Den fysiske verden har til alle tider pirret nysgjerrigheten vår, fra Arkimedes virket for 2250 år siden, til nåtidens kvantefysiske sprang.
Likevel er folk ofte nervøse når de skal lære fysikk: Alle kan vel gjenkjenne følelsen av å febrilsk forsøke å forstå det uforståelige.
Fra atomer til galakser kan fysikken som fag virke forvirrende.
Derfor har vi i Superprof samlet de viktigste begrepene og naturlovene i denne artikkelen. Dessuten lover vi motivasjon så det holder, med en oversikt over inspirerende fysikere, og fascinerende fysiske fakta.
Hovedpunkter du må få med deg
- Fysikk studerer hvordan universet fungerer — fra de minste partiklene til de største strukturene.
- Klassisk fysikk og moderne fysikk bruker ulike tilnærminger til å forstå virkeligheten.
- De fire fundamentale kreftene styrer all interaksjon i universet.
- Mange kjente fysikere har formet vår forståelse av verden rundt oss.
- Fysikk påvirker alt: fra smarttelefoner til medisinsk behandling.
Fysikkens ordforråd
TV-serien The Big Bang Theory har gjort mer for bildet vi har av fysikken enn noen annen serie. Men når karakteren Sheldon Cooper prater i vei om fysikk, er du ikke den eneste som kjenner deg svett.
Og virker ikke de vitenskapelige dialogene tilfeldige og usammenhengende, med ukjente ord kastet omkring i vilden sky?
Fysikkens ordforråd kan virke komplisert ved første øyekast. Men når du forstår hvordan ordene henger sammen, åpner det opp en helt ny verden av kunnskap. Her er de viktigste termene:k
Kvant
Ordet i seg selv betyr den minste mulige enheten. Et kvant er altså en udelelig partikkel. Som påheng i mange fysikkbegreper viser ordet til forskning på de aller minste partiklene.
Kvantefysikken som samlebegrep tar for seg teorier om de grunnleggende partiklene i naturen, atomer og molekyler og deres oppbygging. Noen studieretninger som tar for seg enheter på kvantenivå er:
- Kvantemekanikk, inkludert kvantefeltteori som tar for seg de de minste energiskalaene.
- Kvantemekanikk er også kjent som kvantefysikk og kvanteteori.
- Kvantesammenfiltring handler om å studere hvordan en partikkel påvirker alle andre partikler som er knyttet til det.
- Kvanteoptikk tar for seg lysets adferd, og mer spesifikt fotoner.
- Kvantetunnelering beskriver fenomenet der materie reiser uten å passere gjennom rom.
- Kvanteelektrodynamikk er overlappet mellom den spesielle relativitetsteorien og kvantemekanikken.
Ikke alle kvanteteorier er bevist. For eksempel har vi kvantegravitasjon, en teori som forsøker å beskrive tyngdekraften gjennom kvantemekaniske begreper. Denne teorien er ennå usikker.
Bosoner og fermioner
Disse er to typer subatomære partikler, det vil si partikler som er mindre enn atomer. De er oppkalt etter fysikeren og matematikeren Satyendra Nath Bose og den teoretiske og eksperimentelle fysikeren Enrico Fermi.
Hadron
Hadroner er en tredje type subatomære partikler, som består av to eller flere kvarker. Hadroner bygger bro mellom fermioner og bosoner.
Kvarker
Disse er en fjerde type elementærpartikkel, den eneste typen som alle de fire fundamentalkreftene kan virke på. Kvarker er de minste byggesteinene vi kjenner til.
Fundamentalkreftene
Disse er elektromagnetisme, tyngdekraft samt sterk og svak kjernekraft.
Vil du lese mer? Gå mer i dybden her.
Berømte fysikere
Fysikken ble etablert som egen vitenskap i løpet av renessansen, men lenge før det studerte vitenskapsfolk og filosofer naturen og verdens fysiske ting.
Selv om Galileo Galilei står for essensielle fremskritt for vår forståelse av den fysiske verden, burde William Gilbert faktisk regnes som den første moderne forskeren.
Engelske William Gilbert slo fast behovet for sikre eksperimenter og observasjoner for å bevise teorier.
Før hans tid kunne fysikere fordype seg i teorier uten å ty til eksperimenter. Dermed kunne teoriene verken bevises eller tilbakevises av andre.
Gilberts krav om å unngå antagelser og filosofiske meninger inspirerte andre vitenskapsfolk. De omfavnet metodene hans, og fysikkfaget gjorde store fremskritt.
Fysikkens historiske utvikling
1600-tallet
Galileo Galilei
Galileo etablerer eksperimentell metode
1687
Isaac Newton
Newton publiserer «Principia Mathematica»
1905
Albert Einstein
Einstein presenterer sin spesielle relativitetsteori i artikkelen «Zur Elektrodynamik bewegter Körper»
1915
Albert Einstein
Einstein fullfører generell relativitetsteori
1925-1930
Planck, Heisenberg, Schrödinger
Kvantemekanikkens grunnlag etableres
1945
Robert Oppenheimer
Kjernefysikkens tidsalder begynner
1960-1970
Glashow, Salam, Weinberg
Standardmodellen for partikler utvikles
2008
Peter Higgs
Higgs-bosonet («Gudspartikkelen») søkes ved LHC
2012
Forskere ved CERN
Higgs-bosonet blir offisielt bekreftet
I dag er Gilberts metoder brukt av nåtidige forskere, som:
Astrofysikeren Sandra Faber forsker på hvordan galakser utvikler seg. Hun var den første som foreslo at jo lysere en galakse (stjernetåke) er i fargen, dess hurtigere reiser stjernene inne i den.
Den teoretiske fysikeren Alan Guths forskning på elementærpartikler har utvidet forståelsen vår Big Bang. Han var pioneren bak teorien om kosmisk ekspansjon.
Partikkelfysikeren Fabiola Gianotti er den første kvinnelige generaldirektøren for CERN, den europeiske organisasjonen for kjernefysisk forskning. Hun ledet ATLAS-prosjektet der det såkalte higgsbosonet først ble observert.
Den matematiske fysikeren Roger Penrose var professoren og læreren til Stephen Hawking. De samarbeidet tett så lenge Hawking levde, blant annet det såkalte Penrose-Hawking-teoremet om generell relativitet, gravitasjon og singularitet. Penrose fikk Nobel-prisen i fysikk i fjor.
Astrofysikeren Jocelyn Bell Burnell var den første til å oppdage pulsarer, roterende nøytronstjerner. På det tidspunktet var hun fremdeles student! For oppdagelsen fikk hun Nobel-prisen.
Les mer om inspirerende fysikere fra fortid og nåtid her.
Nøkkelbegreper i fysikk
Uansett hvor berømt en fysiker er, og hvor revolusjonerende teorier virker, er alle fysiske oppdagelser basert på de samme grunnleggende begrepene.
Universet er digert, utvider seg konstant og er fylt med masse og energi. Svimlende stort, med andre ord, og fremdeles uutforsket!
Samtidig styres universet av de samme kreftene som styrer de aller minste elementærpartiklene. Disse er som nevnt over: Gravitasjon, elektromagnetisk kraft og sterk og svak kjernekraft.
Disse kreftene virker på materie, de tiltrekker eller frastøter, de binder og skaper.
Men husk å ikke forveksle kraft med energi. Krefter befinner seg utenfor materien, det vil si at de ikke er en del av objektene. På den andre siden har vi energi. Alt har energi, det være seg potensiell, kinetisk eller elastisk energi, eller strålingsenergi.
Lydbølger, mikrobølger og seismiske bølger er alle fenomener som transporterer energi.
Bølger transporterer energi, ikke materie.
Hvis du skal forstå fysikk, må du kjenne disse sentrale begrepene:
Kvantemekanikk-begrepet
Kvantemekanikk er studiet av hvordan partikler oppfører seg på den minste skalaen. Det bryter med klassisk fysikks regler og tillater sannsynligheter i stedet for sikkerhet.
I kvantemekanikken kan en partikkel eksistere i flere tilstander samtidig til den blir målt.
Dette prinsippet, kalt superposisjon, er fundamentalt annerledes enn det vi ser i hverdagen.
