Pytania

(Treść pytania jest łączem do odpowiedzi na nie.)


15.11.2015:
71. Jak wyglądałby optymalny człowiek na planecie na której przyspieszenie grawitacyjne wynosiłoby 0,6 g?

13.10.2015:
70. Czy elektron ma wewnętrzną budowę? Zdarzyło mi się dzisiaj dyskutować na ten temat, mój rozmówca twierdził, że tak jak protony i neutrina również elektrony składają się z kwarków. Czy to prawda czy jednak jest on cząstką elementarną?

11.10.2015:
69. Mam dość niewielkie pojęcie o fizyce w ogóle lecz bardzo intryguje mnie mechanika kwantowa. Czy mogą Państwo polecić mi lektury, z którymi warto się zapoznać, a które przybliżą laikowi problematykę tego zagadnienia oraz przedstawią w jaki sposób odnosi się to do prawdziwej natury rzeczywistości?

13.09.2015:
68. Mam pytanie o prędkość grawitacji tzn. czy istnieje taka wielkość fizyczna i ewentualnie jaka jest jej wartość? Załóżmy iż rozpatrujemy układ fizyczny Słońce - Ziemia. Jeżeli hipotetycznie zabierzemy Słońce z tego układu to światło słońca zniknie po ok. 7 minutach, a co z grawitacją? Zniknie również po ok. 7 minutach?

10.09.2015:
67. Obwód Ziemi na równiku to około 40000km. Jeżeli w ciągu doby wykonuje pełen obrót to na równiku jej prędkość to 1666 km/h. Wystarczyłoby się unieść ponad ziemię helikopterem i zaczekać godzinkę, a bylibyśmy 1666km dalej. Dlaczego tak nie jest? To samo pytanie: jeśli lecimy samolotem w kierunkach W-E i E-W, czy to że ziemia porusza się pod samolotem ma znaczenie dla czasu przelotu?

7.09.2015:
66. Czy mikrofalówka może powodować nowotwory? Jeśli po otwarciu mikrofalówki, światło pada jeszcze na posiłek, czy jest to bezpieczne dla osoby która ją otworzyła?

19.06.2015:
65. Mam pytanie dotyczące stabilności naszego Układu Słonecznego. Czy jest możliwe, że Merkury zostanie wyrzucony w kosmos jeszcze zanim nasze słońce będzie się zamieniać w czerwonego olbrzyma? Dlaczego w takim razie na skutek grawitacji nie wpadnie on na słońce? W jaki sposób można wyliczyć za ile lat to będzie i jak zmieni się choćby klimat ziemi, długość roku itp.? Czy Ziemia też zostanie "wybita" w kosmos?

14.06.2015:
64. Czym z punktu widzenia odkryć OGW i STW jest czas i czasoprzestrzeń? Co to znaczy w kontekście samego czasu, że ma ona niezerową krzywiznę? Czy teraźniejszość jest szczególnie wyróżniona względem przeszłości? Czy istnienie w teraźniejszości jest bardziej "realne" od istnienia w przeszłości?

24.05.2015:
63. Jakie znaczenie ma fizyka w motoryzacji? Czemu ona służy? Czy bez niej dałoby się normalnie funkcjonować?

19.05.2015:
62. Czy teoretycznie zapalając latarkę na Ziemi (nie ma atmosfery) w kierunku Księżyca można spodziewać się że zostanie on oświetlony? Co się dzieje z wyemitowanym światłem np. przez nasze Słońce gdy nie trafi teoretycznie na żadną przeszkodę? Czy światło może samoistnie zaniknąć?

14.04.2015:
61. Co napędza elektrony, że są one w ruchu? Czy "wielki wybuch" ma coś z tym wspólnego? Nie było czegoś, a teraz jest? Coś jak tik-tak-tik-tak. I czy jakaś energia, która napędza elektrony, może na tyle osłabnąć że przestanie na nie oddziaływać i to wszystko się rozpadnie - zniknie, nastąpi "wielki koniec"?

26.02.2015:
60. W ostatnich latach ukazało się kilka prac mówiących o tym ze nasz świat to hologram/projekcja realnego świata, co ponoć wiąże się z istnieniem grawitacji. Byłabym wdzięczna za proste wyjaśnienie w jaki sposób istnienie grawitacji sugeruje możliwość że nasz świat jest hologramem.

31.10.2014:
59. Wiem, że na granicy tkanek w organizmie a zwł. przy implantach metalowych powstają prądy wirowe Faucaulta, które są szkodliwe dla organizmu i mogą oparzyć tkanki. Doktor zastosował pacjentce, do tego w ciąży, prądy TENS na metalową stabilizację kręgosłupa z kilkoma śrubami (stabilizacja jako korekta skoliozy). Jak to zinterpretować?
Lekarz również zastosował ultradźwięki nad implantem metalowym. Czy to dopuszczalne? Czy przy implantach metalowych można w ogóle stosować ultradźwięki?

29.10.2014:
58. Co się dzieje w przypadku, gdy siły przylegania są takie same jak siły spójności?

16.10.2014:
57. Moje pytanie dotyczy napięcia powierzchniowego i możliwości oddziaływania na nie za pomocą cewki elektromagnetycznej. Czy jest możliwe zwiększenie napięcia wody takim sposobem? Czy po takiej wodzie można by chodzić?

27.09.2014:
56. Czy wiek wszechświata jest liczony całościowo dla całego wszechświata, czy też jest to wiek takiego "tu i teraz" - jeśli tak to można określić. Spróbuję więc jeszcze raz nakreślić mój dylemat dotyczący tego zagadnienia. Oczywiście jest to niemożliwe, ale zakładając czysto hipotetycznie, że jestem świadkiem powstania wszechświata, to w moim rozumowaniu byłbym jego centrum - każda inna perspektywa obserwacji aktu stworzenia świata, musiałaby zakładać inną rzeczywistość, która obserwuje początek narodzin innego wszechświata, a przecież wcześniej nie mogło nic istnieć. Czyli będąc świadkiem narodzin wszechświata, obserwuję nagłą i gwałtowną ekspansję, która przebiega z prędkościami bliskimi prędkościami świata, lub jej równymi. A wiec zgodnie z teorią względności, dla oddalających się ode mnie cząstek wyłonionych z wielkiego wybuchu, czas płynie wolniej; czyli, jeśli dla mnie upłynęło np. 100 lat obserwacji wielkiego wybuchu, to te obserwowane przeze mnie cząstki, które oddalają się ode mnie z prędkościami bliskimi prędkości światła, mają znacznie krótszy czas istnienia. Nurtuje mnie ten problem, bo wyłania mi się z tego obraz wszechświata, który przypomina niejako cebulę, a warstwy tej cebuli to przesunięcie w czasie, gdzie środek to moja pozycja obserwatora, a każda kolejna warstwa to odpowiednio późniący się względem mojego zegara czas, aż do najbardziej zewnętrznej warstwy tej cebuli, gdzie czas nawet nie zaistniał.

16.08.2014:
55. Czy rozbijając atomy nie budzimy czarnej dziury?

4.08.2014:
54. Jeśli E=mc^2, a więc energia, to masa. Czy w związku z tym np. układ Ziemia- Księżyc i występująca między nimi siła grawitacyjna w postaci energii potencjalnej Księżyca, w odniesieniu do Ziemi, jest wliczona w masę tych dwóch ciał, gdyby potraktować je jako całość?

4.07.2014:
53. Jeśli wszechświat rozszerza się coraz szybciej, to czy może to oznaczać, że kurczy się jego poznawalna część? Bo to nasuwa przypuszczenie, że gdzieś miliardy lat świetlnych dalej, powstaje granica przekraczalności prędkości światła, a co najmniej jej równa, co w przypadku tożsamych czarnych dziur, zakrzywienie czasoprzestrzeni jest tak duże, że pochłania światło. Czyli niejaki horyzont zdarzeń który tam powstaje i się do nas zbliża.

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 napięcia występują 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 się 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 odpowiada 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 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 się 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 się 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: Jak wyglądałby optymalny człowiek na planecie na której przyspieszenie grawitacyjne wynosiłoby 0,6 g?

