On fiziksel etki
Fizikte, bazıları günlük yaşamda meydana gelen, bazıları uzak derin uzayda meydana gelen, bazıları nihayet yıllar sonra doğrulanan ve bazıları teorik düzeyde kalan birçok şaşırtıcı etki vardır. . Aşağıda en tanıdık efektle başlayıp evrenin derinliklerine doğru yüzeceğiz ...
Doppler etkisi
İster dünyada ister tüm evrende, Doppler etkisi her yerde.
Kornaya çalan bir araba, bize yaklaştığı andan bizden uzaklaştığı zamana kadar tonunu değiştirecektir.Bu, hayattaki en yaygın Doppler etkisidir.
Daha spesifik olarak, ses kaynağı (veya ışık kaynağı) gözlemciye göre hareket ettiğinde, gözlemci tarafından alınan ses dalgasının (veya ışık dalgasının) frekansı değişir. Kaynak alıcıya doğru hareket ettiğinde, kaynağın dalga boyu kısalır ve frekans yükselir; eğer kaynak alıcıdan uzaklaşırsa, dalga boyu uzar ve frekans azalır.
Doppler etkisinin astrofizikte uygulanması daha önemlidir. Gökbilimciler şunları yapabilir: Redshift "ile" Maviye kayma "Göksel bir cismin bizden uzaklaşıp uzaklaşmadığını veya bize yaklaşıp yaklaşmadığını yargılamak için. Farklı ışık dalgalarının frekansı farklı renklere karşılık gelir. Bize yakın olan gök cismi için, ışık dalgası mavi ışığa ve bizden uzaktaki gök cisiminin ışık dalgası kırmızı ışığa geçecektir. Dış gezegenlerin varlığını belirlemekten galaksilerin uzaklaştığı hızı ölçmeye kadar, Doppler etkisinin doğru ölçümü çok önemlidir.
Kelebek Etkisi
Amazon Nehri havzasında kanatlarını sallayan bir kelebek ABD, Teksas'ta alışılmadık bir kasırgayı tetikledi ... Bu tanıdık hikaye, aslında yakın gelecekte dramatik değişikliklere neden olabilecek karmaşık bir sistemin durumunda küçük bir değişikliği anlatıyor. Çeşitlilik. Böyle bir fenomen denir Kelebek Etkisi .
Meteorolog olun Lorenz (Edward Lorenz) Kelebek etkisinden bahsederken, aslında ifade etmek istediği şey "kaos" kavramıdır. Kaotik bir sistemde, küçük bir ayarlama bir dizi zincir etkisi üretebilir ve böylece nihai sonucu tamamen değiştirebilir.
Belki de kaosla ilgili en şaşırtıcı şeylerden biri, fizikçilerin evrenselliğini fark etmelerinin uzun zaman almasıdır ve bu tarihsel boşluk kısmen kaotik sistemlerin analiz edilmesi zor olduğu için mevcuttur. Doğrusal olmayan bazı sistemler için, en küçük kesintiyi keyfi doğrulukla ölçebilsek bile, bunu yalnızca sınırlı bir süre içinde tahmin edebiliriz.
Bu kaotik etki neredeyse çeşitli fiziksel sistemlerde ortaya çıkar. Örneğin kuantum seviyesinde, kara delikler de benzer kaotik davranışlar sergileyecek. Kara delikler için, bu uçuruma bir parçacık atmak gibi küçük bir değişiklik bile kara deliklerin davranışını tamamen değiştirebilir.
Meissner etkisi
Bir malzeme fazı normal bir durumdan süper iletken bir duruma değiştirdiğinde, manyetik alanı itecektir. Bu fenomene Meissner etkisi . 1933'te, Meisner (Walther Meissner) ve doktora sonrası Ochsonfield (Robert Ochsenfeld), kalay ve kurşunun manyetik alan dağılımını süperiletken bir duruma soğutarak ölçerken bu etkiyi keşfetti (bu nedenle Meissner-Ochsenfeld etkisi olarak da adlandırılır).
