UTKAST
Ampere   Aristoteles   Arkimedes   Balmer   Becquerel   Bohr   Boyle   Boltzmann   
de Broglie   Compton   Coulomb   Curie   Einstein   Faraday   Fraunhofer   Galilei   Galvani   
Gauss   Guericke   Hawking   Heisenberg   Henry   Hertz   Higgs   Hubble   Joule   Kepler   
Kirchoff   Kopernicus   Lyman   Maxwell   Meitner   Millikan   Newton   Ohm   Planck   
Pythagoras   Rutherford   Röntgen   Thomson   Volta   Watt   Zenon   Ørsted
Kort om fysikens centralgestalter  

Nedanstående är tänkt att komplettera fysikkursens läromedel med
en översikt av fysikhistoriens mest betydelsefulla vetenskapsmän.




Pythagoras (c: a 569 f kr - 475 f kr)   eng. Pythagora

Det är oklart om Pyhagoras som person någonsin funnits, men som idé finns han under alla förhållanden. Han anses ha grundat ett sällskap - som idag skulle kallas en sekt - för numerologi (= talmystik som söker märkliga samband mellan siffror) och matematik. Det är här vi hittar källan till idéerna om "sfärernas musik", tanken på att universum är genomsyrat av harmoniska svängningar och musikaliska samband. T.ex. det gyllene snittet som kan skrivas som A / B = B / (A + B). (Om vi låter A / B = x får ekvationen x² + x - 1 = 0 som ger lösningen att den kortare sidan är 61,8 % av den långa).

Frågan är om inte den moderna strängteorin har fått sin inspiration från pythagoréerna? (gissning av undertecknad)

Som kuriosa kan nämnas att talet 666 som den ondes tal troligen har sitt ursprung just hos pythagoréerna även om det långt senare dyker upp kristedomens märkliga apokalyptiska text "Johannes uppenbarelser".

Att pythagorerna nämns här beror på att de otvivelaktigt var de som introducerade beviset i naturvetenskapen, dvs att från sanningen av vissa satser sluta sig till att andra måste vara sanna.

Alla känner till Pyhagoras sats. Vid en sökning på Internet hittade undertecknad inte mindre än 42 olika bevis för den!... "Allt är tal" skall Pythagoras ha yttrat...

Till början
Zenons paradoxer (400 f. Kr)
  • Om man vill gå en viss given sträcka, måste man först tillryggalägga halva avståndet. Men dessförinnan måste man ha gått hälften av denna halva sträcka. Och dessförinnan hälften av den.. Osv. Under en ändlig tid kan man inte avverka dessa oändligt många sträckor och följaktligen kommer man aldrig fram.

  • Grekernas snabbaste löpare, Achilles, kan aldrig hinna ikapp en sköldpadda om den fått ett visst försprång. När Achilles kommit fram till den punkt där sköldpaddan startade, har den hunnit kravla sig en bit framåt. Achilles sätter iväg och springer till sköldpaddans nya position, men när han kommer fram, har sköldpaddan rört sig ytterligare lite framåt. O.s.v.

  • Hur förhåller det sig med en avskjuten pil på en viss punkt av dess bana. Är den i rörelse? Men om den är det, kan den ju inte befinna sig på en viss punkt utan måste alltid befinna sig mellan två punkter. Men å andra sidan: Finns den på en viss punkt, hur kan den då överhuvudtaget röra sig?

Poängen med Zenons paradoxer är att även strängt logiska resonemang kan leda till felaktiga slutsatser.

Till början


Aristoteteles (384 – 332 f.Kr.)    eng. Aristotele

Världsbild: Aristoteles tar avstånd från en materialistisk världsbild: Materian av en människa byts helt ut på kort tid, men inte desto mindre förblir hon att vara densamma. Världsbilden är teleologisk (telos = ändamål), dvs. tillvaron är bestämd av vissa förnuftiga ändamål mot vilka den strävar, ett gudomligt förnuft kallat ΛΟΓΟΣ - Logos - en beteckning, som kyrkan senare övertog som begrepp för Kristus). Idag nöjer sig de flesta med det mera inskränkta "naturlagarna"

Kunskapssyn: Aristoteles brukar betraktas som grundaren av den moderna naturvetenskapens metodik, dvs. iakttagelser och experiment är grunden för det vi kan veta.
Kärnfrågan för Aristotelse var dock av mera metafysisk (ordet metafysik kommer från grekiskan och betyder ”efter fysik”) karaktär: Vad betyder
det att något finns till?



Skolan i Aten, en del av en fresk i Vatikanen målad av Rafael 1509-11. Den förställer Platon (den äldre av de två) tillsammans med Aristoteles
Mest känd är Aristoteles kanske för sina fyra förutsättningar: Som exempel använder han sig av en marmorstaty:
  1. För att den skall kunna tillverkas behövs ett marmorblock. Det är den materiella förutsättningen.

  2. För att stenblocket skall kunna bearbetas, krävs verktyg. Det kallar han den verkande förutsättningen.

  3. För att stenblocket skall få det bestämda statyutseendet, krävs ett slags skiss att arbeta efter. Det kallar Aristoteles för den formella förutsättningen.

  4. Slutligen krävs naturligtvis också en vilja att göra arbetet, en avsikt att förverkliga idén att förverkliga stenblocket till den staty man tänkt sig. Det är ändamålsförutsättningen.

Människo- och samhällssyn: Människan är till sin natur ett politiskt djur. Lycklig kan hon bli endast genom att vara en samhällsmedlem. Människan är nyfiken till sin natur och vill lära sig saker och ting. Hon är i vissa avseenden god, men har också onda sidor. De svaga människorna vill alltid ha rättvisa och jämlikhet, medan de starka aldrig bryr sig om sådana saker.

