Sterrekunde

Die vorming van nuwe sterre soos uitgebeeld in Feynman se lesings

Die vorming van nuwe sterre soos uitgebeeld in Feynman se lesings


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek het afgekom op hierdie nuuskierige gedeelte oor die vorming van sterre in Feynman se lesings oor fisika:

Of ons al ooit 'n stervorm gesien het of nie, is nog steeds aanvegbaar. Figuur 7-12 toon die een bewys wat daarop dui dat ons dit het. Links is 'n foto van 'n gebied met gas met enkele sterre daarin wat in 1947 geneem is, en aan die regterkant is 'n ander foto wat slegs 7 jaar later geneem is, wat twee nuwe ligpunte toon.

Alhoewel ek heeltemal saamstem met Feynman se latere opmerking † dat dit uiters onwaarskynlik is dat sterre in hierdie foto verskyn wat wys dit eintlik?

Daar is geen verwysing daarna nie, en geen sprake van die gebruikte filter, die fisiese skaal of selfs die hemelse voorwerp wat getoon word nie, en ek het nogal nuuskierig geraak oor wat die verandering van sewe jaar verteenwoordig. Wisselende sterre? Of is die verplasing te wyte aan behoorlike bewegings? Film-artefak? Iets anders heeltemal?

Figuur in vraag (Bron):

† Feynman sluit die paragraaf af met "[het die stervorming op een of ander manier plaasgevind?] Miskien, en miskien nie. Dit is onredelik dat ons binne net sewe jaar so gelukkig moet wees dat ons 'n ster in sigbare vorm sien verander; dit is baie minder waarskynlik dat ons twee sal sien! ' - inderdaad, die stervormingstempo van die hele Melkweg sou in hierdie orde wees!


Dit kan veroorsaak word deur twee roterende binêre sterstelsels. As die rotasiesnelhede minder is as byvoorbeeld 30 jaar, sal 7 jaar 'n beduidende beweging van die liggame toon. Ek weet nie hoe skaars 2 roterende stelsels is nie, aangesien albei hierdie te skaars kan wees om prakties te wees.


imo, al die 5 sterre is reeds teenwoordig en met 'n bietjie skeiding in die linkerbeeld.
Hulle afstand na die aarde moes na die beeld van die regterkant ondersoek word. Diegene wat nader is, kon beweeg, behoorlik beweeg, baie vinniger as dié op die agtergrond.
Kortom: hulle kan op groot afstande een van die ander wees, en dit is toevallig dat hulle in die linkerbeeld in lyn is. Met miljoene sterre daar buite, is die waarskynlikheid nie nul nie.
Daar is baie vinnige sterre (VFS), byvoorbeeld. US 708 (1200 km / s op WP e 708 km / s heliosentriese radiale snelheid - Hirsch et al. 2005) nie bekend op Feynman-tyd nie.
Die ontdekkingstydperk van VFS was 2005 en tien jaar later, het Warren R, Brown et al., Berig oor die GESONDE MOSIES EN TREKKE VIR 16 EKSTRE RUNAWAY- EN HYPERVELOCITY-STERRE (2015).

WYSIG VOEG BY:
Een ding wat gedoen kan word, is om sagteware wat met Point Spread Function (PSF) geaktiveer is, te gebruik om die aantal bronne te onderskei en te besluit hoeveel sterre in elk van die beelde is.
Ek sal dit nie doen nie, want dit neem tyd wat ek nie het nie.

Daar is verskeie pakkette beskikbaar, fi, DS9 (video: vind 'n bewegende ster), MAXIM DL, SExtractor. Die beelde moet geskandeer word, uiteindelik geformateer word as FITS (luislangkode) en as u SExtractor gebruik, kyk na die prosedure wat deur E. Bertin en M. Dennefeld (1997) gebruik is.
Soek op YouTube 'Asteroïdes opspoor'


Sterrekunde-video-lesings

Hallo ouens! Hierdie maand het ek 'n versameling kosmologievideo-lesings en sterrekunde-video-lesings.

Dit sluit in: Precision Cosmology. Die Elegante Heelal. Einstein se kosmiese spoedbeperking. Toer deur die Internasionale Ruimtestasie. Van die aarde na Mars. Meet Melkwegstelsel. Dokumentêr en lesing van Apollo 40ste bestaansjaar. 'N Reis na die maan. Die lesse van Amerikaans-Russiese samewerking in die ruimte. Bekendstelling van Atlantis. NASA se Terra Satellite. LCROSS Maanimpak met die maan. NASA's Ontmoet 'n Hubble-ingenieur. Bonus: NASA se Sun Song.

Tegmark illustreer nie net die plek van ons planeet in die ruimte nie, maar ook die uitleg van die hele bekende kosmos, veral met die Sloan Digital Sky Survey, en NASA-satellietkaarte, wat 3D-weergawes van die heelal oor tyd help animeer. Wetenskaplikes sluit 'n 'konsekwente beeld van hoe die heelal ontwikkel het vanaf die vroegste oomblik tot die hede', en brei uit, verkoel en vergroot oor sy geskiedenis van 14 miljard jaar. Tegmark huldig die MIT-kollega Alan Guth, wie se inflasieteorie nie net 'n baie groot heelal voorspel nie, maar 'n oneindige, met parallelle heelalle. So 'n fantastiese konsep soos dit voorkom, sê Tegmark: "Ek voel dat inflasie toetsbaar is." Wetenskaplikes kan toenemend die maatstaf neem van 'n groot kosmos, met reële getalle.

String's the Thing: Twee teenstrydige wette. Een meestervergelyking. Die geboorte van snaarteorie. Die standaardmodel. Stoei met String Theory. Die teorie van alles. Verskeie dimensies. Vyf geure van snaarteorie.

Welkom by die 11de dimensie: The Wold West of Physics. Die potensiaal van toutjies. Om by een teorie uit te kom. Parallelle heelalle. Ontsnapping van swaartekrag. Raaisel van die oerknal. Tekens van toutjies. Te elegant om verkeerd te wees?


Einstein se kosmiese spoedperk


Toer deur die Internasionale Ruimtestasie


'N Nuwe era van verkenning: van die aarde na Mars

Sy werk aan teenmaatreëls soos unieke ruimtevaartoefeninge, spesiale dwelms, menslike aanvulling, volgende generasie ruimtetjies en die skep van kunsmatige swaartekrag. Sy toon 'n handige, pedaal-aangedrewe kunsmatige swaartekragtoestel waarop 'n ruimtevaarder draai om skadelike fisiologiese effekte te bestry. Newman sê dit neem die brein ongeveer dertig dae om aan te pas by swaartekrag en om terug te skakel na die swaartekrag van die aarde. Ons ruimtevaarders kry nie die kans om dadelik tuis te wees nie. Newman sê: "Die snaakse ding is as 'n bemanning terugkom en hulle tandeborsel los en dit val net neer."


Meet Melkwegstelsel


Dokumentêr oor die 40ste bestaansjaar van Apollo

In hierdie lesing deel Schmitt sy eie ervarings van ''n reis na die maan' 'en verweef in hierdie innemende en persoonlike weergawe 'n bespreking van sommige van die beleidsuitdagings wat die verkenning van die ruimte in die toekoms in die gesig staar. Hy kyk terug na sy eie persoonlike verkennings in die ruimte en beskryf hoe dit voel om in die ruimte te wees. Soos hy dit stel: "Om daar te wees is die essensiële menslike bestanddeel." Die toespraak word gevolg deur vrae van die gehoor.


Die lesse van Amerikaans-Russiese samewerking in die ruimte


NASA kies 'n doelkrater vir maan-impak van LCROSS-ruimtetuie

Die satelliet het 5,6 miljoen myl afgelê tydens 'n historiese missie van 113 dae wat geëindig het in die Cabeus-krater, 'n permanente skadu-streek naby die maan se suidpool. Die ruimtetuig is op 18 Junie van stapel gestuur as 'n begeleidende sending na die Lunar Reconnaissance Orbiter van die NASA se Kennedy Space Center in Florida.

'Die LCROSS-wetenskapsinstrumente het buitengewoon goed gewerk en 'n magdom gegewens opgelewer wat ons begrip van ons naaste hemelse buurman aansienlik sal verbeter,' het Anthony Colaprete, hoofondersoeker en projekwetenskaplike van LCROSS, gesê. span is opgewonde om in data te duik. '


Jim Ottaviani oor sy grafiese roman oor die geliefde fisikus Richard Feynman

Wat fisiese supersterre betref, is daar Einstein. En dan is daar & Richard's Feynman. Dit is veilig om te sê dat Feynman een van die wêreld se mees geliefde natuurkundiges is.

Voor sy dood in 1988 het Feynman 'n Nobelprys gewen vir sy werk oor hoe lig en materie interaksie het. Hy het aan die Manhattan-projek gewerk om die eerste atoombom te bou. In sy vrye tyd was Feynman 'n wetenskapsdosent, kluis, wêreldreisiger, kunstenaar en bongospeler.

Beeldkrediet: Ottaviani en Myrick

Jim Ottaviani, wat pas 'n nuwe boek oor hierdie groot wetenskaplike persoonlikheid van die 20ste eeu geskryf het, het met EarthSky gepraat. Hsaid van Feynman:

Hy vermenslik wat hy en sy kollegas doen. En hy het dit opwindender, vreugdevoller, plesieriger laat lyk as jou stereotipiese siening van wetenskap.

Ottaviani se nuwe boek, Feynman, is aan die einde van Augustus 2011 vrygestel. Dit is 'n sop-tot-neute-kroniek wat al van die kinderjare van Feynman in Queens, New York, beweeg het tot sy dood in Los Angeles in 1988.

Maar Feynman is geen gewone biografie nie. Die boek is in 'n grafiese roman formaat & # 8211 waaraan jy sou dink as 'n uitgebreide strokiesprent. Dit is geïllustreer deur Leland Myrick. Sommige voorbeelde is hieronder.

