10 nevjerojatnih otkrića u fizici

Studirati fiziku znači proučavati svemir. Točnije, kako svemir funkcionira. Bez ikakve sumnje, fizika je najzanimljivija grana znanosti, jer je Svemir mnogo složeniji nego što se čini, i sadrži sve u sebi. Ponekad se svijet ponaša vrlo čudno, a možda biste trebali biti pravi entuzijasti i podijeliti radost s nama o ovom popisu. Evo deset najupečatljivijih otkrića u modernoj fizici koja su uzrokovala mnoge, mnoge znanstvenike, da im nametnu glavu godinama - desetljećima..

S brzinom svjetlosti, vrijeme se zaustavlja

Prema Einsteinovoj specijalnoj teoriji relativnosti, brzina svjetlosti je nepromijenjena i iznosi oko 300.000.000 metara u sekundi, bez obzira na promatrača. To je samo po sebi nevjerojatno, s obzirom da se ništa ne može kretati brže od svjetlosti, ali još uvijek čisto teoretski. U posebnoj teoriji relativnosti postoji zanimljiv dio, koji se naziva "dilatacija vremena" i koji kaže da što se brže krećete, za vas se kreće sporije vrijeme, za razliku od okoline. Ako vozite automobil na sat vremena, dobićete malo manje nego ako samo sjedite kod kuće na računalu. Dodatne nanosekunde vjerojatno neće značajno promijeniti vaš život, ali činjenica ostaje.

Ispada, ako se krećete brzinom svjetlosti, vrijeme će se obično smrznuti na mjestu? To je tako. Ali prije nego što pokušate postati besmrtni, imajte na umu da je nemoguće kretati se brzinom svjetlosti, ako niste sretni da ste rođeni kao svjetlo. S tehničke točke gledišta, kretanje brzinom svjetlosti zahtijevat će beskonačnu količinu energije..

Kvantna zbunjenost

Upravo smo došli do zaključka da se ništa ne može kretati brže od brzine svjetlosti. Pa ... da i ne. Iako tehnički ostaje istina, u teoriji postoji rupa koja je pronađena u najnevjerojatnijoj grani fizike - u kvantnoj mehanici..

Kvantna mehanika je, u biti, proučavanje fizike na mikroskopskim skalama, kao što je ponašanje subatomskih čestica. Ove vrste čestica su nevjerojatno male, ali iznimno važne, jer tvore građevne elemente svega u svemiru. Možete ih zamisliti kao male rotirajuće električno napunjene kuglice. Nema komplikacija.

Dakle, imamo dva elektrona (subatomske čestice s negativnim nabojem). Kvantna zamršenost je poseban proces koji veže te čestice na takav način da postaju identični (imaju isti spin i naboj). Kada se to dogodi, elektroni postaju identični od sada. To znači da ako promijenite jednu od njih - recimo, promijenite spinu - druga će odmah reagirati. Bez obzira gdje se nalazi. Čak i ako ga ne dodirnete. Učinak ovog procesa je nevjerojatan - shvaćate da se u teoriji ta informacija (u ovom slučaju, smjer vrtnje) može teleportirati bilo gdje u svemiru.

Gravitacija utječe na svjetlo

Vratimo se na svjetlo i govorimo o općoj teoriji relativnosti (koju je također napisao Einstein). Ova teorija uključuje koncept poznat kao otklon svjetlosti - put svjetlosti ne mora uvijek biti izravan.

Koliko god to čudno zvučalo, dokazano je više nego jednom. Iako svjetlost nema masu, njezin put ovisi o stvarima koje imaju ovu masu - poput sunca. Stoga, ako svjetlost iz udaljene zvijezde prođe dovoljno blizu druge zvijezde, ona će je obići. Kako se to tiče nas? Jednostavno je: možda su one zvijezde koje vidimo u sasvim različitim mjestima. Zapamtite kada sljedeći put pogledate zvijezde: sve to može biti samo igra svjetla.

Tamna tvar

Zahvaljujući nekim teorijama o kojima smo već raspravljali, fizičari imaju prilično točne načine za mjerenje ukupne mase prisutne u svemiru. Oni također imaju prilično precizne načine za mjerenje ukupne mase, što možemo promatrati - ali sreća, ta dva broja ne odgovaraju.

Zapravo, volumen ukupne mase u svemiru je mnogo veći od ukupne mase koju možemo izračunati. Fizičari su morali tražiti objašnjenje za to, i kao rezultat toga pojavila se teorija koja je uključivala tamnu materiju - tajanstvenu tvar koja ne emitira svjetlost i zauzima oko 95% mase u svemiru. Iako postojanje tamne materije nije formalno dokazano (jer je ne možemo promatrati), mnogo dokaza govori u prilog tamnoj tvari, i ona mora postojati u jednom ili drugom obliku..

Naš svemir se brzo širi

Koncepti su komplicirani i da bismo razumjeli zašto, moramo se vratiti na teoriju Velikog praska. Prije nego što je postala popularna televizijska emisija, teorija Velikog praska bila je važno objašnjenje za nastanak našeg svemira. Ako je jednostavnije: naš svemir je počeo eksplozijom. Krhotine (planeti, zvijezde, itd.) Šire se u svim smjerovima, potaknute ogromnom energijom eksplozije. Budući da je olupina dovoljno teška, očekivali smo da će se ova eksplozivna razmjena s vremenom usporiti..

