Wybrane pytania i odpowiedzi  Strona główna /Zadaj pytanie

Pytania

(Treść pytania jest łączem do odpowiedzi na nie.)


1.06.2014:
52. Funkcja dzeta Riemanna, która ma "trywialne miejsca zerowe" dla z= -2, -4, -6 itd. Nie rozumiem w jaki sposób np. F(-2) =1/1^(-2) + 1/2^(-2) + 1/3^(-2) + 1/4^(-2) + ... może być równe zero? Przecież ten szereg jest rozbieżny! Problem jest co prawda matematyczny, ale o funkcji dzeta Riemanna wspomina Roger Penrose w "Drodze do Rzeczywistości", więc zwracam się do Was fizyków o pomoc.

7.05.2014:
51. Jakie występują napięcia w bakteriach?

24.03.2014:
50. Jak można wyjaśnić fakt, iż podczas Ery Plancka prędkość rozszerzania się wszechświata znacznie przekraczała prędkość światła?

23.03.2014:
49. Gdyby Wszechświat miał się rozszerzać nieskończenie, to czy jest prawdą, że gdy owo rozszerzanie się osiągnie wartość krytyczną, "tkanina" przestrzeni zostanie rozerwana, a z nią i materia, do ostatniego atomu i jego składników?

4.03.2014:
48. Jeżeli w efekcie fotoelektrycznym zewnętrznym energia fotonu jest równa pracy wyjścia, to foton "wybije" elektron z metalu, ale nie nada mu energii kinetycznej. Co więc dalej dzieje się z takim elektronem?

11.02.2014:
47. Jak zmienia sie ogniskowa w oku człowieka a jak w oku zwierzęcia?

2.02.2014:
46. Czy wysoka temperatura ma jakiś wpływ na magnetyzm ziemi?

29.01.2014:
45. Mój znajomy twierdzi, że efektu przesunięcia ku czerwieni nie da się pogodzić z tym, że światło porusza się ze stałą prędkością. Ja twierdze, że tak. Kto Państwa zdaniem ma rację?

27.11.2013:
44. Skąd się biorą we Wszechświecie pierwiastki cięższe od żelaza?

11.11.2013:
43. Czy zegary atomowe, rozmieszczone w różnych punktach na ziemi, chodzą względem siebie jednakowo? A dokładniej, czy są momenty, w których względem siebie potrafią się czasem spieszyć, a czasem późnić?

1.11.2013:
42. Skąd wiemy, że Ziemia jest w ruchu?

20.04.2013:
41. Czy są jakieś substancje, w których nie da się zmienić stanu skupienia?

2.03.2013:
40. Czy rozpędzenie przedmiotu np. w próżni do prędkości przekraczającej prędkość światła jest technicznie niewykonalne? I gdyby hipotetycznie to nastąpiło to jakie by były tego skutki?

7.02.2013:
39. Ze wzoru E=mc2 wynika równoważność energii i masy. Czy założenie, że całkowita masa Wszechświata wykreowana została z Energii Pierwotnej jest zasadne?

28.01.2013:
38. Czy gwiazdy neutronowe świecą światłem widzialnym? Jeśli tak, to jaki jest mechanizm tego świecenia?

20.01.2013:
37. Mamy dwie sytuacje:
1) Samochód osobowy uderza w stojący autobus
2) Autobus uderza w stojący samochód osobowy.
Zakładamy oczywiście identyczne warunki w obu sytuacjach (prędkość, masę, sposób uderzenia itp), pomijamy opory powietrza i toczenia. Pytanie brzmi: która sytuacja jest gorsza z punktu widzenia bezpieczeństwa dla kierowcy samochodu osobowego? Ja twierdzę, że nie ma różnicy, ale koledzy mi nie wierzą:) Będę wdzięczny za odpowiedź.


7.01.2013:
36. Dlaczego przyjęto, że jedna sekunda trwa 9 192 631 770 okresom promieniowania? Czy nie można zwiększyć ilości okresów w celu wyeliminowania konieczności dodawania sekundy przestępnej?

2.01.2013:
35. Gdybym w tym momencie był oddalony od ziemi o kilkaset lat świetlnych zapewne zobaczyłbym jej przeszłość... zatem gdybym od początku wielkiego wybuchu, od początku samego czasu, podążał razem z prędkością rozchodzenia się \'fali\' wybuchu i bym się odwrócił najprawdopodobniej zobaczył bym nic?

8.11.2012:
34. Od czego zależy jakość żarówki?

8.11.2012:
33. Dlaczego prędkość światła w próżni oznaczamy literą c?

22.10.2012:
32. Dlaczego powietrze nas nie zgniata? Przecież waży ok.10t/metr kwadratowy?

9.10.2012:
31. Na czym polega widmowa klasyfikacja gwiazd?

3.10.2012:
30. Czy istnieje izolator magnesów trwałych?

30.09.2012:
29. Powszechnie wiadomo że woda tworzy menisk wklęsły, rtęć menisk wypukły. Czy istnieje ciecz która tworzy płaski poziom?

27.09.2012:
28. Czy można zwiększyć napięcie powierzchniowe wody?

6.09.2012:
27. Czy energia jądra atomu, która wprawia w ruch elektrony jest wieczna? Czy wiadomo jak ona powstała i czemu służy ten odwieczny ruch elektronów?

15.03.2012:
26. Skąd wiadomo która jest godzina?

13.03.2012:
25. Jak działają telewizory plazmowe? Jak działa w nich ta plazma?

11.12.2011:
24. Czy paradoks Zenona z Elei, mówiący, że strzała wystrzelona w kierunku drzewa nigdy do niego nie dotrze bo zawsze będzie znajdowała się w 1/x (x>=1 i x --> nieskończoności) drogi, wskazuje na "skwantowanie" przestrzeni? Czy, gdyby przestrzeń była ciągła, nie istniałby ruch?

17.10.2011:
23. Temperatura Curie to temperatura, powyżej której ferromagnetyk gwałtownie traci swoje właściwości magnetyczne i staje się paramagnetykiem. Temperatura Curie dla żelaza to 769,85 ºC. Teoretycznie temperatura płynnej części żelaznego jądra Ziemi to ok 5000 ºC. Wynika z tego, że płynne jądro Ziemi, któremu przypisuje się generowanie ziemskiego pola magnetycznego nie ma prawa generować tego pola ponieważ uzyskując temperaturę powyżej 769,85 ºC utraciło swoje właściwości magnetyczne. Czy ja tu czegoś nie rozumiem?

1.08.2011:
22. Czy może istnieć stabilne NIC? Czy był jakiś stan poprzedzający Wielki Wybuch?

18.07.2011:
21. Czy wiadomo jest kiedy wybuchła gwiazda, której pozostałością jest teraz mgławica pierścień M57?

30.11.2010:
20. Jak działają lodówki magnetyczne?

15.11.2010:
19. Czy jest próżnia? Co to jest próżnia?

11.11.2010:
18.Co jest cięższe: tona drewna, czy tona żelaza?

30.10.2010:
17. Która godzina jest na biegunach? Czy takie pytanie jest zasadne?

30.10.2010:
16. Czy kierunek obrotu Ziemi ma wpływ na czas lotu samolotów (np. lecących ze wschodu na zachód i odwrotnie)?

5.09.2010:
15. Prawo Hubble'a: v=Ho*r, dla dużych r, v osiąga c, przekracza go i dalej dąży do nieskończoności. Można więc powiedzieć, że w makro skali wszechświat rozszerza się z nieskończoną prędkością. Czy fizycy akceptują przekraczanie prędkości światła i nieskończoną prędkość rozszerzania się wszechświata?

14.08.2010:
14. Chciałbym się dowiedzieć co to jest studnia kwantowa i do czego ona służy?

14.07.2010:
13. Co to jest niepewność pomiarowa?

28.04.2010:
12. Obwód RLC generuje drgania elektromagnetyczne. Ich częstotliwość zależy od pojemności kondensatora i indukcyjności cewki. Falą elektromagnetyczną jest też światło - czy możliwe byłoby zatem zbudowanie takiego obwodu, który generowałby falę świetlną?

25.04.2010:
11. Na orbicie geostacjonarnej prędkość kątowa satelity jest równa prędkości kątowej Ziemi. Skoro satelita krąży wokół planety to siła odśrodkowa musi równoważyć ciężar. Czy zatem prędkość liniowa satelity na orbicie geostacjonarnej jest równa pierwszej prędkości kosmicznej?

04.04.2010:
10. Młodzi fizycy lubią terroryzować młodych informatyków magnesami neodymowymi. Przyłożenie takiego magnesu do, na przykład, dysku twardego powoduje trwałe wykasowanie całej zawartości. Pytanie - czy można się przed takim atakiem bronić? Albo ściślej, czy istnieje urządzenie/materiał, który działałby dla hipotetycznego dysku twardego i magnesu podobnie jak klatka Faradaya jest w stanie działać ochronnie na człowieka znajdującego się w jej wnętrzu, jeśli ten stoi blisko cewki tesli? Z tego co udało mi się samemu dowiedzieć, nie ma czegoś takiego jak "blokada na magnes" czy "izolator stałego pola magnetycznego". W takim razie - o ile uprzeć sie przy przykładzie wspomnianego dysku twardego - czy definitywnie nie da się obronić przed atakiem magnesem neodymowym?

07.01.2010:
9. Jak to się dzieje, że w przyspieszającym motocyklu (ew. rowerze) podnosi sie przód?

15.12.2009:
8. Czy jest prawdą, że ilość atomów od pierwszej sekundy istnienia wszechświata pozostała bez zmian?

14.12.2009:
7. Czy jest możliwe, że atomy z ciała kogoś kto już nie żyje, znajdują się we mnie?

14.11.2009:
6. Dlaczego we wnętrzu Ziemi jest wysoka temperatura?

31.05.2009:
5. Witam, mam pytanie dotyczące efektu Casimira. Jak to możliwe, że cząstki wirtualne wywierają ciśnienie na płyty zastosowane w doświadczeniu? Co prawda pary cząstka- antycząstka pojawiają się w próżni, pożyczając na to energię nie wiadomo skąd, ale po chwili anihilują bez widocznego efektu, więc bilans energetyczny wychodzi na zero. Jeśli jednak taka wirtualna cząstka odda część swojej energii płycie (odbijając się od niej) to przecież po tym jak anihiluje bez śladu z odpowiadającą jej antycząstką zostajemy z płytą, która dostała troszeczkę energii z nikąd.

18.04.2009:
4. Na czym dokładnie polega toczenie się z poślizgiem? Czy aby ciało toczyło się z poślizgiem, oprócz siły tarcia powinna działać jeszcze większa siła? Taka, której wartość byłaby większa od max. wart. siły tarcia statycznego. I jeszcze jedno: czy im większa siła tarcia statycznego to większe szanse na toczenie się bez poślizgu?

22.01.2009:
3. Zwiększanie napięcia przyspieszającego w lampie rentgenowskiej spowoduje zmniejszenie wartości krótkofalowej granicy widma, ale jak wpłynie to na ilość linii widma charakterystycznego? O czym świadczy ilość linii widma w promieniowaniu rentgenowskim?

21.01.2009:
2. Są dwa punkty oddalające się od siebie (w próżni) z prędkością 0,9c każdy. Czy obserwator w jednym z punktów ma szanse zobaczyć drugi? I jak to wygląda z perspektywy osoby trzeciej? A co się dzieje, gdy te punkty zbliżają się do siebie? Czy obserwatorzy w tych punktach mają szanse zobaczyć jak się mijają? I jak to wygląda z perspektywy osoby trzeciej?

17.01.2009:
1. Męczę się z dowodem na wzór promienia jądra atomowego: R = r*A1/3. Skąd się wziął ten wzór i jak go wyprowadzić? [...]


Odpowiedzi


Pytanie: Funkcja dzeta Riemanna, która ma "trywialne miejsca zerowe" dla z= -2, -4, -6 itd. Nie rozumiem w jaki sposób np. F(-2) =1/1^(-2) + 1/2^(-2) + 1/3^(-2) + 1/4^(-2) + ... może być równe zero? Przecież ten szereg jest rozbieżny! Problem jest co prawda matematyczny, ale o funkcji dzeta Riemanna wspomina Roger Penrose w "Drodze do Rzeczywistości", więc zwracam się do Was fizyków o pomoc.

Odpowiada prof. Jan Cieśliński:
Szereg definiujący funkcję dzeta Riemanna F(z) jest zbieżny dla liczb zespolonych spełniających warunek Re(z) >1. Dla innych liczb, w szczególności dla ujemnych liczb całkowitych, funkcja dzeta Riemanna nie jest równa sumie tego szeregu (suma ta zresztą wówczas nie istnieje, szereg nie jest zbieżny). Istnieje inna procedura, tzw. przedłużenie analityczne, która pozwala otrzymać wartości funkcji Riemanna dla tych z, dla których szereg jest niezbieżny. W praktyce pomocny jest wzór (tzw. funkcjonalne równanie Riemanna), wyrażający F(z) przy pomocy F(1-z). Znaleźć go można pod hasłem "Funkcja dzeta Riemanna" nawet w dość krótkiej notce w polskiej Wikipedii (nazwano go "wzorem rekurencyjnym"). Z wzoru tego od razu wynika, że dla ujemnych wartości parzystych funkcja dzeta Riemanna jest równa zeru.
Dla lepszego zrozumienia problemów związanych z przedłużeniem analitycznym warto spojrzeć na znacznie prostszy przykład szeregu geometrycznego: g(z) = 1 + z + z^2 + z^3 + z^4 + ... Wiadomo, że dla |z|<1 szereg ten jest zbieżny i jego suma wynosi g(z) = 1/(1-z). Dla innych z suma tego szeregu nie istnieje. Natomiast funkcję g(z), daną dla |z|<1 szeregiem geometrycznym, można przedłużyć analitycznie na całą płaszczyznę zespoloną. Wynikiem tego przedłużenia jest wzór g(z)=1/(1-z), tym razem słuszny dla dowolnego z. Tylko g(1) ma wartość nieskończoną. Dla innych liczb naturalnych g(n) ma wartość ujemną. Na przykład g(2)= -1. Gdybyśmy upierali się, że g(2) jest równa sumie szeregu geometrycznego, to otrzymujemy paradoksalny wzór: 1+2+4+8+16+....= -1. Nawiasem mówiąc, ten ostatni wzór pojawił się w pracach Leonarda Eulera, słynnego matematyka z XVIII wieku. Wydaje się, że Euler posługiwał się intuicyjnie nie istniejącym wówczas jeszcze pojęciem przedłużenia analitycznego w celach praktycznych (na przykład do sumowania niektórych skomplikowanych szeregów) i jakoś akceptował tego typu paradoksy. Zresztą paradoksy te wynikają często ze zbyt skrótowych oznaczeń. Nawet w tym krótkim tekście oznaczyłem przez g(z) dwie różne rzeczy: sumę szeregu i przedłużenie analityczne, czyli funkcję 1/(1-z). Jedynie dla |z|<1 są one sobie równe. Podobnie w przypadku funkcji dzeta Riemanna: mamy sumę szeregu (określoną tylko dla Re(z)>1) oraz przedłużenie analityczne (określone wszędzie). Mówiąc o funkcji dzeta Riemanna czasem nie rozdziela się wyraźnie tych pojęć, co prowadzi do paradoksów.


Pytanie: Jakie występują napięcia w bakteriach?

Odpowiada dr hab. Andrzej Andrejczuk:
W środku bakterii, jak i w większości komórek, nie występuje napięcie. Ustrój komórki jest wypełniony cieczą zawierającą jony i można ją traktować jako dobry przewodnik. Zatem statyczne pole elektryczne jest niwelowane wewnątrz komórki.
Występuje natomiast różnica potencjałów na granicy błony komórkowej. Większość komórek utrzymuje obniżony potencjał wnętrza komórki w stosunku do otoczenia na poziomie 50-150 mV, w zależności od rodzaju komórki. Napięcie na błonie komórkowej jest wynikiem chemicznych procesów transportu jonów przez błonę komórkową. Napięcie na błonie komórkowej jest konieczne do utrzymania homeostazy organizmów jednokomórkowych. Jest ono wykorzystywane również w komunikacji międzykomórkowej oraz do transportu sygnałów elektrycznych w komórkach nerwowych.


Pytanie: Jak można wyjaśnić fakt, iż podczas Ery Plancka prędkość rozszerzania się Wszechświata znacznie przekraczała prędkość światła?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Obserwacje promieniowania reliktowego prowadzą do wniosku, że docierają do nas fotony z różnych części bardzo wczesnego i odległego Wszechświata (w szczególności np., z przeciwnych kierunków wskazywanych przez oś obrotu Ziemi). Własności tych fotonów wskazują na to, że tworzyły się one w podobnych warunkach. Jak to jest możliwe, że dwa fotony docierające z przeciwnych kierunków Wszechświata, z których każdy podróżuje tyle samo czasu ile ma Wszechświat, powstały w takich samych warunkach, czyli miały wspólną przyczynę?
W celu wyjaśnienia tej, oraz innych podobnego typu trudności, zaproponowano teorię inflacji. W okresie inflacyjnym mamy do czynienia z efektami opisywanymi językiem mechaniki kwantowej, w szczególności kwantowej teorii grawitacji, która nie jest w pełni sformułowana. Wydaje się że nie ma sprzeczności pomiędzy koncepcją szczególnej teorii względności, dobrze potwierdzonej eksperymentalnie i obowiązującej w warunkach innych niż te odpowiadające kwantowej teorii grawitacji, a teorią inflacji, która jest teorią kwantową, gdzie pojęcie czasu i przestrzeni wymaga ostrożnej interpretacji, podobnie jak pojęcie prędkości.
Ostatnie obserwacje promieniowania tła i wykrycie fal grawitacyjnych zdają sie potwierdzać koncepcje teorii inflacji.
Więcej informacji można znaleźć na stronach:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Mikrofalowe_promieniowanie_t%C5%82a
http://pl.wikipedia.org/wiki/Inflacja_kosmologiczna


Pytanie: Gdyby Wszechświat miał się rozszerzać nieskończenie, to czy jest prawdą, że gdy owo rozszerzanie się osiągnie wartość krytyczną, "tkanina" przestrzeni zostanie rozerwana, a z nią i materia, do ostatniego atomu i jego składników?

Odpowiada prof. Piotr Jaranowski:
Ogólna teoria względności Einsteina pozwala badać przyszłość naszego Wszechświata. Przyszłość ta zależy od natury materii i energii wypełniającej Wszechświat. Współcześni kosmolodzy rozważają różne typy tej materii bądź energii, które, między innymi, noszą nazwę ciemnej materii i ciemnej energii.
Jedną z form ciemnej energii jest tzw. energia fantomowa, która zachowuje się mniej więcej jak płyn, w którym występują ciśnienia o dużych co do wartości bezwzględnej, ale ujemnych wartościach. Gdyby taka forma energii dominowała we Wszechświecie, w przyszłości w skończonym czasie (licząc od chwili obecnej) mogłoby nastąpić Wielkie Rozerwanie (w języku angielskim "Big Rip"). Polegałoby ono na tym, że cała materia we Wszechświecie zostałaby rozerwana na strzępy. Najwcześniej zostałyby rozerwane gromady galaktyk, potem kolejno galaktyki, układy planetarne, planety, a na końcu wreszcie cząsteczki, atomy i jądra atomowe.
Zgromadzone do tej pory dane obserwacyjne dotyczące przyspieszonego rozszerzania się Wszechświata nie wykluczają możliwości wystąpienia w przyszłości Wielkiego Rozerwania.


Pytanie: Jeżeli w efekcie fotoelektrycznym zewnętrznym energia fotonu jest równa pracy wyjścia, to foton "wybije" elektron z metalu, ale nie nada mu energii kinetycznej. Co więc dalej dzieje się z takim elektronem?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Elektrony są obiektami ze świata mechaniki kwantowej i nie da się przewidzieć co się stanie z pojedynczym elektronem. Da się udzielić odpowiedzi poprzez podanie prawdopodobieństwa, że zajdzie proces taki czy inny.
Pojedynczy elektron, który znajdzie się w pobliżu metalowej elektrody, z której został wybity, może do tej elektrody powrócić, ponieważ będzie oddziaływać elektrostatycznie. Taki elektron może również przyczepić się do jakiegoś atomu lub cząsteczki znajdującej się w pobliżu elektrody (nie ma idealnej próżni). Wreszcie, taki elektron może zostać przyspieszony przez pole elektryczne i dotrzeć do przeciwnej elektrody.
Jeśli energia kwantu światła była taka, że elektron nie został wybity, lecz tylko wzbudzony, to przejdzie on do stanów o niższej energii tracąc energię i wzbudzając drgania termiczne sieci krystalicznej metalu.


Pytanie: Jak zmienia się ogniskowa w oku człowieka a jak w oku zwierzęcia?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański i dr hab. E. Żukowski:
Działanie oka ssaków i ptaków oparte jest o układ rogówki, cieczy wodnistej, soczewki i ciała szklistego. Soczewka jest elementem o zmiennych promieniach krzywizny umożliwiających tzw. akomodację oka, czyli zdolność do ostrego widzenia przy różnych odległościach. Zdolność skupiająca oka człowieka wynosi od około 70 dioptrii do około 58 dioptrii, co oznacza, że ogniskowa może się zmieniać od około 14 milimetrów do około 17 milimetrów.
Rozmiary różnych elementów oka oraz zdolność akomodacji nie jest wielkością precyzyjnie ustaloną i zależą od wieku, np. zdolność ostrego widzenia z bliskiej odległości u młodych osób wynosi średnio około 10 cm natomiast u osób po 60 roku życia około 1 metra.
Ogniskowa oka jest porównywalna z rozmiarami gałki ocznej. W przypadku małych gałek ocznych zwierząt, wielkości ogniskowych będą odpowiednio mniejsze w porównaniu z tymi, podanymi dla człowieka.
Ryby i płazy uzyskują zdolność akomodacji oka poprzez przesuwanie soczewki do przodu i do tyłu, przez co zmienia się odległość soczewki od siatkówki.


Pytanie: Czy wysoka temperatura ma jakiś wpływ na magnetyzm ziemi?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Pytanie jest nieprecyzyjne. Spróbujmy krótko omówić zjawisko powstawania pola magnetycznego Ziemi. Pole magnetyczne Ziemi powstaje w wyniku skomplikowanych oddziaływań zachodzących pomiędzy:
- przepływami materii oraz prądów elektrycznych w ciekłym jądrze zewnętrznym
- jądrem wewnętrznym, które jest przewodzące i zestalone; składa sie głównie z żelaza i niklu
- ruchem obrotowym Ziemi
- mechanizmami generacji i przepływu ciepła w jądrze
Mówiąc najogólniej, pole magnetyczne Ziemi powstaje z powodu ruchów konwekcyjnych w płynnym, zewnętrznym jądrze Ziemi. Temperatura wewnątrz jądra wpływa na własności fizyczne przepływającej materii, głównie poprzez zmiany lepkości jądra zewnętrznego oraz procesy krystalizacji żelaza i niklu na granicy jądra wewnętrznego i zewnętrznego. Tak więc temperatura wnętrza Ziemi ma wpływ na pole magnetyczne Ziemi.
Temperatura we wnętrzu Ziemi jest tak wysoka, że nie wytwarza się tam żaden rodzaj uporzadkowania ferromagnetycznego, np. takiego, jakie obserwujemy w magnesie neodymowym.
Temperatura na powierzchni Ziemi, a więc wpływ klimatu na magnetyzm Ziemi jest zaniedbywalny. Wynika to z mechanizmów powstawania pola magnetycznego Ziemi.


Pytanie: Mój znajomy twierdzi, że efektu przesunięcia ku czerwieni nie da się pogodzić z tym, że światło porusza się ze stałą prędkością. Ja twierdzę, że tak. Kto Państwa zdaniem ma rację?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Tak przesunięcie ku czerwieni światła jak i stała prędkość światła w próżni są faktami eksperymentalnymi potwierdzonymi z wielką precyzją.


Pytanie: Skąd się biorą we Wszechświecie pierwiastki cięższe od żelaza?

Odpowiada dr Marek Nikołajuk:
Pierwotna nukleosynteza zachodząca w czasie Wielkiego Wybuchu od około 10 sekundy, a przed upływem 5 minut od Wielkiego Wybuchu, tworzy pierwiastki lekkie takie jak wodór, deuter, tryt, hel, oraz śladowe ilości litu i berylu.
Pierwiastki cięższe (ale nie cięższe od żelaza) powstają w jądrach gwiazd. Powstaje zatem pytanie: skąd się biorą pierwiastki cięższe od żelaza? Mamy przecież na Ziemi złoto, srebro, ołów.
Odpowiedź: podczas wybuchów supernowych, w umierających gwałtownie gwiazdach.
Za ich produkcję odpowiedzialne są zachodzące wtedy procesy, zwane s, r, p oraz rp. Są to procesy fotodezintegracji czyli wychwytu protonów lub neutronów (kilku) przez jądra żelaza, które następnie ulegają rozpadowi radioaktywnemu beta.
Np. Fe(56) + 8*neutron -> (64)Fe,
Fe(64) -> (64)Co + elektron + neutrino -> ..... -> (64)Zn + elektron + neutrino
I tak powstaje cynk o liczbie masowej Z=64.


