Fysiikka on erittäin mielenkiintoinen tiede, sillä se tutkii maailmankaikkeuden keskeisiä toimintaperiaatteita. Fyysikot pyrkivät selittämään, mitä aine, energia, aika ja muut maailmankaikkeuden ominaisuudet ovat ja kuinka ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään.
Ihmisellä on aina ollut perustavanlaatuinen tarve ymmärtää ympäröivää maailmaa ja selittää luonnon ilmiöitä. Varsinaisesta tieteestä voidaan kuitenkin puhua vasta antiikin ajoista alkaen. Vuosituhansien aikana ymmärrys ja tekniikka ovat parantuneet, mutta fysiikka ei ole koskaan valmista – tutkittavaa riittää aina!
Tutkittavaa on itseasiassa niin paljon, että tutkimusmatkan aloittaminen voi olla vaikeaa. Tässä tämä artikkeli voi tavoittavasti auttaa, sillä se tekee pikakatsauksen
- fysiikan perusperiaatteisiin
- kiinnostaviin fysiikkafaktoihin
- kuuluisiin fyysikoihin.
Perusperiaatteet haltuun
Fysiikka on eksakti luonnontiede. Luonnontiede tarkoittaa sitä, että mielenkiinnon kohteena on ympäröivä luontomme. Jos taas jokin on eksaktia, tavoitteena on saada kokeiden avulla tarkkoja, mitattavissa olevia tuloksia. Fysiikkaa voi luonnehtia myös matemaattiseksi tieteeksi, sillä erilaiset laskutoimitukset ovat fysiikan tutkimuksessa erittäin keskeisessä roolissa.
Fysiikka on käsitteenä laaja, sillä ei ole olemassa yhdenlaista fysiikkaa. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että keskeisiä termejä, käsitteitä ja perusperiaatteita on monia erilaisia tutkimusalan mukaan. Muutamat fysiikan peruskäsitteet kannattaa kuitenkin ottaa heti alkajaisiksi haltuun.
Sellaisia ovat esimerkiksi perusvuorovaikutukset, jotka ovat luonnon vuorovaikutuksia, joista ei voi enää erottaa pienempiä vuorovaikutuksia. Niitä on neljä: painovoima eli gravitaatio, sähkömagneettinen vuorovaikutus, heikko vuorovaikutus ja vahva vuorovaikutus.
Fysiikan lait kuvaavat puolestaan sääntöjä, joita meitä ympäröivä maailma noudattaa. Tunnettu esimerkki on jatkuvuuden laki, jonka mukaan kappale jatkaa suoraviivaista liikettä, ellei siihen vaikuta jokin ulkopuolinen voima.
Myös erilaiset säilymislait kuuluvat fysiikan perustavanlaatuisiin lakeihin: esimerkiksi energian säilymislaki määrittelee, että energiaa ei voi luoda eikä sitä voi hävittää – vain sen muotoa voi muuttaa.
Fysiikassa on lisäksi yleisesti hyväksyttyjä eli vallitsevia teorioita, joita voidaan pitää jo standardina. Hyvä esimerkki on alkuräjähdysteoria, jonka mukaan tuntemamme maailmankaikkeus sai alkunsa erittäin kuumasta ja tiheästä pisteestä, joka räjähti, minkä jälkeen maailmankaikkeus on jatkuvasti laajentunut.
Fysiikan jaottelu
Keskeisiä fysiikan termejä on valtavasti. Vain yhden tutkimusalan kaikkien termien luettelointi olisi melkoinen urakka – fysiikan koko kentällä se olisi melkein mahdotonta. Pelkästään eri tutkimusalojen ja haarojen terminologiassa riittää pureskeltavaa!
Fysiikka on ensinnäkin tapana jakaa kahteen eri kauteen: klassiseen ja moderniin fysiikkaan. Niiden tarkat määritelmät voivat vaihdella lähteen mukaan, mutta ensiksi mainitulla tarkoitetaan karkeasti tutkimusta ennen 1900-lukua ja jälkimmäisellä sen jälkeistä aikaa.
Klassiseen fysiikkaan kuuluu siis esimerkiksi klassinen mekaniikka, termodynamiikka ja sähkömagnetismi, modernin fysiikkaan puolestaan Einsteinin suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka.
Nämä eivät suinkaan ole ainoita fysiikan osa-alueita! Tarkempaa jaottelua voidaan tehdä esimerkiksi tutkimusalojen mukaan: siinä missä astrofysiikka keskittyy taivaankappaleisiin, biofysiikka tutkii elävää elämää fysiikan menetelmin.
Mielenkiintoisia faktoja fysiikasta
Meitä ympäröivän luonnon ja koko maailmankaikkeuden toimintaperiaatteiden selvittäminen on kiehtovaa. Luonto on toden totta ihmeellinen, ja tutkimustyön tuloksena on saatu selville monia mielenkiintoisia fysiikan faktoja.
Tiesitkö esimerkiksi, että alin mahdollinen lämpötila eli absoluuttinen nollapiste on -273,15 celsiusastetta? Laboratorio-olosuhteissa tutkijat ovat päässeet hyvin lähellä sitä, mutta näin kylmä lämpötila on lopulta teoreettinen, eikä sitä ole käytännössä mahdollista saavuttaa.
Toinen hauska fakta liittyy hevosvoimaan,jolla on kuvattu pitkään moottorin tehoa. Äkkiseltään saattaisi ajatella, että yksi hevosvoima vastaa yhden hevosen tuottamaa tehoa, mutta näin ei suinkaan ole. Arvioiden mukaan yksittäinen hevonen voi vastata jopa yli 15 hevosvoimaa!
