10 niesamowitych odkryć w fizyce

Studiować fizykę to studiować wszechświat. Dokładniej, jak działa wszechświat. Bez wątpienia fizyka jest najciekawszą gałęzią nauki, ponieważ Wszechświat jest znacznie bardziej skomplikowany niż się wydaje i zawiera wszystko w sobie. Czasami świat zachowuje się bardzo dziwnie i być może powinieneś być prawdziwym entuzjastą dzielenia się z nami radością na temat tej listy. Oto dziesięć najbardziej zdumiewających odkryć współczesnej fizyki, które spowodowały, że wielu, wielu naukowców, wyrwało głowy w latach - dziesięcioleciach..

Przy prędkości światła czas się zatrzymuje

Zgodnie ze specjalną teorią względności Einsteina, prędkość światła pozostaje niezmieniona - i wynosi około 300 000 000 metrów na sekundę, niezależnie od obserwatora. To samo w sobie jest niewiarygodne, biorąc pod uwagę, że nic nie może poruszać się szybciej niż światło, ale wciąż czysto teoretyczne. W specjalnej teorii względności znajduje się interesująca część, która nazywa się „rozszerzeniem czasu” i która mówi, że im szybciej się poruszasz, tym wolniejszy czas porusza się dla ciebie, w przeciwieństwie do środowiska. Jeśli prowadzisz samochód przez godzinę, zestarzejesz się trochę mniej, niż gdybyś siedział w domu przy komputerze. Dodatkowe nanosekundy raczej nie zmienią twojego życia, ale fakt pozostaje.

Okazuje się, że jeśli poruszasz się z prędkością światła, czas na ogół zamarza w miejscu? Tak jest. Ale zanim spróbujesz stać się nieśmiertelnym, pamiętaj, że poruszanie się z prędkością światła jest niemożliwe, jeśli nie masz szczęścia, że ​​urodziłeś się jako światło. Z technicznego punktu widzenia poruszanie się z prędkością światła będzie wymagać nieskończonej ilości energii..

Zamieszanie kwantowe

Właśnie doszliśmy do wniosku, że nic nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła. Cóż ... tak i nie. Chociaż technicznie pozostaje to prawdą, teoretycznie istnieje luka, która została znaleziona w najbardziej niesamowitej gałęzi fizyki - w mechanice kwantowej..

Mechanika kwantowa w istocie polega na badaniu fizyki w skalach mikroskopowych, takich jak zachowanie cząstek subatomowych. Te rodzaje cząstek są niewiarygodnie małe, ale niezwykle ważne, ponieważ tworzą cegiełki wszystkiego we Wszechświecie. Można je sobie wyobrazić jako maleńkie obracające się elektrycznie naładowane kule. Bez komplikacji.

Mamy więc dwa elektrony (cząstki subatomowe z ładunkiem ujemnym). Splątanie kwantowe to specjalny proces, który wiąże te cząstki w taki sposób, że stają się identyczne (mają ten sam spin i ładunek). Gdy tak się stanie, od teraz elektrony stają się identyczne. Oznacza to, że jeśli zmienisz jednego z nich - powiedz, zmień spin - drugi odpowie natychmiast. Niezależnie od tego, gdzie się znajduje. Nawet jeśli go nie dotkniesz. Efekt tego procesu jest wspaniały - rozumiesz, że teoretycznie ta informacja (w tym przypadku kierunek wirowania) może być teleportowana w dowolne miejsce we wszechświecie.

Grawitacja wpływa na światło

Wróćmy do światła i porozmawiajmy o ogólnej teorii względności (także autorstwa Einsteina). Teoria ta obejmuje pojęcie zwane odchyleniem światła - ścieżka światła nie zawsze może być bezpośrednia.

