Mnniskan
Vrldens 6 viktigaste naturvetenskapliga teorier
Publicerad 10 feb 2012
Av Ludvig Wellander och Andras Wellander
Inom naturvetenskapen anvnds teorier fr att frklara och frutsp olika fenomen. Vi har valt ut de sex viktigaste teorierna.
Naturvetenskap gr ut p att frklara naturen. Hur uppstod universum, varfr flyttar sig kontinenterna, vad r gravitation? Genom observationer, ofta med hjlp av experiment, sker man svaren. Med tiden kan man sedan formulera en teori – det vill sga en samling naturlagar samt en beskrivning av den del av naturen de styr. En teori kan dock vara felaktig, men s lnge den klarar av att frklara och frutsp verkligheten finns ingen anledning att frkasta den. Hr r vrldens sex viktigaste naturvetenskapliga teorier enligt oss.
Naturvetenskap gr ut p att frklara naturen. Hur uppstod universum, varfr flyttar sig kontinenterna, vad r gravitation? Genom observationer, ofta med hjlp av experiment, sker man svaren. Med tiden kan man sedan formulera en teori – det vill sga en samling naturlagar samt en beskrivning av den del av naturen de styr. En teori kan dock vara felaktig, men s lnge den klarar av att frklara och frutsp verkligheten finns ingen anledning att frkasta den. Hr r vrldens sex viktigaste naturvetenskapliga teorier enligt oss.
6. Teorin om plattektonik
Denna geologiska teori frklarar hur jordytan ser ut och frndras.
Jordens inre r delvis flytande, men ytterst finns ett fast skal.[1]
Detta skal, det som geologer kallar litosfren, r sprucket.[1] De
resulterande litosfrplattorna "flyter" p jordens inre, men
inte nog med det – de rr sig omkring ocks.[1] Detta gr att plattor
kolliderar, glider isr eller gnids mot varandra.[1] Dessa rrelser ser vi
som att kontinenterna driver omkring p jordytan, det som kallas
kontinentaldrift.[1]
Rrelserna resulterar ocks i jordbvningar och geologiska strukturer ssom vulkaner, djuphavsgravar och bergskedjor.[1]
Varfr plattorna rr sig och inte bara ligger stilla r inte helt klart, men det rr sig troligtvis om strmmar av vrme i jordens flytande inre, likt hur stigande varm luft orsakar blst.[1]
Rrelserna resulterar ocks i jordbvningar och geologiska strukturer ssom vulkaner, djuphavsgravar och bergskedjor.[1]
Varfr plattorna rr sig och inte bara ligger stilla r inte helt klart, men det rr sig troligtvis om strmmar av vrme i jordens flytande inre, likt hur stigande varm luft orsakar blst.[1]
Annons
Annons
5. Teorin om naturligt urval
P 1700-talet kom teorier om
evolution, det vill sga teorier om hur jordens arter har utvecklats,
evolverat, ver tid och inte varit likadana sedan de skapades eller uppstod.[2] En
biologiskt korrekt frklaring till p vilket stt evolution sker kom frn Charles
Darwin p 1800-talet.[2] Teorin sger att den individ som r bst anpassad
till den milj den lever i, har strst chans att verleva och f
fortplantningsduglig avkomma, och drmed fra sina egenskaper vidare.
