Fizica. O disciplină fundamentală pentru un viitor economic mai sigur

Ce este materia? Ce este energia? Ce ţine materia legată? Cum interacţionează diferitele elemente constitutive ale Universului la nivel fundamental? În ce raport se află Pământul cu restul Universului? Putem prezice mişcarea stelelor?

Fizica ne oferă posibilitatea să răspundem la întrebări remarcabile precum cele de mai sus. Cunoaşterea reprezintă, de asemenea, putere: printr-o mai bună înţelegere a acestor legi ne putem îmbunătăţi modul în care interacţionăm cu mediul nostru înconjurător şi, de asemenea, modul prin care putem valorifica resursele din acesta. Dacă vă uitaţi la dezvoltarea rapidă a tehnologiei umane din ultimele două secole nu se poate să nu remarcaţi cât de mult aceasta s-a datorat progresului din domeniul fizicii.

Electricitatea a fost descoperită ca urmare a unei idei strălucite ce a provenit din fizică. Credit: Flickr/JonathanCohen.

Poate că exemplul cel mai elocvent în acest sens este reprezentat de transformarea radicală pe care energia electrică a provocat-o în toate societăţile moderne. Întregul nostru mod de viaţă este acum complet dependent de capacitatea de a genera, transmite şi exploata energia electrică într-un mod sigur şi eficient, toate acestea fiind în cele din urmă determinate de modul în care am înţeles fizica.

A ţine pasul cu cererea tot mai mare de energie electrică în condiţiile unui impact minim asupra mediului înconjurător va fi o provocare importantă în anii ce vor urma.

Indiferent de cât de multe ştim, întotdeauna mai există ceva nou de descoperit şi cu fiecare descoperire generăm alte tehnologii.

Efectele produse de descoperirile din fizică

În timp ce fizicienii studiază principiile fundamentale ale fizicii, cum ar fi mecanica cuantică, există mai multe şanse de a se inventa noi dispozitive tehnologice prin aplicarea acestor principii într-un mod accidental sau ca urmare a unei activităţi de proiectare, nu contează prin care dintre aceste metode deoarece ambele funcţionează.

Remarcabil în acest sens este gradul în care aceste descoperiri fundamentale pot conduce la diverse aplicaţii tehnologice.

Să luăm ca exemplu tranzistorul şi dioda, care sunt utilizate în ceasurile electronice, calculatoare, stimulatoare cardiace, aparate auditive, telefoane celulare, sistemul de poziţionare global GPS (Global Positioning System), radiouri, calculatoare şi diode emiţătoare de lumină (LED-uri). Ele sunt blocurile fundamentale pe care este construită întreaga noastră societate.

O poveste similară poate fi spusă despre lasere. Diversele aplicaţii ale laserului includ cititoare de coduri de bare, micro-intervenţii chirurgicale la ochi, unităţi optice pentru discuri compacte ce permit citirea şi înregistrarea informaţiilor digitale, fibre optice (pentru telecomunicaţii şi proceduri medicale), imprimante laser, fabricarea semiconductorilor, holografie şi, probabil, aplicaţia cu cel mai mare potenţial de utilizare, fuziunea nucleară.

Imagistica prin rezonanţă magnetică (IRM) este utilizată, de asemenea, în prezent în mod curent pentru a identifica diverşi compuşi atât din ​​chimie, cât şi din biologie şi ea a fost vitală pentru identificarea tumorilor din organism prin intermediul metodelor neinvazive, pentru a studia activitatea cerebrală şi pentru a înţelege circulaţia sângelui prin organism, toate acestea bazându-se pe modul de deplasare al protonilor într-un câmp magnetic.

Datorită noilor teorii din fizică apare o nouă tehnologie care, la rândul său, permite realizarea unor observaţii experimentale tot mai exacte care sunt utilizate pentru a dovedi sau a infirma noile teorii, ceea ce conduce la un nou progres tehnologic şi aşa mai departe, într-un ciclu. În consecinţă, a existat întotdeauna o simbioză profundă între descoperirile din fizică şi dezvoltarea noilor tehnologii.


Importanţa fizicii în economie

Beneficiem cu toţii de progresele din fizică, dintre care doar o parte au fost menţionate aici şi acest lucru nu este susţinut doar de către fizicieni.

Economiştii americani Edward Prescott şi Finn Kydland au câştigat Premiul Nobel pentru economie în anul 2004 deoarece au arătat printre altele şi că noua tehnologie va conduce la o creştere economică. Fizica este fundamentală în acest sens.

