10 curiozitaţi din fizică şi lucruri ciudate

Fizica pentru mulţi a fost un obiect de temut, dar odată cu vârsta înţelegi cât de interesantă şi diversă este. Această disciplină este probabil una din cele mai importante şi misterioase din ştiinţă, ea încearcă să lămurească toate procesele care se petrec în natură şi în univers, proprietăţile şi structura materiei, formele de mişcare a acesteia, precum şi transformările reciproce. Aşa că putem remarca numeroase curiozităţi din fizică.

Credcă fizica este una din cele mai importante ştiinţe ale naturii, prin intermediu ei se explică multe fenomene întâlnite şi în alte ştiinţe aşa ca chimia şi biologia. Fizica este un compartiment unde imaginaţia joacă un rol important în cunoaşterea proceselor din natura care ne înconjoară, cum spunea Einstein:

Imaginaţia este mai importantă ca cunoştinţele.

Desigur în Fizică încă sunt multe goluri şi lucruri ciudate care nu au o lămurire, dar anume acest fapt face această disciplină atât de interesantă.

Şi mai jos am selectat unele dintre lucrurile incredibil de interesante din fizică.

10. Timpul se opreşte la viteza luminii

Aşa dar prima curiozitate din fizică – Conform Teorii Relativităţii a lui Einstein, viteza luminii nu se poate niciodată schimba – ea este întodeauna egală cu aproximativ 300 000 000 metre/secundă, indiferent de observator. Acest lucru singur în sine este destul de incredibil, luând în considerare că nimic nu se poate mişca mai repede ca lumina, dar acestea sunt încă lucruri destul de teoretice. Partea într-adevăr incredibilă a Teoriei Relativităţii este fenomenul numit dilatarea temporală care prevede că, cu cât mai repede te mişti cu atât mai lent trece timpul relativ cu mediul din jur. Adică, dacă te duci la o plimbare cu maşina pentru o oră veţi fi mai puţin în vârstă decât dacă aţi petrece acest timp în faţa calculatorului. Nanosecundele suplimentare obţinute posibil nu vor suplini preţul plătit pentru combustibil, dar în orce caz, este o opţiune.

Desigur, timpul nu poate încetini aşa de simţitor, formula va funcţiona dacă vă veţi mişca cu viteza luminii, în acest caz timpul nu se va mişca de fel. Dar nu face să nădăjduiţi că utilizând această metodă veţi putea deveni nemuritor din unicul motiv pe care l-am menţionat mai sus, nimic nu se poate deplasa mai rapid ca lumina, numai dacă nu sunteţi făcut din lumină. Tehnic vorbind pentru a ajunge la o aşa viteză este nevoie de o cantitate infinită de energie.

9. Încurcătura cuantica

Mai sus am rămas de acord că nimic nu se poate mişca mai repede ca lumina. Ei bine, şi da şi nu. Deşi din punct de vedere tehnic este încă adevărat, cel puţin în teorie, se pare că există o portiţă de găsit în ramura uimitoare a fizicii numită, mecanica cuantică.

Mecanica cuantică în esenţă este studiul fizicii la nivel microscopic, aşa ca comportamentul particulelor la nivel subatomic. Aceste tipuri de particule sunt imposibil de mici, dar foarte importante, deoarece ele constituie blocurile de construcție a tot ce este în univers. Să lăsăm detaliile tehnice deoparte, ele sunt destul de complicate, vi le puteți imagina aceste particule ca mici biluțe încărcate cu sarcină electrică care se rotesc (proces denumit în mecanica cuantică ca, spin, ceva asemănător cu rotirea planetelor în jurul axilelor lor).

Deci să presupunem că avem doi electroni (particule subatomice cu sarcină negativă). Entanglement – ul cuantic este procesul special care implică împerecherea acestor particule în aşa fel încât ele să devină identice (biluţe cu acelaş spin şi sarcină electrică). Aşadar, în clipa când asta se întâmplă lucrurile devin ciudate – pentru că de acum înainte aceşti electroni rămân identici. Asta înseamnă dacă schimbi unul din ei, să spunem schimbăm direcţia de rotire (spin – ul) în cea opusă, geamănul său reacţionează în acelaş fel, imediat, indiferent de unde se află acestă particulă (despărţită spaţial, poate să fie în loc total diferit), fără măcar să te atingi de ea.

Implicaţiile acestui proces sunt imense, şi anume, asta înseamnă că informaţia (în acest caz direcţia spin – ului) poate fi în esenţă teleportată în orce parte a universului.

8. Lumina este afectată de gravitaţie – curiozitaţi din fizică

Să ne întoarcem pentru o clipă iaraşi la Teoria Generală a Relativităţii a lui Einstein. Aceasta implică concepţia aşa numitei devieri a luminii, care înseamnă că – calea fasciculului de lumină nu este în întregime dreaptă.

