Tröghet

Wikipedia

Se även Tröghet (andra betydelser).

Tröghet definieras inom fysiken som en motvilja till rörelseförändring. Den kan därför upplevas som en fiktiv kraft. Begreppets innebörd har utvecklats i tiden med naturvetenskapens landvinningar, men än i dag är dess sanna natur inte helt utredd.

Tröghet uppfattad som en vetenskaplig princip - som en kortform för "tröghetsprincipen som den beskrevs av Isaac Newton i hans första rörelselag" - kan inte mätas. I vanligt språkbruk används termen "tröghet" också för att kvalitativt hänvisa till ett föremåls "benägenhet att motstå hastighetsändringar", vilket bestäms av dess massa och ibland till dess rörelsemängd, beroende på sammanhanget.

[redigera] Historik och begreppets framväxt

[redigera] Antika och medeltida uppfattningar

Antikens filosofer intresserade sig tidigt för rörelse. Redan på 400-talet före vår tideräkning ville Zenon från Elea med sina paradoxer visa att rörelse var omöjlig. Begreppet tröghet var dock inte påtänkt och det blir en modern övertolkning att skylla den för orsak.

Till Aristoteles kärnpunkter hör hans rörelselära^[1], som är kopplad till kosmologin och definierar tre huvudtyper av rörelse:

Naturlig rörelse, a. nedåtriktad mot universums centrum, b. uppåtriktad mot universums periferi eller c. cirkulär
Påtvingad rörelse, som den kastade stenens
Frivillig avsiktlig rörelse, som endast gäller för levande varelser

Till detta är de fem elementen jord, luft, eld, vatten och kvintessensen kopplade. Tyngd och lätthet såg Aristoteles som uttryck för elementens vilja att återförena sig med den region där de hörde hemma. Elementen strävar alltså efter att uppnå ett viloläge, när de satts i rörelse. Vila blir enligt Aristoteles det naturliga tillståndet för all materia på jorden. Denna elementens vilja fick gälla för tröghet i nästan 2000 år.

[redigera] Tröghet inom klassisk mekanik

Tröghetsprincipen är ett grundläggande begrepp i dynamiken, den gren inom mekaniken, som används för att beskriva materiens rörelse och hur den påverkas av krafter:

Varje kropp i ett isolerat system förblir i sitt tillstånd av vila eller konstant rörelse rakt fram, försåvitt den inte tvingas att ändra sin tillvaro av påverkande krafter

I Newtons ekvation

$\ {F=ma}$

(kraft = massa * acceleration)

definieras m som den tröga massan. Tidigt utfördes experiment för att utröna om den tröga massan var densamma som den tunga massan, där den tunga massan definieras genom

$\ {F = G{( m_1 m_2) \over {r^2}} }$

eller

$\ {F = {m_1g} }$

med

$\ {g = {Gm_2 \over r^2} }$ .

Experimenten kan inte inom felmarginalerna påvisa någon skillnad dessa massor emellan. Detta blev en viktig utgångspunkt för Einstein, när han formulerade sin speciella relativitetsteori.

[redigera] Tröghet i relativistisk mekanik och kosmologi

Den matematiska grunden för speciella relativitetsteorin är Lorentztransformationen. Denna är en uppsättning ekvationer som talar om hur tids- och rumskoordinater mäts i olika inertialsystem. Relativitetsteorin utgår från att ljusets hastighet är densamma i alla referenssystem, vilket är tillräckligt för dess härledning. Istället för den klassiska fysikens rörelsemängd, $\vec{p} = m \vec{v}$ , visar Einstein att rörelsemängden i själva verket är $\vec{p} =\gamma m\vec{v}$ , där $γ$ är lorentzfaktorn, som beror på hastigheten $\vec{v}$ . Newtons andra lag med utgångspunt från tidsvariationen i rörelsemängden gäller även i den speciella relativitetsteorins dynamik och ger då följande uttryck för kraften

$F=\frac{d p}{d t} = \gamma^3 m{a}$

där m fortfarande är den tröga massan.

Fastän begreppet massa (och därmed även tröghet) fortfarande är i bruk, så finner man - särskilt på ett heuristiskt plan - att inom allmänna relativitetsteorin de väsentliga fysiska uttrycken (de som uppträder i Einsteins fältekvationer) är stressenergitensorn och Riccis krökningstensor, så har i viss mening tröghetsbegreppet överskridits. Med en parafras på Kuhn, så kan vi säga att den relativistiska mekaniken utgör en ny paradigm av klassisk mekanik. Därför föds de bägge teoriernas begrepp ur svårigheten att sätta dem i relation. I stressenergitensorn är det dock möjligt att känna igen termer, som är ett mått på masstäthet och energi täthet.

