Physica (De), oorspronkelijk de wetenschap der natuur (yvdn;), omvat thans slechts een bepaald gedeelte van het groote gebied der natuurkundige wetenschappen, namelijk de wetten der in de onbewerktuigde natuur waargenomen verschijnselen, voorzoover deze niet voortvloeijen uit scheikundige werkingen. De hedendaagsche physica of natuurkunde is eene ervaringswetenschap, dat is, zij berust op ervaringen, welke zij door waarnemingen en proeven (experimenta) verkrijgt en onder algemeene gezigtspunten vereenigt. Zoo komt de physica tot de kennis van natuurwetten, die één voor één zekere groepen van verschijnselen in onderling verband brengen. Door die natuurwetten komen wij echter alleen tot de kennis van het hoe, niet van het waarom der verschijnselen.
Immers de vraag naar het inwendig verband der verschijnselen kan niet beantwoord worden door de ervaring alleen. Om de oorzaken der verschijnselen te ontsluijeren, moeten wij onze toevlugt nemen tot wetenschappelijke gissingen en onderstellingen en vervolgens onderzoeken, of men alle verschijnselen daardoor verklaren kan. Heeft dit onderzoek eene gunstige uitkomst, dan mag men de mogelijkheid dér gegiste oorzaak aannemen, maar men moet eene onderstelling aanstonds verwerpen, zoodra zij in tegenspraak is met één enkel bewezen feit.
Men maakt onderscheid tusschen de proefondervindelijke natuurkunde, die hare leerstellingen aan de ervaring ontleent en door proeven opheldert, en de theoretische natuurkunde, die op eenige weinige, door de ervaring geijkte stellingen en onderstellingen een leerstellig geheel zoekt te bouwen en vervolgens aantoont, dat hare resultaten in overeenstemming zijn met de ervaring. Daar laatstgenoemde zich van de wiskunde als een onontbeerlijk hulpmiddel bedient, wordt zij ook wel met den naam van mathematische physica bestempeld. Men spreekt voorts van zuivere en van toegepaste natuurkunde; eerstgenoemde spant hare krachten in om de wetten der natuur op te sporen, en laatstgemelde maakt gebruik van de reeds bekende wetten tot verklaring van de verschijnselen der natuur. Tot de toegepaste natuurkunde behooren: de natuurkundige sterrekunde, de natuurkundige aardrijkskunde en de meteorologie. Wanneer wij de leer van de algemeene eigenschappen der ligchamen (eene inleiding tot de natuurkunde) niet in rekening brengen, dan is de zuivere natuurkunde gesplitst in 2 hoofdafdeelingen. De eerste, de mechanische physica, handelt over het evenwigt en de beweging der ligchamen, en daar zij zich uitstrekt over vaste, vloeibare en gasvormige stoffen, verdeelt men haar in statica en dynamica, — hydrostatica en hydrodynamica, — en aërostatica en aërodynamica, waaraan de leer van het geluid moet worden toegevoegd. De tweede afdeeling omvat de moleculaire physica, ook natuurkunde van den aether genaamd, omdat de aetherhypothese bij de verklaring der tot deze afdeeling behoorende verschijnselen eene belangrijke rol speelt. zij is gesplitst in de leer van de warmte, van de electriciteit, van het galvanismus, van het magnetismus, van het electromagnetismus en van het licht.