De fire fundamentale kreftene
- Sterk kjernekraft: holder atomkjerner sammen
- Svak kjernekraft: ansvarlig for radioaktiv nedbrytning
- Elektromagnetisk kraft: styrer elektrisitet, magnetisme og lys
- Gravitasjonskraft: trekker massive objekter mot hverandre
Sterk kjernekraft er den sterkeste av alle fire fundamentale kreftene, men den virker bare over
ekstremt korte avstander, på størrelse med en atomkjerne.
Uten denne kraften ville atomer ikke kunne eksistere.
Svak kjernekraft er ansvarlig for at visse atomkjerner spontant bryter seg opp. Prosessen vi kaller radioaktiv stråling.
Det var forståelsen av svak kraft som gjorde kjernekraft mulig.
Elektromagnetisk kraft binder atomer sammen i molekyler og styrer hvordan lys reiser gjennom verdensrommet.
Det er denne kraften som gjør at magneter fungerer og at vi kan se.
Gravitasjonskraft er den svakeste av de fire, men virker over uendelig stor avstand.
Den holder planetene i bane rundt solen og holder galaksene sammen.
Henger du med? Vi i Superprof har mange dyktige privatlærere som kan skreddersy et fysikktimer som passer for akkurat deg.
En nærmere titt på definisjonen av bosoner og fermioner
Alle partikler i universet faller i to kategorier:
- Fermioner: byggesteinene i materie (som elektroner og kvarker)
- Bosoner: partikler som formidler kreftene mellom fermioner
| Aspekt | Klassisk fysikk | Moderne fysikk |
|---|---|---|
| Tid og rom | Absolutt og uavhengig | Relativt og sammenvevd |
| Energi | Kan anta alle verdier | Kvantisert (kommer i «pakker») |
| Partikkelbevegelse | Bestemte baner | Sannsynlighetsfordeling |
| Observasjon | Påvirker ikke systemet | Påvirker systemet |
| Hastighet | Kan være ubegrenset | Begrenset av lysets hastighet |
| Kraft | Momentan på avstand | Formidles av kraftpartikler |
Bølger er en av de mest grunnleggende fenomenene i fysikk.
Fra lydbølger til elektromagnetiske bølger, energi reiser ofte som bølger.
Fysikkfakta som forbløffer
Trenger du motivasjon for å få i havn fysikkstudiene? Fysikk er ikke bare ligninger, men også fascinerende fenomener!
Ta for eksempel vår forståelse av kosmos. TV-serien Doctor Who er ikke så langt fra virkeligheten som du kanskje tror.
Siden de er uendelige, kan alt som har skjedd eller kan skje, allerede skjedd – akkurat som i Doctor Who.
Hva med plasma? Plasma er den fjerde aggregattilstanden, i tillegg til gass, væske og fast form. Plasmaskjermer har åpenbart plasma. Andre eksempler er lysstoffrør, lyn og nordlys.
På gresk betyr ordet «formbart stoff». Felt som medisinsk fysikk, ingeniørfag og astrofysikk forsker mye på ulike typer plasma. I tillegg har vi feltet plasmafysikk, som nettopp dreier seg om prosesser i plasma.
Heldigvis er plasmaet du har i blodet av en annen art enn det du finner i sola. Om blodplasma og solas plasma besto av det samme, ville kroppen din eksplodert.
Trenger du motivasjon til å lære fysikk? Her er noen fascinerende fakta:
- TV-serien «The Big Bang Theory» har gjort fysikk populær. Hovedkarakteren Sheldon Cooper siterer mange sanne fysikkfakta.
- Kvantemekanikk viser at to partikler kan være «sammenvevet» og påvirke hverandre selv over enorme avstander.
- Albert Einstein vant Nobelprisen, men ikke for relativitetsteori. Han vant den for fotoelektrisk effekt.
- Den største fysikkeksperimenten i verden er Large Hadron Collider (LHC) ved CERN, som er 27 kilometer lang.
Alt du trenger å gjøre er å jobbe jevnt og trutt med fysikken. Sjekk ut Superprof for privatundervisning i fysikk. Og ikke vær redd for ukjente ord og begreper!
Jobber du hardt nok, kan du nå høyere enn himmelen! Bokstavelig talt.
Oppsummer med AI:
Likte du artikkelen? Vurder den!
Loading...
