Fizica conceptualăDin cele mai vechi timpuri, oamenii au remarcat anumite lucruri legate de cer. Soarele şi Luna răsar la est şi apun la vest. Poate fi stabilit cu o precizie acceptabilă cu ochiul liber că dimensiunile aparente ale Soarelui şi a Lunii nu se schimbă.

 

 

 

CUPRINS
1.1. Simetria şi legile de conservare

Faptul că Luna pare mai mare când se află aproape de orizont este o iluzie optică, iar acest lucru poate fi dovedit comparându-i mărimea unghiulară cu un obiect de referinţă, precum degetul mic ţinut la o lungime de braţ.

Dacă Soarele şi Luna şi-ar schimba distanţa faţă de noi, ar părea că se măresc şi se micşorează şi de vreme ce nu par a îşi schimba dimensiunile, putem afirma că rămân la aceeaşi distanţă faţă de noi, cel puţin cu aproximaţie.

Din observaţii precum acestea, oamenii de antichitate au construit un model ştiinţific, în care Soarele şi Luna se deplasau în jurul Pământului în cercuri perfecte. Desigur, ştim astăzi că Pământul nu este centrul Universului, dar aceasta nu înseamnă că modelul nu a avut utilitatea sa. Acesta este modul în care funcţionează ştiinţa. Nu urmăreşte niciodată sa dezvăluie realitatea absolută; încearcă doar să alcătuiască modele ale realităţii ce au putere prezicătoare.

 



Abordarea modernă a fizicii se bazează pe conceptele de simetrie şi pe legi de conservare, ambele demonstrate prin acest exemplu.

Se credea că Soarele şi Luna se deplasează în cercuri şi că cercul este o formă foarte simetrică. Dacă roteşti un cerc în jurul său, precum o roată care se învârte, acesta nu se modifică. Aşadar, spunem că cercul este simetric faţă de centrul său. Oamenii din Antichitate credeau că ar fi foarte frumos ca Universul să prezinte această simetrie şi au devenit ataşaţi de această idee.



Lacul lebedelor
În această scenă din Lacul Lebedelor, coregrafia prezintă simetrie faţă de stânga şi dreapta


O lege de conservare este un enunţ ce afirmă că un anumit număr nu se schimbă cu trecerea timpului. În exemplul nostru, distanţa dintre Soare şi Pământ se conservă, asemeni distanţei dintre Lună şi Pământ. (Grecii antici au reuşit chiar şi să determine distanţa de la Pământ la Lună.) 

În exemplul nostru, simetria şi legea conservării oferă aceeaşi informaţie. Oricare dintre enunţuri poate fi satisfăcut doar printr-o orbită circulară. Aceasta nu este o coincidenţă. Fiziciana Emmy Noether a demonstrat prin metode matematice foarte generale că în cazul teoriilor de un anumit tip din fizică, fiecare simetrie conduce la o lege a conservării corespunzătoare. Deşi formula precisă a teoremei lui Noether şi demonstraţia acesteia sunt prea matematice pentru această carte, vom întâlni multe exemple precum acesta, în care conţinutul fizic al teoremei este destul de clar.



Emmy Noether


Emmy Noether (1882-1935). Fiică a unui matematician german important, nu a demonstrat precocitate matematică – în adolescenţă, era mai interesată de muzică şi dans. şi-a luat doctoratul în anul 1907 şi şi-a construit curând o reputaţie internaţională, dar Universitatea din Göttingen a refuzat să o accepte ca şi profesoară, iar colegul său Hilbert a fost nevoit să îi înregistreze cursurile în catalogul universităţii pe numele său. S-a iscat o mare controversă, oponenţii săi întrebând ce ar crede soldaţii ţării dacă atunci când s-ar fi întors acasă ar fi fost nevoiţi să înveţe de la o femeie. Dacă i-ar fi fost permis să predea, ar fi însemnat că i-ar fi fost de asemenea permis să voteze în senatul academic. La urma urmei, senatul facultăţii nu este o baie publică. A fost într-un final admisă în anul 1919. Fiind evreică, a fugit din Germania în 1933 şi s-a alăturat facultăţii Bryn Mawr din Statele Unite.
Ideea unei orbite perfect circulare este cu adevărat atrăgătoare. A fost a
şadar o mare dezamăgire când astronomul Johannes Kepler a descoperit prin analiza amănunţită a unor observaţii precise, că orbitele, precum cea a Lunii, au de fapt formă eliptică, nu circulară. Acesta este genul de întâmplare care l-a îndemnat pe Huxley să declare, „Cea mai mare tragedie în ştiinţă este ca un fapt urât să distrugă o teorie frumoasă.” Morala poveştii este că simetriile sunt importante şi frumoase, dar nu putem hotărî care simetrii sunt adevărate bazându-ne pe simţul estetic; validitatea lor poate fi determinată doar pe baza observaţiilor şi a experimentelor.


Ca exemplu mai modern, gândiţi-vă la simetria dintre dreapta şi stânga. Spre exemplu, observăm că un titirez ce se învârte în sensul acelor de ceasornic se comportă exact la fel ca unul ce se învârte în sens contrar acestora. Genul acesta de observaţie i-a făcut pe fizicieni să creadă, pentru sute de ani, că legile fizicii sunt în simetrie perfectă faţă de dreapta şi stânga. Simetria în oglindă se potrivea cu bunul simţ al acestora. Dar experimente realizate de Chien-Shiung Wu în anul 1957 au arătat că simetria dreapta-stânga este violată în anumite tipuri de reacţii nucleare. Fizicienii au fost astfel forţaţi să-şi schimbe opiniile despre ce este de bun simţ.


 

Puteţi discuta subiectul pe FORUM Puteţi pune întrebări pe secţiunea QA

Traducere: Anca Negulescu