Isaac Newton Philosophiae naturalis principia mathematica 1687

Esitys aiheesta: "Isaac Newton Philosophiae naturalis principia mathematica 1687"— Esityksen transkriptio:

1 Isaac Newton Philosophiae naturalis principia mathematica 1687 liikkeen matemaattinen teoria kappale kulkee suoraviivaisesti ikuisuuksiin ENERGIA SÄILYY putoaminen kohti maapallon keskustaa differentiaalilaskenta

2 matemaattiset ratkaisut:
liike-energia + potentiaalienergia = vakio ellipsi hyperbeli

3 Newton: Kuunylistä ja kuunalista maailmaa hallitsevat samat lait
Maa kiertää Aurinkoa samasta syystä kuin kivi putoaa maan pinnalle Edmund Halley 1705: käytti Newtonin teoriaa komeettojen ratojen selvittämiseen - vuosien 1531, 1607 ja 1682 komeettojen radat samat  sama komeetta, palaa 1758 (Halley kuoli 1742) viimeksi nähtiin 1986, seuraavaksi 2061 2 tietoa  koko rata: deterministinen ’clockwork universe’

4 … mutta miten planeetat osaavat parkkeerata radoilleen?
Newton: Jumala hoitaa asian planeettakunnan näennäinen epä- vakaus Jupiter jarruttelee, Saturnus kiihdyttää Jumalan täytyy ajoittain puuttua aurinko- kunnan kellokoneistoon Laplace 1786: planeetat kohtaavat joka 59. vuosi, nykivät ja työntävät toisiaan, roolit vaihtuvat joka 900. vuosi “Ennen näiden kahden planeetan epäsäännöllisyydet näyt- tivät universaalin gravitaatiolain perusteella selittämättö- miltä - nyt ne muodostavat yhden sen merkittävimmistä todisteista.”

5 planeetat syntyvät murusista
muutama sata miljoonaa vuotta suuret planeetat (Jupiter) siivoavat aurinkokunnan epästabiileja vyöhykkeitä

6

7

8 valosekunti = 300 000 km Maa-Kuu: 1.5 valosekuntia
Maa-Aurinko: 8 valominuuttia Maa-  Centauri: 4.3 valovuotta Linnunrata halk: valovuotta Näkyvä maailmankaikkeus: 13.7 mrd vv Newtonin mekaniikka hyvä likiarvo kun nopeudet paljon pienempiä kuin valon nopeus (vrt. Aniara)

9 ‘sensorium of God’ On olemassa absoluuttinen liike absoluuttinen aika, absoluuttinen avaruus

10 SUPPEAMPI SUHTEELLISUUSTEORIA
Albert Einstein valon nopeus sama liike- tilasta riippumatta MAXWELLIN SÄHKÖDYNAMIIKKA ei absoluuttista aikaa ei absoluuttista avaruutta

11 netoituu jäähtyessään
SÄHKÖ JA MAGNETISMI kts. KE: Näkymätön todellisuus varhaiset havainnot: meripihkaa hangatessa tapahtuu jotakin on olemassa mineraaleja, jotka vetävät rautaa puoleensa meripihka = elektron Magnesia = paikka Turkissa ei kiinnostanut filosofeja Roger Bacon: Petrus Peregrinus ja Epistola de Magnete 1269 William Gilbert, De Magnete 1600 N N S Kuuma rautatanko mag- netoituu jäähtyessään N S S

12 Michael Faraday 1791 -1867 Luigi Galvani & sammakot 1786
Alessandro Volta & sähköparisto 1800 H.C. Ørsted & magneettineula kääntyy kun virtajohdin tuodaan lähelle 1820 Shelley Frankenstein Michael Faraday liikkuva magneetti aiheuttaa virran viereiseen johtimeen: sähkö, magnetismi ja liike ovat kaikki yhteydessä toisiinsa Moderni maailma perustuu Faradayn havaintoihin! Royal Institution, London

13 James Clerk Maxwell sähkö ja magnetismi sidoksissa toisiinsa
sähkömagneettinen kenttä on olemassa sähkömagneettista aaltoliikettä = radioaaltoja (Hertz 1887) valo on myös sähkömagneettista aaltoliikettä Minkä aaltoilua? ääniaalto – ilma laineet – meri valo – eetteri Michelson ja Morley 1887

14 = Maxwellin yhtälöt: sähkö- ja magneettikenttä riippuvat
vain suhteellisesta nopeudesta = vain yksi parametri: valon nopeus c

15 Einstein 1905: ”Sähkömagneettisten kappaleiden liikkeestä”
MITÄ ON LIIKE? MITÄ ON AIKA? MITÄ ON AVARUUS? Einstein 1905: ”Sähkömagneettisten kappaleiden liikkeestä” Missä koordinaatistossa Maxwellin yhtälöt ovat voimassa? Voiko valonsäteen saada kiinni? Einstein: riippuvat vain suhteellisista nopeuk- sista, voimassa kaikissa (tasaisesti liikkuvissa) koordinaatistoissa SUPPEAMPI SUHTEELLISUUSTEORIA Kysymys eetteristä ei ollut Einsteinille tärkeä!

16 sivuhuomautus: Einstein on arvossaan …
[Einstein, Albert, et al ],  ANNALEN DER PHYSIK Band 17  Leipzig Verlag Von Johann Ambrosius Barth Containing the first publications of many important works in physics. With graphs, charts, diagrams and folding plates. 8vo, original blue cloth. A fine copy of this highly important work in the history of science. Albert Einstein's 1905 quantum works are first published here. It is for these works, not the theory of Relativity, that Einstein was awarded the Nobel Prize. $US18500  Buddenbrooks, Inc. ANNALEN DER PHYSIK Annalen der Physik. Leipzig Johann Ambrosius Barth vols., Bound in contemporary morocco-backed marbled boards, half-morocco and pebbled cloth, and library cloth.      First edition of one of the most important scientific journals. The fourth series of this seminal work contains numerous contributions by Einstein and many other of the leading scientists in the world. Included are Einstein's 1905 and 1916 papers on general and special relativity, plus earlier works by Einstein. Other important contributors include Joule, Planck, Pasteur, Eintoven, Angstrom, Helmholtz plus many others. $US25000

17 c c nopeus = matka/aika v muutetaan matkan (avaruuden)
MUTTA MITEN VALON NOPEUS VOI OLLA SAMA KAIKILLE? c nopeus = matka/aika c v muutetaan matkan (avaruuden) ja ajan määritelmiä Riippuvat liiketilasta valon nopeus sama liiketilasta riippumatta

18 ajan määritelmää täytyy muuttaa: ei kosmista vaarinkelloa vaan
valon nopeus vakio liike- tilasta riippumatta ajan määritelmää täytyy muuttaa: ei kosmista vaarinkelloa vaan JOKAISELLA ON OMA AIKANSA PAIKALLINEN AIKA

19 vain suhteellinen nopeus merkitsee:
X’, T’ X, T “Lorentzin muunnos” kertoo miltä asiat näyttävät liikkeessä olevan havaitsijan kannalta vain suhteellinen nopeus merkitsee: 0.7 c 0.7 c

20 Millä nopeudella B liikkuu A:n mielestä?
0.7 c 0.7 c Millä nopeudella B liikkuu A:n mielestä?  mene Lorentzin muunnoksella A:n kyytiin (vastaus = 94% valon nopeudesta)

21 A B v v A:n ja B:n nopeus A:n nopeus Maasta katsoen B:stä katsoen
1% % 10% 19.8% 50% 80% 90% 99.4% 99% % lasketaan yksinkertaisella Lorentz- muunnoskaavalla

22 erot paikallisessa ajassa näkyvät vasta kun
suhteellinen nopeus  valon nopeus 1 vuosi maapallolla nopeus 90% 1/2 vuotta

23 Näistä seuraa kaikki SUPPEAMPI SUHTEELLISUUSTEORIA PÄHKINÄNKUORESSA:
valon nopeus sama kaikille tasaisessa liikkeessä oleville havaitsijoille  Lorentzin muunnokset Näistä seuraa kaikki

24 Miltä Maasta katsottuna näyttää …
aika raketissa aika Maassa kun Maassa on kulunut 24 tuntia 20 h 48 min 12 h 1 h 12 min 6 h 1 50% 87% 1/2 97% 99.9% nopeus % valon nopeudesta 0 % 50 % 100 % Miltä Maasta katsottuna näyttää …

25 aika-avaruus AIKA JA AVARUUS RIIPPUVAT TOISISTAAN raketista katsottuna
’aikadilataatio’ = liikkuva kello jätättää (’aika näyttää puristuvan kasaan’) Lorentz-konraktio = liikkuva metrin mitta näyttää puristuvan kasaan

26 LIIKKUVA KELLO NÄYTTÄÄ JÄTÄTTÄVÄN
v = 4/5 c 12 vuotta SIRIUS 20 vuotta ’KAKSOSPARADOKSI’

27 MUTTA OIKEAA AIKAA EI OLE OLEMASSA!
PAIKALLAAN OLEVA KELLO KÄY NORMAALISTI: RAKETISSA OLEVA KELLO ON PAIKALLAAN RAKETIN SUHTEEN JA SITEN ASTRONAUTIN SYDÄN LYÖ 60 KERTAA MINUUTISSA … … MUTTA KELLOT, JOIDEN SUHTEEN RAKETTI ON LIIKKEESSÄ, MITTAAVAT AIKAA TOISELLA TAVOIN AIKADILATAATIO ON AITO FYSIKAALINEN JA FYSIOLOGINEN ILMIÖ: KOSKEE MYÖS IHMISTÄ järjen vastaista, koska arkisesti kuvittelemme, että on olemassa absoluuttinen aika MUTTA OIKEAA AIKAA EI OLE OLEMASSA!

28 Huom! Liike on suhteellista – ei voi sanoa että raketti on se,
joka liikkuu ’oikeasti’ ’Liikkuva kello jätättää’ = Maassa olevan tarkkailijan mielestä raketin kello jätättää, raketissa olevan tarkkailijan mielestä Maan kello jätättää … … ja molemmat ovat oikeassa! Vasta kun kelloja verrataan levossa toisiinsa, voidaan päättää, kuka on nuorempi