32 Relatywnie specjalne fakty o fizyce

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 09:39

"Wyobraźnia jest ważniejsza niż wiedza. Ponieważ wiedza jest ograniczona, podczas gdy wyobraźnia obejmuje cały świat, stymulując postęp, rodząc ewolucję. "- Albert Einstein.

Wszechświat jest szalonym miejscem. Dowiedzieliśmy się trochę o tajemniczej naturze, ale wciąż mamy przed sobą długą drogę! Oto 32 z naszych ulubionych faktów z fizyki.

32. Prędkość czasu.

Jeśli podróżowałeś z prędkością światła, czas się zatrzymał.

Zgodnie z Einsteinowską Teorią Szczególnej Względności, im szybciej jedziesz, tym wolniejszy czas mija w stosunku do otoczenia. Poważnie - jeśli przez godzinę przeskoczysz w Ferrari, starzejesz się odrobinę mniej niż wtedy, gdy po prostu spałeś w domu na komputerze. Dodatkowe nanosekundy, które można uzyskać z niego, mogą nie być warte ceny gazu, ale hej, jest to opcja.

Teraz, zanim rozpętasz plan nieśmiertelności, zauważ, że poruszanie się z prędkością światła nie jest możliwe, chyba że jesteś światłem. Technicznie rzecz biorąc, poruszanie się w tym tempie wymagałoby nieskończonej ilości energii (i szczerze mówiąc, nawet Chihuahua nie ma tak dużo energii).

31. Znajdź tę gwiazdę.

Nasze słońce pochyla światło. Pod wpływem grawitacji ścieżka wiązki światła nie jest całkiem prosta. Jeśli więc wiązka światła z odległej gwiazdy zbliża się do naszego słońca, będzie się lekko pochylać wokół niego. Wpływ na obserwatora - jak my - polega na tym, że widzimy gwiazdy w różnych miejscach, niż są one faktycznie zlokalizowane.

30. Gdzie ukrywa się masa?

Ilość całkowitej masy we wszechświecie jest znacznie większa niż masa, którą rzeczywiście możemy wyjaśnić. Fizycy opracowali wyjaśnienie tego, a wiodącą teorią jest teraz ta ciemna materia - tajemnicza substancja, która nie emituje światła - dla brakującej masy. Ciemna materia i ciemna energia stanowią około 95% masy we wszechświecie.

29. Zrozumienie kosmicznej ekspansji.

Oto, gdzie sprawy stają się nieco ryzykowne. Zanim powstał program telewizyjny, Teoria Wielkiego Wybuchu była ważnym wytłumaczeniem dla powstania naszego wszechświata. Zasadniczo wszechświat rozpoczął się eksplozją. Szczątki (planety, gwiazdy itp.) Rozrzucone były we wszystkich kierunkach, napędzane ogromną energią wybuchu. Ponieważ cały ten gruz jest tak ciężki, spodziewamy się, że eksplozja zwolni po pewnym czasie.

Oto haczyk: w ogóle nie zwolnił. W rzeczywistości wszechświat rozszerza się z czasem szybciej. To tak szalone, jakbyś rzucił baseball, który stawał się coraz szybszy, nigdy nie spadł z powrotem na ziemię. Przeważającym wyjaśnieniem tego jest fakt, że siła wywierana przez ciemną materię i energię napędza ekspansję kosmiczną.

28. Tak wiele atomów wodoru.

Najbardziej obfitującym atomem we wszechświecie jest atom wodoru. Prawie 74% atomów w galaktyce Drogi Mlecznej to atomy wodoru.

27. Powiedz co teraz?

Elektrony zachowują się inaczej, gdy są obserwowane. Zgadza się, sam akt obserwacji może całkowicie zmienić wynik wydarzenia! W słynnym eksperymencie z podwójną szczeliną badania dowiodły, że kura, którą kamera obserwuje elektrony, działa jak cząsteczki. Jednakże, gdy do obserwacji elektronów nie jest używane żadne urządzenie, działają jednocześnie jako fale i cząstki. Istnieje ogromna różnica zdań i brak pewności, dlaczego tak się dzieje.

26. Pióro a piłka do kręgli.

Wszystkie obiekty spadają z tą samą prędkością. Zostaniesz wybaczony, zakładając, że cięższe przedmioty padają szybciej niż lżejsze - to brzmi jak zdrowy rozsądek, a poza tym kulka do kręgli spada szybciej niż piórko. Ale tak naprawdę siła grawitacji ściąga obiekty w kierunku środka Ziemi z dokładnie taką samą prędkością. Opór powietrza odpowiada za wolniejszy lot puchacza. Oznacza to, że gdybyś powtórzył eksperyment z piłką z kulą do kręgli na księżycu (który nie ma atmosfery), uderzyłby w ziemię dokładnie w tym samym czasie.

25. Pusta przestrzeń.

Cała materia, która składa się na ludzką rasę, zmieściłaby się w kostce cukru. Atomy to 99, 9999999999999 procent pustej przestrzeni.

24. Wielobarwne dziury?

Czarne dziury nie są czarne

Są bardzo ciemne, jasne, ale nie są czarne. Świecą, lekko, emitując światło w całym spektrum, w tym świetle widzialnym.

Promieniowanie to nazywa się "promieniowaniem Hawkinga" po byłym profesorze matematyki na Uniwersytecie w Cambridge, Stephenie Hawkingu, który pierwszy zaproponował jego istnienie. Ponieważ czarne dziury nieustannie wydzielają to promieniowanie, a tym samym tracą masę, ostatecznie odparują, jeśli nie mają innego źródła masy, aby je utrzymać.

23. Usain Bolt, najcięższy człowiek na świecie?

Im szybciej się poruszasz, tym cięższy dostajesz. Jest to jednak nieistotne przy prędkościach człowieka - Usain Bolt nie jest zauważalnie cięższy podczas biegu, niż gdy jest nieruchomy - ale gdy osiągniesz znaczną część prędkości światła, twoja masa gwałtownie rośnie.

22. Jestem już przy idealnej wadze … na Księżycu.

Waga (siła grawitacji) zmniejsza się wraz z oddalaniem się od ziemi.

21. Weź to, astronauci!

Niektóre kolejki górskie znane są z tego, że zawierają siły g około 4 do 6 g. Astronauci zwykle doświadczają maksymalnej siły g wynoszącej około 3gs podczas wystrzeliwania rakiety.

20. Msza jest królem.

Grawitacja utrzymuje Ziemię i inne planety w naszym Układzie Słonecznym na orbicie wokół Słońca. Utrzymuje także Księżyc na orbicie wokół Ziemi.

19. Orbitowanie w linii prostej.

Planety nie poruszają się w ruchu okrężnym. Krążą wokół Słońca, ponieważ czasoprzestrzeń się wygina. Dzieje się tak, ponieważ grawitacja w pewnym sensie zagina materiał wszechświata.

18. Słodka równowaga.

Słońce i planety znajdują się w przybliżeniu w tej samej odległości od siebie i znajdują się w mniej więcej tym samym miejscu od kilku miliardów lat. Obecnie planety znajdują się w idealnej równowadze, co powoduje, że każda planeta porusza się wystarczająco szybko, aby nie zostać przyciągnięta bliżej Słońca, ale niezbyt szybko, aby odszedł od Słońca i uruchomił Układ Słoneczny.

17. Jeśli Saturn poszedł na kąpiel …

Saturn wypłynie, jeśli umieścisz go w wodzie. Technicznie rzecz biorąc, jest tak, ponieważ Saturn, który składa się głównie z gazu, jest znacznie mniej gęsty niż woda. Jednak znalezienie odpowiedniej ilości wody może być wyzwaniem … I oczywiście sama planeta może nie być najlepszym pływakiem. Większość fizyków zgadza się, że Saturn rozpadłby się dość szybko, gdyby kiedykolwiek wrzucił go do tego, jeszcze nie odkrytego, kolosalnego basenu.

16. Śliczne małe kwarki.

Chociaż atomy są najmniejszą jednostką elementu, składają się one z jeszcze mniejszych cząstek zwanych kwarkami i leptonami. Elektron jest leptonem. Protony i neutrony składają się z trzech kwarków.

15. W Bogu ufamy …

Fizyka często ścierała się z poglądami religijnymi, a wielu uznanych fizyków zajmowało silne stanowisko.

