0. Wstępniak.
Dzień dobry (cześć i czołem). Dziś będzie śmiesznie, strasznie, choć jasno jak w dzień. A że mamy wieczór, myślę że dobrze przeczytać ten kawałek. Dziś będzie o świetle. Pozwólcie, że wyjaśnię.
Rok mnie nie było, byłem w Rio, byłem w Bajo, itp. Nieważne, prawda? Ważne, że dziś spotykamy się w starym dobrym gronie, jesteśmy jak rodzina, czyli w rodzinnym winogronie. I tak dalej. Nie chcę Wam już na wstępie robić kisielu z mózgów moją paplaniną, za chwilę będzie coś z sensem. Ale póki co...
Tralalalalala.
No dobra, kiepski żart. Zacznijmy już, bo zaczynam się niepokoić, co jeszcze wyskoczy mi spod klawiszy. Może jakieś muchy, bo dawno nie pisałem.
1. To jest blog fizyczny, temat o świetle, czy to jasne?! ;)
Chciałbym rozpocząć czymś kompletnie oczywistym. Światło podróżuje, prawda? Można włączyć lampę, a światło grzecznie przemieści się z żarówki, uderza w ścianę, a Ty widzisz ścianę. Proste. Światło sobie podróżuje. Wiemy to od wieków (niektórzy od dzisiaj, ale nimi się nie przejmujmy, to Tłuki ;)). Ale dzisiaj uderzę prosto w serce tego zdania: światło PODRÓŻUJE. Lecz jeśli spytacie się mnie, CO tak naprawdę podróżuje, naprawdę będę rżnął głupa. Dopiero zacznę. Bo nie wiem. Ani ja, ani cała fizyka.
Często najtrudniejsze jest to najprostsze. Np. jak wstać rano z łóżka bez słynnego 'ja pier...'. Albo - zacznijmy po prostu od tego, co mówi Wam wasza intuicja. Pewnie myślicie o świetle o czymś takim, jak o wodzie. A raczej o fali na niej. Wrzucacie słonia (albo kamień) do wody, macie zmarszczki, koła rozchodzą się na zewnątrz. To jest przemieszczanie się. Coś się rusza. Dla wody, będzie to woda, która porusza się, i tu Was zaskoczę, nie wzdłuż stawu (nie wiem, jak wrzucicie słonia do stawu ale to już Wasz problem), ale w dół i górę. Fala to wzór zakłócenia poruszającego się przez ośrodek. Nie pytajcie mnie gdzie jesteśmy. (Staw, słoń ośrodek). To nie ma znaczenia.
Ośrodkiem jest woda. Porusza się wzór fali, owo zakłócenie. Woda zostaje mniej więcej tam, gdzie była (no chyba, że w przypadku słonia). Dlatego ludzie w wieku XIX mówili: 'Cóż, światło to pewnie coś takiego: to taka fala. Dlatego musimy mieć ośrodek, w którym się ona rozchodzi.'
Naprawdę, chodzili i tak mówili!
Ów ośrodek nazwano eterem. I było to bardzo rozsądne, myśleć sobie o eterze i o fali światła. Fale gdzieś przecież muszą falować, nieprawdaż? Dlatego fale światła także muszą falować sobie w czymś, nie mogą ot tak sobie po prostu być. Ale wtedy nadszedł eksperyment niejakiego Mckllisona (nie znam gościa osobiście, więc nie podałem imienia). A, zapomniałem o panu Malayu. I roku 1887. Zbudowali coś, co nazywa się interferometrem, nie będę opisywał tego urządzenia, chcecie, to sobie poszukajcie w Googlu. Ja nie jestem Google, więc nie podałem tej informacji ;)
To urządzenie pozwoliło na zmierzenie prędkości światła w różnych kierunkach, takich małych, malusieńkich różnic. Wytłumaczę, o co chodzi: jeśli eter istniał, a Ziemia poruszała się w nim, wtedy światło poruszające się kierunku tym samym, co Ziemia, powinno poruszać się ciut wolniej, niż światło poruszające się bokiem do tego ruchu. Coś jak wiosłowanie w górę rzeki, albo z nurtem. To był najlepszy termometr ich czasów, kurde. Przepraszam, interferometr. I co?
Nie znaleziono nic. Żadnej różnicy. Okazało się, że nie ma czegoś takiego jak eter. Światło nie falowało w... niczym. A raczej, falowało w niczym ;)
2. Zatem co faluje, jeśli nie ma w czym? Nie gadaj tyle synu, tylko wiosłuj.
Co zatem poruszało się, oscylowało, jeśli nie było ośrodka? Do tego jeszcze wrócę. Spokojnie, to nie Wy będziecie wiosłować. Jak nie zapomnę, to wrócę.
Clerk (co za imię, od razu widać, że dziwak, Clark Kent, to rozumiem, ale Clerk Maxwell...) Maxwell udzielił odpowiedzi na to pytanie jakieś 20 lat wcześniej. Chociaż, właściwie, nie zwrócono wtedy na nie większej uwagi, na te cztery równania Maxwella... Wynikało z nich, że pola elektryczne i magnetyczne mogą podtrzymywać się nawzajem. Zmienne pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne. A zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Niby takie proste, a przez 1860 lat od narodzenia Zbawiciela nikt na to nie wpadł. A Maxwell - tak. Hurra dla niego, wiwat!