Pytanie: Czy zegary atomowe, rozmieszczone w różnych punktach na ziemi, chodzą względem siebie jednakowo? A dokładniej, czy są momenty, w których względem siebie potrafią się czasem spieszyć, a czasem późnić?

Odpowiada dr hab. Piotr Jaranowski i dr hab. Krzysztof Szymański:
Zachowanie się zegarów w polu grawitacyjnym opisuje ogólna teoria względności Einsteina. Zgodnie z tą teorią grawitacja powoduje zakrzywienie czasoprzestrzeni (przez czasoprzestrzeń rozumiemy zbiór wszystkich zdarzeń, z których każde scharakteryzowane jest przez punkt w przestrzeni, gdzie się ono wydarza, oraz przez chwilę czasu, w której zdarzenie ma miejsce). Zakrzywienie czasoprzestrzeni powoduje, ze przestrzeń staje się nieeuklidesowa, tzn. nie jest jednorodna i izotropowa, zaś czas staje się przestrzennie niejednorodny.
To ostatnie stwierdzenie (o czasie) związane jest z tym, że w silnym polu grawitacyjnym dowolny proces periodyczny przebiega wolniej niż w miejscu, gdzie pole grawitacyjne jest słabsze. Ponieważ zegar atomowy jest urządzeniem mierzącym liczbę cykli pewnego procesu periodycznego (zachodzacego wewnątrz atomu), dlatego taki zegar umieszczony w silnym polu grawitacyjnym będzie się późnić w porównaniu z identycznym zegarem znajdującym się w słabszym polu grawitacyjnym.
Wyobraźmy sobie dwie osoby, z których pierwsza większą część życia spędza na parterze wysokiego budynku, druga natomiast wciąż przesiaduje w swoim mieszkaniu położonym na wysokości powiedzmy 100 metrów powyżej poziomu gruntu. Wówczas pierwsza osoba będzie starzała się nieco wolniej w porównaniu z tą drugą.
Jeśli dwa zegary znajdują sie w spoczynku wzgledem siebie, to zawsze ten, który znajduje się w silniejszym polu grawitacyjnym (powiedzmy na powierzchni Ziemi) będzie się spóźniać w stosunku do tego, który jest umieszczony w słabszym polu grawitacyjnym (np. na satelicie krążącym wokół Ziemi).
Dodajmy jeszcze, że zegary umieszczone na satelitach telekomunikacyjnych są co pewien czas korygowane z powodu ich nierównomiernej pracy. Niejednakowy chód zegarów nie jest wynikiem ich niedokładności, lecz efektem nierównomiernego płynięcia czasu.

Autor pytania, cd.:
Dziękuję za odpowiedź. Przyznam, że takiej odpowiedzi się w sumie spodziewałem. Zadałem to pytanie, bo ciekawi mnie, czy jest jakiś projekt, który wykorzystuje to zjawisko w prognozowaniu pogody, np. z wykorzystaniem siatki takich zegarów atomowych rozmieszczonych jak najgęściej na całym globie. Możliwe, że mylę pojęcia, ale wydaje mi się, że powinna być jakaś korelacja w tym jak te zegary "tykają", a zjawiskami atmosferycznymi. Bo jeśli dobrze myślę, to np. tworzący się cyklon powinien posiadać jakąś energię, a energia jak wiadomo jest równoważna masie, czyli powinno mieć to przełożenie na zwiększoną grawitację takiego miejsca, a tym samym na spowolnienie zegara atomowego znajdującego się w tym miejscu, względem innego, położonego w innym miejscu.
Dałoby to tym samym możliwość przewidywania tego, jak taki cyklon będzie się kształtował, w oparciu właśnie o różnice we wskazaniach tych zegarów względem siebie.
Czy ma to jakiś sens? Jeśli nie, to będę wdzięczny za wyprowadzenie mnie z błędu.

Autorzy odpowiedzi: To ma sens i warto nad tym myśleć.
ale, ... z każdą energią należy oczekiwac modyfikacji geometrii przestrzeni. Tyle że mogą to być efekty bardzo małe. Jest wiele czynników, które modyfikacje geomtrii czasoprzestrzeni wprowadzają w znacznie większym stopniu, np. niejednorodności przyspieszenia ziemskiego spowodowane niejednorodnościami gęstości gruntu, przypływy i odpływy, niejednostajny obrót Ziemi i wiele innych.


Pytanie: Skąd wiemy że ziemia jest w ruchu?

Odpowiada dr Marek Nikołajuk i dr hab. Krzysztof Szymański:
Jest kilka efektów świadczących o tym, że Ziemia jest w ruchu. Możemy tu mówić o ruchu wirowym wokół własnej osi, o ruchu obiegowym wokół Słońca, o ruchu Słońca względem naszej Galaktyki, czy wreszcie o ruchu Galaktyki względem innych galaktyk.
Najprostsze wytłumaczenie ruchu planet obserwowanych na nieboskłonie Ziemskim podaje teoria heliocentryczna. Według tej koncepcji to planety obiegają Słońce po orbitach eliptycznych. Obserwacje Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza oraz Saturna dokonane przez Mikołaja Kopernika czy Tycho de Brache, poddane interpretacji przez tego pierwszego, oraz Johanesa Keplera, świadczą o słuszności teorii heliocentrycznej.
Można tu dorzucić obserwacje księżyców Jowisza dokonane przez Galileusza, które to razem z Jowiszem stanowią miniaturkę Układu Słonecznego.
Prostszymi dowodami na ruch obiegowy Ziemi wokół Słońca są:
  1. zmiana pór roku
  2. zmiana wysokości Słońca nad widnokręgiem w ciągu roku
  3. zmiana miejsca wschodu i zachodu Słonca w ciągu roku
  4. zmiana widocznych gwiazdozbiorow na nocnym niebie.
Obserwowanymi dowodami na ruch wirowy Ziemi wokół własnej osi są:
  1. obrót płaszczyzny drgań wahadła Foucaulta
  2. spłaszczenie Ziemi przy biegunach, tzn. działanie siły odśrodkowej powodujące "wypchnęcie" obszarów równikowych na zewnątrz, prostopadle do osi obrotu
  3. pozorny ruch sfery niebieskiej
  4. występowanie dnia i nocy
  5. podmywanie brzegów rzek, co jest wynikiem działania siły Coriolisa
Wiadomo, że Słońce porusza się względem centrum naszej Galaktyki, oraz że Galaktyka porusza się względem innych galaktyk. Dowodem eksperymentalnym są tu pomiary anizotropii promieniowania reliktowego oraz przesunięcia dopplerowskie linii emisyjnych pierwiastków. Słońce porusza się z prędkością około 220 km/s względem centrum Galaktyki, natomiast prędkość Słońca względem promieniowania reliktowego wynosi około 370km/s.


Pytanie: Czy są jakieś substancje, w których nie da się zmienić stanu skupienia?

Odpowiada dr hab. Mirosław Brewczyk i dr hab. Krzysztof Szymański:
Pytanie jest dość złożone i z tego powodu trudno jest na nie odpowiedzieć.
Przyjmijmy, że przez substancję rozumiemy układ wielu jednakowych cząstek, np. atomów lub cząsteczek. Przykładem może tu być hel, woda, żelazo. Można też myśleć o układzie wielu różnych cząstek (mieszaniny lub związki chemiczne) np. powietrze, chlorek sodu. W takich przypadkach doświadczenie pokazuje, że zmiana temperatury czy ciśnienia prowadzi do zmiany fazy termodynamicznej. Faza termodynamiczna jest czymś ogólniejszym niż stan skupienia. Mogą bowiem istnieć odmiany alotropowe substancji (np. grafit i diament).
Oprócz wyników doświadczalnych można przytoczyć argument oparty na teorii budowy materii. Stany równowagi pomiędzy fazami termodynamicznymi opisywane są równaniami i nie widać powodów dla których równania takie miałyby nie mieć rozwiązań fizycznych.
Jeśli przez substancję będziemy rozumieli pewne szczególne stany materii, np. białka, to próba zmiany stanu skupienia (czy też fazy termodynamicznej) zwykle kończy się rozkładem tej substancji. A więc są pewne białka i polimery, które występują tylko w jednej fazie termodynamicznej.
Jeśli przez substancję rozumiemy promieniowanie, pole elektryczne, pole magnetyczne lub pole grawitacyjne, to trudno tu wskazać zmiany stanu skupienia choć może mieć miejsce zmiana fazy termodynamicznej. Zaobserwowano ostatnio np. zjawisko kondensacji Bosego-Einsteina fotonów we wnęce optycznej, Nature 468, 545 (2010).


Pytanie: Czy rozpędzenie przedmiotu np. w próżni do prędkości przekraczającej prędkość światła jest technicznie niewykonalne? I gdyby hipotetycznie to nastąpiło to jakie by były tego skutki?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Rozpędzanie obiektów obdarzonych masą jest przeprowadzane na co dzień w urządzeniach zwanych synchrotronami. Rozpędzanie skutkuje przyrostem energii, natomiast prędkość nie przekracza nigdy prędkości światła. Np. w 1975 r. rozpędzono elektrony do energii 15 GeV. Jest to energia kinetyczna rzędu 30000 energii spoczynkowych elektronu! Elektrony te miały prędkość o 60 m/s mniejszą od prędkości światła. Nie możemy tu więc mówić o niewykonalności technicznej. To Prawa Przyrody nie pozwalają na przekroczenie prędkości światła.
Fizyka nie zajmuje się odpowiedzią na pytanie dotyczące sytuacji, w których łamane są Prawa Przyrody.


Pytanie: Ze wzoru E=mc2 wynika równoważność energii i masy. Czy założenie, że całkowita masa Wszechświata wykreowana została z Energii Pierwotnej jest zasadne?

Odpowiada dr Marek Nikołajuk:
Odpowiedź na to pytanie zależy od przyjętej definicji "Energii Pierwotnej". Co to jest i co to oznacza? Jeżeli Energia Pierwotna oznacza całkowitą energię (a poprzez wzór E=mc2 również całkowitą materię) zawartą w naszym Wszechświecie to odpowiedź brzmi "TAK". Zgodnie z naszą przyjętą definicją, tak najprościej rzecz ujmując Energia Pierwotna = materia barionowa + ciemna energia + fotony. Wtedy to materia (barionowa + ciemna) zawarta we Wszechświecie zostały wyprodukowane z pierwotnej Energii.
Jeżeli jednak dopuścimy możliwość wykreowania światów równoległych podczas Wielkiego Wybuchu, to wtedy Energia Pierwotna wcale nie musi się równać energii - materii jaka jest w naszym Wszechświecie.

Odpowiada dr hab. Michał Spaliński:
Nie wiem, co Osoba Zadająca Pytanie ma na myśli przez "energię pierwotną". Obecnie nie wiemy nawet na ile możemy mówić o "początku" Wszechświata. Moja odpowiedź będzie oparta na obecnie najbardziej prawdopodobnie wyglądającej hipotezie, która jest zgodna ze wszystkim, co wiemy o Wszechświecie, ale jest raczej hipotezą niż ugruntowaną teorią. Hipoteza ta nazywa się "Wieczną Inflacją".
Obraz globalnej ewolucji Wszechświata jaki z niej wynika jest następujący: to co nazywamy potocznie Wszechświatem, jest maleńkim kawałkiem czegoś znacznie większego. "Nasz Wszechświat" (podobnie jak wiele, wiele innych) powstał jako bąbelek w tym "Multiwersum" i gwałtownie urósł, praktycznie wybuchł – pewne ślady tego są do dziś widoczne, stąd mówimy o Wielkim Wybuchu. Ta "eksplozja" nazywa się inflacją kosmologiczną i jej końcowy etap wiążę się konwersją energii zmagazynowanej w próżni tego bąbelka w masę cząstek elementarnych, które jako gorąca zupa wypełniły Nasz Wszechświat na najwcześniejszych etapach, które poddają się naszej analizie (mam tu na myśli historię Naszego Wszechświata od momentu, gdy uzasadnione wydaje się być zaniedbanie efektów kwantowo-grawitacyjnych).
Tak więc, jeśli jako "pierwotną energię" rozumieć energię inflacyjnej próżni, to odpowiedź na zadane pytanie brzmiałaby: Tak.


Pytanie: Czy gwiazdy neutronowe świecą światłem widzialnym? Jeśli tak, to jaki jest mechanizm tego świecenia?

Odpowiada dr Marek Nikołajuk:
Gwiazdy neutronowe powinny być widoczne w świetle widzialnym. Temperatura powierzchni kilka lat po utworzeniu się gwiazdy neutronowej spada do około 1 miliona stopni Celsjusza. Gwiazda neutronowa głównie promieniuje w promieniach rentgena oraz gamma, wysyła silne promieniowanie korpuskularne, emituje neutrina, posiada bardzo duże pole magnetyczne oraz elektryczne (silne wyładowania).
Z racji tego, że gwiazda neutronowa emituje tyle samo fotonów w każdym zakresie promieniowania widzialnego (kolor czerwony, żółty, zielony, niebieski, fioletowy) więc nie ma wyróżnionej barwy, w której emisja jest najmocniejsza. Tym samym gwiazda neutronowa powinna wyglądać na białą w świetle widzialnym.
Promieniowanie z powierzchni gwiazdy neutronowej można uważać za promieniowanie termiczne, jakkolwiek sam mechanizm chłodzenia gwiazdy neutronowej nie jest procesem termicznym. Innymi słowy, gwiazda neutronowa chłodzi się, jej temperatura powierzchni to ok. miliona stopni Celsjusza i świeci głównie w zakresie promieniowania X oraz gamma. Trochę tego promieniowania przypada na zakres widzialny.
Pytanie, c.d.: Rozumiem zatem, że wzbudzenie termiczne zachodzi w warstwie żelaza, która stanowi atmosferę gwiazdy neutronowej. Źródłem promieniowania świetlnego są wzbudzone elektrony. Czy tak?

Odpowiada dr Michał Bejger i dr Marek Nikołajuk:
Oczywiście na wszystko jest odpowiedź prosta i trudna (czyli "życie jest skomplikowane"). Fotony optyczne pochodzą z ogona rozkładu termicznego promieniowania ciała czarnego, którego maksimum wypada w X-ach (dla typowej temperatury powierzchni gwiazdy ~10^6 K). Zatem jest to promieniowanie termiczne sięgające do optyki.
Druga sprawa jest taka, że wcale nie wiadomo, czy na powierzchni to żelazo - równie dobrze może to być mieszanka wodoru i helu, albo węgla i tlenu pochodzącego z zaakreowanej materii towarzysza np. białego karła, olbrzyma.


Pytanie: Mamy dwie sytuacje:
1) Samochód osobowy uderza w stojący autobus
2) Autobus uderza w stojący samochód osobowy.
Zakładamy oczywiście identyczne warunki w obu sytuacjach (prędkość, masę, sposób uderzenia itp), pomijamy opory powietrza i toczenia. Pytanie brzmi: która sytuacja jest gorsza z punktu widzenia bezpieczeństwa dla kierowcy samochodu osobowego? Ja twierdzę, że nie ma różnicy, ale koledzy mi nie wierzą:) Będę wdzięczny za odpowiedź.

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
W pytaniu mieszają się dwie sprawy, bezpieczeństwo kierowcy i upraszczające założenia dotyczące pewnego teoretycznego modelu.
Jeśli rozpatrzymy sytunację opisaną w punkcie 2 i będziemy jechać samochodem np. policyjnym po pasie jezdni razem z autobusem, to w układzie samochodu policyjnego autobus stoi a najeżdża samochód osobowy. Ta sama sytuacja fizyczna, a w różnych układach pojęcie „stojący” jest różne! Jeśli więc pominiemy takie zjawiska jak tarcie, opory ruchu, to zderzenia opisywane w punkcie 1 i 2 różnią się tylko układem odniesienia i wydzielona podczas zderzenia energia będzie taka sama. Można się zatem spodziewać, że w rozsądnych granicach skutki zderzenia opisywanego w punkcie 1 i 2 b będą podobne. Trudno się natomiast zgodzić z tym, żeby sytuacja kierowcy z punktu bezpieczeństwa była identyczna. Zdarzenie opisywane w punkcie 1 i 2 nie będzie przebiegać identycznie, choćby z tego powodu, że odbywa się z udziałem tarcia. Trudno jest zatem przełożyć niewielkie zmiany na bezpieczeństwo kierowcy. Dopóki nie przedstawi się problemu w sposób precyzyjny (a zatem ilościowy, przy użyciu wielkości liczbowych), trzeba obu stronom przyznać trochę racji.


Pytanie: Dlaczego przyjęto, że jedna sekunda trwa 9 192 631 770 okresom promieniowania? Czy nie można zwiększyć ilości okresów w celu wyeliminowania konieczności dodawania sekundy przestępnej?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Aktualna definicja sekundy w układzie SI została wprowadzona w roku 1967. Przed tym rokiem sekudę definiowano jako 1/31,556,925.9747 roku zwrotnikowego 1900. Po wynalezieniu zegarów atomowych okazało się tak zdefiniowana sekunda jest równa 9,192,631,770 ± 20 cyklom cezowego zegara atomowego. Można o tym przeczytać w artykule W. Markowitz and R. Glenn Hall, L. Essen and J. V. L. Parry, "Frequency of Cesium in Terms of Ephemeris Time", Phys. Rev. Lett. 1, 105–107 (1958). Ponieważ pomiar przy użyciu zegara atomowego był dokładniejszy niż pomiar na podstawie długości roku 1900, przyjęto nową definicję w taki sposób, by była ona najbardziej zgodna ze starą definicją. Stąd liczba 9,192,631,770.

Pytanie, cd: Dziękuję za wcześniejszą odpowiedź. Nie odpowiedział Pan jednak na pytanie czy można tak skrócić ową sekundę, aby wyeliminować konieczność dodawiania przestępnej?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Dodawanie sekundy przestępnej wynika z różnic pomiędzy przyjętą definicją a faktyczną długością roku astronomicznego. Długość roku astronomicznego nie jest wielkością precyzyjnie określoną i może sie zmieniać. Dlatego sądzę, że zawsze będzie występować konieczność korekty, bo zegary atomowe chodzą znacznie dokładniej niż okresy periodycznych zjawisk astronomicznych.
Mówiąc inaczej, zmiana definicji nie zagwarantuje konieczności korekty i dlatego nikt się na taką zmianę nie zdecyduje.
Możliwe, że po wynalezieniu nowej metody jeszcze lepszego wyznaczania czasu nastąpi zmiana definicji sekundy (pojawi sie nowa liczba jakichś cykli) i wtedy być może nastąpi lepsze dopasowanie definicji do długości roku. Ale i wtedy będziemy mieli efekt różnej długości lat i powstaną tabele w których przeczytamy ile sekund miały poszczególne lata.


Pytanie: Gdybym w tym momencie był oddalony od ziemi o kilkaset lat świetlnych zapewne zobaczył bym jej przeszłość ... zatem gdybym od początku wielkiego wybuchu, od początku samego czasu, podążał razem z prędkością rozchodzenia się \'fali\' wybuchu i bym się odwrócił najprawdopodobniej zobaczyłbym nic ?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Istotnie, oglądanie Ziemi z dużej odległości, podobnie jak oglądanie z Ziemi odległych obszarów daje informację o własnościach układu z przeszłości. W taki sposób badana jest przeszłość odległych obszarów Wszechświata.
Druga część pytania nie jest zupełnie precyzyjna. Po pierwsze, żaden obiekt posiadający masę nie może poruszać się tak szybko jak promieniowanie elektromagnetyczne. Po drugie, Wszechświat nie ma granic, pomimo, że jest skończony. Zatem Wszechświat oglądany z dowolnego miejsca jest taki sam. Tak się nam obecnie wydaje.


Pytanie: Od czego zależy jakość żarówki?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Żarówka wysyła światło z powodu wysokiej temperatury włókna utrzymywanej przez przepływający prąd. W wysokiej temperaturze łatwo zachodzą procesy utleniania włókna wolframowego. Z tego powodu żarówka, w zależności od jej typu, jest wypełniona odpowiednim gazem pod zmniejszonym ciśnieniem. Jakość żarówki zależy głównie od jej szczelności.


Pytanie: Dlaczego prędkość światła w próżni oznaczamy literą c?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Prędkość światła jest bardzo ważną wielkością pojawiającą się w najróżniejszych dziedzinach nauki i przyjęło się ją oznaczać literą ”c”. Twórca szczególnej teorii względności A. Einstein w swojej pracy z 1905 r pt.”ON THE ELECTRODYNAMICS OF MOVING BODIES” użył takiego właśnie oznaczenia. Również M. Planck w swojej pracy "Uber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum", Ann. Phys. 4 (1901), 553– 563, reprinted in PAV (ref. 19), Vol. 1, pp. 717– 727; używał symbolu ”c” na oznaczenie prędkości światła.
Geneza oznaczenia nie jest całkiem jasna, ale mówi się o dwóch koncepcjach: c jak "celeritas" (starołacińska "prędkość", stąd też acceleration), spopularyzował to Asimov, albo c jak constant (bo najwcześniej używał tego Weber w kontekście elektrodynamicznym).
Co ciekawe, w roku 1905, w obu swych słynnych pracach, Einstein używał oznaczenia V na prędkość światła.


Pytanie: Dlaczego powietrze nas nie zgniata? Przecież waży ok.10t/metr kwadratowy?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Organizmy mają liczne otwory i powietrze działa na nie również od środka, podobnie jak na odkręconą butelkę po napojach. Powietrze zgniata przedmioty, które są puste w środku, szczelne i wypompowujemy z nich powietrze. Przykładem może tu być zgniatanie plastikowej butelki po napojach w czasie wypompowywania z niej powietrza lub nawet wysysania. Innym przykładem jest zgniatanie pustej, zakręconej butelki po wstawieniu jej do lodówki.


Pytanie: Na czym polega widmowa klasyfikacja gwiazd?

Odpowiada dr Marek Nikołajuk:
Pod koniec XIX wieku ludzie coraz bardziej pragnęli wprowadzić jakiś podział w gwiazdach, poklasyfikować je tak aby można je było porównywać i badać ich właściwości.
Światło gwiazd docierające do lunet i teleskopów przepuszczano dalej przez pryzmaty i siatki dyfrakcyjne. Światło takie rozszczepiało się na barwy i ukazywało obecność ciemniejszych i jaśniejszych prążków widocznych na kolorowym tle. Były to linie absorpcyjne oraz emisyjne pochodzące od różnych pierwiastków. Pierwiastki te emitowały światło. Zaczęto zatem grupować i klasyfikować gwiazdy na podstawie ich widma. Klasyfikacja gwiazd opierała się na przypisaniu kolejnych liter alfabetu widmom o określonych cechach. I tak mieliśmy gwiazdy A, B, C, ..., T, W, X, Y, Z, AA, AB, .., BZ, itd. Literki te zaczęto nazywać typami widmowymi.
W trakcie tych badań, prowadzonych głównie na Uniwersytecie Harwarda, okazało się, że wiele z typów gwiazd jest niepotrzebnych, gdyż różnice pomiędzy ich widmami są niewielkie. Tym samym powyrzucano niektóre typy. Ale to jeszcze nie koniec.
Po jakimś czasie okazało się, że różnice w widmach gwiazd nie są spowodowane ich różnym składem chemicznym (mniej lub więcej danego pierwiastka), ale odpowiedzialna za wszystko jest temperatura otoczenia w której skąpane były pierwiastki - temperatura powierzchni gwiazdy. Temperatury te mogą być tak wysokie jak 60 000 K, lub tak niskie jak 3000 K.
Ostatecznie zatem ustawiono typy gwiazd według malejącej temperatury ich powierzchni. Są to typy: 0 - B - A - F - G - K – M.
Typ G ma jeszcze dwa podtypy: R i N, typ K ma jeden podtyp S.
Gorętsza gwiazda ma typ widmowy bliżej 0, zimniejsza gwiazda ma typ widmowy M.
Dodatkowo, aby uwypuklić te małe, prawie ciągłe zmiany pomiędzy typami wprowadzono cyfry od 0 do 9.
Powinienem napisać zatem:
....,A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,F0,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8,F9,G0,G1,G2,....
A propos nasze Słońce ma typ widmowy G2, a temperatura jego powierzchni (inaczej fotosfery) to około 5770 K. Natomiast typ widmowy Syriusza to A0, a Gwiazdy Polarnej – F8.


