Från klassisk till modern fysik

Under 1600-talet började vetenskapsmännen allt oftare ställa sig frågan: - Kan vi verkligen vara säkra på att det funkar så här? Galileo Galilei, den italienska astronomen och matematikern, nöjde sig inte med förklaringar som: - För att Påven har bestämt det eller: - så har vi gjort ända sen Aristoteles. I Frankrike gick filosofen René Descarte så långt i sitt ifrågasättande av vad som går att veta säkert, att det enda han till slut var säker på, att han själv existerar. - Jag tänker, alltså är jag. Eller på latin: Cogito ergo sum. Engelsmannen Francis Bacon var också intresserad av principerna för hur vi kan få kunskap om verkligheten.

Han la grunden till det arbetssätt, som än i dag kallas den vetenskapliga metoden. Metoden innebär att göra förutsägelser, och sedan systematiskt testa dem genom experiment. Och när verkligheten inte beter sig som man har förutsett, så utesluter man de idéer som visar sig inte stämma, och formulerar nya idéer, som man också testar! Samma år som Galileo Galilei dog (1642), föddes i England, Isaac Newton. Isaac Newton är kanske den som allra mest har utmanat de traditionella och intuitiva idéerna inom fysiken.

Genom systematiska experiment, och en helt ny typ av matematiska beräkningar, kunde han avslöja flera naturlagar, inom många olika områden. Idag är nog Isaac Newton mest känd för sin förklaring av gravitationen. Alltså, den dragningskraft som både gör att äpplen faller neråt, och att månen hålls kvar i sin bana runt jorden. Isaac Newton var också den första som lyckades förklara hur krafter, massa, och rörelse hänger ihop. Den fysik-vetenskap som utvecklades under den här perioden, kallar vi för klassisk fysik.Eller, som en hyllning till gamle Isaac: den Newtonska fysiken.

Den här klassiska fysiken fungerar fortfarande utmärkt, för att förklara de flesta saker i vår vardag. Vi använder till exempel fortfarande Newtons rörelselagar för att beräkna hur föremål faller, och när vi skickar upp satelliter i rymden. Så länge vi håller oss till de storlekar och hastigheter som vi är vana vid, stämmer Newtons uträkningar med en imponerande precision. Men, när vi studerar riktigt små saker, som enskilda atomer, eller ännu mindre, då händer något intressant. I den här pytte-världen; bland protoner, neutroner och elektroner, dominerar helt andra naturlagar än dem vi använder i den Newtonska fysiken.

Här tar kvantmekaniken över. Och kvantmekaniken är en minst sagt märklig del av fysiken. Inom kvantmekaniken kan en partikel existera, men ändå inte finnas på något bestämt ställe. En elektron till exempel, är en partikel, vars position bara kan beskrivas med en sannolikhet, inte som en exakt plats! Kvantmekaniken går ofta på tvärs mot vår intuitiva fysiska uppfattning.

Det här kan vara lika fascinerande som förvirrande att försöka förstå sig på. Precis som den klassiska fysiken inte gäller för de allra kortaste avstånden, så slutar den också att fungera, när saker rör sig i extremt hög hastighet. Ett tåg färdas i 100 kilometer i timmen, och nån springer uppe på taket, i tågets färdriktning, i 10 kilometer i timmen. Jämfört med marken, förflyttar han sig nu i 110 kilometer i timmen, för 100 plus 10 är 110. Inga konstigheter så här långt.

Men om han står på taket på ett tåg, och tänder en ficklampa, och lyser åt samma håll som tåget kör, då kommer ljuset inte att färdas snabbare, än det hade gjort om han hade stått stilla, på marken. Det, däremot är väl rätt märkligt? För att hantera hastigheter som närmar sig ljusets, behöver du ta till Einsteins särskilda relativitetsteori. Och den teorin, precis som kvantmekaniken, rimmar inte särskilt bra med vår vardagliga intuitiva uppfattning om fysiken. Så, om du vill, här är en grov uppdelning av fysiken i tre delar.

Först har vi den för-klassiska fysiken - vi kan kalla den Aristoteles fysik. Den är i stor utsträckning formad av intuition, och har sen har bevarats genom tradition och religion. Senare, på 1600-talet kom Galileo, Newton och de andra, och ställde Aristoteles fysik på ända. Med hjälp av experiment och matematik utvecklades den klassiska fysiken. Tre hundra år senare, vid början av 1900-talet, började man tänja på gränserna också för den klassiska fysiken, och öppnade dörren till den moderna fysiken, med kvantmekaniken och relativitetsteorin.

Den, kan få huvet att snurra! Det finns många skäl att vara tacksam för alla de upptäckter som gjorts under fysikens vindlande historia. För utan dem, skulle du inte kunna streama musik på din fest. Ja, faktum är att vi behöver inte gå särskilt långt tillbaka för att du skulle sakna massor av saker, som fysikerna har kommit på.