"Godhet utan vishet och utan
gränser är bara en annan
form av ondska."
(John Paterson)

"Det är synd att 99% av
journalisterna skall fördärva
förtroendet för en hel yrkeskår"
(Okänd)

"Ormar äro älskliga varelser,
om man råkar tillhöra samma
giftgrupp"
(Artur Lundkvist)

"När försiktigheten finns överallt,
finns modet ingenstans."
(den belgiske kardinalen Mercier)

"Den som gifter sig med
tidsandan blir snabbt änka."
(Goethe)

"Civiliserade är de kulturer
och individer som respekterar
andra."
(Hört på Axesskanalen)

"Det tragiska med vanligt
sunt förnuft är att det
inte är så vanligt."
(Albert Einstein)

"Halv kristendom tolereras
men föraktas.
Hel kristendom respekteras
men förföljs."
(Okänd)

Senast ändrad: 2024 06 09 03:18

Min fysiksida

Läs om min fysikbok — Den moderna fysikens grunder (utgiven på Studentlitteratur)

 

Klassisk tysik

Den klassiska mekaniken sysslar med makroskopiska objekt som rör sig med "normala" hastigheter, dvs hastigheter upp till några tusen km/s. Makroskopiska objekt är föremål, som består av ca 1023 atomer (mycket grovt räknat) eller mer. Massan ligger då från storleksordningen mikrogram och uppåt. Här gäller Newtons lagar och senare modifikationer av dessa. Galilei (början av 1600-talet) och Newton (ungefär 100 år senare) var de som lade grunden till den klassiska mekaniken. Den klassiska elektrodynamiken ingår också i den klassiska fysiken. Grunden för denna är Maxwells ekvationer, formulerade i mitten av 1800-talet. Förutom Maxwell kan i sammanhanget nämnas Faraday, Ampére och Henry (lite förenklat kan man säga att Maxwell byggde vidare på Faradays teorier ungefär på samma sätt som Newton byggde vidare på Galileis teorier). Termodynamiken räknas också till den klassiska fysiken. Egentligen kan denna betraktas som en tillämpning av klassisk mekanik, där man i stället för att studera enstaka partiklar (atomer och molekyler), betraktar ett stort antal sådana (ungefär som att psykologin studerar enskilda individer medan sociologin studerar individers gruppbeteende). Termodynamiska begrepp som temperatur, tryck etc är uttryck för medelvärden av ett stort antal partiklars egenskaper. Ibland används i sammanhanget termen statistisk fysik. Berömda namn inom detta område är Boyle, Clausius, Carnot och Boltzmann.

Lite vetenskapsteori och -historia
Fysik för fotgängare — klassisk fysik, en sammanfattning

 

Speciell relativitetsteori

Den klassiska beskrivningen fungerar allt sämre och sämre då hastigheterna börjar närma sig ljusets (ca 300 000 km/s). Sådana hastigheter förekommer inte på jorden i samband med makroskopiska objekt, men atomära partiklar kan mycket väl röra sig med 99 procent av ljushastigheten. Ute i kosmos förekommer även att stora objekt rör sig med enorma hastigheter. För att beskriva sådana föremål används den speciella relativitetsteorin, vilken både förklarar mekaniska och elektrodynamiska egenskaper hos höghastighetsobjekt. Den speciella relativitetsteorin formulerades av Albert Einstein 1905 och är idag bevisad bortom varje rimligt tvivel.

Speciell relativitetsteori del 1 (utdrag ur boken)
Speciell relativitetsteori del 2 (utdrag ur boken)

 

Kvantmekanik

Objekt av atomära dimensioner (bestående av enstaka eller ett litet antal elementarpartiklar eller atomer) kan inte heller beskrivas av den klassiska fysiken. Man får här helt felaktiga resultat, något som allt fler fysiker blev varse under slutet av 1800-talet. Så småningom, mellan 1920 och 1930, växte kvantmekaniken fram. Några av de mest kända namnen i sammanhanget är Bohr, Heisenberg och Schrödinger. Kvantmekaniken är också bekräftad bortom varje rimligt tvivel. Alla mätningar på och observationer av atomära objekt stämmer med de förutsägelser som denna teori (eller denna teori kombinerad med speciell relativitetsteori) ger.

Kvantmekanik del 1 (utdrag ur boken)
Kvantmekanik del 2 (utdrag ur boken)

 

Allmän relativitetsteori

I stort sett alla observerade makroskopiska och atomära fenomen kan beskrivas med hjälp av kvantmekanik och speciell relativitetsteori (eller dessa i kombination). Tyvärr inkluderar inte dessa teorier gravitation. Denna kraft kan ofta behandlas med hjälp av den klassiska fysiken (Newtons gravitationslag). Mycket stora och masstäta objekt (kosmologiska objekt som t ex neutronstjärnor och svarta hål) kan emellertid inte förklaras av någon av de ovannämnda teorierna. Mellan 1911 och 1916 utvecklade Einstein den allmänna relativitetsteorin. Denna var först mycket omstridd, men allteftersom nya observationer av kosmos, gjorda med hjälp av allt bättre instrument, gång på gång har bekräftat teorin, så har den mer och mer kommit att accepteras. Nu, allra senast, handlar det om nyligen gjorda obsevationer av gravitationsvågor, vars existens förutsägs av allmänna relativitetsteorin. Något som belönades med nobelpriset i fysik 2017.