Odpowiada prof. Marek Cieplak ze Środowiskowego Laboratorium Fizyki Biologicznej Instytutu Fizyki PAN, dr Anna Niedźwiecka ze Środowiskowego Laboratorium Fizyki Biologicznej Instytutu Fizyki PAN, oraz prof. Jan Kozłowski z Instytutu Nauk o Środowisku UJ:
Rozmiar ciała mógłby być około 20% większy w rozmiarze liniowym (pierwiastek 3 stopnia z proporcji 1/0.6, a masa byłaby około 67% większą). Na biochemię by to pewnie nie wpłynęło. Na hydrodynamikę płynów ustrojowych na pewno trochę tak. Z drugiej strony, głównym problemem kosmonautów jest degeneracja kości i mięśni. Tak więc istotnie trudno powiedzieć.
Na naszej Ziemi żyją organizmy o bardzo różnych rozmiarach, a i człowiek (przynajmniej zanim został sapiens) zmieniał mocno rozmiary. Zatem trudno coś powiedzieć o rozmiarach optymalnych.
Na tej planecie wystarczyłby zapewne mniej wydajny układ mięśniowy do poruszania się z tą samą prędkością przy takiej samej masie. Ale to, z jaką prędkością/skocznością byłoby optymalnie się poruszać zależy od wielu czynników, takich jak np. zagrożenia przez drapieżniki, odległości do pokonania w celu zdobycia pokarmu itp. Poza tym nie wiadomo, czy do poruszania byłby używany układ mięśniowy podobny do naszego, a może mięśniowo-hydrauliczny jak u pająków? Tak naprawdę nie ma prostej odpowiedzi. Natomiast zagadnienie szersze, dlaczego jest tak ogromna różnorodność rozmiarów ciała w przyrodzie, od ułamków milimetra po kilkadziesiąt ton, jest interesujące.
W jednym z programów stacji BBC pokazywano zwierzęta, chyba jakieś "robaki", które są zwykle małe, a w Nowej Zelandii gigantyczne z uwagi na brak drapieżników.
Jest jeszcze jedna ważna uwaga: przy takiej grawitacji uciekłby tlen.
Do spisu pytań

Pytanie: Czy elektron ma wewnętrzną budowę? Zdarzyło mi się dzisiaj dyskutować na ten temat, mój rozmówca twierdził, że tak jak protony i neutrina również elektrony składają się z kwarków. Czy to prawda czy jednak jest on cząstką elementarną?

Odpowiada prof. Krzysztof Szymański:
Wg modelu standardowego, bardzo dobrze sprawdzonego (m.in. poprzez odkrycie przewidywanego wcześniej bozonu Higgsa) elektron jest cząstką elementarną.
Do spisu pytań

Pytanie: Mam dość niewielkie pojęcie o fizyce w ogóle lecz bardzo intryguje mnie mechanika kwantowa. Czy mogą Państwo polecić mi lektury, z którymi warto się zapoznać, a które przybliżą laikowi problematykę tego zagadnienia oraz przedstawią w jaki sposób odnosi się to do prawdziwej natury rzeczywistości?

Odpowiada prof. Krzysztof Szymański:
Problem w tym, że mechanika kwantowa jest trudna pojęciowo i znacznie łatwiej jest ją przedstawiać osobom, które znają fizykę klasyczną oraz matematykę. Matematyczny opis mechaniki kwantowej jest dość zaawansowany i sposób jej przedstawiania musi być dostosowany do umiejętności matematycznych słuchacza. Pomimo tego można znaleźć wiele cennych artykułów w popularnonaukowych czasopismach wydawanych przez ośrodki uniwersyteckie i naukowe: Delta, Neutrino, Foton, Świat Nauki, Postępy Fizyki.
Jest to być może paradoksalne, ale spośród różnych działów fizyki, mechanika kwantowa jest opisem czy też teorią, która najlepiej zgadza się z rzeczywistością. W najdokładniejszych technikach pomiarowych wykorzystuje się zjawiska opisywane właśnie językiem mechaniki kwantowej. Najdokładniejsze pomiary są pomiarami czasu. Definicja sekundy oparta jest na zjawisku oscylacji pomiędzy dwoma poziomami energetycznymi w izotopie atomu cezu.
Najdokładniejsze zegary chodzą z precyzją lepszą niż sekunda na SETKI MILIONÓW LAT.
Do spisu pytań

Pytanie: Mam pytanie o prędkość grawitacji tzn. czy istnieje taka wielkość fizyczna i ewentualnie jaka jest jej wartość? Załóżmy iż rozpatrujemy układ fizyczny Słońce - Ziemia. Jeżeli hipotetycznie zabierzemy Słońce z tego układu to światło słońca zniknie po ok. 7 minutach, a co z grawitacją? Zniknie również po ok. 7 minutach?

Odpowiada prof. Piotr Jaranowski:
Teoria grawitacji oparta na prawie powszechnego ciążenia Newtona (które powiada, że dwa punktowe ciała przyciągają się siła wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do odległości pomiędzy nimi) przewiduje, że oddziaływanie grawitacyjne rozchodzi się w przestrzeni z nieskończenie wielką prędkością. Znaczy to, że w myśl tej teorii zniknięcie naszego Słońca spowodowałoby, że przyciąganie grawitacyjne Ziemi i Słońca ustałoby momentalnie (czyli w tej samej chwili, co zniknięcie Słońca).
Teoria grawitacji Newtona jest jednak teorią przybliżoną, dobrze opisująca tylko słabe pola grawitacyjne. Pełniejszą teorią grawitacji jest ogólna teoria względności (której 100-lecie sformułowania przez Alberta Einsteina obchodzimy w bieżącym roku), zgodnie z którą oddziaływanie grawitacyjne rozchodzi się ze skończoną prędkością. Co więcej, teoria ta powiada, jaką wartość ma ta prędkość: jest ona dokładnie równa wartości prędkości rozchodzenia się światła (czy ogólniej promieniowania elektromagnetycznego) w próżni. Znaczy to, że po zniknięciu Słońca przyciąganie grawitacyjne Ziemi i Słońca ustałoby po nieco ponad 8 minutach (bo 150 mln km podzielone przez 300 000 km/s to 500 s, czyli 8 minut 20 sekund), dokładnie w tym momencie, w którym ostatnie fotony promieniowania słonecznego wysłane z powierzchni Słońca tuż przez jego zniknięciem, dotarłyby do Ziemi.
Do spisu pytań

Pytanie: Obwód Ziemi na równiku to około 40000km. Jeżeli w ciągu doby wykonuje pełen obrót to na równiku jej prędkość to 1666 km/h. Wystarczyłoby się unieść ponad ziemię helikopterem i zaczekać godzinkę, a bylibyśmy 1666km dalej. Dlaczego tak nie jest? To samo pytanie: jeśli lecimy samolotem w kierunkach W-E i E-W, czy to że ziemia porusza się pod samolotem ma znaczenie dla czasu przelotu?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Najprostsza odpowiedź jest taka, że startujący do góry helikopter porusza się ze zachodu na wschód razem z powierzchnią Ziemi. Ruch jest względny i dlatego nie widzimy tu dużej prędkości powierzchni Ziemi. Analogią są dwa jadące w tym samym kierunku i z takimi samymi prędkościami samochody. Względna prędkość jest zero, można przeskoczyć z jednego samochodu na drugi.
Sprawa lotów międzykontynentalnych jest bardziej skomplikowana, bo w atmosferze występują cyrkulacje powietrza spowodowane ruchem obrotowym. Wykorzystanie tych prądów wpływa np. na zmniejszenie czasu podróży pomiędzy Tokio a Los Angeles o kilka godzin. Umożliwia również podróże balonami stratosferycznymi.
W pytaniu zawarty jest jeszcze jeden aspekt. Potraktujmy to pytanie bardzo precyzyjnie. Wiadomo z prawa zachowania momentu pędu, że dla ruchu w polu grawitacyjnym iloczyn wektora wodzącego i składowej prędkości prostopadłej do tego wektora jest stały. Oznacza to, że gdy stoimy na równiku i podskoczymy pionowo do góry, to ponieważ zmieni się nasza odległość od środka Ziemi, bezwzględna prędkość wzdłuż równika zmaleje. Czyli zaczniemy się poruszać wolniej niż powierzchnia Ziemi. Po opadnięciu nasza prędkość wzdłuż równika powróci do początkowej wartości, ale nie spadniemy dokładnie w to samo miejsce. Szczegółowe obliczenia dają wzór na przesunięcie s=(4/3)Pi*v^3/(g^2T), gdzie v jest prędkością wyskoku w kierunku pionowym, g przyspieszeniem ziemskim, a T okresem obrotu Ziemi. Dla podskoku z prędkością 5m/s (podskoczymy wtedy na wysokość 1,2 m) nasze przesunięcie wyniesie 0,06mm.
Do spisu pytań

Pytanie: Czy mikrofalówka może powodować nowotwory? Jeśli po otwarciu mikrofalówki, światło pada jeszcze na posiłek, czy jest to bezpieczne dla osoby która ją otworzyła?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Zwiększenie prawdopodobieństwa powstania nowotworu powodowane jest przez czynniki, które są w stanie zmodyfikować DNA. Takimi czynnikami są pewne związki chemiczne oraz tzw. wolne rodniki powstające w komórkach pod wpływem pewnych cząsteczek chemicznych lub promieniowania jonizującego (promieniowanie rentgenowskie, alfa, beta). Promieniowanie obecne w mikrofalówce ma częstości gigahertzowe i oddziałuje z cząsteczkami materii, które mają moment dipolowy. Energie oddziaływania są tak małe, że jedynym efektem jest wzrost temperatury. Nie są znane procesy, w których promieniowanie o częstości gigahertzowej powoduje modyfikacje DNA. Zatem efekt mikrofalówki to wzrost temperatury naświetlanej żywności. Jeśli dojdzie do zwęglenia, to powstają oczywiście związki o własnościach rakotwórczych. To samo dzieje się jednak podczas pieczenia lub grillowania.
Światło w mikrofalówce jest zainstalowane dla wygody użytkownika i nie stanowi żadnego zagrożenia.
Podsumowując: nie są znane wyniki badań wskazujące na zwiększanie ryzyka chorób nowotworowych spowodowane użytkowaniem mikrofalówek. Jest to zgodne z wiedzą fizyczną na temat oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią.
Do spisu pytań

Pytanie: Mam pytanie dotyczące stabilności naszego Układu Słonecznego. Czy jest możliwe, że Merkury zostanie wyrzucony w kosmos jeszcze zanim nasze słońce będzie się zamieniać w czerwonego olbrzyma? Dlaczego w takim razie na skutek grawitacji nie wpadnie on na słońce? W jaki sposób można wyliczyć za ile lat to będzie i jak zmieni się choćby klimat ziemi, długość roku itp.? Czy Ziemia też zostanie "wybita" w kosmos?

Odpowiada dr hab. Marek Nikołajuk:
Nasz Układ Słoneczny jest stabilny i będzie spokojnie trwał nawet jak Słońce zacznie się zamieniać w czerwonego olbrzyma i połykać w swoim rozszerzaniu Merkurego i Wenus, a może i Ziemię. Merkury zatem nie zostanie wyrzucony, lecz utopi się we wnętrzu Słońca. Ziemia też nie zostanie "wybita" w kosmos. Porządki i wyrzucanie planet Układ Słoneczny przeszedł na początku swojego formowania się. Gorzej jest z planetami w układzie podwójnym. Tu obliczenia wskazują, że może być kłopot.
A jak się zmieni klimat na Ziemi? Nawet nie trzeba czekać, aż Słońce przybliży swoją powierzchnię do Ziemi. Już za paręset milionów lat kontynenty odpowiednio się przesuną tworząc superkontynent i wtedy klimat się zmieni. W środku może być klimat pustynny. Jeżeli natomiast poczekamy dłużej, to Słońce zacznie podnosić powoli swoją moc promieniowania. Już za jakieś 3-4 mld lat od dzisiaj na Ziemi zrobi się gorąco, wyparują oceany, a bez ciekłej wody zgubny nasz Ziemian los. Do tego czasu, pewnie nas już nie będzie :).
Do spisu pytań

Pytanie: Czym z punktu widzenia odkryć OGW i STW jest czas i czasoprzestrzeń? Co to znaczy w kontekście samego czasu, że ma ona niezerową krzywiznę? Czy teraźniejszość jest szczególnie wyróżniona względem przeszłości? Czy istnienie w teraźniejszości jest bardziej "realne" od istnienia w przeszłości?

Odpowiada prof. Piotr Jaranowski:
Ogólna teoria względności (OTW) Einsteina jest teorią, która opisuje grawitację w sposób zgodny ze szczególną teorią względności (STW). OTW jest równocześnie uogólnieniem teorii grawitacji Newtona słusznym dla silnych pól grawitacyjnych, dla których teoria Newtona przewiduje wyniki niezgodne z tym, co współcześnie obserwują astronomowie.
Obie teorie, STW i OTW, traktują Wszechświat, w którym żyjemy, jak czasoprzestrzeń. Czasoprzestrzeń jest zbiorem wszystkich zdarzeń, które są udziałem wszystkich obiektów (włącznie z żywymi istotami) wypełniających Wszechświat w ciągu całej historii istnienia tych obiektów. Dlatego czasoprzestrzeń zawiera pełną informację o losach Wszechświata i wszystkich wypełniających go obiektów i jako taka jest niezmienna lub, jak lubią mawiać fizycy i filozofowie, absolutna.
Czasoprzestrzeń jest tworem czterowymiarowym: trzy wymiary są związane z przestrzenią, jeden z czasem. Czasoprzestrzeń jest absolutna, ale jej podział na czas i przestrzeń już nie: w obu teoriach z każdym poruszającym się w czasoprzestrzeni obiektem (który fizycy lubią nazywać obserwatorem) związany jest czas mierzony przez zegary poruszające się z tym obserwatorem i każdy taki obserwator postrzega swoją własną trójwymiarową przestrzeń. Odstępy czasu i odległości przestrzenne pomiędzy dwoma ustalonymi zdarzeniami są na ogół różne dla różnych obserwatorów, którzy poruszają się względem siebie. Różne też będą na ogół zbiory zdarzeń, które różni obserwatorzy będą traktować jako swoją przeszłość lub przyszłość (aczkolwiek niektóre zdarzenia mogą być w przyszłości bądź przeszłości obu obserwatorów równocześnie).
Czasoprzestrzeń STW jest płaska, natomiast czasoprzestrzeń OTW jest zakrzywiona i krzywizna czasoprzestrzeni jest związana z obecnością pól grawitacyjnych. Mówiąc jeszcze inaczej: zgodnie z OTW grawitacja nie jest siłą, jest właśnie zakrzywieniem czasoprzestrzeni.
Jeśli moja odpowiedź nie wyjaśnia wszystkiego, proszę się dopytać.

Kontynuacja pytania: Ponad odpowiedzi udzielone interesuje mnie jeszcze rozwinięcie tematu zjawiska foliacji czasoprzestrzeni, a więc nierównoczesności występowania "teraźniejszości" kilku znacznie oddalonych od siebie, oraz poruszających się obserwatorów. Jak to możliwe, iż to co my zwykliśmy nazywać naszą teraźniejszością, znajduje się w przeszłości lub przyszłości innego obserwatora? Z kolei jego "teraźniejszość" istnieje w naszej przy/przeszłości.