Tre vägar till lycka:
  • Längst ner på rangskalan finns njutningsmänniskorna. Rikedom, ära och sinnlig njutning kan höja livsenergin, men är det inget annat, blir man slav under sinnenas makt och livet får ett djuriskt drag.

  • Människor som fyller sina liv med plikter och praktiska uppdrag för samhällets bästa har kommit lite längre.

  • Det kontemplativa livet innebär att man med bevarat sinneslugn kan betrakta sammanhang och orsaker. Livet blir ett med konsten, visheten och insikten. Detta är det högsta stadiet av lycka.
Till början


Arkimedes (287 – 212 f.Kr)    eng. Archimedes

Arkimedes anses som kanske tidernas störste fysiker. Han var troligen den förste som använde sig av matematik för att beskriva iakttagna fenomen. Inget är dock känt om hans övergripande orientering när det gäller världsbild, kunskap och samhällssyn.

Arkimedes upptäckt av hävstångs- principen har varit enormt betydelsefull inom den teknologiska utvecklingen. Det finns knappt en enda mekanisk maskin som inte tillämpar principen.


Arkimedes vattenskruv- konstruktion (ett slags korkskruv i ett vattentätt rör) används än idag vid bevattningsanläggningar i Egypten. Principen finns även i moderna pumpar.

Det berättas att kung Hieron bad Arkimedes försöka ta reda på om hans krona bestpd av rent guld eller om smeden blandat metallen med silver. Arkimedes skulle då ha kommit på en metod att avgöra saken när han upptäckte att hans kroppsvolym kunde bestämmas av hur mycket vatten som rann över när han kröp ner i ett breddfyllt badkar. Om nu kronan var av rent guld skulle den tränga undan lika mycket vatten som en guldklimp rent guld med samma vikt som kronan.

Det gjorde den inte. Mer vatten
rann över när kronan sänktes
ner, vilket tolkades som att
kronan var gjord av en lege-
ring lättare än guld..

Guldsmeden förlorade huvudet och Arkimedes vann berömmelse.

I samband med badkarsexperimenten upptäckte Arkimedes att lyftkraften på ett föremål i en vätska är lika stor som tyngden av den vätska som trängts undan. I sin glädje över detta sprang han hem utan kläder och ropade ”Eureka! Eureka!”, som betyder ”Jag har funnit det! Jag har funnit det!”
Historien är förmodligen en skröna, men den är ju bra ändå...

År 212 f.Kr. massakrerade den romerska generalen Marcellus staden Syracus, där Arkimedes verkade. Arkimedes lät sig inte störas av krigsverksamheterna utan fortsatte arbeta med sina geometriska figurer, som han ritade i sanden. En romersk soldat kom dock och störde honom, varvid Arkimedes skall ha uppmanat honom att inte rubba hans cirklar. Soldaten, som var av den vanliga sorten, reagerade då med att slå ihjäl Arkimedes. General Marcel insåg dock dumheten och gav Arkimedes en ärofull begravning och hans grav smyckades - i enlighet med Arkimedes önskan – med en avbildning av en sfär omskriven av en cylinder.

Arkimedes ansåg att hans viktigaste upptäckt var sambanden mellan en sfärs yta, volym och dess omskrivna cylinder. (Arean av en sfär är fyra gånger storcirkelns area och volymen 2/3 av volymen hos den omskrivna cylindern.) I vissa avseenden hade Arkimedes upptäckt integralberäkning 2100 år före de allmänna metoderna formulerades.

Till början


Nicolaus Kopernicus (1473 – 1543)     eng Copernicus

Polacken Nicolaus Kopernicus upptäckte att en modell där planeterna kretsar kring solen är enklare än om man tänker sig jorden i centrum. Han blev den förste som på allvar hävdade en heliocentrisk världsbild och bröt med den rådande, kyrkligt sanktionerade, geocentriska världsbilden såsom den formulerades av Klaudios Ptolemaios, 100 – 170 (eng. Claudius Ptolemy). Påven, Luther och Calvin tog samtliga avstånd från den nya astrologin. Orsaken var nog att människan inte längre skulle befinna sig i världens centrum och därmed hotade religionens suveräna ställning.

Till början


Galileo Galilei (1564 – 1642)

Galilei var den förste som arbetade med naturvetenskap i modern mening, dvs. en vetenskap grundad på iakttagelser och inte på dogmer.

Upptäckte att tidvattnet uppstår p.g.a. jordens rotation och kretsloppet kring solen.

Studerade med stor skicklighet fallrörelsen experimentellt och beskrev accelerationen matematiskt. Han konstaterade att fallande kroppars vikt inte hade någon betydelse för deras fallhastighet. I likhet med sjunkande kroppar i vätskor är det endast densiteten i det medium kropparna faller som påverkar deras fallhastighet. Det hävdades – men är troligen inte sant – att Galilei skulle ha genomfört fallexperiment med olika tunga järnkulor från det ”lutande tornet” i Pisa.

Konstruerade kikare som kunde förstora upp till 30 ggr.

Upptäckte Venus faser och därmed övertygades han om riktigheten i Kopernikus´ heliocentriska världsbild.

Upptäckte att en pendel tycks ta samma tid för att svänga fram som att svänga tillbaka. Endast pendelns längd - och inte dess massa - påverkar svängningstiden T.



Gäller för små pendelutslag där tröghetsmomentet med avseende på axeln kan försummas. l är pendelns längd och g tyngdaccelerationen.

Upptäckte tröghetslagen, vilken ligger till grund för gängse förståelse av himlakropparnas rörelse.

Galileo Galilei blev år 1633 ställd inför inkvisitionen i påvens Rom där han anklagades för kätteri. Domen blev att han tvingades avsvärja sig tron på den kopernikanska läran och försattes i husarrest. Märkligt nog klarade han sig med huvudet i behåll.

