Biologi, kjemi, fysikk samme sak, ulik tilnærming?

Like dokumenter
Landskonferansen om fysikkundervisning, Gol, Hva er fysikk? Fysikk som fag og forskningsfelt i det 21. århundre. Gaute T.

Fysikk 50 år frem i tid

Bio- og nevroteknologi i 2040

Universitetet i Stavanger,

Institutt for matematiske realfag og teknologi

Fysikkforeningen, Univ i Oslo,

Matematisk modellering av biologiske prosesser Hjerne- og sanseforskning ved UMB Samarbeid med UiO

Eksperimentell partikkelfysikk. Kontakt :

VELKOMMEN TIL INTERNATIONAL MASTERCLASSES 2017 FYSISK INSTITUTT, UNIVERSITETET I OSLO

Kan vi regne ut hvordan vi tenker?

LHC sesong 2 er i gang. Hva er det neste store for CERN?

Eirik Gramstad (UiO) 2

Superstrenger. Teorigruppa, Fysisk institutt

LHC girer opp er det noe mørk materie i sikte?

CERN og The Large Hadron Collider. Tidsmaskinen

Atomfysikk og kausallov

Atomfysikk og kausallov

Atomfysikk og kausallov

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

Masterclass i partikkelfysikk

Siste resultater fra ATLAS Higgs søk

Trygve Helgaker. 31 januar 2018

Hvordan skal vi finne svar på alle spørsmålene?

Egil Lillestøll, Lillestøl,, CERN & Univ. i Bergen,

Kan vi forutse en pendels bevegelse, før vi har satt den i sving?

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Atommodeller i et historisk perspektiv

Hva har LHC lært oss om partikkelfysikk så langt?

Higgspartikkelen er funnet, hva blir det neste store for CERN?

TFY4115 Fysikk. Emneoversyn: Mekanikk ( 50 %) Newtons lover Energi, bevegelsesmengde, kollisjoner Rotasjon, spinn Statisk likevekt Svingninger

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

ELEKTRISITET. - Sammenhengen mellom spenning, strøm og resistans. Lene Dypvik NN Øyvind Nilsen. Naturfag 1 Høgskolen i Bodø

Teoretisk kjemi. Trygve Helgaker. Centre for Theoretical and Computational Chemistry. Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo. Onsdag 13.

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

KORT INTRODUKSJON TIL TENSORER

Introduksjon til partikkelfysikk. Trygve Buanes

Innsamling. Hypoteser. Utforskning. Konklusjoner. Formidling. Figur01.01

TFY4115 Fysikk. Emneoversyn: Mekanikk ( 50 %) Newtons lover Energi, bevegelsesmengde, kollisjoner Rotasjon, spinn Statisk likevekt Svingninger

Læreplan i fysikk 1. Formål

Hvordan skal vi finne svar på alle spørsmålene?

MNF, UiO 24 mars Trygve Helgaker Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo

1.1 Jakten på en sammenheng

Introduction to thermal physics - Short course in thermodynamics

NATURENS KODE INTRODUKSJON TIL BOKA

TIMSS og Astronomi. Trude Nilsen

Dokument for kobling av triks i boka Nært sært spektakulært med kompetansemål fra læreplanen i naturfag.

Læreplan i fysikk - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

Kap Termisk fysikk (varmelære, termodynamikk)

Viktige læringsaktiviteter


FAGPLANER Breidablikk ungdomsskole

Kreftenes opprinnelse i rommet (Naturkreftenes prinsipp) Frode Bukten

UNIVERSITETET I OSLO

Programfag innen programområde Realfag skoleåret en presentasjon av fag som tilbys ved Nes videregående skole

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Last ned Galileos finger - Peter Atkins. Last ned

Last ned Galileos finger - Peter Atkins. Last ned. Last ned e-bok ny norsk Galileos finger Gratis boken Pdf, ibook, Kindle, Txt, Doc, Mobi

Presentasjon av realfaga

Kjernen i kjerneelementet. Energi og materie. Maria Vetleseter Bøe, Kirsten Fiskum og Aud Ragnhild Skår

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

Velkommen til MEK1100

Lys. Bølger. Partiklar Atom

Velkommen til MEK1100

Programfag innen programområde Realfag skoleåret en presentasjon av fag som tilbys ved Nes videregående skole

Velkommen til MEK1100

Innsamling. Hypoteser. Utforskning. Konklusjoner. Formidling. Figur01.01

Universet som forsvant. Are Raklev

Matematiske naturlover

Modell, Cold Dark Matter, Normal text - click to edit

KJM Molekylmodellering. Introduksjon. Molekylmodellering. Molekylmodellering

AST1010 En kosmisk reise

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

Kap Newtons lover. Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. kap 4+5 <file> Hvor er luftmotstanden F f størst?

