Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Galileusz, Zsa Zsa
Gabor i ja

Kule i pochylnie
Piórko i grosik
Prawda o wieży
Atomy Galileusza
Akceleratory
i teleskopy

Carl Sagan XVII wieku
Człowiek bez nosa
Mistyk wyjaśnia
Papież do Galileusza:
spadaj

Słoneczna gąbka
Zarządca mennicy
Siła niech będzie
z nami

Ulubione F  Isaaca
Co nas pcha do góry
Tajemnica dwóch mas
Człowiek z dwoma
umlautami

Wielki twórca syntez
Kłopot z grawitacją
Isaac i jego atomy
Dziwne rzeczy
Dalmatyński prorok
Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Co nas pcha do góry
 
Co nas pcha do góry
 
J
ak już wspomniałem, siła jest wielkością wektorową: na przykład siła grawitacji na powierzchni Ziemi skierowana jest w  dół. Jaka jest natura siły, która jej przeciwdziała, która działa do góry? Czym jest siła wywierana przez krzesło na siedzącego, przez kij baseballowy na piłkę, przez gwóźdź na młotek, na czym polega nacisk helu rozciągającego balon, „ciśnienie” wody wypychającej do góry zanurzony w  niej kawałek drewna? Dlaczego – co jest bardzo przygnębiające – większość z  nas nie potrafi przenikać ścian? Zaskakująca, prawie szokująca odpowiedź jest taka, że wszystkie wymienione siły są różnymi przejawami oddziaływania elektrycznego.
       Na początku ten pogląd wydaje się dziwaczny. W  końcu, nie odczuwamy ładunków elektrycznych pchających nas do góry, gdy stajemy na wadze albo gdy siadamy na krześle. Siła ta  działa pośrednio. Jak dowiedzieliśmy się od Demokryta (i  z  eksperymentów przeprowadzonych w  XX wieku), materia w  znacznej części składa się z  pustej przestrzeni, a  wszystko jest zbudowane z  atomów. To, co spaja te atomy i  pozwala wyjaśnić sztywność materii, jest oddziaływaniem elektrycznym. (Opór, jaki ciała stałe stawiają próbom przenikania przez nie, ma też coś wspólnego z  teorią kwantową). Oddziaływanie to ma bardzo dużą moc: mała waga łazienkowa ma jej dość, by zrównoważyć przyciąganie całej Ziemi. Z  drugiej strony, lepiej nie stawać na tafli jeziora ani wychodzić przez okno z  mieszkania na dziesiątym piętrze. W  wodzie, a  szczególnie w  powietrzu, atomy tkwią zbyt rzadko, by mogły zapewnić sztywność niezbędną dla zrównoważenia ciężaru człowieka.
       W  porównaniu z  oddziaływaniem elektrycznym, które spaja materię i  nadaje jej sztywność, grawitacja jest bardzo słaba. Jak słaba? Podczas moich wykładów przedstawiam zawsze następujące doświadczenie. Biorę kawałek drewna, powiedzmy listwę o  długości 30 cm, i  w  połowie zaznaczam biegnącą dokoła niej linię. Unoszę listwę pionowo do góry, podpisuję górną część „góra”, a  dolną część „dół”. Trzymając ją za górną część, pytam: „Dlaczego dolna część pozostaje na miejscu, mimo że cała Ziemia ciągnie ją do dołu?” Odpowiedź brzmi: „Bo jest mocno sczepiona z  częścią górną za pośrednictwem sił elektrycznych, które spajają atomy składające się na drewno. A  Lederman trzyma górną część”. Racja.
       By zbadać, o  ile potężniejsze od grawitacji (Ziemi przyciągającej „dół”) są siły elektryczne, które spajają górę z  dołem, przepiłowuję listwę na pół wzdłuż zaznaczonej linii (zawsze chciałem być nauczycielem zajęć praktyczno-technicznych). W  ten sposób za pomocą piły zredukowałem praktycznie do zera siły elektryczne wiążące „górę” z  dołem”. Teraz, na moment przed spadnięciem na podłogę, „dół” znalazł się w  konfliktowej sytuacji: mimo że siły elektryczne zostały usunięte, „góra” wciąż jeszcze przyciąga grawitacyjnie „dół”. Ziemia z  kolei wciąż ciągnie „dół” do dołu. Zgadnij, drogi Czytelniku, która z  nich wygra. Dolna połowa listewki spada na podłogę. Za pomocą równania wyrażającego prawo powszechnego ciążenia możemy obliczyć różnicę między tymi dwiema siłami grawitacji. Okazuje się, że siła, z  jaką Ziemia przyciąga „dół”, jest ponad miliard razy większa niż ta, z  którą przyciąga go „góra”. (Proszę uwierzyć mi na słowo). Wniosek: siła elektryczna spajająca „górę” z  „dołem” była przynajmniej miliard razy silniejsza niż przyciąganie grawitacyjne między tymi dwiema częściami. W  sali wykładowej nie osiągniemy lepszego przybliżenia, ale okazuje się, że rzeczywiście jest ona 1041 (ta liczba to jeden z  czterdziestoma i  jeden zerami) razy silniejsza. Zapiszmy to w  tej postaci:
100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.
       Nie sposób uzmysłowić sobie ogromu tej liczby. Nie ma mowy. Ale może ten przykład choć trochę przybliży nam 1041: Wyobraźmy sobie elektron i  pozyton w  odległości ćwierć milimetra od siebie. Obliczmy siłę grawitacji, z  jaką się przyciągają. Teraz policzmy, jak daleko od siebie musiałyby się znaleźć te dwie cząstki, aby zrównała się z  nią występująca między nimi siła przyciągania elektrycznego. Odpowiedź brzmi: około półtora tysiąca bilionów kilometrów (50 lat świetlnych). Oczywiście, wszystko to przy założeniu, że siła oddziaływania elektrycznego maleje z  kwadratem odległości – tak samo jak siła grawitacji. Czy to pomogło? Grawitacja dominuje wśród wielu rodzajów ruchów, które badał Galileusz, ponieważ każda cząstka planety przyciąga ciała znajdujące się przy jej powierzchni. W  badaniach nad atomami i  jeszcze mniejszymi obiektami efekty grawitacji są zupełnie niedostrzegalne. W  wielu innych zjawiskach grawitacja również jest bez znaczenia. Na przykład w  zderzeniu dwóch kul bilardowych (fizycy uwielbiają zderzenia, są one doskonałym narzędziem pozwalającym na zdobywanie wiedzy) wpływ Ziemi zostaje zniwelowany, jeśli eksperyment odbywa się na stole. Działającą pionowo w  dół siłę przyciągania ziemskiego równoważy skierowany pionowo w  górę nacisk stołu. Pozostają więc tylko siły działające poziomo, gdy jedna kula uderza w  drugą.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach