Fizyka! - Wersja do druku

Fizyka! - Wersja do druku

+- PONE – NAJLEPSZE FORUM W INTERNECIE, PONIEKĄD. (https://pone.gdan.eu)
+-- Dział: Offtopic (https://pone.gdan.eu/forumdisplay.php?fid=15)
+--- Dział: Syf (https://pone.gdan.eu/forumdisplay.php?fid=17)
+--- Wątek: Fizyka! (/showthread.php?tid=104)

Strony: 1 2 3

RE: Fizyka! - Zena92 - 01-02-2016

Nie wiem czy nie chodzi o to, że grawitacja opisywana przez ogólną teorię względności nie daje się opisać przez mechanikę kwantową. Nie stworzono jeszcze teorii kwantowej grawitacji i nie wyjaśniono tego skąd bierze się grawitacja oraz co jest jej nośnikiem.

RE: Fizyka! - Mordoklapow - 01-02-2016

Po pierwsze sprostujmy. Istnieją dwie teorie względności.
Pierwsza, szczególna teoria względności (STW), opisuje cząstki w polach innych, niż grawitacyjne. Najczęściej w dużych prędkościach. Ta teoria nie kłóci się specjalnie z kwantową, ludzie nauczyli się je elegancko zszywać. Przecież wszystko co się robi w LHC, to wymaga elektrodynamiki na kwantach i przy dużych prędkościach - czyli STW.
Druga - ogólna teoria względności, tłumaczy pochodzenie grawitacji. Tutaj jednak się pojawiają problemy, bowiem nie do końca wiadomo jak przypasować kwanty do tego zagadnienia. Umiemy to ładnie połączyć z elektromagnetyzmem (przez tzw. cząstki wirtualne), ale nie z grawitacją. Drugim problemem jest chyba(!) aparat matematyczny. Męczenie się z operatorami przy nietrywialnej metryce na rozmaitości Riemannowskiej... jakoś sobie tego nie wyobrażam. Ale kto wie, w fizyce ludzie potrafią naprawdę niesamowite rzeczy z matematyką robić.

Kojarzę jeszcze coś o problemie skwantowania którejś z wielkości fizycznych w fizyce kwantowej, oraz z możliwością ciągłego jej podziału przez transformacje teorii względności, jednak czytałem to dość dawno temu i nie jestem pewien czy dobrze to wtedy zrozumiałem. Jak znajdę źródło to nie omieszkam się tutaj odpowiedniej rzeczy dopisać.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że obie teorie są jednymi z najlepiej sprawdzonych teorii naukowych, więc szansa na to, że któraś z nich jest nieprawdziwa jest minimalna.

RE: Fizyka! - Casimir - 02-02-2016

Po pierwsze, obie teorie są przybliżeniem stanu rzeczywistego. To, że fizyka newtonowska nie jest absolutnie zgodna z naturą wszechświata nie oznacza, że nie działa - inaczej domy i mosty by się waliły. To, co gryzie się w zestawieniu mechaniki kwantowej (rozumianej po Feynmanowsku, dla ścisłości) i mechaniki relatywistycznej, to jest efekt splątania kwantowego - dwa splątane fotony mają ortogonalną bazę polaryzacji, dzięki czemu możemy przesyłać informację szybciej niż światło. Poza tym pierwociny kwantowej teorii grawitacji znajdują się w "Nowym Umyśle Cesarza" Rogera Penrose. Polecam.

RE: Fizyka! - Mordoklapow - 02-02-2016

(02-02-2016, 20:45)Casimir napisał(a): To, co gryzie się w zestawieniu mechaniki kwantowej (rozumianej po Feynmanowsku, dla ścisłości) i mechaniki relatywistycznej, to jest efekt splątania kwantowego - dwa splątane fotony mają ortogonalną bazę polaryzacji, dzięki czemu możemy przesyłać informację szybciej niż światło.

Jak byś chciał przesyłać informacje przy pomocy splątanych fotonów? Może podaj jakiś model?
Z tego co wiem, istniał taki pomysł, by odczytywać polaryzację fotonów w dwóch różnych bazach - kołowej i liniowej. Jednak do tego potrzebne byłoby coś, co mnożyłoby fotony bez wpływania na ich stan splątania. Jest to nie możliwe, jeżeli chcesz to Ci pokażę dowód (kiedy indziej teraz sesja mnie goni). Generalnie jest to model teoretyczny, więc nie jest to kwestia sprzętu.

