Curiozitati din fizica si lucruri ciudate

Fizica, pentru mulţi, a fost un obiect de temut, dar odată cu vârsta înţelegi cât de interesantă şi diversă este.  Acestă disciplină este probabil una din cele mai importante şi misterioase dintre ştiinţe; 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.

            Cred că fizica este una din cele mai importante ştiinţe ale naturii; prin intermediu ei se explică multe fenomene întâlnite şi în alte ştiinţe ale naturii , ca chimia şi biologia. Fizica este un compartiment unde imaginaţia joacă un rol important în cunoaşterea proceselor din natură 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 o face o disciplină atât de interesantă.

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

 Timpul se opreşte la viteza luminii

           Aşadar 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 metri/secundă, indiferent de observator. Acest lucru singur în sine este destul de incredibil, având în vedere că nimic nu se poate mişca mai repede ca lumina, dar acest lucru este destul de teoretic.        Partea într-adevăr incredibilă a Teoriei Relativităţii este o idee numită 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 vei fi mai puţin în vârstă decât dacă ai petrece acest timp în faţa calculatorului. Nanosecundele suplimentare obţinute, posibil nu vor suplini preţul plătit pentru combustibil, dar în orice 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 trebuie să nădăjduiţi că utilizând această metodă veţi putea deveni nemuritor, din unicul motiv pe care l-am menţionat mai sus, că 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.

 Încurcătura cuantică (Entanglementul cuantic)

                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,  comportamentul particulelor la nivel subatomic.  Aceste tipuri de particule sunt imposibil de mici, dar foarte importante, deoarece ele constituie blocurile de construcţie a tot ce este în univers. Lăsăm detaliile tehnice deoparte, ele sunt destul de complicate, pentru a face  remarca că e una din cele mai mari curiozităţi din fizică. Deci ne putem imagina particulele ca mici biluţe care se rotesc (proces denumit în mecanica cuantică ca – spin, ceva asemnător cu rotirea planetelor în jurul axelor lor), încărcate cu sarcină electrică.
               Deci noi avem doi electroni (particule subatomice cu sarcină negativă). Entaglementul cuantic este un proces special care implică împerecherea acestor particule în aşa fel încât ele să devină identice (biluţe cu acelaşi spin şi sarcină electrică). Aşadar în clipa când se întâmplă asta, lucrurile devin ciudate – pentru că de acum înainte aceşti electroni rămân identici. Asta înseamnă că dacă schimbi unul din ei – să spunem,  schimbăm direcţia de rotire (spin – ul) în cea opusă – geamănul său reacţionează în acelaşi fel.
              Imediat. Indiferent de unde se află acestă particulă (despărţită spaţial, poate să fie în loc total diferit). Fără ca măcar sa te atingi de el. Implicaţiile acestui proces sunt imense, aceasta înseamnă că informaţia (în acest caz direcţia spin – lui), poate fi în esenţă teleportată în orice parte a universului.

 Lumina este afectată de gravitaţie

               Să ne întoarcem pentru o clipă iarăşi 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 obiecte care o au – aşa ca soarele de 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 locul unde ea este situată la acel moment (la fel cum peştele în lac nu e niciodată în locul unde pare a fi). Amintiţi-vă de acest fapt data viitoare când o să vă uitaţi la stele –  totul ar  putea fi doar un truc al luminii.

 Materia întunecată

              Datorită unor teorii menţionate mai sus (şi multor altora nemenţionate), fizicienii au unele metode destul de precise de a măsura masa toatală prezentă în univers. Ei de asemeni 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 pe 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 încă nu a fost dovedit oficial că ea există (deoarece ea nu poate fi văzută), materia întunecată este susţinută de o tonă de probe, şi trebuie să existe sub o formă sau alta pentru a explica universul.