Eene natuurkundige wetenschap, gelijk zich die in onzen tijd ontwikkeld heeft, zoekt men in de dagen der Oudheid te vergeefs. bij de Grieken vormde de physica als algemeene natuurwetenschap met de ethica en dialectica een bestanddeel der wijsbegeerte en werd op eene bespiegelende wijze behandeld. De verschillende wijsgeerige scholen konden derhalve voor de uitbreiding der natuurkennis weinig doen. De natuurkundige bespiegelingen van Aristóteles (360 jaren vóór Chr.), op ongegronde onderstellingen gebouwd, hebben het ontdekken van de wetten der natuur veeleer belemmerd dan bevorderd. Daaruit trekke men echter geenszins het gevolg, dat de inductieve methode van onderzoek bij de Grieken onbekend was of door hen verworpen werd. Immers zelfs Aristóteles is op het gebied der natuurlijke historie met goed gevolg in dien geest werkzaam geweest, en na hem vooral Archimédes (287—212) van Syracuse, de uitvinder van de methode om het soortelijk gewigt te bepalen, van de wetten van den hefboom, van den areometer, van den takelen van de waterschroef, — alsmede Heron (284— 221) van Alexandrië, — voorts de beroemde Alexandrijnsche sterrekundige Ptolemaeus (120 na Chr.), die de breking der lichtstralen onderzocht, zonder evenwel de wet van dit verschijnsel te ontdekken. De Romeinen, navolgers der Grieken, hebben ook op het gebied der natuurkunde niet veel geleverd. Na den tijd der groote volksverhuizingen hebben inzonderheid de Arabieren zich met de wis- en natuurkunde bezig gehouden; ook hebben zij de geschriften van Aristóteles aan de volken van Europa overgebragt. Onder hen leefden Ibn Toenis ( † 1008), die, naar men meent, zich het eerst van den slinger als tijdmeter bediende, en Alhazen († 1038), de vervaardiger van een werk over de optica.
De Christelijke geleerden der middeneeuwen vergenoegden zich met het verklaren der lessen van Aristóteles, door de onverdraagzame scholastiek tot onbetwistbare leerstellingen verheven. Onder dit slavenjuk verdween de lust tot zelfstandig onderzoek, en zelfs de overlevering van vroeger ontdekte waarheden ging verloren. De geleerdheid van Albertus Magnus († 1280) en de scherpzinnigheid van Roger Bacon waren niet in staat, om verandering te brengen in dien toestand. Daarentegen tierden, als telgen van het mysticismus, de tooverkunst, de sterrenwigchelarij en de goudmakerij met ongemeene weelderigheid, om als het ware den spot te drijven met natuur-, sterre- en scheikunde. Niettemin werd in dien tijd van duisternis het compas uitgevonden (1181), hetwelk trouwens reeds lang in gebruik was bij de Chinézen, — alsmede het vergrootglas. Tegen het einde der middeneeuwen leefden, als voorloopers van een nieuw tijdperk der wetenschap, drie merkwaardige mannen, namelijk Georg von Purbaeh († 1461), zijn leerling Johann Müller (Regiomontanus, † 1476) en Domenico Maria Novara van Bologna († 1504), de leermeester van Copérnicus. De geschriften van Regiomontanus bevatten belangrijke verhandelingen over waterleidingen, brandspiegels, het gewigt enz. De beroemdste natuurkundige der 15de eeuw was echter Leonardo da Vinci, die op het gebied van dampkringskunde , waterbouwkunde en gezigtkunde ijverig is werkzaam geweest.
In de 16de eeuw, den tijd van Copérnicus, ontdekte Georg Hartmann (1544) uit Nürnberg de inclinatie van de magneetnaald, en de Nederlander Simon Stevin bouwde in zijne in 1586 uitgegevene „Statica” de leer van het evenwigt der ligchamen op een wetenschappelijken grondslag. Eerst in de 17de eeuw echter ontwikkelde zich de physica tot eene zelfstandige wetenschap. Wïlliam Gilbert († 1603) leverde een uitstekend geschrift: „Physiologia nova de magneta”, waarin hij volgens de inductieve methode de wetten van het magnetismus ontwikkelde en de leer van het aardmagnetismus verkondigde. De eigenlijke stichter der moderne physica is voorts Galiléi (1564—1642), die in 1602 de wetten ontdekte van den val en van de slingerbeweging. Nadat reeds in 1590 de Nederlander Zacharias Jansen den microscoop en zijn landgenoot Hans Lippershey (1608) den verrekijker hadden uitgevonden, stelde deze laatste Galiléi in staat, om den hemel met gewapenden blik gade te slaan; hij ontdekte dan ook de wachters van Jupiter, den ring van Saturnus en de sikkelvormige gedaante van Venus. Kort daarna maakte Kepler in zijne „Dioptrica (1611)” de constructie openbaar van den naar hem genoemden astronomischen kijker. De juiste gevoelens van Galiléi omtrent de drukking der lucht hadden Torricelli in 1644 geleid tot de constructie van den barometer, waarna Pascal in 1647 dat instrument gebruikte tot het meten van hoogten, ’t geen echter eerst met voldoende naauwkeurigheid geschieden kon, toen Halley in 1705 de formule openbaar maakte tot herleiding der waargenomene barometerstanden. — In 1650 trad Otto von Guericke op als uitvinder der luchtpomp en vervaardigde de eerste electriseer-machine, doch zonder conductor, welke er eerst in 1741 door Bose werd bijgevoegd. Nadat de Nederlander Christiaan Huyghens in 1655 het slinger-uurwerk had uitgevonden, ontwaarde Richer in 1672 tijdens zijn vertoef te Cayenne, dat de secondeslinger in de keerkringslanden korter is dan op hoogere breedten, waaruit men opmaakte, dat de zwaartekracht van de pool naar den evenaar allengs vermindert.