Süperiletken malzeme manyetik alana girdiğinde, süperiletken içindeki manyetik akı anında "boşaltılır". Bunun nedeni, manyetik alanın süperiletken akımın süper iletkenin yüzeyinde görünmesine neden olmasıdır.Bu süper iletken akım, süper iletkende boyut olarak eşit ve dış manyetik alana zıt bir manyetik alan oluşturur. İki manyetik alan birbirini iptal eder, böylece süper iletkende sabit bir sıfır manyetik indüksiyon oluşur. gücü. Yani dışarıdan bakıldığında, süperiletken vücuttaki manyetik indüksiyon çizgilerini boşaltmış gibi görünüyor.
Süper iletken malzeme mıknatıs üzerine yerleştirildiğinde, mıknatısın manyetik alan kuvveti belirli bir sınırı aşmadığı sürece süperiletken mıknatısın üzerinde asılı kalabilir. Bunun nedeni, Meissner etkisinin manyetik alanı bozması ve yukarı doğru bir kuvvet oluşturmasıdır.
Manyetik alanın gücü artmaya devam ederse, süperiletken süperiletkenliğini kaybedecektir.Meissner etkisine sahip bu tür süperiletkenler olarak adlandırılır. Tip I süper iletken Hepsi metal süper iletkenlerdir. Meissner etkisine sahip olmayan veya sadece bir kısmına sahip olmayan bazı süperiletkenler de vardır, bunlara Tip II süper iletken , Genellikle metal olmayan ve metallerden oluşan çeşitli alaşımlı malzemeler, bu tür süper iletkenler, güçlü manyetik alanlar altında süper iletken özelliklerini koruyabilir.
Akharonov-Bohm Etkisi
Bu, fizikte az bilinen ama önemli bir etkidir.
Klasik elektromanyetikte, yalnızca parçacıklar elektromanyetik alanla doğrudan temas halinde olduğunda, parçacıklar alandan etkilenecektir. Ama 1959'da, Akharonov (Yakir Aharonov) ve Bohm (David Bohm) İki teorik fizikçi, bir kuantum parçacığının hiçbir zaman bir taneyle doğrudan etkileşime girmemiş olsa bile Elektrik alanı veya manyetik alan Temas, bu elektrik veya manyetik alandan da etkilenebilir. Bu görüş ileri sürüldükten sonra geniş çapta sorgulandı.
Klasik elektromanyetikteki elektrik ve manyetik alanlar, tüm fiziksel etkilerden sorumlu temel varlıklardır.Elektromanyetik alan olarak adlandırılabilir. Elektromanyetik potansiyel Bu miktarın mekanın herhangi bir yerinde bir değeri olduğu anlamına gelir. Elektromanyetik alan, elektromanyetik potansiyelden kolaylıkla türetilebilir. Ancak elektromanyetik potansiyel kavramı, her zaman, herhangi bir fiziksel anlamı olmayan, tamamen matematiksel bir kavram olarak görülmüştür.
Ancak, 1959'da Akharonov ve Bohm, elektromanyetik potansiyeli ölçülebilir sonuçlarla birleştiren bir "düşünce deneyi" önerdiler. Bu düşünce deneyinde, bir elektron demeti sırasıyla silindirik bir elektromıknatısın (veya solenoid) her iki yanında hareket eden iki yola bölünür.Manyetik alan bobin içinde yoğunlaşır ve manyetik alanın boyutu son derece zayıf bir şekilde ayarlanabilir. Bu nedenle, iki elektron yolu, temelde alanın olmadığı bir alandan geçebilir, ancak alanın olmadığı bu alanın elektromanyetik potansiyeli sıfır değildir.
