Vetenskap är ett begrepp som kan sägas innebära organiserad kunskap. Betydelsen av ordet har utvecklats och förändrats genom århundradena. Det moderna västeuropeiska vetenskapsbegreppet utvecklades runt 1700-talet, när man inom naturvetenskapen började utveckla teorier och utföra experiment för att stödja eller motbevisa dem (metoden för hypotetisk deduktion). Se vetenskapsteori för en utförligare beskrivning av den vetenskapliga metodiken. Det finns många vetenskapliga discipliner, och ordet vetenskap används ofta i den betydelsen också; man talar om medicin som en vetenskap. Matematik och statistik behöver inte räknas som en vetenskap då dess teorier inte generellt kan verifieras experimentellt. De är istället bevisade och konstruerade med logiska resonemang samt axiom (matematik är grekekiska för "vetenskap", "kunskap").

Se vidare

- Humaniora
- Ingenjörsvetenskap
- Matematik
- Medicin
- Naturvetenskap
- Pedagogik
- Retorik
- Samhällsvetenskap
- Kulturvetenskap
- Logik
- Lingvistik
- Kognitionsvetenskap

Se även

- Forskning
- Vetenskaplig metod
- pseudovetenskap
- protovetenskap Kategori:Samhälle ja:科学 ko:과학 ms:Sains simple:Science th:วิทยาศาสตร์ zh-min-nan:Kho-ha̍k

Fundamental kraft

Vad fysiker kallar de fyra fundamentala naturkrafterna är:

Namn	Relativ Magnitud	Beteende
Stark kärnkraft	10⁴⁰	1/r⁷
Elektromagnetisk kraft	10³⁸	1/r²
Svag kärnkraft	10¹⁵	1/r^{5 - 7}
Gravitation	10⁰	1/r²

Man tror för närvarande att all interaktion kan förklaras utifrån dessa fyra krafter. Exempelvis friktion är resultatet av den elektromagnetiska kraften. De fyra krafterna har även motsvarande kraftpartiklar. Dessa är Gravitation - Graviton Svag Kärnkraft - W- och Z- partiklar Stark Kärnkraft - Gluon Elektromagnetisk kraft - Foton Kategori:Fysik ja:基本相互作用 ko:기본 상호작용

Universum

Universum (från latinet med betydelsen "det hela"; "allt skapat", "världen", "världsalltet", "världsbyggnaden") är ett stort (enligt många oändligt), till mestadels tomt utrymme som per definition innehåller allting. Universum anses ha uppstått genom Big Bang för ca 13,7 miljarder år sedan. Expansionen från den händelsen pågår fortfarande, och modern forskning tycks tyda på att den till och med accelererar. Flera teorier har lagts fram vad det kan vara som driver expansionen. En av de för tillfället mest populära teorierna handlar om något som fått namnet mörk energi. Resultatet blir ett universum som blir större och större och att de olika delarna av universum kommer allt längre ifrån varandra. Intressanta makroskopiska objekt i universum inbegriper galaxer, kvasarer, nebulosor, planeter, stjärnor och svarta hål. Alla fysiska objekt och ljuset i universum kontrolleras av gravitationskrafter. Detta resulterar i en förtätning av all materia i ett allt större universum. Samtidigt böjs ljusvågorna allt mer och förvränger totalbilden av universum. När universum är dubbelt så gammalt som nu, syns endast objekt tillhörande den Lokala hopen. Likadant blir det i de närliggande galaxhoparna Virgo och Coma. Slutscenariot är ett gigantiskt tomrum med ett enormt antal svarta hål oerhört utspridda. Svarta hål som bara "ångar" bort efter obegriplig lång tid på grund av Hawkingstrålning. Forskarna räknar med att de minsta svarta hålen (Solens massa) försvinner 10⁶⁸, de mellanstora svarta hålen (miljoner solmassor) 10⁸⁷ och de allra största svarta hålen (galaxmassa) 10¹⁰⁰ år efter universums uppkomst. Kvar blir uttänjda fotoner och sönderfallspartiklar. Tomheten blir i det närmaste total.

Se även

- Kosmos
- Big Bang
- Kosmologi
- Inflation (kosmologi)
- Solsystemet
- Universum (mängdteori)
- Universums framtid
- Vintergatan

Källor

- Astronomy, March 2003.
- Astronomy, June 2003.

Externa länkar

- [http://www.rymdportalen.com Rymdportalen.com] kategori: fysik kategori:astronomi ja:宇宙 ko:우주 ms:Alam Semesta simple:Universe

Klassisk mekanik

Den klassiska mekaniken är fysikens beskrivning hur olika objekt förhåller sig till varandra och växelverkar med varandra. Varje fysiskt objekt har ett antal mätbara egenskaper:
- läge
- hastighet
- massa För objekt med rumslig utbredning även
- tröghetsmoment
- tyngdpunkt
- rotationshastighet För att uppskatta hur växelverkan fungerar införs ett antal härledda begrepp t.ex.:
- kraft
- rörelsemängdsmoment
- acceleration
- rörelsemängd
- tryck
- densitet
- tyngd
- energi Grunden för den klassiska mekaniken lades 5 Juli 1687 med Isaac Newtons verk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Även om förfinade beskrivningar har tillkommit sedan dess utgör grundtankarna fortfarande fundamentet för den klassiska mekaniken. Newton ställer upp två ekvationer: 1. Tidsförändringen av rörelsemängden (p) av ett system i tid är lika med den yttre kraft(F) det utsätts för. T.ex. En boll som faller mot jorden, utsätts för jordens dragningskraft. För att uppfylla ekvationen ovan kommer den att accelerera proportionellt i samma riktning som kraften. 2. Tidsförändring av rörelsemängdsmomentet (L) i tid är lika med det yttre moment (M) som systemet utsätts för. T.ex. ett hjul som bromsas, genom att lägger på en friktionskraft på hjulet. Hjulaxeln utsätts då för ett yttre moment motsvarande bromsklossens friktion mot hjulet multiplicerat med längden längden mellan bromskloss och hjulaxel. Hjulets rotationshastighet (som är proportionell mot rörelsemängdmomentet) kommer därmed att minska. De viktiga förfiningarna i mekaniken gjordes bl.a. av d'Alembert, som uppfann det d'Alemberts princip, av Lagrange med Lagrange-funktionen, och Hamilton med Hamilton-funktionen. Dessa kan härledas direkt ur Newtons ekvationer. Både Lagranges och Hamiltons arbeten kan sägas ligga till grund för den mekaniska beskrivningen av termodynamiken. Den klassiska mekanikens lagar kan härledas både ur relativitetsteorin och ur kvantmekaniken, där den är specialfall. Den klassiska mekaniken kan även tillämpas för kroppar med inre friktion, och utgör därför även grunden för hållfasthetslära och strömningsmekanik.

Se även

- Vektoralgebra Kategori:Fysik Kategori: Mekanik

Termodynamik

termodynamik, läran om energi, speciellt värmets natur, dess omvandling till andra energiformer och dess möjlighet att uträtta arbete. Det är nära relaterat till statistisk mekanik från vilket många termodynamiska relationer kan härledas. Termodynamiken utgår från system i jämvikt. Det har diskuterats att termodynamik namngavs fel eftersom det inte relaterar till förändringsförlopp. Ett bättre namn skulle därför vara termostatik eftersom begreppet termodynamik relaterar hur vissa kemiska reaktioner är möjliga men inte hur snabbt förloppet går.

Huvudsatser

Termodynamiken har tre (fyra) huvudsatser. Bl.a. energiprincipen och entropiprincipen. 0. Nollte huvudsatsen: Om två system förs i kontakt med varandra kommer de att utbyta energi eller materia tills de är i jämviktsläge.
1. Första huvudsatsen eller energiprincipen: Värmet som flödar in till ett system är lika med summan av ändringen i inre energi plus arbete som uträttas av systemet.
2.Andra huvudsatsen eller entropiprincipen: Värme flödar från varmt till kallt.
3.Tredje huvudsatsen: Alla processer upphör vid absoluta nollpunkten.

Koncept

Den grundläggande abstraktionen är att man kan dela upp världen i system som åtskiljs av reella eller fiktiva gränser eller gränsskikt. System som inte är under betraktelse förs samman till ett stort system eller omgivning. Det är även möjligt att dela in ett system i delsystem, eller att gruppera ihop flera system till ett större system. Det finns tre typer av system beroende hur utbytet (av energi och materia) äger rum mellan systemet och dess omgivning.
- Isolerade system utbyter inte värme, materia eller arbete med sin omgivning.
- Slutna system utbyter energi (värme och arbete) men inte materia med sin omgivning. Oavsett om systemet utbyter värme, arbete eller både och, ses det som en egenskap i gränsskiktet, vilket kan vara av typerna
- adiabatisk gränsskikt bevarar systemets värme ( förutsatt att systemet inte utövar arbete på omgivningen );
- fast gränsskikt bevarar systemets arbete.
- Öppna system utbyter energi (värme och arbete) samt materia med sin omgivning. Ett gränsskikt som tillåter detta utbyte benämns permeabelt.