Ons het Ottaviani gevra: waarom 'n grafiese roman, en waarom Feynman? Hy het vir ons gesê:

Wetenskaplikes kommunikeer gereeld in prente. Feynman in die besonder was 'n baie visuele denker, soos geïllustreer deur die sogenaamde Feynman Diagramme, en hy was self 'n kunstenaar en dus het die idee om woorde en foto's te kombineer om hierdie verhaal te vertel, vir my baie sin.

Hy het verduidelik dat Feynman waarskynlik die bekendste is vir die sogenaamde Feynman Diagrams & # 8211 'n stel tekeninge wat Feynman (saam met kollegas Julian Schwinger en Sin-Itiro Tomonaga) gehelp het om die Nobelprys in 1965 te wen. Die tekeninge word steeds gebruik vandag.

Feynman-diagram. Geen kopiereghouer bekend nie.

Die uitgangspunt van die diagramme is ingewikkeld, het Ottaviani gesê, maar in wese is dit pyle en kronkels wat wys hoe materie met lig in wisselwerking tree. Die diagramme bevorder wetenskaplikes en die begrip van kwantummeganika - die wetenskap van die baie, baie klein - deur aan te toon dat gekke dinge in ag geneem moet word as u praat oor die gedrag van elementêre deeltjies.

Selfs al beteken dit dat u dink dat - of selfs aanvaar - dat daar regtig bisarre dinge gebeur. Deeltjies interaksie in die tyd, deeltjies beweeg agtertoe en dan vorentoe om 100 persent vorentoe te gaan. Al hierdie vreemde dinge gebeur. En sy insig was om te sê: oke, laat die natuur die natuur wees, en laat die natuur doen wat hy wil & # 8230, solank ek dit alles verantwoord. En sy werk was van so 'n aard dat hy dit op 'n elegante manier kon doen. Wat Feynman besef het, is dat al hierdie dinge moontlik is en as u dit in ag neem en al die moontlike paaie saamvat wat deur hierdie wisselwerkende deeltjies gevolg kan word, kry u die ware antwoord van wat aangaan.

Hy het bygevoeg dat Feynman se lewensverhaal vandag so relevant is omdat Feynman innoverende maniere gevind het om die wetenskap se verhaal met foto's, tekeninge en vergelykings te vertel, alles afgewissel met kleurryke verhale van reis en avontuur, aangesien die wêreld steeds sukkel met die kommunikeer van die wetenskap. . Ottaviani het gesê dat Feynman verstaan ​​hoe moeilik dit was om die aard van sy bekroonde fisika-werk te verduidelik:

Soos hy beroemd aan 'n verslaggewer gesê het: as ek dit binne drie minute kon verduidelik, is dit nie die Nobelprys werd nie.

Beeldkrediet: Ottaviani en Myrick

Ottaviani het aan ons verduidelik dat 'n groot deel van sy grafiese roman saamgestel is met Feynman wat direk met die gehoor praat. Hy het gesê dat Feynman bekend is vir 'n reeks lesings wat hy oor fisika aangebied het, wat volgens hom die meeste fisici êrens in hul biblioteek het. Feynman het die lesings van 1961 tot 1963 aan voorgraadse studente in Caltech gelewer.

Beeldkrediet: Fermi National Accelerator Laboratory

Hy het bygevoeg dat een van die gunsteling reekse in sy boek Feynman se berugte veilige krake behels, wat hy gedoen het by Los Alamos National Laboratory in New Mexico terwyl hy aan die wêreld se eerste atoombom as deel van die Manhattan-projek gewerk het. Hy het benadruk dat Los Alamos een van die mees bewaakte plekke op aarde was - en bly. Maar dit was vatbaar vir Feyman se kragtige intelligensie.

Hy is dus daar in Los Alamos in die veertigerjare en hy het 'n plan bedink waar hy binne enkele minute die kluise op die perseel kon oopmaak.

Ottaviani het dit gedoen deur te voel, en hy sou dit soms as 'n praktiese grap doen.

Iemand het dus vir die dag vertrek, en iemand anders het 'n referaat nodig van een van hul kollegas, en hulle kon na Feynman gaan en sê: 'Haai, ek weet [kernfisikus] Hanz Bethe het hierdie ding toegesluit, en hy is op soek na die dag. Maar ek het hierdie vraestel regtig nodig. Kan u my dan help om hierdie ding te kry? En Feynman sou "voorgee" dat hy 'n stel gereedskap of iets moes gaan haal, maar wat hy regtig gedoen het, was om die deur toe te maak, gebruik hierdie tegniek wat hy gehad het om die getalle in 'n kombinasie uit te trek. En maak dan die kluis oop en gee mense aan wat hulle wou hê. Of laat mense soms 'n ondeunde boodskap wat sê: "Ek was hier."

Hy het gesê 'n ander een van sy gunsteling dele van die nuwe boek was 'n staaltjie uit Feynman se persoonlike lewe, wat plaasgevind het nadat hy met kanker gediagnoseer is. [VERWOESTER WAARSKUWING!]

My absolute gunsteling reeks is heel aan die einde van die boek. Dit gaan oor die wandeling wat Feynman met 'n goeie vriend van hom genaamd Danny Hillis naby die heuwels naby sy huis gemaak het. Ek dink [die boek se illustreerder] Leland het so 'n goeie werk gedoen. Soos ek gesê het, dit gaan oor 'n wandeling wat Feynman met 'n vriend naby sy huis in Los Angeles teen die einde van sy lewe onderneem het. Die segment word 'The Good Stuff' genoem. Feynman is pas gediagnoseer met die iterasie van die kanker wat hom gaan doodmaak, en almal weet dit.

Maar hy loop net saam en vertel 'n storie soos hy gereeld sou doen, en Danny lyk hartseer en hartseerder. En hy sê: "Wat gaan aan?" En Danny sê: "Ek is jammer dat jy gaan sterf." En Feynman sê: 'Daaroor is ek ook nogal bummed.' Alhoewel hy nie hierdie woorde gebruik het nie. Toe het hy gesê: 'Maar, weet u, nadat u my ouderdom geword het, besef u dat u byna almal vertel het dat u die meeste goed ken wat u ken.' En dan kyk Feynman om hom en sê: 'Haai, ek dink ek kan jou hiervandaan 'n beter weg wys.'

En selfs daar, aan die einde van sy lewe, het Ottaviani gesê, het Feynman nog gedink, hy het nog steeds die lewe geniet en steeds mense geleer.

Beeldkrediet: Ottaviani en Myrick

Kortom: Jim Ottaviani het met EarthSky gesels oor sy nuwe grafiese roman oor die Nobel-fisikus Richard Feynman. Dit is einde Augustus 2011 in hardeband deur First Second Press uitgereik.

Spesiale dank aan Cathleen Day vir haar kreatiewe insette oor hierdie funksie. Spesiale uiterste dank aan Chris Comfort vir sy hulp met beelde.


Die vorming van nuwe sterre soos uitgebeeld in Feynman se lesings - Sterrekunde

Byna sewe jaar gelede (op 36-jarige ouderdom) het ek 'n CD van Richard P. Feynman ingepropSes maklike stukke klank / boekstel. My lewe is vir altyd verander!

My vorige skooljare het gehandel oor die sosiale wetenskappe en regte. Ek het nog nooit vantevore so 'n pragtige beskrywing van die natuur op die mees fundamentele vlak (fisika) gesien nie. Ek was heeltemal verswelg deur my nuwe belangstelling in wetenskap en het daarna talle boeke oor fisika en sterrekunde gelees, waaronder baie van Feynman se beroemde fisika-lesings (sowel as die ooreenstemmende klank-CD's wat Feynman op sy beste voorstel) voor lewendige gehoor). Boonop het ek 'n ywerige amateur-sterrekundige geword (veral op die gebied van binêre sterre) en doen ek gereeld my tyd vrywillig in verskillende gemeenskapsprojekte namens JPL / NASA (as 'n ambassadeur van die sonstelsel '). Ek het ook onlangs twee aanlyn-sertifikaatkursusse in fisika en sterrekunde voltooi. My huidige studie (ten minste nou) behels die eerste twintig hoofstukke van Feynman'sLesings oor fisikaBoek (Deel I). Feynman het my laat dink op maniere wat geen ander onderwyser voorheen gehad het nie. En hy het my waarlik gemaak waardeer leer - net vir die funksie daarvan.

Ek werk in wetstoepassing waar ek elke dag (ongelukkig) ellende sien. Professor Feynman neem my eenvoudig weg van alles - veral as ek na hom luister op 'n CD. Ek dink skielik aan positiewe dinge (die natuur) en vergeet van al die slegte dinge. Sy humorsin is natuurlik ook ongeëwenaard. Ek het my vrou selfs oortuig dat fisika KUN kan wees as Feynman die onderrig gee. [Sy het fisika op hoërskool gehaat!].

Dankie, professor Feynman. Ek deel gereeld u wysheid met my drie seuns (veral ons sewejarige wat absoluut van sterrekunde en wiskunde hou!). U uitstaande nalatenskap leef duidelik voort in die harte en gedagtes van baie mense. Wat 'n prestasie inderdaad!


52 Simmetrie in fisiese wette

52–1 Simmetrie-bewerkings

Die onderwerp van hierdie hoofstuk is wat ons kan noem simmetrie in fisiese wette. Ons het al sekere kenmerke van simmetrie in fisiese wette bespreek in verband met vektorontleding (hoofstuk 11), die relatiwiteitsteorie (hoofstuk 16) en rotasie (hoofstuk 20).

Waarom moet ons met simmetrie besig wees? In die eerste plek is simmetrie fassinerend vir die menslike verstand, en almal hou van voorwerpe of patrone wat op een of ander manier simmetries is. Dit is 'n interessante feit dat die natuur dikwels sekere soorte simmetrie vertoon in die voorwerpe wat ons in die wêreld rondom ons vind. Miskien is die mees simmetriese voorstel denkbaar 'n sfeer, en die natuur is vol sfere — sterre, planete, waterdruppels in wolke. Die kristalle wat in rotse voorkom, vertoon baie verskillende soorte simmetrie, waarvan die studie ons belangrike dinge oor die struktuur van vaste stowwe vertel. Selfs die diere- en groente-wêrelde toon 'n mate van simmetrie, hoewel die simmetrie van 'n blom of 'n by nie so perfek of so fundamenteel is as die van 'n kristal nie.