Pytanie: Czy istnieje izolator magnesów trwałych?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Tak, takim izolatorem, lub mówiąc precyzyjniej materiałem, który ekranuje pole magnetyczne dowolnego źródła, jest nadprzewodnik. Nadprzewodnik ma tę właściwość, że nie wnika do niego pole magnetyczne, o ile nie przekracza pewnej wartości krytycznej, charakterystycznej dla danego nadprzewodnika. Mechanizm ekranowania polega na tym, że po powierzchni nadprzewodnika płyną prądy nadprzewodzące. Rozkład tych prądów jest taki, że pole magnetyczne wytwarzane przez nie sumuje się do zera z polami wytwarzanymi przez źródła zewnętrzne, np. magnes trwały. Nadprzewodnik i ekranowanie pola magnetycznego jest analogiem przewodnika i ekranowania pola elektrycznego.
Innym sposobem częściowego ekranowania pola magnetycznego jest używanie ekranów z cienkich blach metalowych ferromagnetyka o dużej przenikalności magnetycznej. Takie ekrany zmieniają rozkład pola magnetycznego w przestrzeni, nie zapewniają jednak całkowitego ekranowania.


Pytanie: Powszechnie wiadomo że woda tworzy menisk wklęsły, rtęć menisk wypukły. Czy istnieje ciecz która tworzy płaski poziom?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Pytanie nie jest zupełnie precyzyjne.
Napięcie powierzchniowe jest własnością granicy pomiędzy dwiema fazami, np. wodą i powietrzem lub wodą i szkłem. Woda w rurce szklanej tworzy menisk wklęsły, natomiast woda w rurce teflonowej tworzy menisk wypukły.
Jeśli zaczniemy wydmuchiwać wodę w cienkiej rurki szklanej, to zaobserwujemy zmniejszanie się wklęsłości menisku, poziom plaski, a później, przy dalszym wzroście ciśnienia utworzenie się kropli, która będzie miała kształt wypukły. Tak więc na przykładzie cienkiej, szklanej rurki z wodą widać, że poziom płaski cieczy można utworzyć.


Pytanie: Czy można zwiększyć napięcie powierzchniowe wody?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Pytanie nie jest zupełnie precyzyjne.
Napięcie powierzchniowe jest własnością granicy pomiędzy dwiema fazami, np. wodą i powietrzem lub wodą i parą wodną. Mówimy więc o napięciu powierzchniowym granicy woda-powietrze. Napięcie powierzchniowe zależy od temperatury i zwykle maleje ze wzrostem temperatury. Zatem można się spodziewać, że przy obniżaniu temperatury napięcie powierzchniowe układu woda-powietrze wzrośnie.


Pytanie: Czy energia jądra atomu, która wprawia w ruch elektrony jest wieczna? Czy wiadomo jak ona powstała i czemu służy ten odwieczny ruch elektronów?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Mamy podstawowe prawo zachowania energii, co oznacza, ze jest ona wieczna. Jądro i elektrony oddziałują kulombowsko i te oddziaływania są przyczyną odpowiedniego zachowania się elektronów. W mikroświecie nie ma sił tarcia i z tego powodu ruchy w naturalny sposób są wieczne, bo energia całości układu izolowanego pozostaje stała. Analogią jest tu wahadło klasyczne. Gdyby nie było tarcia, wahałoby się wiecznie.
W wyniku oddziaływania jądra z elektronami i odpowiedniego ruchu elektronów, w atomie powstaje m. in. moment magnetyczny - własność, która odpowiada za istnienie ferromagnetyzmu (magnesy stałe, magnesy neodymowe). Innym przykładem makroskopowego i wiecznego ruchu jest prąd w nadprzewodniku.
W pytaniu mamy wątek filozoficzny - "Czemu służy energia" - i fizyka takimi pytaniami w zasadzie się nie zajmuje, podobnie jak pytaniami typu: dlaczego istnieje Świat.


Pytanie: Skąd wiadomo która jest godzina?

Odpowiada dr hab. Piotr Jaranowski:
Na tak postawione pytanie można odpowiedzieć na różne sposoby. Ja odpowiadając skupię się na tym, że przyporządkowanie jakiemuś zdarzeniu pewnej liczby (owej "godziny" w pytaniu) jest w istocie kwestią umowy i może być zrobione na wiele (a nawet nieskończenie wiele) sposobów. Takie przyporządkowanie nazywa się w fizyce ustaleniem współrzędnej czasowej zdarzenia.
Dla ustalenia uwagi rozważmy zdarzenie polegające na przekłuciu nadmuchanego balonika, czyli interesuje nas, o której godzinie ów balonik został przekłuty i pękł. Spoglądamy na zegarek i widzimy, że nastąpiło to o, powiedzmy, 13:13. Oznacza to, że zgodnie z obowiązującym na terenie Polski czasem urzędowym, balonik pękł o tej właśnie godzinie. Ale już mieszkaniec Tokio stwierdzi, że ten sam balonik został przekłuty o godzinie 20:13 zgodnie ze wskazaniami jego tokijskich zegarów. Różnica jest związana z tym, że w różnych miejscach na Ziemi różne zdarzenia są wybierane jako początek doby - tym początkiem jest, mówiąc niezbyt precyzyjnie, chwila następująca 12 godzin przed momentem górowania Słońca nad danym miejscem na Ziemi. Czyli można na różne sposoby wybrać początek liczenia czasu.
Ale to tylko jeden z wielu powodów, dla których jednemu i temu samemu zdarzeniu są przyporządkowane różne współrzędne czasowe. Innym powodem jest to, że zgodnie ze szczególną teorią względności istnieje tyle różnych współrzędnych czasowych, ilu jest różnych obserwatorów. Należy to rozumieć tak, że jeżeli dwóch poruszających się względem siebie obserwatorów używa identycznych zegarów i obaj umówią się, że zaczną liczyć czas od ustalonego (tego samego) zdarzenia, to już innym zdarzeniom będą oni przypisywać różniące się między sobą współrzędne czasowe.
Wróćmy do balonika. Mamy dwóch obserwatorów: jeden stoi z balonikiem na peronie, drugi znajduje się w poruszającym się po prostym torze pociągu. Obaj umawiają się, ze za początek liczenia czasu przyjmuje się chwilę, w której balonik został całkowicie nadmuchany. Obaj obserwatorzy posługują się identycznymi stoperami. Obserwator na peronie odczekuje, zgodnie ze wskazaniami swojego stopera, dokładnie 10 minut i przekłuwa balonik. Jeśli prędkość pociągu byłaby ogromna (w istocie powinna być porównywalna z prędkością światła w próżni -- dlatego opisywana przeze mnie sytuacja jest eksperymentem myślowym, którego nie da się przeprowadzić w rzeczywistości) i obserwator w pociągu bardzo starannie określiłby moment przekłucia balonika, to według wskazań jego stopera nastąpiłoby to ułamek sekundy po upłynięciu 10 minut. Zjawisko to jest nazywane dylatacją czasu i zostało potwierdzone w tysiącach prawdziwych (tzn. nie myślowych) eksperymentów.


Pytanie: Jak działają telewizory plazmowe? Jak działa w nich ta plazma?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Wyświetlacz plazmowy składa sie z wielu komórek wypełnionych rozrzedzonym gazem. Pod wpływem wysokiego napięcia następuje wyładowanie plazmowe w rozrzedzonym gazie i emitowane jest promieniowanie ultrafioletowe. Promieniowanie to pobudza do świecenia luminofor znajdujący się na ściance wewnętrznej komórki, który to luminofor emituje promieniowanie widzialne. Tak działa pojedynczy pixel wyświetlacza plazmowego.


Pytanie: Czy paradoks Zenona z Elei, mówiący, że strzała wystrzelona w kierunku drzewa nigdy do niego nie dotrze bo zawsze będzie znajdowała się w 1/x (x>=1 i x --> nieskończoności) drogi, wskazuje na "skwantowanie" przestrzeni? Czy, gdyby przestrzeń była ciągła, nie istniałby ruch?

Odpowiada dr hab.Krzysztof Szymański:
Paradoks Zenona wyjaśniamy dość prosto. Posumowane odcinki czasu, pomimo że jest ich nieskończenie wiele, w sumie dają skończoną wartość. To nie ma nic wspólnego ze strukturą przestrzeni. Starożytni nie znali matematycznego pojęcia granicy i stąd sformułowane paradoksy.


Pytanie: Temperatura Curie to temperatura, powyżej której ferromagnetyk gwałtownie traci swoje właściwości magnetyczne i staje się paramagnetykiem. Temperatura Curie dla żelaza to 769,85 ºC. Teoretycznie temperatura płynnej części żelaznego jądra Ziemi to ok 5000 ºC. Wynika z tego, że płynne jądro Ziemi, któremu przypisuje się generowanie ziemskiego pola magnetycznego nie ma prawa generować tego pola ponieważ uzyskując temperaturę powyżej 769,85 ºC utraciło swoje właściwości magnetyczne. Czy ja tu czegoś nie rozumiem?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Generacja pola magnetycznego nie musi odbywać się przy udziale ferromagnetyka. Pole może zostać wygenerowane przez przepływającą ciecz przewodzącą. Takie zjawiska zachodzą na przykład w plazmie oraz w zewnętrznym jądrze Ziemi. W latach 60 wykonano eksperyment, w którym miedziane walce umieszczono w niemagnetycznym metalowym uchwycie i wprawiono je w szybki ruch obrotowy. Okazało się że wygenerowano zmienne w czasie pole magnetyczne. w latach 1999-2000 wykonano eksperymenty, w których zostało wygenerowane oscylujące w czasie pole magnetyczne przez przepływający ciekły sód. Pole magnetyczne Ziemi również zmienia się w czasie, zmienia biegunowość i są znane okresy w dziejach Ziemi, w których pola magnetycznego nie było.


Pytanie: Czy może istnieć stabilne NIC? Czy był jakiś stan poprzedzający Wielki Wybuch?

Odpowiada dr hab. Michał Spaliński:
Nie ma stanu, który odpowiadałby do konca intuicyjnemu pojęciu niczego. Zasady teorii kwantowej (w którą nie mamy podstaw wątpić) nie dopuszcza np. określenia energii tak, aby to było dokładnie zero. Energia stanu może być zero w sensie średniej, ale na małych skalach czasu nie można wykluczyć efektów kreacji i anihilacji. Poza tym istnienie ciemnej energii sugeruje mocno niezerową stałą kosmologiczną, czyli energię próżni (jej znikanie byłoby zresztą bardzo zagadkowe z punktu widzenie teorii).
Co do stanu poprzedzającego Wielki Wybuch trudno coś powiedzieć, ale znane mi scenariusze (bardzo spekulacyjne) także nie przewidują, aby taki "pierwotny" stan odpowiadał naturalnemu pojecie "niczego".


Pytanie: Czy wiadomo jest kiedy wybuchła gwiazda, której pozostałością jest teraz mgławica pierścień M57?

Odpowiada dr Marek Nikołajuk:
Zgodnie z obserwacjami astronomicznymi, wymiary kątowe mgławicy M57 jakie obserwujemy z Ziemi to około 1,4 na 1,0 minut kątowych. Odległość mgławicy od nas to około 2,3 tys. lat świetlnych. Stosując wzór:   1/2*d = l * tg(alpha/2) gdzie l=2,3 tys. lat świetlnych, alpha=1,4 lub 1,0 minut kątowych d - średnica mgławicy otrzymujemy, że rzeczywiste rozmiary mgławicy to około 1,9 na 1,3 roku świetlnego. Prędkość ekspansji mgławicy (ucieczki od gwiazdy centralnej) szacuje się na 20-30 km/s. Ze wzoru droga = prędkość * czas otrzymujemy, że mgławica rozpoczęła swoje życie około 6-8 tysięcy lat temu. Wtedy właśnie wybuchła gwiazda centralna M57, która obecnie jest białym karłem.


Pytanie: Jak działają lodówki magnetyczne?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Lodówki magnetyczne działają na podobnej zasadzie jak zwykłe lodówki. Różnicę stanowi czynnik roboczy. W zwykłych lodówkach jest to ciecz o temperaturze wrzenia niewiele różniącej się od temperatury pokojowej. Zakres temperatur pracy zwykłej lodówki jest więc ograniczony temperaturą zamarzania czynnika roboczego. Wyjaśnienie zasady działania lodówki można przeprowadzić wykorzystujac cykl Carnota biegnący w stronę przeciwną niż cykl w silniku cieplnym.
W lodówkach (albo chłodziarkach) magnetycznych czynnikiem roboczym jest substancja paramagnetyczna (np. azotan ceru), a rolę sprężarki pełni zewnętrzne pole magnetyczne. Włączamy pole magnetyczne w procesie izotermicznym, momenty magnetyczne paramagnetyka zostają uporządkowane (tu mamy analogię ze sprężaniem, czyli zmniejszaniem objętości cieczy roboczej w procesie izotermicznym odwrotnego cyklu Carnota). W kolejnym etapie odwrotnego cyklu Carnota mamy wyłączanie pola magnetycznego w procesie adiabatycznym, w wyniku czego następuje obniżenie temperatury soli (analogia do adiabatycznego rozprężania cieczy roboczej).
Ponieważ magnesowanie i rozmagnesowywanie soli paramagnetycznej odbywa się bez udziału cieczy, które mogłyby zamarznąć, chłodziarki magnetyczne stosuje się do uzyskiwania bardzo niskich temperatur, poniżej 0,1K.