În anul 2013, European Physical Society a comandat o analiză economică independentă asupra a 29 de ţări europene (inclusiv Norvegia şi Elveţia) şi care a arătat că într-o perioadă de aproximativ patru ani (2007-2010) sectorul industrial a generat afaceri de 3,8 trilioane de lire sterline, aproximativ 15% din cifra de afaceri totală din economia ţărilor europene, mai mare decât contribuţia adusă prin comerţ.

Acelaşi studiu a constatat că sectorul industrial a susţinut mai mult de 15 milioane de locuri de muncă ce reprezintă mai mult de 13% din forţa de muncă totală din economia europeană.

Aici, în Australia, dezvoltarea sectorului industrial este diferită faţă de cea din SUA sau Europa, dar concluziile rămân valabile.

Reactorul de fuziune nucleară. Credit: Flickr/aglet.

Pe de o parte, beneficiem cu toţii de consecinţele generate de ultimele descoperiri din fizică. În acest sens, orice persoană care utilizează un semnal GPS, un calculator, ascultă muzică digitală, primeşte rezultatele unei tomografii computerizate (CT) sau ale unei scanări prin rezonanţă magnetică nucleară poate constata la nivel individual valoarea acestor descoperiri.

Dar, pe de altă parte, progresele din fizică sunt utilizate, de asemenea, într-o primă fază mai ales pe plan local. În ultimii ani fizica a generat aplicaţii importante în Australia în ceea ce priveşte modelarea financiară, explorarea mineralelor, producerea de echipamente diverse, telecomunicaţii şi dezvoltarea de noi tehnologii din domeniul apărării.

... şi pentru traversarea oceanelor

Fizica nu este mai puţin importantă aici, în Australia decât pentru oamenii aflaţi oriunde în altă parte.

În plus, importanţa ei în viitor nu ar trebui să fie subestimată. Ar fi uşor să ne imaginăm, de exemplu, că toate marile descoperiri ale fizicii au fost deja făcute. Aceasta este o perspectivă profund greşită.

La nivel global, fizica intră în prezent într-o eră extrem de incitantă. Creşterea puterii de calcul şi realizarea unor noi instrumente având o precizie şi o sensibilitate fără precedent sporeşte capacitatea noastră de a înţelege fenomenele cele mai complexe.

Cu noile date experimentale de la Large Hadron Collider din Elveţia, care explorează cele mai mici particule care formează blocurile cele mai fundamentale ale materiei şi de la Square Kilometre Array (n.t. un radiotelescop aflat în construcţie în Australia şi Africa de Sud) care explorează structurile masive care formează Universul, fizica modernă ne va oferi noi perspective în ceea ce priveşte răspunsul la unele întrebări ce persistă de mult timp, precum cele privind originea şi expansiunea Universului, natura materiei întunecate şi originea masei.

În acelaşi timp noi de abia am început să aplicăm noile tehnologii care se bazează pe efectele misterioase ale fizicii cuantice. Capacitatea de a controla atomi individuali, molecule, fotoni de lumină şi de a exploata efectele cuantice care sunt imperceptibile în universul macroscopic prefigurează un viitor în care comunicarea şi procesarea informaţiilor vor fi mult îmbunătăţite faţă de stadiul în care se află în prezent.

Oamenii de ştiinţă din Australia se bucură de o reputaţie internaţională deosebit de bună în acest domeniu, ceea ce este un avantaj având în vedere importanţa în creştere a prelucrării informaţiilor în economia australiană şi într-o gamă tot mai mare de aplicaţii din sectorul de apărare.

Datorită contribuţiilor sale importante pentru societate şi a potenţialului său imens privind generarea de noi tehnologii şi ramuri industriale, investiţiile la nivel mondial în cercetarea din fizică au crescut în mod constant pe parcursul secolului trecut, o tendinţă care este probabil să continue pe măsură ce tot mai multe companii şi societăţi vor recunoaşte importanţa fizicii în ceea ce priveşte dezvoltarea economică, socială şi protecţia mediului.

Fizica este disciplina care a definit viziunea ştiinţifică modernă. Aceasta ne ajută să înţelegem lumea în aspectele sale fundamentale. Ea stă la baza celor mai avansate tehnologii actuale.

Prin urmare, este esenţial să-i încurajăm pe elevi să studieze fizica, să-i sprijinim pe profesorii talentaţi, pasionaţi şi bine calificaţi să o predea astfel încât să avem oameni de ştiinţă remarcabili care să avanseze în mod activ către frontierele sale.

