند گرانش و پديده هايى چون حركت، مغناطيس، الكتريسيته و انرژى هسته اى را آزمايش و بررسى مى كنند.
بسيارى از بزرگترين فيزيكدانان جهان، همچون فين من تحقيقات علمى را دنبال مى كنند و به تدريس آنها مى پردازند. در حالى كه گروه ديگرى از فيزيكدانان در صنايع، طراحى شبكه هاى ارتباطى برتر، نيروگاه هاى با بازده بالا، ساختمان هاى امن تر و كارخانه هاى اتومبيل سازى، كشتى سازى و هواپيماسازى بسيار پيشرفته اى كه مقاومت هوا بر آن بسيار ناچيز است، كار مى كنند. بعضى از فيزيكدانان هم با پژوهشگران امور پزشكى همكارى مى كنند تا راه هاى جديدى را براى كاوش در تن آدمى بيابند. ممكن است روزى فيزيكدانان راه هاى عملى را براى پرواز اتومبيل و قطار در هوا به دست آورند و انرژى نامحدود، ارزان و پاك را در اختيار همگان قرار دهند. اين موارد فقط شمارى از فرصت هاى بى شمار عملى است كه راه آن براى فيزيكدانان امروزى باز شده است.
• تاريخ فيزيك
ريشه هاى فيزيك را به عنوان يك علم حداقل از حدود ۲۶۰۰ سال پيش مى توان رديابى كرد. در آن زمان بود كه فيثاغورث، فيلسوف يونانى هماهنگى ميان صوت تارها را در آلت موسيقى كشف كرد و آن را به صورت يك رابطه رياضى نشان داد. همين موضوع سبب شد كه فيثاغورث به دنبال يافتن قانون هاى ساده رياضى باشد كه پديده هاى طبيعى را به درستى تشريح نمايند، قانون هايى كه حركت يك ذره معلق در فضا تا كل سازوكار جهان را نشان دهند.
در حدود ۴۰۰ سال پيش از ميلاد مسيح افلاطون و ارسطو نظر فيثاغورث را گسترش دادند. آنها نظمى را در گردش دايره اى ستارگان ديدند اما حركت سيارات در خلاف جهت ستارگان و دور و نزديك شدن آنها فكرشان را مغشوش كرد تا آن كه در سال ۱۵۴۳ ميلادى نيكلاى كپرنيك دانشمند لهستانى در فرضيه خود، با قراردادن خورشيد به جاى زمين هماهنگى فيزيكى جهان را عرضه كرد. در دهه اول ۱۶۰۰ ميلادى يوهان كپلر دانشمند آلمانى دريافت كه مسير سيارات دايره نبوده بلكه به صورت بيضى است. او به مدد رصدها و مطالعات خود قانون هايى را به دست داد كه سرعت مدار و زمان گردش هر سياره را به طور دقيق بيان مى كرد.در حدود همان سال ها گاليله فيزيكدان ايتاليايى و رنه دكارت رياضيدان فرانسوى موضوع حركت را مورد مطالعه قرار دادند. آنها جدا از هم دريافتند كه اگر جسمى در حركت باشد مسير آن خط راست است و با سرعت ثابت جابه جا مى شود مگر آن كه چيزى بر آن اثر كند يا نيرويى بر آن وارد شود. اين فكر بنياد قوانين حركت بود كه به وسيله آيزاك نيوتن فيزيكدان انگليسى به وجود آمد.نيوتن در سال ۱۶۸۷ كتاب «اصول رياضى فلسفه طبيعى» را نوشت. اين كتاب يكى از متون بسيار مهم علمى است كه تاكنون نوشته شده و راهنماى بسيارى از كارهاى علمى است كه مورد پذيرش قرار گرفته است. در اين كتاب نيوتن سه قانون حركت را مورد بحث قرار داده است: قانون اينرسى، قانون شتاب ثابت و قانون عمل و عكس العمل. در اين كتاب «قانون گرانش جهانى» نيز ارائه شده است. اين قانون براساس مشاهدات كپلر كشف و به صورت رياضى فرمول بندى شد و نشان مى دهد كه هر دو جسم با نيرويى كه با حاصل ضرب جرم هاى آن نسبت مستقيم با مجذور فاصله آنها نسبت عكس دارد يكديگر را جذب مى كنند.نظرات نيوتن كه شامل مطالعه حركت اجسام و نيروهايى كه بر آنها اثر مى كند، است اساس علم مكانيك شد و به نوبه خود مكانيك اساس فيزيك جديد شد.
