10 úžasných objavov vo fyzike
Na štúdium fyziky je štúdium vesmíru. Presnejšie, ako funguje vesmír. Fyzika je bezpochyby najzaujímavejším odvetvím vedy, pretože Vesmír je oveľa komplikovanejší, než sa zdá, a obsahuje všetko sám o sebe. Niekedy sa svet chová veľmi podivne a možno by si mal byť skutočný nadšenec, aby sa s nami o tento zoznam podelil o radosť. Tu je desať z najúžasnejších objavov v modernej fyzike, ktoré spôsobili mnohým, mnohým vedcom, aby si v rokoch - desaťročiach vytiahli hlavy..
Pri rýchlosti svetla sa čas zastaví
Podľa Einsteinovej špeciálnej teórie relativity sa rýchlosť svetla nemení - a je približne 300 000 000 metrov za sekundu, bez ohľadu na pozorovateľa. To samo o sebe je neuveriteľné, keďže sa nič nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo, ale stále čisto teoretické. V špeciálnej teórii relativity je zaujímavá časť, ktorá sa nazýva "dilatácia času" a ktorá hovorí, že čím rýchlejšie sa pohybujete, tým pomalšie sa čas pohybuje na vás, na rozdiel od prostredia. Ak idete autom hodinu, budete starať o niečo menej, ako keby ste sedeli doma pri počítači. Je nepravdepodobné, že ďalšie nanosekundy významne zmenia váš život, ale faktom zostáva.
Ukazuje sa, že ak sa pohybujete rýchlosťou svetla, čas sa všeobecne zamrzne na mieste? Je to tak. Ale skôr, ako sa pokúsite stať sa nesmrteľnými, majte na pamäti, že nie je možné pohybovať sa rýchlosťou svetla, ak nemáte šťastie, aby ste sa narodili ako svetlo. Z technického hľadiska bude pohyb rýchlosťou svetla vyžadovať nekonečné množstvo energie..
Kvantová zložitosť
Práve sme dospeli k záveru, že sa nič nemôže pohybovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla. No ... áno a nie. Hoci to technicky zostáva pravda, teoreticky existuje medzera, ktorá bola nájdená v najneuveriteľnejšej vetve fyziky - v kvantovej mechanike..
Kvantová mechanika je v podstate štúdiom fyziky na mikroskopických mierkach, ako je správanie subatomárnych častíc. Tieto typy častíc sú neuveriteľne malé, ale mimoriadne dôležité, pretože tvoria stavebné kamene všetkého vo vesmíre. Môžete si ich predstaviť ako malé rotujúce elektricky nabité gule. Žiadne komplikácie.
Takže máme dva elektróny (subatomárne častice so záporným nábojom). Kvantové zapletenie je špeciálny proces, ktorý viaže tieto častice takým spôsobom, že sa stávajú identickými (majú rovnakú rotáciu a náboj). Keď sa to stane, odteraz sa elektróny stanú identickými. To znamená, že ak zmeníte jeden z nich - povedzme, zmení točenie - druhá okamžite odpovie. Bez ohľadu na to, kde sa nachádza. Aj keď sa ho nedotknete. Účinok tohto procesu je úžasný - chápete, že teoreticky túto informáciu (v tomto prípade smer otáčania) možno teleportovať kdekoľvek vo vesmíre.
Gravitácia ovplyvňuje svetlo
Vráťme sa k svetlu a rozprávajme o všeobecnej teórii relativity (tiež autor Einstein). Táto teória zahŕňa koncept známy ako vychýlenie svetla - cesta svetla nemusí byť vždy priama.
Podivné, ako to môže znieť, bolo dokázané viac ako raz. Hoci svetlo nemá hmotnosť, jeho cesta závisí od vecí, ktoré majú túto hmotu - ako slnko. Preto, ak svetlo zo vzdialenej hviezdy prechádza dosť blízko k inej hviezde, bude to okolo nej. Ako sa to týka nás? Je to jednoduché: možno tie hviezdy, ktoré vidíme, sú na úplne odlišných miestach. Pamätajte si, keď sa nabudúce budete pozerať na hviezdy: môže to byť len hra svetla.
Tmavá hmota
Vďaka niektorým teóriám, o ktorých sme už diskutovali, majú fyzici pomerne presné spôsoby merania celkovej hmotnosti prítomnej vo vesmíre. Majú tiež pomerne presné spôsoby merania celkovej hmotnosti, ktorú môžeme pozorovať - ale šťastie, tieto dve čísla sa nezhodujú.
V skutočnosti je objem celkovej hmoty vo vesmíre oveľa väčší ako celková hmotnosť, ktorú môžeme vypočítať. Fyzici museli hľadať vysvetlenie, a preto sa objavila teória, ktorá obsahovala temnú hmotu - záhadnú látku, ktorá nevyžaruje svetlo a zaberá približne 95% hmoty vo vesmíre. Hoci existencia temnej hmoty nie je formálne dokázaná (pretože ju nemôžeme pozorovať), veľa dôkazov hovorí v prospech temnej hmoty a musí existovať v jednej alebo druhej forme..
Náš vesmír sa rýchlo rozširuje
Koncepcie sú komplikované a aby sme pochopili prečo, musíme sa vrátiť k teórii veľkého tresku. Než sa stala populárnou televíznou šou, teória veľkého tresku bola dôležitým vysvetlením pôvodu nášho vesmíru. Ak je to jednoduchšie: náš vesmír začal výbuchom. Sutiny (planéty, hviezdy atď.) Sa šíria vo všetkých smeroch, poháňané enormnou energiou výbuchu. Keďže trosky sú dosť ťažké, očakávali sme, že sa tento výbušný nátlak časom spomalí..
Ale toto sa nestalo. V skutočnosti sa rozširovanie nášho vesmíru deje rýchlejšie a rýchlejšie. A to je zvláštne. To znamená, že priestor neustále rastie. Jediný možný spôsob, ako to vysvetliť, je temná hmota, alebo skôr temná energia, ktorá spôsobuje konštantné zrýchlenie. Čo je temná energia? Radšej neviem.
Každá vec je energia
Hmota a energia sú len dve strany tej istej mince. V skutočnosti ste to vždy vedeli, ak ste niekedy videli vzorec E = mc2. E je energia a m je hmotnosť. Množstvo energie obsiahnuté v určitom množstve hmoty sa stanoví vynásobením hmotnosti štvorcom rýchlosti svetla..
Vysvetlenie tohto javu je celkom podmanivé a vzhľadom na to, že sa hmotnosť objektu zvyšuje, keď sa približuje k rýchlosti svetla (aj keď sa čas spomaľuje). Dôkaz je dosť komplikovaný, takže si môžete vziať slovo. Pozrite sa na atómové bomby, ktoré premieňajú pomerne malé množstvo hmoty na silné emisie energie..
Dualizmus korpuskulárnej vlny
Niektoré veci nie sú také jednoduché, ako sa zdá. Na prvý pohľad sa častice (napríklad elektrón) a vlny (napríklad svetlo) zdajú byť úplne odlišné. Prvým z nich sú pevné kúsky hmoty, druhé sú lúče vyžarovanej energie alebo niečo také. Ako jablká a pomaranče. Ukazuje sa, že veci ako svetlo a elektróny nie sú obmedzené len na jeden stav - môžu byť súčasne častice aj vlny, v závislosti od toho, kto sa na nich pozerá..
Vážne. Znie to smiešne, ale existuje konkrétny dôkaz, že svetlo je vlna a svetlo je častica. Svetlo je oboje. Zároveň. Nie je to nejaký druh sprostredkovateľa medzi dvoma štátmi, a to oboma. Vrátili sme sa do oblasti kvantovej mechaniky a v kvantovej mechanike to Vesmír takto miluje a nie inak..
Všetky objekty spadajú rovnakou rýchlosťou.
Mnohým sa môže zdať, že ťažké predmety padajú rýchlejšie ako tie svetlé - to znie rozumne. Iste, bowlingová guľa padá rýchlejšie ako perie. To je pravda, ale nie kvôli gravitácii - jediným dôvodom je to, že atmosféra Zeme poskytuje odpor. Už pred 400 rokmi si Galileo po prvýkrát uvedomil, že gravitácia funguje rovnako na všetkých objektoch bez ohľadu na ich masy. Ak by ste experiment zopakovali s bowlingovou loptičkou a perom na Mesiaci (bez atmosféry), naraz by spadli..
Kvantová pena
No, to je všetko. V tomto bode môžete pohybovať mysľou.
Myslíte si, že samotný priestor je prázdny. Tento predpoklad je celkom rozumný - pre to je priestor, priestor. Vesmír však netoleruje prázdnotu, preto sa v priestore, v priestore, v častiach prázdnoty neustále rodí a umiera. Nazývajú sa virtuálne, ale v skutočnosti sú skutočné, čo sa dokázalo. Existujú zlomok sekundy, ale je dosť dlhá na to, aby porušila niektoré základné zákony fyziky. Vedci hovoria tento fenomén "kvantová pena", pretože je to hrozne ako plynové bubliny v nealkoholickom nápoji so sýtením..
Experiment s dvojitou štrbinou
Vyššie, sme si všimli, že všetko môže byť aj častice a vlny naraz. Ale tu je úlovok: ak je v ruke jablko, presne vieme, aká je jeho forma. Toto je jablko, nie nejaký druh jablkovej vlny. Čo určuje stav častice? Odpoveď znie: my.
Experiment s dvoma slotmi je len neuveriteľne jednoduchý a tajomný experiment. To je to, čo to je. Vedci umiestniť obrazovku s dvoma sloty pred stenou a strieľať lúč svetla cez slot, takže môžeme vidieť, kde to bude padať na stenu. Keďže svetlo je vlna, vytvorí určitý difrakčný obraz a uvidíte viditeľné pruhy svetla rozptýlené po stene. Hoci tam boli dva sloty.
Častice by však mali reagovať odlišne - lietať cez dve štrbiny, mali by ponechať dva prúžky na stene priamo oproti štrbinám. A ak je svetlo časticou, prečo toto správanie neprejavuje? Odpoveďou je, že svetlo bude toto správanie demonštrovať - ale len ak chceme. Ako vlna, svetlo letí cez oba sloty súčasne, ale ako častica, bude lietať len cez jednu. Všetko, čo potrebujeme, aby sme premenili svetlo na časticu, je zmerať každú časticu svetla (fotónu), ktorá prechádza medzerou. Predstavte si kameru, ktorá fotografuje každý fotón letiaci cez medzeru. Ten istý fotón nemôže preletieť cez inú medzeru bez toho, aby bol vlnou. Interferenčný vzor na stene bude jednoduchý: dva pruhy svetla. Fyzicky meníme výsledky udalosti, len ich meraním a sledovaním.
Toto sa nazýva "pozorovateľský efekt". A aj keď je to dobrý spôsob, ako dokončiť tento článok, ani povrchne nevykopala úplne neuveriteľné veci, ktoré fyzici nájdu. Existuje mnoho variácií experimentu s dvojitou štrbinou, ešte šialenejšie a zaujímavejšie. Môžete ich hľadať len vtedy, ak sa nebojí, že vás kvantová mechanika nasaje.