Kollokvium 4 Grunnlaget for Schrödingerligningen

Lys, materie og kvantemekanikk. Kvinnherad senioruniversitet, 27 april 2011

Brownske bevegelser. Nicolai Kristen Solheim

TFY4115 Fysikk. Nettside: Laboratoriekurs: 13 regneøvinger Minst 8 må innleveres og godkjennes

Informasjon om studieprogrammet Beregningsorientert informatikk

Pensum og kursopplegg for FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

Enkel introduksjon til kvantemekanikken

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi, del I

Nano, mikro og makro. Frey Publishing

Velkommen til MEK1100

Retteinstrukser for midtveiseksamen i AST2000 høst 2018

UNIVERSITETET I OSLO

Årsplan - Naturfag. Kompetansemål Tidspunkt Tema/Innhold Lærestoff Arbeidsmåter Vurdering

UNIVERSITETET I OSLO

Lokal læreplan i naturfag 8

Naturfag og dannelse hva alle bør vite om naturvitenskap

Velkommen til MEK1100

UNIVERSITETET I OSLO

Hovedområde: Forskerspiren Eksamensoppgaver fra skriftlig eksamen Naturfag (NAT1002).

Innhold. Forord Prolog Del 1 HVA ER FYSIKK?... 23

ProFag Realfaglig programmering

De vikagste punktene i dag:

BINGO - Kapittel 6. Når et stoff går fra. Når et stoff går fra fast stoff til væske (smelte) To eller flere atomer som henger sammen (molekyl)

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Mekanikk 1/19/2017. Forelesning 3: Mekanikk og termodynamikk

2.3 BACHELORGRADSPROGRAM I FYSIKK

ÅRSPLAN I NATURFAG 8.TRINN

Transkript:

Faglig-pedagogisk dag, UMB, 05.01.09 Biologi, kjemi, fysikk samme sak, ulik tilnærming? Gaute T. Einevoll Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB), Ås Gaute.Einevoll@umb.no, http://arken.umb.no/~gautei 1

Bok nr. 24 i Universitetsforlagets hva er -serie Naturens kode, Gyldendal Akademisk, 2005 2

Naturvitenskapens erkjennelsesrom 3

Naturvitenskapens Fysikkens erkjennelsesrom erkjennelsesrom for 100 år r siden 4

Naturvitenskapens erkjennelsesrom Large Hadron Collider (LHC) 5

Naturvitenskap per år 2000 UMB ATOM MATEMATISKE NATURLOVER kompleksitet liv [10 26 m] makrokosmos mikrokosmos [10-18 m] Naturfagene biologi, fysikk, geologi, kjemi, medisin har smeltet sammen 6

Status av forståelse per år r 2000 Hvordan koder DNA for et dyr/en plante? Hvordan tenker vi? KOMPLEKSITET År 1900 UMB 7

Hvorfor -kjede 8

Én n felles naturvitenskap 1900 2000 1953 BIOLOGI FYSIKK KJEMI BIOLOGI FYSIKK KJEMI 1925 h Large Hadron Collider (LHC)? STANDARD- TEORIEN I PARTIKKEL- FYSIKK EINSTEIN S GENERELLE RELATIVITETS- TEORI STRENGTEORI (??) 9

FYSIKK(?) BIOLOGI KJEMI ATOM kompleksitet liv [10 26 m] makrokosmos mikrokosmos [10-18 m] 10

Hva er fysikk? Alternativ 1: Fysikk er læren om stoff og krefter Alternativ 2: Fysikk er det som fysikere gjør! NÅ OGSÅ: Alternativ 3: Fysikk er forskning på naturen med tanke på utvikling av matematiske modeller 11

Galileo Galilei (1564-1642): Matematikk er naturens språk 12

Isaac Newton (1643-1727): fant den første matematiske loven for en fysisk kraft [gravitasjonskraften] fant også den første mekanikken [hvordan beveger legemer seg når det virker krefter på dem] 13

Strukturen til naturens matematisk kode KRAFT Gravitasjonskraft Elektromagnetisk kraft Sterk kjernekraft Svak kjernekraft MEKANIKK Klassisk mekanikk (Newton) [til vanlig bruk] Relativistisk mekanikk (Einstein) [når ting går fort] Kvantemekanikk [når ting er små] Relativistisk kvantemekanikk [når ting er små og raske] 14

Verden består r av atomer 100 år siden: Ingen anelse av hva atomer består av Nå: - Atomer svært godt forstått - Atomære systemer kan skreddersys; Ingeniører har 100 forskjellige legoklosser å lage duppeditter med Xenon-atomer på nikkel-overflate 15