Te dwa pola poruszają się przez pustą przestrzeń. I robią to z określoną prędkością, prędkością światła. Maxwell wyliczył te prędkość wprost ze stałych elektryczności i magnetyzmu (stała to taka liczba, która charakteryzuje daną wielkość fizyczną; i tak, mamy np. stałą grawitacji, przez którą trzeba pomnożyć iloczyn mas obu ciał i podzielić ten iloczyn przez kwadrat odległości, jeśli chcemy wyliczyć siłę działającą na ciała w polu grawitacyjnym). Uzyskał 300,000 kilometrów na sekundę, czyli sporo. To prędkość światła. Te trzy stówy na sekundę. Tak szybko porusza się światło... a, sekundę. Wszystko w swoim czasie ;)
Z równań wynikało też, że światło to zakłócenie elektromagnetyczne. I to jest dziwne. Bo to, co porusza się, oscyluje, nie jest materią. Oscylowatoriuszem jest pole, elektryczne i magnetyczne, skierowane prostopadle do kierunku ruchu, goniące się dosłownie nawzajem przez przestrzeń z prędkością tych trzech stów. Żaden, powtarzam żaden materiał, nic, nie porusza się do przodu. Zakłócenie - to porusza się do przodu. Zmieniają się wartości pól. Ale nie przenoszona jest żadna materia, substancja, po prostu... nic.
3. Robi się ciekawie, bo nagle mamy rok 1905 i Einsteina rozszczepiającego atomy młotkiem w piwnicy dziadka ;)
Otóż, Einstein i jego teorie pojawiły się na zasadzie uprzątnięcia bałaganu, ale tak naprawdę, oznaczały totalna rewolucję. Albercik powiedział: 'Prędkość światła jest taka sama dla wszystkich obserwatorów, nie ważne jak szybko się poruszają."
Możesz stać w miejscu, możesz być w rakiecie, która porusza się z prędkością równej połowie prędkości światła, nieważne! Każdy z obserwatorów zmierzy, że światło porusza się dokładnie 2999,792,458 metrów na sekundę w próżni. Tak nie działa nasza codzienna intuicja, nieprawdaż?
Jeśli rzucę piłkę z prędkością 90 km/h (no, kawał draba ze mnie, taki rzut) a Ty będziesz jechał w moim kierunku z prędkością 60 km/h, zmierzysz, że piłka zmierza do ciebie z szybkością 150 km/h. Zwykłe dodawanie. Założycie się? Ale ja rzucam piłką, wy jedziecie samochodem, ok? ;)
Cwaniaczek ze mnie, ale nie o to przecież chodzi. Z tymi piłkami i samochodami jest tak, jak przewidział Galileusz. Tak działają wszystkie normalne rzeczy. Ale światło, cóż... No, chyba jest jakieś nienormalne! Zwariowane, znaczy się.
Światło zachowuje się inaczej. Jeśli zmierzysz, biegnąc, prędkość promienia światła skierowanego w Twoim kierunku, będzie ono miało zmierzoną prędkość zawsze taką samą, czyli to słynne C z jeszcze słynniejszego E=(m x c)^2. Emcekwadrat. To już chyba rozumiecie. ;)
A tak w ogóle, coś z tego rozumiecie? Bo jeśli nie to powiedzcie, i skończę pisać, a jeśli tak, proszę o kontakt, przydadzą mi się światli konsultanci.
Żarty żartami, i one na bok. Einstein przewidział jeszcze jedną rzecz: czas i przestrzeń to nie są dwie niezależne od siebie sprawy, jak wcześniej myślano. Są one powiązane i tworzą czasoprzestrzeń. I teraz najciekawsze: Kiedy zaczynamy ruch, czas i przestrzeń tak się zmieniają, tak maleją i rosną, aby dla każdego obserwatora prędkość światła była zawsze taka sama!
Tak jak dzieci, które wymyślają różne historie, aby tylko pozostać niewinnym zjedzonego pączka ze stołu w kuchni. Tak cię urobią, że im uwierzysz, ale pączka nie ma. Dzieci to czas i przestrzeń, zaś pączek to prędkość światła.
Jednym słowem, czas zwalnia, to tak zwana dylatacja czasu, dla poruszających się obserwatorów. Odległość maleje. Zmierzone w akceleratorach cząstek, jeśliby kto pytał. To nie science-fiction, choć brzmi podobnie. To zwykła fizyka, człowieku ;)
*** A propos Science-Fiction, ktoś ma ochotę na wydanie moich dwóch powieści sci-fi? :D Powieści istnieją, w przeciwieństwie do Autora ;) ***
Im szybciej coś się porusza, tym czas dla tego czegoś płynie wolniej, np. zegary na szczycie Mount Everestu i na Ziemi będą wskazywały, po określonym czasie, różne upływy czasu. Rakieta, która rozpędza się do prędkości światła, ulegałaby coraz większemu skurczeniu.
A co z fotonem, kwantem światła?
Tu sprawy robią się ciekawe, ba, nawet ciekawsze niż ciekawe, rozbijają nasze wyobrażenie o Wszechświecie, jeśli jeszcze o tym nie wiecie. Skala problemu urasta do rangi, czym mógłby oddychać żuk na Marsie, a babcie szydełkujące na fotelach na chwilę wypadają z bamboszy.
Nie chcę jednak Was męczyć, za długo to trwa, kurde, zaczynam się niepokoić, że może ktoś z Was zrozumiał choć zdanie z mojego pisania! Naprawdę! ;)))
Dlatego postaram się zamieścić ciąg dalszy niedługo, w kolejnej części...
'Fizyki dla Laika, czyli Nauki dla Tłuka'!
Howgh.
