Fizica conceptualăRomancierul T.H. White a inventat o minunată frază, care a intrat în cultura populară: ,,Orice lucru care nu este interzis este obligatoriu." La origine concepută ca o satiră a totalitarismului, aceasta a fost preluată de fizicianul Murray Gell-Mann ca o metaforă pentru fizică.

 

 

 

CUPRINS
2.1 Simetria de translaţie

Ceea ce a vrut să exprime a fost faptul că legile fizicii resping toate lucrurile imposibile, iar ceea ce rămâne este ceea ce se întâmplă cu adevărat. Conservarea masei şi conservarea energiei împiedică producerea multor fenomene. Obiectele nu pot dispărea din senin şi nu poţi să mergi cu maşina pentru totdeauna fără să pui combustibil în ea.

Unele fenomene sunt imposibile, dar nu sunt interzise de aceste două legi ale conservări. În filmul de arte marţiale Crouching Tiger, Hidden Dragon, aceia care au primit iluminarea mistică sunt capabili să încalce legile fizici. Unele încălcări, ca abilitatea lor de a zbura sunt evidente, dar altele sunt un pic mai subtile. Tânăra și rebela eroină / anti-eroină, Jen Yu, intră într-o dispută când stă la o masa în restaurant. Un tânăr dur, Iron Arm Lu, vine alergând spre ea cu viteză mare și ea ridică o mână şi îl face să sară înapoi, fără să se mişte măcar de la locul ei şi fără să se pregătească împotriva acestuia. Ea face toate acestea între muşcături. Este imposibil, dar de unde ştim că este imposibil? Aceasta nu încalcă conservarea masei, pentru că nu se modifică masa niciunui personaj. Ea conservă energia, deoarece Lu are aceeaşi energie ca la început.

 

Imaginează-ţi că trăieşti într-o ţară unde singurele legi sunt cele împotriva crimei şi a jafului. Într-o zi cineva îţi acoperă casa cu graffiti şi autorităţile refuză să acţioneze, deoarece nicio crimă nu a fost înfăptuită. Eşti convins că este nevoie de o nouă lege împotriva vandalismului. În mod similar, istoria lui Jen Yu şi Iron Arm Lu arată că avem nevoie de o nouă lege a conservării.


Simetria de translaţie

Cele mai importante legi ale fizici sunt legile conservării, iar teorema lui Noether ne spune că legile conservării sunt cum sunt din cauza simetriei. Simetria timpului este responsabilă pentru conservarea energiei, dar timpul este ca un râu cu doar două direcţii, trecut şi viitor. Ce este imposibil în mişcarea lui Lu este inversarea bruscă a direcţiei mişcării în spaţiu, dar nici simetria timpului, nici conservarea energiei nu ne spun nimic despre ghidarea în spaţiu. Când puneţi combustibil în maşină, nu decideţi dacă vreţi să cumpăraţi combustibil “nord” sau combustibil “sud”, combustibil “est”, “vest”, “de sus” sau “de jos”. Energia nu are direcţie. Ceea ce avem nevoie este o cantitate nouă de energie conservată, care are o direcţie în spaţiu şi, de asemenea, o lege de conservare, care poate veni doar de la o simetrie care se referă la spaţiu. Din moment ce am avut deja noroc cu simetria timpului, care spune că legile fizicii sunt aceleaşi în orice timp, pare rezonabil acum să lansăm posibilitatea unui nou tip de simetrie, care să afirme că legile fizici sunt aceleaşi în orice punct din spaţiu. Aceasta este cunoscută ca simetria de translaţie, unde cuvântul „translaţie” este folosit în sens matematic şi se referă la mişcarea unui obiect fără a-l roti.

Simetria de translaţie pare să fie raţională pentru majoritatea oamenilor, dar veţi vedea că se termină prin producerea unor foarte surprinzătoare rezultate. Pentru a vedea cum, ne va fi de ajutor să ne imaginăm consecinţele încălcării simetriei de translaţie. Ce s-ar întâmpla dacă precum legile naţiunilor, legile fizicii ar fi diferite în locuri diferite? Ce s-ar întâmpla şi cum am putea detecta acest lucru? Am putea încerca să facem acelaşi experiment în două locuri diferite şi să comparăm rezultatele, dar este o cale mai uşoară. Loviţi uşor cu degetul pe X-ul de mai jos, aşteptaţi o secundă apoi loviţi din nou.


X

Credeţi că cele două lovituri au avut loc în acelaşi punct din spaţiu? Probabil consideraţi că este o întrebare prostească şi eu doar am verificat dacă mă urmăriţi. Nici pe departe. Imaginaţi-vă întreaga scenă din punctul de vedere al unui marţian, care observă această scenă de pe planeta sa, printr-un telescop puternic. (Nu aţi tras draperia, nu?). Din punctul lui de vedere, Pământul se învârte în jurul axei sale şi orbitează în jurul Soarelui, la viteze de mii de kilometri pe oră. Pentru ei, a doua lovitură s-a întâmplat într-un punct din spaţiu aflat la 30 de km distanţă faţă de prima atingere. Dacă vreţi să îi impresionaţi pe marţieni şi să câştigaţi versiunea marţiană a premiului Nobel pentru detectarea unei încălcări a simetriei de translaţie, tot ce trebuie să faceţi este să efectuaţi un experiment de fizică de două ori în acelaşi laborator şi să arăţi că rezultatele sunt diferite.

Dar cine poate spune că  punctul de vedere al marţianului este cel corect? De unde ştiţi că ce aţi detectat este o încălcare a simetriei de translaţie? Poate a fost doar o încălcare a simetriei timpului. Comitetul marţian pentru decernarea premiilor Nobel nu are de gând să vă acorde premiul pentru un experiment atât de ambiguu. O posibilă rezolvare a acestei ambiguităţi ar fi să se aştepte un an şi să se repete experimentul pentru a treia oară. După un an, Pământul va încheia o orbită completă în jurul Soarelui, iar d-voastră şi laboratorul vă veţi afla în acelaşi punct din spaţiu. Dacă al treilea experiment dă acelaşi rezultat precum primul,  puteţi aduce un argument puternic că ceea ce aţi detectat este o asimetrie a spaţiului şi nu a timpului. Oricum există o problemă.  D-voastră şi marţienii sunteţi de acord că după un an Pământul este din nou în acelaşi loc al spaţiului, dar ce spune un observator dintr-un alt sistem solar, a cărui planetă orbitează în jurul altei stele? Acest observator ar susţine că întregul nostru sistem solar este în mişcare. Pentru el mişcarea Pământului în jurul Soarelui arată ca o spirală sau ca un tirbuşon, deoarece Soarele se află el însuşi în mişcare.