Maar ons grootste belang hier is nie dat die voorwerpe van die natuur is dikwels simmetries. Ons wil eerder 'n paar van die nog merkwaardiger simmetrieë van die heelal ondersoek - die simmetrieë wat in die wêreld bestaan basiese wette self wat die werking van die fisiese wêreld beheer.

Eerstens, wat is simmetrie? Hoe kan 'n fisiese wetgewing “simmetries” wees? Die probleem met die definiëring van simmetrie is interessant en ons het reeds opgemerk dat Weyl 'n goeie definisie gegee het, waarvan die inhoud is dat 'n ding simmetries is as ons iets daaraan kan doen, sodat dit lyk nadat ons dit gedoen het. dieselfde as voorheen. 'N Simmetriese vaas is byvoorbeeld van so 'n aard dat as ons dit weerkaats of draai, dit dieselfde sal lyk as voorheen. Die vraag wat ons hier wil oorweeg, is wat ons aan fisiese verskynsels of aan 'n fisiese situasie in 'n eksperiment kan doen, en tog die resultaat dieselfde kan laat. 'N Lys van die bekende bewerkings waaronder verskillende fisiese verskynsels onveranderlik bly, word in Tabel 52-1 getoon.

Vertaling in die ruimte
Vertaling betyds
Draai deur 'n vaste hoek
Eenvormige snelheid in 'n reguit lyn (Lorentz-transformasie)
Terugskrywing van tyd
Weerspieëling van die ruimte
Wisseling van identiese atome of identiese deeltjies
Kwantummeganiese fase
Materie-antimaterie (lading vervoeging)

52–2 Simmetrie in ruimte en tyd

Die eerste ding wat ons byvoorbeeld kan probeer doen, is om vertaal die verskynsel in die ruimte.As ons 'n eksperiment in 'n sekere streek doen, en dan 'n ander apparaat op 'n ander plek in die ruimte bou (of die oorspronklike een skuif), dan sal alles wat in een apparaat aangaan, in 'n sekere tydsorde op dieselfde manier plaasvind as ons dieselfde toestand gereël het, met alle aandag aan die beperkings wat ons voorheen genoem het: dat al die kenmerke van die omgewing wat dit nie op dieselfde manier doen nie, ook oorgedra is - het ons gesels oor hoe om te definieer hoeveel ons moet in hierdie omstandighede insluit, en ons sal nie weer daaroor nadink nie.

Op dieselfde manier glo ons dit ook vandag verplasing in tyd sal geen uitwerking op fisiese wette hê nie. (Dit wil sê, sover ons vandag weet—Al hierdie dinge is sover ons dit vandag ken!) Dit beteken dat as ons 'n sekere apparaat bou en op 'n sekere tyd begin, sê dan Donderdag om 10:00, en bou dan dieselfde apparaat en begin dit, sê, drie dae later in dieselfde toestand, sal die twee apparate op dieselfde manier deur dieselfde bewegings gaan as 'n funksie van tyd, ongeag die begintyd, natuurlik weer, mits die relevante kenmerke van die omgewing is ook toepaslik aangepas in tyd. Daardie simmetrie beteken natuurlik dat as 'n mens General Motors-aandele drie maande gelede koop, dieselfde sal gebeur as hy dit nou koop!

Ons moet ook oppas vir geografiese verskille, want daar is natuurlik variasies in die eienskappe van die aardoppervlak. As ons byvoorbeeld die magnetiese veld in 'n sekere streek meet en die apparaat na 'n ander gebied skuif, werk dit miskien nie presies op dieselfde manier nie, want die magnetiese veld is anders, maar ons sê dit is omdat die magnetiese veld geassosieer met die aarde. Ons kan ons voorstel dat dit geen verskil sou maak aan die werking van die apparaat as ons die hele aarde en die toerusting beweeg nie.

'N Ander ding wat ons in besonderhede bespreek het, was rotasie in die ruimte: as ons 'n apparaat skuins draai, werk dit net so goed, mits ons al die relevante sake daarby draai. In hoofstuk 11 het ons die probleem van simmetrie onder rotasie in die ruimte in besonderhede bespreek, en ons het 'n wiskundige stelsel uitgevind, genaamd vektorontleding om dit so netjies as moontlik te hanteer.

Op 'n meer gevorderde vlak het ons 'n ander simmetrie gehad - die simmetrie onder eenvormige snelheid in 'n reguit lyn. Dit wil sê - 'n redelike merkwaardige effek - dat as ons 'n apparaat het wat op 'n sekere manier werk en dan dieselfde apparaat neem en in 'n motor sit, en die hele motor, plus al die betrokke omgewing, op 'n uniform skuif snelheid in 'n reguit lyn, wat die verskynsels binne die motor betref, is daar geen verskil nie: al die fisiese wette lyk dieselfde. Ons weet selfs hoe ons dit meer tegnies moet uitdruk, en dit is dat die wiskundige vergelykings van die fisiese wette onder 'n Lorentz transformasie. Om die waarheid te sê, dit was 'n studie van die relatiwiteitsprobleem wat fisici se aandag die skerpste konsentreer op simmetrie in fisiese wette.

Die bogenoemde simmetrieë het nou almal geometriese aard gehad, terwyl tyd en ruimte min of meer dieselfde was, maar daar is ook ander simmetrieë van 'n ander soort. Daar is byvoorbeeld 'n simmetrie wat die feit beskryf dat ons een atoom deur 'n ander van dieselfde soort kan vervang om dit anders te stel, daar is atome van dieselfde soort. Dit is moontlik om groepe atome so te vind dat as ons 'n paar verander, dit geen verskil maak nie - die atome is identies. Wat een suurstofatoom van 'n sekere tipe ook al doen, 'n ander suurstofatoom van die tipe sal doen. 'N Mens kan sê:' Dit is belaglik, dit is die definisie van gelyke soorte! ” Dit is miskien net die definisie, maar dan weet ons nog nie of dit daar is nie is enige "atome van dieselfde tipe" die feit is dat daar baie, baie atome van dieselfde tipe is. Dit beteken dus iets om te sê dat dit geen verskil maak as ons een atoom van dieselfde soort vervang nie. Die sogenaamde elementêre deeltjies waarvan die atome gemaak is, is ook identiese deeltjies in die bogenoemde sin - alle elektrone is dieselfde, alle protone is dieselfde, alle positiewe pione is dieselfde, ensovoorts.

Na so 'n lang lys van dinge wat gedoen kan word sonder om die verskynsels te verander, sou 'n mens dink dat ons feitlik enigiets sou kon doen. Laat ons dan voorbeelde van die teendeel gee, net om die verskil te sien. Gestel ons vra: "Is die fisiese wette simmetries onder 'n skaalverandering?" Gestel ons bou 'n sekere stuk apparaat en bou dan 'n ander apparaat in elke onderdeel vyf keer groter, sal dit presies op dieselfde manier werk? Die antwoord is, in hierdie geval, geen! Die golflengte van die lig wat byvoorbeeld deur die atome in een boks natriumatome uitgestraal word en die golflengte van die lig wat vyf keer in volume deur 'n gas van natriumatome uitgestraal word, is nie vyf keer langer nie, maar is eintlik presies dieselfde as die ander . Die verhouding van die golflengte tot die grootte van die emitter sal dus verander.

Nog 'n voorbeeld: ons sien elke keer in die koerant foto's van 'n groot katedraal wat met klein vuurhoutjies gemaak is - 'n geweldige kunswerk van een of ander afgetrede man wat vuurhoutjies aanmekaar plak. Dit is baie uitgebrei en wonderliker as enige regte katedraal. As ons ons voorstel dat hierdie houtkatedraal eintlik op die skaal van 'n regte katedraal gebou is, sien ons waar die moeilikheid is dat dit nie sou duur nie - die hele ding sou in duie stort weens die feit dat opgeknapte vuurhoutjies net nie sterk genoeg is nie. 'Ja', sou 'n mens kon sê, 'maar ons weet ook dat as daar 'n invloed van buite is, dit ook in verhouding moet verander!' Ons praat oor die vermoë van die voorwerp om gravitasie te weerstaan. Wat ons dus moet doen, is om eers die modelkatedraal van regte vuurhoutjies en die regte aarde te neem, en dan weet ons dat dit stabiel is. Dan moet ons die groter katedraal neem en 'n groter aarde neem. Maar dan is dit nog erger, want die gravitasie word nog meer verhoog!

Vandag verstaan ​​ons natuurlik die feit dat verskynsels afhang van die skaal op grond daarvan dat materie atomies van aard is, en beslis as ons 'n apparaat sou bou wat so klein was, was daar net vyf atome daarin, sou dit duidelik iets wees wat ons kon nie willekeurig op en af ​​skaal nie. Die skaal van 'n individuele atoom is glad nie arbitrêr nie - dit is baie beslis.

Die feit dat die wette van fisika nie onveranderd is aan die hand van 'n skaalverandering nie, is deur Galileo ontdek. Hy het besef dat die sterkte van materiale nie presies die regte verhouding met hul groottes het nie, en hy illustreer hierdie eienskap wat ons net bespreek het, oor die katedraal van vuurhoutjies, deur twee bene, die been van een hond, in die regte verhouding te teken. omdat hy sy gewig vasgehou het, en die denkbeeldige been van 'n 'superhond' wat, byvoorbeeld, tien of honderd keer groter sou wees - daardie been was 'n groot, soliede ding met heel ander afmetings. Ons weet nie of hy ooit die argument tot die gevolgtrekking gebring het dat die natuurwette 'n besliste skaal moet hê nie, maar hy was so beïndruk met hierdie ontdekking dat hy dit as belangrik beskou as die ontdekking van die bewegingswette, omdat hy hulle albei in dieselfde bundel gepubliseer het, genaamd "On Two New Sciences."