Galileo Galilei inför inkvisitionen
i Rom, anklagad för kätteri
Tycho Brahe (1546-1601)

Dansken, Tycho Brahe var samtida med Galilei. Han hade sitt observatorium på ön Ven och med Galileis teorier arbetade han med kartläggning av planeternas och stjärnornas positioner.

Till början


Johannes Kepler (1571-1630)

Omfattade Copernicus heliocentriska världsbild och utvecklade sina tre lagar:

1. Planeternas banor är ellipser med solen i ena brännpunkten

2. En tänkt rät linje mellan solen och en planet sveper på lika långa tider över lika stora ytor.

3. Om a är planetens medelavstånd från solen och T dess omloppstid, gäller a³/T² = konstant


Kepler trodde inte på astrologin, men ansåg att planeterna kunde påverka människan liv. I sitt tänkande kring planeternas banor och inbördes förhållanden, styrdes han av en tanke på att Gud var matematiker och universum harmoniskt som en symfoni. Sfärernas rörelser var den vackraste musik förnuftet kunde avnjuta. Ovanstående är ett försök av Kepler att skapa en modell av den gudomliga matematiska harmonin i kosmos.

Till början


Otto von Guericke (1602 – 1686)

År 1645 demonstrerade Otto von Guericke vakuumkraften genom att suga bort luften mellan två metallsfärer och sedan låta två fyrspann försöka dra isär halvkloten. I skolan brukar experimentet kallas ”de magdeburgska halvkloten”

Till början


Robert Boyle (1627 – 1691)

Engelsmannen Boyle var i första hand kemist, men det var hans intresse för gaser som skulle göra honom till ett namn för eftervärlden.

Boyles lag: Produkten av en gasmassas volym och tryck är konstant då gasens temperatur är oförändrad: pV=konstant...

Till början


Isaac Newton (1642-1727)
Newton anses av många vara den främste – näst efter Arkimedes - fysikern genom tiderna. Under alla förhållanden är hans betydelse enorm och knappast någon har påverkat världsbilden så mycket som han. Efter Newton kunde ingen hävda någon verklighetsbeskrivning utan att ta hänsyn till vetenskapen. Påståenden naturvetenskapen inte kunde acceptera var inte längre trovärdiga. Nu frågade man inte längre efter vilken auktoritet som hävdar något av intresse utan enbart vilka belägg man har för påståendena. Upptäckte den allmänna gravitationslagen, tyngdlagen, en av de absoluta höjdpunkterna i det mänskliga tänkandet.
Det är i samband med denna upptäckt, som historien om att Newton skulle insett sambanden när ett äpple föll i huvudet, brukar berättas. Sanningen är nog snarast den att historien är konstruerad för att avdramatisera upptäckten och få den folkligt accpeterad.
FÖRSTA, TRÖGHETSLAGEN:
Varje kropp förblir i ett tillstånd av vila eller likformig, rätlinjig rörelse, såvida den inte av krafter tvingas att ändra detta tillstånd.

ANDRA, ACCELERATIONSLAGEN:
Rörelsens förändring (acceleration) är proportionell mot den verkande kraften och riktad längs den räta linje i vilken kraften verkar.

TREDJE, LAGEN OM VERKAN OCH MOTVERKAN:
Mot varje kraft svarar en lika stor motsatt riktad motkraft, så att de ömsesidigt mellan två kroppar verkande krafterna alltid är lika stora och motsatt riktade.

GRAVITIONSLAG:
Varje kropp attraherar varje annan kropp med en kraft som är direkt proportionell mot produkten av de båda kropparnas massor och omvänt proportionellt mot kvadraten på deras avstånd.

OPTIK:
Ljus består av ett helt spektra av våglängder, där vitt ljus kan delas in i en mängd färger. Newton skall också ha konstruerat t.ex. spegelteleskopet.

MATEMATIK:
Lade grunden för verktyget differential- och integralkalkylen (”fluxionsmetoden”). Newton-Raphsons metod för approximation ingår i gymnasiekursen. Han uppfann också ” binomialteoremet, som ger en allmän algoritm för beräkning av uttryck som (a+b)n . Om n=3 får man då: 1·a³ + 3a²b +3ab² + 1·b³. Siffrorna i början av termerna blir i tur och ordning 1, 3, 3, 1 och fås från Pascals triangel


Man kan fortsätta att bygga på triangeln nedåt så fort man ser principen: längst ut på kanterna finns alltid ettor, mellan dessa summerar man de två ovanliggande talen.

För n=5 får man:


Till början


Charles Coulomb (1736 - 1806)
Fransmannen Coulomb var en av de första som lyckades mäta krafterna mellan elektriska laddningar. Han använde sig av en torsionsvåg av den typ som finns avbildad till höger.

Till början


James Watt (1736 - 1819)

Brittisk uppfinnare av ångmaskinen. Nämns här för att han givit namn åt den fysikaliska SI-enheten för effekt.

En watt är en joule per sekund (1 W = 1 J / s)

Till början


Luigi Gavani (1737 - 1798)

Mest känd är den italienska läkaren Galvani för de experiment han gjorde med grodlår och som han misstolkade. Han upptäckte att när ett uppladdat föremål fick kontakt med ett grolår, drogs det samman. Han trodde då att det uppstod något han kallade "animalisk elektricitet" i musklerna, alltså en i kroppen inneboende egenskap.

Galvani har givit namn åt den typ av elbatteri som Volta senare konstruerade. Ett sådant element är t.ex. en konstruktion där en koppar- och en zinkplatta är nersänkta i en elektrolyt, t.ex ett svavelsyra. En elektrisk spänning uppstår då mellan plattorna.

Till början


Alessandro Volta (1745 - 1827)

Volta har fått sit erkännande genom att utvecklat begreppen kapacitans och spänning.

Mest känd är han för elbatteriet, den s.k. "Voltas stapel", som var koppar- och zinkplattor staplade på varandra med en filt indränkt i utspädd svavelsyra mellan dem. Se bild till höger.