Też Ci coś w sumie mogę polecić. Bardzo dobry skrypt do wykładu z zakresu szczególnej teorii względności, obejmujący także jej problemy z fizyką kwantową. Tytuł "Niezwykle szczególna teoria względności". Wpisz do google, powinno Ci to wyskoczyć. Miejscami trochę przekombinowany z racji próby ograniczenia potrzebnego aparatu matematycznego, ale w zakresie np. związku pomiędzy kwantową a STW nie widzę tego problemu.

Btw. osobiście uważam, że przesyłanie informacji z prędkością szybszą niż światło to fikcja. Szczególna teoria względności jest zbyt aksjomatycznie wyprowadzalna bym łatwo uwierzył że jest błędna. Polecam wyprowadzenie transformacji Lorentza "Metodą Szymachy". Jeżeli pragniesz mogę podesłać odpowiedni link.

RE: Fizyka! - Casimir - 02-02-2016

Wiem, obowiązuje zakaz klonowania. Jednakże, przy znanych dwu bazach, obróconych o kąt inny niż 45/90 stopni w stosunku do siebie, fotony te są jak najzupełniej rozróżnialne (kwantowe prawo Malusa). Fakt faktem, polaryzacje w samej bazie rozróżnialne nie są.

RE: Fizyka! - Kamil-Maciej - 26-02-2016

Czemu atomy są perpetuum mobile?

RE: Fizyka! - Mianownik - 26-02-2016

A czemu miałyby być?

RE: Fizyka! - Kamil-Maciej - 26-02-2016

(26-02-2016, 19:40)Mianownik napisał(a): A czemu miałyby być?

"[...] takie perpetuum mobile stanowią same atomy i poruszajace sie w nich składniki: jądra atomowe oraz elektrony. Ruch ten, jako, że odbywa się na skalą mikroskopijną nie może być wykorzystany do nieustannego poruszania jakichś maszyn [...]" - Barbara Czyżewska.,Kto kiedy dlaczego,Warszawa 1960, s. 193-194.

Wiem, że książka stara, ale skoro pani mi ją poleciła do prezentacji z fizyki, to pewnie wciąż jest poprawna.

RE: Fizyka! - Mordoklapow - 27-02-2016

1960! Wtedy jeszcze nie było modelu standardowego, a kwantowa teoria pola dopiero zbierała główne idee. Cóż, przejdźmy jednak do pytania.

Klasycznego oporu nie ma, gdyż elektron "porusza się" w próżni.

Innym, znacznie większym problemem jest promieniowanie. Teoretycznie elektron ma ładunek i pęd, który nie jest stały, toteż powinien promieniować. Czemu tego nie robi? Cóż, mam jedno podejrzenie. Mianowicie znajduje się on w atomie w postaci chmury, zajmuje więc wszystkie możliwe stany po trochu. Jednak skoro może zająć stan, może też zająć analogiczny stan ale o przeciwnym pędzie. W takiej sytuacji, generuje jednocześnie dwa fotony które ze sobą interferują destruktywnie. Interferowanie cząstki (czy też quasi-cząstki) samej ze sobą to bardzo powszechny w fizyce kwantowej proces.

Nie wiedzę innej możliwości (nie oznacza to jednak, że jej nie ma), jednak mam poważne wątpliwości odnośnie tegoż rozumowania. Cóż, może znajdzie się ktoś kto je skoryguje.

A, i nadal nie ogarnąłem jak splątanie kwantowe jest sprzeczne z teorią względności. Fakt że można przesyłać informacje szybciej niż światło nie ma znaczenia, gdyż nie mamy wpływu na wysyłaną wiadomość. Poza tym, warto pamiętać, że dokonując aktu obserwacji nie dowiadujemy się, czy cząstka jest jeszcze w stanie splątanym czy już nie. Mówi o tym paradoks EPR (btw. na wikipedii podano jego niepoprawną wersję). Jednak przy takich założeniach, mechanika kwantowa nie jest sprzeczna z teorią względności.

