Newton och Einsteins huvudsakliga fysiklagar hjälper till att förklara universum

Under årens lopp har en sak som forskare har upptäckt är att naturen i allmänhet är mer komplex än vad vi ger den kredit för. Fysikens lagar anses vara grundläggande, även om många av de hänvisar till idealiserade eller teoretiska system som är svåra att replikera i den verkliga världen.

Liksom andra vetenskapsområden bygger nya fysiklagar på eller modifierar befintliga lagar och teoretisk forskning. Albert Einsteins relativitetsteori, som han utvecklade i början av 1900-talet, bygger på de teorier som först utvecklades mer än 200 år tidigare av Sir Isaac Newton.

Law of Universal Gravitation

Sir Isaac Newtons banbrytande arbete inom fysik publicerades först år 1687 i sin bok ”The Mathematical Principles of Natural Philosophy”, allmänt känd som ”The Principia.” I den skrev han ut kantade teorier om gravitation och rörelse. Hans fysiska gravitationslag säger att ett föremål attraherar ett annat föremål i direkt proportion till deras kombinerade massa och omvänt relaterat till kvadraten på avståndet mellan dem.

Tre rörelselagar

Newtons tre rörelselagar, som också finns i ”The Principia”, styr hur fysiska objekts rörelser förändras. De definierar det grundläggande förhållandet mellan ett objekts acceleration och de krafter som verkar på det.
• Första regel: Ett föremål kommer att förbli i vila eller i ett enhetligt rörelsetillstånd om inte det tillståndet ändras av en yttre kraft.
  

  Andra regeln: Kraften är lika med förändringen i momentum (massa gånger hastighet) över tiden. Med andra ord är förändringshastigheten direkt proportionell mot mängden kraft som appliceras.
  

  Tredje regeln: För varje handling i naturen finns det en lika och motsatt reaktion.
  

Tillsammans utgör dessa tre principer som Newton skisserat grunden för klassisk mekanik, som beskriver hur kroppar beter sig fysiskt under påverkan av yttre krafter.

Bevarande av massa och energi

Albert Einstein introducerade sin berömda ekvation E = mc² i en 1905 tidskriftsinlämning med titeln ”On the Electrodynamics of Moving Bodies.” Tidningen presenterade hans teori om speciell relativitet, baserad på två postulat:

Relativitetsprincipen: Fysikens lagar är desamma för alla tröghetsreferensramar.


Principen om ljusets hastighets konstanta princip: Ljus fortplantar sig alltid genom ett vakuum med en bestämd hastighet, som är oberoende av rörelsetillståndet hos emitterande kropp.

Den första principen säger helt enkelt att fysikens lagar gäller lika för alla i alla situationer. Den andra principen är den viktigaste. Den föreskriver att ljusets hastighet i vakuum är konstant. Till skillnad från alla andra former av rörelse mäts den inte olika för observatörer i olika tröghetsreferensramar.

Termodynamikens lagar

Termodynamikens lagar är faktiskt specifika manifestationer av lagen om bevarande av massenergi när den relaterar till termodynamiska processer. Fältet utforskades först på 1650-talet av Otto von Guericke i Tyskland och Robert Boyle och Robert Hooke i Storbritannien. Alla tre forskarna använde vakuumpumpar, som von Guericke var pionjär för att studera principerna för tryck, temperatur och volym.
Termodynamikens nolllag gör begreppet temperatur möjlig .
• Termodynamikens första lag visar sambandet mellan intern energi, tillförd värme och arbete inom ett system.
• Den andra lagen av termodynamik avser det naturliga värmeflödet inom ett slutet system.
• Den tredje lagen of Thermodynamics

säger att det är omöjligt att skapa en termodynamisk process som är perfekt effektiv.

Elektrostatiska lagar

Två fysiklagar styr förhållandet mellan n elektriskt laddade partiklar och deras förmåga att skapa elektrostatisk kraft och elektrostatiska fält.

• Coulombs lag är uppkallad efter Charles-Augustin Coulomb, en fransk forskare som arbetade på 1700-talet. Kraften mellan två punktladdningar är direkt proportionell mot storleken på varje laddning och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan deras centra. Om föremålen har samma laddning, positiva eller negativa, kommer de att stöta bort varandra. Om de har motsatta laddningar kommer de att attrahera varandra.

Gauss lag

är uppkallad efter Carl Friedrich Gauss, en tysk matematiker som arbetade i början av 19:e århundrade. Denna lag säger att nettoflödet av ett elektriskt fält genom en sluten yta är proportionell mot den inneslutna elektriska laddningen. Gauss föreslog liknande lagar som rör magnetism och elektromagnetism som helhet.

Beyond Basic Physics

Inom relativitets- och kvantmekanikens område har forskare funnit att dessa lagar fortfarande gäller, även om deras tolkning kräver viss förfining för att tillämpas, vilket resulterar i fält som kvantelektronik och kvantgravitation.