Jos fysiikka pitäisi tiivistää muutamaan sanaan, voisi sen kuvata tutkivan sitä, kuinka meitä ympäröivä maailmankaikkeutemme toimii. Luonnon lainalaisuudet ovat kiinnostaneet ihmisiä varmasti yhtä kauan kuin ihmisiä on ylipäätään ollut – tutkimusmenetelmät ja käytettävissä oleva teknologia ovat toki vuosisatojen aikana muuttuneet!
Fysiikka on varsin laaja käsite, joka tunnetusti kattaa valtavan määrän erilaisia termejä ja käsitteitä. Tässä artikkelissamme teemme pienen matkan tähän termien maailmaan. Kiinnostavia fysiikan termejä ja käsitteitä on toden totta lukematon määrä, mutta käsittelemme tällä kertaa muutamia fysiikan alalla keskeisiä termejä, jotka tulevat kaikille fysiikasta kiinnostuneille ennemmin tai myöhemmin vastaan.
Jos fysiikan opiskelu kiinnostaa tai haluat tutustua fysiikan ilmiöihin puhtaasta mielenkiinnosta, jatka lukemista!
Klassinen ja moderni fysiikka
Kun tutustuu fysiikkaan, huomaa heti, että puhutaan erilaisista fysiikoista: klassisesta ja modernista fysiikasta. Varsinkin jos fysiikan historia kiinnostaa, nämä termit tulevat takuuvarmasti tutuiksi.
Näille fysiikan kausille voi olla erilaisia määritelmiä. Voidaan esimerkiksi karkeasti sanoa, että klassinen fysiikka tarkoittaa fysiikantutkimusta ennen 1900-lukua ja moderni puolestaan aikaa sen jälkeen. Toinen tapa jakaa nämä kaudet on jako Einsteinin suhteellisuusteoriaa edeltävään ja sen jälkeiseen aikaan.
Klassiseen fysiikkaan kuuluu useita erilaisia tutkimusaloja, ja niitä ovat esimerkiksi:
- Klassinen mekaniikka: kappaleiden liike ja liikeilmiöt
- Termodynamiikka eli lämpöoppi: energian muutokset
- Sähkömagnetismi: sähkömagneettisen vuorovaikutuksen ilmiöt
Modernin fysiikan tärkeimpiin vaikuttajiin kuuluvat puolestaan erityinen ja yleinen suhteellisuusteoria. Lisäksi tärkeä modernin fysiikan ala on kvanttimekaniikka, joka tutkii atomia pienempiä hiukkasia.
Nämä eivät suinkaan ole ainoita fysiikan tutkimusaloja. Esimerkiksi astrofysiikka tutkii taivaankappaleita, sovellettu fysiikka käytännön sovellutuksia, biofysiikka puolestaan tutkii elävää elämää fysiikan menetelmin ja ydinfysiikka atomien ytimiä. Kuten huomaamme, fysiikka voi lopulta tarkoittaa hyvinkin erilaisten asioiden tutkimista!
Termejä alkuräjähdyksestä mustiin aukkoihin
Jos fysiikan käsitteitä aletaan käsitellä kirjaimellisesti alusta alkaen, on ensimmäisenä käsittelyyn otettava alkuräjähdys. Se on vallalla oleva teoria siitä, kuinka ympäröivä maailmamme sai alkunsa. Teorian mukaan tuntemamme maailmankaikkeus syntyi vajaa 14 miljardia vuotta sitten erittäin tiheästä ja kuumasta pisteeestä, joka räjähti, minkä jälkeen maailmankaikkeus on jatkuvasti laajentunut. Vaikka tämä onkin vallalla oleva käsitys, ei kaikkia siihen liittyviä kysymyksiä ole vielä tänä päivänäkään ratkottu.
Täydellinen vastakohta äärimmäiselle kuumuudelle on absoluuttinen nollapiste, jossa atomeilla ei enää ole lämpöliikettä. Tämä −273,15 celciusasteen lämpötila on fysiikan lakien mukaisesti alin mahdollinen lämpötila. Vaikka laboratorio-olosuhteissa on päästy lähelle sitä, ei sitä kuitenkaan ole mahdollista saavuttaa – edes teoriassa.
Lämpötila on suure – suureella tarkoitetaan yksinkertaistetusti mitattavissa olevaa ominaisuutta. Lämpötilan ohella muita niin kutsuttuja perussuureita ovat esimerkiksi pituus, massa ja sähkövirta. Näiden perustavanlaatuisten suureiden avulla voidaan määrittää johdannaissuureita. Fysiikan eri aloilla käytettäviä johdannaissuureita, joihin fysiikkaa opiskelevat eivät voi olla törmäämättä, ovat muun muassa kiihtyvyys, voima, paine ja teho.
Liikkeestä puhuttaessa monelle tulevat ensimmäisenä mieleen englantilaisen fyysikon Isaac Newtonin mukaan nimetyt Newtonin lait, jotka ovat klassisen mekaniikan kulmakiviä. Esimerkiksi ensimmäisen lain mukaan kappaleen liike pysyy muuttumattomana, ellei siihen vaikuta jokin ulkopuolinen voima.
Monet tuntevat termin atomi, joka on alkuaineen perusyksikkö. Se ei kuitenkaan ole pienin mahdollinen aineen osa, sillä atomitkin koostuvat osista: protoneista, neutroneista ja elektroneista. Protonit ja neutronit puolestaan koostuvat kvarkeista, jotka ovat alkeishiukkasia, joita ei nykytiedon valossa enää voida jakaa pienempiin osiin.