Sună ciudat, dar a fost dovedit deja în mod repetat. Cea ce înseamnă, că chiar dacă lumina nu are nici o masă, calea sa este afectată de obiectele care o au – aşa ca soarele spre exemplu. Deci dacă o rază de lumină de la o stea îndepărtată va trece destul de aproape de soare, ea se va îndoi uşor în jurul lui.

Efectul asupra unui observator, aşa ca noi, este că vom vedea steaua într-un loc diferit decât ea este situată la moment (la fel cum peştele în lac nu e niciodată în locul unde pare a fi să fie). Amintiţi-vă de acest fapt data viitoare când o să vă uitaţi la stele – totul ar putea fi doar un truc al luminii.

7. Materia întunecată

Datorită unor teorii menţionate mai sus (şi multor alte nemenţionate), fizicienii au unele metode destul de precise de a măsura masa toatală prezentă în univers. Ei de asemenea au metode destul de precise de măsurare a masei totale pe care o putem observa şi iată întorsătura, cele două numere nu se potrivesc.

De fapt, masa totală a universului este mult mai mare decât masa pe care o putem pune în cont, adică materia care o putem vedea. Fizicienii au fost nevoiţi să dea o explicaţie acestui lucru şi teoria de bază a impus introducerea aşa numitei materii întunecate, substanţă misterioasă care nu emană şi nici nu absoarbe lumina şi prezintă aproximativ 95% din masa universului. În timp ce ea încă nu a fost dovedită oficial că există (deoarece ea nu poate fi văzută), materia întunecată este susţinută de mii de probe şi trebu să existe sub o formă sau alta pentru a explica universul.

6. Universul nostru se extinde rapid

Iată aici lucrurile devin într-adevăr ciudate şi pentru a le înţelege, va fi nevoie să ne întoarcem înapoi la Teoria Marei Explozii (Big Bang). Teoria Marei Explozii este la momentul actual explicaţia de bază recunoscută a originii universului.

Folosind o anlogie cât mai simplă posibil, totul sa petrecut cam în aşa fel: universul nostru sa început de la o explozie. Rămăşiţele (Planetele, Stelele, etc.) au fost aruncate în toate direcţiile împinse de energia enormă creată în urma exploziei. Din cauza că aceste rămăşiţe sunt atăt de grele și ca urmare afectate de gravitaţia din spatele lor, ne-am aşteapta ca această explozie să încetinească după un anumit timp.

Dar nu a fost să fie. În realitate, extinderea universului nostru devine de fapt tot mai rapidă cu timpul, care este la fel de nebunesc ca şi în cazul în care ai arunca o minge care va lua o viteză tot mai rapidă şi mai rapidă în loc să cadă la pământ. Aceasta înseamnă că spaţiul este în continuă creştere. Unica modalitate de a explica acest lucru, este materia întunecată sau mai precis enregia întunecată, care este forţa motrice în spatele acestei acceleraţii cosmice. Deci ce, în lume mai este şi energie întunecată, vă veţi întreba voi? Ei bine acesta este un alt lucru interesant…

5. Toată materia este doar energie

Într-adevăr materia şi energia sunt doar două feţe a aceleiaşi monede. De fapt, ați știut acest lucru toată viaţa dacă aţi auzit vreodată de formula E=mc2. Unde „E” este enrgia iar „m” reprezintă masa. Cantitatea de energie conţinută într-o cantitate anumită de masă este determinată de factorul de conversie a „c” la pătrat, unde „c” reprezintă viteza luminii în vid.

Explicaţia acestui fenomen este foarte fascinantă şi are de a face cu faptul că masa unui obiect creşte pe măsură ce el se apropie de viteza luminii (chiar dacă timpul se încetineşte). Este totuşi destul de complicat de a lămuri totul în contextul acestui articol, pur şi simplu rămânem la constatarea faptului ca asta este adevărat.

Ca dovadă, din păcate, pot servi bombele atomice care transformă cantităţi foarte mici de substanţă în cantităţi foarte mari de energie.

4. Dualitatea undă – particulă

Vorbim de un lucru care se dovedesc a fi altceva…

La prima vedere, particulele (aşa ca electronii) şi undele (aşa ca lumina) nu mai putea fi atât de diferite. Una dintre ele este o bucată solidă de materie iar celălalt este un fascicul de energie radiantă, cam aşa. Sunt mere şi portocale. Dar aşa cum se dovedeşte, lucrurile precum ar fi lumina şi electroni într-adevăr nu se pot limita doar la o stare de existenţă – ele manifestă calităţi duble, şi de particule şi de unde, totul depinde de observator, adică de cine se uită.

Da asta sună ridicol, dar sunt dovezi concrete care demosntrează că lumina este o undă, şi alte dovezi concrete care demonstrează că lumina este o particulă. Are ambele forme, manifestă proprietăţi a ambelor stări în acelaş timp. Nu există nici o stare intermediară dintre acestea două. Nu vă faceţi griji dacă asta e lipsit de sens, fiindcă ne-am întors în domeniul mecanicii cuantice şi la acest nivel universului oricum nu-i place să fie sens.

