"Det är lätt att förlåta ett
barn som fruktar mörkret.
Den verkliga tragedin är
en vuxen som fruktar ljuset."
(Platon)

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

"För att komma till flodens
källa måste man simma
mot strömmen."
(Stanislaw Jerzy Lec)

Min fysiksida

Läs om min fysikbok -- Den moderna fysikens grunder (utgiven på Studentlitteratur)
(sök på mitt namn)! Länken leder till Studentlitteraturs hemsida.

Klassisk fysik
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. 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. Berömda namn inom detta område är Boyle, Clausius, Carnot och Boltzmann.

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 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 ger.

Kvantmekanik del 1 (utdrag ur boken)

Kvantmekanik del 2 (utdrag ur boken)

Allmän relativitetsteori
I stort alla observerade makroskopiska och atomära fenomen kan beskrivas med hjälp av kvantmekanik och speciell relativitetsteori. 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.

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 (t ex neutron och proton) är uppbyggda av ännu mer elementära byggstenar, kvarkar, något som har bekräftats gång på gång av observationer. Inom partikelfysiken använder man kvantmekanik och 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)

Sammanfattning
Följande figur får illustrera det som sagts ovan:

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.