Storheter

Nedan är en förteckning över de viktigaste bereppen i termodynamik, och de symboler som brukar användas för att beteckna dem.
- Intern energi U eller E
- Temperatur T
- Entropi S
- Tryck P eller p
- Volym V
- Densitet ρ
- Helmholtz fria energi F
- Gibbs fria energi G
- Entalpi H
- Kemisk potential μ
- Partikelantal N
- Aggregationstillstånd
- Intensiv kvantitet
- Extensiv kvantitet
- Tillståndsfunktion Kategori:Fysik Kategori:Termodynamik ja:熱力学 ko:열역학

Elektromagnetism

Elektromagnetism, inom fysiken en av de fyra fundamentala naturkrafterna (se växelverkan).
Elektromagnetismen förenar elektriska och magnetiska fenomen till en, sammanhängande, teori.

Historia

Magnetism är känt sedan lång tid tillbaka och använt av sjöfarten sedan 1600-talet. Elektriciteten upptäcktes av Benjamin Franklin med sitt berömda drakexperiment. Den första kopplingen mellan elektricitet och magnetism gjordes av Ørsted (1820). Den fullständiga teoretiska kopplingen mellan elektricitet och magnetism slutfördes av Maxwell med de s.k. Maxwells ekvationer.

Egenskaper

Varje elektriskt laddat föremål omges av ett elektriskt fält. I varje punkt har fältet en viss styrka, och en viss riktning.
När ett elektriskt laddat föremål placeras i ett elektriskt fält, påverkas det av en elektrisk kraft, som är proportionell dels mot styrkan av fältet, dels mot den egna laddningen.
När ett elektriskt laddat föremål rör sig genom ett elektriskt fält, påverkas det av en magnetisk kraft.
Elektrisk laddning och magnetism är två sidor av samma kraft. Varje rörelse av elektriska laddningar ger upphov till ett magnetfält, och varje magnetfält påverkar elektriska laddningar att röra sig. Jonas Islander 5 april 2005 kl.14.46 (CEST)

Mikrofysik

Hur fenomenet ser ut på mikroskopisk eller kvantmekanisk nivå är beskrivet i kvantelektrodynamiken. Enkel uttryckt elektromagnetism det som uppstår ur att en foton växelverkar med en laddad partikel. Fotonen är alltså utbytespartikeln i elektromagnetism. Ett exempel på en foton är vanligt ljus. Laddade partiklar som det handlar om i detta fall kan vara elektroner, men alla partiklar som har en elektrisk laddning kan växelverka med en foton. Fotoner däremot, saknar elektrisk laddning. De saknar också vilomassa, och därför rör de sig med en konstant hastighet, c. Se även elektrodynamik och Maxwells elektromagnetiska ekvationer. Kategori:Fysik ja:電磁気学 ko:전자기학

Speciella relativitetsteorin

Den speciella relativitetstorin är en fysikalisk teori, publicerad 1905 av Albert Einstein och beskriver rummets och tidens egenskaper när man kan bortse från tyngdkraftens - gravitationens - inverkan. Den ersatte den Newtonska fysiken med dess föreställningar om tid och rum och införlivade elektromagnetismen så som den beskrivs av Maxwells elektromagnetiska ekvationer. Anledningen till att den kallas speciell är att den bara beskriver förhållandena då inverkan av gravitationen kan försummas. Tio år senare framlade Einstein den allmänna relativitetsteorin som omfattar även gravitationen. __TOC__ Enligt den speciella relativitetsteorin bildar rum och tid tillsammans ett fyrdimensionellt system, den s.k. rumtiden, och mätningar av tid och avstånd beror av observatörens rörelse. Det finns inga absoluta rörelser eller tidsförlopp utan dessa är relativa och ett föremåls hastighet kan bara anges i förhållande till andra föremål. Teorin anger också att det finns en högsta hastighet, nämligen ljusets hastighet i vakuum och att denna hastighet är konstant och lika för alla observatörer. De fysikaliska lagarna är desamma för alla observatörer. Föremål som rör sig i förhållande till observatören förkortas i rörelseriktningen (enligt observatörens mätningar i denna riktning, någon lokal kontraktion av objektet förekommer ej) och klockor i rörelse går långsammare än klockor i vila. Teorin anger också att massa är en form av energi.

Bakgrund och motivering till den speciella relativitetsteorin

Redan innan den speciella relativitetsteorin formulerades, hade bl.a. Hendrik Lorentz och George Francis Fitzgerald observerat att elektromagnetiska krafter varierar beroende på hur de observeras. Exempelvis beror det magnetiska fältet på observatörens rörelsetillstånd, en observatör i vila i förhållande till det elektromagnetska fältet uppfattar inget magnetiskt fält, endast en observatör i relativ rörelse kan registrera ett magnetiskt fält. Fitzgerald och Lorentz föreslog oberoende av varandra (1892 resp. 1895) teorier innebärande att objekt som rör sig i förhållande till en stationär observatör genomgår en fysisk förkortning s.k. längdkontraktion (Lorentzkontraktion eller Lorentz-Fitzgerald-kontraktion). Lorentz inkorporerade i sin teori också idén att tiden gick långsammare, s.k. tidsdilatation, för det rörliga objektet och konstruerade formler som beskrev denna, den s.k. Lorentztransformationen. Han tänkte sig att universum genomsyrades av en osynlig eter och att rörelse genom detta medium påverkade kropparna. Dessa teorier tycktes lösa den konflikt mellan elektromagnetism och klassisk Newtonsk fysik som uppstått genom att Lorentz formler sammanföll med Newtons rörelselagar vid hastigheter som var små i förhållande till ljusets hastighet. Lorentz eter-teori blev dock kritiserad (även av honom själv) för sin delvis godtyckliga natur. Även om det var Lorentz som först formulerade de grundläggande sambanden lyckades Einstein härleda dessa ur en mer grundläggande teori. Han utgick från att fysikens lagar borde vara lika - invarianta - för alla observatörer, och härledde bl.a Lorentztransformationen som en konsekvens. Den speciella relativitetsteorin beskriver vanligtvis observatörer och kroppar som befinner sig i vila, eller rör sig med konstant hastighet, i förhållande till varandra. En vanlig missuppfattning är att teorin inte hanterar fall då rörelsen är accelererande. Den speciella relativitetsteorin kan dock på ett korrekt sätt beskriva hur accelererande kroppar beter sig i ett konstant gravitationsfält eller som rör sig i roterande referenssystem. Exempel på detta är tvillingparadoxen eller när en raket accelererar till höga hastigheter. Den inte kan beskriva rörelser i varierande gravitationsfält.

Den speciella relativitetsteorins status

Speciella relativitetsteorin är numera universellt accepterad av det vetenskapliga samhället. Den är experimentellt mycket väl bekräftad, och inga avvikelser från de resultat teorin förutsäger har observerats. Det har dock funnits forskare som har föreslagit alternativ. En sådan alternativ teori är den dubbelt speciella relativitetsteorin där inte bara ljusets hastighet är konstant utan även en viss (myckert liten) längd uppfattas lika av alla observatörer.

Konsekvenser av speciella relativitetsteorin

Speciella teorins postulat om konstant ljushastighet och avsaknad av absoluta referensramar har flera konsekvenser som rent intuitivt kan uppfattas som bisarra, exempelvis:
- Tidsskillnaden mellan två händelser är inte något objektivt, utan beroende av de olika observatörernas relativa rörelse i förhållande till varandra.
- Två händelser som tycks ske samtidigt (men på olika platser) ur en observatörs synpunkt, kan uppfattas ske vid olika tidpunkt, och i godtycklig ordning, av andra observatörer.
- Ett föremåls storlek beror på en observatörs relativa hastighet.
- Tvillingparadoxen, ett tankeexperiment där en tvilling beger sig ut på en rymdresa med höga hastigheter och finner vid återvändandet att den kvarvarande tvillingen har åldrats mer än resenären. Förutom att speciella teorin förändrat vår föreställning om tid och rum tvingar den oss också att omvärdera begreppen massa rörelsemängd och energi. Liksom den för samman de båda förstnämnda till begreppet rumtid, visar den att rörrlsemängd och energi kan ses som olika aspekter på samma sak. Detta ger konsekvenser såsom:
- En partikels massa ökar när dess hastighet ökar (den kinetiska energin ger ett tillskott till massan)

Ljushastighetens konstans

Den speciella relativitetsteorin postulerar att ljusets hastighet i vakuum är lika för alla observatörer i likformig relativ rörelse. Att ingen sådan observatör har "företräde" med avseende på någon annan, utan att fysikens lagar måste vara lika för alla observatörer, leder till fenomen som längdkontraktion och tidsdilatation enligt Lorentztransformationens formler. Notera att ljusets hastighet i ett medium är lägre än i vakuum. I ett medium kan det även förekomma hastigheter större än ljusets, s k Čerenkov-ljus.

Avsaknad av ett absolut referenssystem

Den speciella relativitetsteorin avvisar föreställningen om att det existerar ett oberoende referenssystem för mätning av tid och rum. Istället anger den att alla system där observatörer för sig med konstant hastighet är likvärdiga, och att därför fysikens lagar måste ge samma resultat för dem alla. Denna s.k. relativitetsprincip kan ses redan hos Galilei, och är en del av även den Newtonska fysiken. Men i slutet av 1800-talet förespråkades idén att universum är fylld av osynlig substans, den s.k. etern, genom vilken elekromagnetiska vågor fortplantade sig likt ljudvågor genom luften. Etern utgjorde ett absolut referenssystem mot vilket rörelse och hastigheter kunde mätas, och samtidigt som vågrörelser i den kunde växelverka med materia, antogs den inte bjuda något motstånd mot föremål som passerar genom den. Olika tester som kulminerade med Michelson-Morleys experiment år 1887, visade att antingen stod jorden stilla, eller så måste föreställningen om etern och ett absolut referenssystem överges.

