0. Szybki i mało upierdliwy Wstępniak Okolicznościowy.
Witajcie!
Widzimy się coraz częściej, czyżby Nowy Rok chciał mi powiedzieć, że mam zadanie? Misję? Dotrzeć z fizyką pod strzechy? Jednakże, nie jestem Wieszczem, czyli raczej - dotrzeć pod kopuły Waszych czaszek :) Mam nadzieję, że znajdzie się tam, obok miejsca na ważne sprawy, jak mycie zębów i instrukcja obierania ziemniaków, także pewien obszar zarezerwowany na fizykę.
Spokojnie, na razie nie będę mieszał nikomu w głowach kwantami. Wiem, że po Świętach bardziej rozwinięte są ruchy robaczkowe jelit, czyli procesy odpowiedzialne za trawienie karpików i śledzików :) Ale jeśli rozwinęliśmy nasze umiejętności pałaszowania potraw, czas na strawę umysłową. Niech opony mózgowe i inne obszary naszego głównego procesora także mają trochę ćwiczeń, aby być skutecznym w myśleniu co najmniej tak, jak szczęka we wcinaniu znakomitych potraw. Co innego, gdy opony mózgowe mają już zużyty bieżnik; wtedy zalecam trepanację czaszki albo chociaż zanurzenie głowy w misce z zimną wodą. Lub - lekturę Fizyki dla Laika czyli Nauki dla Tłuka. Z trojga złego wybrałbym opcję trzecią, najmniej inwazyjna.
1. Wstępniak naukowy.
Dziś chciałbym zaprezentować Wam wyniki niezwykłego eksperymentu, jednego z wielu przeprowadzanych w laboratoriach fizycznych na całym świecie. Jest to swego rodzaju nowinka naukowa, nie kolejny wykład z fizyki lat .20 XX wieku. Pewnie Wam trochę kwanty obrzydły, dlatego dziś nie będzie tradycji. Będzie coś ekstra - ekstradycja ;)
Czym jest negatywna masa? To hipotetyczna właściwość tzw. materii egzotycznej, nieuchwytna i do tej pory niezaobserwowana. Brzmi dobrze? Zarzuciłem wędkę? No dobrze, to może jeszcze raz, rybki moje ulubione ;) Taka materia, oczywiście na razie pozostająca w domenie spekulacji, nie jest zgodna z klasycznym modelem materii, czyli tzw. Modelem Standardowym (jest to opis wszystkich cząstek elementarnych, jakie znamy w przyrodzie; wydaje się on jednak niekompletny - nie uwzględnia np. grawitonów (tutaj można o nich poczytać) - kwantów grawitacji). Lub, jeśli jest z nim zgodna, nie składa się z tzw. barionów - czyli np. protonów i neutronów, tradycyjnych cegiełek materii. Materia egzotyczna ma cechy, które nie są cechami materii zwykłej, czyli właśnie np. negatywną masę. I nie jest to antymateria - antymateria ma masę dodatnią. Antymateria (jak np. dla elektronu pozyton) to taka sama materia co normalna, tylko z przeciwnym znakiem ładunku elektrycznego. Antymateria jest to po prostu złośliwe rodzeństwo materii zwykłej, jest im zawsze przeciwna - na każde 'tak' materii przypada zawsze 'nie' antymaterii. To tak jakby mieć brata, który, cokolwiek nie powiesz, zawsze ci zaprzeczy, ale poza tym jest taki sam jak ty.
Bo masa, przynajmniej w teorii, powinna, tak samo jak ładunek elektryczny, mieć możliwość występowania w dwóch, przeciwnych znakach, (+) i (-). Toczą się debaty, czy aby taka możliwość nie stała w sprzeczności z obecnymi prawami fizyki.
Do materii egzotycznej zalicza się także np.: materię zdegenerowaną i materię dziwną (tu znajdziecie trochę o niej), cząstki ciemnej materii, elementy ciemnej energii, a także składniki kondensatu Bosego-Einsteina i plazmy kwarkowo-gluonowej.
Uffff. Mózg się lasuje, ale spokojnie, to są tematy do rozwinięcia na wizycie u Wujostwa Google albo innym razem u mnie. Nie mogę nic obiecać; np. nie wiem, czy jeszcze raz mógłbym gościć u siebie materię zdegenerowaną. Kiedy ostatnim razem wpadła z wizytą w poście #13, narobiła takiego chlewu, że nie chcę już jej zapraszać. Jak to degeneraci! Pobrudziła obrus skwarkami dziwnymi i cały stół zrobił się jakiś nietutejszy ;) (aby zrozumieć ten żart, należy przeczytać post #13) Dobrze, już wystarczy o materii egzotycznej.
