Fysiken bygger på observationer


Fysik 1 - NA11FM

Enligt Nationalencyklopedin är fysik är den mest grundläggande naturvetenskapen.

Den behandlar strukturer och processer för materia och strålning med bl a energi som centralt begrepp, inom domäner från det allra minsta till det allra största” och ”Den har stark betoning på samspel mellan experiment och matematiskt formulerad teori” (uppslagsordet Fysik i Nationalencyklopedin, NE i tjugo band).

Det vi känner till om naturen känner vi till tack vare observationer och uppställda experiment (vars utfall observeras). Vi märker att äpplet faller ned till marken idag, vi vet att det föll till marken igår (eller så långt mannaminnet sträcker sig), och vi skulle bli ytterst förvånade om det inte skulle falla till marken imorgon. Observationen om äpplets färd mot marken idag och igår ger oss alltså viss grund till antagandet om att det även kommer att falla till marken imorgon (även om vi inte säkert kan veta det!).

En komet dras till andra himlakroppar av samma orsak som äpplet faller till marken
En komet dras till andra himlakroppar av samma orsak som äpplet faller till marken

Observationen om äpplets fall kan ligga till grund för en mer allmän teori, att alla föremål med massa faller mot marken. Kan vi sedan beskriva detta fall matematiskt, se citatet från Nationalencyklopedin ovan, så kan vi göra matematiska förutsägelser om äpplets rörelser. En förutsägelse som kan göras är äpplets position vid en viss tidpunkt efter fallet, en annan förutsägelse kan vara dess hastighet. Isaac Newton (1642 – 1727) var den som satte in föremåls fall i ett kosmiskt sammanhang visade med beräkningar hur man kunde förutsäga himlakroppars banor med hjälp av samma teori som får äpplet att falla till marken.

Newtons teori stod sig i nästan 300 år. Einstein omkullkastade Newtons teorier med sin relativitetsteori. Noggranna mätningar på planetbanor visar att Newtons teorier inte stämmer fullt ut, utan Einsteins förutsägelser stämmer bättre. Detta är ett exempel på fysikaliskt, vetenskapligt, arbete; en observation gav en matematisk modell, modellen prövades och nya modeller tas fram (dock tog Einstein fram sin teori utan experiment (”my mind is my laboratory”)). Teorin prövas, resultatet dokumenteras och den matematiska modellen förbättras. Detta är ett vetenskapligt arbetssätt i allmänhet.

Ur observationer kan modeller skapas och ur modellerna görs förutsägelser. Förutsägelserna prövas och modellerna justeras.

Hur viktigt är då svaret på våra frågor? Det hör till människans natur att vara nyfiken på hur saker hänger ihop och hur tillvaron kommer att gestalta sig i framtiden. Vi människor (mänskligheten) vill veta hur saker hänger ihop, och när vi skaffat oss en uppfattning om det vill vi finputsa denna så att svarets noggrannhet ökar. Om vi går tillbaka många tusen år i tiden undrade säkert människorna hur långt det var till månen – man kunde ju knappast ha en aning! När metoder började dyka upp några århundraden före Kristus, så kunde man med enkla hjälpmedel få fram någorlunda goda värden (i denna diskussion mäter gymnasieeleven Lisa avståndet till månen, och landar till slut på ett värde som ligger 6% mer än det vi känner idag). De undrande människorna innan dessa mätmetoder upptäcktes var nog tillfredsställda bara av att ha fått ett ungefärligt svar. Och den första person som gjorde mätningarna kan ju inte haft en aning om det var rätt! Det är alltså viktigt att kontrollera våra mätningar med en annan metod.

Även om han inte själv mindes det, hade Månskådare när han var mycket ung ibland sträckt på sig och försökt röra vid det där spöklika ansiktet som höjde sig bakom bergen. Men han hade aldrig lyckats, och vid det här laget var han gammal nog för att förstå varför. Nu insåg han, att han naturligtvis måste klättra upp i ett tillräckligt högt träd för att kunna göra det.” (Ur romanen 2001 av Arthur C. Clarke)

Fysik handlar alltså mycket om att mäta, förutsäga, kontrollera och mäta igen (med en annan metod). Ett resultat ska kunna kontrolleras, och svaret utgörs av värden som ligger i ett område kring alla uppmätta värden. Då ett värde baserar sig på mätningar finns inget exakt svar, det är ett närmevärde (det finns t o m fysikaliska lagar som säger att det inte finns några exakta svar över huvud taget, men det kommer vi till i senare kurser). Resultatet av upprepade mätningar, med olika metoder och olika personer är det som är svaret på ett fysikaliskt problem.

I kursen Fysik 1 kommer vi att träna på mätningar och hanteringar av mätresultaten. Själva hanteringen kommer ofta att vara matematisk, och med hjälp av denna hantering kommer vi att se hur allmänna slutsatser kan dras i området. För att göra en estetisk jämförelse: matematiken och andra ”basfakta” är som grundackorden i musiken eller de föremål som finns på en bild; det som eftersträvas i fysiken är slutsatserna och förståelsen för hur naturen fungerar, vilket kan jämföras med det färdiga musikstycket eller bildkompositionen. Välkommen till fysikens underbara värld!

Fysiken bygger på observationer

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s