Massa, rörelsemängd och energi

För att konserveringslagen om energins bevarande ska hålla vid höga hastigheter, krävs en förändring av formlerna för rörelseenergi och rörelsemängd som används i den klassiska fysiken. För ett föremål med massan m som rör sig med hastigheten v, ges dess rörelseenergi E och rörelsemängd p av: :E = γ m c² :p = γ m v där γ är: :

\gamma = \frac

och c är ljusets hastighet. Termen γ som ofta förekommer inom relativitetsteorin erhålls ur ekvationerna i Lorentztransformationen. Relationen mellan rörelseenergin och rörelsemängden kan ges med formeln: : E² - (p c)² = (m c²)² Om hastigheten v är mycket liten i förhållande till c så fås genom en serieutveckling av formeln för γ att: :

E \approx m c^2 + \fracm v^2

och :

p \approx m v

vilket, förutom den första termen i formeln för energin, överensämmer med de klassiska formlerna. Om man tar ett föremål i vila (v=0 och därmed γ=1) så ger ovanstående formel för energi inte värdet noll utan reduceras till den berömda formeln: : E = mc² d.v.s. även när ett föremål är i vila så återstår en viss mängd energi, den s.k. viloenergin. (Denna viloenergi ger ingen konflikt med den klassiska fysiken eftersom den är konstant. När det gäller rörelseergi så är det skillnaden i energi som är av betydelse) Formeln visar att massa, ur relativistisk synvinkel, kan betraktas som en form av energi, och därför teoretiskt skulle kunna omvandlas till andra former, såsom värme och ljus. Att detta inte bara är teori demonstreras tydligt av de stora mängder energi som kan frigöras vid olika former av kärnreaktioner. När v närmar sig c, så går nämnaren i formeln för γ mot noll, och därmed energin mot oändligheten. D.v.s. när ett föremåls hastighet närmar sig ljusets, så går den energimängd som krävs för att accelerera det ytterligare mot oändligheten, vilket gör det omöjligt att nå ljusets hastighet. Endast partiklar som saknar massa, såsom fotonen, kan i praktiken nå ljushastigheten. De kan heller inte gå långsammare, utan måste i alla referensssytem röra sig med denna hastighet. Namnet tachyon har används för en hypotetisk partikel som skulle röra sig fortare än ljusets hastighet, men hittills har existensen av sådan partiklar inte kunnat påvisas experimentuellt. Det sägs ofta att den speciella relativitetsteorin anger att ett föremåls massa ökar när hastigheten ökar. Emellertid används här två olika definitioner av begreppet massa. I formlerna ovan står m för föremålets vilomassa som förblir konstant och är lika i alla referenssystem. Ett annat begrepp är föremålets relativistiska massa - M som ges av: : M = γ m där γ är samma som i formlerna för energi och rörelsemängd. Eftersom γ ökar med hastigheten, gör också den relativistiska massan det. Om hastigheten är noll så är γ=1 och den reltivistiska massan lika med vilomassan. Ibland är det praktiskt att skriva om de första formlerna som: : E = M c² och : p = M v Relativitetsteorin medför att det även finns en övre gräns med vilken påverkan av gravitationen kan röra sig - ljushastigheten i vakuum. Detta avviker från den klassiska teorin för gravitation så som den formulerades av Isaac Newton.

Samtidighet och kausalitet

Isaac Newton Den speciella relativitetsteorin säger att händelser som tycks ske samtidigt i vissa referenssystem inte behöver göra det i andra system, utan kan där ske i godtycklig ordning. Detta kan tyckas upphäva de normala lagarna för orsak och verkan, vilket dock inte är fallet. I bilden till höger är intervallet AB 'tids-lika', d.v.s det är hypotetiskt möjligt för materia att förflytta sig från A till B. Om händelsen A inträffar före B, så gör den det i alla referenssystem. Intervallet AC i diagrammet är 'rum-lika', d.v.s. det är inte möjligt för materia eller ljus (eller information) att förflytta sig från A till C. Eftersom ingenting kan överföras från A till C, så kan det inte finnas någon orsakspåverkan mellan dem. Dessutom kan händelsen A inträffa före C i vissa referenssystem, ske samtidigt i andra, och inträffa efter C i ytterligare andra.

Rumtidens geometri

Den speciella relativitetsteorin använder ett 'platt' 4-dimensionellt s.k. Minkowski-rum, normalt kallat rumtiden. Denna rymd är mycket likt ett traditionellt 3-dimensionellt Euklidiskt rum, vilket lyckligtvis gör det relativt enkelt att förestsälla sig. Avståndsdifferentialen, ds, i ett 3-dimensionellt linjärt rum definieras som: :

ds^2=dx_1^2+dx_2^2+dx_3^2

där

dx_1, dx_2

och

dx_3

är differentialerna i respektive dimension. I speciella relativitetens geometri läggs sedan tiden till som en fjärde dimension, uttryckt med c som enhet, så att ekvationen för avståndsdifferentialen i rumtiden blir: :

ds^2=dx_1^2+dx_2^2+dx_3^2-c^2dt^2

I många situationer är det bekvämare att hantera tiden med hjälp av imaginära koordinater, och

t

byts då ut mot

i.t'

, vilket ger formeln: :

ds^2=dx_1^2+dx_2^2+dx_3^2+c^2(dt')^2

För att lättare kunna åskådliggöra det i 3 dimensioner kan man ta bort en av rumsdimensionerna och bara har kvar 2: :

ds^2=dx_1^2+dx_2^2-c^2dt^2

Ett föremål som rör sig med konstant hastighet genom rymden kan beskrivas som en rät linje genom rumtiden. Andra typer av rörelser ger andra typer av kurvor. En sådan kurva brukar kallas föremålets världslinje. Ljusstrålar som anländer till eller utgår från en given punkt vid en given tid kan åskådliggöras med en dubbelkon kring punktens rumtid-koordinat - en så kallad ljuskon som beskrivs av ekvationen :

ds^2=0=dx_1^2+dx_2^2-c^2dt^2

eller

dx_1^2+dx_2^2=c^2dt^2

världslinje
Ljuskon - (den 3-dimensionella) ytan av alla möjliga ljusstrålar som går till eller ifrån en punkt i rumtiden, här reducerat till 2 dimensioner.

Ofta brukar man anpassa enheterna så att ljuskonen bildar en 45-graders vinkel så som på bilden till höger. Denna dubbelkon delar in rumtiden i tre områden. #Punkter i området innanför den övre konen representerar framtiden för den ursprungliga händelsen, och punkter innanför den undre konen representerar det förflutna. Kurvor som förbinder denna händelse med punkter inom konerna kallas tids-lika och representerar världslinjer för föremål som rör sig med hastigheter mindre än ljusets. #Punkter på konerna representerar nuet och utgörs av händelser som kan nås av ljusstrålar från den första händelsen. Världslinjer på denna yta kallas ljus-lika och representerar ljusstrålar eller partiklar som hela tiden rör sig med ljusets hastighet. När vi vi observerar stjärnhimlen är det i princip denna del av rumstiden vi ser. #Punkter utanför konerna representerar händelser som inte är observerbara. Kurvor som förbinder den givna punkten med sådana punkter kallas rums-lika och kan representera rums-dimensioner så som längd och bredd, snarare än vara världslinjer för ett föremål.

Tester på speciella relativitetsteorins postulat

- Michelson-Morleys experiment - mätning av rörelse genom etern
- Hamars experiment - mätning av motstånd mot eterflödet
- Trouton-Nobles experiment - elektrostatisk påverkan orsakad av rörelse genom etern
- Kennedy-Thorndikes experiment - test av Lorentz-Fitzgerald-kontraktion

Enhetsanalys av E=mc² i SI-systemet

I ekvationen E=mc² har vänsterledet i SI-systemet enheten joule (J) och högerledet har enheten kg·(m/s)², där kg, m och s är grundenheter. J defineras som newtonmeter, Nm, och N är in sin tur definerat som kg·m/s². Slår vi ihop detta får alltså att :J = Nm = kg·a·m = kg·m/s²·m = kg·m²/s² Högerledet faktoriserar sen som kg·(m/s)² = kg·(m/s)·(m/s) = kg·m²/s², så vänster- och högerleden har samma dimensioner. Detta kan vara ett sätt att försöka förstå hur massa och energi kan anses vara ekvivalenta. Det är dock inte ett bevis för sambandet, det visar bara att mc² har samma enhet som E.

