10 neverjetnih odkritij v fiziki

Študij fizike je študij vesolja. Natančneje, kako deluje vesolje. Brez dvoma je fizika najbolj zanimiva veja znanosti, ker je vesolje veliko bolj zapleteno, kot se zdi, in vsebuje vse samo po sebi. Včasih se svet obnaša zelo nenavadno in morda bi morali biti pravi navdušenec, da z nami delite veselje glede tega seznama. Tukaj je deset najbolj neverjetnih odkritij v sodobni fiziki, ki so povzročili, da so mnogi, številni znanstveniki v letih - desetletjih razbijali glave..

S hitrostjo svetlobe se čas ustavi

Po Einsteinovi posebni teoriji relativnosti je hitrost svetlobe nespremenjena - in je približno 300.000.000 metrov na sekundo, ne glede na opazovalca. To je samo po sebi neverjetno, glede na to, da se nič ne more premikati hitreje od svetlobe, vendar je še vedno čisto teoretično. V posebni teoriji relativnosti je zanimiv del, ki se imenuje »časovna dilatacija« in ki pravi, da se hitreje premikate, za razliko od okolja, ko se premikate. Če vozite avto za eno uro, boste stari malo manj, kot če bi samo sedeli doma na računalniku. Dodatni nanosekundi verjetno ne bodo bistveno spremenili vašega življenja, vendar ostaja dejstvo.

Izkazalo se je, da če se premikate s hitrostjo svetlobe, se bo čas na splošno zamrznil? To je tako. Toda preden poskušate postati nesmrtni, ne pozabite, da se je nemogoče premikati s hitrostjo svetlobe, če nimate sreče, da ste rojeni kot svetloba. S tehničnega vidika bo gibanje s hitrostjo svetlobe zahtevalo neskončno količino energije..

Kvantna zapletenost

Pravkar smo prišli do zaključka, da se nič ne more premikati hitreje od svetlobne hitrosti. No ... ja in ne. Čeprav je tehnično še vedno res, v teoriji obstaja vrzel, ki je bila najdena v najbolj neverjetni veji fizike - v kvantni mehaniki..

Kvantna mehanika je v bistvu študija fizike na mikroskopskih skalah, kot je obnašanje subatomskih delcev. Te vrste delcev so izjemno majhne, ​​vendar izjemno pomembne, ker tvorijo gradnike vsega v vesolju. Lahko si jih predstavljate kot majhne vrtljive električno napolnjene kroglice. Brez zapletov.

Torej imamo dva elektrona (subatomski delci z negativnim nabojem). Kvantno zapletanje je poseben proces, ki te delce veže na tak način, da postanejo identični (imajo enak spin in naboj). Ko se to zgodi, bodo elektroni postali enaki. To pomeni, da če spremenite enega od njih - recimo, spremenite spin - drugi se bo takoj odzval. Ne glede na to, kje se nahaja. Tudi če se ga ne dotaknete. Učinek tega procesa je odličen - razumete, da se teoretično ta informacija (v tem primeru smer vrtenja) lahko teleportira kjerkoli v vesolju.

Gravitacija vpliva na svetlobo

Vrnimo se k svetlobi in govorimo o splošni teoriji relativnosti (ki jo je tudi avtor Einstein). Ta teorija vključuje koncept, ki je znan kot odklon svetlobe - pot svetlobe ni vedno neposredna.

Čeprav se sliši čudno, je bilo dokazano več kot enkrat. Čeprav svetloba nima mase, je njena pot odvisna od stvari, ki imajo to maso - kot je sonce. Torej, če svetloba iz oddaljene zvezde preide dovolj blizu drugi zvezdi, bo šla okoli njega. Kako nas to zadeva? To je preprosto: morda tiste zvezde, ki jih vidimo, so v povsem različnih krajih. Ne pozabite, ko naslednjič pogledate zvezde: vse je lahko le igra svetlobe.

Temna snov

Zaradi nekaterih teorij, o katerih smo že razpravljali, imajo fiziki dokaj natančne načine za merjenje celotne mase, ki je prisotna v vesolju. Imajo tudi dokaj natančne načine za merjenje skupne mase, ki jo lahko opazimo - vendar sreča, se ti dve številki ne ujemata.

Dejansko je obseg celotne mase v vesolju veliko večji od skupne mase, ki jo lahko izračunamo. Fiziki so za to morali iskati razlago, zaradi česar se je pojavila teorija, ki je vključevala temno snov - skrivnostno snov, ki ne oddaja svetlobe in vzame približno 95% mase v vesolju. Čeprav obstoj temne snovi formalno ni dokazan (ker ga ne moremo opaziti), veliko dokazov govori v prid temni snovi in ​​mora obstajati v takšni ali drugačni obliki..

Naše vesolje se hitro širi

Koncepti so zapleteni in zato, da bi razumeli, zakaj, se moramo vrniti k teoriji Big Bang. Preden je postala popularna televizijska oddaja, je teorija velikega poka bila pomembna razlaga za izvor našega vesolja. Če je enostavnejše: naše vesolje se je začelo z eksplozijo. Odpadki (planeti, zvezde itd.) Se razprostirajo v vse smeri, ki jih poganja ogromna energija eksplozije. Ker so razbitine dovolj težke, smo pričakovali, da se bo ta eksplozivni razmik sčasoma upočasnil..

Toda to se ni zgodilo. Dejansko se širitev našega vesolja sčasoma dogaja hitreje in hitreje. In to je čudno. To pomeni, da vesolje nenehno narašča. Edini možni način, da to razložimo, je temna snov, oziroma temnejša energija, ki povzroča to stalno pospeševanje. Kaj je temna energija? Bolje, da ne veš.

Vsaka snov je energija

Material in energija sta samo dve strani istega kovanca. Pravzaprav ste to vedno vedeli, če ste kdaj videli formulo E = mc2. E je energija in m masa. Količina energije, ki jo vsebuje določena količina mase, se določi z množenjem mase s kvadratom hitrosti svetlobe..

Razlaga tega pojava je zelo privlačna in zaradi dejstva, da se masa predmeta povečuje, ko se približuje hitrosti svetlobe (tudi če se čas upočasni). Dokaz je precej zapleten, zato lahko samo vzamete besedo. Poglejte atomske bombe, ki pretvarjajo dokaj majhne količine snovi v močne emisije energije..

Dualizem telesnih valov

Nekatere stvari niso tako enostavne, kot se zdi. Na prvi pogled se delci (npr. Elektron) in valovi (na primer svetloba) zdijo povsem drugačni. Prvi so trdni koščki snovi, drugi so žarki sevane energije ali kaj takega. Kot jabolka in pomaranče. Izkazalo se je, da stvari, kot so svetloba in elektroni, niso omejene le na eno stanje - lahko so hkrati delci in valovi, odvisno od tega, kdo jih gleda..

Resno. Sliši se smešno, vendar obstajajo konkretni dokazi, da je svetloba val, in da je svetloba delček. Svetloba je oboje. Hkrati. Ni nekakšen posrednik med dvema državama, in sicer obema. Vrnili smo se na področje kvantne mehanike, v kvantni mehaniki pa ga vesolje ljubi tako in ne drugače..

Vsi predmeti padejo z enako hitrostjo.

Mnogim se zdi, da težki predmeti padejo hitreje kot tisti - to zveni smiselno. Zagotovo, kegljanje pade hitreje kot pero. To je res, vendar ne zaradi gravitacije - edini razlog za to je, da zemeljska atmosfera zagotavlja odpornost. Še pred 400 leti je Galileo prvič spoznal, da gravitacija deluje enako na vse objekte, ne glede na njihove mase. Če ste poskus ponovili s kroglo za kegljanje in pero na luni (ki nima atmosfere), bi padli hkrati..

Kvantna pena

No, to je to. Na tej točki lahko premaknete um.

Misliš, da je sam prostor prazen. Ta predpostavka je povsem razumna - ker je prostor, prostor. Ampak vesolje ne prenaša praznine, zato v vesolju, v prostoru, v praznini se delci nenehno rojevajo in umirajo. Imenujejo se virtualne, v resnici pa so resnične in to je dokazano. Obstajajo v sekundi, vendar je dovolj dolga, da razbije nekatere temeljne fizikalne zakone. Znanstveniki ta pojav imenujejo "kvantna pena", ker je strašno podobna plinskim mehurčkom v gazirani brezalkoholni pijači..

Eksperiment z dvojno razrezom

Zgoraj smo ugotovili, da je vse lahko hkrati delček in val. Ampak tukaj je ulov: če je v roki jabolko, natančno vemo, v kakšni obliki je. To je jabolko, ne nekakšen jabolčni val. Kaj določa stanje delca? Odgovor je: mi.

Poskus z dvema režama je le neverjetno preprost in skrivnosten eksperiment. To je to. Znanstveniki postavijo zaslon z dvema režama pred steno in posneta svetlobni žarek skozi režo, tako da lahko vidimo, kje bo padel na steno. Ker je svetloba val, bo ustvaril določen difrakcijski vzorec, in videli boste proge svetlobe razpršene po steni. Čeprav sta bila dva slota.

Toda delci se morajo drugače odzivati ​​- leteti skozi dve reži, na steni morajo pustiti dva traka neposredno nasproti reže. In če je svetloba delček, zakaj ne kaže tega vedenja? Odgovor je, da bo svetloba pokazala to vedenje - vendar le, če želimo. Svetloba, ki je val, hkrati leti skozi obe reži, a kot delček, bo letela le skozi eno. Vse, kar potrebujemo, da obrnemo svetlobo v delce, je, da izmerimo vsak delec svetlobe (fotona), ki prehaja skozi vrzel. Predstavljajte si fotoaparat, ki fotografira vsak foton, ki leti skozi vrzel. Isti foton ne more leteti skozi drugo vrzel, ne da bi bil val. Interferenčni vzorec na steni bo preprost: dva trakova svetlobe. Fizično spreminjamo rezultate nekega dogodka, samo jih merimo, opazujemo.

To se imenuje "učinek opazovalca". In čeprav je to dober način za dokončanje tega članka, ni niti površno kopala v popolnoma neverjetne stvari, ki jih fiziki najdejo. Obstaja veliko variacij eksperimenta z dvojno špranjico, še bolj noro in zanimivo. Lahko jih iščete le, če se ne bojite, da vas bo kvantna mehanika posesala.