Poza tym, mam trochę nowszych informacji. Problemem jest skwantowanie grawitacji. Jak wiemy (lub nie) większość oddziaływań (silne, słabe, elektromagnetyczne) można zamodelować przy pomocy tzw. cząstek wirtualnych. Robi się tak, by uwzględnić czas który potrzebuje oddziaływanie by pokonać pewną odległość - zgodnie ze szczególną teorią względności, rzecz jasna. Model ten dla działa bardzo dobrze, nawet cząstki przenoszące oddziaływania udało nam się zaobserwować. Fotony - cząstki przenoszące oddziaływania elektromagnetyczne widzimy na co dzień. W akceleratorach obserwujemy bozony W i Z odpowiadające za oddziaływania słabe.
Jednak z teorii grawitacji Einsteina (OTW) wynika, że grawitacja nie jest przenoszona przez cząstki, tylko przez zmianę metryki. Trochę to się kłóci z kwantowym rozumieniem sił.

RE: Fizyka! - Mordoklapow - 19-03-2016

Cząstki Elementarne, model standardowy, kwarki, skwarki i leptony.

Prawdopodobnie jesteście świadomi, że materia składa się z atomów. Sama nazwa pochodzi z greckiego słowa atomos - niepodzielny. Jednak, jak się okazało jakiś czas temu, nie jest to do końca prawda. Atomy można bowiem dzielić, i nawet robimy to w skali przemysłowej (Czarnobyl jest jednak przykładem, że jednak nie zawsze robimy to dobrze). Możemy to robić, ponieważ składają się one z nukleonów, które mimo że bardzo lubią zbierać się do kupy i tworzyć jądro atomowe, to przy odpowiedniej energii możemy rozdzielać.

Jednak rozwalanie jąder atomów to dla zawsze głodnych wiedzy i wybuchów fizyków za mało. Zadali więc sobie oni pytanie: Czy nukleony lub elektrony składają się z czegoś mniejszego? Może w środku siedzi coś o jeszcze mniejszej masie?
Pod naporem tychże pytań powstał model standardowy. Jest to teoria, klasyfikująca tzw. cząstki elementarne (czyli najmniejsze składniki materii jakie znamy) i opisująca ich zachowanie.

Cząstki elementarne dzieli się na dwie grupy - leptony i kwarki. Podstawową różnicą między nimi jest ich zdolność do oddziaływania silnego - czyli oddziaływania które trzyma w kupie jądro atomu. Dobrze znanym leptonem jest elektron, który jak wiemy, woli latać dokoła zachowując się jak dzieciak z ADHD nie umiejąc usiedzieć w miejscu jak na porządną cząstkę przystało.
Kwarki jednak bardzo lubią oddziaływać silnie, i to do tego stopnia, że prawie nigdy nie występują same. Zazwyczaj łączą się - po dwa lub po trzy - tworząc hadrony (Wielki zderzacz hadronów? Coś wam to mówi?).

Generalnie nie można mówić o cząstkach elementarnych, nie wspominając o czterech oddziaływaniach fundamentalnych. Dwa z nich znacie już od przedszkola, jeden od przed chwili, a czwartego w ogóle:

1. Grawitacja. Tej siły nie trzeba chyba nikomu przedstawiać. Bardzo słaba siła, działa jednak na dalekie odległości, głównie dlatego że nie uśrednia się. W skali atomowej nie ma absolutnie żadnego znaczenia.

2. Siła elektromagnetyczna. Warunkiem jej istnienia jest posiadanie ładunku. Znacie prawo Kulomba? Cóż, tak naprawdę nic się nie zmieniło, to nadal dokładnie ta sama siła. W skali atomowej ma ona kluczowe znaczenie - dzięki niej elektrony trzymają się jąder atomowych tworząc orbity elektronowe, powstają cząsteczki czy sieci krystaliczne. Żeby uzyskać odpowiednie porównanie z siłą grawitacji, pomyślmy jaki jest stosunek siły grawitacyjnej do elektrostatycznej między dwoma protonami. Jako że nie chce mi się męczyć z LaTeX'em, i chyba każdy jest ten rachunek wykonać samodzielnie, podam tylko wynik: ok. 10^-39.
Dlaczego więc w astronomii uwzględnia się siłę grawitacji? Głównie przez fakt, że ładunków dodatnich jest prawie tyle samo co ujemnych, więc wypadkowy ładunek się uśrednia - Ziemia, Słońce i inne ciała niebieskie są nienaładowane.