Volta har förärats SI-enheten för spänning. Volt defineras som arbete per laddning:

U = W / Q        1 V = 1 J / C
Till början


André-Marie Ampère (1775 - 1836)

Ampere studerade fenomen som t.ex. att en magnetnål påverkas av en elektrisk ström och att det uppstår en kraft mellan två strömförande ledare. Han var också den första som byggde mätinstrument för elektrisk ström.

Enligt definitionen är 1 ampere den ström som flyter genom två oändligt långa raka ledare som på en meters avstånd från varandra ger upphov till en kraft på 2 × 10-7 N/m. Apmere är en SI-enhet.

Till början


Hans Christian Ørsted (1777 - 1851)

År 1820 upptäckte dansken Ørsted att elektrisk ström alstrar magnetfält. Han gjorde liknande iakttagelser som Ampère - och Benjamin Franklin (1706 - 90) före honom - när det gäller magnetiska fält runt en elektrisk ledare och formulerade det som idag kallas Ørsteds lag:

1. De magnetiska fältlinjerna runt en rätlinjig strömledare är cirklar med centrum i ledaren.

2. Om man håller höger hand runt strömledaren så att tummen pekar i strömmens riktning, kommer de andra fingrarna att peka i den magnetiska fältriktningen.

Ørsted är också känd som den förste som framställde aluminium

Till början


Karl Friedrich Gauss (1777 - 1855)

Gauss anses – tillsammans med Arkimedes och Newton - vara en av de tre mest geniala naturvetenskapsmännen genom tiderna.

Han formulerade algebrans fundamentalsats: Varje algebraisk ekvation har minst en rot med följdsatsen att en ekvation av gradtalet n alltid har n stycken rötter.

Hans mest kända arbeten var inom talteorin, dvs. studiet av heltalen och deras karaktär. Närmare bestämt: Primtalens fördelning, delbarhetsproblem, upplösning av tal på olika sätt, samt diofantiska ekvationer.

Gauss Beräknade planeten Ceres bana med minsta kvadratmetoden och vann stor berömmelse för det.

Inom statistiken är han mest känd för sin normalfördelnings-
kurva. (Tidigare normerande för betygssättningen, men som ytterst få lärare kunde hantera korrekt.)

Inom tekonologi konstruerade han – tillsammans med Wilhelm Weber – telegrafen.

Gauss fick enheten för den elektromagnetiska flödestätheten uppkallad efter sig. Den används dock inte längre utan har ersatts med SI-enheten tesla. Relationen mellan de två enheterna är: 1 G motsvarar 0,1 mT (millitesla)

Gauss hämtade ett av sina valspråk från Shakespears drama Kung Lear:

"Natur, du min gudinna! Dina lagar jag ägnar trogen tjänst."


Till början


Joseph von Franunhofer (1787 - 1826)

Tysk fysiker som började sin karrär som glasmästare (framställde diffraktionsgitter). Hans viktigaste insats är att han upptäckte och kartlade det som nu kallas fraunhoferlinjerna. Det är de mörka linjerna i solens spektrum som uppstår genom ljusets absorption i atomer och molekyler vid våglängder som är karateristiska för varje ämne. På så sätt blev han t.ex. den förste som kunde påvisa grundämnet natrium utanför jorden.



Till början


Georg Simon Ohm (1789 - 1854)

Tysken Ohm är mest känd för att ha givit namn åt SI-enheten för elektrisk resistans.
1 ohm är den resistans som vid 1 volt släpper igenom laddningsmängden 1 coulomb per sekund, d v s 1 ampere.

Ohms lag: U = I · R Spänningen är lika med strömmen gånger resistansen.

Nedanstående skojiga illustration hittade undertecknad på Internet.
P står för effekt.

Till början


Michael Faraday (1791 - 1867)

Engelsmannen Faraday - en av vetenskapshistoriens största experimentatorer - upptäckte den elektromagnetiska induktionen (magnetfät som varierar, kan generera en elektrisk ström) och konstruerade 1831 en primitiv elmotor. Han brukar därför anses som uppfinnaren till inte bara elmotorn utan också elgeneratorn. (Det finns tveksamheter om han var först. Amerikanen Joseph Henry löste problemen ungefär samtidigt.)


Faraday introducerade fältbegreppet (1800-talets viktigaste upptckt inom fysiken) liksom elektrod, anod, katod, jonisation.



Upptäckte att polariserat ljus påverkas av magnetfält ("Faraday-effekten") och framförde tankar om ljusets elektromagnetsika natur.

Inom skolfysiken är Faraday mest ihågkommen för sin "Faradays bur". Ett elektriskt ledande hölje avskärmar alla elektiska fält.

Faradays induktionslag: När det magnetiska flödet genom en ledarslinga varierar, induceras det en elektromotorisk spänning i ledaren. Spänningen är minusderivatan av flödet.

Kapacitansen har fått enhetern farad för att hedra Faraday: 1 farad = 1 coulomb per volt. Det etyder att en kondensator med kapacitansen 1F och med spänningen 1 V håller laddningen 1 C = 1 As

Faraday hade en mycket enkel utstrålning så trots sin genialitet fick han nästan inga elever.

Han inledde det arbete som senare Maxwell skulle ge en mycket vacker matematisk form i de s.k. Maxwells ekvationer.

Till början


Joseph Henry (1797 - 1878)

Henry var amerikan och mest känd för ha påvisat induktionen i magnetiska spolar. SI-enheten för induktans har fåt namn efter honom.

1 henry är en Vs/A. Över en spole med induktansen 1 H induceras spänningen 1 V om strömförändringen per tidsenhet är 1 A/s.

Till början


James Prescott Joule (1818 - 1889)

Joules lag. Engelsmannen Joule visade år 1840 att den värmemängd som per tidsenhet utvecklades i ett galvaniskt element är proportionell mot värmetrådens reesistans och kvadraten på strömmen. P = R·I²

              Joules försöksutrustning för att påvisa sambandet mellan
              mekaniskt arbete och alstrad värme.