Może to zabrzmieć dziwnie, ale udowodniono to więcej niż raz. Chociaż światło nie ma masy, jego droga zależy od rzeczy, które mają tę masę - jak słońce. Dlatego, jeśli światło z odległej gwiazdy zbliża się wystarczająco blisko innej gwiazdy, obejdzie ją. Jak to nas dotyczy? To proste: być może te gwiazdy, które widzimy, są w zupełnie innych miejscach. Pamiętaj, kiedy następnym razem spojrzysz na gwiazdy: wszystko może być tylko grą światła.

Ciemna materia

Dzięki niektórym teoriom, które już omówiliśmy, fizycy mają dość dokładne sposoby pomiaru całkowitej masy obecnej we Wszechświecie. Mają też dość dokładne sposoby pomiaru całkowitej masy, które możemy zaobserwować - ale szczęście, te dwie liczby nie pasują.

W rzeczywistości objętość całej masy we wszechświecie jest znacznie większa niż całkowita masa, którą możemy obliczyć. Fizycy musieli szukać wyjaśnienia tego, w wyniku czego pojawiła się teoria obejmująca ciemną materię - tajemniczą substancję, która nie emituje światła i przyjmuje około 95% masy we Wszechświecie. Chociaż istnienie ciemnej materii nie jest formalnie udowodnione (ponieważ nie możemy jej zaobserwować), wiele dowodów przemawia na korzyść ciemnej materii i musi istnieć w takiej czy innej formie..

Nasz wszechświat szybko się rozwija

Pojęcia są skomplikowane i aby zrozumieć dlaczego, musimy powrócić do teorii Wielkiego Wybuchu. Zanim stał się popularnym programem telewizyjnym, teoria Wielkiego Wybuchu była ważnym wyjaśnieniem pochodzenia naszego wszechświata. Jeśli to prostsze: nasz wszechświat rozpoczął się od wybuchu. Gruzy (planety, gwiazdy itp.) Rozprzestrzeniają się we wszystkich kierunkach, napędzane ogromną energią eksplozji. Ponieważ wrak jest wystarczająco ciężki, spodziewaliśmy się, że ten wybuchowy rozkład rozprzestrzeni się z czasem..

Ale tak się nie stało. W rzeczywistości ekspansja naszego wszechświata dzieje się coraz szybciej i szybciej. I to jest dziwne. Oznacza to, że przestrzeń stale rośnie. Jedynym możliwym sposobem wyjaśnienia tego jest ciemna materia, a raczej ciemna energia, która powoduje to stałe przyspieszenie. A czym jest ciemna energia? Lepiej nie wiesz.

Każda sprawa to energia

Materia i energia to tylko dwie strony tej samej monety. W rzeczywistości zawsze wiedziałeś o tym, jeśli kiedykolwiek widziałeś wzór E = mc2. E to energia, a m to masa. Ilość energii zawartej w określonej ilości masy jest określana przez pomnożenie masy przez kwadrat prędkości światła..

Wyjaśnienie tego zjawiska jest dość urzekające i ze względu na fakt, że masa obiektu wzrasta w miarę zbliżania się do prędkości światła (nawet jeśli czas zwalnia). Dowód jest dość skomplikowany, więc możesz po prostu wziąć słowo. Spójrz na bomby atomowe, które przekształcają dość małe ilości materii w potężne emisje energii..

Dualizm korpuskularno-falowy

Niektóre rzeczy nie są tak proste, jak się wydaje. Na pierwszy rzut oka cząstki (na przykład elektron) i fale (na przykład światło) wydają się zupełnie inne. Pierwsze to stałe kawałki materii, drugie to promienie energii promieniowania, lub coś takiego. Jak jabłka i pomarańcze. Okazuje się, że takie rzeczy jak światło i elektrony nie są ograniczone tylko do jednego stanu - mogą być jednocześnie cząstkami i falami, w zależności od tego, kto na nie patrzy..

Poważnie. Brzmi to śmiesznie, ale istnieją konkretne dowody na to, że światło jest falą, a światło jest cząstką. Światło jest oba. W tym samym czasie. Nie jakiś pośrednik między dwoma państwami, a mianowicie oba. Wróciliśmy do dziedziny mechaniki kwantowej, aw mechanice kwantowej Wszechświat kocha ją w ten sposób, a nie inaczej..

Wszystkie obiekty spadają z tą samą prędkością.

Dla wielu może się wydawać, że ciężkie przedmioty spadają szybciej niż lekkie - brzmi to rozsądnie. Z pewnością piłka do kręgli spada szybciej niż piórko. To prawda, ale nie z powodu grawitacji - jedynym powodem tego jest to, że atmosfera ziemska zapewnia odporność. Nawet 400 lat temu Galileusz po raz pierwszy uświadomił sobie, że grawitacja działa jednakowo na wszystkie obiekty, niezależnie od ich masy. Jeśli powtórzyłeś eksperyment z kulą do kręgli i piórkiem na księżycu (który nie ma atmosfery), upadliby w tym samym czasie.

Piana kwantowa

Cóż, to wszystko. W tym momencie możesz poruszać umysłem.

Myślisz, że sama przestrzeń jest pusta. To założenie jest całkiem rozsądne - ponieważ jest to przestrzeń, przestrzeń. Ale Wszechświat nie toleruje pustki, dlatego w przestrzeni, w przestrzeni, w cząstkach pustki ciągle rodzą się i umierają. Nazywa się je wirtualnymi, ale w rzeczywistości są prawdziwe i zostało to udowodnione. Istnieją w ułamku sekundy, ale są wystarczająco długie, aby złamać niektóre podstawowe prawa fizyki. Naukowcy nazywają to zjawisko „pianką kwantową”, ponieważ strasznie przypominają pęcherzyki gazu w gazowanym napoju bezalkoholowym..

Eksperyment z podwójną szczeliną

Powyżej zauważyliśmy, że wszystko może być jednocześnie cząstką i falą w tym samym czasie. Ale oto haczyk: jeśli w twoim ręku znajduje się jabłko, wiemy dokładnie, jaka jest jego forma. To jabłko, a nie jakaś fala jabłoni. Co decyduje o stanie cząstki? Odpowiedź brzmi: my.

Eksperyment z dwoma slotami jest po prostu niesamowicie prostym i tajemniczym eksperymentem. Tak właśnie jest. Naukowcy umieszczają ekran z dwoma gniazdami przed ścianą i strzelają wiązką światła przez szczelinę, abyśmy mogli zobaczyć, gdzie spadnie na ścianę. Ponieważ światło jest falą, stworzy pewien wzór dyfrakcji, a zobaczysz smugi światła rozrzucone po ścianie. Chociaż były dwa miejsca.

Ale cząsteczki powinny reagować inaczej - lecąc przez dwie szczeliny, powinny pozostawić dwa paski na ścianie naprzeciwko szczelin. A jeśli światło jest cząstką, dlaczego nie wykazuje tego zachowania? Odpowiedź jest taka, że ​​światło zademonstruje to zachowanie - ale tylko jeśli chcemy. Będąc falą, światło leci przez oba gniazda w tym samym czasie, ale będąc cząstką, przeleci tylko przez jedno. Wszystko, czego potrzebujemy, aby zmienić światło w cząstkę, to zmierzyć każdą cząstkę światła (foton), która przechodzi przez szczelinę. Wyobraź sobie kamerę, która fotografuje każdy foton lecący przez szczelinę. Ten sam foton nie może przelecieć przez inną przerwę, nie będąc falą. Wzór interferencji na ścianie będzie prosty: dwa paski światła. Fizycznie zmieniamy wyniki wydarzenia, po prostu je mierzymy i obserwujemy.

Nazywa się to „efektem obserwatora”. I chociaż jest to dobry sposób na ukończenie tego artykułu, nawet nie powierzchownie sięgała po absolutnie niewiarygodne rzeczy, które znajdują fizycy. Istnieje wiele odmian eksperymentu z podwójną szczeliną, jeszcze bardziej szalonych i interesujących. Możesz ich szukać tylko wtedy, gdy nie boisz się, że mechanika kwantowa cię wessie.