Delta mi!

Na początku XX wieku Albert Einstein oparł swoją szczególną teorię względności na dwóch postulatach: pierwszym zdroworozsądkowym, mówiącym o tym, że wszystkie prawa fizyki powinny wyglądać we wszystkich układach inercjalnych tak samo, i drugim eksperymentalnym, stwierdzającym, że prędkość światła jest taka sama we wszystkich układach inercjalnych. Te postulaty doprowadziły do sformułowania teorii, w której prędkość światła jest graniczną prędkością, nieosiągalną dla masywnych obiektów...

Ding Dong! Uwaga, nadjeżdża pociąg, prosimy nie zbliżać się do krawędzi peronu! Na pewno każdy nie raz słyszał ten komunikat i zastanawiał się, czy pędzący pociąg faktycznie może zrobić komuś krzywdę. W końcu wydawałoby się, że jedyne zagrożenie może wynikać z odepchnięcia śmiałka, lekceważącego ów zakaz, przez pęd powietrza wywołany przez pociąg. Otóż jest zupełnie odwrotnie! I tu uwaga - jest to jedno z niewielu praw, których nie radzę sprawdzać doświadczalnie. Przynajmniej nie dosłownie...

W lutym rząd Japonii podjął decyzję o finansowaniu projektu Hyper-Kamiokande. Ten olbrzymi detektor neutrin jest następcą Super-Kamiokande, który pozwolił na zbadanie oscylacji neutrin i wyznaczenie parametrów opisujących neutrina - różnice kwadratów ich mas oraz prawdopodobieństwa, z jakimi neutrina oddziałują z innymi znanymi cząstkami. Nowy projekt pozwoli znacznie zwiększyć dokładność, z jaką znamy te parametry, oraz, być może, wskaże różnice między oddziaływaniami neutrin i antyneutrin.

Liga zadaniowa Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Redakcji Delty

Jak co miesiąc, dwa ciekawe zadania z fizyki...

W poprzednim numerze zajmowaliśmy się tzw. pęsetą optyczną, za skonstruowanie której połowę nagrody Nobla z fizyki za rok 2018 otrzymał Arthur Ashkin. Tym razem omówimy odkrycie, za które Donna Strickland i Gérard Mourou otrzymali drugą połowę nagrody.

Stare porzekadło mówi, że znalezienie igły w stogu siana nie należy do najłatwiejszych zadań. Sytuacja jest nieco korzystniejsza, gdy szukamy igły np. na dużym, wzorzystym dywanie. Bierzemy magnes… i igła jest nasza. Jest to zapewne jeden z najprostszych sposobów zastosowania właściwości magnetycznych materii. Wykorzystanie oddziaływań magnetycznych jednak nie ogranicza się jedynie do szukania igły...

Liga zadaniowa Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Redakcji Delty

Jak co miesiąc, dwa ciekawe zadania z fizyki...

Zgodnie z obecnym stanem wiedzy (czyli ogólną teorią względności) otaczająca nas przestrzeń, ale także tempo upływu czasu zmieniają się zależnie od obecności i ruchu znajdujących się w pobliżu mas. Czasoprzestrzeń rzeczywiście istnieje jako autonomiczny "obiekt", który marszczy się i wygina (co wiemy z obserwacji fal grawitacyjnych), a także jest "ciągnięta" bądź "wleczona" zgodnie z ruchem obrotowym masywnego ciała.

Pomiędzy Nagrodami Nobla z fizyki przyznanymi za odkrycia i osiągnięcia w skali "kosmicznej" - detekcja fal grawitacyjnych nagrodzona w roku 2017 oraz prace teoretyczne z zakresu kosmologii i odkrycie planety pozasłonecznej wokół gwiazdy podobnej do Słońca, nagrodzone w roku 2019 - doceniono osiągnięcia w skali znacznie mniejszej: w roku 2018 przyznano Nagrodę Nobla za "narzędzia zrobione ze światła". Podzielili się nią Arthur Ashkin, któremu przyznano połowę nagrody za skonstruowanie tzw. pęsety optycznej (zwanej też szczypcami optycznymi lub pułapką optyczną), oraz Donna Strickland i Gérard Mourou, którzy za opracowanie metody wytwarzania ultrakrótkich impulsów światła o dużej energii otrzymali po 1/4 nagrody.

Liga zadaniowa Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Redakcji Delty

Jak co miesiąc, dwa ciekawe zadania z fizyki...

Jądra atomowe składają się z protonów i neutronów, określanych zbiorczo mianem nukleonów. Nukleony wyobrażamy sobie zazwyczaj jako cząstki złożone z trzech kwarków, utrzymywanych razem przez oddziaływania silne. W odróżnieniu od oddziaływań elektromagnetycznych, w oddziaływaniach silnych mamy do czynienia nie z jednym, ale z trzema ładunkami. Fizycy nazywają te ładunki ładunkami kolorowymi, posuwając się niekiedy do nazywania ich określonymi kolorami: czerwonym, zielonym i niebieskim. Nie mają one, rzecz jasna, nic wspólnego z jakimkolwiek zmysłowym postrzeganiem barw i stanowią zaledwie metaforę dla pewnych struktur matematycznych.

Perpetuum mobile (z łac. "wiecznie poruszający się") pierwszego rodzaju to hipotetyczna maszyna, której jedynym efektem działania jest wykonywanie pracy, a więc również produkcja energii. Istnienie takiego tworu sprzeczne jest w oczywisty sposób z zasadą zachowania energii. Konstrukcją nieco bardziej wyrafinowaną jest perpetuum mobile drugiego rodzaju, a więc urządzenie, którego (jedynym) skutkiem funkcjonowania byłaby zamiana ciepła na pracę. Możliwość zbudowania takiej machiny nie jest bynajmniej wykluczona przez zasadę zachowania energii, a wizja urządzenia, które produkowałoby użyteczną pracę poprzez chłodzenie jakiegoś medium, może się (słusznie) wydać ze wszech miar pociągająca.

Liga zadaniowa Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Redakcji Delty

Jak co miesiąc, dwa ciekawe zadania z fizyki...

Obliczenia kwantowe wykorzystują ideę superpozycji kwantowej, która pozwala na przygotowanie układów kwantowych w "wielu stanach jednocześnie", w celu uzyskania nieosiągalnego na komputerach klasycznych zrównoleglenia obliczeń i rozwiązania bardzo trudnych problemów matematycznych w czasie nieosiągalnym dla tradycyjnych urządzeń liczących. Przykładem obliczeń prostych dla komputerów kwantowych, a trudnych dla klasycznych, jest rozkład liczby na czynniki pierwsze. Trudność tego problemu jest kluczowa dla bezpieczeństwa ogromnej większości zaszyfrowanej komunikacji internetowej.

Liga zadaniowa Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Redakcji Delty

Jak co miesiąc, dwa ciekawe zadania z fizyki...

Liga zadaniowa Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Redakcji Delty

Nikogo prawdopodobnie nie dziwi fakt, że gdy wyrzucimy jakiś przedmiot, np. piłkę, to tor jego lotu nie będzie linią prostą, tylko zakrzywi się w stronę Ziemi. Interpretujemy to jako konsekwencję oddziaływania grawitacyjnego między tym obiektem a Ziemią. Większość ludzi wie (aczkolwiek ciągle aktywni są przeciwnicy tej tezy), że Ziemia, tak jak inne planety Układu Słonecznego, krąży po orbicie wokół Słońca. Podobnie satelity krążą wokół Ziemi, która zakrzywia tor ich ruchu, tak samo jak zakrzywia tor lotu piłki...

Liga zadaniowa Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Redakcji Delty

Z pozoru niewinne, zawarte w tytule pytanie od kilku lat wywołuje gorące spory w środowisku kosmologów. Okazuje się bowiem, że aktualna dziś odpowiedź na nie brzmi: zależy, jak mierzyć.

Gdy na przełomie XV i XVI wieku Krzysztof Kolumb przybijał z kolejnymi wyprawami do wybrzeży Ameryki, był przekonany, że są to wybrzeża Azji. W owych czasach określenie swojej pozycji na ziemskim globie nie było tak trywialnie proste jak dziś, kiedy prawie każdy ma w smartfonie odbiornik zdolny do określania aktualnego położenia z dokładnością do kilku metrów. Być może nie każdy wie, że działanie satelitarnych systemów pozycjonowania oparte jest na teorii względności Einsteina, i to zarówno szczególnej (STW), jak i ogólnej (OTW). Takiego zastosowania swojej teorii nie przewidywał zapewne nawet sam jej odkrywca.