Ali to se nije dogodilo. U stvari, širenje našeg svemira se događa brže i brže tijekom vremena. I to je čudno. To znači da prostor stalno raste. Jedini mogući način da se to objasni je tamna tvar, odnosno tamnija energija, koja uzrokuje ovo konstantno ubrzanje. A što je tamna energija? Bolje ti je da ne znaš.

Bilo koja materija je energija

Materija i energija su samo dvije strane istog novčića. Zapravo, to ste uvijek znali ako ste ikada vidjeli formulu E = mc2. E je energija, a m je masa. Količina energije sadržane u određenoj količini mase određuje se množenjem mase s kvadratom brzine svjetlosti..

Objašnjenje ove pojave je vrlo očaravajuće i zbog činjenice da se masa objekta povećava kako se približava brzini svjetlosti (čak i ako se vrijeme usporava). Dokaz je prilično kompliciran, tako da možete samo uzeti riječ. Pogledajte atomske bombe koje pretvaraju male količine tvari u snažne emisije energije..

Dualizam korpuskularnog vala

Neke stvari nisu tako jednostavne kao što se čini. Na prvi pogled, čestice (na primjer, elektron) i valovi (na primjer, svjetlost) izgledaju potpuno drugačije. Prvi su čvrsti dijelovi materije, drugi su zrake zraĉene energije ili nešto sliĉno tome. Kao jabuke i naranče. Ispada da stvari poput svjetla i elektrona nisu ograničene samo na jedno stanje - one mogu biti i čestice i valovi u isto vrijeme, ovisno o tome tko ih gleda..

Ozbiljno. Zvuči smiješno, ali postoje konkretni dokazi da je svjetlost val, a svjetlost čestica. Svjetlost je oboje. U isto vrijeme. Nije neka vrsta posrednika između dvije države, naime oboje. Vratili smo se na područje kvantne mehanike, a kvantna mehanika ga voli na ovaj način, a ne na drugi način..

Svi objekti padaju istom brzinom.

Za mnoge se može činiti da teški predmeti padaju brže od svjetlosnih - to zvuči razumno. Sigurno, kugla za kuglanje pada brže od perja. To je istina, ali ne zbog gravitacije - jedini razlog za to je da zemljina atmosfera pruža otpor. Prije čak 400 godina, Galileo je prvi put shvatio da gravitacija djeluje jednako na sve objekte, bez obzira na njihove mase. Ako ponovite eksperiment s kuglom za kuglanje i perom na Mjesecu (koji nema atmosferu), padat će u isto vrijeme.

Kvantna pjena

Pa, to je to. U ovom trenutku možete pomaknuti um.

Mislite da je sam prostor prazan. Ta pretpostavka je sasvim razumna - jer je to prostor, prostor. Ali svemir ne tolerira prazninu, stoga u prostoru, u prostoru, u praznini čestice se stalno rađaju i umiru. Nazivaju se virtualni, ali u stvarnosti su stvarni, a to je dokazano. Oni postoje u djeliću sekunde, ali dovoljno su duge da razbije neke temeljne zakone fizike. Znanstvenici ovaj fenomen nazivaju "kvantnom pjenom", jer je strašno nalik mjehurićima plina u gaziranom bezalkoholnom piću..

Pokus dvostrukog proreza

Iznad smo primijetili da sve može biti i čestica i val u isto vrijeme. Ali ovdje je ulov: ako u ruci postoji jabuka, znamo točno kakav je to oblik. Ovo je jabuka, a ne neka vrsta jabučnog vala. Što određuje stanje čestice? Odgovor je: mi.

Eksperiment s dva mjesta je samo nevjerojatno jednostavan i tajanstven eksperiment. To je ono što je. Znanstvenici postavljaju zaslon s dva utora ispred zida i puštaju snop svjetlosti kroz utor tako da možemo vidjeti gdje će pasti na zid. Budući da je svjetlost val, on će stvoriti određeni difrakcijski uzorak, i vidjet ćete pruge svjetlosti razbacane po zidu. Iako su postojala dva mjesta.

No, čestice bi trebale reagirati drugačije - letjeti kroz dva utora, ostaviti dvije trake na zidu nasuprot utora. A ako je svjetlost čestica, zašto to ne pokazuje takvo ponašanje? Odgovor je da će svjetlo pokazati takvo ponašanje - ali samo ako želimo. Budući da je val, svjetlo leti istovremeno kroz oba utora, ali kao čestica, letjet će samo kroz jedan. Sve što trebamo da pretvorimo svjetlo u česticu je da mjerimo svaku česticu svjetlosti (fotona) koja prolazi kroz prazninu. Zamislite fotoaparat koji fotografira svaki foton koji prolazi kroz prazninu. Isti foton ne može proći kroz drugu prazninu bez da je val. Uzorak smetnji na zidu će biti jednostavan: dvije trake svjetla. Fizički mijenjamo rezultate nekog događaja, samo ih mjerimo, promatramo.

To se naziva "efektom promatrača". I premda je ovo dobar način da završimo ovaj članak, ona čak ni površno nije kopala u apsolutno nevjerojatne stvari koje fizičari pronalaze. Postoji mnogo varijacija eksperimenta s dvostrukim prorezom, još više ludog i zanimljivog. Možete ih tražiti samo ako se ne bojite da će vas kvantna mehanika usisati.