Boyle ontdekte in 1662 de wet omtrent de spanning der lucht, welke naar den verdienstelijken Mariotte werd genoemd, en Snéllius in 1620 de wet van de breking der lichtstralen, geruimen tijd aan Descartes toegekend, omdat deze haar aanwenndde tot verklaring van den regenboog. In 1669 ontdekte Erasmus Bertholinus de dubbele breking van het kalkspaat; Huyghens gaf in 1678 eene verklaring van dit verschijnsel, terwijl hij de eerste was, die de polarisatie der beide gebrokene stralen waarnam. Ook beschouwde reeds Huyghens, evenals Hooke, het licht als eene golvende beweging. De buiging der lichtstralen werd in 1650 door Grimaldi waargenomen, en Olaf Römer bepaalde in 1675 uit de verduisteringen der manen van Jupiter de snelheid van het licht. Denis Papin, de uitvinder van den naar hem genoemden pot (1681), bouwde in 1707 de eerste stoomboot. De meetmethoden en meet-instrumenten werden aanmerkelijk verbeterd door Vernier, die in 1631 den nonius invoerde, en door Morin, die in 1634 den astronomischen kijker van een draden net voorzag. De geleerde genootschappen, in de tweede helft dezer eeuw gesticht, zooals de Accademia del Cimento te Florence, de Royal Society te Londen en de Académie des Sciences te Parijs, hebben niet weinig bijgedragen tot de ontwikkeling der physica. Ook op het gebied der wijsbegeerte kwam in de 17de eeuw de empirische methode tot haar regt.
Francis Baco van Verulam noemde in zijn „Novum Organon (1620)” de ervaring de éénige bron van ’s menschen kennis. Intusschen had reeds eene eeuw te voren Leonardo da Vinci verklaard, dat de inductieve methode de alleen veilige was op het gebied der natuurkunde, en na hem hadden Gilbert, Galiléi, Kepler en anderen langs dien weg schitterende uitkomsten verkregen. Descartes heeft door zijne hoogdravende bespiegelingen niet veel voor de natuurkunde gedaan, en gelukkig verrees Newton als eene glansrijke ster, die de nevelen verjoeg, waarmede de Cartesiaansche wijsbegeerte de jeugdige wetenschap zocht te omhullen. Newton ontdekte in 1606 de gravitatie of de wet der algemeene zwaarte, en in zijn voortreffelijk boek: „Philosophiae naturalis principia mathematica” legde hij onwrikbare grondslagen voor de mechanische physica en voor de physische astronomie. Hij ontdekte voorts de prismatische ontbinding van het witte licht in zijne gekleurde bestanddeelen, den spiegeltelescoop en den spiegelsextant. Zijne emanatietheorie van het licht, in zijn geschrift: „Opties (1704)” ontwikkeld, hield stand, totdat zij in den aanvang onzer eeuw voor de undulatietheorie moest wijken. De mechanica werd voorts verrijkt door Jean en Daniel Bernoulli, Euler, d’Alembert, Lagrange en Laplace. In 1728 ontdekte Bradley de aberratie van het licht, terwijl Bouguer (1729) en Lambert (1760) hunne krachten besteedden aan de photometrie, en Dollond, op aansporing van Euler, in 1758 den eersten achromatischen verrekijker vervaardigde.