'N Ander voorbeeld waarin die wette nie simmetries is nie, wat ons baie goed ken, is dit: 'n stelsel in rotasie met 'n eenvormige hoeksnelheid gee nie dieselfde oënskynlike wette as een wat nie draai nie. As ons 'n eksperiment doen en dan alles in 'n ruimteskip plaas en die ruimteskip in 'n leë ruimte laat draai, alleen met 'n konstante hoeksnelheid, sal die apparaat nie op dieselfde manier werk nie, want soos ons weet, sal dinge in die toerusting word na buite gegooi, ensovoorts, deur die sentrifugale of Coriolis-kragte, ens. In werklikheid kan ons sien dat die aarde draai deur 'n sogenaamde Foucault-slinger te gebruik, sonder om na buite te kyk.

Vervolgens noem ons 'n baie interessante simmetrie wat natuurlik vals is, d.w.s. omkeerbaarheid in tyd. Die fisiese wette kan klaarblyklik nie mettertyd omkeerbaar wees nie, want, soos ons weet, is alle voor die hand liggende verskynsels op groot skaal onomkeerbaar: "Die bewegende vinger skryf, en het skrywe, beweeg aan." Sover ons kan agterkom, is hierdie onomkeerbaarheid die gevolg van die baie groot hoeveelheid deeltjies wat betrokke is, en as ons die individuele molekules kon sien, sou ons nie kon sien of die masjinerie vorentoe of agtertoe werk nie. Om dit meer presies te maak: ons bou 'n klein apparaat waarin ons weet wat al die atome doen, waarin ons kan sien hoe hulle giggel. Nou bou ons 'n ander apparaat soos dit, maar wat begin in die finale toestand van die ander, met al die snelhede presies omgekeer. Dit gaan dan deur dieselfde bewegings, maar presies in omgekeerde rigting. Om dit anders te stel: as ons 'n film neem met voldoende detail van al die binneste werke van 'n stuk materiaal en dit op 'n skerm laat skyn en agteruit laat loop, sal geen fisikus kan sê: 'Dit is teen die wette van die fisika, dit is verkeerd doen! ” As ons nie al die besonderhede sien nie, sal die situasie natuurlik duidelik wees. As ons die eier op die sypaadjie sien spat en die dop oopbars, ensovoorts, dan sal ons sekerlik sê: 'Dit is onomkeerbaar, want as ons die bewegende prentjie agtertoe laat loop, sal die eier almal saam versamel en die dop sal teruggaan saam, en dit is natuurlik belaglik! ” Maar as ons na die individuele atome kyk, lyk die wette heeltemal omkeerbaar. Dit is natuurlik 'n baie moeiliker ontdekking om te doen, maar blykbaar is dit waar dat die fundamentele fisiese wette, op 'n mikroskopiese en fundamentele vlak, mettertyd heeltemal omkeerbaar is!

52–3 Wette oor simmetrie en bewaring

Die simmetrieë van die fisiese wette is baie interessant op hierdie vlak, maar uiteindelik blyk dit nog interessanter en opwindender te wees as ons by kwantummeganika kom. Om 'n rede wat ons op die vlak van die huidige bespreking nie duidelik kan maak nie - 'n feit dat die meeste fisici nog steeds ietwat verbysterend vind, 'n diepgaande en mooiste ding, is dat dit in die kwantummeganika vir elk van die reëls van simmetrie is daar 'n ooreenstemmende bewaringswet daar is 'n besliste verband tussen die wette van behoud en die simmetrie van fisiese wette. Ons kan dit tans net stel sonder enige poging tot verduideliking.

Die feit dat die wette byvoorbeeld simmetries is vir vertaling in die ruimte as ons die beginsels van die kwantummeganika byvoeg, blyk te wees dat momentum word behoue ​​gebly.

Dat die wette mettertyd simmetries is onder vertaling, beteken in die kwantummeganika dat energie word bewaar.

Afwyking onder draai deur 'n vaste hoek in die ruimte stem ooreen met die behoud van hoekmomentum. Hierdie verbindings is baie interessante en mooiste dinge, onder die mooiste en diepste dinge in fisika.

Terloops, daar is 'n aantal simmetrieë wat in kwantummeganika voorkom, wat geen klassieke analoog het nie en wat geen beskrywingsmetode in klassieke fisika het nie. Een hiervan is soos volg: As $ psi $ die amplitude vir die een of ander proses is, weet ons dat die absolute vierkant van $ psi $ die waarskynlikheid is dat die proses sal plaasvind. As iemand anders nou sy berekeninge sou maak, nie met hierdie $ psi $ nie, maar met 'n $ psi '$ wat slegs deur 'n faseverandering verskil (laat $ Delta $ konstant wees, en vermenigvuldig $ e ^$ keer die ou $ psi $), die absolute vierkant van $ psi '$, wat die waarskynlikheid van die gebeurtenis is, is dan gelyk aan die absolute vierkant van $ psi $: begin etiket psi '= psi e ^ quad abs < psi '> ^ 2 = abs < psi> ^ 2. einde Daarom is die fisiese wette onveranderd as die fase van die golffunksie deur 'n willekeurige konstante verskuif word. Dit is nog 'n simmetrie. Fisiese wette moet van so 'n aard wees dat 'n verskuiwing in die kwantummeganiese fase geen verskil maak nie. Soos ons pas genoem het, is daar in die kwantummeganika 'n bewaringswet vir elke simmetrie. Die bewaringswet wat verband hou met die kwantummeganiese fase blyk die behoud van elektriese lading. Dit is 'n baie interessante besigheid!

52–4 Spieëlrefleksies

Die volgende vraag, wat ons vir die grootste deel van die res van hierdie hoofstuk gaan besorg, is die vraag na simmetrie weerkaatsing in die ruimte. Die probleem is die volgende: Is die fisiese wette simmetries onder besinning? Ons kan dit so stel: veronderstel ons bou 'n stuk toerusting, laat ons 'n horlosie sê, met baie wiele en hande en syfers wat dit tik, dit werk, en dit het dinge binne-in opgewen. Ons kyk na die horlosie in die spieël. Hoe dit lyk in die spieël is nie die vraag nie. Maar laat ons eintlik bou 'n ander klok wat presies dieselfde is as wat die eerste horlosie in die spieël lyk - elke keer as daar 'n skroef met 'n regterskroefdraad in die een is, gebruik ons ​​'n skroef met 'n linkerdraad op die ooreenstemmende plek van die ander een is op die gesig '$ 2 $' gemerk, ons merk 'n '' op die gesig van die ander. Die opgerolde veer is een kant in een horlosie gedraai en die ander kant in die spieëlbeeldklok as ons almal klaar is, het ons twee klokke, beide fisies, wat die verhouding van 'n voorwerp en sy spieëlbeeld aan mekaar dra, alhoewel dit albei werklike, materiële voorwerpe is, beklemtoon ons. Nou is die vraag: as die twee horlosies in dieselfde toestand aangeskakel word, sal die vere tot ooreenstemmende strakke gewikkel word, sal die twee horlosies tik en rondgaan, vir ewig daarna, as presiese spieëlbeelde? (Dit is 'n fisiese vraag, nie 'n filosofiese vraag nie.) Ons intuïsie oor die wette van fisika dui daarop dat dit sou.

Ons sou vermoed dat weerkaatsing in die ruimte, ten minste in die geval van hierdie horlosies, een van die simmetrieë van fisiese wette is, dat as ons alles van "regs" na "links" verander en dit anders laat, kan ons nie die verskil. Laat ons dan vir 'n oomblik veronderstel dat dit waar is. As dit waar is, sou dit onmoontlik wees om 'regs' en 'links' te onderskei deur enige fisiese verskynsel, net soos dit byvoorbeeld onmoontlik is om 'n bepaalde absolute snelheid deur 'n fisiese verskynsel te definieer. Dit moet dus onmoontlik wees om deur enige fisiese verskynsel absoluut te definieer wat ons met "regs" bedoel, in teenstelling met "links", omdat die fisiese wette simmetries moet wees.

Die wêreld doen dit natuurlik nie het simmetries te wees. As u byvoorbeeld 'geografie' kan gebruik, kan u sekerlik 'reg' definieer. Ons staan ​​byvoorbeeld in New Orleans en kyk na Chicago, en Florida is aan ons regterkant (as ons voete op die grond is!). Ons kan dus 'regs' en 'links' definieer deur geografie. Die werklike situasie in enige stelsel hoef natuurlik nie die simmetrie te hê waaroor ons praat nie, maar dit is die vraag of die wette is simmetries — met ander woorde, of dit nou is teen die fisiese wette om 'n sfeer soos die aarde met 'linkshandige vuil' daarop te hê en 'n persoon soos onsself wat na 'n stad soos Chicago staan ​​en kyk vanaf 'n plek soos New Orleans, maar met alles andersom, dus is Florida aan die ander kant . Dit lyk klaarblyklik nie onmoontlik nie, nie teen die fisiese wette nie, om alles links na regs te laat verander.

'N Ander punt is dat ons definisie van "reg" nie van die geskiedenis afhang nie. 'N Maklike manier om regs van links te onderskei, is om na 'n masjienwinkel te gaan en lukraak 'n skroef op te tel. Die kans is dat dit 'n regterkantse draad het - nie noodwendig nie, maar dat dit heel waarskynlik 'n regterkantse draad het as 'n linkerkantse draad. Dit is 'n kwessie van geskiedenis of konvensie, of die manier waarop dinge toevallig is, en is weer nie 'n kwessie van fundamentele wette nie. Soos ons dit goed kan waardeer, sou almal linkshandige skroewe kon begin maak!