Naturen sorterar allts ut de individer som r "svagast", eller snarare
– minst lmpade att leva i den milj de lever i.[2] Det har naturen gjort
sedan livet uppstod fr flera miljarder r sedan och drfr ser arterna
ut som de gr idag.[2]
Hur nya egenskaper uppstod eller rvdes visste dock inte Darwin, men det vet vi idag och teorin om naturligt urval r drfr relativt komplett.[2] Egenskaperna hrstammar frn DNA och detta DNA frs vidare till nsta generation.[2] Nya egenskaper uppstr genom en spontan frndring i DNA:t, en s kallad mutation.[2] De allra flesta mutationerna r negativa eller ondiga.[2] Men vissa mutationer, som till exempel giraffens lnga hals, r frdelaktiga och kan genom det naturliga urvalet fras vidare till nsta generation.[2]
Hur nya egenskaper uppstod eller rvdes visste dock inte Darwin, men det vet vi idag och teorin om naturligt urval r drfr relativt komplett.[2] Egenskaperna hrstammar frn DNA och detta DNA frs vidare till nsta generation.[2] Nya egenskaper uppstr genom en spontan frndring i DNA:t, en s kallad mutation.[2] De allra flesta mutationerna r negativa eller ondiga.[2] Men vissa mutationer, som till exempel giraffens lnga hals, r frdelaktiga och kan genom det naturliga urvalet fras vidare till nsta generation.[2]
4. Big Bang-teorin
Big Bang-teorin vxte fram under 1900-talets senare hlft och r idag ett ramverk fr astronomers arbete (det finns dock astronomer som inte gillar den).[3] Teorin frklarar kort och gott hur vrt universum uppstod.[3]
Teorin sger att det universum vi lever i idag uppstod av sig sjlvt ur en liten prick.[3] En prick s liten att den inte hade ngon storlek, och s varm att den hade ondligt hg temperatur – en singularitet.[3] Det ska dock nmnas att singulariteten inte r helt frstdd av astronomer eller fysiker, men liten och varm var den i alla fall.[3] Av ngon outgrundlig anledning brjade vrt universum expandera hastigt ur denna singularitet.[3]
Trots namnet "Big Bang" handlade det inte om ngon explosion i ett redan existerande rum, utan en hastig expansion av sjlva rummet.[3] Och samtidigt som rummet uppstod, uppstod ven tiden.[3]
Nr universum expanderade som snabbast, 10-36 till 10-32 sekunder efter Big Bang, vxte det lika mycket som om en tioring skulle vxa till att bli 10 miljoner bredare n Vintergatan.[3] Sedan avtog hastigheten p expansionen, ven om den aldrig slutade, och p senare (miljarder) r har expansionshastigheten terigen kat.[3]
Teorin sger att det universum vi lever i idag uppstod av sig sjlvt ur en liten prick.[3] En prick s liten att den inte hade ngon storlek, och s varm att den hade ondligt hg temperatur – en singularitet.[3] Det ska dock nmnas att singulariteten inte r helt frstdd av astronomer eller fysiker, men liten och varm var den i alla fall.[3] Av ngon outgrundlig anledning brjade vrt universum expandera hastigt ur denna singularitet.[3]
Trots namnet "Big Bang" handlade det inte om ngon explosion i ett redan existerande rum, utan en hastig expansion av sjlva rummet.[3] Och samtidigt som rummet uppstod, uppstod ven tiden.[3]
Nr universum expanderade som snabbast, 10-36 till 10-32 sekunder efter Big Bang, vxte det lika mycket som om en tioring skulle vxa till att bli 10 miljoner bredare n Vintergatan.[3] Sedan avtog hastigheten p expansionen, ven om den aldrig slutade, och p senare (miljarder) r har expansionshastigheten terigen kat.[3]
3. Den speciella relativitetsteorin
Den speciella relativitetsteorin skapades av Albert Einstein under hans produktiva r 1905.[4] Teorin utgr frn en enkel princip, nmligen den att alla naturens lagar r desamma verallt.[4] Till exempel rr sig en elektromagnetisk vg likadant verallt i universum, vilket innebr att ljusets hastighet alltid r densamma.[4]