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Dołożę tu swoje wyjaśnienie: Zjawisko względności równoczesności jest prostą konsekwencją szczególnej toerii względności. Dwa odległe w przestrzeni zdarzenia A i B (np. bomba wybucha w punkcie a i bomba wybucha w punkcie b) mogą być potrzegane przez trzech różnych obserwatprów tak, że
obserwator 1 stwierdzi, że zdarzenia A i B zaszły w tym samym czasie według zegara spoczywającego względem obserwatora 1
obserwator 2 stwierdzi, że zdarzenia A zaszło wcześniej niż zdarzenie B według zegara spoczywającego względem obserwatora 2
obserwator 3 stwierdzi, że zdarzenia A zaszło póżniej niż zdarzenie B według zegara spoczywającego względem obserwatora 3.
Zauważmy, że zawsze "wcześniej" czy "później" związane jest z zegarem, który ma dany obserwator.
Do spisu pytań

Pytanie: Jakie znaczenie ma fizyka w motoryzacji? Czemu ona służy? Czy bez niej dałoby się normalnie funkcjonować?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Spójrzmy na rozwój motoryzacji od strony historycznej. Wszystko zaczęło się od maszyn parowych. Wtedy bardzo intensywnie rozwijała się termodynamika i zrozumiano, że np. silniki benzynowe są sprawniejsze od parowych, a silniki odrzutowe są sprawniejsze od silników tłokowych. Dzisiaj nikt nie zajmuje się maszynami parowymi dlatego, że prawa fizyki podpowiadają, że sprawność takich silników jest niska w porównaniu z silnikami o wysokich temperaturach spalania. Podobne rozważania można prowadzić w odniesieniu do każdego niemal elementu czy układu w motoryzacji. Mamy więc fizykę/chemię źródeł energii elektrycznej (akumulatory w samochodach), fizykę/chemię spalania (układy turbodoładowania i katalizatory). Dział fizyki zwany reologią zajmuje się tarciem i ma ogromne zastosowanie w projektowaniu układu sprzęgła, hamulców, opon i układu smarowania. Fizyka i chemia polimerów pomaga w poszukiwaniu najlepszych rozwiązań dla tapicerki, lakierów i karoserii. Oczywiście nie można zapomnieć o elektronice i informatyce, która jest podstawą przy konstrukcji komputerów pokładowych, układu zapłonu, GPS, ABS i wielu innych.
Fizyka ma ogromne znaczenie w zwiększeniu bezpieczeństwa. Przebadano i zrozumiano zjawiska zderzeń i współczesne samochody są tak konstruowane, by zniszczeniu ulegała karoseria, a nie przestrzeń, w której znajdują się ludzie. Gdybyśmy więc choć na chwilę zapomnieli o fizyce czy chemii, w motoryzacji nie byłoby rozwoju.
Do spisu pytań

Pytanie: Czy teoretycznie zapalając latarkę na Ziemi (nie ma atmosfery) w kierunku Księżyca można spodziewać się że zostanie on oświetlony? Co się dzieje z wyemitowanym światłem np przez nasze Słońce gdy nie trafi teoretycznie na żadną przeszkodę? Czy światło może samoistnie zaniknąć?

Oto niezależne odpowiedzi dotyczące różnych wątków poruszanego problemu.

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Natężenie oświetlenia zmienia się z odległością D od źródła światła jak 1/D^2. Tak więc Księżyc będzie oświetlany (r/D)^2 razy słabiej niż kartka papieru z odległości r=1m. Podstawiając odległość do Księżyca R=380000 km otrzymamy ułamek natężenia oświetlenia 7*(10^(-18)). Z jednej strony tak małe natężenie oświetlenia ciągle daje ogromną liczbę fotonów na sekundę. Z drugiej strony Ziemia odbija światło słoneczne i oświetla Księżyc w znacznie większym stopniu, niż rozważana latarka. Tak więc z Księżyca oświetlającej go latarki nie zobaczymy.

Odpowiada prof. Piotr Jaranowski:
Dobrym przykładem "trwałości" fotonów są fotony mikrofalowego promieniowania tła, które powstały ponad 13 miliardów lat temu i wciąż niosą informacje o otoczeniu, w którym powstawały (chodzi o drobne fluktuacje temperatury tego promieniowania odzwierciedlające fluktuacje gęstości materii we wczesnym Wszechświecie).

Odpowiada dr hab. Michał Spaliński:
Foton (np. wyemitowany przez słońce) może oddziaływać z innymi cząstkami, ale nie może tak po prostu zniknąć. Zawsze niesie jakiś pęd i energię.