Pytanie: Czy jest próżnia? Co to jest próżnia?

Odpowiada dr hab. Michał Spaliński:
Próżnia, potocznie pojęta jako absolutny brak czegokolwiek, zwykle rozumiana jest jako stan o najmniejszej możliwej energii dla danego układu. Można sobie więc wyobrażać jakiś obszar, z którego usuwamy wszystko co tam "jest", poczynając od powietrza. Jeśli taki stabilny (lub choćby metastabilny, czyli długo-trwający) stan istnieje, to można nazwać go próżnią. Nie oznacza to jednak, że w takim stanie "nic nie ma". Prawa fizyki (takie, jakie dziś znamy), a konkretnie prawa mechaniki kwantowej, wymagają między innymi spełnienia zasady nieoznaczoności. Oznacza to, że z przyczyn zasadniczych nie można wykluczyć występowania w danym stanie wzbudzeń o niezerowej energii (nawet dowolnie dużej), o ile wzbudzenia te anihilują w odpowiednio krótkim czasie - takie wzbudzenia nazywa się zwykle wzbudzeniami wirtualnymi. Tak więc mówiąc o próżni musimy mieć na uwadze, że to nie jest wcale obszar kompletnej pustki czy bezruchu.
Osobnym pytaniem jest, na ile można taką najlepszą możliwą próżnię uzyskać, tzn. na ile potrafilibyśmy tu, w naszym zakątku Wszechświata, zrealizować taki stan zawierający tylko wzbudzenia wirtualne. Odpowiedź jest negatywna; istnieją cząstki, które z materią oddziałują bardzo słabo (np. tak zwane neutrina), przed którymi nie można się "zasłonić". Podobnie rzecz się ma z innymi cząstkami obecnymi w promieniowaniu kosmicznym. Nie ma też ucieczki przed grawitacją, której kwantowy opis również operuje, w pewnym przybliżeniu, pojęciem cząstki - tzw. grawitonu - której również nie potrafimy wykluczyć z obszaru, w którym chcielibyśmy osiągnąć stan najdoskonalszej możliwej próżni. Tak więc, pojęcie próżni jest dalece idącą, choć bardzo pożyteczną idealizacją.


Pytanie: Co jest cięższe: tona drewna, czy tona żelaza?
Na wielu stronach internetowych spotkałem się z odpowiedzią, że tona drewna! I uzasadnienie do tej odpowiedzi, np. http://www.quido.cz/fyzika/27fyzika.htm
Uważam, że wszystkie osoby, które posłużyły się tym uzasadnieniem popełniły kardynalny błąd związany z nieznajomością fizyki. Uważam, że tona jest równa tonie i nie ma innej możliwości w tym przypadku.
Uzasadnienie:
Aby móc stwierdzić, co jest cięższe musimy porównać ich ciężary! Wzór jest następujący: F=mg; F-ciężar, m-masa, g-przyspieszenie ziemskie. Przyjmijmy F1 - to jest nasze drewno, a F2 - to żelazo, czyli aby było równo, F1 musi się równać F2, czyli F1=F2.
M1=tona, czyli 1000kg i M2=tona, czyli 1000kg; g -przyspieszenie ziemskie jest takie same, więc możemy pominąć i wtedy
F1 = m1g1,
F2 = m2g2,
m1 = m2 (tona = tona; g1 = g2 - warunki są takie same)
Czyli F1=1000kg i F2=1000kg. F1=F2 co było do udowodnienia!
Dalsze uzasadnienia są żenujące i świadczą o ignorancji autora.
1. Powołanie się na próżnię to nieporozumienie, bo próżnia nie istnieje, ale nawet gdybyśmy chcieli wykorzystać tę próżnię kosmiczną to i tak nie byłoby sensu, bo drewno w próżni rozpadłoby się na pył (wybuchłoby), a nawet jakby się nam udało jakimś cudem te drewno dostarczyć do próżni, to by ważyło mniej, ponieważ próżnia by wessała całą masę powietrza i wody zawartą w komórkach drewna.
2. Następny błąd popełniony dotyczy prawa Archimedesa. Drewno, jeżeli nie zostało przywiezione z księżyca, to już raz wyparło powietrze poprzez swój wzrost, bo aby mogło się stać drewnem, najpierw musiało wyrosnać drzewo! I to drzewo już wyparło powietrze, więc jakim cudem drewno z niego uzyskane znowu wyparło powietrze? No i najważniejsze, jeżeli wyparło, to trzeba odjąć, a nie dodać! I jeszcze jedno: jeżeli będziemy dodawać powietrze to nie mamy do czynienia z drewnem, tylko z powietrzem i drewnem, więc gdzie tu logika? Oraz jeżeli ktoś by się bardzo uparł i chciał dodać te 2m3 powietrza, to jak by mu się udało położyć je na wagę, to i tak się ciężar nie zmieni, bo powietrze w powietrzu nic nie waży! Żelazo jest materiałem jednorodnym i nie ma możliwości zassania powietrza tak jak to może uczynić drewno i wtedy jak by zassało powietrze, to mielibyśmy wagę powietrza i drewna, Ale że ważymy je po 1000 kg to już uwzględniliśmy obie te wagi. Natomiast w próżni drewno straci na wadze poprzez to, że odda to zassane powietrze i wodę i o tyle będzie lżejsze od żelaza, co ważyła ta woda + powietrze w nim zawarta. Tona jest jednostką MASY. Która to masa jest niezmienna niezależnie od okoliczności? TONA czegokolwiek ma masę taką samą zawsze i wszędzie. Dla tych, co nie wiedzą ustanowiono wzorzec kilograma po to, aby kilo obojętnie czego, zawsze było kilogramem. Jeżeli jest inaczej to proszę to uzasadnić.

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Zgadzam się z argumentacją autora. Szereg nieporozumień bierze się z tego, ze problem jest przedstawiony w sposób nieścisły.
Można by więc zapytać tak: Co ma większy ciężar w warunkach normalnych na ziemi, jedna tona masy żelaza czy jedna tona masy szkła? Wiadomo, że żelazo ma większy ciężar właściwy niż szkło. Wtedy uwzględnienie siły wyporu prowadzi do wniosku, że żelaza będzie większy.
Można zapytać inaczej. Na jednej szalce wagi szalkowej leży żelazo, a na drugiej szkło i waga jest w stanie równowagi. Co ma większą masę, żelazo czy szkło? Uwzględnienie siły wyporu prowadzi do wniosku, że szkło.
Dodam jeszcze że w starym układzie jednostek mieliśmy kilogram ciężaru, oznaczanego kG. Jest to ciężar, który ma masę jednego kilograma (oznaczana kg).
W internecie można znaleźć bardzo wiele błędów, ponieważ jest to źródło nie recenzowane. Specjaliści nie mają więc nakazu korygowania błędów. Taki jest nasz świat.


Pytanie: Która godzina jest na biegunach? Czy takie pytanie jest zasadne?

Odpowiada mgr Andrzej Branicki:
Pytanie jest zasadne, a odpowiedź krótka - godzina jest nieokreślona. Najprościej, unikając pojęć z "astronomicznej kuchni", można ją objaśnić następująco. W używanym obecnie systemie rachuby czasu do określenia godziny konieczna jest znajomość kierunku południa lub północy, czyli znajomość położenia tych punktów na horyzoncie, ponad którymi Słońce (i inne ciała niebieskie) osiągają w ciągu doby największą bądź najmniejszą wysokość. Jeśli G oznaczało będzie godzinę wskazywaną przez zegarek, t - czas, jaki upłynął od momentu, gdy Słońce było najwyżej ponad horyzontem, zaś w - prędkość obrotu Ziemi (tożsamą z prędkością obrotu tzw. sfery nieba), to: G=12+wt. Ruch Słońca względem horyzontu obserwowany z biegunów Ziemi odbywa się niemal równolegle do horyzontu, więc obserwator na biegunie nie jest w stanie wskazać żadnego z dwu wspomnianych wyżej kierunków (nie może on określić wartości t).
Choć pytanie o godzinę na biegunie ma charakter czysto teoretyczny, dotyka jednak organizacji rachuby czasu na obszarach podbiegunowych, w których różnica pomiędzy największą i najmniejszą wysokością Słońca ponad horyzontem w ciągu doby jest bardzo mała. Podejrzewam, że pracownicy polarnych stacji badawczych, używają na co dzień czasu kilku różnych stref: czasu uniwersalnego (czasu południka zerowego) używają zapewne przy współpracy z innymi stacjami oraz dowolnie wybranego czasu strefowego - najpewniej czasu kraju, z którego pochodzą.


Pytanie: Czy kierunek obrotu Ziemi ma wpływ na czas lotu samolotów (np. lecących ze wschodu na zachód i odwrotnie)?

Odpowiada mgr Andrzej Branicki:
Obracająca się Ziemia jest układem nieinercjalnym. Rozważajac ruch w takich układach należy uwzględnić działanie sil bezwładności: siły odśrodkowej i siły Coriolisa. Bezpośredni wpływ tych sił na poruszający się samolot istnieje, lecz jest on zaniedbywany. Istotny jest jednak wpływ pośredni. Jednym ze skutków działania siły Coriolisa jest obecność w atmosferze, tzw. "wiatrów strumieniowych" (ang. "jet stream"). Są to stałe, bardzo silne wiatry wiejące z zachodu na wschód, na wysokości 10-12 km. Wieją one w wąskich otaczających Ziemię "strumieniach" o krętym i zmiennym przebiegu. Samoloty lecące z zachodu na wschód wykorzystują te wiatry, znacznie skracając przelot na długich trasach (patrz: Wikipedia, "prąd strumieniowy").


Pytanie: Prawo Hubble'a: v=Ho*r, dla dużych r, v osiąga c, przekracza go i dalej dąży do nieskończoności. Można więc powiedzieć, że w makro skali wszechświat rozszerza się z nieskończoną prędkością. Czy fizycy akceptują przekraczanie prędkości światła i nieskończoną prędkość rozszerzania się wszechświata?

Odpowiada dr hab. Piotr Jaranowski oraz dr Marek Nikołajuk
  1. Prawo Hubble'a w postaci v = H0 r jest formułą przybliżoną, obowiązującą tylko dla niezbyt odległych galaktyk. Dla odległości tak dużych, że obliczona na jego podstawie prędkość ucieczki galaktyki zbliża się do prędkości światła, formuła ta powinna być zastąpiona przez inną formułę, zgodną ze szczególną teorią względności. Ta bardziej ogólna formuła nie przewiduje ucieczki galaktyk z prędkościami ponadświetlnymi.
  2. Stała Hubble'a nie jest stałą, ale monotonicznie rośnie. Tym samym kiedyś, gdy wszechświat był mniejszy, to H0 była mniejsza, a na samym początku była równa zero. No dobrze, powie Pan, ale to świadczy o tym, że w przyszłości "stała" Hubble'a będzie większa. Odpowiedź brzmi - "tak".
  3. Czy fizycy akceptują przekraczanie prędkości światła i nieskończoną prędkość rozszerzania się wszechświata? Fizycy nie akceptują faktu przekraczania prędkości światła, ale fizycy akceptują, że pustka pomiędzy galaktykami może rozszerzać się z prędkościami > c. To jest "pustka", nie materia, nie fale elektromagnetyczne. Oddziaływania pomiędzy cząstkami są we wszechświecie nadal przekazywanie z prędkością światła. Jest taki bardzo uproszczony model wszechświata. Nadmuchiwany balon. Na balonie są kropkami zaznaczone galaktyki. Całe życie, cały wszechświat trójwymiarowy jaki znamy mieści się na membranie balonu. Pomiędzy galaktykami porusza się światło i jego prędkość to prędkość światła, lecz membrana nadmuchiwanego balonu może posiadać prędkość > c. To puchnie czasoprzestrzeń, nie galaktyki. Galaktyki są na tyle silnie związane grawitacyjnie same z sobą, że na szczęście odległości w galaktykach nie rosną, cząstki budujące Pańskie czy moje ciało nie oddalają się od siebie.

polemika:
Przesunięcie ku czerwieni jest dość tajemnicze. Interpretacja przy pomocy zjawiska Dopplera, choć powszechnie przyjęta, prowadzi do sprzeczności, które ujawniają się jako dziwne skutki prawa Hubble'a. Unikacie Panowie spekulacji na ten temat. Rozumiem. Ale efekt Dopplera, to tylko jedna z wielu możliwości.