Ljusets konstanta hastighet kan exemplifieras s hr: Frestll dig en flicka och en pojke som str en bit i frn varandra. Flickan kastar en boll till pojken och pojken kastar tillbaks den. D bestmmer sig flickan fr att kasta bollen snabbare. Flickan tar sats, det vill sga springer mot pojken, och kastar bollen. Bollen lmnar flickans hand med samma hastighet som nr hon stod stilla och kastade.[4] Men bollen nr pojken med hgre hastighet n innan – bollens hastighet plus flickans hastighet.[4] Allt i enlighet med fysikens lagar.[4]
Men, fysikens lagar sger ngot annat om ljuset. Frestll dig nu att flickan "kastar" en ljusstrle till pojken. Detta gr hon genom att en kort stund tnda en ficklampa riktad mot honom. Ljusstrlen lmnar flickan med en hastighet av 300 000 000 m/s (ljusets hastighet avrundat) och trffar pojken i 300 000 000 m/s.[4] n s lnge stmmer det verens med bollen. Men, nu vill flickan "kasta" ljusstrlen snabbare mot pojken. Hon tar sats, det vill sga springer mot pojken, tnder ficklampan och slcker den igen. Ljuset lmnar terigen flickan i 300 000 000 m/s, men trffar ocks pojken i 300 000 000 m/s.[4] Att flickan tog sats spelade allts ingen roll. Ljuset kommer alltid att lmna en observatr och trffa en observatr i samma hastighet, oavsett om denna observatr rr sig i frhllande till riktningen ljuset kommer ifrn.[4]
Att ljusets hastighet alltid r densamma fr alla observatrer medfr att tid och rum kan frndras.[4] Till exempel skulle en observatr som stod p en perrong och sg ett tg rusa frbi i hg fart se tget som extra kort, medan en resenr p tget skulle se personen p perrongen som extra smal (kom ihg att vi ser med hjlp av ljusstrlar).[4] Dessutom skulle personen som stod p perrongen och tittade p tget se att resenrerna i det rrde sig som i slow motion, medan resenrerna skulle se det som att personen p perrongen rrde sig i slow motion.[4] Nu har du kanske inte upplevt detta nr du tittat p tg, och det beror p att tget mste rra sig runt 80 % eller mer av ljushastigheten fr att dessa s kallade relativistiska effekter ska brja mrkas nmnvrt.[4] Och d skulle du ha smrre problem med att hinna se tget ocks.
Trots att vi inte upplever dessa effekter i vrt vardagliga liv har teorin bland annat stor betydelse inom astronomin, dr de objekt man observerar ofta rr sig i stora hastigheter relativt till jorden.[4] Det finns till exempel galaxer som rr sig bort frn oss i 80 % av ljushastigheten.[4] Utan den speciella relativitetsteorin skulle inte mycket bli rtt inom astronomin.[4] Likas behvdes den fr att de gamla tjock-TV-apparaterna skulle fungera, d elektroner skts ur bildrret mot skrmen i vldigt hg hastighet. Utan teorin hade bilden blivit suddig,[4] och tnk vad mycket vi hade missat p TV d.
Som om inte detta vore nog blev fljden av den speciella relativitetsteorin formeln: E = mc2. Denna enkla formel sger att massa och energi r tv ansikten av samma sak – en sorts massenergi.[4] Enklast att tnka r att materia r en energiform, precis som rrelseenergi eller vrmeenergi.[4] Man kan tnka p materia som "stillastende" energi.[4] Om all energi i en penna skulle omvandlas till andra mer "rrliga" energiformer som vrmeenergi och elektromagnetisk strlning, skulle det ungefr motsvara en atombomb.[4] Frstelsen om att materia kan bli till andra energiformer har haft jttestor betydelse.[4] Till exempel omvandlas en del av urankrnornas materia till annan energi i krnkraftverk.[4]
Ljusets konstanta hastighet kan exemplifieras s hr: Frestll dig en flicka och en pojke som str en bit i frn varandra. Flickan kastar en boll till pojken och pojken kastar tillbaks den. D bestmmer sig flickan fr att kasta bollen snabbare. Flickan tar sats, det vill sga springer mot pojken, och kastar bollen. Bollen lmnar flickans hand med samma hastighet som nr hon stod stilla och kastade.[4] Men bollen nr pojken med hgre hastighet n innan – bollens hastighet plus flickans hastighet.[4] Allt i enlighet med fysikens lagar.[4]
Men, fysikens lagar sger ngot annat om ljuset. Frestll dig nu att flickan "kastar" en ljusstrle till pojken. Detta gr hon genom att en kort stund tnda en ficklampa riktad mot honom. Ljusstrlen lmnar flickan med en hastighet av 300 000 000 m/s (ljusets hastighet avrundat) och trffar pojken i 300 000 000 m/s.[4] n s lnge stmmer det verens med bollen. Men, nu vill flickan "kasta" ljusstrlen snabbare mot pojken. Hon tar sats, det vill sga springer mot pojken, tnder ficklampan och slcker den igen. Ljuset lmnar terigen flickan i 300 000 000 m/s, men trffar ocks pojken i 300 000 000 m/s.[4] Att flickan tog sats spelade allts ingen roll. Ljuset kommer alltid att lmna en observatr och trffa en observatr i samma hastighet, oavsett om denna observatr rr sig i frhllande till riktningen ljuset kommer ifrn.[4]
Annons
Annons
Att ljusets hastighet alltid r densamma fr alla observatrer medfr att tid och rum kan frndras.[4] Till exempel skulle en observatr som stod p en perrong och sg ett tg rusa frbi i hg fart se tget som extra kort, medan en resenr p tget skulle se personen p perrongen som extra smal (kom ihg att vi ser med hjlp av ljusstrlar).[4] Dessutom skulle personen som stod p perrongen och tittade p tget se att resenrerna i det rrde sig som i slow motion, medan resenrerna skulle se det som att personen p perrongen rrde sig i slow motion.[4] Nu har du kanske inte upplevt detta nr du tittat p tg, och det beror p att tget mste rra sig runt 80 % eller mer av ljushastigheten fr att dessa s kallade relativistiska effekter ska brja mrkas nmnvrt.[4] Och d skulle du ha smrre problem med att hinna se tget ocks.
Trots att vi inte upplever dessa effekter i vrt vardagliga liv har teorin bland annat stor betydelse inom astronomin, dr de objekt man observerar ofta rr sig i stora hastigheter relativt till jorden.[4] Det finns till exempel galaxer som rr sig bort frn oss i 80 % av ljushastigheten.[4] Utan den speciella relativitetsteorin skulle inte mycket bli rtt inom astronomin.[4] Likas behvdes den fr att de gamla tjock-TV-apparaterna skulle fungera, d elektroner skts ur bildrret mot skrmen i vldigt hg hastighet. Utan teorin hade bilden blivit suddig,[4] och tnk vad mycket vi hade missat p TV d.
Som om inte detta vore nog blev fljden av den speciella relativitetsteorin formeln: E = mc2. Denna enkla formel sger att massa och energi r tv ansikten av samma sak – en sorts massenergi.[4] Enklast att tnka r att materia r en energiform, precis som rrelseenergi eller vrmeenergi.[4] Man kan tnka p materia som "stillastende" energi.[4] Om all energi i en penna skulle omvandlas till andra mer "rrliga" energiformer som vrmeenergi och elektromagnetisk strlning, skulle det ungefr motsvara en atombomb.[4] Frstelsen om att materia kan bli till andra energiformer har haft jttestor betydelse.[4] Till exempel omvandlas en del av urankrnornas materia till annan energi i krnkraftverk.[4]
2. Den allmnna relativitetsteorin
Den speciella relativitetsteorin hade dock en svaghet. Den gllde bara vid likformig rrelse, det vill sga nr tv objekt rr sig med konstant hastighet och i rak linje i frhllande till varandra.[4] Men sker inte samma frvrngning av tid och rum ven om rrelsen inte r likformig, till exempel nr en fallskrmshoppare accelererar mot jordytan? Jod, det gr det, men de matematiska formlerna fr att rkna ut det var svrare att ta fram, s Albert Einstein var inte klar med dessa frrn 1916[4] (vilken amatr).
Den allmnna relativitetsteorin r mer komplicerad n den speciella, men r andra sidan nnu viktigare.[4] Den ger nmligen dessutom den bsta frklaringen av vad gravitation r.[4]
Innan 1916 var det en gta hur mnen kunde hllas kvar i omloppsbana av jorden, utan att mnen och jorden p ngot stt verkade vara i kontakt med varandra.[4] Einstein gav lsningen – jorden, liksom allt annat med massa, krker rummet.[4] P bilden r detta skdliggjort, men notera att det tredimensionella rum vi lever i hr liknas med en tvdimensionell yta.[4] Resultatet av denna krkning av rummet blir att mnen dras i den sluttande rumtiden mot jorden.[4] Dock har mnen sedan den bildats haft en hastighet vinkelrt mot jordens dragningskraft, och drfr dras den inte in mot jorden, utan ndrar bara stndigt riktning och hamnar drfr i omloppsbana.[4] En omloppsbana kan liknas med om man stter fart p en stenkula i "tratten" p bilden.[4] Stenkulan skulle med rtt hastighet fortstta runt, runt i tratten i all evighet, precis som mnen runt jorden.[4]
Den allmnna relativitetsteorin r mer komplicerad n den speciella, men r andra sidan nnu viktigare.[4] Den ger nmligen dessutom den bsta frklaringen av vad gravitation r.[4]
Innan 1916 var det en gta hur mnen kunde hllas kvar i omloppsbana av jorden, utan att mnen och jorden p ngot stt verkade vara i kontakt med varandra.[4] Einstein gav lsningen – jorden, liksom allt annat med massa, krker rummet.[4] P bilden r detta skdliggjort, men notera att det tredimensionella rum vi lever i hr liknas med en tvdimensionell yta.[4] Resultatet av denna krkning av rummet blir att mnen dras i den sluttande rumtiden mot jorden.[4] Dock har mnen sedan den bildats haft en hastighet vinkelrt mot jordens dragningskraft, och drfr dras den inte in mot jorden, utan ndrar bara stndigt riktning och hamnar drfr i omloppsbana.[4] En omloppsbana kan liknas med om man stter fart p en stenkula i "tratten" p bilden.[4] Stenkulan skulle med rtt hastighet fortstta runt, runt i tratten i all evighet, precis som mnen runt jorden.[4]
1. Kvantfysik (kvantmekanik eller kvantteori)
Medan den allmnna relativitetsteorin beskriver objekt med vsentlig massa
och drmed den stora vrlden, beskriver kvantfysiken den mikroskopiska
vrlden (hos atomer och nnu mindre partiklar spelar faktiskt
gravitationen, som beror p ett objekts massa, i stort sett ingen roll alls jmfrt med andra krafter).[4]
Kvantfysiken har sin grund i att energi finns i form av paket. Dessa paket kallas kvanta. Det kan liknas med glassar. Man kan i en affr kpa 1 glass eller 2 glassar, men inte 1,5 glass. Likas finns det 1 kvanta eller 2 kvanta, men inte 1,5 kvanta.[4] Dessa fasta energisteg fr mnga fljder inom fysiken, och kvantteorin ligger bakom nstan allt inom modern partikelfysik.[4] Det r de fasta energiniverna som frklarar varfr elektroner bara kan finnas p vissa avstnd frn atomkrnan, s det r allts kvantteorin som ligger bakom den solsystemslika atommodell vi fick lra oss i skolan.[4] Drmed frklarar kvantteorin alla kemiska reaktioner.[4]
Kvantfysiken har sin grund i att energi finns i form av paket. Dessa paket kallas kvanta. Det kan liknas med glassar. Man kan i en affr kpa 1 glass eller 2 glassar, men inte 1,5 glass. Likas finns det 1 kvanta eller 2 kvanta, men inte 1,5 kvanta.[4] Dessa fasta energisteg fr mnga fljder inom fysiken, och kvantteorin ligger bakom nstan allt inom modern partikelfysik.[4] Det r de fasta energiniverna som frklarar varfr elektroner bara kan finnas p vissa avstnd frn atomkrnan, s det r allts kvantteorin som ligger bakom den solsystemslika atommodell vi fick lra oss i skolan.[4] Drmed frklarar kvantteorin alla kemiska reaktioner.[4]
Annons
Annons
Referenser (och vidare lsning)
[1]
Coenraads, Robert R.; Koivula, John I (2007) Geologica: Earth's Dynamic Forces. Sydney. Millenium House.
[2]
Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, Craig H (2004) Life: The Science of Biology. 7th ed. Sunderland. Sinauer Associates, Inc.
[3]
Whittle, Mark (2008) Cosmology: The History and Nature of Our Universe (frelsningar online). The Great Courses.
[4]
Wolfson, Richard (2000) Einstein's Relativity and the Quantum Revolution: Modern Physics for Non-Scientists (frelsningar online). 2nd ed. The Great Courses.
Liknande
Senaste
Rymden
Sport
Mnniskan
Byggnadsverk
Byggnadsverk
Jorden