SI-enheten för energi har fått sin benämning efter Joule. 1 J = 1 Nm
(OBS Nm är också SI-enhet kraftmoment, men här är inte energienheten joule en adekvat enhet).


Gustav Robert Kirchhoff (1824 - 1887)

Mest känd för sina Kirchoffs lagar inom kretsteknik, beräkning av den elektriska strömmens storlek i olika punkter.

I nuvarande gymnasiekurs nämns han för sitt arbete inom spektralanalysen: Han visade att Fraunhofers mörka absoptionslinje motsvarade de ljusa emissionslinjer, som vissa grundämnen gav upphov till när de upphettades. Detta förde honom till upptäckten av grundämnena cesium och rubidium.

Till början


Johann Balmer (1825 - 1898)

Schweitzaren Balmer arbetade huvudsakligen med geometri, men är mest känd för sin formel som med i för fysikaliska sammanhang ovanligt stor noggranhet beskriver de fyra synliga linjerna i vätespektret. Dessa fyra linjer har sedan fått namnet "balmerserien".

Se vidare Lyman.

Till början


James Clerk Maxwell (1831 - 1879)

Maxwell är mest känd för sina ekvationer, som beskriver elektriska och magnetiska fält. De är differentialekvationer i vektorform och kräver matematmatik utöver vad som finns i gymnasiekurserna.

Maxwell förutspådde elektromagnetiska vågor år 1873 och utvecklade lagarna som inkluderar alla fenomen inom elektricitet och magnetism (elektromagnetiska fältteorin).

Elektriska fält som variera på ett ställe, kan skapa magnetfält på ett annat och vice versa.

Verkningarna breder ut sig med ljusets hastighet.


1. Den först ekvationen är en differentialekvation av Biot-Savats lag.
2. Den andra ekvationen är induktionslagen (Maxwells lag).
3. Den tredje ekvationen är Gauss lag omformulerad
4. Den fjärde ekvationen består av halva Coulombs lag,
    vilken beskriver hur stort fält som alstras av givna laddningar.

Ekvationerna möjliggör beräkning av elektriska och magnetiska fält om man vet laddningar och strömmar. Det är med dessa ekvationer man visat att transversella elektromagnetiska vågor fortplantar sig med ljushastigheten och att ljus består av elektromagnetiska vågor samt att elektriska och magnetiska fält oscillerar i rät vinkel mot varandra i ljusets färdriktning.

Maxwells ekvationer anses allmänt vara fysikens viktigaste.
Näst viktigaste är Eulers ekvation e+1=0, som alltså ger sambandet mellan naturliga logaritmen och exponenter med imaginära tal och pi.
Tredje viktigaste formel inom fysiken anses Newtons andra lag vara, F=ma.

Till början


Ludwig Boltzmann (1844 - 1906)

Ludwig Boltzmann är en av den moderna fysikens verkliga pionärer:

Allmänna gaslagen: pV=kNT där p är trycket, V volymen, N antalet gasmolekyler och T temperaturen. Konstanten k (=1,3807 ·10-10 J K-1) är oberoende av vilken gas kallas Boltzmanns konstant. Den är ytterst betydelsefull i modern fysik.

Ett annat område inom vilken Boltzmann verkade var termisk strålning:

Utstrålningen från ett svart föremål är proportionell mot fjärde potensen av föremålets temepratur. Proportionalitetskonstanten är
5,6705·10-8 W m-2 K-4

Till början


Wilhelm Conrad Röntgen (1845 - 1923)

Röntgen arbetade med urladdningsrör och upptäckte röntgenstrålningen - eller x-strålning, som han kallade detta okända.


Ett klassiskt röntgenrör: Elektroner accelereras från en glödtråd till en anod där de bromsas in så att elektro-magnetisk strålning alstras. Inbromsningen innebär intensiv upphettning varför moderna röntgenrör har roterande anod.

Medvetenheten röngenstrålningens hälso-
risker var i början obefinlig. Här en läkar-
undersökning med ett röntgenrör placerat
- helt oskärmat - på ett stativ bakom
ryggen på patienten.

Till början


Henri Becquerel (1852 - 1908)

År 1896 upptckte fransmannen Henri Becquerel att kristaller av urankaliumsulfat orsakade en svärtning av fotografiska plåtar. Iakttagelsen var inte ny, men det var tolkningen av fenomenet. Röntgens forskningsresultat var kända och många arbetade med dem. Bland dem fanns Thomson, som i själva verket hade gjort upptäckten något tidigare än Becquerel, men fransmannen hann publicera sina resultat först. Det var bara dagar som skilde de två kontrahenterna.

År 1903 fick Becquerel - tillsammans med Marie och Pierre Curie - nobelpriset för upptäckten av radioaktivitet.

Enheten för radioaktivitet har fått namn av Becquerel: En becquerel är ett söderfall per sekund. Tidigare användes enheten curie.
1 Ci = 3,7 ·1010 Bq

Till början


Joseph John Thomson (1856 - 1940)

J.J. Thomson anses ha upptäckt elektronen, men om så är fallet är inte helt klart. Vad han visade var att elektrisk ström förmedlas av laddade partiklar. Thomson försök med vilken han påvisade elektronen 1897.
I glasets vänstra del produceras de negativt laddade partiklarna genom att katoden K belyses med ultraviolett ljus.
Partiklarna accelereras med en spänningsskillnad V mellan katoden och den första spalten A. B finns till för att rikta in partiklarna.
Mellan metallplattorna P1 och P2 läggs en spänning som ger ett spänningsfält E.
Utan spänning går elektronerna rakt fram och träffar punkten P som en lysande prick.
När spännisfältet E är aktiverat, påverkas elektronerna av kraften e · E och träffar punkten P´.
Ett magnetfält B läggs vinkelrätt mot det elektriska fältet och kommer alltså att motverka avlänkningen, som den åstadkommer. Den kraften kallas lorentzkraften och är e ´ v ´ B. v är elektronens hastighet.
Vi får alltså nu följande balans mellan krafterna:

e · E = e · v · B vilket ger v = E/B      (1)


Strömmen elektroner har massan m och följaktligen de vid passagen av K och A en rörelseenergi, som vi kan kalla T.
Den energin är exakt lika stor som den energi de fås av att de accelereras upp av spänningsfallet V, dvs. e · V. Vi får:

T = m · v² / 2 = e · V       (2)


Vi sätter nu in uttrycket för v, det vi fick i (1).

e / m = E² / B² · 2 · V     (3)


E, V och B är mätbara och följaktligen kan e / m bestämmas för de partiklar som transporteras genom röret.
Thomson antog att elektronens laddning e var densamma som protonens och fann då att protonen måste ha en cirka 1000 ggr större massa än elektronen. Ett hyggligt resultat. År 1992 bestämdes den vara 1836,1527 gånger större.

Till början


Heinrich Hertz (1857 - 1894)

Hertz bekräftade med experiment Maxwells förutsagda elektromagnetiska vågor. Han framställde eletromagnetiska vågor av olika längder med hjälp av att i en oscillator snabbt variera strömmen. Vågens existens påvisade han med en kopparledning formad som en cirkel, men med ett litet gap. Gnistorna i gapet var beviset för den elektromagnetiska vågen.

Han visade också att den elektromagnetiska vågen rörde sig med ändlig hastighet och hade samma egenskaper som ljuset. SI-enheten Hertz har fått sitt namn efter Heinrich Hertz. 1 Hz = s-1. Tidigare kallades enheten i Sverige för "period per sekund".

Herz blev bara 36 år gammal. Dog i blodförgiftning.

Till början


Max Planck (1858 - 1947)

Tysken Max Planck arbetade med svartkroppsstrålning (värmestrålning) och upptäckte att energin i svartkroppsstrålningen inte är steglös utan uppträdeer i diskreta enheter som han kallade kvanta.

Ekvationen E = h · f = h · c / l beskriver hans iakttagelse.
E är energikvantats storlek.
h ( = 6,62606891 × 10-34 Js) är Plancks konstant och
f är frekvensen.

Planck Max hade stor betydelse för spridningen av Einsteins relativitetsteorier.

År 1918 fick Max Planck nobelpriset för sin konstant.

Till början


Marie Curie (1867 - 1906) Flicknamn: Marya Sklodowska

   Marie Curies man, Pierre Currie, uppfann ett elektronmikroskåp, som sedan Marie använde för att påvisa att alla uransalter avgav joniserad strålning. Hon drog slutsatsen att strålning var en egenskap hos uran. År 1898 isolerade Pierre och Marie Curie polonium och radium. Hon upptäckte tre slags strålning:

1. Alfastrålning: heliumkärnor (plus)
2. Betastrålning: elektroner (minus)
3. Gammastrålning: energirik
    elektromagnetisk strålning.


År 1903 fick polska Marie Curie - som första kvinna - och Pierre Curie tillsammans med Henri Becquerel nobelpriset i fysik.

År 1910 hade 40 radioaktiva grundämnen identifierats. Hon fann att halveringstiderna var olika för olika ämnen.

År 1911 fick Marie Curie sitt andra nobelpris. Den här gången i kemi för upptäckten av radium och polonium. År 1935 fick Marie Curies dotter priset i kemi.


Paret Curie i arbetsrummet.
Till början


Robert Millikan (1868 - 1953)

Robert Millikan bestämde elementarladdningen genom att i det elektriska fältet mellan två prallella pch horisontella plattor spruta in fina oljedroppar. Genom att studera hur laddningarna uppträdde, kunde han se att laddningarna alltid uppträdde som en multipel av en minsta enhet., elektronens laddning. För detta fick han nobelpriset 1923.

I appleten intill är de små röda punkterna negativt laddade oljedroppar. Var och en med massan
1,0·10-15 kg. Om det elektriska fältet är nära 0, kommer dropparna naturligtvis att falla neråt p.g.a. gravitationen. Om vi däremot höjer fältstyrkan, kommer en del att stanna upp. För de som står stilla gäller då att kraft-resultanten är noll, Fres = 0.

eller   m·g = q·E,

där q = N·e, ett heltal gånger laddningen av en elektron.

Om allt gått väl får man
e = 1,60 ·10-19 C.
För dropparna en heltalsmultipel av värdet.


Till början


Ernest Rutherford (1871 - 1937)

Britten Ernest Rutherfords (född i New Zealand) visade att radioaktiva ämnen utsänder åtmistone två slags strålning, som han kallade alfa och beta. Han skilde dem åt genom att registrera deras inträngningsförmåga i material.

Rutherfords experiment med att beskjuta guldfolie med alfapartiklar, har givit fysiken den bild av atomen, som för närvarande är dominerande.

De flesta alfapartiklar gick rakt igenom, men någon enstaka gång studsade en partikel tillbaka. Detta tolkade Rutherford som om att partikeln hade stött på en inre struktur i guldets atomkärna. Men mest var det alltså tomrum.

Alfapartiklarna var ju positivt laddade och det gjorde att han - genom att mäta avböjningen - kunde bestämma massa och laddning i kärnan.

Detta bekräftade vad man redan misstänkte: Antalet positiva elementarladdningar i kärnan sammanfaller med ordningstalet i det periodiska systemet.


Till början


Theodore Lyman (1874 - 1954)

Amerikanen Theodore Lyman känd för upptäckten av spektrallinjerna i den ultravioletta delen av väteatomens spektrum.