در همان زمان كه نخستين فيزيكدانان به مطالعه حركت و قوانين آن مشغول بودند در جست وجوى بررسى ماهيت و رفتارهاى ماده در جهان نيز بودند. مثلاً در سال ۱۶۰۰ ميلادى روبرت بويل مشخص كرد كه اگرگازى را گرم كنيم، اتم ها جنبش بيشترى خواهند يافت و سبب مى شوند كه دما و فشار گاز افزايش يابد. تشريح رفتار گازها براساس حركت اتم ها اكنون به تئورى سينتيك گازها معروف است. اين موضوع يكى از كاربردهاى مهم و جالب مكانيك نيوتن در حوزه اتم ها _ نه ستارگان بود.در تئورى سينتيك بويل اين ايده وجود داشت كه گرما شكلى از انرژى است. شكل هاى ديگر انرژى از قبيل انرژى الكتريكى و انرژى شيميايى نيز به زودى شناخته شدند. بعدها مشخص شد كه اين شكل هاى گوناگون انرژى مى توانند به يكديگر تبديل شوند. اما انرژى خود به خود به وجود نمى آيد و نابود هم نمى شود. اين موضوع يعنى _ پايستگى انرژى يكى از پايه هاى اساسى علم فيزيك شد.در طول سال هاى ۱۷۰۰ ميلادى بسيارى از دانشمندان از جمله بنجامين فرانكلين سياستمدار، نويسنده و مخترع آمريكايى و الساندرو ولتا بسيارى از ويژگى هاى الكتريسيته و قوانين حاكم بر آن را بررسى و كشف كردند. آنها وجود بارهاى مثبت و منفى الكتريسيته را كشف كردند و دريافتند كه فلزات رساناى خوبى براى الكتريسيته هستند. يعنى بارها الكتريكى به سهولت از ميان آنها مى گذرد.
اين اكتشافات سبب شد كه فيزيكدانان و شيميدانان دريابند كه خود اتم از بارهاى مثبت و منفى الكتريكى تشكيل شده است و واكنش هاى شيميايى را به كمك جذب و دفع الكتريكى بين اتم ها مى توان تشريح و تفسير كرد.
معماهاى نور و خصوصيات آن در طول تاريخ نيز فيزيكدانان را مجذوب خود كرده است. نمونه اى از آينه فلزى كه مصرى ها در حدود چهار هزار سال پيش به كار مى برده اند در دره رود نيل از زير خاك بيرون آورده اند. دانشمندان يونان باستان مانند فيثاغورث، دموكريتوس، افلاطون و ارسطو درباره ماهيت نور به بحث پرداخته اند. اقليدس در حدود سه قرن پيش از ميلاد مسيح از انتشار نور به خط راست و برابرى زاويه تابش با زاويه بازتابش سخن رانده است. در مجموعه پرسش و پاسخ بين ابوريحان بيرونى و اين سينا به چنين پرسشى از سوى ابوريحان برمى خوريم كه «چگونه است كه ظرف شيشه اى مدور پر از آب كه در مسير نور آفتاب قرار گيرد اشياى مجاور خود را مى سوزاند اما اگر از آب تهى باشد، چنين نمى كند؟»۱
خواجه نصرالدين طوسى در كتاب تجريدالكلام مى گويد: «به نظر برخى از دانشمندان نور از ذرات خردى ساخته شده كه از منبع نور جدا شده و به اجسام گيرنده نور مى رسند. قطب الدين شيرازى در كتاب نهايه الادراك از رنگين كمان و چگونگى ديدن اجسام بحث مى كند، كمال الدين فارسى در كتاب تنفيع المناظر درباره شكست نور مى نويسد: هر گاه نور با جسم غليظ ترى مصادف شود اين غلظت مانع از حركت نور در جهت اوليه خواهد بود پس در جهتى سير مى كند كه نفوذ در آن سهل تر است مسلماً چون راه سهل ترى را اختيار مى كند زودتر به مقصد مى رسد.۲