Ujemna masa powodowałaby odpychanie grawitacyjne! Antygrawitacja to kolejny temat godny rozwinięcia, ale poruszamy się coraz bardziej w kierunku fantastyki naukowej. Jeśli Was to interesuje, zapuśćcie sobie Star Treka lub innego Dr. Who. Antygrawitacja jest również, tak jak materia egzotyczna, czysto hipotetyczną koncepcją. Lecz przygotowałem dla Was szczyptę nowinek, które pozwalają uważać, że śmiałe koncepcje fizyczne mogą okazać się całkiem prawdziwe. Zapraszam do kolejnego rozdziału, czas na konkrety! :)
2. Amerykańscy naukowcy uzyskali płyn o ujemnej masie. Ci wspaniali amerykańscy naukowcy ;)
Tak, odkryli to. Tekst o amerykańskich naukowcach jest zabawny, ale naprawdę tego dokonali. Płyn ten, kiedy jest pchany w jednym kierunku, porusza się wstecz, zamiast do przodu!
Wiemy, że druga zasada dynamiki Newtona mówi, że Siła (F) = Masa (m) x Przyspieszenie (a). Przyspieszenie zaś to Siła / Masę. Kiedy masa ma znak ujemny, wtedy Przyspieszeni będzie ujemne.
To niezwykłe odkrycie naukowców z USA może, w dalszej kolejności, rzucić światło na procesy zachodzące w gwiazdach neutronowych (post o tychże gwiazdach) i czarnych dziurach.
Fizycy odnieśli pewien sukces w próbach uzyskania negatywnej masy. Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego w Washington (dobrze, że nie w Londynie, bo nie ma takiego miasta, Londyn. Jest Lądek, Lądek Zdrój. Musielibyśmy uznać owo odkrycie za zmyślone). Udało się stworzyć płyn z atomów o temperaturze bardzo bliskiej zera bezwzględnego, najniższej możliwej temperaturze w przyrodzie (-273,15 stopni Celsjusza, 0 Kelvinów; przy tej temperaturze wszelki ruch cząsteczkowy, poza fluktuacjami kwantowymi, zanika. Wszystkie elementy układu termodynamicznego mają najniższą możliwą energię) i wtedy, Eureka! Materia z tychże atomów zaczęła zachowywać się, jakby miała ujemną masę :) Bohaterami mojej opowieści są znowu atomy Rubidu. Utworzyły one tzw. kondensat Bosego-Einsteina.
3. Einstein bez butów czyli kondensat Bosego-Einsteina.
W tym stanie materii cząstki poruszają się niezwykle powoli i zaczynają przejawiać cechy opisywane za pomocą mechaniki kwantowej, zamiast fizyki klasycznej. Po prostu, cząstki nagle zyskują cechy fali, to znaczy, że nie mają jednego konkretnego położenia, tylko rozkład (coś jak sinusoida na osi x,y) falowy prawdopodobieństwa swojego położenia. Tłumaczyłem to trochę w postach o tunelowaniu (#12, punkt 1.)) i doświadczeniu Younga (#3).
Kondensat Bosego-Einsteina to piąty stan skupienia materii. Obok tak oczywistych, jak ciecz czy gaz, mamy także materię, która zachowuje się w specyficzny sposób, przy temperaturach bliskich 0 K.
4. Trochę o nieśmiertelnych bizonach.
Po kolei. Czyli od końca ;)
Bozony są to cząstki, które posiadają spin całkowity (wartość całkowita pewnej wielkości charakteryzującej cząstki elementarnej). Mogą one znajdować się jednakowym stanie kwantowym, zgodnie z regułą Pauliego; fermiony mają spin połówkowy i nie mogą. Widocznie Pauli mniej je lubił ;) Każda cząstka jest bozonem albo fermionem. Bozony to np. gluony (cząstki, które spajają kwarki w nukleonach), fotony - cząstki światła, i hipotetyczne grawitony. Czyli - bozony przenoszą oddziaływania.