3. Toate obiectele cad cu aceeaşi viteză – curiozităţi din fizică clasică

Să mai calmăm un pic spiritele pentru o secundă, fiindcă fizica modernă e destul de voluminoasă pentru a o înghiţi dintr-o dată. Fizica clasică de asemenea poate oferi concepte la fel de stranii.

Veţi fi ertat dacă presupuneţi că obiectele mai grele cad cu o viteză mai mare decât cele mai uşoare – asta sună destul de veridic, în plus noi ştim cu toţii ca mingea de bowling cade mult mai repede ca o pană. Şi acest lucru este adevărat, dar asta nu are nici o legătură cu gravitaţia, singurul motiv din care se întâmplă acest lucru se datorează faptului că atmosfera terestră opune rezistenţă. În realitate, aşa cum a realizat Galileo încă aproape 400 de ani în urmă, gravitaţia acţioneaza la fel pe toate obiectele indiferent de masa lor. Cea ce înseamnă că dacă repetăm acelaş experiment cu pana şi mingea de bowling pe lună (care nu are atmosferă), ele vor atinge solul exact în acelaş timp.

2. Spuma cuantică

Gata cu pauza. Iarăşi curiozităţi din fizică modernă.

Chestiunea se referă la spaţiul gol, care ați crede că este într-adevăr gol. Asta sună ca o presupunere destul de sigură, se conţine în nume la urma urmei. Dar se întâmplă a fi că universul e prea agitat pentru a se împăca cu acest lucru, aceasta este cauza din care particulele în mod constat apar şi dispar peste tot locul. Ele sunt numite particule virtuale, dar puteţi să nu aveţi dubii – ele sunt reale, în orce caz asta indică probele. Ele există doar pentru o fracţiune de secundă, care este suficient de mult pentru a doborî unele legi fundamentale a le fizicii, dar în acelaş timp atât de repede că acest lucru nu contează de fapt (cum ai fura ceva de la un magazin, iar peste o jumatate de secundă ai întors tot înapoi pe raft). Oamenii de ştiinţă au numit acest fenomen „spumă cuantică”, fiindcă aceasta aparent le-a amintit mişcarea haotică a bulelor în spuma formată deasupra băuturilor gazoase.

1. Experimentul de dublă fantă

Dacă vă amintiţi ceva mai sus am afirmat că totul poate fi şi undă şi particulă în acelaş timp. Dar aici e un pic alt lucru, voi ştiţi din experienţa proprie că lucrurile au forme clare, un măr în mâna voastră este un măr, nu ceva ciudat, ca spre exemplu un măr sub formă de unde. Atunci ce face ca ceva să devină definitiv particulă sau undă? După cum se pare, asta noi o facem.

Experimentul dublă fantă este cel mai nebun lucru care l-am enunţat în acest articol, şi funcţionează cam aşa, oamenii de ştiinţă plasează un paravan despărţitor cu două fante (crăpături înguste) în faţa unui perete şi „împuşcă” cu un fascicul de lumină prin fante, astfel ca ei să poată vedea unde a lovit el pe perete. În mod tradiţional, lumina ca fiind o undă se va expune ceva după modelul difracţiei luminii şi veţi vedea o bandă de lumină răspândită pe tot peretele. Asta e implicit, dacă aţi creat experimentul chiar acum asta e anume cea ce veţi vedea.

Dar acesta nu este modul în care ar acţiona particulele la o dublă fantă, ele ar merge direct prin aceste două orifcii şi vor crea două linii pe perete care se potrivesc cu fantele din paravan. Şi dacă lumina este particulă de ce ea nu manifestă această proprietate în locul difracţiei? Răspunsul este că o va face, dar numai în cazul dacă vrem.

Ca o undă, lumina călătoreşte prin ambele fante în acelaş timp, dar ca o particulă, ea poate trece doar prin una. Deci dacă vrem să acţioneze ca o particulă, tot ce avem de făcut, este să instalăm un instrument care va măsura exact prin care fantă trece fiecare particulă a luminii (numită foton). Ceva de tipul unui aparat de fotografiat, dacă el va înregistra fiecare foton care va trece printr-o fantă, apoi acest foton nu va putea trece prin ambele fante, de aceea nu putea fi undă. Ca urmare modelul de interferenţă pe perete nu va apărea – vor fi anume cele două linii. Lumina va acţiona ca o particulă doar pentru că am instalat un aparat de fotografiat în faţă. Vom schimba fizic rezultatul, doar prin măsurarea lui.

În general aceasta se numeşte, Efectul de Observator şi aici voi termina articolul. Însă trebuie să remarc că tot asta e doar vârful aisbergului a tuturor lucrurilor ciudate din fizică, în mare parte majoritatea din cea modernă şi anume mecanica cuantică.

Anunțuri