James'as Maxwell'as 1865 m. apibendrino
elektromagnetizmo tyrimų rezultatus vos 4-iomis lygtimis. Jos išpranašavo radijo bangų egzistavimą. Šviesos greitis Maxwelo lygtyse atsiranda savaime.
O greitį galima matuoti tik ko nors atžvilgiu. Tad J. Maxwellas pasiūlė,
kad tai būtų eteris nematoma visą Visatą užpildanti medžiaga tad šviesos 300
tūkst. km/sek. greitis būtų eterio atžvilgiu. Tačiau Žemė pati juda eterio atžvilgiu, tad metų laikotarpiu Žemėje
turėtume išmatuoti skirtingas šviesos greičio reikšmes. Tokių matavimų ėmėsi
Albertas Michelsonas ir Edwardas
Morley*), tačiau 1887 m. eksperimento metu jiems nepavyko aptikti greičio pokyčių (skaitykite apie kelią link
specialiosios reliatyvumo teorijos).
|
1828 m. Robertas Brownas mikroskopu pastebėjo, kad smulkutės žiedadulkių kruopelės juda neabejotinai atsitiktine laužyta trajektorija.
1905 m. A. Einšteinas
matematiškai įrodė, kad Brauno judėjimą sukelia
vandens molekulės, kurios netvarkingai judėdamos stumdo smulkias žiedadulkių kruopeles.
Pirmasis termodinamikos dėsnis
teigia - energija negali nei atsirasti, nei išnykti.
1841 m. tai suformulavo gydytojas Julius von Mazeris. Olandijos Ost Indijoje (šiuolaikinėje Indonezijoje) jis
pastebėjo, kad pacientų kraujas yra tamsesnis nei Europoje. Ji tai aiškino tuo, kad dėl karšto Indonezijos klimato kūno
temperatūrai palaikyti europiečiai naudoja mažiau deguonies, vadinasi, ir energijos. Tai jam pakišo mintį, kad ir šiluma,
ir mechaninis darbas yra energijos formos. Jamesui Jouleui ta pati mintis kilo 1843 m., matuojant, kiek mechaninio
darbo reikia norint pakelti vieno litro vandens temperatūrą vienu laipsniu.
|
1900 m. lordas Kelvinas paskaitoje
XIX a. debesys virš dinaminės šilumos ir šviesos teorijos, kurioje paminėjo keletą debesiukų, atseit, metančių iššūkį klasikinei fizikai.
Dvi jų po kelių metų tapo naujosios fizikos pagrindu.
Pirmoji kūno šiluminė spinduliuotė. Tai įprastas reiškinys, kurį galim tiksliai išmatuoti. Skirtingos
temperatūros kūnas spinduliuoja skirtingų ilgių bangas. Rezultatą galima atvaizduoti kreive, parodančia pasiskirstymą
bangų ilgių skalėje. Net Maxwello lygtys negali paaiškinti šios kreivės klasikiniais fizikos dėsniais.
Sprendimą pateikė Max'as Planck'as, 1900 m. gruodį, iškeldamas prielaidą,
kad energija spinduliuojama porcijomis (t.y. kvantais). Kvanto energija yra E=h*f, kur h dabar vadinama
Planko konstanta, o f - spinduliuotės dažnis.
Taigi Planckas pasiūlė energijos kvanto sąvoką, kas prieštaravo klasikinei fizikai. Pradžioje laikytas tik matematine
priemone šiluminei spinduliuotei paaiškinti, kvantas, kaip turintis realią fizikinę prasmę,
A. Einšteino panaudotas 1905 m. tezėse apie fotoelektrinį efektą.
Vėliau Nielsas Boras energijos kvanto sąvoką panaudojo 1913 m. aiškindamas vandenilio spektrą.
Antroji - eterio problema, kurią 1905 m. išsprendė A. Einšteino
specialioji reliatyvumo teorija. Ji ne tik laikė,
kad negali būti greičio didesnio už šviesos greitį, bet ir erdvę bei laiką pavertė dinaminiais kintamaisiais, kuriuos veikia
fizikinės sistemos. Kartu šviesos greitis nepriklauso nuo to, ar sistema juda, ar yra ramybės būsenoje šviesos šaltinio atžvilgiu.
Erdvėlaikis išlinksta aplink masyvius kūnus. Erdvėlaikio išlinkimas išlaiko planetas orbitose aplink žvaigždę. Taip pat
Saulės iškreivintas erdvėlaikis iškreipia ir šviesos sklidimą. Todėl stebėtojas Žemėje (esant visiškam Saulės užtemimui)
gali matyti žvaigždę, nors iš tikro ją ir užstoja Saulė.
Tad masyvios žvaigždės, o ypač galaktikos, gali būti tarsi milžiniški gravitaciniai lęšiai, galintys kurti puikius
kvazarų vaizdus. Ne tik galima stebėti du kvazarų vaizdus, bet jie dar ir sutelkia
ir sustiprina šviesą, tad kvazaras matomas gerokai aiškiau.
Tikros teorijos ieškant
Įdomiausia, kad nesuprantama, kodėl Visatoje veikia tokie skaičiai: 24, 4 (fundamentaliosios jėgos), 19 (pagrindinės
fizikos konstantos, kurių verčių neįmanoma paskaičiuoti, o įmanoma tik išmatuoti tokios, kurios vienodos visoje
Visatoje ir nekinta nuo jos atsiradimo; viena tokių šviesos greitis, o kita gravitacinė konstanta G).
Kartu tai rodo, kad mūsų teorijos nėra pakankamai geros, o 2010 m. iškilo ir nauja didelė problema. John Webb'as**)
atliko matavimus, iš kurių paaiškėjo, kad nuo Visatos susiformavimo (prieš 13,7 mlrd. m.) pakito
smulkiosios struktūros
konstanta (taip pat žr. >>>>> ).
Tai verčia susirūpinti, nes konstantų vertės yra svarbios gyvybės egzistavimui Visatoje.
Net nežymūs jų pokyčiai gali paversti Visatą į tuščią, net be žvaigždžių ir galaktikų, darinį. Gali būti, kad tokios mūsų
Visatos, kokią turime, tikimybė nepaprastai maža (dar paskaitykite apie lygiagrečias visatas).
Vienas šiuolaikinės fizikos siekių sukurti vieningą teoriją, jungiančią visas sąveikas (GUT, Grand unified
theory), o taip pat Visko teoriją (TOE, Theory of Everything), jungiančią reliatyvumo
teoriją su kvantine mechanika. Sudėtinga užduotimi yra ir kvantinės gravitacijos teorijos sukūrimas. Vienas iš sėkmingesnių
bandymų stygų teorija (1984),
kurios pagrindinė idėja labai paprasta. Daugelis el. dalelių gyvuoja labai
trumpai, suskildamos į kitas daleles. Tad galima spėti, kad jos yra gana aukštos energetinės būsenos ir skildamos jos išlaisvina savo perteklinę
energiją. Tai primena virpančią smuiko stygą, kurios skirtingus dažnius atitinka skirtingos energetinės būsenos.
Tą analogiją išplėtojus matematiškai, el. dalelių galima laikyti smulkutes
vienmates stygas, galinčias virpėti skirtingais dažniais, kurie atitinka skirtingas energijas. Tik tos stygos virpa ne mūsų įprastoje trimatėje erdvėje,
o 10-ies matavimų erdvėlaikyje (su vienu laiko matavimu).
Tolimesnis išvystymas yra M-teorija (pradžioje M reiškė membraną, tačiau dabar pateikiama ir kaip
magiškoji ar pagrindinė (Master) ). Joje stygos pakeičiamos figūromis, galinčiomis virpėti keliais matmenimis
dvimatėmis membranomis ar aukštesnių matmenų figūromis. Ši teorija apima jau 11-a matavimų.
Papildomi matmenys gali būti suspaudžiami įvairiai, kai kiekvienas būdas atitinka tam tikrą gamtos dėsnių ir konstantų derinį.
M-teorijoje tarsi kiekvienas iš 10500 būdų, kuriais galima sulankstyti matmenis, atitinka atskirą visatą su
savais dėsniais. Tad mūsų Visata tėra tik vienas variantas (žr. Daugialypės visatos).
Va tik šių modelių patikrinimui reikia didesnių energijų, nei galima pasiekti dabartiniame CERN hadronų greitintuve
(LHC).
*) Edvardas Morlis (Edward Williams Morley, 1838-1923)
amerikiečių fizikas ir chemikas, žinomiausius pasiekimus pasiekęs interferometrijos srityje kartu su A. Michelsonu (apie
1887 m.), susijusius su tikslesniu šviesos greičio matavimu įvairiomis kryptimis ir skirtingais metų laikais; taip nustatant,
kad šviesos greitis nekinta nei nuo kryptirs, nei nuo Žemės padėties. Chemijoje jis tiksliai sulygino elementų atomines
mases su vandenilio atomu. Jo garbei pavadintas krateris Mėnulyje.
**) Džonas Vebas (John Kelvin Webb, g. 1991 m.) australų astrofizikas, Sidnėjaus un-to
profesorius. Jo tyrinėjimų sritys: užgalaktiniai objektai, kvazarai, kosmologija, gravitacinės
bangos, Didžiojo sprogimo teorijos patikrinimai, gamtos dėsnių pastovumas,
ekzoplanetos (tikrinant nežymius žvaigždžių šviesumo pokyčius).
2001 m. jis nustatė vadinamosiso smulkiosios struktūros konstantos kitimą.
Papildomai skaitykite:
Superlaidumas
Visatos modeliai
Laiko fenomenas
Papildomas matavimas
Kvantinio pasaulio katinai
Hadronų koliderio kūrėjas
Pasikėsinimas į multivisatas
El. dalelių simetrija persmelkia viską
Nėra paprastos visuotinės teorijos!
Higso bosonas: labai prasta balerina
El. dalelės ir fundamentaliosios jėgos
Nepaprastai suderinta Visatos sandara
Savaime besiorganizuojantis kvantinis pasaulis
Naujos galimybės žvaigždėlaivio pavarai
Ar visad tai tik paramokslinės idėjos?
George Orwell. Žemė yra plokščia
Visata: nuo šičia link begalybės
Antigravitacijos paieškų istorija
Bendroji reliatyvumo teorija
Jie degino eretikus, ar ne?
Nepaprasti Visatos skaičiai
Kokia yra Visata? Sukasi?
Lyginamoji kosmologija
Nepastovios konstantos
Šiluminė Visatos mirtis
Lygiagrečios visatos
Karai dėl telefono
Hipotezės: sliekangės
Greičiau už šviesą!
Stikliniai laidai
