Einstein a observat că nu există nicio diferență între „masa inerțială” și „masa gravitațională”.


Ilustrația prezintă (în partea de jos) prima detecție de unde gravitaționale de către cele două observatoare LIGO.
Acestea sunt sincronizate cu evoluţia fuziunii găurii negre ce a produs undele în trei faze (imaginile de sus): 1 – spiralarea interioară, 2 – fuziunea, şi 3 - „ringdown" (când s-a încheiat emisia de unde gravitaţionale)
credit: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Undele gravitaţionale sunt ondulaţii ale spaţiu-timpului, generate de obiecte cosmice masive aflate în accelerare. Undele gravitaționale sunt o consecință a teoriei relativității generale a lui Einstein. Mişcarea obiectelor masive prin spaţiu-timp perturbă, așadar, structura acestuia, generând o radiație (undele gravitaționale) care se propagă în toate direcțiile. Dar sunt undele gravitaționale atrase și captate de o gaură neagră?

Atomii sunt încă, schematic, prezentați în multe publicații după modelul unui sistem solar, cu un nucleu în jurul căruia se rotesc, precum planetele, electronii. Dar înțelegerea modernă a modului în care sunt dispuse și se deplasează particulele elementare care constituie atomul este departe de această schemă.

Există un mod simplu de a descrie regulile reflexiei și care aplică în mai multe domenii, nu doar reflexiei. Este denumit „principiul timpului cel mai scurt” sau „principiul lui Fermat”.

Să începem cu deplasarea luminii care nu interacționează cu materia deloc. În vid, o rază de lumină se deplasează în linie dreaptă. Aceasta poate fi reformulată astfel: dintre toate traiectoriile imaginabile pe care lumina le-ar putea urma din punctul P în punctul Q, singura posibilă este cea care ia cel mai puțin timp.

Ce se întâmplă în cazul reflexiei? Dacă lumina urmează să se deplaseze de la un punct la altul, fiind reflectată, cea mai rapidă cale este, într-adevăr, cea cu unghiul de incidență și unghiul de reflexie egale.

În urmă cu circa 1,5 ani am publicat un articol intitulat „Cum putem vizualiza mai bine mişcarea obiectelor în spaţiu-timpul curbat?”  în care încercam să vizualizăm cât mai aproape de ce întâmplă în natură atunci când are loc curbarea spațiu-timpului. Modul propus timid atunci ajută la înțelegerea unor fenomene complet contraintuitive, cum ar fi faptul că un corp aflat într-un câmp gravitațional (cum ar fi un măr lăsat liber de la 1 m de sol) în fapt nu accelerează către suprafața terestră (citiți acest articol pe acest subiect).

Ideea prezentată atunci îşi avea originea în eforturile de vizualizare ale unor fenomene fizice în condiții de curbare extremă a spațiu-timpului ale unui fizician american, Andrew Hamilton,  care studiază teoria relativităţii şi găurile negre, şi care a realizat o serie de animaţii ale mişcării materiei în jurul orizontului evenimentelor şi în interiorul găurilor negre. Hamilton a venit cu propria definiţie a găurilor negre, spunând că: „o gaură neagră este un loc din univers unde spaţiul cade mai repede decât fotonii de lumină”. Conform teoriei relativităţii generale, gravitaţia nu este o forţă; obiectele care se deplasează în spaţiu-timp, ca fotonii menţionaţi, utilizează căile cele mai scurte în spaţiu-timp, numite geodezice. Cum spaţiul se prăbuşeşte în  gaura neagră, fotonii, care sunt captivi ai spaţiului, se prăbuşesc cu el.


Structura internă a unui proton, mult mai apropiată de cea reală decât cea clasică...

Întâi de toate, câte quarcuri formează un proton? Nu câte crezi tu, ci mai multe. Mult mai multe! Afli câte anume în paragrafele următoare, fii fără grijă. În al doilea rând: ce este un quarc? Un quarc este o particulă elementară, adică o particulă care nu este compusă din alte particule (până la proba contrară, pentru că despre multe particule s-a crezut inițial că sunt elementare, după care s-a observat că nu sunt...). Quarcurile (nu cuarcii, cum o să auziți sau o să citiți pe alte site-uri, mai puțin riguroase :)) sunt elementele constituente ale protonilor și neutronilor - adică ale acelor particule care formează nucleul unui atom.