Fahrenheit maakte in 1714 den eersten degelijken thermometer, en hij werd daarin gevolgd door Réaumur en Celsius. In 1727 wees Gray het onderscheid aan tusschen electrisch geleidende en niet-geleidende ligchamen, en in 1733 Dufay het verschil tusschen positieve en negatieve electriciteit, terwijl Kleist te Köslin en Cunaeus te Leiden nagenoeg gelijktijdig de Leidsche flesch uitvonden. Franklin bewees in 1752, dat de bliksem niets anders is dan eene electrische vonk en vervaardigde den bliksemafleider. Volta vond in 1775 den' electrophoor en in 1783 den condensator uit, Lichtenberg ontdekte in 1777 de naar hem genoemde electrische stoffiguren, en Coulomb bepaalde in 1784 met zijne torsiebalans de wetten der electrische en der magnetische aantrekking en afstooting. Ook de Nederlander Musschenbroek († 1761) maakte zich zeer verdienstelijk jegens de natuurkunde. Black ontdekte in 1764 de latente warmte van het water en den waterdamp, en in hetzefde jaar vervaardigde Watt zijne dubbelwerkende stoommachine. Deluc (1772) en Saussure (1783) waren werkzaam op het gebied der meteorologie, Montgolfier en Charles bragten in 1783 den eersten luchtballon in gereedheid, en Chladni legde de grondslagen voor de leer van het geluid en deed den kosmischen oorsprong der meteoorsteenen kennen (1794). De werkzaamheden van Scheele († 1786), Priestley († 1804) en Cavendish († 1810) op het gebied der scheikunde, en vooral de omwenteling , aldaar tot stand gebragt door Lavoisier (geguillotineerd in 1794), den vader der moderne scheikunde, hadden grooten invloed op de ontwikkeling der physica.
Nadat voorts Galvani in 1791 het galvanismus ontdekt had, vervaardigde Volta de naar hem genoemde kolom. Hiermede ontleedden Nicolson en Carlisle in 1800 het water in zijne beide elementen, en Dary de alcaliën en aarden. Dalton (1801), Gay-Lussac (1802), Leslie (1804), de la Roche en Bérard (1813) en Dulong en Petit verrijkten de leer der warmte, en W. Herschel ontdekte in 1800 de donkere warmtestralen van het zonnespectrum. Fresnel bezorgde in 1815 de zegepraal aan de undulatietheorie, nadat Mazus in 1808 de polarisatie door reflexie had ontdekt, terwijl Wollaston, Brewster en Biot, schoon voorstanders der emanatieleer, door belangrijke proeven de kennis der feiten vermeerderden. De optische instrumenten werden aanmerkelijk verbeterd door Fraunhofer, en in 1820 ontdekte Oersted de afwijking van de magneetnaald door den galvanischen stroom, waarna Arago electromagneten vervaardigde. In laatstgenoemd jaar vond Schweigger den multiplicator uit, en met dezen ontdekte Seebeck in 1821 de thermo-electriciteit. Ampère wees in 1826 op de onderlinge werking der electrische stroomen, en Ohm maakte in 1827 de naar hem genoemde wet van de stroomsterkte bekend. Faraday ontdekte in 1831 de inductie, de magneto-electriciteit, de magnetische draaijing van het polarisatievlak en het diamagnetismus.
In 1833 werd door Gauss en Weber de eerste electromagnetische verbinding door de naaldtelegraaf gebragt tusschen de sterrewacht en het physisch kabinet te Göttingen; zij werd weldra verbeterd door Wheatstone en Steinheil, en Morse verrijkte (1835) de volken met de uitvinding van den schrijf-, Wheatstone in 1840 van den wijzer- en Hughes in 1859 van den druktelegraaf. De galvanoplastiek werd in 1838 schier terzelfdertijd door Jacobi te Petersburg en door Spencer in Engeland uitgevonden. Ruhmkorff te Parijs leverde krachtige inductietoestellen (1851), en Geister te Bonn vervaardigde in 1860 de naar hem genoemde buizen. Van groot belang voor het geheele gebied van het galvanismus en electromagnetismus was de uitvinding van constante batterijen door Becquerel en Daniell (1836), Grove (1839) en Bunsen (1842). Uitstekende mannen op dit gebied waren voorts Ritter, Fechner, Poggendorff', Lenz, Plücker, Kohlrausch, de la Rive, Tyndall en Wiedemann , terwijl de theorie der physica licht ontving van F. Neumann en W. Weber. De wrijvings-electriciteit verkreeg in de stoom-electriseermachine van Armstrong en in de electriseermachine van Holtz merkwaardige toestellen, en werd voorts in 1853 door Riesz hervormd. De leer van het aardmagnetismus vond uitstekende beoefenaars in Hansteen (1819), Gauss (1833) en Alexander von Humboldt, — die der dampkringskunde in Kãmtz (1831), Dove (1852) en Buys Ballot. In 1820 leverde Daniell een hygrometer, in 1828 August een psychrometer.
