физика
Ни один из трех основных законов механики не вызывает, вероятно, столько недоумений, как знаменитый «третий закон Ньютона» – закон действия и противодействия. Все его знают, умеют даже в иных случаях правильно применять, – и однако мало кто свободен от некоторых неясностей в его понимании. Может быть, читатель, вам посчастливилось сразу понять его, – но я, сознаюсь, вполне постиг его лишь десяток лет спустя после первого с ним знакомства.
Беседуя с разными лицами, я не раз убеждался, что большинство готово признать правильность этого закона лишь с существенными оговорками. Охотно допускают, что он верен для тел неподвижных, но не понимают, как можно применять его к взаимодействию тел движущихся… Действие, гласит закон, всегда равно и противоположно противодействию. Это значит, что, если лошадь тянет телегу, то и телега тянет лошадь назад с такою же силою. Но ведь тогда телега должна оставаться на месте: почему же все-таки она движется? Почему эти силы не уравновешивают одна другую, если они равны?
Таковы обычные недоумения, связанные с этим законом. Значит, закон неверен? Нет, он безусловно верен; мы только неправильно понимаем его. Силы не уравновешивают друг друга просто потому, что приложены к разным телам: одна – к телеге, другая – к лошади. Силы равны, да, – но разве одинаковые силы всегда производят одинаковые действия? Разве равные силы сообщают всем телам равные ускорения? Разве действие силы на тело не зависит от тела, от величины того «сопротивления», которое само тело оказывает силе?
Если подумать об этом, станет ясно, почему лошадь увлекает телегу, хотя телега тянет ее обратно с такой же силой. Сила, действующая на телегу, и сила, действующая на лошадь, в каждый момент равны; но так как телега свободно перемещается на колесах, а лошадь упирается в землю, то понятно, почему телега катится в сторону лошади. Подумайте и о том, что если бы телега не оказывала противодействия движущей силе лошади, то… можно было бы обойтись и без лошади: самая слабая сила должна была бы привести телегу в движение. Лошадь затем и нужна, чтобы преодолевать противодействие телеги.
Все это усваивалось бы лучше и порождало бы меньше недоумений, если бы закон высказывался не в обычной краткой форме: «действие равно противодействию», а, например, так: «сила противодействующая равна силе действующей». Ведь равны здесь только силы, – действия же (если понимать, как обычно понимают, под «действием силы» перемещение тела) обыкновенно различны, потому что силы приложены к разным телам.
Точно так же, когда полярные льды сдавливали корпус «Челюскина», его борта давили на лед с равною силою. Катастрофа произошла оттого, что мощный лед оказался способным выдержать такой напор, не разрушаясь; корпус же судна, хотя и стальной, но не представляющий собою сплошного тела, поддался этой силе, был смят и раздавлен.
Даже падение тел строго подчиняется закону противодействия. Яблоко падает на Землю оттого, что его притягивает земной шар; но точно с такой же силой и яблоко притягивает к себе всю нашу планету. Строго говоря, яблоко и Земля падают друг на друга, но скорость этого падения различна для яблока и для Земли. Равные силы взаимного притяжения сообщают яблоку ускорение 10 м/сек2, а земному шару – во столько же раз меньшее, во сколько раз масса Земли превышает массу яблока. Конечно, масса земного шара в неимоверное число раз больше массы яблока, и потому Земля получает перемещение настолько ничтожное, что практически его можно считать равным нулю. Оттого-то мы и говорим, что яблоко падает на Землю, вместо того чтобы сказать: «яблоко и Земля падают друг на друга».
— Я. Перельман «Занимательная физика». Книга 2. Глава 1. Основные законы механики.
Адам Коул — канонический нерд, который ведет научно-популярный блог «Росомаха» (Skunk Bear) на тумблере. Однажды он задался вопросом, можно ли использовать технологию визуализации потока Шлирена для того, чтобы увидеть звук.
1. Ничто не может гореть еще раз, если уже сгорело.
2. Пузырь круглый, так как воздух внутри него одинаково давит на все его части, поверхность пузыря равноудалена от его центра.
3. Черный цвет притягивает тепло, белый отражает его.
4. Кнут издает щелчок, потому что его кончик двигается быстрее скорости звука.
5. Бензин не имеет определенной точки замерзания — он может замерзнуть при любой температуре от -118 С до -151 С. При замерзании бензин не становится полностью твердым, скорее напоминает резину или воск.
6. Яйцо будет плавать в воде, в которую добавили сахар.
7. Грязный снег тает быстрее, чем чистый.
8. Гранит проводит звук в десять раз быстрее воздуха.
9. Вода в жидкой форме имеет большую молекулярную плотность, чем в твердой. Поэтому лед плавает.
10. Если стакан с водой увеличить до размера Земли, то молекулы, из которых она состоит, будут размером с большой апельсин.
11. Если в атомах убрать свободное пространство и оставить только составляющие их элементарные частицы, то чайная ложка такого «вещества» будет весить 5.000.000.000.000 килограмм. Из него состоят так называемые нейтронные звезды.
12. Скорость света зависит от материала, в котором он распространяется. Ученым удалось замедлить движение фотонов до 17 метров в секунду, пропуская их через слиток рубидия, охлажденный до температуры, очень близкой к абсолютному нулю (-273 по Цельсию)
Ландшафт теории струн (антропный ландшафт, проблема ландшафта) — существование в теории струн огромного числа (10^100—10^500 ) ложных вакуумов. Такое количество ложных вакуумов объясняется свободой выбора пространств Калаби — Яу, отвечающих за компактификацию дополнительных измерений в теории струн.
Идея ландшафта теории струн была предложена Леонардом Сасскиндом для описания конкретной реализации антропного принципа, состоящего в том, что фундаментальные физические константы имеют определённые значения не по каким-то физическим причинам, а потому, что эти значения необходимы для существования жизни на Земле, в том числе разумных наблюдателей, измеряющих эти значения.
По мнению критиков теории струн, например, Ли Смолина и Дэвида Гросса, проблема ландшафта выводит теорию струн из рамок научности, так как она становится нефальсифицируемой: каждому ложному вакууму соответствует своя низкоэнергетическая — наблюдаемая — физика, а выбор среди них варианта, совпадающего с известной Стандартной моделью и с наблюдаемым значением космологической постоянной, оказывается, вероятно, NP-полной задачей, то есть не может быть проведён более эффективно, чем полным перебором всех имеющихся возможностей, что сейчас представляется невозможным.
Как-то раз американский физик-экспериментатор Р. Вуд (1868—1955), довольно эксцентричный человек, решил проделать на себе рискованный опыт — испытать действие наркотика.
С большим трудом раздобыв опиум, он накурился этого зелья и вскоре впал в забытье.
Придя через некоторое время в сознание, он вспомнил, что, находясь в одурманенном состоянии, напал на какую-то чрезвычайно глубокую и важную научную идею, но на какую именно — начисто вылетело из головы. Тогда Вуд решил повторить опыт в надежде, что ему посчастливится вновь обрести ускользнувшую мысль. И действительно, как только начало сказываться наркотическое действие опиума, забытая мысль не замедлила возникнуть в уме ученого. Чувствуя, что сознание вот-вот покинет его, Вуд сумел в последний момент сконцентрировать волю, записать идею на бумажке и впал в беспамятство.
Очнувшись, он с ликованием подумал об удачном исходе столь трудного и опасного опыта и, дрожа от нетерпения и пережитого, поспешно развернул бумажку с драгоценной записью. На ней он прочел:»Банан велик, а кожура еще больше…»
Арнольд Зоммерфельд был физиком-теоретиком и научным руководителем четырёх физиков, получивших Нобелевскую премию по физике, а также двух учёных другой специальности, которые также получили награду. Сам Зоммерфельд был номинирован на получение Нобелевской премии 81 раз.
Возможно, дело в том, что часто Зоммерфельд становился номинантом одновременно с такими великими учёными, как Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Нильс Бор и Джеймс Франк. Существуют свидетельства того, что Зоммерфельд принимал свои поражения довольно близко к сердцу. В своих записках учёный отмечал, что было бы вполне справедливо удостоить его награды в 1923-м году, сразу после того, как премию получил Нильс Бор.
С течением времени работы Зоммерфельда привлекали всё меньше интереса, в частности, в те годы он работал над развитием боровской модели атома. Кроме того, стиль и методология его работ часто подвергались критике со стороны одного из членов Нобелевского комитета, профессора физики Карла Озеена, что и послужило одной из причин отказа.
Несмотря на проделанную им огромную работу, Зоммерфельд так и не оказался победителем и умер, не получив Нобелевскую премию.
1. Прошлое — это вероятность
По словам Хокинга, одно из следствий теории квантовой механики заключается в том, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определённым образом. Вместо этого они произошли всеми возможными способами. Это связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдётся сторонний наблюдатель, всё будет парить в неопределённости.
Хокинг: «Независимо от того, какие воспоминания вы храните о прошлом в настоящее время, прошлое, как и будущее, неопределённо и существует в виде спектра возможностей».
2. Общая теория относительности имеет отношение к ошибкам навигационных систем
Общая теория относительности была сформулирована Эйнштейном в 1915-м году. В ней постулируется, что «гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого́ пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии.»
Хокинг выступил в роли популяризатора этой теории. Он утверждает, в частности, что «Если общая теория относительности не будет принята во внимание в GPS-навигационных спутниковых системах, ошибки в определении глобальных позиций будут накапливаться со скоростью около 10 км в день. Важно понимать, что, чем ближе объект к Земле, тем медленнее течёт время. Таким образом, в зависимости от того, на каком расстоянии от Земли находятся спутники, их бортовые часы будут работать с разными скоростями. Эту разницу мы могли бы компенсировать автоматически, если бы этот эффект учитывался».
3. Аквариумные рыбки угнетены
«Представьте себя рыбкой, живущей в аквариуме с выпуклыми стенками. Что вы знали бы о нашем мире, если бы всю жизнь смотрели на него в искажении от стекла и не имели возможности выбраться? Невозможно познать истинную природу реальности: мы считаем, что чётко представляем себе окружающий мир, но, говоря метафорически, мы обречены всю жизнь провести в аквариуме, так как возможности нашего тела не дают нам выбраться из него.» — рассуждает Хокинг.
Впечатлённые этой метафорой власти города Монц, Италия, несколько лет назад законодательно запретили держать рыбок в круглых аквариумах, чтобы искажение света не мешало рыбкам воспринимать мир таким, какой он есть.
4. Кварки никогда не бывают одиноки
Кварки, «строительные блоки» протонов и нейтронов, существуют только группами и никогда — по одному. Сила, которая связывает кварки, увеличивается с увеличением расстояния между ними, так что, если попытаться оттянуть один кварк от другого, то чем сильнее вы будете тянуть, тем сильнее он будет пытаться вырваться и вернуться обратно. Свободные кварки не встречаются в природе.
5. Вселенная породила сама себя
Хокинг является убеждённым атеистом. Он посвятил немало времени научным доказательствам того, что для существования жизни никакой Бог не нужен. Одно из его знаменитых высказываний звучит так: «Поскольку существует такая сила как гравитация, Вселенная могла и создала себя из ничего. Самопроизвольное создание — причина того, почему существует Вселенная, почему существуем мы. Нет никакой необходимости в Боге для того, чтобы „зажечь“ огонь и заставить Вселенную работать».
Что такое стандартная модель и почему она так важна?
Эффект Холла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.
В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через проводящий брусок в слабом магнитном поле B течёт электрический ток под действием напряжённости E. Магнитное поле будет отклонять носители заряда к одной из граней бруса от их движения вдоль или против электрического поля. При этом критерием малости будет служить условие, что при этом носители заряда не начнут двигаться по циклоиде.
Эффект Холла
1. Электроны
2. Зонд
3. Магниты
4. Магнитное поле
5. Источник тока