Kortfattat om allmän relativitetsteori

 

Partikelfysik

Den moderna partikelfysiken studerar materiens minsta beståndsdelar, de s k elementarpartiklarna, vilka långt ifrån är så elementära och grundläggande som man en gång antog. Idag menar man t ex att de s k hadronerna (neutron, proton plus ett stort antal andra partiklar) är uppbyggda av ännu mer elementära byggstenar, kvarkar, något som bekräftats av en stor mängd observationer. Inom partikelfysiken använder man kvantmekanik och speciell relativitetsteori, var för sig eller i kombination, eftersom de objekt man studerar är både små och snabba. Partikelfysiken utgör således både en tillämpning av och övertygande bekräftelse på dessa två grundläggande teoretiska modeller.

Partikelfysikens s k Standardmodell (utdrag ur boken)
Från min blogg — en lång text om Higgspartikeln

 

Kosmologi

Kosmologin studerar kosmos på ett mer övergripande sätt än astronomin och ligger kanske närmare fysiken än astronomin. Inom kosmologi använder man teorier som allmän relativitetsteori, relativistisk kvantmekanik, partikelfysik, strängteori, kvantgravitationsteorier etc. I kosmogonin, som är en del av kosmologin, studerar man universums uppkomst och utveckling. Kosmogoni är av naturliga skäl därför starkt spekulativ till sin natur och alla sådana teorier måste tas med en stor nypa salt (ganska många vanliga fysiker är skeptiska till kosmogonin, vilket framgår av bilden nedan — som inte är hämtad från en kristen skapelsebok utan från en av de mest prestigefyllda vetenskapliga tidskrifterna, Science — ganska elakt, eller hur?).

Parallella universum — vetenskap eller ideologi?

 

Följande figur får illustrera hur de olika teorier som nämns ovan (klassisk fysik etc) relaterar till varandra:

Vardagslivets fysikaliska skeenden beskrivs mycket tillfredsställande av den klassiska mekaniken. För objekt som rör sig med mycket hög hastighet (nära ljusets) måste dock den klassiska mekaniken modifieras och sådana objekt beskrivs av den speciella relativitetsteorin. Mycket små föremål (atomära dimensioner) uppträder på ett sätt som delvis skiljer sig avsevärt från vad både den klassiska mekaniken och relativitetsteorin förutsäger. Den teori man då måste använda kallas kvantmekanik. Objekt som både är små och snabba kräver en syntes av kvantmekanik och relativitetsteori. Grunden till denna lades av Paul Dirac och går under namnet kvantfältteori. Både kvantmekanik och relativitetsteori gäller naturligtvis även för stora och långsamma föremål. I detta fall ger dock de två teorierna samma förutsägelser som den klassiska mekaniken, och är därför överflödiga.

Kvantmekanik och speciell relativitetsteori inbegriper inte gravitationell växelverkan. Det är här den allmänna relativitetsteorin kommer in i bilden. Denna teori är helt enkelt en utvidgning av den klassiska fysikens (Newtons) gravitationsteori. Den allmänna relativitetsteorin är en av kosmologins viktigaste verktyg. Gravitationen innehar en särställning bland de fyra naturkrafterna, eftersom den är universell. Alla objekt påverkas av gravitationskraften. Detta gör att den kan "geometriseras bort" genom att den ersätts med en krökning av rum-tiden (dvs materiella objekt förändrar rum-tidens geometri och påverkar därför hur andra objekt rör sig). Ingen av de andra krafterna är universell och kan därför inte geometriseras bort.

I Newtons fysik rör sig jorden i ett tredimenstionellt rum i en ellips runt solen, eftersom den påverkas av en gravitionell kraft från solen. Utan denna kraft skulle jorden röra sig rakt fram och försvinna ut i universum. I Einsteins fysik rör sig jorden i den fyrdeimensionella rum-tiden "rakt fram" (i en geodetisk kurva som innebär kortaste avståndet mellan två punkter) utan att påverkas av några krafter. Projicerar vi ner denna fyrdimensionella kurva till vårt tredimensionella rum, blir den en ellips. Gravitationskraften i det tredimensionella, okrökta rummet har således ersatts med ett krökt fyrdimensionellt rum utan någon verkande kraft.

Man kan visa att stark, elektrisk och svag kraft är kopplade till varande (strax efter bigbang var dessa tre krafter en och samma kraft). Gravitationen intar här en särställning gentemot de tre andra krafterna och man har under många år arbetat på att försöka integrera in denna kraft med de andra tre krafterna (strängteorin är ett sådan försök). Hittills utan framgång. Kanske kommer vi aldrig att lyckas, helt enkelt för att gravitationskraften är av en helt annan natur, i och med att den är universell. Men den som lever får se.

Här finner läsaren ett antal artiklar med anknytning till vetenskap
En introduktion till grundläggande vetenskapsteori
Några intressanta exempel hämtade från modern fysik

© Krister Renard