Entä tiedätkö, kuinka suuri maailmankaikkeus on? Avaruuden valtavasta koosta kertoo ensinnäkin se, että etäisyyksistä puhutaan valovuosissa: yksi valovuosi on matka, jonka valo ehtii kulkea yhden vuoden aikana. Yksi valovuosi on noin 9,5 biljoonaa kilometriä.
Havaittavan maailmankaikkeuden halkaisijan on arvioitu olevan yli 90 miljardia valovuotta! Todellisuudessa maailmankaikkeus on vieläkin suurempi, sillä se laajenee koko ajan. Lisäksi pystymme havainnoimaan vain osia, joista valo ylipäätään on ehtinyt saapua tänne.
William Röntgen sai vuonna 1901 historian ensimmäisen Nobelin fysiikanpalkinnon löydettyään röntgensäteet.
Varsinaisten faktojen lisäksi fysiikan historiaan kuuluu myös tarinoita, jotka eivät ole välttämättä tosia mutta yhtä kaikki mielenkiintoisia ja hauskoja!
Tunnettu esimerkki on tarina kreikkalaisesta Arkhimedeesta, joka istuuduttuaan kylpyyn huomasi, että veden pinta nousi. Tästä inspiroituneena hän kehitteli ns. Arkhimedeen lain: kun kappale upotetaan nesteeseen, siihen kohdistuu ylöspäin suuntautuva voima, joka on yhtä suuri kuin syrjäytetyn nestemäärän paino.
Toisen kuuluisan tarinan mukaan Galileo Galilei pudotti Pisan tornista kaksi eripainoista kuulaa todistaakseen, että putoamiseen kuluva aika ei riipu kappaleen massasta. Tällä tavoin hän kumosi aiemmat näkemykset, joiden mukaan painavammat kappaleet putoaisivat nopeammin kuin kevyemmät.
Kuuluisat fyysikot inspiroivat
Esikuvat tunnetusti innostavat, mikä pätee myös fysiikkaan. Galilein ja Arkhimedeen ohella monet kuuluisat fyysikot ovat muuttaneet maailmaa tutkimustyöllään vuosikymmenten ja -satojen varrella!
Jos tehtävänä on nimetä yksi fyysikko, moni vastaisi Albert Einsteinin. Einstein on monelle fyysikon synonyymi, eikä ihme, sillä hänen yleinen ja erityinen suhteellisuusteoriansa ovat fysiikan historian merkittävimpiä teorioita. Suhteellisuusteoriassaan Einstein esittää, että painovoima on aika-avaruuden kaareutumista.
Yksi viime vuosikymmenten tunnetuimmista fyysikoista ja tieteilijöistä on Stephen Hawking, joka perehtyi erityisesti mustien aukkojen tutkimukseen. Hawking on tunnettu nimi myös varsinaisen tiedeyhteisön ulkopuolella: hänen tietokirjojaan, kuten Ajan lyhyttä historiaa, on myyty miljoonakaupalla ympäri maailman.
Tiede on perinteisesti ollut miesvaltaista, mutta historia tuntee myös ansioituneita naistieteilijöitä! Heistä todennäköisesti kuuluisin on Marie Curie, josta tuli ensimmäisen Nobelin palkinnon saanut nainen vuonna 1903. Curie oli mukana tekemässä uraauurtavaa tutkimusta radioaktiivisuuden parissa, ja hän löysi yhdessä aviomiehensä kanssa poloniumin ja radiumin.
Kuinka fysiikan opiskelu onnistuu?
Kuulostaako jokin edellä mainituista käsitteistä tai tutkimusaloista kiinnostavilta? Saako joku kuuluisa tutkija sinut innostumaan fysiikasta? Jos vastasit kyllä, on aika tarttua tuumasta toimeen!
Fysiikkaan tutustuminen on tänä päivänä helppoa, sillä hyvää oppimateriaalia on saatavilla runsaasti, usein jopa täysin ilmaiseksi! Itseä kiinnostavista ilmiöistä voi lukea niin kirjoista kuin tiedeaiheisista julkaisuistakin. Internet tarjoaa sekin huiman määrän mahdollisuuksia: esimerkiksi opetusvideot ovat hyvä ja havainnollinen tapa oppia fysiikkaa. Lisäksi voit tutustua erilaisten fysiikan kurssit valikoimaan, joka antaa sinulle vielä syventävämpiä oppeja.
Fysiikka on oppiaine sekä peruskoulussa että toisella asteella, ja sitä voi opiskella myös korkeakouluissa. Jos omista kouluajoista on jo aikaa tai muuten vain kaipaa henkilökohtaista otetta opintoihin, fysiikan yksityistunnit ovat varteenotettava vaihtoehto.
Yksityistuntien perusidea on, että asiantunteva fysiikan opettaja laatii opetuskokonaisuuden, joka vastaa kunkin oppilaan tarpeita ja tavoitteita. Näin ollen tunneilla voidaan keskittyä juuri niihin asioihin, jotka oppilasta eniten kiinnostavat. Ne voivat olla fysiikan alkeet, jokin tietty tutkimushaara tai vaikkapa alan pääsykokeisiin valmistautuminen.
Hyvä alusta opettajan löytämiseen on Superprof, joka yhdistää fysiikan yksityisopettajat ja oppilaat. Jokaiseen alustan opettajaan voi tutustua opettajan oman profiilisivun kautta; profiilista löytää tietoa opettajan koulutustaustasta, opetuskokemuksesta, erityisosaamisesta ja tuntien hinnoista. Moni opettaja tarjoaa ensimmäisen tunnin ilmaiseksi, joten hyppää kyytiin ja aloita matkasi fysiikan taituriksi!
Piditkö tästä artikkelista? Jätä arvostelu!
Ladataan...
