Dünyayı değiştiren on klasik fizik deneyi ve on ünlü düşünce deneyi
Bilimsel deneyler fiziğin gelişmesinin temelidir ve fizik teorilerini test etmenin tek yoludur.Özellikle modern fiziğin gelişimi deneylerle yakından ilgilidir. Modern deneysel teknolojinin gelişimi, çeşitli yeni fiziksel fenomenleri sürekli olarak ortaya çıkarır ve keşfeder ve insanların nesnel dünyanın yasalarını doğru şekilde anlamalarını giderek derinleştirir, böylece fiziğin ileriye dönük gelişimini teşvik eder.
Ayrıca fizikte özel bir tür deney vardır: Pahalı aletler satın almaları gerekmez, çok fazla insan gücü ve maddi kaynağa ihtiyaç duymazlar ve yalnızca mantıksal bir beyne ihtiyaç duyarlar; ancak bu tür deneyler önceki sonuçlara meydan okuyabilir ve yenilerini oluşturabilir. Teoriler, insanların dünyayı yeniden düşünmelerini bile tetikledi. Bu tür bir deney, efsanevi düşünce deneyidir. Tarihteki pek çok büyük fizikçi, düşündürücü düşünce deneyleri tasarladılar. Galileo, Newton ve Einstein temsilcileridir.Bu düşünce deneylerinin sadece fiziğin gelişimi üzerinde silinmez bir etkisi vardır, aynı zamanda İnsanların dünya ve evren anlayışını altüst edin.
Daha sonra, en iyi on klasik fizik deneyini ve daha çok tanınan on ünlü düşünce deneyini tanıtacağım.
On klasik fizik deneyi
2002'de iki Amerikalı bilim insanı Amerikalı fizikçiler arasında bir anket yaptı ve onlardan, çoğu aşina olduğumuz klasikler olan tarihteki en seçkin on fizik deneyini aday göstermelerini istedi. Şaşırtıcı olan, on klasik fizik deneyinin özünün, hepsinin fizikçilerin gözünde en güzel bilim ruhunu yakalamasıdır: basit aletler ve ekipmanlar, en temel ve en saf bilimsel kavramları keşfetmiştir. On klasik fizik deneyi, on tarihi anıt gibidir, insanların uzun süredir devam eden kafa karışıklığını ve belirsizliğini ortadan kaldırır ve yeni bir doğa anlayışı açar. En iyi on klasik fizik deneyinin seçiminden, tıpkı bir kuş bakışı tarih görüşü gibi, bilim adamlarının geçtiğimiz 2000 yıldaki en önemli keşiflerinin yörüngesini de açıkça görebiliriz.
Birinci sıralama: Thomas Youngın çift yarık gösterimi elektronik girişim deneylerine uygulandı
20. yüzyılın başlarında, insanlar yavaş yavaş mikroskobik nesnelerin (fotonlar, elektronlar, protonlar, nötronlar vb.) Hem dalga hem de parçacık özelliklerine sahip olduğunu keşfettiler, sözde "dalga-parçacık ikiliği". Hem "dalga" hem de "parçacık", sezgisel deneyimlerimizle daha tutarlı olan, klasik fizikteki makroskopik dünyadan elde edilen kavramlardır. Bununla birlikte, mikro nesnelerin davranışı, insanların günlük deneyimlerinden uzaktır. Modern kuantum fiziğinin bakış açısına göre mikroskobik dünyanın yasalarının nasıl doğru bir şekilde tanınacağı ve anlaşılacağı, elektron çift yarık girişim deneyi tipik bir örnektir.
Young'ın çift yarık girişim deneyi klasik bir dalga optik deneyidir. Bohr ve Einstein, kuantum fiziğinin temel ilkelerini tartışmak için çift yarık girişim deneyleri yapmak için ışık ışınları yerine elektron ışınlarını kullanmaya çalıştı. Ancak teknik nedenlerden dolayı o zamanlar sadece bir düşünce deneyiydi. 1961 yılına kadar Jon Sun, 50 mm uzunluğunda, 0,3 mm genişliğinde ve 1 mm aralıklı çift yarık yaptı ve bir elektron demetini 50keV'ye kadar hızlandırdı ve ardından çift yarıktan geçmelerine izin verdi. Elektronlar fosfor ekranına çarptığında, görünür bir model görüntülenir ve model sonucunu kaydetmek için bir kamera kullanılabilir. Elektron çift yarık girişim deneyinin modeli ile ışık çift yarık girişim deneyinin sonucu arasındaki benzerlik, insanlar üzerinde derin bir etki bıraktı.Bu, elektronların dalga doğasının ampirik bir kanıtıdır. Dahası, deneyde elektronlar tek tek yayılsa bile, yine de aynı girişim modeline sahipler. Bununla birlikte, elektronun hangi yarıktan geçtiğini belirlemeye çalıştığımızda, hangi araç kullanılırsa kullanılsın, model hemen kaybolur.Bu bize, parçacık uçuculuğunu gözlemleme sürecinde, parçacığı incelemeye yönelik herhangi bir çabanın dalganın özelliklerini yok edeceğini söyler. Her iki yönü aynı anda gözlemleyemiyoruz. Modelin görünümüne müdahale etmeden elektronun hangi yarıktan geçtiğini belirleyebilecek bir alet tasarlamak kesinlikle imkansızdır. Bu mikrokozmosun yasasıdır, deneysel yöntemlerin eksikliği değil.
İkinci sırada: Galileonun serbest düşüş deneyi
Galileo (1564-1642), modern doğa biliminin kurucusu ve bilim tarihindeki ilk modern bilim adamıydı. Önce doğa bilimleri için iki araştırma kuralı oluşturdu: gözlemsel deney ve nicel yöntem ve deney ile matematiği, gerçek deney ve ideal deneyi birleştiren bir yöntem yarattı, böylece geçmişten farklı modern bir bilimsel araştırma yöntemi yarattı. Fizik, o zamandan beri deneysel ve kesin gözleme dayalı bir yola girmiştir. Einstein övgüyle söz etti: "Galileo'nun keşfi ve uyguladığı bilimsel akıl yürütme yöntemleri, insan düşünce tarihindeki en büyük başarılardan biridir."
16. yüzyıldan önce, en ünlü Yunan düşünür ve filozof Aristo, fiziksel fenomenleri inceleyen ilk bilim deviydi ve "Fizik" adlı kitabı dünyanın en eski fizik monografisiydi. Ancak Aristoteles, fizik eğitimi alırken deneylere güvenmedi, ancak ilkel doğrudan deneyimlerden yola çıktı ve bilimsel deneyi felsefi spekülasyonla değiştirdi. Aristoteles, her nesnenin doğal konumuna dönme özelliğine sahip olduğuna ve bir nesnenin doğal konumuna geri dönmesinin doğal hareket olduğuna inanıyordu. Bu tür bir hareket, nesnenin doğasına bağlıdır ve dış eylem gerektirmez. Serbest düşüş tipik bir doğal harekettir. Nesne ne kadar ağırsa, doğal konumuna dönme eğilimi o kadar artar. Bu nedenle, serbest düşme hareketinde nesne ne kadar ağırsa, düşme o kadar hızlı olur; nesne ne kadar hafifse, düşme o kadar yavaş olur.
Galileo, Pisa Üniversitesi'nde çalışıyordu ve Aristoteles'in görüşlerine cesurca meydan okudu. Galileo ideal bir deney tasarladı: ağır bir nesne ile hafif bir nesnenin aynı anda birbirine düşmesine izin verin. Aristoteles'e göre, bu ideal deney iki sonuca götürür. Birincisi, bu bağlantı nedeniyle, ağır nesne hafif nesne tarafından etkilenir ve engellenir, düşme hızı yavaşlar ve düşme süresi uzar; ikincisi, bu bağlantı nedeniyle, bağlı gövdenin toplam ağırlığı orijinal ağırlıktan daha büyüktür; Düşme süresi kısalacaktır. Açıkçası bunlar, taban tabana zıt iki sonuçtur.
Galileo, Aristoteles'in hareket teorisinin içsel çelişkilerini akıllıca ortaya çıkarmak için ideal deneyleri ve bilimsel akıl yürütmeyi kullandı, Aristoteles'in hareket teorisindeki boşluğu açtı ve fiziğin gerçek doğuşuna yol açtı.
Galileo'nun Pisa Kulesi'nden hafif ve ağır bir cismi aynı anda düşürdüğü, herkesin aynı anda inen iki cismi görmesine izin verdiği, böylece bilime saygı duyma ve otoriteye meydan okuma konusundaki değerli ruhunu dünyaya gösterdiği söyleniyor.
Üçüncü sırada: Robert Millikanın yağ damlası testi
Bilim adamları uzun zaman önce elektrik üzerinde çalışıyorlardı. İnsanlar bu soyut maddenin gökteki şimşeklerden ya da saçları ovuşturarak elde edilebileceğini bilirler. 1897'de İngiliz fizikçi Thomas, negatif yüklü bir akımı nasıl elde edeceğini öğrenmişti. 1909'da Amerikalı bilim adamı Robert Millikan (1868-1953) elektrik akımının yükünü ölçmeye başladı.
Küçük şeffaf bir kutuya yağ damlalarını püskürtmek için bir parfüm şişesi memesi kullandı. Küçük kutunun üstüne ve altına bir pozitif elektrot ve bir negatif elektrot yerleştirilir. Küçük yağ damlacıkları havadan geçerken bir miktar statik elektrik taşırlar ve düşme hızları elektrot voltajı değiştirilerek kontrol edilebilir. Elektrik alanı kaldırıldığında, yerçekimi altındaki yağ damlasının hızı ölçülerek yağ damlacığı yarıçapı elde edilebilir; elektrik alanı eklendikten sonra, yerçekimi ve elektrik kuvvetinin birleşik etkisi altındaki yağ damlasının hızı ölçülebilir ve bu ölçümden yağ damlası elde edilebilir. Veya şarj kaybolduktan sonra hız değişiyor. Böylelikle yağ damlacıklarının hız değişimlerini bir seferde birkaç saat ölçebilir, iş herhangi bir nedenle kesintiye uğramış olsa bile elektrik alanı ile dengelenen yağ damlacıkları bir saatten fazla uzağa gitmeyecektir.
Tekrarlanan deneylerden sonra Millikan şu sonuca vardı: Elektrik yükünün değeri sabit bir sabittir ve en küçük birim tek bir elektronun yüküdür. Elektronun kendisinin ne hayali ne de belirsiz olduğuna, "bizim neslimizin ilk kez gördüğü bir gerçek" olduğuna inanıyor. Nobel Ödüllü konuşmasında, çalışmasının iki temel sonucunu vurguladı: "elektronik yük, kesirli bir kattan ziyade her zaman temel yükün belirli bir tam sayı katıdır" ve "bu deneyin gözlemcisi neredeyse öyle olduğunu düşünebilir. Elektronu gördüm ".
Millikan ödül konuşmasında "Bilim, teori ve deneyle ilerliyor. Bazen bu ayak önce bir adım atıyor, bazen diğer ayak önce bir adım atıyor, ancak ileriye gitmek İki ayağınıza güvenin: önce bir teori oluşturun ve sonra deney yapın veya önce deneyde yeni bir ilişki kurun ve sonra teorinin ayağını alıp deneyi ileriye taşıyın, vb. Bilimsel gelişimde teori ve deneyin rolünü açıklamak için çok canlı metaforlar kullandı. Deneysel bir fizikçi olarak sadece deneylere büyük önem vermekle kalmaz, aynı zamanda teorinin yol gösterici rolüne de büyük önem verir.
Dördüncü numara: Newton'un prizması güneş ışığını bozuyor
Optik problemlerin incelenmesi, Newton'un (1642-1727) çalışmasının önemli bir parçasıdır ve aynı zamanda onun bitmemiş son konusudur. Newton, 1665 yılında Cambridge Üniversitesi Trinity Koleji'nden mezun oldu. O zamanlar herkes beyaz ışığın başka renkler olmadan saf ışık olduğuna inandı; renkli ışık ise bir şekilde değişen ışıktı (Aristoteles'in teorisi). 1665 ve 1667 yılları arasında genç Newton, çeşitli ışık olaylarını incelemek için kendi başına bir dizi deney yaptı. Güneş ışığına, üçgen prizmadan üçgen bir prizma koydu, ışık duvardaki farklı renklere parçalandı, daha sonra tayf adını verdiğimiz. Elinde ilk kez prizma, renklerin kökeninin doğasını gerçekten ortaya çıkaran bir spektrometre oldu. Şubat 1672'de Newton, doğanın gizemlerini açığa çıkarmanın heyecanı ve sevinciyle, rengin kökeni teorisini ilk resmi bilimsel makale olan "Beyaz Işığın Yapısı" nda açıkladı, "Renkler pek inanıldığı gibi değildir. Doğal nesnelerin kırılması veya yansımasından elde edilen ışığın performansı ilkel ve doğal bir özelliktir ". "Genellikle beyaz ışık aslında her bir farklı rengin bir karışımıdır ve spektrumun genişlemesi, bu farklı ışıklar için camın farklı kırılma yeteneklerinden kaynaklanmaktadır."
Newton'un "Optikleri" 1704'te yayınlandı. İlk bölüm özellikle prizma spektroskopik deneyini ve renklerin kökeni hakkındaki tartışmayı açıklayarak beyaz ışığın yedi renkten oluştuğunu onaylar. Ayrıca yedi renge de isim verdi ve şimdiye kadar dünyanın her yerinden insanlar Newton tarafından adlandırılan renkleri kullanıyordu. Newton, "ışık şeritlerinin bu tür renk çubuklarına boyandığına işaret etti: mor, mavi, camgöbeği, yeşil, sarı, turuncu, kırmızı ve tüm ara renkler, sürekli değişen ve sırayla bağlanan." Yüzeyde tek bir beyaz ışık oluşturan kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, camgöbeği, mavi ve morun bu farklı renk tayflarıdır.Daha yakından bakarsanız, beyaz ışığın çok güzel olduğunu göreceksiniz.
