Categories
Stiinta

Cum trebuie să vedem gravitația? Ce este gravitația?


Gravitația este o deformare a spațiu-timpului datorată prezenței unei mase într-un anumit loc. Prezența Pământului determină o deformare a spațiului de numai 1 cm. Gravitația este definită și ca o forță de atracție între orice fel de obiecte care au masă. Jon Bergman, în această lecție TED, ne explică faptul că oricare două corpuri din univers sunt atrase unul către celălalt, însă gravitația devine foarte slabă odată cu mărirea distanței între corpuri.

Nu trebuie să uităm că avem de-a face, in Univers, cu zone de influență în care corpuri mari domină gravitațional ale corpuri, zonă numită sferă Hill, sferă ce ajunge până la 1,5 milioane de kilometri în cazul Pământului și până la 2 ani-lumină în cazul Soarelui.

Sfera Hill este zona în care un corp ceresc poate prinde alte corpuri mai mici în orbită. Grijă mare ca obiectele prinse în orbită să nu cadă pe planetă sau să ajungă la limita Roche, loc unde forțele mareice ar rupe vizitatorul în bucăți și ar crea inele din el în jurul planetei. Asta ar fi soara Lunii dacă ar ajunge la 1,49 raze terestre sau la 3118 km de suprafața planetei.

Gravitația este un lucru ciudat, mai ales că nu s-a descoperit o particulă purtătoare de forță. Fiecare forță cunoscută are o particulă ce transmite acea forță către mediul înconjurător cum sunt fotonii pentru interacțiunile electromagnetice, bosonii W și Z pentru forța nucleară slabă și gluonii pentru forța nucleară tare. Dar pentru gravitațe ce avem? Oamenii de știință caută gravitonii, presupusele particule ce transmit forța gravitațională.

Aici s-ar potrivi numai bine tabloul cu toate particulele cunoscute, detectate sau nu (vezi și teoria câmpurilor cuantice):
fizica-particulelor-modelul-standard-bosoni-fermioni

Curbura spațiu-timpului este cea care permite apariția gravitației. Un lucru greu de înțeles este faptul că în prezența obiectelor masive timpul este curbat spre corpurile masive (va apărea o accelerație a obiectelor către acel corp masiv) și orice se mișcă în timp spre înainte va avea o traiectorie ce va duce către corpul masiv. Când se discută de curbura spațiu-timp, atunci când ești în mișcare, timpul are o pondere mult mai mare în realizarea acestei curburi decât spațiul, dovadă că Pământul curbează spațiul cu 1 cm, dar curbează mult mai mult timpul în cazul discutat, adică o parte din 10^9 (ori la fiecare secundă, vezi o dilatare a timpului de 1 nanosecunde numai pentru simplul fapt că ești pe suprafața Pământului).

Animația de mai jos face o demnstrație simplă a modului în care spațiul-timpul se contractă și se dilată. Citește în detaliu despre fundamentele spațiu-timpului, fundamente ce se învață importanța punctelor de referință și a liniilor de perspectivă asupra lumii:

Gravitația o calculezi ușor cu formula F = G m1*m2/r^2. Gravitația pe Pământ, din care obții g este aceasta:
g = G M/r^2, G este constanta gravitațională universală 6.67384 × 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2, M este masa Pămîntului 5.972*10^24 kg iar r este raza Pământului, de 6378 km. Când faci calculul obții g = 9.81 m/s^2. Aceeași formulă poate fi folosită pentru a afla gravitația pe alte planete sau pe sateliți. De exemplu, formula de mai sus m-a ajutat să aflu că gravitația pe Lună este gl = 1,47 m/s^2.

Apare întrebarea: dacă nici lumina nu poate scăpa dintr-o gaură neagră, atunci cum de gravitația găurii negre se transmite în jur? Ei bine, de aici aflăm că întrebarea nu are sens, pentru că gravitația este o curbură a spațiu-timpului datorită prezenței unei mase într-un loc anume, așa că nu radiază în același mod în care am crede că o face lumina.

Ok, atunci de ce caută oamenii de știină particula numită graviton? Pentru că se potrivește tabelului de particule și cam atât.

Categories
Stiinta

Lumina: timpul și spațiul sunt irelevante pentru razele electromagnetice


Fraser Cain, de la Universe Today, ne explică faptul că, pentru lumină, partea vizibilă a razelor electromagnetice, timpul și spațiul nu au nici o însemnătate. Deși lumina depinde de spațiul în care se deplasează în sensul că spațiu îi trasează traiectoria, aceasta este în rest independentă de ceea ce se întâmplă în jur.