Tunnetuimpia fysiikan teorioita ovat Albert Einsteinin laatimat erityinen ja yleinen suhteellisuusteoria. Vaikka fysiikka ei olisi muutoin tuttua, suurin osa meistä takuuvarmasti tuntee yhtälön E=mc², joka perustuu erityiseen suhteellisuusteoriaan. Selkokielellä selitettynä se tarkoittaa, että energia on yhtä suuri kuin massa kertaa valon nopeuden neliö. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan massa kaareuttaa ympärillään olevaa avaruutta, mikä vaikuttaa tämän massan ympärillä olevien kappaleiden liikkeeseen.
Painovoima eli gravitaatio, jota Einstein käsitteli suhteellisuusteoriassaan, on yksi fysiikan perusvuorovaikutuksista. Niillä tarkoitetaan luonnon vuorovaikutuksia, joita ei enää voida erottaa pienempiä vuorovaikutuksia. Gravitaation lisäksi tällaisia vuorovaikutuksia ovat sähkömagneettinen vuorovaikutus, vahva vuorovaikutus sekä heikko vuorovaikutus.
Myös musta aukko on termi, johon ei astrofysiikkaan perehtyessä voi olla tutustumatta. Yksinkertaistettuna sillä tarkoitetaan aika-avaruuden kohtaa, josta mikään, ei edes sähkömagneettinen säteily, pysty pakenemaan. Tällaisten äärimmäisen vetovoiman pisteiden havainnointi ei ole aivan yksinkertaista – mustassa aukossa ei tietenkään voi käydä tutkimassa paikkoja. Mustien aukkojen olemassaolo on toki tiedetty jo pitkään, mutta ne ovat tutkimusaiheena yhä ajankohtainen: ensimmäinen kuva mustasta aukosta onnistuttiin koostamaan vuonna 2019!
Nykypäivän kiinnostavia fysiikan käsitteitä
Vaikka paljon on jo tutkittu ja paljon on saatu selville, se ei suinkaan tarkoita, että tutkittavaa ei enää olisi! Fysiikassa nykyäänkin monia mielenkiintoisia tutkimuskohteita ja niihin liittyviä käsitteitä, jotka kiehtovat niin parhaita fysiikan tutkijoita kuin maallikkojakin.
Kun lukee tiedeaiheisia uutisia, on vaikeaa olla törmäämättä kirjainyhdistelmään CERN. Törmäämisestä on toden totta kyse, sillä CERN eli alkuperäiseltä nimeltään Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire on hiukkasfysiikan tutkimuskeskus, joka tunnetaan erityisesti hiukkaskiihdyttimestään. Tällaisessa kiihdyttimessä voidaan tutkia hiukkasia ja niiden käyttäytymistä törmäyttämällä niitä toisiinsa.
Yksi 2000-luvun merkittävimmistä fysiikan saavutuksista on niin kutsutun Higgsin bosonin löytäminen, jossa onnistuttiin CERN:in kiihdyttimessä. Sen löytäminen oli merkittävä virstanpylväs, sillä kyseinen hiukkanen selittää miksi eri hiukkasilla on eri massa. Tällaisen hiukkasen olemassaolo ennustettiin jo 1960-luvulla, mutta se onnistuttiin lopulta löytämään niinkin myöhään kuin 2012!
Monet tietävät, että ydinvoimaloiden toiminta perustuu fissioon, jossa raskaan atomin ydin hajoaa pienemmiksi ytimiksi. Tulevaisuuden kannalta erityisen kiinnostava reaktio on fuusio, jossa puolestaan kaksi kevyempää ydintä yhdistyy yhdeksi raskaammaksi ytimeksi. Tämä muun muassa Auringossa tapahtuva reaktio on kiinnostava erityisesti siksi, että se kykenee tuottamaan monin verroin enemmän energiaa kuin fissio! Ensiaskeleita toimivien fuusioreaktorien kehittämisessä on jo otettu, ja ehkä jonakin päivänä tulevaisuudessa energiaa kyetään tuottamaan sitä hyödyntäen.
Kiinnostuitko fysiikasta?
Kuulostivatko edellä mainitut fysiikan termit kiinnostavilta? Jos vastasit kyllä, on luvassa hyviä uutisia – jos fysiikan käsitteet kiinnostavat, on tietoa runsaasti saatavilla kirjoissa, netissä ja tiedeaiheisissa julkaisuissa. Monet lähteet ovat täysin ilmaisia, joten fysiikan perustavanlaatuisiin ilmiöihin tutustuminen käy nykypäivänä helposti!
Kun fysiikan oppiminen toden teolla kiinnostaa, myös fysiikan yksityistunnit ovat ehdottomasti harkinnan arvoinen vaihtoehto.
Fysiikan yksityistunnit eivät suinkaan ole vain vasta-alkajia varten, sillä niistä voivat hyötyä myös edistyneemmät opiskelijat ja ne, joilla tavoitteet ovat korkealla. Syynä tähän on juurikin se, että asiantunteva fysiikan yksityisopettaja muokkaa opetuskokonaisuudesta juuri kyseessä olevalle oppilaalle sopivan. Fysiikan tunnit voivat esimerkiksi olla hyvä tapa valmistautua pääsykokeisiin. Lisäksi suosittelemme tutustumaan fysiikan kurssit, jotka tarjoavat monipuolisia opintoja ja vahvistavat oppimisen perustaa.
Jos siis termodynamiikka, suhteellisuusteoria tai fysiikan perusteet ylipäätään kiinnostavat, ota suunnaksi Superprof ja löydä juuri sinulle sopiva fysiikan opettaja!
Piditkö tästä artikkelista? Jätä arvostelu!
Ladataan...
