Delta mi!

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

Konkurs Uczniowski "Fizyczne Ścieżki", organizowany wspólnie przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych oraz Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, objęty patronatami Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego i Ministra Edukacji Narodowej, ma czternastoletnią historię. Konkurs ma charakter ogólnopolski i jest przeznaczony dla uczniów klas 7 i 8 szkół podstawowych i wszystkich typów szkół ponadpodstawowych.

Kontynenty sprawiają wrażenie czegoś bardzo stabilnego, stałego, niezmiennego. Szczególnie w skali długości życia człowieka. W języku potocznym mówi się nawet "stały ląd". Tymczasem przemieszczenia wzdłuż uskoków podczas silnych trzęsień ziemi wskazują na istnienie ruchów poziomych i pionowych, potwierdzonych między innymi dokładnymi pomiarami techniką GPS. Kontynenty poruszały się w przeszłości i poruszają się współcześnie.

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

Kiedy wysokoenergetyczna cząstka przechodząca przez gęsty ośrodek dielektryczny zderzy się z którąś z cząstek budujących ten ośrodek, może powstawać wiele nowych cząstek, m.in. fotonów, elektronów i pozytonów, które tworzą swoistą kaskadę cząstek. Taka kaskada może mieć kilka centymetrów długości i jest stosunkowo szybka, gdyż tworzące ją cząstki niejednokrotnie poruszają się z prędkościami przewyższającymi prędkość światła w tym ośrodku...

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

Niemal każdego tygodnia docierają do nas informacje o silnych trzęsieniach ziemi. Wiele z nich niesie za sobą katastrofalne skutki, powodując śmierć tysięcy ludzi i ogromne zniszczenia. Takie trzęsienia ziemi nawiedziły Japonię, Turcję, Alaskę, Nepal, Haiti, Włochy, Chile... Można by postawić pytanie, czy miejsca te są przypadkowe? Okazuje się, że nie. Zdecydowanie nie...

Współczesna kosmologia i astrofizyka oparte są na modelu Wszechświata, w którym około 30% całej gęstości energii przypada na materię niebarionową, czyli egzotyczną formę materii, zwaną ciemną materią (CM). Jest jej około 6 razy więcej niż zwykłej materii barionowej, czyli takiej, z jakiej składają się nasze ciała, planety, gwiazdy i mgławice. W tym artykule postaram się przybliżyć obecny status i prognozy na przyszłość jakże pasjonującego problemu ciemnej materii.

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

W roku 2018/19 odbyła się kolejna, LXVIII Olimpiada Fizyczna. Ostatni jej stopień miał miejsce w Warszawie w dniach 6-9 kwietnia 2019 roku. Pierwszego dnia zawodnicy rozwiązywali zadanie doświadczalne, polegające na wyznaczeniu oporu właściwego materiału rurki (była to rurka aluminiowa), używając silnego magnesu oraz cewki i oscyloskopu. Cewka i oscyloskop służyły do pomiaru siły elektromotorycznej indukowanej w rurce podczas opadania magnesu. Trudność polegała na powiązaniu oporu właściwego materiału rurki z prędkością spadania magnesu w rurce. Związek ten można znaleźć, rozpatrując zmiany energii w układzie, ale nie jest to proste.

Kiedy fizycy teoretycy obliczają prawdopodobieństwo oddziaływania cząstek, mogą zamiast cząstki znikającej podczas tego oddziaływania rozważać pojawiającą się antycząstkę o energii i składowych pędu przeciwnego znaku niż odpowiednie wielkości opisujące znikającą cząstkę - wynik wyjdzie ten sam.

Ciemna materia i problem wyjaśnienia jej fizycznej natury to jedna z największych zagadek współczesnej nauki. Materia ta, w przeciwieństwie do znanej nam dobrze materii "świecącej" (lub też, jak kto woli, jasnej), pozostaje wciąż nieuchwytna we wszystkich ziemskich eksperymentach. O istnieniu tej tajemniczej formy materii, która nie oddziałuje elektromagnetycznie ani silnie jądrowo, najbardziej przekonani są astronomowie. Bez ciemnej materii prawie nic, co obserwujemy w sferach niebieskich, nie miałoby sensu i nie dało się wyjaśnić za pomocą znanych nam praw fizyki. Może się wydawać, że istnienie niewidocznej ciemnej materii jest pomysłem rodem z powieści science-fiction. Idea, że może istnieć materia, której nasze zwyczajne zmysły nie mogą uchwycić, jest jednak bardzo stara. Przyjrzyjmy się zatem jej historii.

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

Każdy może przeprowadzić w domu następujące doświadczenie. Dowolnej wielkości piłkę kładziemy pod stabilnym strumieniem wody. Możemy wtedy zaobserwować, że piłka oscyluje pod lejącą się wodą, ale nie ucieka spod niej. Nie wygląda to na skomplikowany układ fizyczny, spróbujmy zatem zrozumieć ruch piłki, analizując siły na nią działające.

Bohaterowie filmu "Incepcja" potrafią wkraczać w swoje sny. Aby odróżnić sen od jawy, używają totemów - znanych tylko sobie przedmiotów, które we śnie zachowują się w nietypowy sposób. Główny bohater bawi się małą zabawką, bączkiem. W rzeczywistości taki bąk chwilę kręci się wokół swojej osi, ale po pewnym czasie na skutek tarcia zwalnia, ostatecznie przewraca się. Natomiast w snach głównego bohatera bąk kręci się bez przerwy, wskazując mu, że jest we śnie. Czy naprawdę układ bez tarcia jest nierealny?

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

Jak odkryć nową cząstkę elementarną? Lata doświadczeń przyzwyczaiły nas do myśli, że trzeba w tym celu wybudować potężny detektor i zrzeszyć do wspólnej pracy setki, jeśli nie tysiące fizyków. W przypadku zespołu detektora ATLAS przy LHC w CERN-ie zdarza się, że sama lista autorów publikacji naukowej opisującej najnowsze wyniki zajmuje jedną trzecią artykułu. Przekłada się to na ogromne koszty wybudowania i bieżącej obsługi, także naukowej, takiego detektora, więc decyzja o budowie nowego układu eksperymentalnego, np. w postaci akceleratora i stowarzyszonych z nim urządzeń, jest ważną decyzją polityczną. Przykładem może być marcowa decyzja rządu japońskiego o odłożeniu w czasie rozważania wsparcia budowy Międzynarodowego Zderzacza Liniowego (ILC, International Linear Collider).

Albert Einstein udowodnił, że energia i masa są tak ściśle powiązane, że można płacić jedną za drugą, a współczynnikiem wymiany jest kwadrat prędkości światła. Czyż jest prostsza i piękniejsza zależność opisująca nasz świat? Dziwne tylko, że absolwent szkoły średniej, a nawet kończący studia fizyki nie potrafią w sposób elementarny udowodnić, że Pora to zmienić. Przytoczę jedno z najprostszych wyprowadzeń. Opowiem też, jak wspaniale astronomia i fizyka pomogły sobie nawzajem w czasach Einsteina. Dzięki temu rozumiemy, jak Słońce nas oświetla i ogrzewa i jak długo jeszcze będzie to robić.

Ile wynosi suma wewnętrznych kątów w trójkącie? Kwestia ta nurtowała słynnego matematyka Carla Gaussa na tyle, że zadał sobie trud wspinania się na górskie szczyty. Jak wiadomo szczyty są po to, by je zdobywać, jednak błędem alpinistów jest to, że tę piękną metaforę traktują dosłownie. Gauss jednak nie był alpinistą. Chodził po górach nie po to, by "zdobywać szczyty", lecz po to, by przy użyciu urządzeń geodezyjnych mierzyć sumę kątów w gigantycznych trójkątach utworzonych z trzech odległych alpejskich wierzchołków.

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

Dwie fundamentalne teorie fizyczne: teoria względności i mechanika kwantowa są zaskakujące dla kogoś, kto spotyka się z nimi po raz pierwszy, i pełne są pozornych paradoksów. Są więc wdzięcznym tematem artykułów i książek popularnonaukowych, których powstało już wiele. Książka Andrzeja Dragana pt. "Kwantechizm, czyli klatka na ludzi", mimo że poświęcona jest głównie teorii względności i mechanice kwantowej, nie jest kolejnym wcieleniem standardowych opowieści o paradoksie bliźniąt i dualiźmie korpuskularno-falowym.

Drugą zasadę termodynamiki kojarzymy z nieodwracalnością procesów fizycznych, "strzałką czasu", entropią i jej nieuchronnym wzrostem.

Powszechnie znana podręcznikowa odpowiedź na pytanie, ile jest oddziaływań fundamentalnych, brzmi: cztery.

Badania naukowe to najczęściej żmudna, niepoetyczna praca - daleka od jednorazowych olśnień, którym towarzyszy okrzyk "Eureka!". Z tego względu trudno jest im błysnąć choć na chwilę w mediach społecznościowych czy w nagłówkach gazet. A przecież wiele takich działań podejmowanych przez naukowców wartych jest uwagi i namysłu. Dlatego w tym odcinku proponuję subiektywny przegląd mało ekscytujących wiadomości.

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