Bu deney sürekli olarak tekrarlanabilir ve Newton ile aynı deneysel sonuçları elde edebilir. O zamandan beri yedi renk teorisi genel olarak kabul edildi. Bu deney sayesinde Newton, ışık dağılımı teorisinin temelini attı ve insanların renkleri öznel görsel izlenimlerden kurtararak objektif ölçümle bağlantılı bilimsel bir yola girişti. Aynı zamanda, bu deney spektroskopi çalışmasına öncülük etti ve kısa süre sonra spektroskopi analizi, optik ve malzeme yapısı araştırmasının ana yöntemi haline geldi.
No. 5: Thomas Youngın Işık Girişim Testi
Optik üzerine yaptığı çalışmada Newton, ışığın dalgadan değil parçacıklardan oluştuğuna inanıyordu. Bu nedenle, önümüzdeki yüz yıl içinde, insanların optik anlayışı neredeyse durdu ve önemli bir ilerleme kaydedilmedi. 1800 yılında İngiliz fizikçi Thomas Young (1773-1829) bu bakış açısına meydan okudu ve optik araştırmalar da gelişimde bir sıçrama yaptı.
Yang, "Ses ve Işık Üzerine Deneyler ve Araştırma Anahatları" adlı makalesinde, ışık parçacıkları teorisinin iki eksikliğine dikkat çekti: Birincisi, ışık parçacıkları yayma gücü çok çeşitli olduğundan, neden tüm parlak cisimlerin ışık yaydığını düşünüyorsunuz? Işığın hızı aynı mı? İkincisi, şeffaf bir nesnenin yüzeyi kısmen yansıdığında, neden aynı tür ışığın bir kısmı yansıtılır, ancak bir kısmı geçer? Yang, ışığın ses gibi bir dalga olarak görülmesi durumunda, Yukarıdaki iki eksiklik önlenecektir.
Yang, ışığın dalgalandığını kanıtlamak için tezinde optik alanına "girişim" terimini getirdi ve ışığın "girişim ilkesini", yani "aynı ışık kaynağından gelen ışığın bir kısmının farklı kanallardan, tamamen aynı yönden veya kabaca aynı şekilde gelmesini" önerdi. İnsan gözüne girdiğinde, optik yol farkı, optik yol farkı sabit uzunluğun tamsayı katı olduğunda en parlak olanıdır ve iki engelleyici parça dengeli bir durumda olduklarında en koyu olanıdır. Bu uzunluk renge göre değişir. " Yang bunun üzerinde bir deney yaptı, jaluzide küçük bir delik açtı, ardından kalın bir kağıtla kapattı ve sonra kağıda küçük bir delik açtı. Işığın geçmesine izin verin ve geçen ışığı yansıtmak için bir ayna kullanın. Sonra ışığı ortadan ikiye ayırmak için yaklaşık 1/30 inç kalınlığında bir kağıt parçası kullandı ve kesişen ışık ve gölgeler gördü. Bu, iki ışık ışınının dalgalar gibi birbirine müdahale edebileceğini gösterir. Bu ünlü "Young's Interference Experiment" dir.
Young'ın deneyi, fizik tarihinde çok ünlü bir deneydir. Young, çok akıllıca bir şekilde iki tutarlı ışın elde etti ve girişim saçakları gözlemledi. İlk kez ışık dalgası süperpozisyonu prensibini net bir şekilde ortaya koydu ve ışık dalgası ile girişim olgusunu açıkladı. Optiğin gelişmesiyle, insanlar hala birçok önemli kavramı ve yeni anlayışları çıkarabilirler. İster klasik optik ister modern optik olsun, Young'ın deneyinin önemi çok önemlidir. Einstein (1879-1955) şuna işaret etti: Işığın dalga teorisinin başarısı, Newton fiziği sistemindeki ilk boşluğu açtı ve sözde alan fiziğinin ilk bölümünü açtı. Bu deney ayrıca bir yüzyıl sonra kuantum teorisinin yaratılmasında hayati bir rol oynadı.
Altıncı sırada: Cavendish Tork Testi
Newton'un evrensel çekim teorisi, iki nesne arasındaki çekimin kütlelerinin çarpımı ile orantılı olduğunu ve uzaklıklarının karesiyle ters orantılı olduğunu belirtir. Ama yerçekimi ne kadar büyük?
18. yüzyılın sonunda İngiliz bilim adamı Henry Cavendish (1731-1810) bir hesaplama yöntemi bulmaya karar verdi. Her iki ucunda metal bilyeler bulunan 6 fit uzunluğunda tahta bir çubuğu metal telle astı. İki adet 350 kiloluk deri top, iki asılı metal bilyenin yeterince yakınına yerleştirilir, böylece metal topları dönecek, böylece tel bükülür ve ardından ev yapımı bir aletle minik dönüşü ölçülür.
Ölçüm sonucu şaşırtıcı derecede doğrudur ve evrensel yerçekiminin yerçekimi sabitini G ölçmüştür. Newton'un yerçekimi sabiti G'nin doğru ölçümü yalnızca fizik için değil, aynı zamanda gök mekaniği, astronomik gözlemler ve jeofizik için de büyük önem taşır. İnsanlar, Cavendish deneyine dayanarak dünyanın yoğunluğunu ve kütlesini doğru bir şekilde hesaplayabilirler.
No.7: Eratosthenes dünyanın çevresini ölçer
Eratostheni (MÖ 276 - MÖ 194), MÖ 276'da Kuzey Afrika şehri Serini'de (bugünkü Libya'da Shahat) doğdu. Çok çeşitli ilgi alanları, bilgili ve eski zamanlarda sadece Aristoteles'ten sonra ikinci olan ansiklopedik bir bilim adamı vardır. Bugün onun hakkında pek bir şey bilmiyor olmamın tek sebebi bütün eserlerinin kaybolması.