De la momentul creării acesteia și până când este absorbită de vreun atom sau material pentru lumină trec exact ZERO secunde iar spațiul parcurs, din punctul de vedere al luminii, este ZERO. Cu alte cuvinte, dacă tu ai fi acum lumină și ai zbura timp de miliarde de ani, parcurgând miliarde de miliarde de miliarde de kilometri, și ai ajunge la un atom care te-ar absorbi, timpul pe care l-ai simți tu ar fi nimic, o scânteie, iar spațiul pe care ai vedea tu că l-ai parcurs ar fi inexistent, nimic.

Pentru lumină distanța dintre doi atomi și cea dintre capetele Universului, dacă există, este egală, adică ZERO.

Cum poate fi posibil asta? Ei bine, dacă citești articolul despre fundamentele teoriei spațiu-timpului, vei înțelege că, la viteza luminii, timpul se dilată la infinit iar spațiul se contractă infinit de mult iar masa corpului la acea viteză este devine infinită. Tocmai de aceea lumina nu are masă de repaus.

Știința poate fi ciudată, dar aceasta nu înseamnă că nu este adevărată și că nu avem demonstrații științifice pentru relativitatea definită în fundamentele teoriei spațiu-timpului, așa cum le-a stabilit Einstein.

În rest, dacă ai avea jobul luminii, viața ta ar fi anostă.

Categories
Stiinta

Fundamentele teoriei spațiu-timpului. Bonus: lumina!


TED Ed are o multe cursuri unite în seria Before and After Einstein din care aflăm ce semnifică teoriile din fizică și cum ne ajută acestea să cunoaștem mai bine universul ce se înconjoară. Unul dintre cele mai interesante subiecte este cel al spațiu-timpului, deoarece spațiul a apărut odată cu timpul și sunt parte integrantă a unui univers quadridimensional, cu trei dimensiuni în spațiu și cu 1 dimensiune temporală.

În prima parte din cursul Fundamentele spațiu-timpului, cea din filmul de mai sus, Andrew Pontzen și Tom Whyntie ne învață că spațiul și timpul sunt parte a aceleiași entități.

La fel, mai învățăm și să aceleași legi ale fizicii trebuie să se aplice în orice punct de referință. Dacă noi suntem punctul de referință, atunci putem vedea cum totul merge pe lângă noi cu 1 m/s, dar dacă o casă este centru de referință, atunci putem vedea că noi suntem cei ce trece pe lăngă acea casă, nu invers. Mai multe detalii afli de aici.

În partea a doua, prezentată în filmul de mai jos, aflăm că de oriunde măsori și cu orice viteză te deplasezi lumina are exact aceeași viteză.

Folosindu-te de diagrama pomenită în primul film, cel de la început, vei vedea că cine este în deplasare ar trebui să obțină valori diferite ale vitezei luminii. Numai că spațiu-timpul nu este reprezentat ca un set de cărți cu tine în poziții diferite la timpi diferiți, ci este considerat un tot unitar, ca un corp solid.

Astfel că, pentru cine este în deplasare, faptul că obține exact aceeași viteză pentru lumină înseamă că spațiu-timpul se alungește pe direcția timpului și se comprimă pe direcția spațiului.

Cu alte cuvinte, dacă tu călătorești la viteze aproape de viteza luminii, atunci vei vedea că timpul trece mai greu și că spațiul se comprimă. Același lucru este valabil și la viteze mai mici, dar efectele sunt neglijabile.

Cum aflăm treaba aceasta? Ei bine, ne folosim de celebra formulă obținută în urma unei transformări Lorentz (dilatarea timpului):

dilatare-timp


iar gamma este:
dilatarea-timpului-factor-lorentz-gamma

Ok, acum t este timpul care trece pentru cel care stă în repaus iar t’ este timpul celui care este în deplasare. Dacă cineva aboară cu avionul cu viteza Mach 1, adică a sunetului, adică 340 m/s, timp de o oră, sau 3600 de secunde, atunci vom descoperi că pentru cel ce a zburat timpul a trecut mai greu.

Dacă luăm un timp de referință de 3600 secunde iar cel care călătorește zboară cu 340 m/s, cât este viteza sunetului, atunci timpul pentu cel în zbor va fi egal cu 0,99999999999935777777777757155309 din timpul celui care stă în repus, adică cel în zbor trăiește cu 0,0000000023120000000022272267 secunde mai mult. Adică un om care călătorește cu viteza luminii timp de o oră trăiește mai mult cu 2,31 nanosecunde decât unul care stă.

Cum secunda are 1 miliard de nanosecunde îți dai seama că efectul este neglijabil la nivel de viață umană, dar nu pentru sistemele GPS. În schimb, dacă zbori la jumătate din viteza luminii atunci timpul va trece cu 25% mai încet pentru tine, adică pentru cele 3600 de secunde care trec pentru cel ce stă, pentru tine vor trece 45 de minute.

Citește aici mai multe despre lumină și viteza luminii.

Bonus: adevărul despre lumină și electroni!