Fermiony to kwarki i leptony, czyli cząstki budujące materię. Leptonem jest np. elektron i neutrino elektronowe, a także masa innych, których nie ma sensu przywoływać, bo nie są nam one tutaj potrzebne. Jest to cała wesoła rodzinka cząstek, wchodzących w skład tzw. Modelu Standardowego. I tyle w temacie :)
No i mamy sobie te bozony, prawdaż czy nieprawdaż? :) Gdy się ochłodzi te bozony, które mogą mieć ten sam stan kwantowy, tworzą one, ni z gruchy, ni z pietruchy, układ kwantowy, w którym wszystkie cząstki zachowują się, jakby były jedną cząstką! Mają identyczny pęd, a w stanie tym zachodzi także zjawisko nadciekłości - całkowicie zanika lepkość! Na przykład, mieszając łyżeczką nadciekłą, jakimś cudem, kawę, sprawilibyśmy, że płyn obracałby się bez końca, o ile sami byśmy go nie zatrzymali. Dlatego lepiej unikajcie mrożonej kawy, mogłaby Was wessać w swój nieokiełznany wir ;)
Ten stan skupienia nazywa się kondensatem Bosego-Einsteina (nie bosego Einsteina, ale aż się prosi) od nazwisk indyjskiego fizyka Satendry Natha Bosego i Alberta Einsteina, którzy przewidzieli istnienie tego stanu skupienia już w roku 1924.
5. I znowu amerykańscy naukowcy, odkryli wszystko, wstrzymali Słońce, ruszyli Ziemię i po prostu ocalili świat :)
Doświadczenia ciąg dalszy. Zespół owych naukowców utrzymywał za pomocą laserów płyn z kondensatem w niskiej temperaturze, ale także w maleńkim polu o kształcie miski, o średnicy mniejszej niż 100 mikronów.
Dopóki płyn utrzymywał się w miejscu, w tej misce, wszystko było w miarę OK. Zachowywał się jak nadciekły płyn i miał dodatnią masę. Jednakże cyrki zaczęły się, gdy zechciano wypchnąć ten płyn poza obręb miskowatego pola.
Użyto drugiego zestawu laserów to uderzania w atomy, powodując ich ruch do przodu i do tyłu, zmieniając ich spin. Niecka, miska (denko, sitko, solniczka, nazwijcie to jak chcecie ;)) została zniszczona, i teraz najlepsze. Atomy Rubidu mogły wydostać się poza obręb solniczki. Miski. I zaczęły zachowywać się, jakby miały ujemną masę.
Kiedy popychało się je w jednym kierunku, one poruszały się w przeciwnym, z ujemnym przyspieszeniem. Wyglądało to, jakby uderzały w niewidoczną ścianę.
Dla mnie bomba! Wyobraźcie sobie na przykład, jak wyglądałby mecz w tenisa. Gracze staliby tyłem do siebie? Albo mecz piłki nożnej. Rekordowe ilości bramek samobójczych ;)
Aby na pewno stwierdzić, że doświadczenie niezmordowanych amerykańskich naukowców faktycznie wskazało na istnienie ujemnej masy, potrzebne są wyniki niezależnych zespołów naukowców z innych krajów. Chociaż, czy ja wiem? Ruscy naukowcy pewnie już dawno mają ujemną masę, ciemne światło i słony cukier. Tam wszystko jest możliwe, Putin ma tyle kasy, że finansuje wszystko ;)
Wyniki doświadczenia jak i sam opis eksperymentu Amerykanów zostały opublikowane w 'Physical Review Letters', poważanym czasopiśmie naukowym. Teraz każdy będzie mógł wytworzyć nadciekły kondensat Bosego-Einsteina o negatywnej masie w swojej własnej lodówce. Pod warunkiem, że potrafi ona schłodzić tę ciecz do -273,15 stopni Celsjusza. No pewnie, że każdy ;)
5. Napisy końcowe.
Fajni ci amerykańscy naukowcy, umieją prawie wszystko zrobić.
A poważnie - ujemna masa pojawiła się w trochę innym wydaniu, niż można by się spodziewać. Ja myślałem o jakiejś kulce, bloku materii, która na wadze pokazywałaby minus. I, nie, tu mówię do wszystkich anorektyczek, które marzą o obżeraniu się i traceniu na wadze. Nigdy nie napijemy się nadciekłej Pepsi o ujemnej masie, z prostego względu - ujemnego przyspieszenia. Chyba, że jesteście gotowi na malowanie sufitu. Pepsi podobno strasznie brudzi ;)
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz