Den teoretiska fysikens historia

En presentation över ämnet: "Den teoretiska fysikens historia"— Presentationens avskrift:

1 Den teoretiska fysikens historia
Historien om framgång

2 Fysiken som del av idéhistorien och filosofin (inte som del av teknik och ekonomi)
Senaste föreläsning om renässansens vetenskap: Antiken: Vetenskap för kunskapens egen skull Människan studerar verkligheten för att förstå och bli förståndig Renässansen: Vetenskap för att förbättra människans livsvillkor Människan studerar verkligheten för att (med sin fria vilja) utnyttja och förändra den och för att själv bli mäktig. Detta är mer ett politiskt och ekonomiskt än ett rent vetenskapligt program! Jfr Giovanni Pico, ..., Francis Bacon, ..., upplysningsfilosoferna ..., moderna och postmoderna tänkare och politiker. Ex. Francis Bacon: ”krutet, kompassen, tryckeriet” är kinesiska uppfinningar inte alls baserade på vetenskaplig kunskap utan på försök och misstag.

3 Vetenskap (Fysik): Tre fundamentala begrepp
i. Jämvikt - ojämvikt ii. Tyngdpunkt iii. Ändligt - oändligt

4 De tre fundamentala under Antiken
i. Jämvikt: balans, harmoni, hälsa, välfärd, skönhet, idyll; 1. Jämvikt är det normala, naturenliga tillståndet, utan störningar. 2. Jämvikt har i naturen en tendens att bestå och att återställas om den störs. 3. Störning av jämvikt är uttryck för krafters verkan, orsakade av människors och gudars passioner och vanvett (samt för naturliga orsaker för icke- religiösa). ii. T yngdpunkt: viktat medelvärde t.ex. i Arkimedes’ hävstångs- princip; iii. Ändlighet: oändlighet problematisk! Zenon’s paradoxer, irrationella tal t.ex. upptäckten att 2 är irrationellt var paradoxal för pythagoréerna och den antika matematiken.

5 PM: Principen för en mekanistisk abstraktion
(a) Faktabakgrund: Vid varje tidpunkt av sin existens gäller för varje ting i den yttre verkligheten att den består av en bestämd kvantitet av materia och har ett bestämt läge i rummet. (b) Abstraktion: Inom mekaniken abstraherar man från tingens alla egenskaper utom från tingens position i tid och rum och deras kvantitet av materia, d.v.s. massa. Mekaniken kan ses som fysikens kärna

6 Antikens fysik (bara till den del den var fruktbar)
PMa. Varje ting har under sin existens i den yttre verkligheten en bestämd massa och en bestämd position i rum och tid. Alla dessa egenskaper hos ting är ”absoluta”(oberoende av den som betraktar tingen). i. Jämvikt: 1. Det mekaniska jämviktstillståndet är vila (= orörlighet). 2. En kropp i vila förblir i vila om den inte störs (rubbas) och den återgår i ett tillstånd av vila då störningen upphör. 3. Att ett ting rör sig är ett uttryck för att krafter verkar på det. ii. Tyngdpunkt: Arkimedes’ hävstångsprincip uttrycker jämvikt med hjälp av tyngdpunktens läge. iii. Ändlighet: Rörelse inte bara uttryck för störning utan för begreppslig omöjlighet!!

7 Klassisk mekanik (grundläggande fysik 1620- 1920)
PMc. Varje ting i den yttre verkligheten har vid varje tidpunkt av sin existens en bestämd massa och en bestämd position i rummmet. Tid och massa är ”absoluta”, men läget i rummet är ”relativt” (beroende av den som betraktar tinget). i. Jämvikt (Newtons I och II lag): 1. Det mekaniska jämviktstillståndet är likformig rörelse (oförändrad fart och riktning). 2. En kropp i likformig rörelse förblir i det tillståndet om den inte störs (rubbas) och den återgår i detta tillstånd då störningen upphör. 3. Att ett ting rör sig olikformigt är ett uttryck för att krafter verkar på det. ii. Tyngdpunkt: Newtons III lag om krafters verkan och återverkan uttrycker jämvikt med hjälp av tyngdpunktens läge. iii. Ändlighet: Rörelse möjlig att behandla med differential- och integralkalkyl, med det oändligt lilla.

8 Relativistisk mekanik (här bara jämvikt)
PMc. Varje ting i den yttre verkligheten har under sin existens en bestämd massa och ett bestämt läge i rumtiden. Tinget självt är ”absolut”, men dess massa och läge i rumtiden är ”relativa” (beroende av den som betraktar tinget). i. Jämvikt (Einsteins allmänna relativitetsteori): 1. Det mekaniska jämviktstillståndet är tyngdlöshet (fritt fall). 2. En kropp i likformig rörelse förblir i det tillståndet om den inte störs (rubbas) och den återgår i detta tillstånd då störningen upphör. 3. Att ett ting inte är tyngdlöst är ett uttryck för att krafter verkar på det. ii. Tyngdpunkt: Newtons III lag om krafters verkan och återverkan uttrycker fortfarande jämvikt med hjälp av tyngdpunktens bana i rumtiden. iii. Ändlighet: Rörelse möjlig att behandla med tensorkalkyl.

9 Sammanfattning: Från antiken ända till krisen
Antiken Renässansen Jämvikt: orörlighet likformig rörelse fritt fall krisen börjar ..... Den klassiska mekaniken (med den matematik som skapades för den) 500 fKr – 1920-talet är kanske det mest framgångsrika intellektuella projektet i mänsklighetens historia Men sedan fördjupas KRISEN!

10 KRIS! inom fysik och matematik kring 1900
iii. Ändlighet – Oändligheten blir ett problem igen såsom den var för antikens greker. Det finns en bestämd övre ändlig gräns (ljusets hastighet c i vakuum) för de möjliga hastigheter ting kan ha; Vid växelverkan (störning) påverkar ting varandra genom utbyte av diskreta ändliga kvanta av energi; Den fysikaliska storheten verkan förekommer bara i diskreta mängder av ett bestämt ändligt kvantum (Plancks konstant h). Det oändligt lilla och oändligt stora i den klassisk mekaniken existerar inte i verkligheten Oändligheten blir på nytt ett problem också för matematikerna vid denna tid

11 Revolutionen kring 1900 PM: Principen för mekanistisk abstraktion
Antiken Betraktaren Betraktaren Betraktaren Tinget: tiden, massan, läget i rummet läget i rummet läget i r .ummet läget i rummet, tiden, massan (obestämda) l Tinget: tiden, massan, läget i rummet Tinget: tiden, massan aren. Tinget aren. Betraktaren Läget i förhållande till marken/jorden Läget i förhållande till betraktaren Läget, tiden och massan i förhållande till betraktaren