Periodisk system Omtrent 100 forskjellige atomtyper ( grunnstoffer ) Grunnstoff 103: Lawrencium Ernest O. Lawrence 16

Einstein oppdager atomer (1905) Brownske bevegelser 1/50 millimeter 17

Atomer på overflaten av en silisumkrystall 18

Kvantemekanikk teorien for atomer Utviklet 1924-28 i miljøet rundt Niels Bohr i København [blant annet] Matematisk beskrivelse (som brukes i dag): Schrödingerligningen, 1925 Utviklet for atomer; beskriver (i prinsipp) også molekyler, metaller, planter, dyr Knyttet kjemi og fysikk sammen 19

Forskningfront 1: Mikrokosmos I dag: Standardmodellen forklarer (nesten) alle eksperimentelle observasjoner + 3 fundamentale krefter Menneskehetens største kulturelle prestasjon!? 20

Standardmodellen forventet å være ufullstendig når mindre dimensjoner/ større energier studeres Large Hadron Collider (LHC) på CERN på lufta høsten 2008 VIKTIGE SPØRSMÅL: Finner en Higgs-bosonet? Finner en supersymmetriske partikler? Finnes det én urkraft? Består naturen av ørsmå strenger? 21

Forskningsfront 2: Makrokosmos ( fysikkens skapelsesberetning ) 96% av energien i universet er mørk materie og mørk masse. Hva er dette? 22

Forskningsfront 3: Fler er annerledes En gass kan beskrives på to detaljnivå: (i) mikroskopisk (molekylmasse, fart, posisjon, ); Newtons mekanikk, ~10 23 variable (ii) makroskopisk (trykk, temperatur, volum, ); termodynamikk, ~5 variable Umulig å gjøre numeriske beregninger med ~10 23 variable! Selv om vi kunne, ville det være umulig å forstå resultatene! Tilnærmede makroskopiske modeller må til! For gasser er beskrivelsene på mikro- og makronivåer solid sammenkoblet: statistisk fysikk 23 Ludwig Boltzmann

Kompleksitet Naturen fremviser mange kompliserte mønstre Hvem/hva er arkitekten? 24

Enkle regler kan være nok! 25

Atomet naturens legoklosser Nanoteknologi: Ingeniører har ~100 forskjellige legoklosser å lage duppeditter med Enormt mange muligheter: kombinatorisk store tall [100000000000000000000000000000000-000000000000000000000000000000000000 måter å ordne de 52 kortene i en kortstokk på!] Nå: noen titalls millioner molekyler beskrevet i forskningslitteraturen 26

Eksempel: Kvanteteorien for faste stoffer 1947: Første transistor (i germanium) 1958: Integrert krets i silisium (åpnet for billig masseprodusering) 27

Moores lov Gordon Moore (1965): Antall transistorer per cm 2 på en silisiumbrikke vil dobles hvert år ( Riktig svar: 18 måneder) 28

Strukturelle materialer 1 3 4 5 2 meter millimeter mikrometer nanometer 29

Liv og bevissthet Viktig klasse av komplekse systemer: Levende systemer 1. Hvordan oppstod liv? 2. Hvordan koder DNA for utseende/oppførsel til en bakterie, et dyr eller en plante? 3. Hvordan tenker man? 4. Hvordan kan en gruppe atomer bli bevisst seg selv? 30

Nevrobiologi/hjernen Interessant biologisk modellsystem (blant annet: direkte kobling mellom gen og funksjon) Gode matematiske modeller for signalbehandling i enkeltnerveceller er utviklet (også effekten av enkeltgener)! 31

Matematisk modellsimulering av generering av aksjonspotensialer i pyramidalnervecelle tatt fra synshjernebarken i katt Fra hjemmesiden til Alain Destexhe 32 [http://cns.iaf.cnrs-gif.fr/alain_movies.html]

Bok: Critical problems in physics KOMPLEKSITET SAMMENFILT. MAKROKOSMOS MIKROKOSMOS INNHOLD 1. Introduction 2. Non-equilibrium physics 3. Dynamics, computation and neurobiology 4. Emergence and evolution of patterns 5. High-temperature superconductors 6. The on-going revolution in medical imaging 7. Cosmological challenges for the 21st century 8. Gravitation and experiment 9. Gravitational waves 10. Neutrino oscillations 11. The Tevatron 12. High energy colliders 13. Vistas in theoretical physics 14. The future of particle physics as a natural science 33

Avbildning av hjerneaktivitet Hjernestruktur: MRI Hjerneaktivitet: MEG/ EEG elektrisk akt. PET metabolsk akt. fmri hemodynamikk 34

Einsteins hjerne Normal hjerne Einsteins hjerne 35

End of Science 36

Datakverning 37

SLUTT 38