Odpowiada dr hab. Jerzy Przeszowski:
Światło emitowane przez Słońce jest zbiorem fotonów, czyli bezmasowych cząstek, które w abstrakcyjnej pustej przestrzeni są stabilne, a więc mają nieskończony czas życia. Taki foton porusza się zawsze z prędkością światła c, a widziany przez różnych poruszających się obserwatorów może mieć różną energię i pęd. Pomiędzy jego energią E i wartością (długością) pędu p zachodzi związek E = c p.
W pytaniu pojawia się pojęcie braku przeszkody, ale co fizyk rozumie mówiąc o pustej przestrzeni? Czy pusta przestrzeń jest opisywana przez kwantowy stan próżni? W ramach kwantowej teorii pola próżnia nie jest pusta, bo zawiera wirtualne pary cząstka-antycząstka. Ich wirtualność oznacza, że nie jest dla nich spełniona relacja dyspersyjna - zależność energii od pędu i dlatego nie mogą być zaobserwowane w żaden sposób – bezpośrednio lub pośrednio. Foton jako cząstka oddziałuje z prądami obdarzonymi ładunkiem elektrycznym. Wirtualne pary cząstka-antycząstka tworzą takie prądy. Teorią opisującą oddziaływanie elektronów i pozytronów z fotonami jest elektrodynamika kwantowa.
Proces: foton → elektron + pozytron.
Elementarnym procesem jest zamiana fotonu w elektron i pozytron. Ale czy powstałe cząstki są fizyczne czy wirtualne? W tym celu rozpatrzmy ten proces w układzie środka masy, to jest takim, gdzie suma pędów cząstek znika. Dla cząstek z jednakową masą – w układzie środka masy mają one prędkości o tej samej wartości, ale przeciwnie skierowane. Teraz zasada zachowania pędu wymaga, aby początkowy foton miał też znikający pęd, a to nie jest możliwe, więc proces ten nie produkuje cząstek fizycznych i para elektron-pozytron anihiluje w foton w procesie odwrotnym. Nowy foton ma ten sam pęd co foton początkowy.
Powstaje pytanie, czy po takim oddziaływaniu mamy do czynienia z tym samym fotonem, który powstał na Słońcu, bo po drodze zamienił się w parę elektron-pozytron i ponownie stał się fotonem o tych samych liczbach kwantowych co przed tym oddziaływaniem? Ale skoro taki proces produkcji i anihilacji wirtualnych par nie jest obserwowalny w doświadczeniu, więc możemy uznać, że JEST TO TEN SAM FOTON.
Proces: foton(1) → elektron + pozytron + foton(2)
Aby zbadać, czy ten proces jest dopuszczalny przez zasady zachowania energii i pędu, rozpatrzmy go w układzie środka masy dla elektronu i pozytronu. Teraz zasada zachowania pędu mówi, że pęd fotonu(1) musi być taki sam jak pęd fotonu(2). To z kolei prowadzi do równości energii obu fotonów I nie może być przekazania energii od fotonu(1) do fizycznej pary elektron-pozytron.
Proces: foton(1) + foton(2) → elektron + pozytron Teraz jeżeli energie niesione przez oba fotony są odpowiednio duże, to istnieje możliwość produkcji pary fizycznych cząstek. Aby rozważyć zasady zachowania pędu i energii, rozpatrzmy ten proces w układzie środka masy przed i po procesie. Dla dwóch fotonów, które poruszają się w przeciwnych kierunkach możemy znaleźć układ, w którym niosą one pędy o tej samej wartości, ale przeciwnych kierunkach, więc pęd całkowity znika. W układzie środka masy możemy uzyskać najbardziej wydajną zamianę energii fotonów na masę spoczynkową pary elektron-pozytron, bo pędy końcowe cząstek mogą być dowolnie małe, więc możemy zredukować energię kinetyczną cząstek końcowych. Taka końcowa energia kinetyczna psuje efektywność procesu produkcji par cząstek. Najprościej byłoby, gdyby dwa fotony miały ten sam pęd i poruszały się w przeciwnych kierunkach. Wtedy dla energii fotonu równej około 5∙10^5 eV, mielibyśmy produkcję fizycznej pary elektronu i pozytronu. Mamy wzór łączący energię fotonu E i długość fali elektromagnetycznej L:
L = (1/E) ∙ 10^(-6),
gdzie energia mierzona jest w eV, a długość fali w metrach. To oznacza, że taka produkcja par pojawiałaby się dla fotonów o długości fali L = 2∙10^(-12) m, a jest to promieniowanie gamma, które jest na granicy obserwowalnego widma światła Słońca. Ale w światle wytworzonym na Słońcu oraz w pustej przestrzeni nie mamy takich przeciwbieżnych fotonów, bo w swoim najbliższym otoczeniu fotony poruszają się w tym samym kierunku. Dla takich fotonów nie ma układu środka masy i proces produkcji pary jest zabroniony podobnie do procesu z jednym fotonem, od którego rozpoczęliśmy rozważania. To oznaczałoby, że fotony wyprodukowane na Słońcu nie będą produkowały fizycznych par cząstek i będą poruszały się w nieskończoność. Ale w fizycznej pustej przestrzeni mamy fotony tła pochodzące z wczesnych etapów ewolucji Wszechświata ( promieniowanie reliktowe), mają one energię odpowiadającą promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temperaturze 2.72 K, co odpowiada energii E = 2.72 ∙ 8.62 ∙ 10^(-5) eV = 2.34 ∙ 10^(-4) eV oraz długości fali
L = ½ ∙ 10^4 ∙10^(-6) m = 5 ∙ 10^(-3) m = 5 mm,
więc jest to promieniowanie podczerwone. Fotony te poruszają się we wszystkich kierunkach w przestrzeni, więc na pewno znajdą się i takie, które będą się poruszać przeciwnie do fotonów ze Słońca. Pozostaje jedynie ustalenie, jaką energię muszą nieść fotony słoneczne, aby było możliwe wytworzenie rzeczywistej pary elektron-pozytron. W tym celu musimy przejść od laboratoryjnego układu odniesienia (związanego z Ziemią i Słońcem), gdzie jeden z fotonów niesie bardzo mały pęd (i energię), do układu środka masy dwóch przeciwbieżnych fotonów.
PRZYPADEK NIERELATYWISTYCZNY.
Nasza intuicja ma charakter nierelatywistyczny, bo takie mamy codzienne doświadczenie. Rozpatrzmy przypadek, gdy w układzie laboratoryjnym mamy dwie cząstki o tej samej masie M, ale jedna z nich ma bardzo mały pęd p(1) w porównaniu do pędu p(2) drugiej cząstki. W układzie środka masy te cząstki poruszają się w przeciwnych kierunkach z prędkościami o tej samej wartości, która jest w przybliżeniu równa połowie prędkości cząstki drugiej w układzie laboratoryjnym. To oznacza, że wartość pędu tych cząstek wynosi p = ½ ∙ p(2), czyli ich energia kinetyczna wynosi około ¼ energii kinetycznej cząstki drugiej w układzie laboratoryjnym. Dlatego do produkcji nowych cząstek mamy jedynie ¼ energii przenoszonej przez cząstkę o pędzie p(2). Gdyby to rozumowanie było słuszne również dla fotonów, to aby była możliwa produkcja fizycznej pary elektron-pozytron, to potrzebowalibyśmy fotonu słonecznego o energii 2∙10^6 eV. (Widzimy, że połowa tej energii będzie marnowana na energię kinetyczną cząstek końcowych.) Taka energia odpowiada długości fali L = ½ ∙10^(-6) ∙10^(-6) m = 5 ∙10^(-13) m, co odpowiada promieniowaniu gamma. Ale czy ten opis stosuje się do fotonów?
PRZYPADEK RELATYWISTYCZNY.
Fotony są szczególnymi cząstkami relatywistycznymi, bo ich prędkość w każdym układzie odniesienia wynosi c. Dlatego prawo transformacji pędu i energii przy przechodzeniu od jednego układu odniesienia do drugiego poruszającego się układu nie jest intuicyjne, ale za to bardzo proste: energia i pęd skalują się o ten sam czynnik: E' = g E, p' = g p, gdzie czynnik g zależy od prędkości względnej v tych układów. Jeżeli kierunek v jest zgodny z kierunkiem pędu fotonu, to czynnik g < 1, a jeżeli kierunek jest przeciwny, to g > 1. W ten sposób układ środka masy przeciwbieżnych fotonów porusza się zgodnie z kierunkiem poruszania się fotonu o większym pędzie (energii) – w naszym przypadku zgodnie z kierunkiem poruszania się fotonu słonecznego. Aby w układzie środka masy była możliwa produkcja rzeczywistej pary elektron-pozytron, to oba fotony muszą mieć energię E' = 5 ∙10^5 eV. To pozwala wyznaczyć czynnik g(2) dla fotonu reliktowego promieniowania tła z równania
E'(2) = 5∙10^5 = g(2) E(2) = g(2)∙2∙10^(-4),
więc g(2) = 2.5 ∙10^9. Czynnik g(2) >1, bo układ środka masy porusza się przeciwnie do ruchu fotonu o niższej energii. Ale dla fotonu o energii wyższej mamy zależność g(1) = 1/g(2) = 4∙10^(-10)<1 bo układ środka masy porusza się zgodnie z kierunkiem tego fotonu. A to oznacza, że energia słonecznego fotonu E(1) musi spełniać równanie E'(1) = 5∙10^5 eV = E(1) g(1) = E(1)∙4∙10^(-10), więc otrzymujemy E(1) = 10^(15) eV, co odpowiada długości fali
L = 10^(-15)∙10^(-6) m = 10^(-21) m.
Ale aby wyobrazić sobie co oznacza długość 10^(-21) m wprowadźmy jednostkę długości używaną do opisu zjawisk atomowych 1 Å = 10^(-10) m, jest to jeden angstrem. To co w naszej ludzkiej skali wyrażamy wygodnie w metrach, tak samo dla atomów naturalną jednostką jest angstrem. Widzimy, że czynnik 10^(-10) oznacza skalę przejścia od ludzkich rozmiarów do rozmiarów atomowych. Długość fali fotonu słonecznego, który mógłby wyprodukować rzeczywistą parę elektron-pozytron w wyniku oddziaływania z fotonem promieniowania reliktowego, wynosi L = 10^(-11) Å. Widzimy że jest ona mniejsza od skali atomowej o ten sam czynnik o jaki skala atomowa jest mniejsza od naszej ludzkiej skali. Ponieważ obserwowane widmo promieniowania elektromagnetycznego Słońca rozpoczyna się od długości fali 10^(-3) Å, więc możemy przyjąć, że w promieniowaniu Słońca nie ma fotonów o długości fali L = 10^(-11) Å. Stąd ostateczny wniosek, że ŚWIATŁO SŁONECZNE BĘDZIE PORUSZAŁO SIĘ W NIESKOŃCZONOŚĆ W PUSTEJ PRZESTRZENI, KTÓRA WYPEŁNIONA JEST PROMIENIOWANIEM RELIKTOWYM TŁA. Ważnym czynnikiem prowadzącym do takiej konkluzji jest relatywistyczna natura fotonu, szczególnie widoczna przy przechodzeniu do układu środka masy dwóch przeciwbieżnych fotonów.
Do spisu pytań

Pytanie: Co napędza elektrony, że są one w ruchu? Czy "wielki wybuch" ma coś z tym wspólnego? Nie było czegoś, a teraz jest? Coś jak tik-tak-tik-tak. I czy jakaś energia, która napędza elektrony, może na tyle osłabnąć że przestanie na nie oddziaływać i to wszystko się rozpadnie - zniknie, nastąpi "wielki koniec"?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Zauważmy, że utrzymanie ciała w ruchu nie wymaga dostarczania energii. Jest to podstawowe prawo przyrody odkryte i wykorzystane do wyjaśniania funkcjonowania świata przez Galileusza. W układzie inercjalnym ciało swobodne będzie poruszać się ruchem prostoliniowym zachowując energię. Elektrony podlegają temu samemu prawu. Zatem swobodny elektron też będzie poruszał się wiecznie. Do wyjaśnienia tego zjawiska nie potrzeba odwoływać się do „wielkiego wybuchu”.
Elektrony oddziałują z jądrami oraz innymi elektronami. W mikroświecie nie ma sił oporu (takich jak na przykład tarcie lub lepkość). Z tego powodu całkowita energia układu elektronów i jąder nie zmienia się i elektrony poruszają się przekazując czy też rozdzielając między siebie całkowitą energię. Można tu podać pewną analogię z zachowaniem się obiektów astronomicznymi. W tym przypadku mamy bardzo małe opory ruchu. Dlatego w Układzie Słonecznym planety i Słońce poruszają się wymieniając między sobą energię i do utrzymania tego ruchu nie jest potrzebna żadna sił napędowa. Układ zachowuje stałą energię.
Do spisu pytań

Pytanie: W ostatnich latach ukazało się kilka prac mówiących o tym ze nasz świat to hologram/ projekcja realnego świata, co ponoć wiąże się z istnieniem grawitacji. Byłabym wdzięczna za proste wyjaśnienie w jaki sposób istnienie grawitacji sugeruje możliwość że nasz świat jest hologramem.

Odpowiada dr hab. Michał Spaliński:
Prac dotyczących zasady holograficznej ukazało się od 1997 roku kilkanaście tysięcy, czyli naprawdę sporo. Hipoteza jest następująca: układy, które zawierają grawitacyjne stopnie swobody, mogą być opisane w całkowicie równoważny sposób jako układy bez grawitacyjnych stopni swobody w czasoprzestrzeni o wymiarze mniejszym o jeden. Mowa jest tu o opisach równoważnych: żaden nie jest bardziej prawdziwy!
Nie jest do tej pory jasne, na ile ogólnie ta równoważność obowiązuje, ale wtedy kiedy zachodzi, kluczowe jest uwzględnienie efektów kwantowych. Punktem wyjścia są oszacowania liczby stopni swobody czarnych dziur. Wynika z nich, że tych stopni swobody jest dużo mniej niż dla teorii kwantowej w przestrzeni Minkowskiego z trzema wymiarami przestrzennymi.
W 1997 roku J. Maldacena odkrył konkretny przykład układu, gdzie taka holograficzna relacja zachodzi. Nie istnieje jednak bezpośredni dowód, a tym bardziej prosty argument, pokazujący dlaczego tak jest. Wierzymy, że relacja ta zachodzi, bo wiele wielkości da się obliczyć w obu "językach" i wyniki są zgodne (często w spektakularny sposób). Do tej pory nikt jednak nie wie dlaczego tak się dzieje, ani co z tego ostatecznie wynika. Jest to obecnie jeden z głównych nurtów badań w fizyce teoretycznej.
Do spisu pytań

Pytanie: Wiem, że na granicy tkanek w organizmie a zwł. przy implantach metalowych powstają prądy wirowe Faucaulta, które są szkodliwe dla organizmu i mogą oparzyć tkanki. Doktor zastosował pacjentce, do tego w ciąży, prądy TENS na metalową stabilizację kręgosłupa z kilkoma śrubami (stabilizacja jako korekta skoliozy). Jak to zinterpretować?
Lekarz również zastosował ultradźwięki nad implantem metalowym. Czy to dopuszczalne? Czy przy implantach metalowych można w ogóle stosować ultradźwięki?

Odpowiada dr hab. Andrzej Andrejczuk:
Są to odpowiedzi fizyka, który może nie znać szeregu subtelnych efektów oddziaływania pól elektromagnetycznych czy fali dźwiękowej na ogólny ustrój człowieka.
1) Prądy wirowe Faucaulta powstają w materii przewodzącej umieszczonej w zmiennym polu magnetycznym. Elektrostymulacja polega na podłączeniu elektrod do skóry pacjenta i wytworzeniu zmiennych pól elektrycznych. Prądy, jakie płyną, są niewielkie i wytwarzają znikome prądy wirowe. Części metalowe mogą mieć o tyle znaczenie, o ile znajdą się na drodze pola elektrycznego i zmieniają przepływ prądów. Mogłoby to nastąpić gdyby elektroda do stymulacji była podłączona do implantu albo znajdowała się blisko niego. Myślę jednak, że nawet w takich przypadkach przy odpowiednim doborze niskiej amplitudy napięcia na elektrodach można stosować elektrostymulację. To czy można stosować elektrostymulację w przypadku ciąży, może ocenić tylko lekarz.
2) Jeżeli chodzi o ultradźwięki: implanty metalowe bardzo dobrze odbijają ultradźwięki, bo metal ma znacznie większą sprężystość w stosunku do tkanki miękkiej. Implanty mogą zatem utrudniać obrazowanie jeżeli zasłaniają badany organ, jednak ich obecność nie powoduje niczego złego podczas diagnostyki ultrasonograficznej, która jest wykonywana przy niewielkich natężeniach ultradźwięków.
W przypadku terapii ultrasonograficznej gdzie natężenie dźwięku jest większe i jego przestrzenny rozkład w organizmie pacjenta jest ważny, obecność dużych płaskich części metalowych w ciele pacjenta może mieć wpływ na rozkład amplitudy fali dźwiękowej. Metal zanurzony w tkance miękkiej znacznie słabiej pochłania energię z fali dźwiękowej w stosunku do lepkiej cieczy, więc nie spodziewałbym się zagrożenia, że rozgrzeje się on bardziej niż tkanka.
Do spisu pytań

Pytanie: Co się dzieje w przypadku, gdy siły przylegania są takie same jak siły spójności?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Zacznijmy od tego, że siły przylegania jak i siły spójności są wielkościami określanymi w skali atomowej i nie są bezpośrednio wyznaczane eksperymentalnie. Siły te można modelować w oparciu o oddziaływania pomiędzy cząsteczkami cieczy oraz oddziaływania pomiędzy cząsteczkami cieczy i stykających się innych ciał lub cieczy. Mierzalne są natomiast efekty wynikające z istnienia tych sił – makroskopowa wielkość nazywana napięciem powierzchniowym granicy rozdziału dwóch faz. Napięcie powierzchniowe można rozumieć jako dodatkową energię układu wynikającą z pojawienia się granicy rozdziału faz lub siły działające równolegle do powierzchni rozdziału faz, proporcjonalne do długości brzegu powierzchni rozdzielającej.
W przypadku układu dwóch faz (dwóch stanów skupienia, np. wody i pary wodnej) granica pomiędzy wodą a parą wodną ma dodatkową energię i minimalizacja tej energii prowadzi do kulistego kształtu kropel lub pęcherzyków pary we wrzątku. Przy wzroście temperatury napięcie powierzchniowe maleje i w tzw. punkcie krytycznym spada do zera (dla wody jest to T=647 K, p=22 MPa). W tych warunkach nie ma granicy rozdziału faz i nie tworzą się dwie fazy. W punkcie krytycznym wody mamy jednorodną substancję podobną z wyglądu do mgły lub mleka.
W przypadku gdy mamy trzy fazy (np. ciecz, gaz nad cieczą i ścianki naczynia) tworzą się trzy powierzchnie – granice rozdziału faz: 1. granica ciecz-gaz, 2. granica ciecz-naczynie, 3. granica gaz-naczynie. Dla każdej z tych powierzchni mamy określone napięcie powierzchniowe. W wyniku oddziaływań wszystkich trzech faz pomiędzy granicami rozdziału tworzą się charakterystyczne kąty, na podstawie których można określić relacje pomiędzy poszczególnymi napięciami powierzchniowymi. Jeśli któreś z tych wielkości są równe sobie, to jedna z powierzchni jest prostopadła do pozostałych dwóch.
Do spisu pytań

Pytanie: Moje pytanie dotyczy napięcia powierzchniowego i możliwości oddziaływania na nie za pomocą cewki elektromagnetycznej. Czy jest możliwe zwiększenie napięcia wody takim sposobem? Czy po takiej wodzie można by chodzić?

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Zacznijmy od tego, że po wodzie już można chodzić. Potrafi to np. pająk nartnik duży (Gerris lacustris). Dodajmy, że napięcie powierzchniowe nie jest charakterystyką (właściwością) samej wody, lecz zależy od tego z czym woda się styka. Mówimy, że jest własnością granicy rozdziału faz. W szczególności można mówić o napięciu powierzchniowym układu woda-powietrze (najczęściej to właśnie mamy na myśli), lub woda-para wodna, lub woda-substancja z której zbudowana jest noga nartnika dużego.
Cząsteczki wody, pomimo tego że są elektrycznie obojętne, posiadają elektryczny moment dipolowy. Pole elektryczne bardzo wyraźnie orientuje cząsteczki wody (duża stała dielektryczna w porównaniu ze stałymi dielektrycznymi innych substancji). Cząsteczki wody są diamagnetyczne i w silnych polach magnetycznych można obserwować lewitację wody.
Cząsteczki wody ulegają rozpadowi wytwarzając niewielką koncentrację jonów dodatnich i ujemnych. W określonej temperaturze tworzy się koncentracja równowagowa zdysocjowanych jonów. Z tego powodu woda ma skończone elektryczne przewodnictwo właściwe.
Woda posiada bardzo skomplikowaną strukturę mikroskopową. Z powodu istnienia wiązań wodorowych cząsteczki wody tworzą lokalne struktury, coś w rodzaju cząsteczek o regularnym kształcie, zbudowanych z cząsteczek wody. Te struktury, w przeciwieństwie do struktur w ciałach stałych, mają skończony czas życia. Pole elektryczne jak i magnetyczne ma pewien wpływ na wewnętrzną strukturę wody, są to jednak zjawiska subtelne, ujawniające się przy dużej precyzji eksperymentów.
Widać, że jest wiele mechanizmów odpowiadających za fizyczne właściwości wody. Każda zmiana własności fizycznych wody powinna skutkować zmianami napięcia powierzchniowego. Zwykle jednak zmiany te są małe i trudne do eksperymentalnej weryfikacji. Ale nie ma prawa fizyki, które zabraniałoby istnienia czynnika elektromagnetycznego istotnie zwiększającego napięcie powierzchniowe na granicy jakiegoś układu z wodą.
Do spisu pytań

Pytanie: Czy wiek wszechświata jest liczony całościowo dla całego wszechświata, czy też jest to wiek takiego "tu i teraz" - jeśli tak to można określić. Spróbuję więc jeszcze raz nakreślić mój dylemat dotyczący tego zagadnienia. Oczywiście jest to niemożliwe, ale zakładając czysto hipotetycznie, że jestem świadkiem powstania wszechświata, to w moim rozumowaniu byłbym jego centrum - każda inna perspektywa obserwacji aktu stworzenia świata musiałaby zakładać inną rzeczywistość, która obserwuje początek narodzin innego wszechświata, a przecież wcześniej nie mogło nic istnieć. Czyli będąc świadkiem narodzin wszechświata obserwuję nagłą i gwałtowną ekspansję, która przebiega z prędkościami bliskimi prędkościami świata, lub jej równymi. A więc zgodnie z teorią względności, dla oddalających się ode mnie cząstek wyłonionych z wielkiego wybuchu czas płynie wolniej; czyli jeśli dla mnie upłynęło np. 100 lat obserwacji wielkiego wybuchu, to te obserwowane przeze mnie cząstki, które oddalają się ode mnie z prędkościami bliskimi prędkości światła, mają znacznie krótszy czas istnienia.
Nurtuje mnie ten problem, bo wyłania mi się z tego obraz wszechświata, który przypomina niejako cebulę, a warstwy tej cebuli to przesunięcie w czasie, gdzie środek to moja pozycja obserwatora, a każda kolejna warstwa to odpowiednio późniący się względem mojego zegara czas, aż do najbardziej zewnętrznej warstwy tej cebuli, gdzie czas nawet nie zaistniał.

Odpowiada dr Marek Nikołajuk:
Prosta odpowiedź na to pytanie jest taka, że to przestrzeń między cząstkami puchnie, a nie cząstki poruszają się z prędkościami przekraczającymi prędkość światła. Środek Wszechświata został w czasie, a nie ma go we współczesnej przestrzeni 3D.
Odpowiada prof. Piotr Jaranowski:
Wszechświatem jako całością zajmuje się kosmologia. Współczesna kosmologia oparta jest na ogólnej teorii względności. W tej teorii czas pojawia się w podwójnej roli: jako współrzędna czasowa, która wraz z trzema współrzędnymi przestrzennymi służy do rozróżnienia rozmaitych zdarzeń dziejących się we Wszechświecie, oraz jako tzw. czas własny wskazywany przez zegar poruszający się wraz z jakimś obserwatorem. Mamy zatem tyle czasów własnych, ilu mamy obserwatorów.
Wiek Wszechświata, czyli około 13,8 miliarda lat, jest czasem własnym, wskazywanym przez fikcyjnego obserwatora, który włączył swój zegar tuż po Wielkim Wybuchu, a następnie poruszał się wraz z rozszerzającym się Wszechświatem. W istocie możemy wyobrazić sobie bardzo wielu takich obserwatorów, którzy włączyli swoje zegary tuż po Wielkim Wybuchu i potem poruszają się wraz z rozszerzającym się Wszechświatem w różnych kierunkach. Żaden z tych obserwatorów nie jest wyróżniony, co należy rozumieć następująco: gdy dowolny z nich odczyta na swoim zegarze 13,8 mld lat i rozejrzy się wokół, to zobaczy (w odpowiednio dużej skali) to samo, co każdy inny obserwator - średnio tyle samo galaktyk na jednostkę objętości i średnio tyle samo galaktyk w dowolnym kierunku na niebie.
Do spisu pytań

Pytanie: Czy rozbijając atomy nie budzimy czarnej dziury?

Odpowiada prof. Krzysztof Kurek:
Utworzenie czarnej dziury wymaga niewyobrażalnie dużej energii (masy) zgromadzonej w małej objętości. Klasyczny proces tworzenia czarnej dziury to zapadanie się grawitacyjne gwiazdy neutronowej. W procesie rozbicia atomu wyzwolone energie są wiele rzędów wielkości mniejsze niż takie, które mogłyby ew. taką czarną dziurę utworzyć, tzn. wytworzyć tak gęstą materię jak w gwieździe neutronowej i jeszcze doprowadzić do zapaści w czarną dziurę.
Natomiast można sobie wyobrazić tzw. mikro czarne dziury - obiekty przewidywane przez pewne nowe teorie w większej ilości wymiarów niż nasza rzeczywistość. Takie mikrodziury mogłyby powstawać przy energiach zderzeń cząstek elementarnych w wielkich akceleratorach. Taka dziura zaraz po powstaniu "wyparowała by" zamieniając energię w strumień cząstek. Przy zderzeniach w LHC brano pod uwagę sygnały od takich procesów, ale jak dotąd nie znaleziono takiej sygnatury. To nie oznacza, że przy wyższych energiach nie będzie takiego sygnału.
Mikrodziury są obiektami podobnymi do czarnej dziury, ale nie grozi nam przekształcenie w prawdziwą czarną dziurę (taką jakie istnieją we wszechświecie) - prawdopodobieństwo takiego ew. przekształcenia jest znacznie mniejsze niż prawdopodobieństwo, że czarna dziura powstanie samorzutnie w promieniowaniu kosmicznym, a to jest gigantycznie małe.
Rozbicie jądra dostarcza dużo energii, ale rozproszonej i nawet takie mikrodziury nie powstaną.
Do spisu pytań

Pytanie: Jeśli E=mc^2, a więc energia, to masa. Czy w związku z tym np. układ Ziemia-Księżyc i występująca między nimi siła grawitacyjna w postaci energii potencjalnej Księżyca w odniesieniu do Ziemi, jest wliczona w masę tych dwóch ciał, gdyby potraktować je jako całość?