Paralaxa se înjumătățește odată cu dublarea distanței obiectului observat

În articolul precedent menționam că putem folosi luminozitatea (unei stele) pentru a determina distanța Dar sistemul vizual al omului dispune de o metodă diferită. De exemplu, poți spune chiar acum la ce distanță se află ecranul computerului ori telefonului pe care citești acest text. Senzația de adâncime vine de la faptul că cei doi ochi furnizează informații despre același lucru, dar din perspective (un pic) diferite. Dacă închizi și închizi pe rând cei doi ochi (unul închis, celălalt deschis), vei observa că imaginea se deplasează spre stânga, respectiv spre dreapta. Dacă nu crezi, interpune un deget între tine și ecran și observă cum un anumit punct de pe ecran se deplasează față de degetul tău.


credit: dedoweigertfilm.de

De ce lumina unei stele similare Soarelui aflate la distanță dublă este de 4 ori mai slabă? Cât de departe se aude strigătul simultan al patru băieți pierduți pe mare, comparativ cu strigătul unuia? Cum putem afla distanța la care se află cea mai apropiată stea, cu excepția Soarelui, dacă-i știm strălucirea?

Pe 14 septembrie 2015 cunoașterea universului de către om a intrat într-o nouă fază odată cu identificarea undelor gravitaționale cu ajutorul un interferometru special denumit LIGO. Dacă până atunci universul era scrutat cu ajutorul undelor electromagnetice, undele gravitaționale vin să completeze instrumentarul astronomilor.


Simulare a condensatului Bose-Einstein (materia la aproape zero absolut)

Cea mai scăzută temperatură înregistrată pe Pământ este de -89,2°C, identificată de o stație meteo rusească în Vostok (Antarctica) în 1983. Dar la 10.000 de metri, altitudinea la care zboară în mod normal avioanele de pasageri, atmosfera terestră este rarefiată, iar termometrul consemnează o temperatură în jur de -75°C.

Dacă am părăsi Terra și ajungem în spaţiul interstelar, unde nu vom mai găsi cine știe ce materie, am observa că temperatura de acolo este foarte mică, de -270,3°C; iar dacă am ajunge într-o zonă numită Boomerang Nebula (aflată la 5 mii de ani-lumină de Pământ), am ajunge în cel mai friguros loc al universului cunoscut, foarte aproape de zero absolut.

Acesta nu este un articol despre modul de funcționare al unui aparat de aer condiționat. Am explicat cum funcționează aparatul de aer condiționat într-un articol de detaliu mai vechi, ce poate fi accesat aici: Cum funcționează aparatul de aer condiționat. Vă invităm să citiți articolul indicat despre aparatul de aer condiționat înainte de a continua acest articol, pentru o mai bună înțelegere a celor de mai jos.

În acest articol vrem să explicăm ce se întâmplă la nivel atomic, cum anume se transferă căldura dintr-un mediu (biroul tău sau sufrageria ta) către mediul exterior.

Pentru a înțelege cum se răcește, în fapt, aerul, trebuie să înțelegeți trei lucruri: ce este aerul; ce este căldura; cum se transferă căldura. Să le luăm pe rând, într-un limbaj accesibil tuturor.


Orbitalii atomici ai electronului în atomul de hidrogen, la energii diferite. Probabilitatea de a găsi electronul este dată de culoare (cu cât mai strălucitoare, cu atât mai mare probabilitatea). Credit: wikipedia.org

Mecanica cuantică este ramura fizicii moderne încearcă să desluşească legile „universului” subatomic, dorind să explice comportamentul electronilor şi al celorlalte constituente fundamentale ale materiei. Teoria cuantică a avut un impact major asupra modului în care înţelegem realitatea. Universul subatomic are însă mecanisme care scapă în parte înţelegerii umane, iar când se supune totuşi teoriilor fizicienilor, o face într-un mod contraintuitiv, paradoxal, ce îi lasă perplecşi pe filozofii moderni ai ştiinţei.


Materia curbează spaţiu-timpul, iar spaţiu-timpul curbat dictează mişcarea materiei în univers. credit: LIGO/T. Pyle

 

Când Albert Einstein a publicat pentru prima dată teoria specială a relativității în 1905 - a fost ridiculizat. Oamenii au crezut că este prea ciudat și radical ce propunea aceasta ca să fie real. Nici Einstein nu a fost mulțumit de teoria sa, deoarece se nu aplica în prezența gravitației sau dacă observatorul accelera. Într-o zi, în timp ce observa un spălător de geamuri pe o scară din apropierea biroului său, a avut o revelație.

