10 úžasných objevů ve fyzice
Studovat fyziku je studium vesmíru. Přesněji, jak funguje vesmír. Fyzika je bezpochyby nejzajímavější vědní obor, protože vesmír je mnohem složitější, než se zdá, a obsahuje vše samo o sobě. Někdy se svět chová velmi podivně, a možná byste měli být skutečný nadšenec, aby se s námi podělil o tento seznam. Zde je deset z nejúžasnějších objevů v moderní fyzice, které způsobily mnoho, mnoho vědců, aby si v letech - desetiletích vymáčkli hlavy..
Při rychlosti světla se čas zastaví
Podle Einsteinovy speciální teorie relativity se rychlost světla nemění - a je přibližně 300 000 000 metrů za sekundu, bez ohledu na pozorovatele. To samo o sobě je neuvěřitelné, vzhledem k tomu, že se nic nemůže pohybovat rychleji než světlo, ale stále čistě teoretické. Ve speciální teorii relativity je zajímavá část, která se nazývá „dilatace času“ a která říká, že čím rychleji se pohybujete, tím pomalejší čas se pro vás pohybuje, na rozdíl od prostředí. Pokud jedete hodinu autem, budete stárnout o něco méně, než kdybyste seděli doma u počítače. Je nepravděpodobné, že by další nanosekundy významně změnily váš život, ale skutečnost zůstává.
Ukazuje se, že pokud se pohybujete rychlostí světla, čas se obecně zamrzne na místě? To je tak. Ale dříve, než se pokusíte stát nesmrtelným, mějte na paměti, že není možné se pohybovat rychlostí světla, pokud nemáte štěstí, že se narodíte jako světlo. Z technického hlediska bude pohyb rychlostí světla vyžadovat nekonečné množství energie..
Kvantový zmatek
Právě jsme dospěli k závěru, že se nic nemůže pohybovat rychleji než rychlost světla. No ... ano a ne. Ačkoli technicky to zůstane pravdivé, teoreticky tam je mezera, která byla nalezená v nejvíce neuvěřitelné odvětví fyziky - v kvantové mechanice..
Kvantová mechanika, v podstatě, je studium fyziky na mikroskopických měřítkách, takový jako chování subatomic částeček. Tyto typy částic jsou neuvěřitelně malé, ale nesmírně důležité, protože tvoří stavební kameny všeho ve vesmíru. Můžete si představit, že jsou to malé rotující elektricky nabité koule. Žádné komplikace.
Máme tedy dva elektrony (subatomární částice se záporným nábojem). Kvantové zapletení je speciální proces, který váže tyto částice tak, že se stávají identickými (mají stejnou rotaci a náboj). Když se to stane, elektrony se stanou identickými. To znamená, že pokud změníte jednu z nich - řekněme, změníte točení - druhá okamžitě odpoví. Bez ohledu na to, kde se nachází. I když se ho nedotknete. Účinek tohoto procesu je úžasný - chápete, že teoreticky lze tuto informaci (v tomto případě směr otáčení) teleportovat kdekoli ve vesmíru.
Gravitace ovlivňuje světlo
Vraťme se ke světlu a mluvíme o obecné teorii relativity (také autorem Einstein). Tato teorie zahrnuje pojem známý jako odklon světla - cesta světla nemusí být vždy přímá.
Podivné, jak to může znít, bylo prokázáno více než jednou. Ačkoli světlo nemá žádnou hmotu, jeho cesta závisí na věcech, které mají tuto hmotu - jako slunce. Pokud tedy světlo ze vzdálené hvězdy projde dostatečně blízko k jiné hvězdě, půjde kolem ní. Jak se to týká nás? Je to jednoduché: možná ty hvězdy, které vidíme, jsou na úplně jiném místě. Vzpomeňte si, když se příště podíváte na hvězdy: to může být jen hra světla.
Temná hmota
Díky některým teoriím, o nichž jsme již hovořili, mají fyzici poměrně přesné způsoby měření celkové hmotnosti přítomné ve vesmíru. Mají také poměrně přesné způsoby měření celkové hmotnosti, kterou můžeme pozorovat - ale štěstí, tato dvě čísla se neshodují.
Ve skutečnosti je objem celkové hmoty ve vesmíru mnohem větší než celková hmotnost, kterou můžeme vypočítat. Fyzici museli na to hledat vysvětlení a v důsledku toho se objevila teorie, která zahrnovala temnou hmotu - záhadnou látku, která nevyzařuje světlo a zabírá asi 95% hmoty ve vesmíru. Ačkoli existence temné hmoty není formálně prokázána (protože ji nemůžeme pozorovat), mnoho důkazů hovoří ve prospěch temné hmoty a musí existovat v té či oné formě..
Náš vesmír se rychle rozšiřuje
Koncepty jsou komplikované a abychom pochopili proč, musíme se vrátit k teorii velkého třesku. Než se stal populární televizní show, teorie velkého třesku byla důležitým vysvětlením původu našeho vesmíru. Pokud je to jednodušší: náš vesmír začal explozí. Odpady (planety, hvězdy atd.) Se šíří ve všech směrech, poháněné obrovskou energií výbuchu. Vzhledem k tomu, že trosky jsou dost těžké, očekávali jsme, že se tato explozivní pomazánka časem zpomalí..
To se ale nestalo. Ve skutečnosti se expanze našeho vesmíru děje rychleji a rychleji. A to je divné. To znamená, že prostor neustále roste. Jediný možný způsob, jak to vysvětlit, je temná hmota, či spíše temná energie, která způsobuje konstantní zrychlení. A co je temná energie? Radši nevíš.
Každá záležitost je energie
Hmota a energie jsou jen dvě strany téže mince. Ve skutečnosti jste to vždycky věděli, pokud jste někdy viděli vzorec E = mc2. E je energie a m je hmotnost. Množství energie obsažené ve specifickém množství hmoty se stanoví vynásobením hmotnosti čtvercem rychlosti světla..
Vysvětlení tohoto jevu je docela podmanivé a vzhledem k tomu, že se hmotnost objektu zvyšuje, jak se blíží rychlosti světla (i když se čas zpomaluje). Důkaz je poměrně komplikovaný, takže si můžete vzít slovo. Podívejte se na atomové bomby, které převádějí poměrně malé množství hmoty na silné emise energie..
Dualismus korpuskulární vlny
Některé věci nejsou tak jednoduché, jak se zdá. Na první pohled se částice (například elektron) a vlny (například světlo) zdají být úplně jiné. První jsou pevné kusy hmoty, druhá jsou paprsky vyzařované energie, nebo něco takového. Jako jablka a pomeranče. Ukazuje se, že věci jako světlo a elektrony nejsou omezeny pouze na jeden stav - mohou to být jak částice, tak vlny, v závislosti na tom, kdo se na ně dívá..
Vážně. Zní to směšně, ale existuje konkrétní důkaz, že světlo je vlna, a světlo je částice. Světlo je obojí. Současně. Není to žádný prostředník mezi dvěma státy, a to oběma. Vrátili jsme se do oblasti kvantové mechaniky a v kvantové mechanice ji Vesmír takto miluje a ne jinak..
Všechny objekty spadají stejnou rychlostí.
Pro mnohé se může zdát, že těžké předměty padají rychleji než lehké - to zní rozumně. Bowlingová koule jistě padá rychleji než peří. To je pravda, ale ne kvůli gravitaci - jediným důvodem je to, že atmosféra Země poskytuje odpor. Ještě před 400 lety si Galileo poprvé uvědomil, že gravitace funguje stejně na všech objektech bez ohledu na jejich masy. Pokud jste experiment opakovali s bowlingovou koulí a perem na měsíci (který nemá žádnou atmosféru), spadli by současně.
Kvantová pěna
No, to je vše. V tomto okamžiku můžete pohybovat myslí.
Myslíte si, že samotný prostor je prázdný. Tento předpoklad je docela rozumný - pro to je prostor, prostor. Vesmír však netoleruje prázdnotu, proto se ve vesmíru, ve vesmíru, v prázdnotě částice neustále rodí a umírají. Oni jsou voláni virtuální, ale ve skutečnosti oni jsou skuteční, a toto bylo dokázané. Existují zlomek vteřiny, ale je to dost dlouho na to, aby porušily některé základní zákony fyziky. Vědci tento fenomén nazývají „kvantovou pěnou“, protože je to hrozně jako plynové bubliny v nealkoholickém nápoji syceném oxidem uhličitým..
Pokus s dvojitou štěrbinou
Nahoře jsme si všimli, že všechno může být zároveň částice a vlna. Ale tady je úlovek: pokud je v ruce jablko, přesně víme, jaká je jeho forma. Tohle je jablko, ne nějaká jablková vlna. Co určuje stav částice? Odpověď zní: my.
Experiment se dvěma sloty je jen neuvěřitelně jednoduchý a tajemný experiment. To je to, co to je. Vědci umístí obrazovku se dvěma sloty před zeď a střílet paprsek světla skrz slot, takže můžeme vidět, kde bude padat na zeď. Vzhledem k tomu, že světlo je vlna, vytvoří určitý difrakční obraz a uvidíte pruhy světla rozptýlené po zdi. Ačkoli tam byly dva sloty.
Částice by však měly reagovat odlišně - letět přes dvě štěrbiny, měly by ponechat dva proužky na zdi přímo naproti štěrbinám. A pokud světlo je částice, proč toto chování neprokazuje? Odpověď zní, že světlo toto chování ukáže - ale jen pokud chceme. Být vlnou, světlo letí oběma sloty současně, ale být částečka, to bude letět jen přes jednoho. Vše, co potřebujeme změnit světlo na částici, je změřit každou částici světla (foton), která prochází mezerou. Představte si fotoaparát, který fotografuje každý foton létající mezerou. Stejný foton nemůže proletět jinou mezerou, aniž by byl vlnou. Interferenční vzor na stěně bude jednoduchý: dva proužky světla. Fyzicky měníme výsledky události, jen je změříme a sledujeme.
To se nazývá „pozorovatelský efekt“. A i když je to dobrý způsob, jak tento článek dokončit, ani na povrchně nevykopala naprosto neuvěřitelné věci, které fyzici najdou. Existuje spousta variant experimentu s dvojitou štěrbinou, ještě šílenější a zajímavější. Můžete je hledat jen tehdy, pokud se nebojí, že vás kvantová mechanika nasaje.
