CDT 212 VETENSKAPSMETODIK GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI FYSIKENS VÄRLD OCH

CDT 212 VETENSKAPSMETODIK GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI FYSIKENS VÄRLD OCH DEN FYSISKA VÄRLDEN Gordana Dodig-Crnkovic Akademin för innovation, design och teknik Mälardalens högskola 1

FÖRELÄSNINGAR 1. INTRODUKTION - VETENSKAP, KUNSKAP, SANNING 2. KRITISKT TÄNKANDE OCH LOGISKA ARGUMENT 3. KUNSKAPSSKAPANDE OCH KOMMUNIKATION 4. FYSIKENS VÄRLD OCH DEN FYSISKA VÄRLDEN. HUR HÄNGER VÄRLDEN IHOP EGENTLIGEN OCH HUR MYCKET VI OM DEN FYSISKA VÄRLDEN? 2

Fysik är naturvetenskapen som handlar om materia - dess strukturer och förändringar (dynamik) genom de fundamentala krafter som verkar mellan dess beståndsdelar. Fysik studerar problem på alla storleksskalor, från de minsta beståndsdelarna på subatomär nivå (partikelfysik och kärnfysik) till universums struktur på den allra största skalan (kosmologi). Däremellan finns en rad forskningsfält som atomfysik, molekylfysik och fasta tillståndets fysik, mekanik, strömningsmekanik, elektromagnetism, termodynamik och plasmafysik, till rymdfysik och astrofysik. Biofysik och geofysik är exempel på tvärvetenskapliga forskningsfält med koppling till fysik. 3

Hur hänger världen ihop egentligen och hur mycket vi om världen? http: //www. youtube. com/watch? v=b 0 lxbzgw. W 7 I&feature=related Size Of The Universe Materia definieras som allting som ytterst består av några få mest fundamentala enheterna som kallas för elementärpariklar och dess växelverkan. Den materia vi är i kontakt med består av atomer (i form av kemiska föreningar, blandningar eller rena grundämnen). Atomer består i sin tur av mindre partiklar, elementarpartiklar. 4

Hur hänger världen ihop egentligen och hur mycket vi om världen? Elementarpartiklar är materiens minsta beståndsdelar. Till elementarpartiklarna räknar man också de partiklar som är bärare av de fyra fundamentala krafterna i naturen. Elementarpartiklar studeras inom partikelfysiken, där de partiklar man för närvarande känner till beskrivs av den så kallade Standardmodellen. 5

FUNDAMENTAL VÄXELVERKAN - DE FYRA FUNDAMENTALA NATURKRAFTERNA Växelverkan Teori Kraftbärare Relativ styrka Stark växelverkan Kvantkromodynamik (QCD) gluon 1038 Elektromagnetisk Kvantelektrodynamik (QED) foton 1036 Svag växelverkan Elektrosvag teori W-boson och Z-boson 1025 Gravitation Allmänna relativitetsteorin (inte en kvantteori) graviton 1 6

ELEMENTÄRA PARTIKLAR OCH FUNDAMENTAL VÄXELVERKAN http: //en. wikipedia. org/wiki/Fundamental_interaction 7

Hur hänger världen ihop egentligen och hur mycket vi om världen? Materia har massa. Albert Einstein visade att massa och energi är ekvivalenta genom sin berömda formel E=mc², där E står för energi, m för massa, och c² för ljusets hastighet i kvadrat. Massa har en inbyggd attraherande fundamental kraft, gravitationen. 8

9

STRÄNGTEORI http: //www. youtube. com/watch? v=_B 0 Kaf 7 x. YMk&feature=player_embedded Strängteori är en modell inom fysiken som beskriver materiens allra minsta byggstenar. De fundamentala byggstenarna inom strängteorin är endimensionella vibrerande strängar, vilket innebär att de har en rumslig utsträckning till skillnad från tidigare fysikaliska modeller som baserades på punktlika (noll-dimensionella) partiklar. Genom att använda denna modell kan fysiker undvika vissa problem som annars uppkommer. Strängteori har ännu inte fått experimentell bekräftelse – inga förutsägelser som direkt kan testas experimentellt har kunnat göras hittills. http: //www. pbs. org/wgbh/nova/elegant/scale. html A SENSE OF SCALE 10

PROBLEM MED STRÄNGTEORI Lee Smolin: The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science and What Comes Next Se också: String Theory and General Methodology Lars-G¨oran Johansson & Keizo Matsubara http: //arxiv. org/PS_cache/arxiv/pdf/0912. 3160 v 1. pdf 11

