Vetenskapens idéhistoria
Fysik
2003-10-03
Kompendiet från Åbo Universitet är bra och ger en god bakgrund (se kurshemsidan, Kimmo)
– jag ska komplettera med ett lite personligt perspektiv.
Fysik kallades förr NATURFILOSOFI.
Exempel på fysik under antiken:
Att tänka om naturen – världen – varför är det på ett visst sätt?
Är jorden platt eller rund?
Stjärnorna satt på en halvsfärisk himmelskupol – stjärnbilderna – planeterna vandrade på
himlen.
Magnetism – statisk elektricitet (bärnsten)
Den odelbara atomen
Arkimedes princip
Teknik: Arkimedes skruv, hjulet, Herons ångkula
Renässansen och framåt.
Renässansen (=pånyttfödelse). Att beskriva vad som händer (gärna i matematiskt språk) –
hur?
Mätning och experiment – teknikens utveckling går hand i hand med detta!
Fundering: Datateknik bygger på systematisk tillämpning av elektronik som i sin tur bygger
på fysikens materiemodeller. Internet har sitt ursprung i fysikforskares fritänkande och sätt att
lösa problem.
Galilei gjorde mätningar – lutande plan, vattenur (puls?). Matematisk model s= 0,5at2.
Tidmätning var ett problem. Klockans utveckling – navigering – radioteleskop
(interferometer).
Galileis kikare – vad betydde den?
Tyko Brahe, Ven, mätningar utan linser, men systematiska observationer. Keplers analys av
mätdata – hans lagar möjliggjorde förutsägelser av planeternas banor.
Newton beskrivs i kompendiet. Han härledde gravitationslagen ur Keplers ”lagar” – inte
tvärtom! Det är en genial sida av gravitationslagen. Tänk på att gravitationskonstanten
bestämdes först över hundra år senare av Cavendish.
En viktig idé i modern fysik är ”unification”, dvs att en idé eller modell förklarar olika
fysikaliska fenomen. Newton var pionjär härvidlag genom att koppla ihop det fallande
föremålet med gravitationskraften mellan solen och planeterna. Tidigare var dessa båda
fenomen helt skilda!
Andra exempel Maxwell (mitten av 1800-talet) kopplade ihop magnetism och elektricitet i
sina ekvationer för det elektromagnetiska fältet. Till grund låg observationer av Örsted och
Faraday. Den senare var ej akademiker. Han införde fältbegreppet. Maxwells teori förutsade
elektromagnetiska vågor och att de rörde sig med ljushastigheten. Det ledde till en modell för
ljuset, men också för radiovågor med mera. Dåtidens ingenjörer såg säkert hans svåra
ekvationer som enbart av akademiskt intresse, men titta vilka tekniska tillämpningar det blev!
Fler exempel på ”unification”: Steven Weinbergs elektrosvaga kraft. och
Einsteins allmänna relativitetsteori (förenade tung och trög massa)
Speciella relativitetsteorin (koppling massa – energi)
GUT kopplar elektrosvag växelverkan och stark växelverkan. Finns ”a theory of everything”
som också inkluderar gravitation?
Värme och flogiston – problem – koppling av värme och mekanik, makroskopiskt och
mikroskopiskt. Termodynamiken tillkom för att förbättra ångmaskinen (teknik). Jämför
förbränningsmotorer, kylskåp och värmepumpar.
Med termodynamiken kom sannolikhetsläran och statistiska fördelningar in i fysiken på
allvar. Temperaturbegreppet. Luften i ett rum. I normalstora system är antalet atomer otroligt
stort.
Einsteins skolbetyg. Han hade faktiskt högsta betyg i matematik och inte lägsta som ibland
har sagts. Hans utgångspunkter för den speciella relativitetsteorin. Ursprunget var faktiskt
Maxwells ekvationer.
Ljuset som vågrörelse eller partiklar – konstiga modeller, men gripbara för oss! Förklaring
genom modeller – analogier. Varför är ljushastigheten som den är? – En egenskap hos
rummet!
Vad är materia. Det absoluta tomrummet som fylls med saker (Newton) – vakuumpolarisation
– fältteorier. Materian är en del av rummet. De existerar inte var för sig. Vad förmedlar
egentligen kraftverkningar? En partikel är ett fält som i någon mening fyller hela rummet. En
ny paradigm!
Universum – Big Bang – samma materia överallt? – kosmisk strålning – elementsyntesen och
kopplingen till kärnfysiken.
Den odelbara atomen – kärnfysiken – Einsteins relativitetsteori – elementarpartiklarna och
experimentell metod – acceleratorer som kanoner.
Astronomi: Förening av det mycket lilla och de mycket stora. Den totala fysiken.
Historisk utveckling: System av mänskliga dimensioner – Stora system – små system. Mest
intressant nu: system med ett litet antal molekyler?
Vad är objektiv verklighet – ”tinget i sig”. observatören en del av ”mätningen”.
Fysik är inte en samling lagar och fomler. Fysik är människans ansträngningar att förstå och
greppa världen. Fysiken är inte färdig utan innebär ständig diskussion, omformulering och
intellektuell ansträngning. Fysiken är en social aktivitet och en del av kulturen. Kopplingen
till matematikens språk är fascinerande och i hög grad ett växelspel.
Fysik är svårt. Fysikens idéhistorien och idéernas utveckling i framtiden handlar mycket om
begreppsförståelse. dvs om didaktiska frågeställningar.
