Fysiikan peruskäsitteitä lapsiperheen arjessa

Pari viikkoa sitten availin matematiikan käsitteitä lapsiperheen silmin. Tänään sitten ajattelin kirjoittaa fysiikasta samoja juttuja. 

Joten tässäpä niitä sitten tuli laitettua ylös. Erilaisia fysiikan peruskäsitteitä tai kuuluisia ajatelmia.


Energian säilyvyyden laki eli Termodynamiikan ensimmäinen peruslaki: Eristetyssä systeemissä energian määrä on vakio, se on sama kaikkina ajanhetkinä. Energiaa ei voi syntyä eikä kadota.

Tämä siis tarkoittaa, että energia voi muuttaa muotoaan vaikkapa liike-energiasta lämpöenergiaksi tai potentiaalisesta energiasta liike-energiaksi, mutta kokonaismäärä energiaa on aina sama. Käytännössä se tarkoittaa juuri sitä mitä siinä kirjoitetaan. Energia ei lopu. Se ei lopu aamulla. Se ei lopu illalla. Se ei lopu yöllä, pihalla, keittiössä, parvekkeella, suihkussa tai missään muuallakaan. Se on ihan käsittämätöntä, että se ei vaan lopu se energia.

Schrödingerin kissa
Kvanttimekaniikan yksi perusajatuksista on se, että kvanttimekaanisella kappaleella voi olla useampia olomuotoja yhtäaikaisesti epävarmuusperiaatteen mukaan. Schrödingerin ajatus pyrkii tutkimaan sitä, missä kohtaa toinen olomuoto lakkaa olemasta ja toinen muuttuu vallitsevaksi. 

Tätä voidaan kuvata esimerkiksi seuraavalla tavalla. Lapsi on omassa huoneessaan. Hän voi olla tekemässä jotain todella tyhmää tai olla tekemättä. Meillä ei ole mitään keinoa selvittää onko näin juuri tällä hetkellä tapahtumassa. Tästä syystä kumpikin mahdollisuus ja kumpikin mahdollinen lapsi (tyhmää tekevä ja tekemätön) ovat olemassa, kunnes voimme varmistua asiasta jonkinlaisen havainnon keinoin.

Yleensä lapsi on tekemässä jotain tyhmää, jos meillä ei ole keinoa nähdä onko näin.

Erityinen suhteellisuusteoria
Usein tämä sekoitetaan yleiseen suhteellisuusteoriaan, jotka molemmat ovat alunperin Albert Einsteinin ajatuksia. Erityinen suhteellisuusteoria on kuitenkin se, josta johdetaan kuuluisa kaava E=mc²

Itse suhteellisuusteoria käsittelee sitä, että fysiikan lait ovat samat aina ja kaikkialla, eikä maailmankaikkeudessa ole olemassa mitään tiettyä pistettä, joka toimisi muiden pisteiden nollapisteenä. 

On siis olemassa paikkoja, joissa lapsen pudottama ruoka ei tipu lattialle, mutta ei mitään sellaista paikkaa, jossa lapsen heittämä puuro ei sisältäisi suurta määrää liike-energiaa. Maapallolla vallitsevat sellaiset olosuhteet, että liike-energia riittää kuljettamaan puuron helposti ruokapöydästä olohuoneen toiselle puolelle.

Arkhimedeen laki
Jos kappale on upotettu fluidiin, fluidi kohdistaa kappaleeseen ylöspäin työntävän voiman, joka on yhtä suuri kuin kappaleen syrjäyttämän fluidimäärän paino. 

Tämä siis tarkoittaa, että kappale syrjäyttää aina tietyn määrän vettä ja jos syrjäytetyn vesimäärän paino on suurempi kuin kappaleen itsensä, se kelluu. Tästä johtuu se, että painavatkin esineet voivat kellua, koska niiden muoto syrjäyttää enemmän nestettä.

Lapsikin voi siis kellua kylpyammeessa, mutta syrjäytetty vesi ei kaikki mahdu lattiakaivosta kerralla. Kannattaa myös miettiä kuinka suuressa kylpyammeessa kellumista tai Arkhimedeen lakia kannattaa kokeilla.


Pimeä aine
Pimeä aine on materiaa, jota ei voida havaita, koska se ei lähetä minkäänlaista säteilyä tai myöskään vastaanota sitä. Sen oletetaan kuitenkin muodostavan suurimman osan maailmankaikkeuden massasta ja sen vaikutuksia voidaan laskea painovoiman ja heikon vuorovaikutuksen kautta.  

Pimeän aineen koostumuksesta ei ole olemassa varmaa tietoa tai tieteellistä konsensusta. Ottaen huomioon sen ominaisuudet, huomaamattomuuden ja epäsäännöllisen ilmenemisen on hyvin todennäköistä, että pimeä aine on legoja.

Heikko vuorovaikutus
Heikko vuorovaikutus on yksi fysiikan neljästä perusvuorovaikutuksesta. Se on hiukkasten välinen voima, joka voi muuttaa hiukkasen toiseksi. Se mahdollistaa mm. radioaktiivisen hajoamisen.

Heikkoa vuorovaikutusta voidaan kuvata voimana, joka pienimmällä mahdollisella energiamäärällä tuottaa erilaisia hiukkasia olemassaolevista hiukkasista vaihtamalla niiden kvarkkien makuja. 

En minä tiedä miten tämä liittyy lapsiperheen elämään mitenkään... miettikää nyt, kvarkkien makuja, hiukkasmuutoksia... 

Ja oikeasti näistä kvarkeista... Kvarkki sai nimensä kännilaulun mukaan. Kvarkkien maut ovat ylös, alas, pohja, huippu, outo ja lumo. Ja sen sijaan, että ne olisi esimerkiksi vanilja ja suklaa... 

Ai mutta nehän oli niitä alunperin... siis oikeasti kvarkeilla oli makuina vanilja ja suklaa. 

Ja maullahan ei tarkoiteta makua vaan suuntaa. Suuntaa taas ei voi käsittää ylös tai alas -käsitteenä, koska sellaisia ei ole ja kvarkit ovat kaiken lisäksi aina vangittuina vähintään yhden muun kvarkin kanssa.

Paitsi ehkä kvarkkitähdissä ja maailmankaikkeuden alussa. Jos tämä vankeus yritetään purkaa syntyy uusi kvarkki, joka muodostaa uuden vankeuden... 

Tai siis joo... toi voisi ihan hyvin olla kenen tahansa taaperon juttuja. Ehkä tässä onkin jotain pointtia.

Oikeasti... kvarkit.