Eratoseni'nin bilimsel çalışmaları son derece kapsamlıdır ve en ünlü başarısı dünyanın boyutunu belirlemektir, yöntem tamamen geometriktir. Dünyanın bir küre olduğu varsayılırsa, güneşin çizgisi ile yer düzlemi arasındaki açı, aynı zamanda dünyanın farklı yerlerinde farklıdır. İç açı farkı ile iki yer arasındaki mesafe ölçüldüğü sürece, dünyanın çevresi hesaplanabilir. Mısır'ın Thain kentinde, yani bugünkü Asvan'da, yaz gündönümünde öğle vakti güneşin başının üstünde asılı olduğunu duydu. Nesnede hiç gölge yok ve ışığın doğrudan kuyunun dibine çarparak, bu saatte Güneş'in Ella, Ella'nın zeminine tam olarak dik olduğunu gösteriyor Tosny, bunun dünyanın çevresini ölçmesine yardımcı olabileceğini fark etti. Thain'den İskenderiye'ye olan mesafeyi ölçtü ve ayrıca İskenderiye'de yaz gündönümünün öğle saatlerinde dikey direğin kutup uzunluğunu ve gölge uzunluğunu ölçtü.Güneş ışınlarının hafifçe saptığını ve dikeyden yaklaşık 7 ° 'lik bir açı oluşturduğunu buldu. Gerisi geometri. Dünyanın küresel olduğunu varsayarsak, çevresi 360 ° olmalıdır. İki şehir 7 ° açı (7/360 daire) oluşturuyorsa, o zaman 5000 Yunan spor sahasının mesafesidir, yani dünyanın çevresi 250.000 Yunan spor sahası veya yaklaşık 40.000 kilometre olmalıdır. Bugün Eratosthenes'in ölçüm hatasının sadece% 5 içinde olduğunu, yani gerçek durumdan sadece 100 kilometre uzakta olduğunu biliyoruz.
Sekizinci sıra: Galileonun hızlanma testi
Galileo, Aristoteles'in serbest düşme hareketi teorisini incelikle inkar etmek için ideal deneyleri ve bilimsel akıl yürütmeyi kullandı. Peki, serbest düşme hareketinin doğru yasası ne olmalı? O zamanki ölçüm koşullarının kısıtlı olması nedeniyle Galileo, hareket hızını doğrudan ölçerek serbest düşme hareketi yasasını bulamadı. Bu nedenle, yerçekimini "seyreltmek" ve hareketi "yavaşlatmak" ve hız ölçümünü bir mesafe ve zaman ölçümüne dönüştürmek için eğimli bir düzlem kullanmayı öngördü ve serbest düşüş hareketini 90 ° eğimli eğimli düzlem hareketinin özel bir durumu olarak kabul etti. Bu fikrin rehberliğinde, 6 metreden daha uzun ve 3 metreden daha geniş düz, düz bir ahşap oluk yaptı ve tahta tekneyi eğik bir şekilde sabitledi, bakır topun ahşap oluğun tepesinden eğimden aşağı yuvarlanmasına izin verdi ve ardından bakırı ölçtü. Top her yuvarlandığında zaman ve mesafe arasındaki ilişki ve aralarındaki matematiksel ilişkiyi inceleyin. Aristoteles, topun yuvarlanma hızının tekdüze olacağını öngördü: Bakır top, iki kez yuvarlandığı sürece iki kat daha uzun yol alırdı. Galileo, bakır bilyelerin mesafesinin zamanın karesiyle orantılı olduğunu kanıtladı: zamanın iki katı, bakır bilye mesafenin 4 katı yuvarlanıyor. Deneysel süreci ve sonuçları 1638'de yayınlanan ünlü bilimsel çalışması "İki Yeni Bilim Hakkında Bir Diyalog" da ayrıntılı olarak kaydetti.
Galileo, matematiksel hesaplamalar ve çıkarımlar yoluyla deneyler temelinde bir hipotez çizdi ve ardından doğru serbest düşme hareketi yasasını elde etmek için bunları deneylerle test etti. Bu araştırma yöntemi daha sonra modern doğa bilimleri araştırmalarının temel prosedürü ve yöntemi haline geldi.
Galileo'nun eğim hızlandırma deneyi, gerçek deneyleri ideal deneylerle birleştirmek için hala bir modeldir. Galileo, eğim deneyinde, sürtünme ihmal edilebilir bir düzeye düşürüldüğü sürece, eğimin eğiminden bağımsız olarak topun bir eğimden aşağı yuvarlandıktan sonra başka bir eğime yuvarlanabileceğini buldu. Başka bir deyişle, ikinci eğim ne kadar uzarsa çıksın, top her zaman başlangıç noktasıyla aynı yüksekliğe ulaşabilir. İkinci eğim yatay olarak yerleştirilirse ve süresiz olarak uzarsa, top hareket etmeye devam edecektir. Bu aslında şimdi eylemsizlik hareketi dediğimiz şeydir. Bu nedenle, kuvvet artık Aristoteles'in tanımladığı gibi hareketi sürdürmenin nedeni değil, hareket durumunu değiştirmenin nedenidir (hızlanma veya yavaşlama).
Gerçek deneyleri ideal deneylerle birleştirme ve deneyimi akılla birleştirme yöntemi (matematiksel argüman dahil), Galileo'nun modern bilime yaptığı en büyük katkıdır. Deneyler, doğal görüşlerin tam bir kopyası değildir ve olamaz, ancak doğal olayların insan akılcılığının rehberliğinde basitleştirilmesi ve saflaştırılmasıdır.Bu nedenle, deneyler rasyonel katılım ve rehberliğe sahip olmalıdır. Galileo, bilimin, matematiksel ilişkilerini bulmak için doğal süreçleri saflaştırmak ve basitleştirmek için rasyonel düşünceyi kullandığını vurgulayarak hem deney hem de rasyonel düşünceye önem verir. Bu nedenle Galileo, modern doğa bilimlerinde deneyim ve mantığı birleştirme geleneğine öncülük etti. Bu kombinasyonun sadece fizik üzerinde değil, aynı zamanda tüm modern doğa bilimlerinde de derin bir etkisi vardır. Einstein'ın dediği gibi: "İnsan düşüncesi, evrenin sürekli değişen bir resmini yaratır. Galileo'nun bilime katkısı, sezgisel görüşleri yok etmek ve onları yenileriyle değiştirmektir. Galileo'nun keşfinin önemi budur."
No.9: Rutherford saçılması ve atomların nükleer modeli
Rutherford (1871-1937), 1898'de a-ışınlarını keşfetti. Rutherford, 1911'de Manchester Üniversitesi'nde bir radyoaktivite deneyi yaptığında, insanların atomlarla ilgili izlenimi, elektronik parçacıklar içeren çok sayıda pozitif yüklü birikimlere sahip macun benzeri bir madde olan "kuru üzümlü puding" gibiydi. Ama o ve yardımcıları Az miktarda pozitif yüklü a-ışını parçacıklarının altın folyoda geri döndüğünü görünce şaşırdılar. Bu düşünülemez deneysel sonucun ancak pozitif elektrik küresi atomun kütlesinin çoğunu yoğunlaştırması ve çapı atomun çapından çok daha küçük olması durumunda doğru bir şekilde açıklanabileceği hesaplama ile kanıtlanmıştır. Bu nedenle Rutherford, atomun nükleer bir modelini önerdi: atom, duygusal bir madde kütlesi değildir, maddenin çoğu, onu çevreleyen elektronlarla, nükleon adı verilen küçük bir merkezi çekirdek üzerinde yoğunlaşmıştır.