 Universul nostru se extinde rapid

                 Iată unde lucrurile devin 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 analogie cât mai simplă posibil, totul s-a petrecut cam în aşa fel: universul nostru a început de la o explozie. Rămăşiţele (Planetele, Stelele, etc.) au fost aruncate în toate direcţiile, împinse de energia enormă creată în urma exploziei. Deoarece aceste rămăşiţe sunt atât de grele şi astfel afectate de gravitaţie, ne-am aşteapta ca această explozie să încetinească după un anumit timp.
                Dar nu a fost să fie. În realitate, extinderea universului nostru,  de fapt, devine tot mai rapidă cu timpul, care este la fel de nebunesc ca şi în cazul în care ai arunca o minge de baseball care are 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 energia întunecată, care este forţa motrice în spatele acestei acceleraţii cosmice. Adică ce, în lume este şi energie întunecată, veţi întreba? Ei bine acesta este un alt lucru interesant…

 Toată materia este doar energie

               Într-adevăr – materia şi energia sunt doar două feţe ale aceleiaşi monede. De fapt, sunteţi la curent cu 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 “c” la pătrat, unde “c” reprezintă viteza luminii în vid.
               Explicaţia acestui fenomen este întra-devăr 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 aceasta ; 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.

 Dualitatea undă – particulă

              La prima vedere particulele (aşa ca electronii) şi undele (aşa ca lumina) nu ar mai  putea fi atât de diferite. Una este o bucată solidă de materie şi celalaltă este un fascicul de energie radiantă, cam aşa. Sunt mere şi portocale. Dar, aşa cum se dovedeşte, lucruri cum ar fi lumina şi electronii într-adevăr nu se pot limita doar la o stare de existenţă – ele manifestă calităţi duble şi de particule şi de unde, 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 ale ambelor stări. În acelaşi 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 nu-i place să fie sens oricum.

 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 poate oferi concepte la fel de stranii.
               Veţi fi iertat 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 că mingea de bowling cade mult mai repede ca o pană. Şi acest lucru este adevărat, dar asta nu are nimic cu gravitaţia – singurul motiv din care cauză 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 acţionează la fel pentu toate obiectele, indiferent de masa lor. Cea ce înseamnă că, dacă repetăm acelaşi experiment cu pana şi mingea de bowling pe lună (care nu are atmosferă), ele vor atinge solul exact în acelaşi timp.

 Spuma cuantică

     Iarăşi curiozităţi din fizică modernă.
          Chestiunea  se referă la spaţiul gol, care ai 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, care 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 orice 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 acelaşi timp atât de repede că acest lucru nu contează de fapt (cum ai fura ceva de la un magazin, dar peste o jumătate 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.

 Experimentul de dublă fantă

               Dacă vă amintiţi ,ceva mai sus, am afirmat că totul poate fi şi undă şi particulă în acelaşi 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 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 dintre cele prezentate 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 pe perete. În mod tradiţional, lumina , 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 ceea ce veţi vedea.
             Dar acesta nu este modul în care ar acţiona particulele la o dublă fantă – ele ar merge direct prin aceste aceste două orificii şi vor crea două linii pe perete care se potrivesc cu fantele din paravan. Şi dacă lumina este particulă de ce nu manifestă această proprietate în locul difracţiei? Răspunsul este că o va face, dar numai în cazul în care vrem. Ca o undă, lumina  călătoreşte prin ambele fante în acelaşi timp, dar ca o particulă, ea poate traversa doar prin una. Deci dacă vrem să acţioneze ca o particulă, tot ce avem de făcut  e de instalat un instrument care va măsura exact prin care fantă trece fiecare particulă a luminii (numită foton). Ceva de tipul unui aparat de fotografiat, dacă ea înregistrează fiecare foton care trece printr-o fantă, apoi acest foton nu poate trece prin ambele fante, de aceea nu poate 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 se numeşte Efectul de Observator. Trebuie  remarcat că acesta e doar vârful aisbergului  tuturor lucrurilor ciudate din fizică, marea  majoritatea din cea modernă, şi anume mecanica cuantică.