Odpowiada dr hab. Piotr Jaranowski:
Sprawy wyglądają trochę inaczej, niż sugeruje to Twój komentarz. To, co się bada we współczesnej kosmologii, to między innymi zależność przesunięcia ku czerwieni od jasności obserwowanej różnych klas obiektów (np. supernowych typu Ia). Zależność ta wyprowadzana jest na gruncie ogólnej teorii względności, która pozwala opisać rozchodzenie się światła w rozszerzającym się Wszechświecie. Żadnego zjawiska Dopplera kosmolodzy nie muszą rozważać, żeby tę formułę otrzymać. Mówienie o prędkości ucieczki galaktyki i zjawisku Dopplera pozwala mówić o tych sprawach w sposób poglądowy. Raz jeszcze podkreślę, dokładna formuła (której przybliżeniem jest prawo Hubble'a), jest znacznie bardziej skomplikowana niż dyskutowane przez nas prawo Hubble'a i nie wymaga do swojego wyprowadzenia zastosowania jakiegokolwiek wzoru opisującego zjawisko Dopplera.


Pytanie: Chciałbym się dowiedzieć co to jest studnia kwantowa i do czego ona służy?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Zacznijmy od wyjaśnienia pojęcia studni. Jeśli energia potencjalna w funkcji położnia posiada minimum, klasyczny układ wykonuje drgania (w przypadku braku sił tarcia) lub dąży do osiągnięcia minimum energii (układy z tarciem). Przykładem klasycznej studni może być piłka w dołku. W szczególności dołek może mieć kształt studni - mieć pionowe ścianki, stąd się bierze nazwa. Ważnym przykładem układu studni jest ciało na sprężynie, energia potencjalna ma minimum, pamiętamy znany wzór Ep=1/2*k*x^2. Kształt studni decyduje o zachowaniu układu, w szczególności o dynamice.
Studnia kwantowa to odpowiednio głębokie minimum energii potencjalnej w układzie elektronów. Maleńki kawałek metalu możemy uważać za studnię kwantową. Dynamika elektronu w studni kwantowej opisywana jest przez prawa mechaniki kwantowej. W celu przewidywania zachowania się układu nie stosujemy tu II zasady dynamiki Newtona, tylko rozwiązujemy zwykle skomplikowane równania różniczkowe.
Można przyjąć, że naturalną studnią kwantową jest atom. Współczesne technologie półprzewodnikowe pozwalają wytwarzać studnie kwantowe, a fizycy badają zachowanie się elektronów w takich studniach.
Studnie kwantowe stanowią elementy wielu układów elektronicznych: laserów na diodach, detektorów podczerwieni, obrazowania w podczerwieni, elektronice niskoszumowej.


Pytanie: Co to jest niepewność pomiarowa?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
"Niepewność pomiarowa" lub inaczej "błąd pomiaru" jest wielkością charakteryzującą precyzję lub jakość pomiaru. Pomiar polega na określeniu ile jednostek przypada na wielkość mierzoną. Na przykład pomiar długości boiska polega na określeniu ile metrów (jednostką długości jest metr) przypada na długość boiska. Ponieważ wszystkie przyrządy mają skończoną precyzję (inaczej dokładność), uczciwi producenci przyrządów pomiarowych zawsze podają precyzję przyrządu. W naszym przykładzie taśma miernicza pozwala na pomiar centymetrów, ale nie milimetrów. A zatem jeśli zmierzymy boisko taśmą mierniczą i wyjdzie nam 30.32 metry, to tak naprawdę nie wiemy, czy to boisko ma 30.321, czy 30.322, czy może 30.324 metry. Ta niewiedza nazywa się właśnie niepewnością pomiarową. Zapisuje się z użyciem znaku plus minus, np. (30.32±0.01) metra.
Określanie niepewności pomiarowej jest bardzo ważnym zagadnieniem w naukach przyrodniczych i technicznych i jest zazwyczaj znacznie trudniejsze i bardziej skomplikowane niż przeprowadzenie samego pomiaru. Niektóre wielkości są wyznaczone z bardzo małym błędem pomiarowym, na przykład masa elektronu (9.10938215±0.00000045)*10^(-31) kilograma.


Pytanie: Obwód RLC generuje drgania elektromagnetyczne. Ich częstotliwość zależy od pojemności kondensatora i indukcyjności cewki. Falą elektromagnetyczną jest też światło - czy możliwe byłoby zatem zbudowanie takiego obwodu, który generowałby falę świetlną?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Indukcyjność cewki jest rzędu μ0*a, gdzie a - rozmiary liniowe, μ0 - przenikalność magnetyczna próżni. Pojemność jest rzędu ε0*a, gdzie ε0 jest przenikalnością dielektryczną. Z tego wynika, że częstość drgań obwodu RLC jest rzędu 1/(c*a), gdzie c jest prędkością światła (wykorzystujemy tu znany związek wynikający z praw Maxwella: ε00*c2 = 1).
Częstości fali świetlnej leżą w zakresie 1014 - 1015 1/s. Z tego wynika, że rozmiary liniowe obwodu LC musiałyby być rzędu 10-7 - 10-6 m, tzn. takie jak długość fali światła widzialnego. Obwód LC byłby rodzajem wnęki rezonansowej, gdzie nie dałoby się wyróżnić kondensatora lub cewki. Inną trudnością byłoby to, że nie ma źródeł zasilania o tak dużych częstościach. Nie można również mówić o prądzie w obwodzie o tak dużych częstościach ponieważ mielibyśmy do czynienia ze zmianami rozkładu ładunku na powierzchni wnęki rezonansowej.


Pytanie: Na orbicie geostacjonarnej prędkość kątowa satelity jest równa prędkości kątowej Ziemi. Skoro satelita krąży wokół planety to siła odśrodkowa musi równoważyć ciężar. Czy zatem prędkość liniowa satelity na orbicie geostacjonarnej jest równa pierwszej prędkości kosmicznej?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Prędkość kosmiczną definiuje się dla punktu na powierzchni planety, a zatem dla danego promienia planety. Inna definicja nie byłaby jednoznaczna, bo prędkość kosmiczna zależałaby od odległości od planety. Gdybyśmy jednak zdefiniowali prędkość kosmiczną w sposób niestandardowy, wtedy miałbyś rację.
Zwracam jeszcze uwagę na to, że stwierdzenie "siła odśrodkowa musi równoważyć ciężar" jest błędne. Satelitę na orbicie geostacjonarnej utrzymuje siła dośrodkowa, która jest siłą ciężkości.


Pytanie: Młodzi fizycy lubią terroryzować młodych informatyków magnesami neodymowymi. Przyłożenie takiego magnesu do, na przykład, dysku twardego powoduje trwałe wykasowanie całej zawartości. Pytanie - czy można się przed takim atakiem bronić? Albo ściślej, czy istnieje urządzenie/materiał, który działałby dla hipotetycznego dysku twardego i magnesu podobnie jak klatka Faradaya jest w stanie działać ochronnie na człowieka znajdującego się w jej wnętrzu, jeśli ten stoi blisko cewki tesli? Z tego co udało mi się samemu dowiedzieć, nie ma czegoś takiego jak "blokada na magnes" czy "izolator stałego pola magnetycznego". W takim razie - o ile uprzeć sie przy przykładzie wspomnianego dysku twardego - czy definitywnie nie da się obronić przed atakiem magnesem neodymowym?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Wszelkim terroryzmem powinniśmy się brzydzić. Natomiast jeśli chodzi o ekranowanie stałego pola magnetycznego to są przynajmniej trzy sposoby:
1. W przypadku niedużych pól (mniejszych od pola krytycznego nadprzewodnika) całkowite ekranowanie uzyskamy poprzez zastosowanie warstwy nadprzewodnika. Każdy nadprzewodnik scharakteryzowany jest tzw. polem krytycznym i pola magnetyczne większe od pola krytycznego niszczą stan nadprzewodzący.
2. Stałe pole magnetyczne wytwarzane przez skupiony w małej przestrzeni magnes maleje proporcjonalnie do odwrotności trzeciej potęgi odległości. Tak więc zwiększanie odległości jest skutecznym sposobem zmniejszania efektu pola zewnętrznego.
3. Istnieje klasa ferromagnetyków charakteryzujących się dużą podatnością magnetyczną. Z takich materiałów można budować osłony, które skutecznie zmniejszają efekty stałego pola zewnętrznego.


Pytanie: Jak to się dzieje, że w przyspieszającym motocyklu (ew. rowerze) podnosi sie przód?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
W motorze lub rowerze (razem z kierującym) środek masy układu znajduje się dość wysoko nad powierzchnią jezdni. "Wysoko" należy tu rozumieć tak, że odległość środka masy od podłoża jest duża w porównaniu z rozmiarami układu (w samochodzie osobowym jest inaczej, odległość środka masy od podłoża jest mała w stosunku do rozmiarów układu).
W czasie rozpędzania działa na rozważany układ (rower + kierujący) poziomo skierowania siła zewnętrzna przyłożona do dolnej części opony tylnego kola. Zwrot tej siły jest oczywiście zgodny z kierunkiem przyspieszenia, a zatem skierowany do przodu. Z faktu, że środek masy leży wysoko a siła przyłożona jest nisko i poziomo wynika, że układ będzie chciał sie obracać w takim kierunku, że przednie kolo zostanie uniesione.
Analogia: Proszę postawić pionowo kij i kopnąć go w spód. Kij dozna obrotu w takim samym kierunku jak omawiany motor czy rower.


Pytanie: Czy jest prawdą, że ilość atomów od pierwszej sekundy istnienia wszechświata pozostała bez zmian?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Nie, to nie jest prawdą. Najpierw atomów nie było. Atomy, z których my jesteśmy zbudowani powstały w wyniku wybuchów gwiazd supernowych.
Atomy ciągle powstają i giną. W górnych warstwach atmosfery z izotopu węgla powstaje izotop azotu. Nawet w naszym organizmie jest pewna ilość atomów promieniotwórczych, które rozpadają się w wyniku reakcji jądrowych. Te rozpady są oczywiście mierzalne.


Pytanie: Czy jest możliwe, że atomy z ciała kogoś kto już nie żyje, znajdują się we mnie?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Odpowiedz jest trochę skomplikowana.
Po pierwsze, nie jest precyzyjnie określone z których atomów zbudowany jest człowiek. Czy powietrze, które jest w Twoich płucach należy do Twojego ciała? A czy cząsteczka wody, która była w Twojej ślinie i znalazła sie na zewnątrz Twojego organizmu należała do Twojego ciała? Chyba na oba pytania odpowiedz jest pozytywna i nie dziwi nas, że takie cząsteczki czy atomy mogą być wymieniane pomiędzy ludźmi, w szczególności pomiędzy żywymi i zmarłymi. Wszak nasze ciało zbudowane jest głównie z wody. Takie same rozważania dotyczą innych pierwiastków. Węgiel jest w naszym organizmie składnikiem tłuszczów, spalamy go i wydychamy dwutlenek węgla oraz wodę itd.
Warto jeszcze dodać to, że nasz świat jest światem kwantowym i atomy danego pierwiastka (a dokładniej izotopu) są NIEROZRÓŻNIALNE. Tak wiec nie istnieje żadna metoda na sprawdzenie tego, że jakiś konkretny atom w naszym ciele jest dokładnie tym samym atomem, który był w innym ciele (żywym czy nieżywym). Zabrania tego mechanika kwantowa, przynajmniej w takiej postaci jaką obecnie znamy.
I jeszcze trzecia uwaga. Ponieważ atomy są nierozróżnialne, to tak naprawdę nie ma najmniejszego znaczenia czy wchłaniamy atomy, które kiedyś budowały ciało człowieka zmarłego czy człowieka żywego, kota, psa, bakterii lub wirusa. Na pewno w każdym ciele jest bardzo dużo atomów które pochodzą z odchodów i padliny.
I jeszcze jedno. Powyższe rozważania dotyczą atomów czy cząsteczek. Co innego, gdy mamy do czynienia z dużymi skupiskami atomów. Nie jest wtedy bez znaczenia jakie białko spożywamy. Zatem z punktu widzenie biologii istotne jest jakie połączenia atomów dostają sie do naszego organizmu, np. połączeń w postaci wirusa grypy nie chcemy!!!
Taki jest nasz świat. Tajemniczy i piękny.