3. Oddziaływanie silne. Spaja kwarki by tworzyły hadrony i nukleony (protony i neutrony) by tworzyły jądro atomowe. Bardzo duże siły, jednak działają dla bardzo małych odległości.

Takie ładniusie cusie można dostać, uwalniając energię zawartą w oddziaływaniach silnych.

4. Oddziaływania słabe - najbardziej "mistyczne", bowiem normalni, zdrowi psychicznie ludzie nie mają codziennego kontaktu z takowymi. Oddziałują w ten sposób wszystkie cząstki elementarne. To za ich pośrednictwem zachodzi rozpad promieniotwórczy beta oraz - jak się później okaże - znacznie więcej innych, nie mniej ciekawych rozpadów. Działa na jeszcze mniejszych dystansach niż oddziaływanie silne.

Bestiariusz
Czyli pomówmy o cząstkach i cząsteczkach

Zacznijmy od leptonów. Pozwolę sobie przypomnieć, że są to takie misie, co nie oddziałują silnie. Leptony możemy podzielić na dwie grupy: zawierający ładunek, lub nie. Obie z powyższych grup mają po trzy zapachy (ang. flavour). Są to elektron, mion i taon.
Ten pierwszy został poznany jako pierwszy, znamy go chyba od początku XX wieku. Drugi został odkryty w przychodzącym do nas promieniowaniu kosmicznym. Jest cięższy niż elektron. Trzeci, najcięższy - taon - znany jest od niedawna, i najpierw został przewidziany teoretycznie, a dopiero potem jego istnienie udowodniono doświadczalnie. Nie zaobserwowano go jednak bezpośrednio, gdyż ma czas życia wynoszący 10^-13 sekundy. Po tym czasie rozpada się (na kwarki i lżejsze leptony), i właśnie w ten sposób sprawdzono jego istnienie, gdyż miał odpowiednie produkty rozpadu.

Diagram pokazujący rozpad taonu. Jeszcze go nie rozumiecie, ale nie jest to powód do zmartwień.

Mamy więc leptony naładowane, trzy zapachy. Odpowiadają im 3 leptony elektrycznie obojętne - neutrino elektronowe, neutrino mionowe i neutrino taonowe. Prawda że proste?
No, powiedzmy. Neutrina bywają kłopotliwe - nie oddziałują ani silnie, ani elektromagnetycznie. Dopiero dość niedawno udowodniono, że mają masę. Poza tym zachowują się bardzo dziwnie, każde neutrino jest po części neutrinem elektronowym, po części mionowym i po części taonowym, co więcej stosunki tych zapachów zmieniają się w czasie. Za doświadczalne udowodnienie tej teorii w 2015 roku została przyznana nagroda nobla. Efekt ten nazywany jest oscylacją neutrin.

Ale to nie wszystkie znane leptony. Pewnie się zastanawiacie, co jeszcze? Możliwe, że słyszeliście kiedyś o antymaterii. Jak się okazuje, każdy lepton posiada swoją antycząstkę, tzn. istnieje antyelektron (pozytonem czasem zwany), antymion i antytaon. Mają one masy równe swoim antycząstkom i przeciwne ładunki (tzn. +1). No, i poruszają się wstecz w czasie.
Istnieją także antycząstki neutrin - antyneutrino elektronowe, antyneutrino mionowe i antyneutrino taonowe.

Cząstka i antycząstka mogą ze sobą spiknąć (sztywniaki nazywają to anihilacją), jednak jest to znacznie mniej trywialny proces niż się większości ludzi wydaje - przede wszystkim, nie przy każdej energii anihilacja nastąpi. Zawsze musi istnieć produkt owej reakcji. Czasem jest to kwant gamma (promieniowanie elektromagnetyczne, inaczej mówiąc foton) lub bozon Z (analog fotonu dla oddziaływań słabych).