Exempel på tillämpningar

Kosmisk strålning

Ett exempel på "klockor" som rör sig med hög hastighet relativt oss är de fenomen i form av sekundärstrålning som inträffar när kosmisk strålning träffar de övre skikten i jordens atmosfär. En del av sekundärstrålningens partiklar är instabila och sönderfaller med en bestämd halveringstid, d.v.s. efter en viss tid är antalet kvarvarande partiklar reducerat till hälften. På grund av tidsdilatationen kommer partiklarna att tränga mycket längre ned i atmosfären än vad som motsvarar halveringstiderna mätta med jorden som referenssystem och möjliggör observationer av vissa partiklar vid jordytan vilka skulle vara praktiskt sett mycket svåra att observera om tidsdilatation ej förekom.

Addition av hastigheter

Vi tänker oss ett referenssystem A med punkterna X och Y. A observerar en observatör B som färdas mellan X och Y i likformig linjär rörelse, med hastigheten v. A observerar också C som färdas mellan Y och X i likformig linjär rörelse, med hastigheten v. A observerar också att B passerar X samtidigt som C passerar Y. Enlig Newtons mekanik skulle B mäta Cs hastighet till 2v, vilket stämmer bra när v << c. Men det skulle innebära en hastighet större än c om v> c/2. Men enligt relativitetsteorin kommer B att mäta ett lägre värde på den relativa hastigheten. Om B t ex mäter längden mellan X och Y kommer han enligt längkontraktionen uppfatta det som om avståndet är mindre än det är för A, och hastigheten (avståndet per tidsenhet) proportionsvis lägre.

Se även

Personer:
- Albert Einstein
- Arthur Eddington
- Bernhard Riemann Fysik och matematik:
- Newtonsk mekanik
- Kosmologi
- Dopplereffekt
- Allmänna relativitetsteorin
- Geometri
- Tensorer

Externa länkar

- [http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/HistTopics/Special_relativity.html http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/HistTopics/Special_relativity.html]
- [http://www.mathpreprints.com/math/Preprint/paultrr/20040119/1/Evaluation_of_Brane_World_Mach_Principles.pdf http://www.mathpreprints.com/math/Preprint/paultrr/20040119/1/Evaluation_of_Brane_World_Mach_Principles.pdf] Kategori:Fysik Kategori:Relativitetsteori ja:特殊相対性理論 ko:특수 상대성 이론 simple:Special relativity

Allmänna relativitetsteorin

Den allmänna relativitetsteorin är en teori om gravitation som publicerades av Albert Einstein 1915. Enligt den allmänna relativitetsteorin är gravitationskraften en manifestation av den lokala geometrin hos rumtiden. Den speciella relativitetsteorin (formulerad av Albert Einstein 1905) gjorde mekanikens ekvationer konsistenta med avseende på observationer gjorda av observatörer i likformig relativ rörelse, vilket krävde att tiden var variabel (var olika för olika observatörer). Det var därmed inte längre möjligt att betrakta rum och tid som åtskilda utan endast som delar av ett enhetligt fyrdimensionellt system, en "rumtid". Den allmänna relativitetsteorin beskriver rumtidens beroende av materia (energi) inklusive den energi som är associerad med gravitationsfältet självt. En av grunderna för teorin är utvecklingen av icke-euklidiska geometrier under 1800-talets senare hälft. Euklidisk geometri kan sägas kännetecknas av Euklides femte postulat, det vill säga att parallella linjer saknar skärningspunkt (är ekvidistanta). Janos Bolyai och Carl Friedrich Gauss insåg att ett postulat innebärande att parallella linjer är ekvidistanta inte nödvändigtvis måste gälla som grund för en korrekt beskrivning av verkligheten. Gauss utförde också mätningar av trianglars vinkelsummor för punkter på kilometervisa avstånd (för en icke-euklidisk geometri skulle denna summa avvika från 180 grader) men rumskrökningen vid jordytan är för liten för att kunna påvisas i ett sådant experiment. Allmänna icke-euklidiska geometrier formulerades av Gauss's elev Bernhard Riemann. Det första experimentella stödet för den allmänna relativitetsteorin gavs av Arthur Eddington som 1919 företog en expedition för att mäta ljusstrålars böjning på grund av solens gravitation och sedan jämföra dessa med den allmänna relativitetsteorins förutsägelser. Under en total solförmörkelse registrerade man stjärnpositioner fotografiskt i solens omedelbara närhet för att sedan jämföra dessa positioner i riktningar utan solens påverkan. Moderna experiment har verifierat teorin inom gränserna för experimentens noggrannhet. Exempelvis påvisade Pound-Rebkaexperimentet (1959) ändringar i våglängd för ljus från en koboltkälla över en sträcka av 22,5 meter i en riktning motsatt gravitationens. En mera vardaglig konsekvens är att GPS-satelliternas atomklockor måste korrigeras för skillnaden i gravitation mellan satelliternas banor och jordytan. Allmänna relativitetsteorin betraktas i dag som en "effektiv" teori för låga energier (den anses asymptotiskt korrekt vid låga energier). För höga energier har man funnit att den är oförenlig med kvantmekaniken. Bland annat strängteorin är ett försök att förena gravitation och kvantmekanik i en enhetlig teori.

Grunder i relativitet och speciell relativitet

Isaac Newton antog att objekt hade en absolut hastighet och att vissa objekt verkligen befann sig i vila medan andra verkligen var i rörelse. Han insåg att det inte finns något sätt att mäta dessa absoluta hastigheter. Newton trodde dock att hans teori var orimlig utan antagandet att det finns absoluta referenspunkter även om de inte kan fastställas. För rotationer anförde han den roterande vattenspannen som ett exempel på absolut rörelse. Om vi kan iaktta en konkav vattenyta är det möjligt att påstå att spannen roterar i en absolut mening. På 1800-talet formulerade James Clerk Maxwell en uppsättning ekvationer – Maxwells fältekvationer – som visade att ljus beter sig som en elektromagnetisk våg som färdas med konstant hastighet genom rummet (som fortfarande kunde antas vara absolut, innehålla en "eter" som medium för ljusets utbredning). Detta tycktes innebära ett sätt att undvika problemen med Newtons relativitet. Genom att mäta ljushastigheten för ljus utsänt från objekt i olika rörelsetillstånd skulle dessa objekts hastighet relativt det absoluta rummet kunna fastställas. Försök gjorda av Michelson och Morley mot slutet av 1800-talet gav dock det entydiga resultatet att ljusets hastighet var oberoende av dessa rörelsetillstånd. Einstein förenade dessa resultat i sin uppsats Zur Elektrodynamik bewegter Körper (Om elektrodynamiken hos kroppar i rörelse). Speciell relativitetsteori säger att relativitet föreligger mellan system som befinner sig i rätlinjig likformig rörelse, d v s inte är utsatta för gravitation eller acceleration. Teorin säger att det inte finns något sätt att avgöra att ett visst sådant system skulle ha företräde framför något annat. Därför finns det till exempel inte någon meningsfull tolkning av uttalandet att ett system är i vila. Den allmänna relativitetsterin är en utvidgning av den speciella, genom att den även säger att relativititet föreligger mellan system utsatta för gravitation och acceleration. Exempelvis anger den allmänna teorin att dessa två begrepp egentligen är två effekter av samma sak, nämligen störningar i rumtiden, eller "det krökta rummet".

Översikt av teorin

Det är inte möjligt att på ett fysikaliskt meningsfullt sätt tala om hastighet och acceleration utan att först definiera en referensram och denna bestäms genom att välja ett särskilt "objekt" genom vilket all rörelse är definierad relativt andra objekt. I den speciella relativitetsteorin antas att referensramar kan utvidgas obegränsat i tid och rum. I den allmänna relativitetsteorin kan endast lokala referensramar med given noggrannhet för ändliga tidsperioder och finita rumsregioner behandlas (i analogi med att vi kan rita en 2-dimensionell karta av ett litet område av jordytan med stor noggrannhet, men inte utsträcka kartan till att avbilda hela jordytan utan förvrängning). Inom allmän relativitet antas Newtons lagar gälla i lokala referensramar för låga hastigheter. Fria partiklar färdas längs räta linjer i lokala (Lorentz-) inertialramar. När dessa sträckor kan anses "långa" måste de i det allmänna fallet behandlas som krökta (geodetiska), vilket kan tolkas som att ersätta Newtons första lag med lagen om geodetisk rörelse. I accelererande referensramar har fritt rörliga kroppar en acceleration med avseende på denna referensram, det vill säga det finns en kraft som härrör från referensramens acceleration och inte från direkt påverkan av yttre objekt (t. ex. känner vi G-krafter i kurvor när vi färdas med bil). Analogt uppstår corioliseffekter och centripetalkrafter med avseende på vissa referensramar för roterande objekt (som jorden eller en karusell). Principen om ekvivalens mellan acceleration och gravitation innebär att det inte finns något lokalt experiment som kan skilja icke-roterande fritt fall i ett gravitationsfält från en likformig rörelse i frånvaro av gravitationsfält. Det finns ingen gravitationeffekt i en referensram i fritt fall i ett gravitationsfält (om detta kan anses homogent). I detta perspektiv är gravitationskraften vid jordytan den kraft som observeras i en referensram definierad för materia vid ytan som inte är fri utan påverkas av jordens materia och är analog med G-krafterna i en bil. Matematiskt modelleras Einsteins rumtid som en fyrdimensionell pseudo-Riemannsk mångfald, (jfr engelskans "manifold") och hans fältekvation anger att mångfaldens krökning i en punkt är direkt relaterad till stressenergitensorn i denna punkt. Denna tensor är ett mått på materia/energi-densiteten. För materia kan sägas att rumtid-krökningen styr hur materia rör sig och materia styr hur rumtiden kröks. Einsteins fältekvation har en parameter kallad "den kosmologiska konstanten", Λ, som ursprungligen introducerades av Einstein för att vara konsistent med ett statiskt universum (som varken expanderar eller drar sig samman). Denna åtgärd var oriktig av två anledningar. Ett statiskt universum beskrivet av denna teori är instabilt och observationer gjorda av Edwin Hubble ett årtionde senare visade att vårt universum inte är statiskt utan expanderar. Parametern Λ övergavs, men senare observationer tyder på att ett värde på Λ skilt från noll ändå är nödvändigt. Fältekvationen kan skrivas: :

R_ -  + \Lambda g_ = 8 \pi  T_

där

R_

är Riccis krökningstensor,

R

är skalärkrökningen,

g_

är den metriska tensorn,

\Lambda

är den kosmologiska konstanten,

T_

är stressenergitensorn,

c

är ljusets hastighet och

G

är gravitationskonstanten som också förekommer i Newtons gravitationslag.

g_

beskriver hur man mäter avstånd på mångfalden och är en symmetrisk 2-tensor definierad över den 4-dimensionella rumtiden (d.v.s. den kan skrivas som en 4 x 4 – matris), vilket innebär att den har 10 oberoende komponenter. Givet rumtidens 4 koordinater återstår 6 oberoende ekvationer.

Relaterade artiklar

- Svart hål

Rekommenderad vidare läsning

- Sean M. Carroll, [http://arxiv.org/abs/gr-qc/9712019 introduction to general relativity], förkunskapskrav innefattar linjär algebra (matriser) och analys
- Kip Thorne: Black Holes and Time Warps, (W.W. Norton & Company, New York, 1994). Prisbelönt populärvetenskap
- Misner, Thorne, Wheeler: Gravitation, Freeman (1973). En klassisk bok på relativt hög nivå (kräver en del matematik och fysik på högre universitetsnivå ("graduate level"). Något lång; baserar sig till större del på geometriska grunder och resonemang än vissa moderna böcker.
- Ray D'Inverno: Introducing Einstein's Relativity, Oxford University [http://www.wikipedia.org/wiki/Oxford_University_Press Press] (1993). En modern text ("undergraduate level", dvs enklare universitetsnivå)).
- Herman Bondi: Relativity and Common Sense, Heinemann (1964). En lätt introduktion till principerna bakom relativiteten av en välkänd fysiker.
- W. Perret and G.B. Jeffrey, trans.: The Principle of Relativity: A Collection of Original Memoirs on the Special and General Theory of Relativity, New York Dover (1923).
- [http://arcturus.mit.edu/8.962/notes.html MIT 8.962 Course Notes] Anteckningar och stenciler från en kurs i allmän relativitetsteori från MIT.
- Simon Singh, Big Bang Allt du behöver veta om universums uppkomst - och lite till, Leopard förlag, (2005) ISBN 7343020-X. Kategori:Relativitetsteori Kategori:Wikipedia:Utvalda artiklar ja:一般相対性理論 ko:일반 상대성 이론 simple:General relativity th:ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

Kvantfältteori

Kvantfältteori (engelska QFT, Quantum field theory) är en fysikalisk teori som applicerar kvantmekanik på fält. Teorin utgör grunderna för bland annat partikelfysiken och utvecklades av bland annat Paul Dirac, Vladimir Fock, Wolfgang Pauli, Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger, Richard Feynman och Freeman Dyson. Tillämpningen på elektromagnetiska fält ger upphov till den så kallade kvantelektrodynamiken (QED, quantum electrodynamics). Kategori:Kvantfysik ja:場の量子論 ko:양자 마당 이론

Standardmodellen

Standardmodellen är inom partikelfysiken den modell som beskriver elektromagnetisk, stark och svag växelverkan med hjälp av kvantfältteori. Standardmodellen är konsistent med både kvantmekaniken och den allmänna relativitetsteorin, men är ingen heltäckande modell eftersom den inte innefattar gravitationskraften. Standardmodellen beskriver även de minta partiklarna och deras samverkan med hjälp av de fyra krafterna. Standardmodellen har visat sig framgångsrik i att förutse växelverkan mellan kvarkar och leptoner med stor noggrannhet, men den kan inte förklara varför det finns tre uppsättningar av kvarkar och tre uppsättningar av leptoner eller kvarkars och leptoners massa. Fysiker hoppas därför att lösningen på problemet är den storförenande teorin (engelska: Grand Unified Theory) som inbegriper både elektromagnetisk, svag och stark växelverkan samt gravitationen. Standardmodellen kan dock inte förklara vissa egendomligheter. Varför finns tre familjer med kvarkar och leptoner? Varifrån kommer de olika partiklarnas massa? Olika förklaringsmodeller har föreslagits, t.ex. Higgsmekanismen, Supersymmetri. Kategori:Partikelfysik Kategori:Kvantfysik ja:標準模型 ko:표준 모형

Strömningsmekanik

Strömningsmekanik, strömningslära, fysikalisk vetenskap som är härledd från klassisk mekanik och beskriver rörelsen hos en fluid. Grunden är Navier-Stokes ekvationer, som är härledda från Newtons lagar. Ett av de mest centrala områdena inom strömningsmekaniken är turbulens. En strömmande fluid kan antingen flöda laminärt, det vill säga rätlinjigt, eller turbulent, dvs. oordnat. Den irländske ingenjören Osborne Reynolds studerade bland annat hur fluider strömmar i raka rör och kom fram till ett dimensionslöst tal kallat Reynolds tal som just beskriver om fluiden strömmar laminärt eller turbulent. Den kritiska punkten är om Reynoldstalet, Re, är runt 2300. Under denna punkt räknas fluiden strömma laminärt och över den, turbulent.

Användning

Turbulens är ett område som det forskas mycket kring. Inom aerodynamiken vill man bla. minska luftmotståndet till exempel mot en bil. Inom hydrodynamiken studerar man bland annat hur man kan minska turbulensen kring ett fartygsskrov. Även inom meteorologi studerar man luftströmmar för att förutspå vädret. Kategori:Fysik Kategori:Mekanik

Teori om allt

I fysik är en teori om allt, eng. theory of everything (TOE), en teori som förenar de fyra fundamentala krafterna i naturen: gravitation, stark kärnkraft, svag kärnkraft och elektromagnetisk kraft. Teoretiska fysiker har under det senaste århundradet föreslagit ett flertal teorier om allt, men än har ingen av dem klarat en noggrann experimentell prövning. Den mest populära kandidaten för teorin om allt är den teori som samanbinder de, för närvarande, 5 strängteorierna och M-teorin. Teorier om allt ska inte förväxlas med grand unified theories (GUT), som försöker förena alla fundamentalkrafter med undantag för gravitation. Standardmodellen förenar den elektromagnetiska och svaga kärnkraften i en elektrosvag kraft; GUT försöker förena den starka kärnkraften med den elektrosvaga kraften. Många GUT:er förutsäger protonsönderfall; protonsönderfall har emellertid aldrig observerats och detta är därför en mycket stark begränsning på vilken typ av teorier som kan komma på fråga. Andra försök har inkluderat Kaluza-Kleinteori, ett tidigt försök att förena elektromagnetism med gravitation. Kategori:Fysik

M-teori

M-teorin är en teori som ska förena de fem strängteorierna: Typ I, Typ IIA, Typ IIB, Heterotisk-O och Heterotisk-E. Man vet inte riktigt hur denna teori kommer att se ut men man är ganska så säker på att den kommer att innefatta 11-dimensionell supergravitation. simple:M-theory Kategori:Fysik

Higgsmekanismen

Higgsmekanismen är en (av Peter Higgs) föreslagen teori för att förklara varför elementarpartiklar har olika massor. Higgsmekanismen förklaras genom ett universellt fält som växelverkar med all materia. Den kraftbärande partikeln (bosonen) kallas higgsboson. Utbyggnaden av LEP i CERN till LHC kan eventuellt påvisa existensen av higgsbosonen. Än så länge är det en teori. Kategori:Partikelfysik

Materia

Materia definieras som de allra minsta och mest fundamentala enheterna som utforskats inom fysiken. Den materia vi normalt observerar består av atomer, som grupperats i kemiska föreningar, polymerer, legeringar, blandningar eller rena grundämnen. Materians atomer består i sin tur av mindre partiklar, elementarpartiklar. Dessa kan grupperas i:
- Fermioner
- baryoner t.ex. hadroner dvs. protoner och neutroner vilka i sin tur är uppbyggda av kvarkar
- leptoner t.ex. elektroner
- Bosoner t.ex mesoner och fotoner Materia har massa, som är en form av energi. Albert Einstein visade att massa och energi är ekvivalenta genom sin berömda formel

E=mc

²(gäller för materia i vila), där E står för energi, m för massa, och c för ljushastigheten. Massa har dessutom en inbyggd attraherande kraft, gravitation. Materia uppträder normalt i tillstånden fast, flytande eller gasform. Under extrema temperatur- och/eller graviationsförhållanden även som plasma, supervätska eller Bose-Einstein kondensat.

Se även

- fundamentala krafter
- aggregationstillstånd
- antimateria
- mörk materia
- mörk energi Kategori:Fysik
- partikelfysik
- kvantfysik
- materialism Källa delvis den engelska sidan. ja:物質 ko:물질 ms:Jirim simple:Matter

Elementarpartikel

Elementarpartiklar är materiens minsta beståndsdelar. Till elementarpartiklarna räknar man också de partiklar som är bärare av de fyra fundamentala krafterna i naturen.
- Hadroner som i sin tur byggs upp av kvarkar. Hadronerna delas in i:
- Baryoner som består av tre kvarkar, t.ex. protoner och neutroner.
- Mesoner som består av två kvarkar (egentligen en kvark och en anti-kvark), t.ex. pi-mesoner.
- Leptoner t.ex. elektroner, och neutriner
- Fotonfamiljen, till vilka också räknas W bosonerna och Z-bosonen. Strikt räknat är hadronerna inte elementarpartiklar eftersom de är sammansatta av kvarkar. Ett annat sätt att dela in elementarpartiklar på är att dela upp dem i fermioner och bosoner. Fermioner är de partiklar som materien byggs upp av medan bosoner är bärarna av de fundamentala krafterna.

Se även

- axion
- aggregationstillstånd
- antimateria
- fundamentala krafter
- kvantfysik
- materialism
- mörk materia
- partikelfysik Kategori:Partikelfysik ja:基本粒子 ko:기본입자

Fermion

Fermioner är en klass av elementarpartiklar. Exempel på fermioner är elektronen, protonen, neutronen, neutrinen samt kvarkarna. Alla fermioner har spinn vars värde är en udda multipel av 1/2, (d.v.s. 1/2, 3/2, 5/2, etc.) multiplicerat med Plancks konstant dividerad med 2π (d.v.s.

\hbar = h/2\pi

). Fermioner lyder under Fermi-Dirac-distributionen: :

f_= \frac

Kategori:Fysik ja:フェルミ粒子 ko:페르미온

Symmetri

Med symmetri avser oftast spegelsymmetri, men mer allmänt är det en egenskap hos en fysikaliskt system eller objekt, där en viss karakteristik bevaras av en operation. Som exempel kan ges rotationssymmetri varvid ett objekt inte förändras för en betraktare då objektet roteras. En perfekt sfär eller ett perfekt klot är rotationssymmetriska i rummet, dvs man kan vrida och vända på dessa objekt hur man vill utan att de förändrar sina egenskaper för en betraktare. En (plan) kvadrat är symmetrisk för vissa vridningar och rotationer, t.ex. alla vridningar runt mittpunkten som är en multipel av

\pi/2

(90 grader). Inom fysiken intar symmetrier en central roll via Noethers teorem, som säger att varje symmetri motsvarar en konserveringslag, t.ex. rörelsemängdens bevarande, energins bevarande eller rörelsemängdsmomentets bevarande. Se även antisymmetri. Kategori:Fysik Kategori:Geometri ja:対称性

Konserveringslag

En fysikalisk lag som statuerar att en storhet bevarar sitt värde efter en viss händelse. Energin är en konserverad storhet som sålunda bevaras vid olika fysikaliska händelser. Andra konserverade storheter är t.ex. rörelsemängd (elastiska stötar), rörelsemängdsmoment (vissa rotationer) etc.
- Lagen om energins bevarande (energiprincipen)
- Lagen om rörelsemängdens bevarande (härledd ur Newtons tredje lag)
- Lagen om rörelsemängdsmomentets bevarande (härledd ur Newtons tredje lag) Vilka storheter som bevaras efter en specifik händelse (ett visst fysikaliskt förlopp) beror på vilka krafter som verkar, symmetrier etc. Konserveringslagarna i fysiken beskriver vad som inte förändras i en process. Förändring är komplicerat att beskriva teoretiskt, men genom att ta fasta på identiteter, vad som inte förändras, kan man ofta indirekt beräkna vissa storheters förändrade värden. Ett exempel på en konserveringslag är lagen om den oförstörbara energin: energi kan inte förintas bara ändra form; den totala energin är alltid summan av de olika formerna av energi som ingår i processen. Kategori:Fysik ja:保存則 th:กฎการอนุรักษ์

Massa

---- Massa är en fysikalisk storhet som anger ett objekts materiainnehåll. Massa har en inbyggd fundamental kraft, gravitation. En kraft som påverkar såväl andra massor som elektromagnetisk strålning. Massa har också egenskapen att göra motstånd mot en påverkande kraft, så att accelerationen reduceras. Dessa två naturer hos massan kallas ibland tunga massan respektive tröga massan. Redan Galilei lär ha påvisat att det ändå gäller samma sak; en stor massa påverkad av jorden gravitation faller lika snabbt till marken som en lätt. Den tunga massan har både större dragningskraft från jorden, och större tröghet i accelerationen, och dessa skillnader tar exakt ut varandra. Massa mäts i massenheter.

Andra begrepp

Tyngd är entydigt lika med en kraft, närmare bestämt tyngdkraften på ett givet ställe. Exempelvis har man samma massa på månen som här på jorden, eftersom man har samma materieinnhåll, men ens tyngd är mycket mindre på månen. Tyngden på jorden är ungefär 9,81
- massan, och mäts i Newton. Vikt är inte ett vetenskapligt begrepp. Oftast menas samma sak som massa, och man mäter i kg, men mätningen sker egentligen av tyngden. Om man mäter med våg uppe på ett berg blir mätvärdet fel.

Enheter

Den internationella grundenheten för massa är 1 kilogram och definieras som massan hos den internationella kilogramprototypen. Den finns hos Bureau International des poids et mesures (BIPM) i Sèvres, Frankrike. De nationella prototypernas massa bestäms genom kalibrering mot den internationella prototypen. Det svenska kilogramprototypen, Rikskilogrammet ‚ "Rikslikaren", finns hos Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut (SP) i Borås. (Tidigare benämnt Statens Provningsanstalt.) I SI är massan en av de 7 grundenheterna, och utgör tillsammans med tid och längd grunden för att härleda mekanikens storheter.

Relativititet

De tre storheterna som människan har lättast att förstå intuitivt, och i synnerhet massan som verkar så särskilt påtaglig, utsattes för Einsteins relativitetsteori. Där säger han att om betraktaren färdas mycket snabbt i förhållande till ett förmemål vars massa han mäter, så uppfattar han föremålet som om det har större massa än om en betraktare rör sig med lägre hastighet i förhållande till detsamma. Kategori:Fysikaliska storheter ja:質量 simple:Mass

Energi

Energi är en fysikalisk storhet. Vanligen avses med energi "utfört arbete", eller total mängd kraft spenderad eller lagrad, det vill säga effekt gånger tid eller kraft gånger sträcka. Exempelvis använder en apparat som drar 1 kilowatt och står påslagen i 10 timmar energimängden 10 kilowattimmar. Den standardiserade enheten är joule (J), men även kalori (Cal), voltamperesekund (V·A·s) och wattimme (W·h) används, mest beroende på fysikaliskt fenomen och eftersom de har historiskt tolkats som olika kvantiteter fram till 1900-talet. Energin bevaras alltid, vilket brukar kallas energiprincipen.

Definition

Energin för ett objekt mäts relativt en annan energinivå. En vanlig definition på energi är arbetet det tar att flytta objektet från oändligheten till position x. :

E(\boldsymbol) = \int_^\boldsymbol\,\cdot d\boldsymbol

Energin att flytta objektet från x₁ till x₂ kan då skrivas :

E(\boldsymbol_) - E(\infty) = \int_^\boldsymbol\,\cdot d\boldsymbol

. Initialpositionen

\boldsymbol = \infty

kan väljas godtyckligt, men ofta används

E(\infty) = 0

. Arbetet att flytta objektet från x₁ till x₂ kan då definieras som :

E(\boldsymbol_) - E(\boldsymbol_) = \int_^\boldsymbol\,\cdot d\boldsymbol

. En annan vanlig referensnivå är att utgå från x = 0 och E(0) = 0, beroende på fysikaliskt problem, randvillkor, och dylikt.

Övriga definitioner

Energi är ofta produkten mellan en intensiv och extensiv storhet, till exempel kraft och sträcka. Albert Einstein visade på att materia och energi egentligen är två sidor av samma mynt. Relationen är enligt Einstein E=m·c². Exempelvis väger en spänd fjäder något mer än en ospänd, och ett laddat batteri väger något mera än ett oladdat. Just för att dom innehåller mera energi. Omvänt gäller att all materia är detsamma väldiga mängder energi. Energi kan även vara negativt. Exempel på sådant är lägesenergi (potentiell energi) där man måste tillföra energi för att sära på objekten. I SI används definitionen av energi och effekt tillsamman med grundenheten strömstyrka för att definiera övriga elektriska enheter. Genom detta får man ett enhetligt system av enhter där det klart framgår att elektrisk energi och t ex mekanisk energi inte skiljer sig åt till sin natur.

Energikvalitet

Energi som fysikaliskt begrepp har inga egenskaper mer än sin storhet. Men i verkliga livet används energibegreppet och dess mätvärden J, kWh etc, på olika former av energi som är olika användbara. Som exempel kan nämnas att 1 kWh elektrisk energi driver en bil mycket längre än om du har motsvarande mängd värme. Man brukar uttrycka det så att elektrisk och mekanisk energi är prima energi, kan omvandlas till andra energislag utan förluster (teoretiskt), medan t ex värme, och särskilt sådan med låg tempertatur (egentligen, liten skillnad mot omgivningen) har mycket lägre kvarlitet. Det har framkastats ideer om att för energiförsörningen tala om Exergi som ett storhet för "användbar energimängd" och samma enheter som energi, men detta har inte fått någon större spridning. Sådana frågor behandlas inom termodynamik, där även energins följeslagare entropi

Se även

- Effekt
- Energi (pseudovetenskap)
- Energienhet
- Energisystem
- Energiåtervinning
- Exergi
- Hästkraft
- Primära energikällor
- Sekundära energikällor

Energiform

- Elastisk energi
- Elektrisk energi
- Kemisk energi
- Kärnenergi
- Lägesenergi
- Rörelseenergi
- Strålningsenergi
- Termisk energi
- Värmeenergi

Energislag

- Atomkraft
- Elkraft
- Geotermiskkraft
- Kol
- Kärnkraft
- Petroleum
- Solkraft
- Vattenkraft
- Vindkraft Kategori:Fysik Kategori:Fysikaliska storheter ja:エネルギー ko:에너지 ms:Tenaga simple:Energy th:พลังงาน

Rörelsemängd

I fysik är rörelsemängd en fysisk kvantitet relaterad till hastigheten och massan för ett objekt.

Rörelsemängd i klassisk mekanik

I klassisk mekanik är rörelsemängd (traditionellt betecknad med p) definierad som produkten av massa och hastighet. Det är därför en vektorkvantitet. SI-enheten för rörelsemängd är newtonsekunder, vilket alternativt kan uttryckas med de enheterna kgm/s. En impuls ändrar rörelsemängd för ett objekt. En impuls beräknas som integralen av kraft med avseende på varaktighet. :

I=\int F\,dt

med definitionen av kraft får man: :

I=\int\frac\,dt

I=\int dp

I=\Delta p

Rörelsemängd i relativistisk mekanik

Det är en vanlig uppfattning att fysikens lagar ska vara invarianta vid förflyttningar. Således ändrades definitionen av rörelsemängd när Einstein formulerade den speciella relativitetsteorin så att dess magnitud förblir invariant vid relativistiska transformationer - se konserveringslagar. Vi definierar nu en vektor, kallad 4-rörelsemängden , följaktligen: :[E/c p] där E är den totala energin i systemet, och p kallas det "relativistiska rörelsemomentet". Således: :E = γmc²
:p = γmv och :

\gamma = \frac

. "Längden" av vektorn som förblir konstant är alltså definierad som :

p\cdot p-E^2

Masslösa objekt som fotoner har också rörelsemängd; formeln är p=E/c, där E är fotonens energi och c är ljusets hastighet.

Rörelsemängd i kvantmekanik

I kvantmekanik är rörelsemängd definierad som en operator på vågfunktionen. Heisenbergs osäkerhetsprincip definierar gränser för hur noggrant rörelsemängden och positionen för ett enstaka observerbart system kan fastställas samtidigt. Kategori:Fysik Kategori:Fysikaliska storheter Kategori: Mekanik ja:運動量 ko:운동량 ms:Momentum zh-min-nan:Ūn-tōng-liōng

Spinn (fysik)

Spinn, egenskap hos alla subatomära partiklar. Detta är ett abstrakt begrepp som inte har någonting med partiklarnas rotation att göra. Materiepartiklar har spinn 1/2 och kraftbärande partiklar har spinn 0, 1, eller 2. En partikel med spinn 1 måste roteras 360 grader för att den ska se likadan ut som i ursprungsläget. Det är som en fotboll med en text på. En partikel med spinn 2 måste roteras 180 grader innan mönstret upprepas. Det är som en fotboll med två identiska texter på motsatt sida. En partikel med spinn 0 ser likadan ut från alla riktningar och är därför en punktpartikel. Fotbollsanalogin fungerar inte när man pratar om materiepartiklar, eftersom de har halvtalsspinn. De partiklarna måste roteras 720 grader, d.v.s. två hela varv innan mönstret upprepas. Här går det i stället att göra en analogi med en text som är skriven på ett Möbiusband. Det tar två hela varv innan man åter kan läsa texten. Kvarkar och elektroner har spinn 1/2. Fotoner och gravitoner har spinn 1 respektive 2. Kategori:Fysik Kategori:Fysikaliska storheter ja:%E3%82%B9%E3%83%94%E3%83%B3%E8%A7%92%E9%81%8B%E5%8B%95%E9%87%8F

Tid

Tid är fundamentalt begrepp i vår tillvaro som är svårt att definiera, och frågan om dess natur är något som har engagerat vetenskapsmän och filosofer i alla tider. Tiden uppfattas vanligtvis som en del av universums grundläggande struktur, en dimension i vilken händelser sker i sekvens. Liksom en sträcka anger avståndet mellan två platser i rummet, anger ett tidsintervall "avståndet" mellan två händelser i tiden, eller alternativt ett händelseförlopps varaktighet. Den moderna fysiken behandlar inte tid och rum som separata dimensioner utan sammanför dessa till ett gemensamt begrepp - rumtiden - och slår samtidigt undan intuitiva begrepp som samtidighet och objektiv absolut tid. En annan uppfattning är att tiden enbart är abstrakt begrepp som vi använder oss av för att skapa oss en modell av omvärden, en matematisk konstruktion ungefär på samma sätt som tal. Tiden är bara ett konceptuellt hjälpmedel för att vi ska kunna ordna och mäta händelser snarare än något verkligt medium som "flyter" eller som vi "rör oss igenom". Många filosofer har genom tiderna hävdat en sådan ståndpunkt. I tidsdimensionen finns en speciell position som hela tiden förändras - nuet - och som utgör gränsen mellan det förflutna och framtiden. Vid denna gräns omvandlas framtiden med alla sina obestämda möjligheter till faktisk verklighet och blir därefter en del av det förflutna med alla sina oföränderliga fakta. Tiden kan därför också sägas vara ett fenomen som handlar om förändring, något som över huvud taget gör förändringar möjligt. Tiden kan behandlas ur många olika perspektiv och med olika fokus. Följande sektioner tar upp några av dem.

Att mäta tid

SI-enheten för tid är sekund, utifrån vilken längre enheter är definierade som minut, timme, dag, vecka, månad, år, decennium, sekel, millennium. Tid kan mätas, liksom andra fysikaliska dimensioner. En mätanordning för tid kallas klocka eller ur. En väldigt noggrann klocka kallas kronometer. Den allra noggrannaste klockan är ett sk. atomur. Det används flera olika kontinuerliga tidsskalor: Universell tid, Internationell atomtid (TAI), som är basen för andra tidsskalor, Koordinerad universell tid (UTC), som är standard för vardaglig tid, jordtid (TT), etc. Mänskligheten har uppfunnit kalendrar för att hålla reda på dagarnas, veckornas, månadernas och årens gång.

Tidens gång, tidens riktning

Den mest utmärkande egenskapen hos tiden är, att det ur en viss betraktares synvinkel finns en punkt som vi kallar nu som utgör en gräns mellan det förflutna och framtiden, och som hela tiden förändras och tycks röra sig i riktning mot den senare. Till skillnad från rörelser i det vanliga tredimensionella rummet så sker denna rörelse automatiskt, vare sig vi vill det eller inte, och till skillnad från rörelser i rummet så går tiden bara i en viss riktning - det är en tydlig skillnad mellan det förflutna och framtiden. Tiden tycks vara asymmetrisk. kalendrar Men är det verkligen så? Inom fysiken har tiden snarare samma ställning som de rumsliga dimensionerna. Om vi inte ser på tiden ur någon specifik betraktares synvinkel, så finns det ingen tidpunkt som är mer speciell än någon annan, det går inte att hitta någon punkt som är mer "nu" än andra. I den klassiska fysiken (Newtons fysik och även Einsteins relativitetsteorier) styr fysikens lagar entydigt vilka händelseförlopp som är möjliga, och det går att beskriva världen som ett fyrdimensionellt rum fyllt av statiska geometriska strukturer vars former helt och hållet bestäms av dessa lagar och som inte förändras. Bilden till höger visar ett exempel där en pendel som svänger fram och tillbaka kan ses som en vågformad struktur genom rumtiden (en av rummets tre dimensioner har tagits bort för att detta ska kunna visualiseras). Det finns egentligen inget i denna bild som ger någon upplysning om i vilken riktning tiden går. På atomernas mikroskopiska nivå är detta ännu påtagligare. Här råder symmetri mellan det förflutna och framtiden, och olika fysiska processer kan lika gärna ske i vilken tidsriktning som helst. Det är sålunda ganska svårt att hitta någon riktig objektiv fysisk eller matematisk beskrivning av vad tidens gång egentligen består i. Det var först på 1800-talet som fysiken lyckade få grepp på tidens aymmetri. Med utvecklingen av termodynamiken infördes begreppet entropi som ger en förklaring tidens irreversibilitet och dess obönhöriga gång i en enda riktning. Entropin är ett mått oordning: ju större ordning desto mindre entropi, ju större oordning desto större entropi. Enligt termodynamikens 2:a sats ("entropilagen") tenderar entropin i ett slutet system att öka och kan inte minska. Denna "vandring" från ordning till oordning kan ses som ett rent statistikt fenomen och är inte skönjbar på atomernas nivå, men på makroskopisk nivå blir det påtagligt: Ett glas med vatten som faller till golvet och går sönder kommer inte av sig självt att sätta sig samman igen, och vattnet förblir utspillt. Detta beror på att de få ordnade tillstånd som representerar ett helt glas med vatten i är så ofantligt mycket färre än alla andra kombinationer av glas- och vattenmolekyler, så sannolikheten att molekylerna av en slumpt skulle ordna sig i denna formation är nästan obefintlig. Denna ständiga ökning av systemets oordning är det som skapar asymmetrin mellan förflutet och framtid, och ger "tidens pil" dess riktning.

Tidens början och slut

Den gängse synen på Big bang är, att även tiden skapades då. Men vår förståelse av tiden är ju ganska trevande och skakig. Och värre blir det med frågor som: Hur kan tiden ha en början och hur var det i så fall före? Termodynamikens sats, om att entropin hela tiden ökar, leder till förutsägelsen att universum kommer att hamna i ett tillstånd där alla temperaturskillnader är utjämnade och inga processer längre kan ske. Detta hypotetiska tillstånd brukar kallas värmedöden. Man kan ställa sig frågan om det är meningsfullt att tala om förändringar och tid som flyter i ett sådant tillstånd, eller om värmedöden också skulle innebära slutet på tiden. Upptäckten att universum expanderar gör det osäkert om värmedöden verkligen kommer att inträffa. Ett annat slut, som förslagits sedan det upptäckts att expansionens hastighet verkar öka, skulle istället kunna vara ett helt tomt universum, ibland benämnt Big chill. Trots att det kan finnas olika uppfattningar i detta, så kan man nog säga att ur gängse kosmologisk synpunkt så tycks tiden ha en början men möjligtvis inte ett slut.

Tid inom fysiken

I fysik är tid, något förenklat, definierad som avståndet mellan händelser längs den fjärde axeln i rumtiden. Speciella relativitetsteorin visade att tid inte kan tolkas på annat sätt än som del av rumtiden, en kombination av rum och tid. Avståndet mellan händelser beror då på observatörernas relativa hastighet till händelserna. Något allmänt objektivt tidsbegrepp finns alltså inte. Allmän relativitetsteori ändrade ytterligare begreppet om tid genom att introducera idén om krökt rumtid orskad av gravitationen. Ett påtagligt exempel på att tiden är relativ är att i en partikelaccelerator kan man ge partiklar ökad livslängd om de får färdas nära ljushastigheten. En viktig tidsenhet i teoretisk fysik är Plancktiden – se Planckenheter för ytterligare information. Se även: Synkronisering, ISO 8601, Allanvarians

Tid och filosofi

Viktiga frågor i filosofin inkluderar: Är tid absolut eller bara relativ? Är oföränderlig tid konceptuellt omöjlig eller finns det möjliga tolkningar? Är tiden en statisk dimension eller "går" tiden i någon verklig mening?. Är föreställningar om dåtid, nutid och framtid helt och hållet subjektiva, enbart beskrivningar utifrån våra sinnen? Liknande frågor kan även ställas när det gäller rummets dimensioner. Zenons paradoxer utmanade i grund och botten det gamla konceptet av tid, och hjälpte genom detta att motivera utvecklingen av matematisk analys. Parmenides (av vilken Zeno var en efterföljare) trodde att tid, rörelse och förändring var illusioner. På senare tid har Ellis McTaggart hävdat en liknande ståndpunkt. Kant diskuterade detta i sin Kritik der reinen Vernuft (1781 och 1787). Där kommer han till slutsatsen att tiden och dess gång (och även rummet!) är subjektiva "a priori" begrepp som ger oss möjlighet att begripa omvärlden men som egentligen inte existerar utanför vår inre tankevärld. En tvistefråga mellan Newton och Leibniz gällde frågan om absolut tid: den förre trodde att tid var, liksom rum, en behållare för händelser, emedan den senare trodde att tid var, liksom rum, en konceptuell apparatur som beskriver inbördes förhållanden mellan händelser. Friedrich Nietzsche menade i sin bok Så talade Zarathustra att tiden har tiden är oändlig och cyklisk, och att "alla ting" har inträffat och oupphörligen kommer att göra det igen. Einsteins relativitetsteori länkade ihop tid och rum i en rumtid på ett sätt som även fick filosofiska konsekvenser, genom att göra idén om blocktid mera trovärdig, och därmed påverka idéer om fri vilja och kausalitet.

Tid i samhälle och religion

Tiden är också viktig ur ett mänskligt och socialt perspektiv. Sedan urminnes tider har cykliska förlopp i naturen, som dygnets och årstidernas växlingar, varit en del av människans vardag och man började tidigt att mäta och på olika sätt periodicera tiden. I det moderna samhället har tiden blivit något av en bristvara ("tid är pengar"), och det skulle knappast fungera utan noggrann tidsbestämning och ständig bevakning av tidens gång. Att mäta tiden var också en primär faktor för astronomin och dess utveckling. De gamla grekerna föreställde sig tiden som cyklisk med tidsåldrar som gick under och skapades på nytt. Den grekiske poeten och recitatören Hesiodos redogör för fem åldrar (benämnda guld, silver, brons, hjältarnas och järn). Liknande tankar om en cyklisk tid finns också inom hinduismen och buddismen. En syn på tiden som linjär finns inom judendom, kristendomen och islam. Här finns därmed också utförliga skapelseberättelser och eskatologiska föreställningar.

Psykologi och subjektiv tidsuppfattning

Den subjektiva uppfattningen av tiden kan variera avsevärt hos en person beroende på varierande psykologiska omständigheter och mellan olika personer. Påverkan av psykoaktiva substanser och olika sjukdomstillstånd kan också dramatiskt förändra en persons förmåga att uppfatta och bedömma tiden. Undersökningar visar att ett barns upplevelse av ett mer abstrakt tidsbegrepp utvecklas gradvis. Först i skolåldern tycks förmågan att förstå och språkligt hantera tiden och tidsbegrepp ha utvecklats ordentligt.

Biologi

Cykliska förlopp som dygnets och årstidernas växlingar påverkar levande organismer i hög grad. Många djurarter (inklusive människan) har en "biologisk klocka" som styr vakenhet och sömn, och som påverkas av växlingar mellan ljus och mörker. Den ger upphov till en cirkadiansk rytm på ungfär 24 timmar och reglerar olika fysiologiska processer. Förändringar i dygnets växlingar under olika årstider påverkar också många djur och växtarter genom att styra sådana saker som blomning, vintervila och könsmognad.

Litteratur, drama, konst

I romanen ”På spaning efter den tid som flytt”, av Marcel Proust, har tiden en särskild betydelse för livskänslan. Ibland kan man få en upplevelse i nutiden, som väcker liv i minnen från det förgångna, så att det förgångna träder fram med ny intensitet. När minnet på så vis har slagit en bro mellan förflutna och nutida erfarenheter, därför att man anar likheten, då förnimmer man också en rikare livskänsla och starkare färg hos dessa erfarenheter, än vad man förut kunde se.

Citat

"Tiden är en illusion, och lunchtid i dubbel grad." - Douglas Adams, Liftarens guide till galaxen. "Vad är tid? Om ingen frågar mig så vet jag det, Men om jag vill förklara för någon som frågar mig, så vet jag helt enkelt inte." - Augustinus av Hippo "Tid är det som hindrar ljuset att nå oss." - Mäster Eckehart "Det finns en stor men ändå helt alldaglig hemlighet. Den delas av alla människor, alla känner den, men få ger den någon eftertanke. De flesta tar den för självklar och funderar inte alls på den. Denna hemlighet är tiden." - Michael Ende "Tid är pengar" - Benjamin Franklin "Tiden är alltid ny, och därför tidlös" - Jiddu Krishnamurti "Tiden är det som hindrar allt från att hända på en gång. Rummet är det som hindrar allt från att hända mej." - John Wheeler

Se även:

- Tidsskalor-- astronomisk årsnumrering, Brittisk sommartid, kalender, Koordinerad universell tid (UTC), sommartid, efemerisk tid, geologisk tidsskala, Greenwich Mean Time, Internationell atomtid (TAI), metrisk tid, siderisk tid, soltid, standard time and frequency signal service, Terrestrial Time, tidszon, Universal Time
- Tidmätning-- kronometer, atomur, pendelur, kvartsur, klocka, ur, solur
- Tidsenheter-- sekund, minut, timme, dag, vecka, månad, säsong, år, århundrade, attacktid, exponentiell tid, responstid, söktid, halveringstid
- Dateringstekniker-- radiometrisk datering, radiokoldating, dendrokronologi
- Tidsperioder-- period, era, epok, periodisering, lista med tidsperioder
- Historia-- A Brief History of Time, intellektuell tidshistora, tidmätningshistoria
- Övrigt: blocktid, Network Time Protocol,