De kennis der door Dutrochet in 1826 ontdekte endosmose werd door Jelly en Graham (1861) uitgebreid, en de acoustiek door Helmholtz (1863) en door König op andere grondslagen opgebouwd. Ook de mechanische physica bleef niet achter: Poinsot (1804), Poisson (1811), Gauss en Hamilton bragten de theorie tot hoogere volkomenheid, Kater vond in 1818 den reversieslinger uit, en Foucault leverde in 1851 door zijne slingerproef een regtstreeks bewijs voor de aswenteling onzer aarde. Nog drie hoogstmerkwaardige ontdekkingen verhoogen den roem onzer eeuw, namelijk die van de theorie der mechanische warmte, die der photographie en die der spectraal-analyse. Nadat Rumford reeds in 1798 en Davy in den aanvang dezer eeuw door onderzoek tot het besluit waren gekomen, dat de warmte geene stof was, maar eene bepaalde soort van beweging en nadat Sadi Carnot in 1824 eene gewigtige stelling had uitgesproken over de verandering van warmte in arbeidsvermogen, ontdekte R. Mayer in 1842 het mechanisch equivalent der warmte en verkondigde het beginsel van het behoud van arbeidsvermogen als eene algemeene natuurwet. Nadat Helmholtz in 1847 dit merkwaardig beginsel toegelicht en nadat Joule (1844—1849) het door velerlei proeven boven allen twijfel verheven had, bouwde Clausius hierop in 1850 zijne theorie der mechanische warmte. Almede Rankine en Thomson, Zeuner en Hirn maakten zich verdienstelijk door eene verdere ontwikkeling dezer leer. De mechanische theorie der gassen werd voorts door Clausius en Krõnig behandeld. Maar ook in het algemeen heeft de theorie der warmte belangrijke vorderingen gemaakt, bijv. door de onderzoekingen van Melloni (1831) door middel van den door Nobili uitgevonden thermo-multiplicator, terwijl wij de verdienstelijke pogingen van Péclet, Forbes, Regnault, Magnus, Favre en Silbermann en Thomsen niet onvermeld mogen laten.
De undulatietheorie van het licht werd bewerkt door Fraunhofer (1821), J. Herschel (1828), Schwerd (1835) en Cauchy (1863). Fizeau bepaalde de snelheid van het licht, en Foucault wees aan, dat deze geringer is in het water dan in de lucht. Stokes deed proeven over de fluorescentie en Becquerel over de phosphorescentie. De polarisatietoestellen werden door de uitvinding der Nikol’sche prisma’s (1828) tot eene hoogere volkomenheid gebragt, en de physiologische optica werd verrijkt met den stereoscoop (door Wheatstone in 1838) en met den phaenakistoscoop, door Stampfer en Plateau in 1832 nagenoeg gelijktijdig uitgevonden. Helmholtz leverde een oogspiegel en de photographie (zie aldaar) ontwikkelde zich met ongemeene snelheid. Reeds voorlang waren door J. Herschel en Talbot de spectra van gekleurde vlammen, voorts door Wheatstone en anderen het spectrum der electrische vonk onderzocht, doch eerst Kirchhoff en Bunsen toonden in 1860 aan, dat de lichte lijnen van een gloeijend gas afhankelijk zijn van de stoffen, waaruit het bestaat. Op die wijze legden zij de grondslagen der spectraal-analyse, welke aanstonds tot de ontdekking leidde van eenige onbekende metalen. Eindelijk heeft in den jongsten tijd de uitvinding van den telephoon en van den phonograaf veler belangstelling gewekt.