KWARKI
Następną ważną grupą cząstek elementarnych są kwarki - cząstki oddziałujące silnie. Wyróżniamy 6 kwarków (+6 odpowiednich antykwarków rzecz jasna, świat bez antymaterii byłby nudny). Dwa pierwsze z nich - górny (up) i dolny (down) powstały koncepcyjnie jako pierwsze. Idea jest bardzo prosta: kwark u ma ładunek 2/3, a kwark d ma ładunek -1/3. Proton to zlepek kwarków uud, a neutron kwarków udd. Oba mają bardzo podobną masę, czyli ok. 0.31 masy neutronu - reszta zawarta jest w energii wiązania.
Oprócz tychże kwarków mamy jeszcze kwark dziwny (strange), powabny (charm), wysoki (top) i niski (bottom). Generalnie słyszałem chyba z 7 różnych tłumaczeń ostatnich dwóch nazw kwarków, jakoś polscy fizycy nie mogą się odnośnie tego dogadać. Najlepiej operować nazwami angielskimi, w szczególności że ich skróty pochodzą właśnie od pierwszych liter owych nazw.

Pierwszy z tych 4 ostatnich kwarków zaobserwowany został w promieniowaniu kosmicznym w latach 50', czyli jeszcze przed powstaniem teorii kwarków. Dlatego nazywa się go "dziwnym", gdyż w tamtych czasach słowo to dobrze opisywało to jego właściwości. Pozostałe tworzone były wraz z powstawaniem modelu standardowego. Generalnie oprócz faktu istnienia czegoś takiego jak kwarki, nie ma w nich specjalnie dużo ciekawych rzeczy. Są pewne niezmienniki które muszą być zachowanie (np. dziwność) ale o nich napiszę kiedy indziej.

Główny twórca teorii kwarków, M. Gell-Mann próbuje wytłumaczyć głupim studentom fizykę kwantową.

W latach 50' w głowach niektórych fizyków (w tym słynnego celebryty Richarda Feynmana) zaświtała pewna bardzo subtelna, misterna i w pewien tajemniczy sposób złożona myśl:
WSZYSTKO JEST SKWANTOWANE I WOLNIEJSZE NIŻ ŚWIATŁO. CHOLERNE POLA SIŁ TEŻ.
Połączenie fizyki kwantowej, ogólnej teorii względności i teorii pola wydawało się być bardzo dobrym pomysłem. Tylko jak to zrobić? Jak to osiągnąć? Skoro fizyka kwantowa mówi, że cząstki są polami prawdopodobieństwa, to może inne pola - grawitacyjne lub elektromagnetyczne - pochodzą od jakichś cząstek? Istnieje swoista antyanalogia...

I tak narodził się bozon cechowania.
Ale o tym kiedy indziej.

PS. Skwarki to nie żart, istnieje teoria o nich mówiąca.

RE: Fizyka! - Kamil-Maciej - 19-03-2016

"Jak się okazuje, każdy lepton posiada swoją antycząstkę, tzn. istnieje antyelektron (pozytonem czasem zwany), antymion i antytaon. Mają one masy równe swoim antycząstkom i przeciwne ładunki (tzn. +1). No, i poruszają się wstecz w czasie."

Jak coś może cofać się w czasie i czy to oznacza, że gdyby wielką wojnę tuż po Wielkim Wybuchu wygrała antymateria, to Wielki Wybuch by się powtórzył (Czas by się cofnął, a z każdą kolejną bitwą ubywałoby antymaterii, przez co prędzej lub później przeważyłaby materia i mielibyśmy sytuację taką, jak obecnie)?

RE: Fizyka! - Mordoklapow - 19-03-2016

Nie do końca.

Czasem w fizyce ciężko powiedzieć "co by było gdyby". Wydaje mi się, że wybuch jest końcem wszechświata z punktu widzenia antymaterii. Ale nie jestem pewien, mam zamiar trochę o tym poczytać i zrobić osobny post na temat antymaterii. Główną motywacją tego jest sposób, w jaki ludzie widzą antymaterię tworzoną w akceleratorach i właśnie pewne ciekawe właściwości owej.

Generalnie czas jest bardzo symetryczny, tak naprawdę nie ma za bardzo różnicy w którą stronę cząstka się porusza. Największą jest wykładnik funkcji falowej, bowiem przy częstości w tejże znajduje się odwrotny znak. Osoby znające podstawy fizyki fal mogą trochę pokminić z czym to się wiąże.