Odpowiada prof. Piotr Jaranowski:
Efekty relatywistyczne w grawitacji, czyli efekty związane ze szczególną teorią względności, której jedną z konsekwencji jest słynny wzór E = mc^2, opisane są przez ogólną teorię względności (OTW) sformułowaną, tak jak i szczególna teoria względności, przez Einsteina. OTW z jednej strony jest uogólnieniem teorii grawitacji Newtona (opartej na prawie powszechnego ciążenia Newtona), pozwalającym opisywać silne pola grawitacyjne, a z drugiej właśnie szczególnej teorii względności, która poprawnie opisuje wszystkie oddziaływania z wyjątkiem grawitacji.
Zgodnie z OTW źródłem pola grawitacyjnego jest nie tylko masa, ale również wszystkie postaci energii oraz przepływy energii. Jeśli zatem rozważymy układ złożony z dwóch ciał o masach m1 i m2, to daleko od tego układu pole grawitacyjne będzie takie, jak wytwarzane przez pojedyncze źródło o całkowitej masie innej niż suma mas m1 + m2. Można to z grubsza interpretować tak, że również grawitacyjna energia potencjalna układu daje wkład do jego masy całkowitej. By efekt ten był zauważalny, układ będący źródłem pola musi być relatywistyczny, tzn. ciała o masach m1 i m2 muszą znajdować się na tyle blisko siebie, by prędkości z jakimi obiegają wspólny środek masy były duże (czyli porównywalne z prędkością światła).
Do spisu pytań

Pytanie: Jeśli wszechświat rozszerza się coraz szybciej, to czy może to oznaczać, że kurczy się jego poznawalna część? Bo to nasuwa przypuszczenie, że gdzieś miliardy lat świetlnych dalej powstaje granica przekraczalności prędkości światła, a co najmniej jej równa, co w przypadku tożsamych czarnych dziur, zakrzywienie czasoprzestrzeni jest tak duże, że pochłania światło. Czyli niejaki horyzont zdarzeń który tam powstaje i się do nas zbliża.

Odpowiada dr Marek Nikolajuk:
W jednorodnych modelach Friedmanna istnieją dwa rodzaje horyzontu: horyzont cząstek i horyzont zdarzeń. Horyzont cząstek określa tę część czasoprzestrzeni, którą zdążyliśmy "zobaczyć" od chwili Wielkiego Wybuchu Wszechświata. To z tego obszaru zdążyły do nas dotrzeć fotony wyemitowane przez oddalające się galaktyki. Natomiast horyzont zdarzeń określa tę część Wszechświata, którą obserwator będzie widział w przyszłości.
Nasz rzeczywisty Wszechświat jest wypełniony materią i energią oraz rozszerza się, więc stożki świetlne (zarówno przeszłości jak i przyszłości obserwatora) nie są takie same. W przypadku Szczególnej Teorii Względności faktycznie one są takie same.
W modelach Wszechświata spowalniającego swoją ekspansję, obserwator będzie widział coraz więcej galaktyk. Sytuacja zmienia się, gdy Wszechświat przyspiesza. Można ją porównać do przypadku, gdy obserwator biegnie ze stałą prędkością na rozciąganej bieżni. Jeśli rozciąganie jest przyspieszane to mimo największych wysiłków odległość obserwatora od mety zamiast maleć - rośnie. Coraz szybciej rozszerzająca się przestrzeń powoduje znikanie odległych galaktyk za rozszerzającym się ze stałą prędkością horyzontem zdarzeń. Ostatecznym efektem przyspieszonej ekspansji jest ucieczka wszystkich galaktyk - oczywiście oprócz naszej Galaktyki - poza horyzont zdarzeń.
Odpowiadając na drugą część pytania: Czarne dziury istnieją w galaktykach, również w naszej Drodze Mlecznej. Materia zawarta w galaktykach nie bierze udziału w ekspansji Wszechświata. Galaktyki posiadają na tyle dużą grawitację, że powstrzymują w niej samej rozszerzanie się przestrzeni. Horyzont zdarzeń jakiejkolwiek czarnej dziury nie zbliża się do nas, o ile oczywiście czarna dziura się do nas fizycznie nie zbliża, bo akurat znalazła się na trajektorii kolizyjnej z Ziemią. Ale o tym nic nie wiadomo. Najbliższa czarna dziura znajduje się tysiące lat świetlnych od nas.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

Pytanie: Jakie napięcia występują 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.
Do spisu pytań

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 się 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
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański i dr hab. Eugeniusz 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.
Do spisu pytań

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 się 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 uporządkowania ferromagnetycznego, np. takiego, jakie obserwujemy w magnesie neodymowym.
Temperatura na powierzchni Ziemi, a więc wpływ klimatu na magnetyzm Ziemi jest pomijalny. Wynika to z mechanizmów powstawania pola magnetycznego Ziemi.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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 (zachodzącego 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 się w spoczynku względem 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 oczekiwać modyfikacji geometrii przestrzeni. Tyle że mogą to być efekty bardzo małe. Jest wiele czynników, które modyfikacje geometrii czasoprzestrzeni wprowadzają w znacznie większym stopniu, np. niejednorodności przyspieszenia ziemskiego spowodowane niejednorodnościami gęstości gruntu, przypływy i odpływy, niejednostajny obrót Ziemi i wiele innych.
Do spisu pytań

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 Brahe, poddane interpretacji przez tego pierwszego, oraz Johannesa 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 Słońca w ciągu roku
  4. zmiana widocznych gwiazdozbiorów 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.
Do spisu pytań

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).
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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 emituje głównie promieniowanie 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 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.
Do spisu pytań

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:).

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
W pytaniu mieszają się dwie sprawy, bezpieczeństwo kierowcy i upraszczające założenia dotyczące pewnego teoretycznego modelu.
Jeśli rozpatrzymy sytuację 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.
Do spisu pytań

Pytanie: Dlaczego przyjęto, że jedna sekunda odpowiada 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 sekundę 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'.

Dodawanie sekundy przestępnej wynika z różnic pomiędzy przyjętą definicją a faktyczną długością roku astronomicznego. Długość roku astronomicznego nie jest wielkością precyzyjnie określoną i może się 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 się 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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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 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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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 płaski, 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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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, powiedzmy o 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.
Do spisu pytań

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

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Wyświetlacz plazmowy składa się 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 emituje promieniowanie widzialne. Tak działa pojedynczy pixel wyświetlacza plazmowego.
Do spisu pytań

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. Zsumowane 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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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

Odpowiada dr hab. Michał Spaliński:
Nie ma stanu, który odpowiadałby do końca 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 w małych odcinkach 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".
Do spisu pytań

Pytanie: Czy wiadomo 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.
Do spisu pytań

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 wykorzystując 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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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. Rozważając 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").
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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 położenia 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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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: ε0*μ0*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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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 się 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.
Do spisu pytań

Pytanie: Jak to się dzieje, że w przyspieszającym motocyklu (ew. rowerze) podnosi się 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 się obracać w takim kierunku, że przednie koło zostanie uniesione.
Analogia: Proszę postawić pionowo kij i kopnąć go w spód. Kij dozna obrotu w takim samym kierunku jak omawiany motor czy rower.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań

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

Odpowiada dr hab. Krzysztof Szymański:
Odpowiedź 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 się 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 się do naszego organizmu, np. połączeń w postaci wirusa grypy nie chcemy!!!
Taki jest nasz świat. Tajemniczy i piękny.
Do spisu pytań

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 się 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.
Do spisu pytań

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 znikąd.

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 pracę. Z tego powodu pojawia się siła przyciągania metalowych płyt.
Warto przeczytać artykuł: P.T. Peczkowski "Efekt Casimira, czyli fluktuacje próżni kwantowej", Fizyka w Szkole, nr 4, 2006.
Do spisu pytań

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 się 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.
Do spisu pytań

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).
Do spisu pytań

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 się 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 się zawsze z prędkością c, bez względu na to, jak poruszał się 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 się poruszają. Jeśli oba ciała zbliżając się 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.
Do spisu pytań

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.
Do spisu pytań
Stronę redagują: prof. dr hab. Krzysztof Szymański i mgr Lech Pańkowski