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

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Człowiek, który odkrył
20 centymetrów
niczego

Ściskanie gazu
Zabawa w nazwy
Pelikan i balon
Z powrotem do atomu
Pasjans z
pierwiastkami

Elektryczne żaby
Tajemnica wiązania
chemicznego: znowu
cząstki

Szok w Kopenhadze
Znowu déjà vu
Świece, silniki,
dynama

Niech pole będzie
z tobą

Z prędkością światła
Hertz na ratunek
Magnes i kulka
Pora do domu?
Pierwsza prawdziwa
cząstka

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


  Z prędkością światła
 
Z prędkością światła
 
J
eśli pierwsza zagrywka wyglądała tak: Oersted do Ampère'a do Faradaya, następna przedstawia się następująco: Faraday do Maxwella do Hertza. Choć wynalazca Faraday zmienił oblicze świata, to interpretacje, jakie proponował, nie miały same w  sobie zbyt wielkiej wartości i  utknęłyby w  jakimś ślepym zaułku, gdyby nie synteza, którą stworzył Maxwell. Faraday dostarczył Maxwellowi na wpół wyartykułowane (to znaczy: nie wyrażone matematycznie) intuicje. Relacja łącząca Faradaya z  Maxwellem przypomina tę między Keplerem i  Brahem. Linie sił pola magnetycznego, o  których mówił Faraday, stanowiły odskocznię do pojęcia pola siły, a  jego nadzwyczajna uwaga wyrażona w  roku 1832, że oddziaływanie elektromagnetyczne nie przenosi się w  sposób natychmiastowy, lecz wymaga wyraźnie określonego czasu, odegrała bardzo ważną rolę w  wielkim odkryciu Maxwella.
       Sam Maxwell dużą część zasługi przypisywał Faradayowi, podziwiał nawet jego analfabetyzm matematyczny, gdyż dzięki niemu wyrażał on swe idee w  „naturalnym, nietechnicznym języku”. Maxwell twierdził, że kierował się głównie chęcią przetłumaczenia poglądów Faradaya dotyczących elektryczności i  magnetyzmu na język matematyki. Ale traktat, który powstał, wykraczał daleko poza Faradaya.
       Ukazujące się w  latach 1860–1865 publikacje Maxwella – wzorce zawiesistej, trudnej, skomplikowanej matematyki (fuj!) – stanowiły zwieńczenie elektrycznego okresu w  historii nauki, który rozpoczął się w  zamierzchłych czasach znalezieniem bursztynu i  magnetytu. W  tej ostatecznej formie Maxwell nie tylko dał Faradayowi matematyczny podkład muzyczny (co prawda był to podkład atonalny), ale przy okazji udowodnił istnienie fal elektromagnetycznych, przemieszczających się w  przestrzeni ze skończoną prędkością (zgodnie z  przewidywaniem Faradaya). Miało to wielkie znaczenie, gdyż wielu współczesnych Faradayowi i  Maxwellowi uważało, że siły przekazywane są natychmiastowo. Maxwell określił, jak miałoby działać faradayowskie pole. Faraday wykazał eksperymentalnie, że zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Poszukując symetrii i  wzajemnej zgodności w  równaniach, Maxwell zaproponował sytuację odwrotną: zmienne pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne. W  ten sposób eksplodowały w  równaniach – w  notesie Maxwella – pola elektryczne i  magnetyczne o  zmiennych natężeniach, które – wciąż na papierze – wyruszyły w  przestrzeń, oddalając się od swych źródeł z  prędkością zależną od rozmaitych wielkości elektrycznych i  magnetycznych.
       W  równaniach tych tkwiła pewna niespodzianka. Była w  nich ukryta faktyczna prędkość rozprzestrzeniania się fal elektromagnetycznych, której nie przewidywał Faraday. Podanie tej prędkości było jedną z  poważniejszych zasług Maxwella. Ślęczał długo nad swymi równaniami i  po podstawieniu rozmaitych eksperymentalnych danych wyszło mu, że prędkość ta wynosi 3 × 108 m/s. Gor luv a  duck! – zawołał, albo coś innego, co wołają zaskoczeni Szkoci, bo 3 × 108 m/s  to prędkość, z  jaką rozchodzi się światło (prędkość tę po raz pierwszy zmierzono parę lat wcześniej). Jak dowiedzieliśmy się od Newtona przy okazji rozpatrywania zagadki dwóch rodzajów mas, w  nauce niewiele jest prawdziwych zbiegów okoliczności. Maxwell stwierdził, że światło jest po prostu jedną z  postaci fali elektromagnetycznej. Elektryczność nie musi być uwięziona w  przewodach; może rozchodzić się w  przestrzeni tak jak światło. „Nie możemy nie wyciągnąć wniosku – pisał Maxwell – że światło składa się z  fal poprzecznych tego samego ośrodka, który jest przyczyną zjawisk elektrycznych i  magnetycznych”. Maxwell zasugerował możliwość doświadczalnego zweryfikowania tej teorii poprzez wytworzenie fal elektromagnetycznych. Pomysł ten pochwycił Heinrich Hertz. Wielka grupa wynalazców – wśród nich znalazł się Guglielmo Marconi – zajęła się tworzeniem drugiej „fali” elektromagnetycznej technologii. Jej owocami są: radio, radar, telewizja, mikrofale i  laserowa komunikacja.
       Oto na czym rzecz polega: rozważmy elektron w  stanie spoczynku. Z  powodu ładunku elektrycznego, którym jest obdarzony, zewsząd otacza go pole elektryczne. Jest ono silniejsze w  pobliżu elektronu, a  słabsze w  oddali. Pole elektryczne „wskazuje”, gdzie tkwi elektron. Skąd wiemy o  istnieniu tego pola? To proste: umieśćmy dodatni ładunek elektryczny gdziekolwiek w  przestrzeni, a  odczuje on siłę przyciągającą go do elektronu. Zmuśmy teraz elektron do poruszania się w  przewodzie. Wydarzą się dwie rzeczy. Pole elektryczne wokół niego zmieni się nie natychmiast, lecz wtedy, gdy tylko informacja o  ruchu dotrze do punktu w  przestrzeni, w  którym dokonujemy pomiaru. Ponadto poruszający się ładunek tworzy przecież prąd elektryczny, powstanie więc pole magnetyczne.
       Teraz przyłóżmy do elektronu (i  jego licznych towarzyszy) siłę w  ten sposób, aby regularnie podskakiwał w  przewodzie w  górę i  w  dół. Powstałe zmiany pola elektrycznego rozprzestrzeniają się ze skończoną prędkością – z  prędkością światła. To właśnie jest fala elektromagnetyczna. Przewód, w  którym drgają elektrony, często nazywa się anteną, a  siłę, która je napędza – sygnałem częstotliwości radiowej. W  ten sposób sygnał zawierający dowolną informację rozchodzi się z  prędkością światła. Gdy dociera do drugiej anteny, znajduje tam mnóstwo elektronów; zmusza je do drgań, wywołując oscylujący prąd, który można wykryć i  przetworzyć na informacje wizualne czy akustyczne.
       Pomimo tego monumentalnego odkrycia, Maxwell nie zrobił błyskotliwej kariery. Zobaczmy, co niektórzy krytycy mieli do powiedzenia o  traktacie Maxwella:
  •   „Z  lekka obrzydliwa koncepcja” – sir Richard Glazebrook.
  •   „Zakłopotanie, a  nawet podejrzliwość przemieszane są z  podziwem...” – Henri Poincaré .
  •   „Nie przyjął się w  Niemczech i  pozostał prawie zupełnie bez echa” – Max Planck.
  •   „Mogę o  tym powiedzieć jedno [o  elektromagnetycznej teorii światła]. Myślę, że jest nie do przyjęcia” – lord Kelvin.
  •        Trudno zostać supergwiazdą z  takimi recenzjami. Trzeba było eksperymentatora, by uczynić z  Maxwella legendę, ale już nie za jego życia, gdyż umarł mniej więcej o  dziesięć lat za wcześnie.
    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