10 Mind-Bending Discoveries i fysik

Studiet af fysik er universets undersøgelse - og mere specifikt, hvordan helvede universet virker. Det er uden tvivl den mest interessante gren af ​​videnskaben, fordi universet, som det viser sig, er meget mere kompliceret end det ser ud på overfladen (og det ser ret kompliceret allerede). Verden virker på nogle virkelig underlige måder, og selvom du måske har brug for en ph.d. for at forstå hvorfor, behøver du kun en følelse af ærefrygt at sætte pris på hvordan. Her er ti af de mest fantastiske ting, fysikere har opdaget om vores univers:

10

Tiden stopper ved lysets hastighed

Ifølge Einsteins Specialrelativitetsteori kan lysets hastighed aldrig ændre sig - det sidder altid fast ved ca. 300.000.000 meter / sekund, uanset hvem der observerer det. Dette i sig selv er utroligt nok, da intet kan bevæge sig hurtigere end lys, men det er stadig meget teoretisk. Den virkelig kølige del af Special Relativity er en ide kaldet tidsudvidelse, hvilket siger, at jo hurtigere du går, jo langsommere tid passerer for dig i forhold til dine omgivelser. Alvorligt - hvis du tager en tur i din bil i en time, vil du være alderen helt lidt mindre end hvis du lige havde været hjemme på computeren. De ekstra nanosekunder du får ud af det, er måske ikke værd at prisen på gas, men hej, det er en mulighed.

Selvfølgelig kan tiden kun sænke så meget, og formlen virker så, at hvis du bevæger dig med lysets hastighed, går tiden ikke overhovedet. Nu, før du går ud og forsøger at få en udødelig hurtig ordning, skal du bare bemærke, at bevægelse ved lysets hastighed ikke er muligt, medmindre du tilfældigvis er lavet af lys. Teknisk set ville en hurtig bevægelse kræve en uendelig mængde energi (og jeg for den ene har ikke den slags juice bare liggende).

9

Quantum Entanglement

Okay, så vi er lige færdige med at blive enige om, at intet kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed-højre? Nå ... ja og nej. Selvom det teknisk set er sandt, i det mindste i teorien, viser det sig, at der er et smuthul, der findes i den fysisk kendetegnende kernegren, kendt som kvantemekanik.

Kvantemekanik er i det væsentlige studiet af fysik i mikroskopisk skala, såsom adatomiske partikers adfærd. Disse typer af partikler er umuligt små, men meget vigtige, da de danner byggestenene for alt i universet. Jeg forlader de tekniske detaljer til side for nu (det bliver temmelig kompliceret), men du kan se dem som små, spinde, elektrisk opladede marmor. Okay, det er måske også kompliceret. Bare rul med det (ordspil beregnet).

Så sig, at vi har to elektroner (en subatomic partikel med negativ ladning). Quantum entanglement er en særlig proces, der involverer parring af disse partikler på en sådan måde, at de bliver identiske (marmor med samme spin og ladning). Når det sker, bliver tingene sjove, fordi disse elektroner fra nu af bliver identiske. Det betyder, at hvis du ændrer en af ​​dem - siger, drej den i den anden retning - dens tvilling reagerer på nøjagtig samme måde. Øjeblikkeligt. Uanset hvor det er. Uden at du endda rører ved det. Implikationerne af denne proces er enorme - det betyder, at information (i dette tilfælde retning af spinding) i det væsentlige kan teleporteres overalt i universet.

8

Lys påvirkes af tyngdekraften

Men lad os komme tilbage til lys i et øjeblik og tale om General Relativity Theory denne gang (også af Einstein). Denne involverer en ide kaldet lysbøjning, hvilket er præcis, hvad det lyder som om - en stråle af lys er ikke helt lige.

Mærkeligt som det lyder, er det blevet bevist gentagne gange (Einstein fik endda en parade kastet til hans ære for korrekt forudsigelse af det). Hvad det betyder er, at selvom lyset ikke har nogen masse, er dens vej påvirket af ting, der gør - som solen. Så hvis en stråle af lys fra f.eks. En langt væk stjerne går tæt nok til solen, vil den faktisk bøje sig lidt omkring den. Effekten på en observatør - som os - er at vi ser stjernen på et andet sted end himlen, end det faktisk ligger (ligesom fisk i en sø er aldrig i stedet, de ser ud til at være). Husk at næste gang du kigger op på stjernerne - det kunne bare være et lur af lyset.

7

Mørkt stof

Takket være nogle af de teorier, vi allerede har diskuteret (plus en masse, har vi ikke), har fysikere nogle ret præcise måder at måle den samlede masse til stede i universet. De har også nogle ret præcise måder at måle den samlede masse, vi kan observere, og her er twist-de to tal stemmer ikke overens.

Faktisk er mængden af ​​total masse i universet langt større end den samlede masse, vi faktisk kan regne med. Fysikere blev tvunget til at komme med en forklaring på dette, og den førende teori indebærer lige nu mørkt materiale - et mystisk stof, der udsender intet lys og tegner sig for ca. 95% af massen i universet. Selvom det ikke formelt har vist sig at eksistere (fordi vi ikke kan se det), understøttes mørkt materiale af et ton bevis og må eksistere i en eller anden form for at forklare universet.

6

Vores univers er hurtigudvidende

Her er ting, der bliver lidt trippy, og for at forstå hvorfor, skal vi gå tilbage til Big Bang Theory. Før det var et tv-show, var Big Bang Theory en vigtig forklaring på oprindelsen af ​​vores univers. I den mest enkle analogi mulig fungerede det som sådan: Universet startede som en eksplosion. Debris (planeter, stjerner osv.) Blev kastet rundt i alle retninger, drevet af blastens enorme energi. Fordi alt dette affald er så tungt og derfor påvirkes af alvorligheden af ​​alt bagved det, ville vi forvente, at denne eksplosion vil bremse efter et stykke tid.

Det gør det ikke.Faktisk er ekspansionen af ​​vores univers faktisk hurtigere over tid, hvilket er så skørt som om du smed et baseball, der blev hurtigere og hurtigere i stedet for at falde tilbage til jorden (selvom du ikke forsøger det hjemme). Det betyder faktisk, at rummet altid vokser. Den eneste måde at forklare dette på er med mørkt materiale, eller mere præcist, mørk energi, som er drivkraften bag denne kosmiske acceleration. Så hvad i verden er mørk energi, spørger du? Nå, det er en anden interessant ting ...

5

Alt er bare Energi

Det er sandt, og energi er kun to sider af samme mønt. Faktisk har du kendt dette hele dit liv, hvis du nogensinde har hørt om formlen E = mc ^ 2. E er for energi, og m repræsenterer masse. Mængden af ​​energi indeholdt i en bestemt massemængde bestemmes af omdannelsesfaktoren c kvadreret, hvor c repræsenterer det - lysets hastighed.

Forklaringen på dette fænomen er virkelig ret fascinerende, og det har at gøre med det faktum, at en objektets masse øges, når den nærmer sig lysets hastighed (selvom tiden sænker). Det er imidlertid ret kompliceret, så i forbindelse med denne artikel vil jeg blot forsikre dig om, at det er sandt. For at bevise (desværre), se ikke længere end atombomber, som omdanner meget små mængder stof til meget store mængder energi.

4

Wave-Particle Duality

Taler om ting, der er andre ting ...

Ved første øjekast kunne partikler (såsom en elektron) og bølger (som lys) ikke være mere forskellige. Den ene er en solid klump af materie, og den anden er en strålende stråle af energi, slags. Det er æbler og appelsiner. Men som det viser sig, kan ting som lys og elektroner ikke virkelig være begrænset til en eksistensstilstand - de virker som både partikler og bølger afhængigt af hvem der ser ud.

Nej seriøst. Jeg ved, det lyder latterligt (og det vil lyde endnu skørere, når vi kommer til nummer 1), men der er konkrete beviser for, at det viser sig at lys er en bølge, og andre konkrete beviser, der viser sig at være lys, er en partikel (dito for elektroner). Det er bare ... begge. På samme tid. Ikke en form for formidling mellem de to, tænk jer - fysisk begge, i den forstand at det også kan være. Du skal ikke bekymre dig om det ikke giver mening, fordi vi er tilbage i kvantemekanikens område, og på det niveau kan universet ikke være fornuftigt af alligevel.

3

Alle objekter falder med samme hastighed

Lad os rolige tingene ned for et sekund, fordi moderne fysik er meget at tage på med det samme. Det er okay-klassisk fysik viste sig også nogle flotte, flotte koncepter.

Du ville blive tilgivet for at antage, at tyngre genstande falder hurtigere end lysere - det lyder som sund fornuft, og i øvrigt ved du for en kendsgerning, at en bowlingkugle falder hurtigere end en fjer. Og det er sandt, men det har intet at gøre med tyngdekraft - den eneste grund til dette er, fordi jordens atmosfære giver modstand. I virkeligheden, som Galileo først forstod for 400 år siden, arbejder tyngdekraften ens om alle objekter, uanset deres masse. Hvad det betyder er, at hvis du gentog feber / bowlingkugleforsøg på månen (som ikke har nogen atmosfære), ville de ramme jorden på nøjagtig samme tid.

2

Quantum Foam

Okay, bryd over. Ting bliver underlige igen.

Ting om tomt rum, du tror, ​​er, at det er tomt. Det lyder som en ret sikker antagelse - det er jo jo i navnet. Men universet, det sker, er for uroligt for at klare det, og derfor springer partikler konstant ind og ud af eksistens overalt. De hedder virtuelle partikler, men gør ingen fejl - de er virkelige og dokumenterede. De eksisterer kun i en brøkdel af et sekund, hvilket er langt nok til at bryde nogle fysiske grundlove, men hurtigt nok, at det egentlig ikke betyder noget (som om du stjal noget fra en butik, men sæt det tilbage på hylden en halv andet senere). Forskere har kaldt dette fænomen 'quantum foam', fordi det tilsyneladende mindede dem om de skiftende bobler i hovedet af en sodavand.

1

Double Slit Experiment

Så husk et par poster siden, da jeg sagde alt var både en bølge og en partikel på samme tid? Selvfølgelig gør du det, du har fulgt med omhyggeligt. Men her er den anden ting - du ved af erfaring, at ting har bestemte former - et æble i din hånd er et æble, ikke noget mærkeligt æblebølge ting. Så hvad forårsager så noget til at blive en partikel eller en bølge? Som det viser sig, gør vi det.

Dobbeltslibningseksperimentet er det mest vanvittige, du vil læse om hele dagen, og det virker som om dette forskere satte op en skærm med to slidser foran en mur og skød en lysstråle gennem slidserne, så de kunne se hvor den ramte på væggen. Traditionelt vil det med lys være en bølge vise noget, der hedder et diffraktionsmønster, og du vil se et bånd af lys spredt over væggen. Det er standard-hvis du opretter eksperimentet lige nu, det er det, du ville se.

Men det er ikke sådan, hvordan partikler reagerer på en dobbelt spalte. De ville bare gå lige igennem for at skabe to linjer på væggen, der matcher slidserne. Og hvis lys er en partikel, hvorfor udstiller den ikke denne egenskab i stedet for et diffraktionsmønster? Svaret er, at det gør - men kun hvis vi vil have det. Se, som en bølge, rejser lyset gennem begge slids samtidigt, men som en partikel kan den kun rejse gennem en. Så hvis vi vil have det til at virke som en partikel, er alt, hvad vi skal gøre, oprettet et værktøj til at måle præcis, hvilken slids hver bit af lys (kaldet en foton) går igennem.Tænk på det som et kamera - hvis det tager et billede af hver foton, da det passerer gennem en enkelt spalte, så er det ikke muligt at passere fotonen gennem begge spalter, og dermed kan det ikke være en bølge. Som følge heraf vises interferensmønsteret på væggen ikke - de to linjer vil i stedet. Lyset vil have virket som en partikel blot fordi vi sætter et kamera foran den. Vi ændrer fysisk resultatet bare ved at måle det.

Det hedder Observer Effecten generelt, og selvom det er en god måde at afslutte denne artikel, klipper den ikke engang overfladen af ​​vanvittige ting, der findes i fysikken. For eksempel er der en flok variationer af dobbeltspaltningseksperimentet, der er endnu mere vanvittigt end det jeg talte om her. Jeg opfordrer dig til at kigge dem op, men kun hvis du er parat til at tilbringe hele dagen og blive fanget i kvantemekanik.