| Indeks
|
|
|
| Źródło
|
|
|
|
Leon Lederman,
Dick Teresi
BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?
Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Magnes i kulka |
|
|
| Magnes i kulka
|
|
|
| rześlizgnęliśmy się nad niektórymi ważnymi szczegółami naszej historii. Skąd wiemy, że pola rozprzestrzeniają się ze stałą prędkością? Skąd fizycy w XIX wieku w ogóle znali prędkość światła? I jaka jest różnica między natychmiastowym oddziaływaniem-na-odległość a reakcją spowolnioną?
|
| Rozważmy bardzo silny magnes umieszczony w jednym końcu boiska piłkarskiego; w drugim znajduje się maleńka żelazna kulka zawieszona na bardzo długim, cienkim druciku. Kulka leciuteńko odchyla się od swego położenia w kierunku odległego magnesu. Przypuśćmy teraz, że potrafimy bardzo szybko wyłączyć prąd w elektromagnesie. Dokładna obserwacja kulki i drucika pozwala zarejestrować reakcję kulki powracającej do swego położenia równowagi. Ale czy ta reakcja jest natychmiastowa? „Tak” – mówią zwolennicy oddziaływania-na-odległość. Magnes i żelazna kulka są ze sobą ściśle związane i gdy zanika przyciąganie, kulka natychmiast zaczyna powracać do położenia o zerowym wychyleniu. „Nie” – mówią wyznawcy skończonej prędkości. Informacja „magnes jest wyłączony, można się wyprostować” wędruje wzdłuż boiska z pewną prędkością, zatem reakcja kulki następuje z pewnym opóźnieniem.
|
| Dziś już znamy odpowiedź. Kulka musi poczekać, niedługo, bo informacja porusza się z prędkością światła, ale przez okres, który można zmierzyć. Jednak w czasach Maxwella problem ten znajdował się w samym centrum ożywionej dyskusji. Jej stawką było przyjęcie lub odrzucenie koncepcji pola. Dlaczego uczeni nie przeprowadzili po prostu eksperymentów, by rozstrzygnąć ów spór? Bo światło porusza się tak szybko, że potrzebuje tylko milionowej części sekundy na przebycie boiska piłkarskiego. W XIX wieku trudno było zmierzyć opóźnienia tej wielkości. Dziś bez kłopotu mierzymy odcinki czasu tysiąc razy krótsze od tamtego, więc bardzo łatwo przychodzi nam określić skończoną prędkość, z jaką zachodzą wydarzenia dotyczące elektromagnetyzmu. Odbijamy na przykład wiązkę światła laserowego od nowego zwierciadła umieszczonego na powierzchni Księżyca, by zmierzyć jego odległość od Ziemi. Podróż światła w obie strony trwa około sekundy.
|
| Przykład na jeszcze większą skalę. Dnia 23 lutego 1987 roku, dokładnie o godzinie 7.36 czasu Greenwich, zaobserwowano eksplozję gwiazdy na południowej części sklepienia niebieskiego. Supernowa wybuchła w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce utworzonej z gwiazd i pyłu kosmicznego, znajdującej się w odległości 160 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Innymi słowy, informacja elektromagnetyczna o wybuchu podróżowała do nas przez 160 tysięcy lat. Supernowa 1987A jest naszym stosunkowo bliskim sąsiadem. Najodleglejszy obiekt dotąd zaobserwowany znajduje się w odległości około ośmiu miliardów lat świetlnych. Jego światło wyruszyło w kierunku naszego teleskopu całkiem niedługo po Początku.
|
| Prędkość światła została zmierzona po raz pierwszy w ziemskim laboratorium przez Armanda Hippolyte'a Louisa Fizeau w 1849 roku. Nie dysponując oscyloskopem i dokładnymi zegarami, Fizeau zastosował zmyślny układ lusterek (aby zwiększyć długość drogi przebywanej przez światło) i szybko wirującego koła zębatego. Jeśli znamy prędkość, z jaką obraca się koło zębate, oraz jego promień, to potrafimy obliczyć czas, w jakim ząb następuje po szczelinie i na odwrót. Możemy tak dopasować prędkość kątową ruchu koła, aby ten czas był dokładnie równy czasowi, jaki promień świetlny zużywa na przejście od szczeliny do odległego lusterka i z powrotem do szczeliny, a dalej przez szczelinę do oka pana Fizeau. Mon dieu! Widzę! Teraz trzeba zwiększyć prędkość obrotów koła tak, aby zablokować światło. No właśnie, dzięki temu znamy odległość, jaką przebyło światło od źródła przez szczelinę do lusterka i z powrotem, oraz wiemy, ile zajęło mu to czasu. Manipulacje takim układem pozwoliły panu Fizeau otrzymać tę słynną wartość: 300 milionów metrów na sekundę (3 × 108 m/s).
|
| Wciąż mnie zadziwia głębia filozoficzna wszystkich tych ludzi z okresu Renesansu Elektromagnetyzmu. Oersted wierzył (w odróżnieniu od Newtona), że wszystkie siły natury (wtedy były to grawitacja, elektryczność i magnetyzm) są różnymi przejawami jednej pierwotnej siły. To jest ta-a-a-kie nowoczesne! Wysiłki Faradaya zmierzające do wykazania symetrii łączącej elektryczność i magnetyzm przypominają greckie poszukiwania prostoty i unifikacji, dwóch ze stu trzydziestu siedmiu celów przyświecających Fermilabowi w latach dziewięćdziesiątych tego stulecia.
|
|
| |
|