Bu, yeni bir çağ açan bir deneydir ve atom fiziğinin ve nükleer fiziğin başlangıcına yol açan önemli ve dönüm noktası bir deneydir. Aynı zamanda, deneylerle doğrulanabilecek bir dizi Rutherford saçılma teorisi çıkardı. Saçılma yoluyla maddenin yapısını inceleme yöntemi, modern fizik üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir. Saçılma deneyinde Rutherford saçılmasının özelliklerini gözlemlediğimizde, sözde "Rutherford gölgesi", araştırma nesnesinde "nokta" alt yapılarının olmasını bekleyebiliriz. Ek olarak, Rutherford saçılımı, malzeme analizi için güçlü bir araç sağlar. Hedef malzeme tarafından büyük bir açıyla geri saçılan parçacıkların enerji spektrumuna göre, malzemenin yüzeyinin özellikleri (safsızlıkların varlığı veya yokluğu ve safsızlıkların türü ve dağılımı gibi) incelenebilir.Bu prensibe göre yapılan "Rutherford kütle spektrometresi" yaygın olarak kullanılmaktadır. .
Onuncu sıra: Michel Foucault sarkaç testi
1851'de, ünlü Fransız fizikçi Foucault (1819-1868), dünyanın dönüşünü doğrulamak için halka açık bir deney yaptı ve 67 m uzunluğunda bir çelik telle (sarkaç çapı 0.30 m) 28 kg ağırlığında bir sarkaç asıldı. Sarkacın başında salınım yörüngesini gözlemlemek ve kaydetmek için bir kalem var. Foucaultnun gösterimi, dünyanın kendi ekseni etrafında döndüğünü gösterir. Paris'in enleminde, sarkacın yörüngesi 30 saatlik bir periyotla saat yönündedir; Güney yarımkürede sarkaç saat yönünün tersine dönmelidir; ekvatorda dönmez; Güney Kutbu'nda dönme süresi 24 saattir.
Bu deneysel cihaz, sonraki nesiller tarafından Foucault sarkacı olarak adlandırıldı ve aynı zamanda insanlar tarafından dünyanın dönüşünü doğrulamak için kullanılan ilk deneysel cihazdı. Cihaz, dünyanın dönüşünden kaynaklanan Coriolis kuvvetinin etkisini, yani Foucault sarkacının titreşim düzleminin bir çekül çizgisi etrafında saptırılması olgusunu, yani Foucault etkisini gösterebilir. Aslında bu, gözlemcinin salınımın altında dünyanın dönüşünü gözlemlemesine eşdeğerdir.
ek:
İlk on deneyde sıralanmayan birçok klasik deney vardır, ancak bunlar ünlü MM deneyi gibi yukarıdaki deneylerden mutlaka daha düşük değildir.
MM deneyi
MM deneyi olarak anılan Michelson-Morley Deneyi, Michelson ve Morley tarafından 1887'de ABD'nin Cleveland kentinde, iki dik ışık arasındaki ışık hızı farkını ölçmek için bir Michelson girişimölçeri kullanarak yapılan ünlü bir fiziksel deneydir. . Ancak sonuçlar, ışık hızının farklı eylemsizlik çerçevelerinde ve farklı yönlerde aynı olduğunu kanıtladı, böylece eterin varlığını reddederek (kesinlikle durağan referans çerçevesi), böylece klasik fiziğin temelini salladı ve modern fiziğin başlangıcı oldu. Gelişim tarihinde çok önemli bir yere sahiptir. Işık hızının sabit varsayımı olan Einstein'ın özel görelilik teorisi için deneysel bir temel sağlar.
Fizikte on ünlü düşünce deneyi
Fizikte özel bir deney türü vardır: Pahalı aletler satın almaları gerekmez, çok fazla insan gücü ve maddi kaynağa ihtiyaç duymazlar ve yalnızca mantıksal bir beyne ihtiyaç duyarlar; ancak bu tür deneyler öncekilerin sonuçlarına meydan okuyabilir ve yeni teoriler oluşturabilir. Ve hatta insanların dünyayı yeniden düşünmesini tetikledi. Bu tür bir deney, efsanevi düşünce deneyidir. Tarihteki pek çok büyük fizikçi, düşündürücü düşünce deneyleri tasarladılar. Galileo, Newton ve Einstein temsilcileridir.Bu düşünce deneylerinin sadece fiziğin gelişimi üzerinde silinmez bir etkisi vardır, aynı zamanda İnsanların dünya ve evren anlayışını altüst edin. Bu makale, fizik tarihinde kolaydan zora birçok ünlü düşünce deneyini tanıtacak.
1. Eylemsizlik Prensibi
Aristoteles zamanından beri insanlar her zaman hareketin sebebinin kuvvet olduğunu ve nesnelerin kuvvetsiz hareketinin durağan olacağını düşünmüşlerdir. Galileo, insanların eylemsizlik ilkesini bildiği aşağıdaki iyi bilinen düşünce deneyini önerene kadar - herhangi bir dış kuvvete maruz kalmayan (veya toplam dış kuvvet 0 olan) bir nesne sabit kalacak veya düzgün bir hızda düz bir çizgide hareket edecektir.
# Deney # Dikey olarak yerleştirilmiş V şeklinde düz bir rayın, üzerinde küçük bir topun sürtünmeden yuvarlanabileceğini hayal edin. Topun sol uçtan aşağı yuvarlanmasına izin verin ve top aynı yüksekliğe sağa doğru yuvarlanacaktır. Sağ rayın eğimini azaltırsanız, top yine de aynı yükseklikte yuvarlanacak ve top yatay yönde daha uzağa yuvarlanacaktır. Eğim ne kadar küçükse, aynı yüksekliğe yuvarlanmak için topun o kadar fazla yuvarlanması gerekir. Şu anda, sağ rayın eğiminin bir seviyeye düşmeye devam ettiğini hayal edin.Önceki deneyimlere göre, eğer sürtünme engeli yoksa, top yuvarlanmaya ve düzgün bir doğrusal hareketi sürdürmeye devam edecektir.
Herhangi bir gerçek deneyde, sürtünme kuvveti her zaman göz ardı edilemeyeceği için, herhangi bir gerçek deney eylemsizlik ilkesini kesin olarak kanıtlayamaz, bu yüzden kadim insanlar eylemsizlik ilkesine gelmediler. Ancak düşünce deneyleri yapılabilir, sadece günlük deneyimin genişletilmesi yoluyla, herhangi bir rasyonel kişi eylemsizlik ilkesinin doğruluğuna inanabilir.Bu en basit düşünce deneyi, düşünce deneylerinin keskinliğini yansıtmak için yeterlidir!
