„Jedynie dwie rzeczy są ewentualnie nieskończone - Wszechświat i ludzka głupota, z tym, że co do Wszechświata nie mam pewności” - Albert Einstein

Autor: Zbigniew Mazgaj

Kategoria: Kultura i nauka Artykuł opublikowano w CX News nr 4/54/2015

Wielce Szanowni Państwo! 

W listopadzie roku bieżącego przypada setna rocznica opublikowania ogólnej teorii względności, idei której waga porównywalna jest z Principiami1 sir Issaca. Takiej okazji CXNews nie mógł zignorować. Przyjrzyjmy się zatem, jak do tego doszło. 

Wszystko zaczęło się w roku 1905, przez historyków nauki zwanym annus mirabilis, w którym to Einstein popełnił kilka prac demolujących dobrą starą fizykę. A było to tak: 

W marcu wyjaśnił efekt fotoelektryczny. Fizycy zauważyli, że pod wpływem światła materia emituje elektrony, ale by zjawisko to w ogóle zachodziło, częstotliwość światła musi być większa od pewnej granicznej charakterystycznej dla materiału. Na podstawie obowiązującej klasycznej teorii uznającej światło za fale, nijak nie dało się tego wyjaśnić. Nasz bohater sięgnął więc do świeżej koncepcji Maxa Plancka2, zgodnie z którą energia może być emitowana i absorbowana w ściśle określonych porcjach zwanych kwantami. Założył, że „wybicie” elektronu wymaga wykonania określonej ‘pracy wyjścia’, zaś światło jest strumieniem cząstek (w oryginale Lichtquanten), o energii zależnej od częstotliwości. W takim ujęciu efekt fotoelektryczny stał się jasny i zrozumiały, zaś owe Lichtquanten zwiemy dzisiaj fotonami. W fizyce zapoczątkowało to prace nad dualizmem korpuskularno-falowym3, zaś autorowi przyniosło nagrodę Nobla w 1921 roku. 

W maju opublikował pracę dotyczącą ruchów Browna4, dającą weryfikowalne przewidywania dotyczące hipotezy atomowej. To nudne wynurzenia statystyczne, ale dosyć powiedzieć, że ich obserwacyjne potwierdzenie ostatecznie rozstrzygnęło, iż materia składa się z atomów, co w owym czasie wcale nie było oczywiste. 

W czerwcu ukończył szczególną teorię względności głoszącą, że czas i przestrzeń zachowują się w sposób nieoczekiwany i trudny do wyobrażenia – mianowicie, że odległości, prędkości i upływ czasu zależą od obserwatora, są zatem względne. 

We wrześniu zaś wyprowadził z niej najsłynniejsze równanie świata: E=mc2

Następstwem szczególnej teorii względności jest nieprzekraczalność prędkości światła. Stoi w sprzeczności z teorią powszechnego ciążenia Newtona, według której grawitacja działa natychmiast na dowolne odległości. Einstein postanowił ową sprzeczność usunąć. Wymagało to sięgnięcia do bardzo zaawansowanej matematyki, np.: geometrii nieeuklidesowej, przestrzeni Riemanna, rachunku tensorowego i zajęło mu niemal dekadę. Efektem była ogólna teoria względności, ujmująca grawitację w sposób absolutnie nowatorski – jako zakrzywienie czasoprzestrzeni przez masy „zanurzonych” w niej obiektów. 

W odróżnieniu od fizyki klasycznej, przestrzeń i czas przestały być niezależnymi bytami i biernym tłem dla rozgrywającego się spektaklu natury. Czasoprzestrzeń wchodzi w interakcję z obiektami – zależy od ruchu ciał i równocześnie nań wpływa. W tym ujęciu paradoks błyskawicznych oddziaływań grawitacyjnych znika, gdyż masa deformuje przestrzeń, zaś przestrzeni ograniczenie prędkości światła nie dotyczy. 

Jedną z konsekwencji zakrzywienia czasoprzestrzeni winno być ugięcie toru światła w pobliżu obiektów o dużej masie, np. gwiazd. Toteż, kiedy w 1919 roku obserwacje astronomiczne potwierdziły, iż w rzeczy samej tak się dzieje, Einstein awansował do roli supergwiazdy. 

Zmęczony Wielką Wojną świat potrzebował pozytywnego przesłania, a dobroduszny, nieco roztargniony geniusz znakomicie się do tego nadawał. I do dzisiaj gdy mówimy: uczony, podświadomość podsuwa nam Jego podobiznę. Inną, również potwierdzoną obserwacyjnie, konsekwencją teorii względności jest spowolnienie upływu czasu dla obiektów będących w ruchu oraz w pobliżu wielkich mas. 

W praktyce oznacza to, że spacerując po molo w Sopocie starzejemy się wolniej niż siedząc na Giewoncie. Płynie stąd rada dla lubiących widoki z góry: jeżeli chcecie dłużej pożyć, wybierzcie raczej awiację niż taternictwo. Zawsze urwiecie tych parę mikrosekund. 

Tak, tak, Moiściewy! 
Kiedy więc przy śniadaniu pacnie Wam kromka na podłogę, pamiętajcie: to nie Ziemia ją przyciągnęła! Ona wdzięcznie zjechała po zawijasie czasoprzestrzeni. I nie traćcie ducha! Dogłębne wyjaśnienie dlaczego zwykle kończy się to masłem w dół, wciąż czeka na swojego Einsteina. 

Życzę Państwu Wesołych Świąt i Dosiego Roku. 
Z.M.
 
Bibliografia:
 1. Isaac Newton, Philosophia Naturalis Principia Mathematica, London 1687 
 2. 1900 – Max Planck w pracy o promieniowaniu ciała doskonale czarnego wprowadził pojęcie kwantów energii
 3. Cecha obiektów kwantowych (np. fotonów), mogących przejawiać własności falowe (np. dyfrakcja) lub korpuskularne (np. efekt fotoelektryczny) 
 4. To statystyczny opis przypadkowych ruchów cząstek pyłu, w pracy tej wykorzystał obliczenia polskiego fizyka Mariana Smoluchowskiego
 



Ostatnio opublikowane artykuły w kategorii Kultura i nauka:

Influencerka

Do napisania tego tekstu skłoniła mnie taka oto informacja: „nasza 15-letnia córka całkiem nieźle się urządziła, jest influencerką, ma 160 tys. followersów i od samych tylko firm kosmetycznych co tydzień dostaje parotysięczne prezenty, byle by tylko tą, a nie inną szminką przed kamerką usmarowała sobie usta". Zacząłem drążyć temat i okazało się, że aby dziś stać się autorytetem dla 160 tysięcy nastolatków, należy najpierw przez parę lat coś trenować, na przykład taniec albo pływanie, a gdy już się znudzi, zacząć gwałtownie odrabiać zaległości imprezowe, by wreszcie z pomocą rodziców przestać ćpać i skończyć szkołę podstawową - podziwu godny sukces!!!

Czysta Wisła - Why Not

Pandemia pokazała jasno, jak negatywny wpływ na planetę ma globalna gospodarka. Przyszedł czas walki o poprawę warunków naszego wspólnego środowiska naturalnego. Jako Fundacja Why Not chcemy aktywnie się w nią włączyć. Stąd projekt związany z Wisłą, największą dziką (nieuregulowaną) rzeką w Europie. Najwyższy czas, by rozpocząć systematyczne działania, dążące do poprawy czystości jej wód. 

Czysta Wisła - Why Not - Dr hab. Andrzej Woźnica

Celem wyprawy było przyjrzenie się całej Wiśle i zebranie danych na temat jakości i ilości wód na całym jej przebiegu. Obecnie woda z rzeki jest pobierana i badana tylko w ok. 20 stałych punktach, ale my w trakcie spływu, w ramach akcji „Czysta Wisła – Why Not”, analizowaliśmy ją co kilometr na jej całej ok. 1000-kilometrowej długości. Już po przepłynięciu pierwszych odcinków naukowcy zauważyli sterty śmieci. Zaobserwowaliśmy niesamowitą ilość plastiku wyrzuconego w różnych miejscach. ♦

Czysta Wisła - Why Not - Dr hab. Damian Absalon

Nasze badania są unikatowe, ponieważ jesteśmy w stanie zatrzymać rzekę w jednym kadrze, w krótkim czasie. Ich idea jest taka, że chcemy pokazać hot spoty, czyli miejsca najbardziej zagrożone i zanieczyszczone. Czasami na punktach monitoringowych nie widać, kto jest odpowiedzialny za to, że na danym odcinku rzeki jakość wody jest taka kiepska. ♦ 

Czysta Wisła - Why Not - Agnieszka Sotoła

Akcja „Czysta Wisła - Why Not” od razu mnie zainteresowała. Czemu? Po okresie pandemicznej izolacji wreszcie coś się dzieje, mamy szansę na spotkania towarzyskie, a ja lubię ludzi! Do tego bliska mi jest kwestia ochrony środowiska i jestem przekonana, że trzeba o tym mówić głośno i na wiele sposobów. Aneta Sotoła była uprzejma stworzyć ze mną team, nie tylko rodzinny i zawodowy, ale też kajakowy. W oczekiwaniu na godzinę „zero” przyglądałyśmy się prognozie pogody — pełne optymizmu, bo w końcu poniedziałek był skąpany w słońcu. O 3:30 ze snu wyrwał mnie dźwięk budzika, otworzyłam oczy i byłam pewna, że śnię. Strugi deszczu za oknem i pytanie — co dalej... Kawa i decyzja. Mamy plan, działamy! I tak w ulewnym deszczu, zaczynając po godz. 4 (dodam w nocy!), przepłynęłyśmy najdłuższy odcinek — 27 km. Było fantastycznie i piszemy się na kolejne takie lub inne akcje! ♦