Și-a imaginat ce se va întâmpla dacă lucrătorul ar cădea. S-a pus în locul spălătorului de geamuri și și-a imaginat ce se va întâmpla pe măsură ce ar cădea. Și-a dat seama că dacă ar cădea, gravitația ar fi singura forță care acționează asupra lui. El ar accelera spre Pământ, dar nu ar simți nicio greutate. Și acest lucru nu ar fi altfel dacă ar fi undeva în spațiul interstelar, în afara câmpului gravitațional al Pământului.


Trei modele ale luminii

Modelul luminii ca rază pare natural, odată ce te convingi că lumina călătorește prin spațiu și observi fenomene precum razele solare, care se strecoară printre nori. Dar acest model nu este unic. Lumina este văzută și ca unde electromagnetice, și ca particule. Dar varianta luminii ca rază este mai simplă. În orice caz, trebuie înțeles că știința funcționează cu modele ale realității, nu cu natura ultimă a realității. Vedeți aici de ce.


Isaac Newton în 1712; portret de James Thornhill

Issac Newton (1642 – 1727) a avut preocupări dintre cele mai diverse. A fost preocupat de alchimie (de care s-a ocupat 30 de ani, mult mai mult decât s-a ocupat de fizică), petrecând ani și ani cu studii și experimente nu foarte fructuoase. Dar și studiul Bibliei i-a consumat mulți ani, convins fiind că există mesaje ascunse pe care le va interpreta până la urmă. A făcut și câteva predicții referitoare la sfârșitul lumii; ultima variantă fiind undeva între 2.060 și 2.344.

Cea mai importantă carte din istoria omenirii este, cel mai probabil, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publicată de Isaac Newton în 1687. Principalul competitor este Originea speciilor, de Charles Darwin. În această carte Newton introduce gravitația ca forță universală, explică mișcarea planetelor în jurul astrelor, mareele, mișcarea cometelor etc. Arată că un corp care se rotește în jurul propriei axe, cum e Pământul, este turtit la poli.

 

Poți face următorul experiment: iei din dulap o lingură obișnuită, din metal, și una din plastic. Pe cât posibil de aceleași dimensiuni, pentru a asigura o simetrie minimă experimentului.

Pune mâna pe cele două. Lingura de metal va părea mai rece decât cea de plastic. De ce?

Apoi ia două cuburi de gheață din congelator și pune-le în cele două linguri. Surpriza va fi că gheața din lingura de metal se va topi mai repede. De ce?

Vă prezentăm în acest articol un infografic în care toate conceptele fundamentale ale fizicii sunt puse în așa fel încât să reflecte modul în care acestea au evoluat și s-au înlănțuit. Infograficul are la bază cartea The World according to physics scrisă de Jim Al-Khalili.


Rezultatul coliziunii de protoni la LHC

Pe 4 iulie 2012 fizicienii de la CERN, Elveția, au anunțat descoperirea bosonului Higgs, aceasta fiind considerată printre cele mai importante descoperiri ştiinţifice ale secolului al XXI-lea de până la această dată. Cum bosonul Higgs este o particulă extrem de dificil de identificat în natură, a fost nevoie de construirea unui accelerator de particule enorm, LHC (Marele Accelerator de Hadroni - Large Hadron Collider), cum este cel de la CERN.

Detectarea unei particulei presupune un proces complicat de colectare de date și de analiză a acestor date. Cercetătorii au avut de făcut munca identificării unei particule a cărei masă era necunoscută (deși se cunoștea plaja de valori pe care o putea lua masa). În cele trei videoclipuri de mai jos puteți înțelege cum s-a realizat identificarea bosonului Higgs, proces explicat de un cercetător de la CERN, care folosește un limbaj simplu, pe înțelesul tuturor.


Principiul lui lui Bernoulli este utilizat pentru a explica portanța (cum se țin avioanele în aer)

Principiul lui Bernoulli spune că presiunea unui fluid descrește pe măsură ce viteza acestuia crește și viceversa. Acest principiu are la bază observațiile lui Daniel Bernoulli, matematician elvețian care a trăit în secolul al XVIII-lea. Principiul este folosit, printre altele, pentru a explica de ce avioanele pot decola și se pot menține în aer. Nu oferă o explicație completă însă, după cum puteți citi aici.


 



SUSȚINE SCIENTIA!
Donează
prin PayPal


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro