понедељак, 10. јун 2013.

Čudotvorni vek fizike ~1





 Pre predstavljanja kraćeg teksta o fizici izašlog u okviru godine posvećene fizici par reči o inicijativi proglašenja godine fizike.

ČUDOTVORNA GODINA:

Inicijativu da se čitava 2005. proglasi Svetskom godinom fizike pokrenulo je Evropsko društvo fizičara (EPS) pre tri godine. Njihov predlog je dobio podršku Međunarodnog udruženja za čistu i primenjenu fiziku (IUPAP), a potom i Organizacije za obrazovanje, nauku i kulturu Ujedinjenih nacija (UNESCO), da bi u junu 2004. godine Generalna skupština Ujedinjenih nacija donela odluku o proglašenju Svetske godine fizike. U kratkoj rezoluciji 58/293, Generalna skupština svoju odluku obrazlaže zapažanjem da je primena fizike osnov mnogih savremenih tehnoloških dostignuća, uverenjem da je obrazovanje u fizici oruđe za izgradnju naučne infrastrukture koja je presudna za napredak i priznanjem da fizika obezbeđuje značajan osnov za razumevanje prirode. Uz to, u rezoluciji se ističe i svest da je dolazeća godina stogodišnjica ključnih otkrića Alberta Ajnštajna. U vreme kada je do tih otkrića dolazio, Ajnštajn sigurno nije mogao ni da zamisli kako će se sto godina kasnije ni manje ni više nego Generalna skupština UN-a pozivati na njih u svojim rezolucijama. Početkom 1905. godine, on je bio potpuno nepoznati, siromašni službenik Patentnog zavoda u Bernu. U nameri da objasni fotoelektrični efekat, tada neshvatljivu osobinu svetlosti da "izbacuje" elektrone iz metala, Ajnštajn je u martu napisao rad "O jednoj heurističkoj tački gledišta koja se odnosi na nastajanje i transformaciju svetlosti" i poslao ga u ugledni nemački naučni časopis "Annalen der Physik". U ovom radu je izneo novo shvatanje o strukturi svetlosti, zasnovano na Plankovoj hipotezi iz 1900. godine o kvantima energije. (izvor)


                                                                 ČUDA FIZIKE
Miloslav Rajković

Annus mirabilis Alberta Anštajna je izmenila naš pogled na prostor i vreme i otvorila put trijumfa fizike u XX veku. Bio je to prvi veliki korak koli je anticipirao potonja otkrića. Drugi je kvantna teorija, sa kojom je fizika ušla u finu strukturu materije, u svet mikro pojava. Trijumf fizike možda  zvuči previše sportski, ali taj izraz savršeno izražava suštinu onoga što se događalo na naučnom polju. Tom trijunfu najveći doprinosu dali su : Maks Plank, Albert Anštajn, Nils Born,Verner Hajzenberg , Ervin Šredinger, Pol Dirak,Volfgang Paulin, Enriko Fermi, Lav Davidovič, Ričard Fajnman, Tomonago, od javnosti skrajnuti atomista Kurčatov..


   

- Ima mnogo toga čime je fizika doprinela čovečanstvu, ali ljudi to često zanemaruju i ne razmišljaju o tome.Uzmimo kompjuter, proizvod fizike preko otkrića tranzistora pedesetih godina prošloga veka. Sav napredak tehnologije i tehnike zasnovan je na zakonima fizike – kaže običnim rečima profesor Fizičkog fakulteta u Beogradu.

Nije fizika postala značajna u jednom trenutku. Istorija fizike svojim korenima seže do starih grčkih mislilaca, matematičara i astronoma. Setimo se ideje o pokretnoj Zemlji pitagorejca Filolaja i Aristotela koji “ logičnim argumentima” dokazuje da ona miruje a teža tela brže padaju nego lakša. Crkva je zadugo bila konzervirala naučno mišljenje a pitanja položaja Zemlje, Sunca, našeg mesta u kosmosu bila su tabu tema. Bruno je spaljen zato što u Večeri na pepeljastu sredu piše da se Zemlja kreće i “ sve stvari što su na njoj”. Galilej je izmakao inkvizitorskoj lomači odričući se pred smrt svog učenja. Pa ipak, on je zaslužio da ga zovemo ocem moderne fizike, sa njim fizika postaje moderna nauka. Ali novija istorija fizike je tačno počela 1905.





Čudotvorna godina

Kakva je bila situacija u fizici početkom dvadesetog veka? Zašto je priroda, koja po mudroj Senekinoj reči “ ne otkriva svoje tajne odjednom i svima” jednom čoveku dala da, takoreći odjednom, iznese na svetlost dana stvari koje je tako dugo skrivala?

“ Dotad poznata, klasična fizika je obuhvatala Njutnovu mehaniku, statističku fiziku i elektrodinamiku, teoriju električnih i magnetnih polja. Fizičari su znali da opisuju velike statističke sisteme, otkrili su većinu ključnih pojmova ( ali nisu znali da ih povežu) potonjih fundamentalnih teorija i smatrali da je ostalo malo posla pa uskoro neće imati šta da se radi. To “ malo” je npr. bio problem koji je Plank, 1900.godine, postavio u vezi sa delićima svetlosti( fotonima)”, kaže naš sagovornik.
A onda je došla 1905.godina. Čudotvorna godina. Čudo i čudotvorstvo nisu naučni pojmovi. Čudotvori sam Bog. Čuda čine starozavetni Mojsije i novozavetni Spasitelj. Čudotvorne su ikone Bogorodice i svetih. Ali ovde je reč o jednom još anonimnom mladom naučniku, službeniku Patentnog zavoda u Bernu. Kako je Bog stvorio ovaj svet je njegova misao vodilja u naučnom radu.

” Ne interesuje me ova ili ona pojava u spektru ovog ili onog elementa. Hoću da znam njegove misli, ostalo su detalji”, govorio je.
Da bi istakli veličinu i značaj Ajnštajnovih otkrića njegovi biografi i istoričari fizike su morali da zavire u bogoslovni rečnik ( John Stachel et al.,Einsteins’s,Miraculous Year,1998; Jurgen Renn /Dieter Hoffmann,1905 – a miraculous year,2005)

Albert Ajnšajn te godine živi sa suprugom Milevom Marić u Bernu, Kramgase 49. Iz ovog stana Vilhelmu Vinu, uredniku Annalen der Physik, vodećeg nemačkog časopisa za fiziku, Ajnšajn šalje tri rada, a univerzitetu u Cirihu doktorsku disertaciju. Prvi, "O jednoj heurističkoj tački gledišta emisije i transformacije svetsloti”, Ajnšajn potpisuje 17. marta ( tri dana posle 26. rođendana), drugi, "O kretanju sitnih čestica raspršenih u stacionarnoj tečnosti na osnovu molekularno-kinetičke teorije toplote" , završio je 11. maja a 30. juna rad "O elktrodinamici tela u kretanju" . Sva tri rada su objavljena u 17. broju Anala, koji je, kaže jedan Ajnšajnov srpski biograf,” bibliografska retkost čija se cena davno popela na nekoliko hiljada dolara”( nikada ranije jedan autor “ nije u jednom tomu objavio istorijska rada”). Posle odmora u Srbiji ( Novi Sad,Kać,Titel, Beograd) Ajnšajn je iz novog stana u Tarnerštrase, 27. septembra, poslao Vinu i četvrti rad "Da li inercija tela zavisi od njegove enrgije" ( objavljen u 18. svesci).

Metju Čalmers, urednik Physis World, napisaće u opsežnom članku početkom međunarodne godine fizike :
“ Većina fizičara bi bila srećna da napravi jedno otkriće, dovoljno važno da se na njemu uče buduće generacije studenata fizike. Samo mali broj uspeva u tome a tek poneko nađe mesto u knjigama."
 Ali Ajnšajn se razlikuje od svih. Za nešto više od osam meseci 1905. godine završio je pet radova koji su zauvek promenili svet. Spajajući tri sasvim nepovezane teme –relativnost, fotoelektrični efekat  i Braunovo kretanje - Ajnštajn je preokrenuo naše viđenje prostora i vremena, pokazujući da to nije dovoljno da se svetlost opiše prosto kao talas, i postavio osnove otkriću atoma.”

Fizička intuicija

Ajnšajnovi radovi nisu bili zasnovani ni na “tvrdoj eksperimentalnoj očiglednosti” ni na “ sofisticiranoj matematici”. On je svoje “elegantne argumente i zaključke” bazirao na “ fizičkoj intuiciji”. Gerard Toft sa Univerziteta u Utrehtu ( Holandija), dobitnik Nobelove nagrade 1999. za rad na polju kvantne teorije, ovako je to objasnio :
“ Niko u to vreme nije radio na način na koji je radio Ajnštajn. Dirak, Fermi, Fajnman i drugi su takođe mnogostruko doprineli razvoju fizike, ali jedino je Ajnštajn učinio da svet shvati, prvi put, da čista misao može promeniti naše razumevanje prirode. “

- Deo problema o kojima je Anštajn raspravljao je već bio identifikovan. Drugi deo je bezmalo bio nov, smislio ih je ni iz čega, dok je radio u Patentnom zavodu. To mu je bio hobi '- kaže Milutin Blagojević, specijalista za relativnost i gravitaciju. Rad o Braunovom  kretanju rešava problem koji se najpre javio u biologiji, ali ga je Ajnštajn rešio statistički  pratio je kretanje čestica a ne jedne čestice i video da se one sudaraju. Ako znamo neke statističke osobine, možemo nešto da kažemo i o samim česticama ( molekulama) a da ih ne vidimo ( još nije bilo moćnih mikroskopa).Ovaj metod je postao značajan za razvoj fizike u narednih dvadeset godina.

Rad o foto efektu ima veze sa Plankovim zanimanjem za prirodu svetlosti. Da bi objasnio zračenje “ crnih tela” Plank je morao da pretpostavi da postoje “ neke diskretne porcije energije” koje prenose deliće svetlosti , za koju se do tada smatralo da je talasne, kontinualne prirode. Profesor Blagojević veli da je još Njutn zaključio da je svetlost korpuskularna, ali ta ideja tada nije bila prihvatljiva. Faradej i Maksvel, teoretičari elektrodinamike, opisivali su svetlost kao kontinuum talasa. “ To je bilo toliko uverljivo da nije bilo mesta nikakvoj sumnji i Plank je sasvim slučajno došao do nove ( kvantne) hipoteze. Ajnštajn je analizom eksperimenata zaključio da se svetlost sastoji od fotona i da se ona pojavljuje u sudaru dve ili više čestica. On je zapazio da je potrebna minimalna energija da bi se dobilo zračenje. Rezultat je objasnio pretpostavkom da je svetlost čestične prirode. Bilo je to jednostavno i jasno objašnjenje. Ajnštajn je za ovaj rad dobio Nobelovu nagradu.  1921. godine, ali je smatrao da je priznanje pre zaslužila teorija relativiteta. Nobelov komitet je ocenio da se ona “ u biti odnosi na epistemiologiju “ i da je više filozofska nego naučna stvar. Pojedinci su čak tvrdili da ni specijalna ni opšta teorija relativnosti “ nisu vredne nagrade” ( A. Gaistron).



Put sumnje i uspeha

Alberta Ajnštajna svet pamti po specijalnoj i opštoj teoriji relativnosti. Profesor Milutin Blagojević je na beogradskoj konferenciji posvećenoj teoriji relativnosti u zapaženom predavanju od Galileja do Ajnštajna – put sumnje i uspeha- izložio značaj ideja o fizičkoj prirodi kretanja, prostora i vremena na zasnivanje ovih teorija. Galilej je znao za princip relativnosti, kaže ovaj fizičar. U Dijalogu ( 1632) Galilej je izložio stav da kretanje Zemlje ne može uočiti posmatračna Zemlji, koji se zajedno sa njom kreće. Prema principu relativnosti, ako imamo brod koji se udaljava i putnika koji se kreće po palubi broda, posmatrač može da izmeri brzinu putnika koji se kreće sabiranjem brzine broda i putnika u odnosu na brod.
Razvoj elktrodinamike u XIX veku je doveo do otkrića konstantnosti brzine svetlosti, bez obzira na kretanje izvora ili kretanje promatrača : c ‘= c, što je protivrečilo zakonu sabiranja  brzina.Taj problem se u naročito oštroj formi postavio početkom XX veka i Ajnštajn ga je rešio teorijom relativnosti. On je prihvatio konstantnost brzine svetlosti i Galilejev princip relativnosti, kao pravi fizički zakon koji jednako važi u klasičnoj mehanici i u elektrodinamici, a zakon sabiranja brzina ostavio po strani. Ajnštajn je smatrao da je ovaj zakon tačan kada su u pitanju male brzine, ali se u slučaju velikih brzina drastično menja. Ova dva naizgled protivrečna zahteva Ajnštajn je razrešio tako što je umesto nezavisnog prostora i vremena uveo novu strukturu prostor-vreme zasnovanu na nepromenjivosti brzine svetlosti i novoj formulaciji načela relativnosti. ( Lorencove transformacije.)

“ Prostor i vreme u ovom slučaju više nisu nezavisne veličine, već međusovno povezane. Časovnik koji stoji na nekom mestu neće otkucavati vreme nezavisno od prostora. Iz te nove koncepcije sledi niz paradoksa, ali ono što je izazivalo najviše znatiželje tada, a i danas, nije zakon sabiranja brzina, nego činjenica da je morala da se promeni stara slika o prostoru i vremenu. Tako je nastala specijalna teorija relativnosti, nova teorija o prostoru i vremenu, u čijoj osnovi je transformacija prostora i vremena u jedan objekat, prostor-vreme. Mehanizam te transformacije je neposredno povezan sa uopštavanjem principa relativnosti na svetlosne pojave, sažima čitav problem prof. Blagojević.
Specijalnu teoriju relativnosti karakteriše  niz “paradoksa” i “ komplikacija”. Prema novoj slici prostora i vremena, časovnik koji otkucava vreme ne čini to nezavisno od prostora u kome se nalazi. Ako je časovnik udaljen od događaja, vreme koje pokazuje treba korigovati za vreme kretanja signala od događaja do časovnika. Konstantnost brzine svetlosti je moguća samo ako je istovremenost relativna. Tako dolazimo do još jednog paradoksa : kontrakcija dužine pri merenju pokretnog  objekta ( primer štapa) ili već klasičan primer braće blizanaca.

ap%20b%20physics

Najčuvenija jednačina

Jednačina “ koja je promenila svet” E=mc2, u poslednjem radu iz 1905, posledica je novog shvatanja prostora i vremena. Njen smisao, prepričan običnim jezikom, kaže da svaka masa u sebi nosi energiju. Energija, dakle, nije samo sadržana u kretanju. Kuglu koja se kreće i kugla koja miruje imaju energiju. Ajnštajn je pronašao formulu kojom je izračunao kolika je ta enrgija. “ Dugo se posle otkrića za najčuveniju Ajnštajnovu formulu mislilo da je samo teorijska igra. Ali kada je dvadesetih godina stvorena kvantna teorija naučnici su počeli razmišljati da li se na osnovu ove formule može izvuči energija iz atoma. To im je uspelo tek u Drugom svetskom ratu ( stvaranje atomske bombe).
Atomska bomba je jedna tragična posledica Ajnštajnove formule. Principi ovog efekta bili su poznati nemačkim naučnicima u nacističkoj eri. Hajzenberg je bio uključen u stvaranje nemačke atomske bombe. Ajnštajn je u prvom trenutku ( pismo Ruzveltu), zbog preteće opasnosti takvog oružja u Hitlerovim rukama, smatrao da atomsku bombu treba napraviti. Ali, kada je prva bomba pala na Hirošimu on se pokajao, kao uostalom i mnogi drugi koji su radilio na tom projektu. Šef projekta “ Menhetn distrikt” , Robert Openhajmer i saradnici su doživeli to kao “ moralni udarac”. Blagojević kaže: “ Fizika je poslužila nečemu što nije bila prvobitna ideja i naučnici su se osećali odgovornima”.

izvor

1 коментар:

  1. Анониман11. јун 2013. 23:58

    „Ако универзум има ‘историју’ која се може реконструисати, која би могла да досеже до Великог праска, онда нам је блиска мисао да у дубини универзума постоји узрок хармоније узрока; другим речима: надређена интелигенција.“
    Гитон

    ОдговориИзбриши