En överblick av väteatomens energinivådiagram:

Lymanserien: En elektron hoppar från nivå n = 1 till en högre nivå
   eller från en högre nivå till nivå 1
Balmerserien: En elektron hoppar från nivå n = 2 till en högre nivå
   eller från en högre nivå till nivå 2
Paschenseren: En elektron hoppar från nivå n =3 till en högre nivå
   eller från en högre nivå till nivå 3
Brackettserien: En elektron hoppar från nivå n = 4 till en högre nivå
   eller från en högre nivå till nivå 4
Pfundserien: En elektron hoppar från nivå n = 5 till en högre nivå
   eller från en högre nivå till nivå 5

Lyman faller då inom det ultravioletta området,
Balmer inom det synliga området och
Paschen, Brackett samt Pfund faller inom det infraröda.

Till början


Lise Meitner (1878 - 1968)

Lise Meitner har förmodligen underskattad betydelse för upptäckten av fissionen. Hon samarbetade med den kände Otto Hahn - som fick nobellpriset för fissionsupptäckten - och Fritz Strassmann. Meitner stod sannolikt för mycket av tolkningen av de experimentella resultaten.

Här nämns hon huvudskaligen för att hon är en av de få betydelsefulla kvinnorna i fysikhistorien.



Lise Meitner har ofta kallats "atombombens moder", något hon själv starkt ogillade, men att hon hade stor betydelse för den praktiska atombombsutvecklingen förefaller ändå ofrånkomligt.

Lise Meitner var judinna och flydde undan nazisterna till Sverige 1938. Flyttade senare till England.

Hon blev Tysklands första kvinnliga professor i fysik.

1997 fick Meitner ett grundämne uppkallat efter sig, nämligen meiterium. Många anser att Nobelpriskommittén gjorde en blunder när Lise Meitner aldrig tilldelades något nobelpris.

Till början


Albert Einstein (1879 - 1955)

Einstein har blivit något av medial kultfigur för genialitet. Hans personlighet, utseende som en snäll vis farbror med originellt långt hår, hans status som judisk flykting från ondskans rike, nazismen, till det godas, USA, är nog de verkliga byggstenarna till den allmänna bilden av honom snarare än den seriöst arbetande forskarens. Att han dessutom gärna också själv hjälpte till med att skapa sin "image" med politiska uttalanden, förstärkte naturligtvis bilden.
Härmed på intet sätt antytt att han inte skulle tillhöra gruppen av 1900-talets stora fysiker.

Den fotoelektriska effekten - Är ljuset vågor eller partiklar?
Einstein visade att när ljuset, som består av individuella energiknippen (fotoner), träffar en metallplatta krockar de med elektroner och stöter bort dessa. Denna process kallade Einstein den fotoelektriska effekten och det var det han fick noblepriset för.

Relativitetstänkandet hos Newton och Galilei
Newtons och Galileis relativitetsprincip lyder: Mekaniska lagar som gäller på en plats är lika giltiga på en annan plats som rör sig likformigt i förhållande till den första. Konsekvensen måste då vara att i den newtonska fysiken är universum uppfyllt av ett osynligt medium, eter. Newtons kosmologi fordrade att ett fixt referenssystem med en orörlig rymd.

Michelson och Morley visar att teorin om eter är falsk
År 1881 utfördes ett försök som blivit klassiskt. Utgångspunkten var att rymden är ett orörligt eterhav. En ljusstråle som sändes ut i jordens rörelseriktning skulle saktas ner av eterströmmen på samma sätt som en simmare som simmar upp- ströms. Ljusets hastighet är 300 000 km/s och jordens 32 km/s. Med eterströmmen skulle ljuset ha hastigheten 300 032 km/s. Tanken är att jorden rusar fram genom etern och etern strömmar kring jorden. En ljusstråle som sändes mot eterströmmen skulle följaktligen få minskad hastighet. För att mäta dessa skillnader, konstruerade Michelson och Morley ett instrument som de kallade interferometer. Resultatet blev dock entydigt att ljuset hade samma hastighet i bårda riktningarna.

Fyra dimensioner
Varje punkt i den fyrdimensionella rum-tidvärlden kallas för en händelse. Den har de tre rumskoordinaterna och en tidskoordnat. Platsen i rummet - i förhållande till en tidigare händelse - bestäms enkelt med hjälp av Pythagoras sats. Multipliceras sedan detta avstånd med tidsskillnaden för händelserna, fås avståndet i ljusmeter.

Den speciella relativitetsteorin
År 1905 publicerade Einstein en avhandling där han förkastade eterteorin, påstod att ljusets hastighet är konstant och att naturens lagar är de samma för alla system i likformig rörelse. Alla hastigheter i rymden sker relativt varandra, ingenstans kan man uppmäta en absolut hastighet.

Einstein använde sig av Lorenz-transformationen som utgångspunkt för ett nytt axiom: Naturlagarna blir desamma i alla system när de tranformeras enligt Lorenz- transformationen.

En konsekvens var att energin ökar dramatiskt när man närmar sig ljushastigheten. Detta beskrivs av den kända formeln

E = m·c²

Energi och massa är ekvivalenta

Tvillingparadoxen
Ett par tvillingar gör följande experiment. En far till Sirius tur och retur = 18 ljusår. Han åker med ett rymdskepp som har en fart av 90% av ljushastigheten. Hela färden tar 18/0,9=20 år. Hans bror år 20 år äldre när han kommer tillbaka.

Tvillingen som har varit ute och rest har bara blivit 8,7 år äldre. En skillnad på 11,3 år.

Den allmänna relativitetsteorin
Skiljer sig gravitationskraften från den kraft man erfar när ett föremål ökar eller minskar sin hastighet?
Det tycks som om himlakropparna förändrar rymdens egenskaper i sin närhet. Rummet uppför sig som om det vore krökt i rum och tid. Gravitationen betraktas inte längre som kraft. Månen påverkas inte av en kraft. Månens bana visar sig vara en s.k. geodetisk linje genom den krökta rum-tiden i jordens närhet.