"Rola odgrywana przez czas na początku wszechświata jest, jak sądzę, ostatecznym kluczem do usunięcia potrzeby Wielkiego Projektanta i ujawnienia, jak wszechświat się stworzył. … Czas musi się zatrzymać. Nie możesz dostać się do czasu przed Wielkim Wybuchem, ponieważ nie było czasu przed Wielkim Wybuchem. W końcu znaleźliśmy coś, co nie ma przyczyny, ponieważ nie było czasu na pojawienie się przyczyny. Dla mnie oznacza to, że nie ma możliwości stworzenia, ponieważ nie ma czasu, aby twórca istniał. Ponieważ czas zaczął się w momencie Wielkiego Wybuchu, było to zdarzenie, które nie mogło być spowodowane ani stworzone przez nikogo ani nic. … Kiedy ludzie pytają mnie, czy bóg stworzył wszechświat, mówię im, że samo pytanie nie ma sensu. Czas nie istniał przed Wielkim Wybuchem, więc nie ma czasu, aby Bóg stworzył wszechświat. To tak, jakby prosić o wskazówki na krańcu Ziemi. Ziemia jest kulą. Nie ma krawędzi, więc jej szukanie jest daremnym ćwiczeniem. "- Stephen Hawking

14. Moc rakiet!

W rakiecie paliwo jest spalane w komorze spalania w celu wytworzenia masy gorących gazów. Gaz rozszerza się i wypływa z rakiety. Siła wyrzucana do tyłu ustawia siłę reakcji w przeciwnym kierunku, zwaną ciągiem, która napędza rakietę do przodu.

13. Wielcy duchy zawsze napotykali gwałtowny sprzeciw …

Robert Goddard wystrzelił pierwszą rakietę z paliwem ciekłym w 1926 roku. Został wyśmiewany, gdy powiedział, że technologia rakietowa może być użyta do lotu na Księżyc. To przyniosło mu przydomek "Moony Goddard" i unikał rozgłosu przez resztę życia.

12. Myślę, że rozumiem, ale nie jestem pewien.

Zasada nieoznaczoności, czyli zasada nieoznaczoności Heisenberga, jest jednym z najbardziej znanych i niezrozumiałych pomysłów w fizyce. Stwierdza, że pozycja i pęd cząstki nie mogą być jednocześnie mierzone z dużą precyzją. W kategoriach laika oznacza to, że istnieje niejasność natury, fundamentalna granica tego, co możemy wiedzieć o zachowaniu się cząstek, a tym samym natury. Ta radykalna zasada spowodowała, że wielu fizyków zmieniło swój cel. Wielu fizyków przyznaje, że celem współczesnej fizyki nie jest już całkowite zrozumienie natury wszechświata, ale raczej zrozumienie jej w granicach zasady nieoznaczoności.

11. Chodzi o przyspieszenie.

Praktyczne rakiety kosmiczne lub pojazdy startowe składają się z kilku połączonych ze sobą jednostek rakietowych. Ten układ nazywa się rakietą stopniową. Zasada działania rakiety stopniowej polega na tym, że każda jednostka rakietowa lub scena rakietowa strzela przez pewien czas, a następnie odpada, gdy paliwo zostało użyte. Dzięki temu rakieta jest lżejsza i umożliwia szybsze przyspieszenie.

10. Bang!

Jeśli umieścisz kawałek rdzenia Słońca na powierzchni Ziemi, zginiesz z pozycji stojącej w odległości 145 km (90 mil) od niego. Czemu? Zasadniczo zawiera on wack ton energii, a wybuchnie jak bomba nuklearna.

9. Czy nauka może wyjaśniać miłość?

Podczas gdy Einstein pozostał niewzruszony, że wszechświat można wyjaśnić w całości, był także człowiekiem uczuć, który czasami faworyzował wyjaśnienia humanistyczne nad naukowym. Powiedział kiedyś: "Nie, ta sztuczka nie zadziała … Jak na Ziemi zamierzasz wyjaśnić w kategoriach chemii i fizyki tak ważne zjawisko biologiczne jak pierwsza miłość?"

8. Tyle miejsca na aktywności!

Przestrzeń nie jest całkowitą próżnią. Istnieje około 3 atomów na metr sześcienny przestrzeni. Ogromne niedopowiedzenie stulecia: to niewiele.

W perspektywie na poziomie morza istnieje około 2, 5 x 10 ^ 25 cząsteczek powietrza w metrach sześciennych powietrza. To jest 250 000 000 000 000 000 000 000 000 atomów.

7. Przepraszam, Chuck.

Gwiazdy neutronowe są tak gęste, że ich łyżeczka będzie równa masie całej populacji Ziemi. W rzeczywistości naukowcy zgadzają się, że nawet Chuck Norris nie mógł wycisnąć z siebie gwiazdy neutronowej.

6. Zawrotne gwiazdy.

Gwiazdy neutronowe to najszybciej wirujące obiekty znane we wszechświecie. Pulsary to szczególny rodzaj gwiazdy neutronowej, która emituje wiązkę promieniowania, którą można obserwować jako puls światła. Szybkość tego impulsu pozwala astronomom mierzyć rotację. Najszybszym wirującym pulsarem jest chwytliwy tytuł PSR J1748-2446ad, który obraca się z prędkością ponad 70 000 kilometrów na sekundę.

5. Tworzenie osobliwości.

Umierające gwiazdy tworzą czarne dziury.

Jak dobry stary człowiek, nasze Słońce zakończy swoje życie spokojnie. Kiedy paliwo jądrowe wypali się, powoli zamieni się w białego karła. Tak nie jest w przypadku znacznie bardziej masywnych gwiazd. Załóżmy, że masz gwiazdę, która jest około 20 razy większa niż Słońce. Kiedy temu potworowi skończy się paliwo, grawitacja gwałtownie przytłacza i zwija rdzeń, a inne warstwy są rzucane w przestrzeń kosmiczną. Nazywa się to supernową. Pozostały rdzeń zapada się w osobliwość - miejsce o nieskończenie gęstej masie i prawie bez objętości. To inna nazwa czarnej dziury.

4. Wysoka pochwała.

Używając zasady równoważności, Einstein jest człowiekiem, który odkrył względność. Oto, co Stephen Hawking miał do powiedzenia na temat swojej pracy:

"Wykorzystanie przez Einsteina równoważności masy bezwładnościowej i grawitacyjnej do wyprowadzenia zasady równoważności, a ostatecznie całej ogólnej teorii względności, oznacza nieustanny marsz logicznego rozumowania, którego nie ma w historii ludzkiej myśli".

To wielka pochwała od jednego inteligentnego gościa do drugiego!

3. Niekończąca się podróż.

Nasze dążenie do wiedzy nie zakończy się w najbliższym czasie. Wyjaśnienie natury wszechświata nie jest łatwym zadaniem. Bill Bryon, autor Krótkiej historii prawie wszystkiego, powiedział na ten temat: "Fizyka to tak naprawdę nic innego jak poszukiwanie ostatecznej prostoty, ale jak dotąd wszystko, co mamy, to rodzaj eleganckiego bałaganu."

2. Ruch wieczny.

Pierwsza zasada ruchu Newtona wyjaśnia, w jaki sposób bezwładność wpływa na poruszające się i nieruchome obiekty, musi pozostać w spoczynku lub poruszać się ze stałą prędkością w linii prostej, chyba że działa na nie niezrównoważoną siłę.

1. Weź to, Heisenberg!

Jeden z najbardziej znanych cytatów Alberta Einsteina brzmi: "Bóg nie gra w kości". Kilka cytatów było tak niezrozumianych. Wiele osób założyło, że Einstein odnosi się do boga osobistego lub religijnego. Nie był.

Pełna treść cytatu brzmi: "Bóg nie gra w kości z wszechświatem". To była odpowiedź Einsteina na zasadę nieoznaczoności Heisenberga, którą Einstein stanowczo odrzucił. Uważał, że muszą istnieć pewne podstawowe prawa natury, które mogłyby definiować cząstki i umożliwiać obliczanie zarówno ich prędkości, jak i pozycji.

Nie ma dowodów na istnienie prawa, na które liczył Einstein, a wszystkie dowody eksperymentalne sugerują, że mechanika kwantowa jest prawdziwa. Jednak mechanika kwantowa (dziedzina, w której króluje zasada nieoznaczoności) nie pasuje do innych szeroko rozpowszechnionych teorii, takich jak specjalna i ogólna teoria względności Einsteina. Mechanika kwantowa może być poparta dowodami, ale pozostaje ona całkowitą tajemnicą, jak ona pasuje do reszty fizyki.