VAD BESTÅR UNIVERSUM AV? Universums sammansättning enligt en analys av data från WMAP http: //public. web. cern. ch/public/en/Science/Dark-en. html 12

HUR MÅNGA ELEMENTÄRPARTIKLAR? An Exceptionally Simple Theory of Everything is a preprint proposing a basis for a unified field theory, which attempts to describe all known fundamental interactions in physics, and to stand as a possible theory of everything. The preprint was posted to the physics ar. Xiv by Antony Garrett Lisi in 2007, and was not submitted to a peer-reviewed scientific journal. ´The title is a pun on the algebra used, the Lie algebra of the largest "simple, " "exceptional" Lie group, E 8. Garrett Lisi: A beautiful new theory of everything http: //www. youtube. com/watch? v=y-Gk_Ddhr 0 M&feature=related 13

OLÖSTA PROBLEM INOM FYSIK Fysikens teoretiska modeller av verkligheten har avlöst varandra genom tiderna. I dag pågår sökandet av en modell som kan sammanfatta alla fenomen i universum - "teorin om allt". Som en del av detta sökande kommer man vid Large Hadron Collider (LHC) som är världens största partikelaccelerator, söka efter Higgspartikeln, för att visa att Higgsmekanismen är det sätt genom vilket olika elementarpartiklar får olika massa. http: //en. wikipedia. org/wiki/Unsolved_problems_in_physics (wiki) 14

OLÖSTA PROBLEM INOM FYSIK De teoretiska försök som pågått i över ett halvt århundrade i syfte att förena kvantmekanik och generell relativitetsteori har ännu inte lyckats. De befintliga förslagen är M-teori, supersträngteori och loop-kvantgravitation. Många astronomiska och kosmologiska fenomen är ännu oförklarade, som till exempel det faktum att universum består av mycket mer materia än antimateria samt att den består till övervägande del av okänd mörk energi och mörk materia. 15

OLÖSTA PROBLEM INOM FYSIK Även inom den klassiska fysiken kvarstår teoretiska problem med fenomen som turbulens och kaos och andra icke-linjära fenomen. Biologiska strukturer och processer är fortfarande en utmaning (nätverkstrukturer och icke-linjära processer är typiska där). A strongly recommended book: Order out of chaos: Man's new dialogue with nature I Prigogine & Isabelle Stengers 16

BYGGSTENAR & PROCESSER: MORE IS DIFFERENT! http: //www. physics. ohio-state. edu/~jay/880/moreisdifferent. pdf P. W. Anderson, More Is Different Science, New Series, Vol. 177, No. 4047 (Aug. 4, 1972), pp. 393 -396 17

FYSIKENS VÄRLD SOM VI SER DEN IDAG http: //www. snotr. com/video/3393 LHC LARGE HADRON COLLIDER http: //www. youtube. com/watch? v=SMgi 2 j 9 Ks 9 k&feature=related Quarks: Inside the Atom http: //www. youtube. com/watch? v=Zr 7 w. NQw 12 l 8&feature=related Journey to the Edge of the Universe http: //www. youtube. com/watch? v=ho. Lv. Ov. GW 3 Tk&feature=related Black Holes, Neutron Stars, White Dwars, Space and Time Black Hole Montage - NASA Galaxy Big Bang - PHJ Welcome to the Hubble Universe: Nebula & Galaxies: A Cosmic Journey 18

FYSIKENS VÄRLD SOM VI SER DEN IDAG Rekommenderas! http: //www. youtube. com/watch? v=7 Imvl. S 8 PLIo&feature=Series. Play. List &p=D 62809 AD 452 EDB 98 'A Universe From Nothing' by Lawrence Krauss, AAI 2009 19

MÄNNISKAN I CENTRUM ”Människan är alltings mått: måttet för det varande, att det är, och för det icke varande, att det icke är. ” (Protagoras) 20

MÄNNISKAN I CENTRUM Vetenskapens gränser är nära relaterade till människans gränser – våra fysiska begränsningar som vi kringgår med hjälp av instrument (mikroskop, teleskop och liknande) och våra kognitiva begränsningar som vi först måste inse och förstå (forskningen pågår just nu inom kognitiv vetenskap, neurovetenskap osv. ) och sedan få fram datorer och programvara, robotar och liknande intelligenta system som kommer att hjälpa oss vidga och fördjupa vår förståelse av världen. http: //www. youtube. com/watch? v=Rl 2 Lwna. UA-k Vilayanur Ramachandran: A journey to the center of your mind 21