Akharonov ve Bohm teorik olarak, bu iki farklı yoldaki elektronların farklı faz değişiklikleri yaşayacağını gösterdiler.Bu iki yoldaki elektronlar yeniden birleştiğinde, tespit edilebilir girişim etkileri üretebilirler. . Akharonov-Bohm etkisi Bu ölçülebilir klasik elektromanyetik potansiyelin kuantum parçacıkları üzerindeki etkisini açıklayarak elektromanyetik potansiyelin sadece matematiksel bir yardım değil, gerçek bir fiziksel varoluş olduğunu gösteriyor.
Şimdi, fizikçiler bir dizi deney yoluyla Aharonov-Bohm etkisini gözlemlediler.
Tenis raketi etkisi
Tenis raketi etkisi Açıklama, bir tenis raketinin ters çevrilip havaya atılması ve ardından raketin bir eksen etrafında dönmesidir. Raket yatay eksen etrafında döndürüldüğünde şaşırtıcı bir etki oluşur: yatay eksen etrafında 360 derecelik dönüşe ek olarak, raket neredeyse her zaman beklenmedik bir şekilde dikey eksen etrafında 180 derece döner.
Bu etkiye, fırlatma işlemi sırasındaki küçük sapmalar ve rahatsızlıklar ve üç boyutlu sert gövdenin üç farklı atalet momenti altında hareket etmesi neden olur. Sert bir nesnenin "1", "2" ve "3" olmak üzere üç dönüş ekseni varsa, yani üç farklı dönüş modu vardır. Bunlar arasında, eksen 1'in uzunluğu en kısa ve eksen 3'ün uzunluğu en uzundur, o zaman nesne etrafında döner Eksen 1 ve eksen 3'ün dönüşü en kararlı olanıdır, orta eksen etrafında eksen 2 kararsızdır. Bu garip etki klasik mekaniğin sonucudur, geçebiliriz Euler denklemi Bu etkiyi hesaplayın.
Video kaynağı: Plasma Ben / Youtube.
Havada dönen bir tenis raketi, bu etkinin tipik bir örneğidir ve ona adını verir. Aynı zamanda Dzhanibekov etkisi Rus astronotlara Vladimir Dzhanibekov Sonra adlandırıldı. 1985 yılında Dzhanibekov bu etkiyi uzayda keşfetti.
Bu etki, ekseni 1 ekseni 2'den daha küçük ve eksen 2, eksen 3'ten daha küçük olan tüm üç boyutlu katı gövdeler için geçerlidir. Ara eksen ve eksen 3'ün uzunluğu çok yakın olsa bile, en uzun ve en kısa eksen etrafında bu tür kararlı dönüş görünecektir; Ara milin hareketi, en küçük girişimde bile 180 derecelik bir ters çevirme olgusuna neden olacaktır.
Fotoelektrik etki
Işık metal yüzeyde parladığında, atom çekirdeğinin yörüngesinde dönen elektronları "dışarı atar". Fotoelektrik etki . Ancak bunun olabilmesi için, ışığın frekansı belirli bir eşiğin üzerinde olmalıdır - bu değerin büyüklüğü malzemeye bağlıdır. Frekans eşikten düşükse, ışık ne kadar güçlü olursa olsun elektronlar dışarı atılamaz.
1905'te fotoelektrik etkiyi açıklamak için, Einstein (Albert Einstein) ışığın aslında kuantumdan oluştuğunu öne sürdü. Foton Fotonun enerjisi frekansla orantılıdır. Einstein, fotoelektrik etkiyi önerdiği için 1922'de Nobel Fizik Ödülü'ne de layık görüldü.
Fotoelektrik etki çok önemlidir, sadece fotosentezin temeli değil, aynı zamanda fotodiyotlar, optik fiberler, telekomünikasyon ağları ve güneş pilleri gibi birçok modern elektronik cihazın teorik temelini oluşturur.