[redigera] Tolkningar

Kring begreppets sanna natur och inneboende ursprung råder delade meningar, i vilket några få ser en utmaning, som lockar till fortsatt spekulation om vad detta i grunden är för något.

[redigera] Trög massa och massa som ett mått på tröghet

Eftersom Einstein använde trög massa för att beskriva den speciella relativitetsteorin, så är "trög massa" intimt förknippad med "relativistisk massa" och är därför artskild från "vilomassa".

[redigera] Inertialsystem och referensramar

Huvudartikel: Inertialsystem

Vid slutet av sitt liv verkar det som Einstein blivit övertygad om att rumtid är en ny form av eter, som på något sätt tjänar som referensram för egenskapen tröghet ^[2] (Kostro, 2000).

Detta avsnitt är bara påbörjat. Du kan hjälpa till genom att fylla i mer.

[redigera] Relativistiska föreställningar

Även om beskrivningen av tröghet som den ges av Newtons lag fortfarande är grundläggande standard för klassisk fysik, så har den förfinats och utvidgats för att avspegla hur förståelsen av relativitetsteori och kvantfysik utvecklats. Detta har lett till något annorlunda och mer matematiska tolkningar.

[redigera] Tröghetens ursprung enligt mer aktuella teorier

Den som ser på tröghet som en manifestation av massa, bör interessera sig för partikelfysikens ideer om Higgs boson. Detta är ett intensivt fält för avancerad forskning och nya uppslag blir snabbt kommenterade.

Enligt partikelfysikens standardmodell så är elementarpartiklarna praktiskt taget masslösa. Deras massor (och därmed deras tröghet) härrör från Higgsmekanismen via utbyte med ett allt genomträngande Higgsfält. Detta kräver existensen av ännu icke upptäckt elementarpartikel, Higgsbosonen.

Om man är böjd att uppfatta tröghet som en principiell egenskap knuten till massa, så får man man arbeta efter andra linjer. Antal forskare som kläcker nya idéer här är färre. Det som kommit fram under senare år är därför ännu att betrakta som protovetenskap, men illustrerar hur teoribildningen på området avancerar.

En artikel av den svensk-amerikanske fysikern Johan Masreliez föreslår att tröghetsfenomenet kan förklaras, om de metriska koefficienterna i Minkowskis linjeelement skulle ändras som en konsekvens av acceleration. En viss skalfaktor upptäcktes, som modellerar tröghet som en gravitationell typ av effekt ^[3].

I ett påföljande paper för Physica Scripta^[4] förklarar han, hur den speciella relativittetsteorin kan vara förenligt med ett universum som har en fix och unik kosmologisk referensram. Lorentztransformationen skulle kunna modellera "formbildning"(morphing) hos partiklar i rörelse, något som kan bevara deras egenskaper genom att förändra deras lokala rumtidsgeometrier. På så vis blir geometrin dynamisk och en integrerad del av rörelsen. Han hävdar att denna förändrade geometri är tröghetens ursprung; den påstås alstra tröghetskraften. Dessa nya tankar har hittills bara granskats av tidskrifternas pärer och några få av övriga vetenskapssamhället. Om de gillas, skulle tröghet kunna vara en fiffig egenskap som förbinder den speciella med den allmänna relativitetsteorin.

Ett annat upplägg har föreslagits av Emil Marinchev (2002) ^[5].

[redigera] Referenser

^ Sinnerstad, U.; Från stjärnskådning till rymdforskning. Lund (1985). ISBN –9157801770
^ Kostro, Ludwik; Einstein and the Ether Montreal, Apeiron (2000). ISBN 0-9683689-4-8
^ Masreliez C. J., On the origin of inertial force, Apeiron (2006)
^ Masreliez, C.J., Motion, Inertia and Special Relativity – a Novel Perspective, Physica Scripta, (dec 2006)
^ Emil Marinchev (2002) UNIVERSALITY, bl a en ny allmän tröghetsprincip

[redigera] Se även

Den här artikeln är hämtad från http://sv.wikipedia.org../../../t/r/%C3%B6/Tr%C3%B6ghet.html

Kategorier: Artiklar med stubavsnitt | Mekanik | Teoretisk fysik