Den allmänna relativitesteorins konsekvenser är främst att:
1. en ljusstråle böjer av vid stora massor.
2. tiden går långsammare vid stora massor och följaktligen förskjuts ljuset mot rött.


Till början


Niels Bohr (1885 - 1962)

Dansken Niels Bohr är mest känd för att år 1913 uppställt en teori om väteatomens uppbyggnad och vara den främste grundaren till kvantfysiken. Han anses av många vara den moderna fysikens främste centralgestalt. Han hade nära samarbete med såväl Thomson som Rutherford.

Bohrs första postulat: En atom kan existera i många olika tillstånd utan att sända ut energi. I varje tillstånd har elektronen - beroende på dess kvanttillstånd - en bestämd mängd energi.

Bohrs andra postulat: En atom kan gå från ett energitillstånd till ett lägre. Vid övergången sänds energiskillnaden ut som en foton med energin E = hf där h är Plancks konstant och f är strålningsfrekvensen.

Bohr fick nobelpriset 1922.

(Kärnreaktioner påvisades första gången 1939 vid konferensen i Washington.)

Till början


Arthur Compton (1892 - 1962)

Amerikanen Compton upptäckte 1923 det som skulle få hans namn, "Comptoneffekten": Ljus har en rörelsemängd. En foton krockar elastiskt (energi och rörelsemängd bevaras) med en elektron och lösgör den från sin atom. Den lösgjorda elektronen har nu en viss rörelseenergi, vilket medför att den ursprungliga fotonen får en lägre energi och annan rörelseriktning. Detta experiment visar att den elektromagnetiska strålningens minsta energipaket beter sig som klassiska partiklar när de stöter på elektroner.

Till början


Edwin Hubble (1889 - 1953)

Amerikanen Edwin Hubble anses vara vårt 1900-talets mest inflytelserika astronom.

Han utarbetade ett klassifikationssystem för galaxer.

År 1929 upptäckte han att universum expandrar och konstruerade ett sätt att med hjälp av rödförskjutningen (dopplereffekten) bestämma expansionens hastighet. Han kunde då konstatera att galaxerna avlägsnar sig med en hastighet som är propotionell mot avståndet från jorden.

v = H·r

där H är Hubbles konstant (20 ± 3 km/s per miljon ljusår), r = avståndet från jorden och v radialhastigheten (som är hastigheten i synlinjens riktning)
v/c = Δλ/Δλ0


Δλ är våglängsförskjutningen hos en spektrallinje som förväntas ha våglängden Δλ0.

Till början


Louise de Broglie (1892 - 1987)

Fransk fysiker. Föreslog att elektronen i likhet med fotonen har både våg- och partikelnatur. En elektron som rör sig i en given bana åtföljs av ledvågor, som sprider sig efter banan. Dessa materievågor skulle ha våglängden lambda - uttryckt i partikelns rörelsemängd p

λ = h/p     h är Plancks konstant

År fick han 1929 nobelpriset i fysik.

Till början


Werner Heisenberg (1901 - 1976)

Heisenberg är kvantfysikens grundläggare. Hans utgångspunkt var att en teori endast bör omfatta sådant som kan observeras. Heisenberg påpekade att den klassiska fyiken med sina bestämda elektronbanor, är omöjlig att experimentellt påvisa eftersom Compton-effekten gör att obsevationen förändrar dem.

Heisenbergs obestämdhetsrealtion. Här fastställer H. gränserna för den noggrannhet med vilken en partikels läge och hastighet samtidigt kan mätas oberoende av mätinstrumentens precision.

Ju mindre ting som skall ses, desto kortare vågor måste skickas emot föremålet. Ju kortare våglängd ljuset har, destor större rörelsemängd har fotonerna och följaktligen påverkas objektet allt mer ju mindre föremål som skall iakttas.

Till början


Peter Higgs (1927 - )

Har kastat fram en hypotes om att en speciell partikel skulle kunna förkla varför de partiklar, som idag betraktas som elementära har så olika massor. Idéen är att elementarpartiklarna drar till sig dessa nya partiklar olika mycket. Denna nya - ännu inte bekräftade - partikel kallas higgspartikel, ett slags boson.

Eventuellt är det felaktigt att tänka sig att det är higgspartiklarna som ger partiklar massa. Mer korrekt tycks vara att tänka sig att massa är en konsekvens av växelverkan.

Vi rekapitulerar att inom partikelfysiken räknar man med fyra krafter: Gravitationskraften, den elektromagnetiska kraften samt den svaga och starka kraften. De förmedlas genom ett utbyte av partiklar, s.k. bosoner. Allt såg fint ut, men noggranna beräkningar visade att det inte gick helt ihop med mindre än att vissa bosoner hade massa. Higgs löste problemet med att lägga in ett fält (inte elektromagnetiskt, men något åt det hållet).Om fotonen håller sig med ett elektromagnetiskt fält så har alltså higgspartikeln ett higgsfält. Higgspartiklarna har alla samma massa och när en annan partikel färdas genom higgsfältet, kommer den att växelverka med higgspartiklarna. De klumpar mer eller mindre ihop sig kring partikeln och ger den en bestämd massa.
(Om jag nu förstått det rätt ... /Patrick L)

Till början


Stephen Hawking (1942 - )

Amerikanen Hawkings vetenskapliga erkännande har han fått genom att framföra en hypotes om att svarta hål måste - av kvantmekaniska orsaker - utstråla energi. I övrigt är han mest känd för sina populär-vetenskapliga verk om kosmos, big bang och singulariteter (= en punkt i rumtiden i vilken rumtidkrökningen är oändlig)

Det stora mediala intresset för Hawking beror nog mest på hans sjukdom, ALS (amyotrofisk lateral skleros) som gjort honom helt förlamad.



Till början