Salon etkisi
1879'da sadece 24 yaşındaydı Salon (Edwin Hall) mucizevi bir fenomeni keşfetti. İçinden akım geçen bir metal levha, manyetik bir alana yerleştirilirse ve manyetik indüksiyon hatları metal levhanın yüzeyinden dik açıyla geçerse, manyetik alana dik yönde ve akıma dik olarak üretileceğini fark etti. Potansiyel bir fark, bu fenomen Salon etkisi . Bu, yüklü parçacıkların manyetik alandan etkilendiği için olur. Lorentz kuvveti Etkisi, hareketin yönünü saptırır.
Hall'un deneyi oda sıcaklığında ve orta kuvvette bir manyetik alanda (1T'den az) gerçekleştirildi. 1970'lerin sonunda, araştırmacılar kullanmaya başladı yarı iletkenler , Düşük sıcaklık (mutlak sıfıra yakın) ve güçlü manyetik alan (yaklaşık 30T) koşulları altında, Hall etkisini inceleyin. Düşük sıcaklıklı yarı iletken malzemelerde, elektronlar güçlü hareket kabiliyetine sahiptir, ancak yalnızca iki boyutlu bir düzlemde hareket edebilirler. Bu geometrik sınırlama birçok beklenmedik etkiye yol açmıştır.Bunlardan biri Hall etkisinin karakteristiğinin değiştirilmesidir.Bu değişiklik, manyetik alan kuvveti ile Hall direnç değişiklikleri ölçülerek gözlemlenebilir.
1980'de bir Alman fizikçi Von Klitzing (Klaus von Klitzing) Benzer deneysel koşullar altında, manyetik alanın yoğunluğu ile Hall direncinin değişiminin doğrusal olmadığı, ancak kademeli bir şekilde olduğu bulunmuştur. Adımların göründüğü konumun malzeme özellikleriyle ilgisi yoktur, ancak bazı temel fiziksel sabitlerin bir tamsayıya bölünmesiyle ilgilidir. Bu Tamsayı kuantum Hall etkisi , Yoğunlaştırılmış madde fiziğinin tüm alanındaki en önemli ve temel kuantum etkilerinden biridir. Bu keşif aynı zamanda 1985'te von Klitsch için Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.
Kuantum Hall etkisinin takip çalışmasında, araştırmacılar von Klitzing'in bulduğu en yüksek dirençten üç kat daha yüksek yeni bir Hall direnci merdiveni bulduklarında hoş bir şekilde şaşırdılar. Daha sonra, araştırmacılar bu yeni adımlardan daha fazlasını keşfettiler, tüm yeni adımların yüksekliği önceki sabitle ifade edilebilir, ancak farklı puanlara bölünmeleri gerekir. Bu nedenle yeni keşfin adı verilmiştir. Kesirli Kuantum Salonu Etkisi .
Kuantum tünelleme etkisi
Günlük hayatta, mühürlü bir kutuya bir mermer koyarsak, mermerin kutudan çıkması elbette imkansızdır. Ancak mermeri bir kuantum parçacığına çevirdiğimizde ve kutuyu bir kuantum kutuyla değiştirdiğimizde, parçacık belli bir olasılıkla kaçabilir. Kuantum tünelleme etkisi .
Kapana kısılmış parçacıkların kuantum kutusu aslında enerji bariyeridir. Kuantum tünelleme mümkündür çünkü elektronların dalga özellikleri vardır. Kuantum mekaniği her parçacığa dalgaların özelliklerini verir ve dalgaların engellerden geçme olasılığı her zaman sınırlıdır.
Bu mantığa aykırı gibi görünse de gerçek bir etkiye sahip. Güneşten gelen ışığın dünyaya ulaşmasının 8 dakika sürdüğünü duymuş olabilirsiniz. Bununla birlikte, kuantum tünelleme etkisi yoksa, güneş bu fotonları asla yaymayacaktır. Yıldızlardaki bu tür hidrojen füzyonunda, her iki proton da pozitif yüklüdür ve birbirini iter. İtme, bu iki parçacığın güneşin çekirdeğine çok yakın kaynaşmasını önleyecektir, ancak kuantum tünelleme, bu parçacıkların bariyerden "geçmesine" izin vererek füzyonun oluşmasına izin verir.
Casimir etkisi
Bu, "vakum" un "boş" olmadığını gösteren bir etkidir.
Hepimiz biliyoruz ki, pozitif yüklü ve negatif yüklü bir metal plaka birbirine yakınsa, aralarında karşılıklı çekim olacaktır. Peki ya iki metal plaka canlı değilse? Fizikçiler, bir boşlukta birbirlerini de çektiklerini keşfettiler. Bu Casimir etkisi .
1948'de, Casimir (Hendrik Casimir), bir vakumda iki şarj edilmemiş metal plakanın elektromanyetik alanlardan etkileneceğini tahmin ediyor Kuantum dalgalanmaları Kuvvet, çekimden etkilenir ve kuvvet, metal plakalar arasındaki mesafenin dördüncü kuvveti ile ters orantılıdır. Bu kuvvet, metal plakaların enerji içeren elektromanyetik dalgalarla dolu olmasından kaynaklanır.Birbirlerine yakın olduklarında, boşluktaki bazı dalgalar kademeli olarak sıkıştırılarak, çevreleyen alandaki enerjiyi metal plakalar arasında olduğundan daha yüksek hale getirir. Enerji onları yaklaşmaya iter, böylece bir çekim varmış gibi davranır.
Casimir etkisi tahmininin çekiciliği o kadar zayıftır ki çoğu durumda göz ardı edilebilir. 1997 yılına kadar fizikçilerin Casimir etkisinin varlığını doğrudan doğrulamak için yeterince kesin araçları vardı.
Casimir etkisinin önerilmesinden kısa bir süre sonra, fizikçiler Casimir etkisinin çekiciliği itmeye dönüştürüp tersine çevirip çeviremeyeceğini düşünmeye başladılar. 2010 yılında, bazı bilim adamları, iki yüzey arasında bir denge kurmak için çekici ve itici güçlerin birbirini sıfırlamasının bir yolu olması gerektiğini öne sürdü. 2019'da California Üniversitesi, Berkeleyin Zhang Xiang Profesör ve ekibi tam da bunu yaptı.
Hawking etkisi
Kara delik, evrendeki en gizemli gök cisimidir.Kütleçekimi o kadar güçlüdür ki, bir şey bir kez onun Olay ufku Artık kaçamıyorum. Son yıllarda, bilim adamları sadece kara deliklerin birleşik radyasyonunu tespit etmediler. Yerçekimi dalgaları , Ayrıca kara deliğin ilk görüntüsünü "fotoğrafladı".
1970'lerin başında, Hawking (Stephen Hawking) kara deliklerin en harika etkisini keşfetti. Kara deliklerin sıcaklığa sahip olduğunu kanıtladı ve kara deliklerin yaydığı termal radyasyon sıcaklığının kara deliklerin kütlesiyle ters orantılı olduğuna dikkat çekti. Bu onun en ünlü bilimsel başarısı: Hawking radyasyonu .
göre Kuantum alan teorisi , Sözde boşluk tamamen boş değil, ancak kuantum dalgalanmalarıyla dolu - sanal parçacık çiftleri ortaya çıkmaya ve yok olmaya devam edecek. Bu sanal parçacık çiftleri kara deliğin olay ufkunun yakınında göründüğünde, sanal parçacık çiftlerinden biri kara delik tarafından yakalanacak ve diğeri kaçacaktır. Kara deliğe düşen parçacıkların toplam enerjiyi sabit tutabilmesi için negatif enerjiye sahip olması gerekir. Dış gözlemciler için, kara delik bir parçacık yaydı.
Ancak bu etkiyi ölçmeye çalışmak çok zordur çünkü Hawking radyasyonu çok zayıftır ve tüm evrene kolaylıkla nüfuz edebilir. Kozmik mikrodalga arkaplan radyasyonu Tamamen silin.
Kaynak: New Principles Institute