2. İki top aynı anda iner
Hala Aristoteles'in etkisi altında olan Galileo'dan önceki insanlar, daha ağır nesnelerin daha hızlı düşeceğine ve daha hafif nesnelerin daha yavaş düşeceğine inanıyordu. Galileo'nun Eğik Pisa Kulesi'ndeki ünlü deneyi iyi biliniyor, ancak pek çok kişinin bilmediği şey, Galileo'nun aslında iki küçük topun aynı anda inmesi gerektiğini bir düşünce deneyiyle kanıtlamış olmasıdır:
# Deney # Aristoteles'in tezi doğruysa, ağır bir topla hafif bir topu birbirine bağlayıp düşmeyi hayal edin. Ağır olan hızla düştüğü ve hafif olan yavaş düştüğü için, hafif top ağır topu sürükleyerek onu yavaşlatmaya direnç gösterecektir, bu nedenle iki topun düşme hızı ağır topun düşme hızı ile hafif top arasında olmalıdır. Bununla birlikte, iki top bir bütün olarak ele alınırsa, toplam ağırlık, ağır toptan daha büyüktür ve ağır topun tek başına düştüğünden daha hızlı düşmesi gerekir. Yani bu iki çıkarım çelişkili, Aristoteles'in sonucu yanlış, iki küçük topun aynı anda inmesi gerekiyor.
Yukarıdaki düşünce deneyiyle, aslında, iki küçük top aynı anda düştüğünde, bu sadece fizikte geçerli olan bir yasa değil, aynı zamanda mantıklı olmalıdır. Bu örnekte, düşünce deneyi, gerçek deneyin başaramayacağı bir rol oynadı: Lisemizde öğrenilen Newton'un yerçekimi teorisi geçerli olmasa bile, iki küçük topun aynı anda indiği hala doğrudur! Daha sonra, genel görelilikte eşdeğerlik ilkesinden bahsedeceğim.Bu düşünce deneyinin mantıksal kuruluşu, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesi sonucundaki anahtar faktördür.
3. Newton'un Topu
# Deney # Resimde gösterildiği gibi, yüksek bir dağa monte edilmiş bir top, mermileri yatay olarak yüksek bir hızda ateşler, mermi ne kadar hızlı olursa, o kadar uzağa düşer. Hız yeterince hızlı olduğunda, kabuk asla yere inmeyecek, ancak dünyanın etrafında periyodik hareketler yapacaktır.
Newton tarafından yapılan bu basit düşünce deneyi, insanların ayın yere düşmemesinin (ve uçmamasının) asıl sebebinin elmanın düşmesine neden olan yerçekimi olduğunu ilk kez fark etmelerini sağladı! Newton'un yerçekimi teorisi, insanların anlayışında bir sıçramaya katkıda bulundu: Gökyüzündeki şeyler "kutsal" değildir ve izledikleri yasalar yerdeki sıradan nesnelerle tamamen aynıdır.
4. Kova deneyi
# Deney # Uzun bir iple kova asın, ip sıkılıncaya kadar dönmesine izin verin ve sonra içine su dökün.Su ve kova geçici olarak hareketsizdir ve sıvı seviyesi açıkça düzdür. Sonra aniden kova ters yönde döndürüldü, başlangıçta su yüzeyi hareketi takip etmedi ve su yüzeyi hala düzdü. Ancak daha sonra, kova yavaş yavaş hareketi suya aktarır ve su dönmeye başlar ve suyun yavaş yavaş merkezini terk edip kova duvarı boyunca yükselip içbükey bir yüzey oluşturduğunu görebilirsiniz. Hareket ne kadar hızlı olursa, su o kadar yükselir. Kova bu anda aniden durdurulursa, su atalet nedeniyle dönmeye devam edecek ve bu sırada sıvı seviyesi hala içbükey olacaktır. Newton, su yüzeyinin çökmesinin suyun çevreye olan göreceli hareketinden değil, suyun mutlak ve gerçek dairesel hareketinden kaynaklandığına inanıyordu, bu nedenle su yüzeyindeki çöküntü mutlak hareketin varlığını belirleyebiliyordu.
Bu düşünce deneyi, Newton tarafından mutlak uzayın varlığını göstermek için tasarlandı. Bununla birlikte, hepimizin bildiği gibi, Newton'un mutlak uzay-zaman görüşü aslında yanlıştır, bu da bu düşünce deneyinin aslında başarısız bir örnek olduğu anlamına gelir. Bu yanılgı, filozof ve fizikçi Mach tarafından 100 yıldan fazla bir süre sonra işaret edildi. Mach, su yüzeyindeki çöküntüsünün suyun "mutlak uzaya" göre hareketinden değil, evrendeki tüm diğer nesnelerin yerçekimi yoluyla su üzerinde hareket etmesinden kaynaklandığına inanıyor. Bunların arasında, belirleyici nesneler uzak gök cisimleridir ve bunlara göre dönen sıvı yüzeyini batıran, uzak gök cisimlerinin "referans çerçeve sürükleme" etkisidir. Mach, mutlak bir alan olmadığına ve tüm referans sistemlerinin eşdeğer olduğuna inanıyor. Mach'ın bakış açısına göre, su yüzeyi sabit tutulabilir ve uzaktaki tüm gök cisimleri birlikte dönerse, durgun su yüzeyi içbükey bir menisküs oluşturacaktır. Açıkçası, böyle bir deney yapamayız, ancak yukarıdaki kova deneyini yapmak için birkaç kilometre kalınlığında bir kova kullanırsanız, insanlar Newton'un sıvı seviyesi hakkındaki yargılarından emin olmayacaklar. . Daha sonra, Machın görüşünün Einsteinın genel görelilik icadı üzerinde belirleyici bir etkisi oldu ve genel görelilik teorisi kademeli olarak onaylandığı için Mach ilkesinin kendisi de geniş çapta kabul edildi.
5. Oberst Paradoksu
20. yüzyılın Big Bang teorisi öne sürülmeden önce, insanların evren anlayışı basitti: Evren sonsuz büyüklüktedir, sonsuz zamanın varlığı, evren sabit bir durumdadır ve evrendeki yıldızlar büyük ölçekte homojen bir şekilde dağılmıştır. Ancak, o zamanlar insanların bilmediği şey, bu dört temel varsayımdan mantıksal olarak gerçeklere açıkça aykırı bir sonuca varmanın mümkün olduğuydu: Oberst paradoks:
# Deney # Evren kararlı, sonsuzsa ve uzay-zaman düz ise, aynı ışıklı nesneler eşit olarak dağılmışsa, çünkü ışıklı nesnelerin aydınlığı uzaklığın karesiyle ters orantılıdır ve küresel kabuktaki ışıklı nesnelerin belirli bir mesafedeki sayısı toplamıdır. Mesafenin karesi orantılıdır, böylece tüm parlak cisimlerin aydınlığının integrali birleşmez ve gece gökyüzü sonsuz derecede parlak olmalıdır.
Ancak, gece her zaman planlandığı gibi düşer ve gökyüzü her zaman parlak değildir. Bu, daha önce evren anlayışımızda bir sorun olduğunu gösteriyor. Oberst bir açıklama yaptı: Evrendeki toz ve parlak olmayan yıldızların ışığın bir kısmını emdiğine inanıyordu. Ancak bu açıklama yanlıştır, çünkü termodinamiğin birinci yasasına göre enerjinin korunması gerekir, böylece ara bariyer ısınır ve radyasyon yaymaya başlar, bu da gökyüzünde tekdüze radyasyona neden olur ve sıcaklık, ışıklı cismin yüzey sıcaklığına eşit olmalıdır. Gökyüzü yıldızlar kadar parlaktır, ancak bu fenomen gerçekte gözlemlenmemektedir. Oberst paradoksunun çözüldüğü Big Bang teorisi ortaya atılıncaya kadar değildi. Big Bang teorisine göre evren 15 milyar yıl önce büyük bir patlamayla doğmuştur ve evren halen genişleme sürecindedir, bu nedenle evrenin sınırlı bir zamanı vardır ve sabit bir durumda değildir. Dört temel hipotezden ikisi artık geçerli değil, bu nedenle Oberst'in paradoksu doğal olarak parçalandı.
6. Laplace iblisi
Newton sonrası dönemde, klasik mekanik dünyayı tanımlamada büyük başarı elde etti ve insanlar yavaş yavaş dünyanın mekanik olarak fizik yasalarıyla tanımlanabileceğine inanıyorlar. Laplace, mekanik determinizme inanır ve dünyadaki her şeyin (insanlar ve toplum dahil) belirli fiziksel yasaların kontrolünden kaçamayacağına inanır.
# Deney # "Evrenin mevcut durumunu geçmiş etkileri ve gelecekteki nedenleri olarak görebiliriz. Bir zeka belirli bir andaki tüm doğal hareketlerin kuvvetlerini ve tüm doğal nesnelerin konumlarını biliyorsa, bu verileri de analiz edebiliyorsa , En büyük nesnenin evrendeki en küçük parçacığa hareketi basit bir formüle dahil edilecek. Bu bilge adam için hiçbir şey belirsiz olmayacak ve gelecek sadece geçmişte olduğu gibi önünde görünecektir. "- Rapp Las
Laplace tarafından bahsedilen "zeka", sonraki nesillerin "Laplace şeytanı" olarak adlandırdığı şeydir. Laplace iblisi varsa, o zaman bu dünya çok korkunçtur: tüm davranışlarınız hesaplama ile hesaplanabilir ve kaderimiz kesinlikle fizik yasaları + başlangıç koşulları tarafından belirlenir, hiçbir şey olmayacak Hesaplamanın ötesinde, bu yüzden hayatta ne kadar eğlence var! Neyse ki, kaos teorisinin ve kuantum mekaniğinin gelişimi, Laplace iblisinin varlığını imkansız kılıyor. Kuantum mekaniği bize fiziksel büyüklüklerin belirsiz olduğunu ve hatasız doğru ölçülemeyeceğini söyler. Kaos teorisi, üç veya daha fazla nesne dahil olduğu sürece, başlangıç koşullarındaki son derece küçük farklılıkların çok farklı nihai sonuçlara yol açacağını göstermektedir. Başka bir perspektiften, Laplace iblisi klasik mekaniğin tersinir sürecine dayanır, ancak gerçek sistem termodinamiğin ikinci yasasının geri döndürülemez sürecini tatmin eder (entropi artışı ilkesi). Dolayısıyla dünya hâlâ belirsizlik ve sürprizlerle dolu ve insanlar kendi öznel çabalarıyla kendi kaderlerini değiştirebiliyor.
7. Maxwell Demon
Ortaokulda, hepimiz termodinamiğin ikinci yasasını (entropide artış ilkesi) öğrendik: izole edilmiş bir sistemin geri döndürülemez sürecinin entropisi her zaman artıyor. "Düşen yapraklar sonsuza kadar gidecek ve suyun toplanması zor olacak; ölmenin ve küllerin yeniden dirilmesi zordur; kırık aynadan yeniden bir araya gelmeyi dilemek mantıksızdır; hayat yaşlanmak kolaydır ve gençleşme sadece bir fantezidir; çiğ pirinç pişirme olgun pirinç geri alınamaz ..." Her ikisi de gerçek hayatta entropi artışı ilkesinin tepkileridir ve artık fizikteki en kırılmaz ilkelerden biri haline gelmiştir. Bununla birlikte, Maxwell bir zamanlar entropi artışı ilkesi hakkında çok kafa karıştırıcı bir soru sordu.
# Deney # Adyabatik bir kap iki eşit ızgaraya bölünmüştür. Ortada "Maxwell Demon" tarafından kontrol edilen küçük bir "kapı" vardır. Kaptaki hava molekülleri düzensiz termal hareketler yaptığında kapıya çarpacaktır. "Kapı" olabilir Daha hızlı molekülleri seçici olarak bir hücreye ve daha yavaş molekülleri başka bir hücreye koyun, böylece bir hücre diğer hücreden daha yüksek bir sıcaklığa sahip olur ve sistemin entropisi azalır. Bu sıcaklık farkı, termodinamiğin ikinci yasasına aykırı olan ısı motorunu iş yapmaya yönlendirmek için kullanılabilir.
Bu zor soruyu çürütmek kolay bir şey değil. Bazı insanlar Maxwell iblisinin kapıları açıp kapatırken enerji tüketmesi gerektiğini düşünebilir ve burada üretilen entropideki artış, sistem entropisindeki azalmayı telafi edecektir. Bununla birlikte, kapıları açıp kapatarak tüketilen enerji gerekli değildir ve keyfi olarak yeterince küçük bir miktara indirilebilir. Maxwell'in şeytanı için gerçek açıklama 20. yüzyıla kadar açıklanmadı. Entropi problemini anlamak her zaman zor olmuştur, bu yüzden Bay Zhao Kaihuanın "Yeni Kavram Mekaniği · Termoloji" deki sözlerinden doğrudan alıntı yaptım: "Maxwell'in iblisi, moleküler hareket bilgisini alma ve saklama yeteneğine sahiptir. Sisteme müdahale etmek ve onu tersine çevirmek için bilgiye dayanır. Doğanın yönü. Modern bakış açısına göre, bilgi negatif entropidir ve Maxwell'in şeytanı sisteme negatif entropi girerek entropisini azaltır. O halde, Maxwell'in iblisi gerekli bilgiyi nasıl elde edebilir? Bir sıcaklık ve ortama sahip olmalıdır Farklı minyatür ışık kaynakları, ek entropi oluşturmak için belirli bir miktarda enerji gerektiren molekülleri aydınlatır.Ek entropiyi telafi eden gerekli bilgiyi (yani negatif entropi) elde etmek Maxwell'in şeytanı pahasına. Bu, sistemdeki entropiyi azaltır. Genel olarak, bir Maxwell iblisi olsa bile, çalışma şekli termodinamiğin ikinci yasasını ihlal etmez. "
8. İkiz Paradoksu
Einstein'ın özel görelilik teorisi, o zamanlar insanlar için kabul edilemez olan yepyeni bir zaman ve mekan görüşü oluşturdu. Bu nedenle, öne sürüldüğünden bu yana, özel görelilik teorisi, en ünlüsü ikiz paradoks olan çeşitli tartışmalara konu olmuştur. Bununla birlikte, ne kadar zor olursa olsun, özel görelilik teorisi mükemmel bir açıklama verebilir ve tüm paradokslar tek tek çözülmüştür.Bu paradoksların incelenmesi, özel göreliliğin uzay-zaman görüşüne dair daha derin bir anlayış sağlayabilir.
# Deney # Özel görelilik teorisinde, hareketin referans çerçevesinin zamanı yavaşlayacaktır, bu hareket eden saatin sözde yavaşlama etkisidir. Şimdi bir senaryo hayal edin: A ve B ikizleri var. A yeryüzünde kalıyor ve B ışık hızına yakın bir uzay aracını alıp evrenin derinliklerine uçuyor. Uzay aracı belli bir mesafeye uçtuktan sonra döndü ve geri uçtu ve sonunda iki kardeşin buluştuğu yere Dünya'ya indi. Şimdi sorun geliyor: A, egzersiz yaparken B'nin zamanının daha yavaş olduğunu ve B'nin A'dan daha genç olması gerektiğini düşünüyor; ve benzer şekilde, B'nin görüşüne göre, A'nın egzersiz yapması ve A'nın zamanı yavaşlaması ve A'nın B'den daha genç olması gerektiğidir. Bu. Peki küçük erkek kardeş kim? Özel görelilik teorisi kendisiyle çelişiyor mu?
Aslında, ikiz paradoksu anlamanın anahtarı, A ve B'nin durumunun eşit olmadığını anlamaktır: ikisinden sadece B bir ivme yaşamıştır ve B uzay aracı döndüğünde kaçınılmaz olarak bir ivme yaşayacaktır. Bu nedenle, özel görelilik teorisi tarafından kurulan eylemsizlik sisteminde yalnızca A vardır ve yalnızca A'nın görüşü doğrudur: Kardeşler buluştuğunda, B A'dan küçüktür. Benzer etkiler, gelişmiş deneylerle de doğrulanmıştır. Aslında, detaylı hesaplamalar yapmak için özel görelilik teorisini kullandığınız sürece, B'nin bakış açısıyla da B'nin neden A'dan daha genç olduğunu anlayabilirsiniz, ancak bu, burada verilmeyecek olan sıkıcı hesaplamalar yapmak zorundadır. Şimdiye kadar, özel görelilik teorisinin bu konuda çelişkiler içermediğini rahatlıkla söyleyebiliriz. Ama bir seyahate çıkan ikiz kardeşler aslında geri döndüler ve nispeten gençler ... Bu çoğu insanın dünya görüşünü altüst ediyor ... Ama bu bir gerçek ve buna inanmalısınız!
9. Eşitlik İlkesi
Ortaokulda herkes kütle kavramını öğrendi, ancak gerçekte iki farklı kütle vardır: atalet kütlesi ve yerçekimi kütlesi. Atalet kütlesi, ataletin bir ölçüsü olan F = ma cinsinden m'dir; yerçekimi kütlesi, yerçekiminin bir ölçüsü olan F = GMm / r ^ 2'de m'dir. Ortaokulda ikisinin birbirinden ayrılmamasının nedeni tamamen eşit olmalarıdır. Bu gerçek varsayılmıyor ve bu sihirli gerçek sayesinde Einstein genel göreliliğin temel bir hipotezini özetledi: eşdeğerlik ilkesi.
# Deney # Boş uzayda (yerçekimi kuvveti olmadan), a = 9,8 m / s ^ 2 ivmeyle ivmeyi doğrusal hareket ettiren bir uzay aracı hayal edin. İçerideki kişi küçük bir top atarsa, top atalet nedeniyle 9,8 m / s ^ 2 ivme ile yere düşecektir; bu tıpkı bir yerçekimi alanındaki eylemsizlik sistemi gibidir. Eylemsiz sistemdeki eylemsizlik kuvveti, eylemsizlik kütlesi ile orantılıdır ve yerçekimi kuvveti, yerçekimi kütlesi ile orantılıdır. Eylemsizlik kütlesi ile yerçekimi kütlesinin eşit olması, eylemsizlik kuvveti ve yerçekiminin iki etkisini birbirinden ayırt etmeyi imkansız kılar, bu zayıf eşdeğerlik ilkesidir. Einstein ayrıca tüm fiziksel süreçler için (sadece mekanik süreçler değil), boş uzayda hızlandırılmış hareket referans çerçevesi ve yerçekimi etkisi altındaki eylemsizlik çerçevesi için, bu ikisinin prensipte tamamen ayırt edilemez olduğunu ileri sürdü. prensip.
"Yerçekimi alanındaki tüm nesneler aynı ivmeye sahiptir. Bu yasa aynı zamanda kütleçekim kütlesine eşit eylemsizlik kütlesi olarak da ifade edilebilir. O zamanın tam önemini anlamamı sağladı. Varlığı beni son derece şaşırttı ve tahmin ettim. Bunların arasında, atalet ve yerçekiminin daha derin bir şekilde anlaşılması için anahtar olması gerekir. "- Einstein.
10. Schrödinger'in kedisi
Schrödinger'in kedisi muhtemelen fizik dünyasındaki en ünlü hayali hayvandır. Kuantum mekaniğinin kurucularından biri olan Schrödinger tarafından kuantum mekaniğinin eksik olduğunu göstermek için önerildi.
# Deney # Kapalı bir kutuya bir kedi koyun ve ardından kutuyu radyoaktif bir çekirdek ve bir zehirli gaz kabı içeren deneysel bir cihaza bağlayın. Bu radyoaktif çekirdeğin bir saat içinde% 50 bozulma olasılığına sahip olduğunu hayal edin. Çürürse, bir parçacık yayacak ve yayılan parçacık deneysel cihazı tetikleyecek, kabı zehirli gazla açacak ve kediyi öldürecektir. Kuantum mekaniğine göre, çekirdek gözlenmediğinde, kedinin üst üste binme durumunda, yani "ölü ve diri" (birçok insan tarafından yanlış anlaşılan "yarı ölü" yerine), çekirdek gözlenmediğinde çürüme ve bozulma süperpozisyon durumundadır. "Ya öl ya da yaşa"). Bununla birlikte, kutu bir saat sonra açılırsa, deneyci sadece "çürümüş çekirdek ve ölü kedileri" veya "çürümemiş çekirdekleri ve canlı kedileri" görebilir. Şimdi soru şudur: Bu sistem ne zaman iki farklı durumun üst üste gelmesini bırakıp onlardan biri haline geldi? Gözlem için kutuyu açmadan önce kedi ölü müydü, diri miydi yoksa hem ölü hem diri miydi? Bu deneyin asıl amacı, dalga fonksiyonunun çökmesi ve kedinin durumu için makul bir açıklama yapamazsa kuantum mekaniğinin kendisinin eksik olduğunu göstermekti.
Schrödinger'in kedisi fizikçiler için bir kabustur, mikroskobik kuantum mekanik etkilerini makroskopik günlük hayata büyütür ve her şeyi çok garip hale getirir. Schrödinger'in kedisinin açıklaması, kuantum mekaniğinin çeşitli derin felsefi anlayışlarını içerir, bu nedenle bu makale ayrıntılara girmeyecektir.