David Jamieson:

În cafenelele din întreaga lume mulţi dintre clienţii acestora utilizează dispozitive electronice ce conţin componente pe bază de siliciu şi care sunt construite prin utilizarea electricităţii şi a magnetismului ce au fost descrise de ecuaţiile lui Maxwell. De asemenea, pentru realizarea acestor dispozitive electronice s-au aplicat cunoştinţele din fizică în ceea ce priveşte trecerea luminii prin fibrele de sticlă, ecuaţiile din teoria relativităţii generale care descriu modul prin care gravitaţia deformează spaţiul şi timpul în cadrul receptoarelor GPS încorporate în acestea precum şi alte principii fundamentale din fizică care au fost necesare pentru a face posibilă navigarea pe web, citirea unui ziar sau păstrarea legăturii cu prietenii şi familia în mediul online.

Aceleaşi principii din fizică ne ajută să răspundem la întrebări mai profunde în legătură cu originea, evoluţia şi soarta Universului. Fizicienii australieni au fost profund implicaţi în experimentele legate de bosonul Higgs şi de înţelegerea semnificaţiei acestor descoperiri.

Elaborăm metode de a controla ciudatele fenomene cuantice care se manifestă în toată materia şi care ne deschid perspective promiţătoare pentru realizarea unor dispozitive revoluţionare pentru stocarea, transferul şi prelucrarea informaţiilor.

Credit: Flickr/Muffet

Deja am început să înţelegem fotosinteza ca pe un proces mecanic cuantic (n.t.: vezi şi acest articol) pe care l-am putea valorifica în curând pentru a crea noi tipuri de biocombustibili din lumina Soarelui şi dioxidul de carbon. Fizica are un rol esenţial în ceea ce priveşte obţinerea unor noi surse de energie de care avem nevoie urgent pentru ca modul nostru de viaţă să asigure menţinerea sistemelor climatice care asigură viaţa pe planeta noastră.

În întreaga lume există încrederea că prin aplicarea noilor cunoştinţe din fizică alături de cele din inginerie şi medicină se vor putea înregistra noi progrese în ceea ce priveşte gestionarea datelor, realizarea de materiale biomedicale, obţinerea unor noi tipuri de imagistici, proteze medicale şi modelarea cu ajutorul supercomputerelor a celulelor şi ţesuturilor. Ne putem aştepta ca în viitor să se obţină vederea bionică, autoasamblarea virală ori să se utilizeze canere video care înregistrează fiecare minut al existenţelor noastre pentru a ne consolida amintirile unor evenimente importante.

Oamenii curioşi, creativi şi bine pregătiţi care vor lucra în comun în cadrul unui efort internaţional din cadrul fizicii vor modela lumea anilor 2025.

Chennupati Jagadish:

Găsind răspunsuri la întrebările fundamentale cu privire la modul în care funcţionează lumea noastră sau cum aceasta ar putea funcţiona mai bine, fizica va continua să pună bazele pentru viitoarele tehnologii.

Cei instruiţi în fizică ne-au dat şi continuă să ne ofere noi idei, materiale şi utilaje. Cunoştinţele din fizică reprezintă coloana vertebrală creativă pentru toate societăţile industriale avansate şi toate economiile lumii.

În Australia acestea ne-au ajutat să ne construim oraşele, să descoperim mineralele din subteran şi tot ele ne fac să credem că vom găsi noi resurse, din sol, lumina Soarelui şi din oceane, dar ele, de asemenea, ar putea conduce la obţinerea unor noi industrii dacă vom şti să le valorificăm în mod inteligent.

Inginerii şi oamenii noştri de ştiinţă au capacitatea de a ajuta la rezolvarea marilor provocări şi pentru a asigura viitorul nostru economic. Australia poate fi mândră de rezultatele sale din fizică şi de faptul că beneficiază de o activitate de cercetare superioară în multe domenii ale ştiinţei, aceasta constituind o atracţie pentru mulţi studenţi şi tineri oameni de ştiinţă din întreaga lume.

O cultură generală solidă în domeniul tehnic presupune şi o înţelegere bună a fundamentelor fizicii, iar dezvoltarea de tehnologii în vederea valorificării lor comerciale necesită abilităţi avansate în acelaşi domeniul, cel al fizicii.

Pentru a ne asigura că Australia beneficiază comercial de progresele tehnologice şi de valorificarea lor comercială, este vital ca populaţia noastră să fie cât mai bine instruită în domeniul fizicii, astfel că este necesar să acordăm o mare importanţă predării fizicii în şcolile noastre şi în învăţământul superior.