Pytanie: Dlaczego we wnętrzu Ziemi jest wysoka temperatura?

Odpowiada dr Marek Nikołajuk:
Są trzy zasadnicze przyczyny:
1. Rozpady pierwiastków radioaktywnych (takich jak uran) we wnętrzu Ziemi. Uzyskiwana z nich energia podgrzewałaby Ziemię (jak to się dzieje w reaktorach atomowych).
2. Wpływ Księżyca i jego siły pływowe, które non stop, co 12 godzin i 26 min, starają się zdeformować Ziemię. Wpływ sił pływowych potrafi być bardzo duży. Bardzo dobrym przykładem jest księżyc Jowisza - Io. Siły pływowe od Jowisza próbują tak go zgniatać, tak deformować, że wulkany na powierzchni Io wyrzucają z niego materię z tak dużą siłą, że dociera ona na orbitę i ucieka w przestrzeń kosmiczną.
3. Praca sił grawitacyjnych. Przenieśmy sie do wnętrza Ziemi i stańmy się jakimś elementem Ziemi. Co czuje taki element masy? Czuje, że jest ściskany przez materię Ziemi, która jest nad nim, czyli czuje ciśnienie związane z naporem. Ta materia jak i on sam podlegają sile ciążenia. Czuje też siłę wyporu, która hamuje ów grawitacyjny kolaps. To właśnie duże ciśnienie powoduje dużą temperaturę we wnętrzu Ziemi.


Pytanie: Witam, mam pytanie dotyczące efektu Casimira. Jak to możliwe, że cząstki wirtualne wywierają ciśnienie na płyty zastosowane w doświadczeniu? Co prawda pary cząstka-antycząstka pojawiają się w próżni, pożyczając na to energię nie wiadomo skąd, ale po chwili anihilują bez widocznego efektu, więc bilans energetyczny wychodzi na zero. Jeśli jednak taka wirtualna cząstka odda część swojej energii płycie (odbijając się od niej) to przecież po tym jak anihiluje bez śladu z odpowiadającą jej antycząstką zostajemy z płytą, która dostała troszeczkę energii z nikąd.

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Wywieranie ciśnienia nie gwałci żadnej zasady zachowania. Wirtualna cząstka zderzając się ze sztywną ścianką przekazuje pęd wywierając ciśnienie, natomiast nie przekazuje energii. Pusta przestrzeń oddzielona ściankami ma inne własności niż przestrzeń na zewnątrz tych ścianek. Cząstki wirtualne w tych dwóch obszarach tworzą się w inny sposób i z tego powodu wywierane jest niejednakowe ciśnienie. Cząstkami wirtualnymi są pary cząstka - antycząstka oraz kwanty pola elektromagnetycznego.
W efekcie Casimira pomiędzy np. równoległymi płytami metalowymi wytwarzają się elektromagnetyczne fale stojące. Są to oscylatory kwantowe w stanie o najniższej energii. Energia ta jest równa stałej Plancka pomnożonej przez połowę częstotliwości drgania. Zmieniając odległości pomiędzy płytami wytwarzamy inną geometrię drgających fal i wykonujemy w ten sposób prace. Z tego powodu pojawia sie siła przyciągania metalowych płyt.
Warto przeczytać artykuł: P.T. Peczkowski "Efekt Casimira, czyli fluktuacje próżni kwantowej", Fizyka w Szkole, nr 4, 2006.


Pytanie: Na czym dokładnie polega toczenie się z poślizgiem? Czy aby ciało toczyło się z poślizgiem, oprócz siły tarcia powinna działać jeszcze większa siła? Taka, której wartość byłaby większa od max. wart. siły tarcia statycznego. I jeszcze jedno: czy im większa siła tarcia statycznego to większe szanse na toczenie się bez poślizgu?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Powiedzmy najpierw o toczeniu się bez poślizgu.
Ze zjawiskiem tym mamy do czynienia wtedy, gdy podczas toczenia się względne prędkości stykających sie punktów ciał są sobie równe. A więc w układzie związanym z punktem zetknięcia ciał toczących się bez poślizgu widzimy, że stykające się części ciał pozostają w spoczynku.
Podczas toczenia się bez poślizgu energia mechaniczna (czyli energia potencjalna plus kinetyczna ruchu postępowego i obrotowego) nie zmienia się. Siły tarcia nie wykonują pracy (podobnie jak siła tarcia w przypadku spoczywającego ciała).
Warto zauważyć, że toczenie bez poślizgu daje się łatwo zrealizować w przypadku dużego współczynnika tarcia. Warto też zauważyć, że w przypadku braku tarcia toczenie bez poślizgu można zrealizować dobierając odpowiednio prędkość ruchu obrotowego i postępowego. Podczas toczenia bez poślizgu, ponieważ stykające się części ciał nie przesuwają się względem siebie, działają na nie siły tarcia statycznego (w wielu szczególnych przypadkach są to siły o wartości równej zero).
Toczenie z poślizgiem polega na takim ruchu ciał względem siebie, że prędkości punktów styku tych ciał są różne. Typowym przykładem jest ruch koła samochodowego podczas silnego przyspieszania (przyspieszanie z piskiem opon) lub podczas gwałtownego hamowania.
A teraz szczegółowe odpowiedzi:
Na czym dokładnie polega toczenie się z poślizgiem?
Toczenie z poślizgiem polega na takim ruchu ciał względem siebie, że prędkości punktów styku tych ciał są różne.
Czy aby ciało toczyło się z poślizgiem , oprócz siły tarcia powinna działać jeszcze większa siła. Taka, której wartość byłaby większa od max. wart. siły tarcia statycznego?
Nie. Podczas toczenia z poślizgiem działają siły tarcia dynamicznego.
Czy im większa siła tarcia statycznego to większe szanse na toczenie się bez poślizgu?
Tak. Trzeba tylko dodać, że podczas toczenia z poślizgiem działają siły tarcia dynamicznego.


Pytanie: Zwiększanie napięcia przyspieszającego w lampie rentgenowskiej spowoduje zmniejszenie wartości krótkofalowej granicy widma, ale jak wpłynie to na ilość linii widma charakterystycznego? O czym świadczy ilość linii widma w promieniowaniu rentgenowskim?

Odpowiada dr Katarzyna Rećko:
Zwiększenie napięcia przyspieszającego spowoduje przesunięcie krótkofalowej granicy widma w kierunku krótszych fal. Nie wpływa to na ilość linii widma charakterystycznego, zwiększa tylko natężenia tych linii. W ostatnim pytaniu chodzi o prawdopodobieństwo przejść pomiędzy poziomami energetycznymi, które podporządkowane jest tzw. regułom wyboru. Liczba linii świadczy o ilości takich dozwolonych przejść pomiędzy poziomami energetycznymi wzbudzanego atomu (chodzi tu o atomy metalu, z którego wykonana jest anoda lampy rentgenowskiej).


Pytanie: Są dwa punkty oddalające się od siebie (w próżni) z prędkością 0,9c każdy. Czy obserwator w jednym z punktów ma szanse zobaczyć drugi? I jak to wygląda z perspektywy osoby trzeciej? A co się dzieje, gdy te punkty zbliżają się do siebie? Czy obserwatorzy w tych punktach mają szanse zobaczyć jak się mijają? I jak to wygląda z perspektywy osoby trzeciej?

Odpowiada dr hab. Piotr Jaranowski:
Odpowiem od razu na oba pytania. Przede wszystkim musimy sobie wytłumaczyć, co mamy na myśli mówiąc, ze jeden obiekt zauważa jakiś inny obiekt. Otóż precyzyjnie znaczy to tyle, że przynajmniej jeden foton promieniowania elektromagnetycznego (wiemy, że światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym, a promieniowanie elektromagnetyczne może być często traktowane jako strumień cząstek zwanych fotonami) został wyemitowany przez pierwszy obiekt w pewnej chwili czasu i poruszał sie w przestrzeni w taki sposób, że w jakiejś innej chwili (późniejszej od chwili emisji fotonu) został zarejestrowany przez drugi obiekt. Moment rejestracji fotonu jest chwilą, w której pierwszy obiekt został "zobaczony" przez obiekt drugi.
Wszystkie ciała posiadające nieznikającą masę spoczynkową muszą się poruszać względem dowolnie wybranego inercjalnego układu odniesienia z prędkościami mniejszymi od c (jest to jedno z fundamentalnych stwierdzeń przewidywanych przez szczególną teorię względności). A dowolny foton względem tego samego układu odniesienia porusza sie zawsze z prędkością c, bez względu na to, jak poruszał sie obiekt, który tenże foton wyemitował.
Fotony są zatem zawsze szybsze od ciał posiadających niezerowa masę spoczynkowa i jeśli tylko taki foton zostanie wysłany w odpowiednim kierunku w przestrzeni (który to kierunek zależy od szczegółów ruchu obu obiektów), powinien po pewnym czasie dogonić drugi obiekt.
Na przykład w sytuacji, w której dwa ciała oddalają się od siebie wzdłuż jednej prostej, każdy foton wyemitowany przez jedno ciało w kierunku ciała drugiego (wzdłuż tej samej prostej) zostanie przez to drugie ciało zarejestrowany, bez względu na to, z jakimi prędkościami względem ustalonego układu inercjalnego oba ciała sie poruszają. Jeśli oba ciała zbliżając sie do siebie poruszają się tak, że prędkość każdego z nich względem ustalonego układu inercjalnego wynosi np. 0,9c, to szczególna teoria względności przewiduje, że ich WZGLĘDNA prędkość będzie mniejsza niż c, dlatego foton nie będzie miał problemu z dogonieniem oddalającego się ciała.


Pytanie: Męczę się z dowodem na wzór promienia jądra atomowego: R = r*A1/3. Skąd się wziął ten wzór i jak go wyprowadzić?
Wychodzę z założeń:
oznaczenia: d - gęstość, m - masa jądra, u - masa atomowa (masa nukleonu), A - liczba atomowa (liczba protonów i neutronów), V - objętość jądra
d = m/V, m = A*u, więc d*V = m = A*u -> V~A -> (4/3)*[pi]*R3 = x*A, x - pewna stała.
Korzystając z danych z podręcznika dla złota bombardowanego cząsteczkami alpha: Ekin min = 8 MeV = 8*106 *1,6*10-19 J, q(alpha) = 2e, q(Au) = 3u, k = 8,99*109 (N*m2)/C2) wprowadzam R = rmin:
Ek = Ep -> 8 MeV = kqQ/rmin -> rmin = 2,8*10-15 m to z podręcznika (mi po podstawieniu wyszło rmin = 1,1*10-15 m).
Układam równanie:
((4/3)*[pi])1/3*rmin = (X)1/3*(A)1/3 -> x1/3 = 1,05*10-14 (a powinno być 1,2*10-15).

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
W eksperymencie rozpraszania cząstek alfa na złocie wyznaczyć możemy promień jądra złota.
Promień taki wyznacza się na podstawie analizy przekroju czynnego na rozpraszanie (a nie porównania energii kinetycznej i potencjalnej dla rmin).
W wyniku podobnych badań nad innymi jadrami ustalono, że gęstość materii jądrowej - rozumiana jako ilość nukleonów na jednostkę objętości - jest w przybliżeniu stała. Stąd proporcjonalność promienia od pierwiastka trzeciego stopnia z liczby nukleonów (lub też stosunek liczby nukleonów do objętości (lub r3) jest stały).
Warto dodać, że zależność ta jest przybliżona. Dokładne pomiary wskazują na odstępstwa. Również rozmiary danego jądra zależą od tego w jakim stanie się to jądro znajduje, np. podstawowym lub wzbudzonym.
Jeszcze inny aspekt: w mechanice kwantowej (a taką właśnie mechaniką opisywany jest świat) pojęcie promienia nie jest precyzyjnie określone. Mówimy raczej o prawdopodobieństwie znalezienia cząstki w określonej odległości. Intuicyjnie oznacza to, że jądro nie ma ostrej granicy (podobnie jak atom) chociaż w przeciwieństwie do atomu granica ta jest znacznie ostrzejsza.

Stronę redagują: dr hab. Krzysztof Szymański i mgr Lech Pańkowski

 
 
© 2011 Wydział Fizyki, Uniwersytet w Białymstoku