Ons moet dus probeer om 'n verskynsel te vind waar 'regterhand' fundamenteel betrokke is. Die volgende moontlikheid wat ons bespreek, is die feit dat gepolariseerde lig sy vlak van polarisasie draai terwyl dit deur byvoorbeeld suikerwater gaan. Soos ons in Hoofstuk 33 gesien het, draai dit, laat ons sê, na regs in 'n sekere suikeroplossing. Dit is 'n manier om 'regterhand' te definieer, want ons kan suiker in die water oplos en dan gaan die polarisasie na regs. Maar suiker kom van lewende dinge, en as ons die suiker kunsmatig probeer maak, dan ontdek ons ​​dat dit suiker is doen nie draai die vlak van polarisasie! Maar as ons dan dieselfde suiker neem wat kunsmatig gemaak is en wat nie die polariseringsvlak draai nie, en bakterieë daarin plaas (hulle eet van die suiker) en dan die bakterieë uitfilter, vind ons dat ons nog suiker oor het (byna die helfte soveel as wat ons voorheen gehad het), en hierdie keer draai dit wel die vlak van polarisasie, maar andersom! Dit lyk baie verwarrend, maar word maklik verklaar.

Neem 'n ander voorbeeld: proteïene is een van die stowwe wat algemeen is vir alle lewende wesens en wat fundamenteel is vir die lewe. Proteïene bestaan ​​uit kettings van aminosure. Figuur 52–1 toon 'n model van 'n aminosuur wat uit 'n proteïen kom. Hierdie aminosuur word alanien genoem, en die molekulêre rangskikking sal soos in Fig. 52-1 (a) lyk as dit uit 'n proteïen van 'n werklike lewende saak kom. Aan die ander kant, as ons probeer om alanien te maak uit koolstofdioksied, etaan en ammoniak (en ons kan maak dit, dit is nie 'n ingewikkelde molekuul nie), ons ontdek dat ons gelyke hoeveelhede van hierdie molekule maak en die getoon in Fig. 52–1 (b)! Die eerste molekule, die een wat van die lewende ding afkomstig is, word genoem L-alanien. Die ander een, wat chemies dieselfde is, omdat dit dieselfde soorte atome en dieselfde verbindings van die atome het, is 'n "regterhandse" molekule, vergeleke met die "linkerhandse" L-alanien, en dit is genoem D-alanien. Die interessante ding is dat wanneer ons alanien tuis in 'n laboratorium van eenvoudige gasse maak, 'n gelyke mengsel van albei soorte kry. Die enigste ding wat die lewe gebruik, is egter L-alanien. (Dit is nie presies waar nie. Hier en daar in lewende wesens is daar 'n spesiale gebruik vir D-alanien, maar dit is baie skaars. Alle proteïene gebruik L-alanien uitsluitlik.) As ons nou albei soorte maak, en ons voed die mengsel vir sommige diere wat graag "eet" of alanine opgebruik, kan dit nie D-alanien gebruik nie; daarom gebruik dit net die L-alanien wat met ons suiker gebeur het - nadat die bakterieë die suiker eet wat goed is vir hulle , net die "verkeerde" soort is oor! (Linkshandige suiker smaak soet, maar nie dieselfde as regshandige suiker nie.)

Dit lyk dus asof die verskynsels van die lewe 'n onderskeid tussen "regs" en "links" toelaat, of chemie 'n onderskeid toelaat, omdat die twee molekules chemies verskil.Maar nee, dit doen nie! Sover fisiese metings gemaak kan word, soos energie, die tempo van chemiese reaksies, ensovoorts, werk die twee soorte presies op dieselfde manier as ons ook alles in 'n spieëlbeeld maak. Die een molekule sal lig na regs draai, en die ander sal dit presies in dieselfde hoeveelheid na links deur dieselfde hoeveelheid vloeistof draai. Wat die fisika betref, is hierdie twee aminosure dus ewe bevredigend. Sover ons die dinge vandag verstaan, is die grondbeginsels van die Schrödinger-vergelyking dat die twee molekules op presies ooreenstemmende maniere moet optree, sodat die een regs is as die ander links. Nietemin, dit is alles een manier in die lewe!

Daar word vermoed dat die rede hiervoor die volgende is. Laat ons byvoorbeeld veronderstel dat die lewe op een of ander manier op een of ander oomblik in 'n sekere toestand is waarin al die proteïene in sommige wesens linkse aminosure het, en al die ensieme skeef is - elke stof in die lewende wese is skeef - dit is nie simmetries nie. Wanneer die spysverteringsensieme probeer om die chemikalieë in die voedsel van een soort na 'n ander te verander, pas 'n soort chemikalie in die ensiem, maar die ander soort nie (soos Aspoestertjie en die pantoffel, behalwe dat dit 'n 'links' is). voet ”wat ons toets). Sover ons weet, sou ons in beginsel byvoorbeeld 'n padda kon bou waarin elke molekule omgekeer is, alles is soos die 'linkerhand'-spieëlbeeld van 'n regte padda, ons het 'n linker padda. Hierdie linker padda sal 'n ruk lank reg wees, maar hy sal niks vind om te eet nie, want as hy 'n vlieg insluk, is sy ensieme nie gebou om dit te verteer nie. Die vlieg het die verkeerde "soort" aminosure (tensy ons hom 'n linkerhandse vlieg gee). Sover ons weet, sal die chemiese en lewensprosesse op dieselfde manier voortgaan as alles omgekeer word.

As lewe geheel en al 'n fisiese en chemiese verskynsel is, kan ons verstaan ​​dat die proteïene almal in dieselfde kurktrekker gemaak word, net uit die idee dat heel lewendige molekules aan die begin per ongeluk begin en 'n paar gewen het. Erens, een keer, was een organiese molekule op 'n sekere manier skeefgetrek, en vanuit hierdie spesifieke ding het die "regte" toevallig in ons spesifieke geografie ontwikkel, was 'n spesifieke historiese ongeluk eensydig, en sedertdien het die skeefheid voortgeplant. Nadat ons in die toestand gekom het waarin dit nou is, sal dit natuurlik altyd voortgaan - al die ensieme verteer die regte dinge, vervaardig die regte dinge: as die koolstofdioksied en die waterdamp, ensovoorts, in die plant gaan blare, die ensieme wat suikers maak, maak dit skeef omdat die ensieme skeef is. As 'n nuwe soort virus of lewende wese op 'n later tydstip sou ontstaan, sou dit slegs oorleef as dit die lewende materie wat reeds aanwesig was, kon "eet". Dus moet dit ook van dieselfde aard wees.

Daar is geen bewaring van die aantal regshandige molekules nie. Sodra ons begin het, kon ons die aantal regshandige molekules aanhou vermeerder. Die vermoede is dus dat die verskynsels in die geval van lewe nie 'n gebrek aan simmetrie in fisiese wette toon nie, maar inteendeel die universele aard en die algemene oorsprong van alle wesens op aarde die sin hierbo beskryf.

52–5 Polêre en aksiale vektore

Nou gaan ons verder. Ons merk op dat daar in fisika baie ander plekke is waar ons 'regter' en 'linker' handreëls het. Trouens, toe ons geleer het oor vektorontleding, het ons geleer van die regterhandse reëls wat ons moet gebruik om die hoekmomentum, wringkrag, magnetiese veld, ensovoorts, reg te laat uitkom. Die krag op 'n lading wat in 'n magnetiese veld beweeg, is byvoorbeeld $ FLPF = q FLPv times FLPB $. In 'n gegewe situasie waarin ons $ FLPF $, $ FLPv $ en $ FLPB $ ken, is die vergelyking nie genoeg om regshandigheid te definieer nie? As ons teruggaan en kyk waar die vektore vandaan kom, weet ons dat die “regterhandreël” bloot 'n konvensie was, maar dat dit 'n truuk was. Die oorspronklike hoeveelhede, soos die hoekmomenta en die hoeksnelhede, en sulke dinge, was glad nie regtig vektore nie! Hulle word almal op een of ander manier met 'n sekere vlak geassosieer, en dit is net omdat daar drie dimensies in die ruimte is wat ons die hoeveelheid kan assosieer met 'n rigting loodreg op die vlak. Van die twee moontlike rigtings het ons die rigting "regs" gekies.

As die wette van die fisika dus simmetries is, moet ons vind dat as een of ander demoon in al die fisika-laboratoriums sou sluip en die woord "regs" sou vervang vir "links" in elke boek waarin "regterhandreëls" gegee word, en in plaas daarvan moes ons alle 'linkerreëls' eenvormig gebruik, dan hoef dit in die fisiese wette geen verskil te maak nie.

Laat ons 'n illustrasie gee. Daar is twee soorte vektore. Daar is 'eerlike' vektore, byvoorbeeld 'n stap $ FLPr $ in die ruimte. As daar in ons apparaat 'n stuk hier is en iets anders daar, dan sal daar in 'n spieëlapparaat die beeldstuk wees en die beeld iets anders, en as ons 'n vektor trek van die 'stuk' na die 'iets anders', een vektor is die spieëlbeeld van die ander (Fig. 52-2). Die vektorpyl verander van kop, net soos die hele ruimte so 'n vektor word wat ons a noem polêre vektor.

Maar die ander soort vektor, wat te doen het met rotasies, is van 'n ander aard. Veronderstel byvoorbeeld dat daar in drie dimensies iets draai soos getoon in Fig. 52–3. As ons daarna in 'n spieël kyk, sal dit draai soos aangedui, naamlik as die spieëlbeeld van die oorspronklike rotasie. Nou het ons ooreengekom om die spieëlrotasie volgens dieselfde reël voor te stel. Dit is 'n 'vektor' wat, by weerkaatsing, dit doen nie soos die polêre vektor verander, maar omgekeer is in verhouding tot die polêre vektore en die geometrie van die ruimte word so 'n vektor 'n aksiale vektor.

As die wet van refleksiesimmetrie nou in die fisika reg is, dan moet dit waar wees dat die vergelykings so ontwerp moet wees dat as ons die teken van elke aksiale vektor en elke kruisproduk van vektore verander, wat sou ooreenstem met refleksie, niks sal gebeur nie. As ons byvoorbeeld 'n formule skryf wat sê dat die hoekmomentum $ FLPL = FLPr times FLPp $ is, is die vergelyking in orde, want as ons na 'n linker-koördinaatstelsel verander, verander ons die teken van $ FLPL $, maar $ FLPp $ en $ FLPr $ verander nie die kruisprodukteken word verander nie, aangesien ons van 'n regterreël na 'n linkerreël moet verander. As 'n ander voorbeeld weet ons dat die krag op 'n lading wat in 'n magneetveld beweeg, $ FLPF = q FLPv times FLPB $ is, maar as ons van 'n regter- na 'n linkshandige stelsel verander, aangesien $ FLPF $ en $ FLPv $ is bekend as polêre vektore. Die tekenverandering wat deur die kruisproduk benodig word, moet gekanselleer word deur 'n tekenverandering in $ FLPB $, wat beteken dat $ FLPB $ 'n aksiale vektor moet wees. Met ander woorde, as ons so 'n refleksie maak, moet $ FLPB $ na $ - FLPB $ gaan. As ons dus ons koördinate van regs na links verander, moet ons ook die magnete-pole van noord na suid verander.

Kom ons kyk hoe dit in 'n voorbeeld werk. Gestel ons het twee magnete, soos in Fig. 52–4. Die een is 'n magneet met die spoele wat op 'n sekere manier rondloop, en met stroom in 'n gegewe rigting. Die ander magneet lyk soos die weerkaatsing van die eerste magneet in 'n spieël - die spoel draai andersom, alles wat binne die spoel gebeur, is presies omgekeer en die stroom gaan soos aangedui. Uit die wette vir die produksie van magnetiese velde, wat ons nog nie amptelik ken nie, maar wat ons waarskynlik op hoërskool geleer het, blyk dit dat die magnetiese veld soos in die figuur getoon word. In een geval is die pool 'n suidmagnetiese pool, terwyl in die ander magneet die stroom andersom gaan en die magneetveld omgekeer word - dit is 'n noordmagnetiese pool. Ons sien dus dat wanneer ons van regs na links gaan, ons inderdaad van noord na suid moet verander!

Maak nie saak om van noord na suid te verander nie, dit is ook net konvensies. Laat ons daaroor praat verskynsels. Veronderstel nou dat ons 'n elektron het wat deur een veld beweeg en die bladsy binnegaan. As ons dan die formule vir die krag, $ FLPv times FLPB $ (onthou dat die lading minus is), vind ons dat die elektron volgens die fisiese wet in die aangeduide rigting sal afwyk. Die verskynsel is dus dat ons 'n spoel het met 'n stroom wat in 'n bepaalde sin gaan en dat 'n elektron op 'n sekere manier krom - dit is die fisika - hoe om alles te benoem.

Laat ons nou dieselfde eksperiment met 'n spieël doen: ons stuur 'n elektron in 'n ooreenstemmende rigting deur en nou word die krag omgekeer, as ons dit uit dieselfde reël bereken, en dit is baie goed, want die ooreenstemmende mosies is dan spieëlbeelde!

52–6 Watter hand is reg?

Die feit is dus dat in die bestudering van enige verskynsel daar altyd twee regterhandse reëls bestaan, of 'n ewe aantal daarvan, en die netto resultaat is dat die verskynsels altyd simmetries lyk. Kortom, ons kan dus nie regs van links weet as ons ook nie in staat is om noord van suid te vertel nie. Dit mag egter lyk asof ons kan vertel die noordpool van 'n magneet. Die noordpool van 'n kompasnaald is byvoorbeeld een wat na die noorde wys. Maar dit is natuurlik weer 'n plaaslike eiendom wat te doen het met aardrykskunde, net soos om te praat in watter rigting Chicago is, dus dit tel nie. As ons kompasnaalde gesien het, het ons dalk opgemerk dat die noord-soekende paal 'n soort blou kleur het. Maar dit is net te danke aan die man wat die magneet geverf het. Dit is alles plaaslike, konvensionele kriteria.

As 'n magneet egter die eienskap sou hê dat as ons dit noukeurig bekyk, klein hare op sy noordpool sou sien groei, maar nie op sy suidpool nie, as dit die algemene reël was, of as daar enige unieke manier om die noorde van die suidpool van 'n magneet te onderskei, dan kon ons sien watter een van die twee gevalle ons eintlik gehad het, en dit sou die einde van die wet van refleksiesimmetrie wees.

Stel u voor dat ons telefonies met 'n Marsman, of met iemand baie ver daarvandaan praat, om die hele probleem nog duideliker te illustreer. Ons mag nie vir hom werklike monsters stuur om dit te inspekteer nie. As ons lig kan stuur, kan ons hom regs sirkelvormig gepolariseerde lig stuur en sê: 'Dit is regterhand - kyk net hoe dit gaan. ” Maar ons kan nie gee hom enigiets, ons kan net met hom praat. Hy is ver weg, of op 'n vreemde plek, en hy kan niks sien wat ons kan sien nie. Ons kan byvoorbeeld nie sê: 'Kyk nou na Ursa-majoor hoe die sterre gerangskik is nie. Wat ons met 'reg' bedoel, is ... 'Ons mag hom net bel.

Nou wil ons hom alles van ons vertel. Natuurlik begin ons eers getalle definieer en sê: 'Merk, merk, twee, regmerk, regmerk, regmerk, drie,…, ”Sodat hy geleidelik 'n paar woorde kan verstaan, ensovoorts. Na 'n rukkie kan ons hierdie man ken, en hy sê: "Hoe lyk julle?" Ons begin onsself beskryf en sê: 'Wel, ons is ses voet lank.' Hy sê: "Wag 'n bietjie, wat is ses voet?" Is dit moontlik om vir hom te sê wat ses voet is? Beslis! Ons sê: 'U weet van die deursnee van waterstofatome — ons is $ 17 <,> 000 <,> 000 <,> 000 $ waterstofatome hoog!' Dit is moontlik omdat fisiese wette nie onveranderlik is onder skaalverandering nie, en daarom ook ons kan definieer 'n absolute lengte. En so definieer ons die grootte van die liggaam en vertel hom wat die algemene vorm is - dit het tande met vyf hobbels wat aan die ente uitsteek, ensovoorts, en hy volg ons saam, en ons beskryf hoe ons op die buite, vermoedelik sonder om enige besondere probleme te ondervind. Hy maak selfs van ons 'n model. Hy sê: "Myne, jy is sekerlik baie mooi manne wat nou aan die binnekant is?" Ons begin dus om die verskillende organe aan die binnekant te beskryf, en ons kom na die hart en beskryf die vorm daarvan noukeurig en sê: "Sit die hart nou aan die linkerkant." Hy sê: "Duhhh - die linkerkant?" Ons probleem is nou om aan hom te beskryf watter kant die hart aangaan sonder dat hy ooit iets sien wat ons sien, en sonder dat ons ooit 'n voorbeeld aan hom stuur van wat ons met 'reg' bedoel - geen standaard regterhandige voorwerp nie. Kan ons dit doen?

52–7 Pariteit word nie bewaar nie!

Dit blyk dat die gravitasiewette, die wette van elektrisiteit en magnetisme, kernkragte, almal aan die beginsel van refleksiesimmetrie voldoen, sodat hierdie wette, of enigiets wat daaruit afgelei word, nie gebruik kan word nie. Maar wat verband hou met die baie deeltjies wat in die natuur voorkom, is daar 'n verskynsel wat genoem word beta-verval, of swak verval. Een van die voorbeelde van swak verval, in verband met 'n deeltjie wat in ongeveer 1954 ontdek is, het 'n vreemde raaisel opgelewer. Daar was 'n sekere gelaaide deeltjie wat in drie $ pi $ -mesone gedisintegreer het, soos skematies in Fig. 52–5 aangetoon. Hierdie deeltjie is 'n tyd lank 'n $ tau $ -meson genoem. In Fig. 52–5 sien ons ook 'n ander deeltjie wat in disintegreer twee mesone moet 'n mens neutraal wees, van die behoud van die lading. Hierdie deeltjie word 'n $ theta $ -meson genoem. Enersyds het ons 'n deeltjie genaamd $ tau $, wat in drie $ pi $ -mesons uiteenval, en 'n $ theta $, wat in twee $ pi $ -mesons uiteenval. Nou is vinnig ontdek dat die $ tau $ en die $ theta $ feitlik gelyk is aan massa, binne die eksperimentele fout is dit gelyk. Vervolgens is gevind dat die tydsduur wat dit geneem het om in drie $ pi $ 's en twee $ pi $' s te disintegreer, byna presies dieselfde was as wat hulle dieselfde tyd leef. Vervolgens, wanneer dit ook al gemaak is, is dit in dieselfde verhoudings gemaak, byvoorbeeld $ 14 $ persent $ tau $ s tot $ 86 $ persent $ theta $ s.

Iemand met sy verstand besef onmiddellik dat dit dieselfde deeltjie moet wees, dat ons bloot 'n voorwerp produseer wat twee verskillende maniere het om te disintegreer - nie twee verskillende deeltjies nie. Hierdie voorwerp wat op twee verskillende maniere kan disintegreer, het dus dieselfde leeftyd en dieselfde produksieverhouding (want dit is bloot die verhouding van die kans waarmee dit in hierdie twee soorte disintegreer).

Dit was egter moontlik om te bewys (en ons kan hier glad nie verduidelik nie hoe), uit die beginsel van refleksiesimmetrie in die kwantummeganika, dat dit was onmoontlik om albei van dieselfde deeltjie te hê — dieselfde deeltjie kon nie disintegreer op albei hierdie maniere. Die bewaringswet wat ooreenstem met die beginsel van refleksiesimmetrie, is iets wat geen klassieke analoog het nie, en daarom word hierdie soort kwantummeganiese behoud die behoud van pariteit. Dit was dus die gevolg van die behoud van pariteit of, meer presies, van die simmetrie van die kwantummeganiese vergelykings van die swak verval onder refleksie, dat dieselfde deeltjie nie in albei kon ingaan nie, dus dit moet 'n soort toeval wees van massas, leeftye, ensovoorts. Maar hoe meer dit bestudeer is, hoe merkwaardiger is die toeval en geleidelik het die vermoede ontstaan ​​dat die diep wet van die weerkaatsingsmeting van die natuur moontlik vals kan wees.

As gevolg van hierdie skynbare mislukking, het die fisici Lee en Yang voorgestel dat ander eksperimente in verwante vervalle gedoen word om te probeer toets of die wet in ander gevalle korrek was. Die eerste sodanige eksperiment is deur Miss Wu van Columbia uitgevoer en is soos volg gedoen. Deur 'n baie sterk magneet by 'n baie lae temperatuur te gebruik, blyk dit dat 'n sekere isotoop van kobalt, wat disintegreer deur 'n elektron uit te stuur, magneties is, en as die temperatuur laag genoeg is dat die termiese ossillasies nie die atoommagnete ook laat skommel nie. baie, hulle staan ​​in die magneetveld. Die kobaltatome sal dus almal in hierdie sterk veld in lyn wees. Hulle disintegreer dan en gee 'n elektron uit, en daar is ontdek dat wanneer die atome in 'n veld gerig is waarvan die $ FLPB $ -vektor opwaarts wys, word die meeste elektrone in 'n afwaartse rigting uitgestraal.

As 'n mens nie regtig 'hep' is vir die wêreld nie, klink so 'n opmerking nie na iets van betekenis nie, maar as 'n mens die probleme en interessante dinge in die wêreld waardeer, dan sien hy dat dit 'n baie dramatiese ontdekking is: kobaltatome in 'n uiters sterk magnetiese veld, gaan meer desintegrasie-elektrone af as op. As ons dit dus in 'n ooreenstemmende eksperiment in 'n 'spieël' sou plaas waarin die kobaltatome in die teenoorgestelde rigting sou staan, dan spoeg hulle hul elektrone op, nie af die aksie is onsimmetries. Die magneet het hare geword! Die suidpool van 'n magneet is van so 'n aard dat die elektrone in 'n $ beta $ -disintegrasie geneig is om daarvan weg te gaan wat op 'n fisiese manier die noordpool van die suidpool onderskei.

Hierna is heelwat ander eksperimente gedoen: die disintegrasie van die $ pi $ in $ mu $ en $ nu $ $ mu $ in 'n elektron en twee neutrino's deesdae, die $ Lambda $ in proton en $ pi $ disintegrasie van $ Sigma $ en vele ander disintegrasies. In feitlik alle gevalle waar dit verwag kon word, is dit eintlik gevind nie om refleksiesimmetrie te gehoorsaam! Fundamenteel is die wet van refleksiesimmetrie, op hierdie vlak in fisika, verkeerd.

Kortom, ons kan vir 'n Marsman sê waar om die hart te plaas: ons sê: 'Luister, bou vir jou 'n magneet en sit die spoele in en sit die stroom op, en neem dan kobalt en verlaag die temperatuur. Rangskik die eksperiment sodat die elektrone van die voet na die kop gaan, dan is die rigting waarin die stroom deur die spoele gaan die rigting wat ingaan op wat ons regs noem en links uitkom. ' Dit is dus moontlik om nou regs en links te definieer deur 'n eksperiment van hierdie soort te doen.

Daar is baie ander funksies wat voorspel is. Dit blyk byvoorbeeld dat die spin, die hoekmomentum, van die kobaltkern voor disintegrasie $ 5 $ eenhede van $ hbar $ is, en na disintegrasie dit $ 4 $ eenhede is. Die elektron dra draaimomentum, en daar is ook 'n neutrino betrokke. Dit is maklik om hieruit te sien dat die elektron sy draaimomentum in sy bewegingsrigting moet dra, ook die neutrino. Dit lyk dus asof die elektron na links draai, en dit is ook nagegaan. Daar is trouens hier op Caltech deur Boehm en Wapstra gekontroleer dat die elektrone meestal na links draai. (Daar was 'n paar ander eksperimente wat die teenoorgestelde antwoord gegee het, maar dit was verkeerd!)

Die volgende probleem was natuurlik om die wet te vind oor die mislukking van pariteitsbewaring.Wat is die reël wat ons vertel hoe sterk die mislukking gaan wees? Die reël is dit: dit kom slegs voor in hierdie baie stadige reaksies, genaamd swak verval, en wanneer dit voorkom, is die reël dat die deeltjies wat spin dra, soos die elektron, neutrino, ensovoorts, uitkom met 'n draai wat geneig is tot Die linkerkant. Dit is 'n skewe reël, dit verbind 'n polêre vektorsnelheid en 'n aksiale vektorhoekmomentum en sê dat die hoekmomentum meer geneig is om teenoorgestelde snelheid te wees as daarlangs.

Dit is nou die reël, maar vandag verstaan ​​ons nie regtig waarom en waarom dit is nie. Hoekom is dit die regte reël, wat is die fundamentele rede daarvoor, en hoe hou dit verband met enigiets anders? Op die oomblik is ons so geskok oor die feit dat hierdie ding onsimmetries is dat ons nie genoeg kon herstel om te verstaan ​​wat dit beteken met betrekking tot al die ander reëls nie. Die onderwerp is egter interessant, modern en nog steeds nie opgelos nie, en dit lyk dus gepas dat ons sommige van die vrae daaraan bespreek.

52–8 Antimaterie

Die eerste ding wat u moet doen as een van die simmetrieë verlore gaan, is om dadelik terug te gaan na die lys van bekende of veronderstelde simmetrieë en te vra of een van die ander verlore gaan. Nou het ons nie een bewerking op ons lys genoem wat noodwendig bevraagteken moet word nie, en dit is die verband tussen materie en antimaterie. Dirac het voorspel dat daar benewens elektrone ook 'n ander deeltjie moet wees, genaamd die positron (ontdek op Caltech deur Anderson), wat noodwendig verband hou met die elektron. Al die eienskappe van hierdie twee deeltjies voldoen aan sekere ooreenstemmingsreëls: die energieë is gelyk, die massas is gelyk, die ladings is omgekeer, maar, belangriker as enigiets, kan hulle twee, wanneer hulle bymekaar kom, mekaar vernietig en hul hele bevryding maak massa in die vorm van energie, sê $ gamma $ -strale. Die positron word 'n genoem antiparticle aan die elektron, en dit is die kenmerke van 'n deeltjie en sy antipartikel. Dit was duidelik uit Dirac se argument dat al die res van die deeltjies in die wêreld ook ooreenstemmende antipartikels moes hê. Byvoorbeeld, vir die proton moet daar 'n antiproton wees, wat nou deur 'n $ overline gesimboliseer word

$. Die $ -overlyn

$ het 'n negatiewe elektriese lading en dieselfde massa as 'n proton, ensovoorts. Die belangrikste kenmerk is egter dat 'n proton en 'n antiproton wat mekaar bymekaar kan maak mekaar tot niet kan maak. Die rede waarom ons dit beklemtoon, is dat mense dit nie verstaan ​​as ons sê dat daar 'n neutron en ook 'n antineutron is nie, omdat hulle sê: 'n Neutron is neutraal, hoe kan het dit die teenoorgestelde lading? ” Die reël van die 'anti' is nie net dat dit die teenoorgestelde lading het nie; dit het 'n sekere stel eienskappe, waarvan die hele lot teenoorgestelde is. Die antineutron word op hierdie manier van die neutron onderskei: as ons twee neutrone bymekaar bring, bly hulle net soos twee neutrone, maar as ons 'n neutron en 'n antineutron bymekaar bring, vernietig hulle mekaar met 'n groot ontploffing van energie wat bevry word, met verskillende $ pi $ -mesone, $ gamma $ -strale, en wat nog.

As ons nou antineutrone, antiprotone en antielektrone het, kan ons in beginsel anti-atome maak. Hulle is nog nie gemaak nie, maar dit is in beginsel moontlik. Byvoorbeeld, 'n waterstofatoom het 'n proton in die middel met 'n elektron wat buite rondloop. Stel u nou voor dat ons êrens 'n antiproton met 'n positron kan maak, sou dit rondgaan? Wel, in die eerste plek is die antiproton elektries negatief en die antielektron is elektries positief, dus trek hulle mekaar op 'n ooreenstemmende manier aan - die massas is almal dieselfde, alles is dieselfde. Dit is een van die beginsels van die simmetrie van fisika, die vergelykings blyk te wys dat as 'n horlosie, byvoorbeeld, van materie aan die een kant gemaak is, en dan dieselfde antimateriaalklok gemaak word, dit op hierdie manier sou loop. (Natuurlik, as ons die horlosies aanmekaar sit, sal hulle mekaar vernietig, maar dit is anders.)

'N Onmiddellike vraag ontstaan ​​dan. Ons kan, uit materie, twee horlosies bou, een wat "links" is en een wat "regs" is. Ons kan byvoorbeeld 'n horlosie bou wat nie op 'n eenvoudige manier gebou is nie, maar wat kobalt en magnete het, en elektrondetektore wat die teenwoordigheid van $ beta $ -verval-elektrone opspoor en tel. Elke keer as een getel word, beweeg die tweede hand oor. Dan sal die spieëlklok, wat minder elektrone ontvang, nie in dieselfde tempo loop nie. Dit is dus duidelik dat ons twee horlosies kan maak sodat die linkerhorlosie nie met die regterhorlosie ooreenstem nie. Laat ons uit materie 'n horlosie maak wat ons die standaard- of regterhorlosie noem. Laat ons nou, ook uit materie, 'n horlosie maak wat ons die linkerhorlosie noem. Ons het pas ontdek dat hierdie twee in die algemeen sal doen nie op dieselfde manier voor die beroemde fisiese ontdekking, is daar gedink dat hulle dit sou doen. Nou is daar ook veronderstel dat materie en antimateria ekwivalent is. Dit wil sê, as ons 'n antimateriaalklok maak, regs, dieselfde vorm, dan sal dit dieselfde loop as die regterklok van die materie, en as ons dieselfde klok links maak, sal dit dieselfde loop. Met ander woorde, in die begin is geglo dat al vier van hierdie horlosies was dieselfde. Natuurlik weet ons dat die regter- en linkerkant nie dieselfde is nie. Vermoedelik is die regterhandse antimaterie en die linkshandige antimaterie dus nie dieselfde nie.

Die voor-die-hand-liggende vraag is dus: wat gaan daarmee saam, indien ook nie? Met ander woorde: gedra die regterhandse saak dieselfde as die regterhandse antimaterie? Of gedra die regterhandse saak dieselfde as die linkshandige antimaterie? $ beta $ -vervaleksperimente, met behulp van positronverval in plaas van elektronverval, dui aan dat dit die interkonneksie is: materie na "regs" werk op dieselfde manier as antimaterie na "links".

Daarom is dit eindelik waar dat regter- en linkersimmetrie steeds gehandhaaf word! As ons 'n linkerhorlosie maak, maar dit uit die ander materie maak, antimaterie in plaas van materie, sal dit op dieselfde manier loop. Wat gebeur het, is dat twee van hierdie reëls in plaas van twee onafhanklike reëls in ons lys simmetrieë saamstel om 'n nuwe reël te maak, wat sê dat die saak regs simmetries is met die antimaterie aan die linkerkant.

As ons Marsman dus van antimaterie bestaan ​​en ons hom instruksies gee om hierdie 'regte' model soos ons te maak, sal dit natuurlik andersom uitkom. Wat sou gebeur as ons na baie gesprekke heen en weer die ander geleer het om ruimteskepe te maak en ons halfpad in 'n leë ruimte ontmoet? Ons het mekaar opdrag gegee oor ons tradisies, ensovoorts, en ons twee kom aangejaag om hand te skud. Wel, as hy sy linkerhand uitsteek, pasop!

52–9 Gebreekte simmetrieë

Die volgende vraag is, wat kan ons maak uit wette wat is? amper simmetries? Die wonderlike van dit alles is dat vir so 'n wye verskeidenheid belangrike, sterk verskynsels - kernkragte, elektriese verskynsels en selfs swakke soos gravitasie - oor 'n geweldige verskeidenheid fisika, al die wette hiervoor simmetries lyk. Aan die ander kant sê hierdie klein ekstra stuk: "Nee, die wette is nie simmetries nie!" Hoe kan die natuur amper simmetries wees, maar nie perfek simmetries nie? Wat sal ons hiervan maak? Eerstens, het ons nog ander voorbeelde? Die antwoord is: ons het in werklikheid nog 'n paar voorbeelde. Die kerngedeelte van die krag tussen proton en proton, tussen neutron en neutron, en tussen neutron en proton, is almal presies dieselfde - daar is 'n simmetrie vir kernkragte, 'n nuwe, wat ons neutron en proton kan uitruil - maar dit is blykbaar nie 'n algemene simmetrie nie, want die elektroniese afstoting tussen twee protone op 'n afstand bestaan ​​nie vir neutrone nie. Dit is dus nie oor die algemeen waar dat ons kan nie altyd vervang 'n proton deur 'n neutron, maar slegs tot 'n goeie benadering. Hoekom goed? Omdat die kernkragte baie sterker is as die elektriese kragte. Dit is dus 'n 'amper' simmetrie. Ons het dus voorbeelde in ander dinge.

In ons gedagtes het ons die neiging om simmetrie as een of ander perfeksie te aanvaar. In werklikheid is dit soos die ou idee van die Grieke dat sirkels perfek was, en dit was nogal verskriklik om te glo dat die planeetbane nie sirkels was nie, maar slegs bykans sirkels. Die verskil tussen om 'n sirkel te wees en om byna 'n sirkel te wees, is nie 'n klein verskil nie, dit is 'n fundamentele verandering wat die verstand betref. Daar is 'n teken van volmaaktheid en simmetrie in 'n sirkel wat nie daar is op die oomblik dat die sirkel effens af is nie - dit is die einde daarvan - dit is nie meer simmetries nie. Dan is die vraag waarom dit net is amper 'n sirkel - dit is 'n baie moeiliker vraag. Die werklike beweging van die planete moet in die algemeen ellipse wees, maar gedurende die eeue is dit weens die getykragte, ensovoorts, byna simmetries gemaak. Die vraag is nou of ons hier 'n soortgelyke probleem het. Die probleem vanuit die oogpunt van die sirkels is as dit perfekte sirkels was, sou daar niks wees om te verduidelik nie, dit is duidelik eenvoudig. Maar aangesien dit amper sirkels is, is daar baie om te verklaar, en die resultaat blyk 'n groot dinamiese probleem te wees, en nou is ons probleem om te verklaar waarom hulle byna simmetries is deur na getykragte te kyk, ensovoorts.

Ons probleem is dus om te verduidelik waar simmetrie vandaan kom. Waarom is die natuur so byna simmetries? Niemand het 'n idee waarom nie. Die enigste ding wat ons kan voorstel, is so iets: daar is 'n hek in Japan, 'n hek in Neiko, wat soms deur die Japannese die mooiste hek in die hele Japan genoem word, in 'n tyd waarin Chinese groot invloed gehad het. kuns. Hierdie hek is baie ingewikkeld, met baie gewels en pragtige kerfwerk en baie kolomme en draakkoppe en vorste wat in die pilare gekap is, ensovoorts. Maar as mens mooi kyk, sien hy dat in die uitgebreide en ingewikkelde ontwerp langs een van die pilare een van die klein ontwerpelemente onderstebo gekerf is, anders is die ding heeltemal simmetries. As mens vra waarom dit is, is die verhaal dat dit onderstebo gekerf is sodat die gode nie jaloers sal wees op die volmaaktheid van die mens nie. Hulle het dus met opset 'n fout daarin geplaas, sodat die gode nie jaloers sou word en kwaad sou word vir mense nie.

Ons wil miskien die idee omdraai en dink dat die ware verklaring van die nabye simmetrie van die natuur die volgende is: dat God die wette byna simmetries gemaak het sodat ons nie jaloers moet wees op Sy volmaaktheid nie!


3 Die verband tussen fisika en ander wetenskappe

(Daar was geen opsomming vir hierdie lesing nie.)

3–1 Inleiding

Fisika is die mees fundamentele en allesomvattende wetenskap, en het 'n diepgaande uitwerking op alle wetenskaplike ontwikkeling gehad. In werklikheid is fisika die hedendaagse ekwivalent van wat vroeër genoem word natuurlike filosofie, waaruit die meeste van ons moderne wetenskappe ontstaan ​​het. Studente van baie rigtings studeer fisika as gevolg van die basiese rol wat dit in alle verskynsels speel. In hierdie hoofstuk sal ons probeer verduidelik wat die fundamentele probleme in die ander wetenskappe is, maar dit is natuurlik onmoontlik om in so 'n klein ruimte die ingewikkelde, subtiele, mooi sake op hierdie ander terreine te hanteer. Gebrek aan ruimte voorkom ook dat ons die verband tussen fisika tot ingenieurswese, nywerheid, die samelewing en oorlog bespreek, of selfs die merkwaardigste verband tussen wiskunde en fisika. (Wiskunde is nie 'n wetenskap vanuit ons oogpunt nie, in die sin dat dit nie 'n natuurlik wetenskap. Die toets van die geldigheid daarvan is nie eksperimenteel nie.) Ons moet terloops van die begin af duidelik maak dat as dit nie 'n wetenskap is nie, dit nie noodwendig sleg is nie. Liefde is byvoorbeeld nie 'n wetenskap nie. Dus, as daar gesê word dat dit nie 'n wetenskap is nie, beteken dit nie dat daar iets mee verkeerd is nie, dit beteken net dat dit nie 'n wetenskap is nie.

3–2 Chemie

Die wetenskap wat die diepste beïnvloed word deur fisika, is chemie. Histories het die vroeë dae van chemie byna geheel en al gehandel oor wat ons nou anorganiese chemie noem, die chemie van stowwe wat nie met lewende dinge geassosieer word nie. Daar is 'n aansienlike analise benodig om die bestaan ​​van die vele elemente en hul verwantskappe te ontdek - hoe hulle die verskillende relatief eenvoudige verbindings in rotse, aarde, ens. Maak. Hierdie vroeë chemie was baie belangrik vir die fisika. Die interaksie tussen die twee wetenskappe was baie groot omdat die teorie van atome tot 'n groot mate deur eksperimente in die chemie gestaaf is. Die chemie-teorie, dws die reaksies self, is tot 'n groot mate saamgevat in die periodieke grafiek van Mendeleev, wat baie vreemde verwantskappe tussen die verskillende elemente na vore bring, en dit was die versameling van reëls oor watter stof gekombineer word met watter, en hoe, dit anorganiese chemie uitmaak. Al hierdie reëls is uiteindelik in beginsel deur kwantummeganika verduidelik, sodat teoretiese chemie eintlik fisika is. Aan die ander kant moet dit benadruk word dat hierdie verduideliking wel is in prinsiep. Ons het reeds die verskil tussen ken die reëls van die skaakspel en die speelkuns bespreek. Ons kan dus die reëls ken, maar ons kan nie baie goed speel nie. Dit blyk baie moeilik te wees om presies te voorspel wat in 'n gegewe chemiese reaksie sal gebeur, maar die diepste deel van die teoretiese chemie moet in die kwantummeganika beland.

Daar is ook 'n tak van fisika en chemie wat deur beide wetenskappe saam ontwikkel is en wat uiters belangrik is. Dit is die statistiekmetode wat toegepas word in 'n situasie waarin meganiese wette bestaan, wat met die regte naam genoem word statistiese meganika. In enige chemiese situasie is 'n groot aantal atome betrokke, en ons het gesien dat die atome op 'n baie willekeurige en ingewikkelde manier rondkrabbel. As ons elke botsing kon ontleed en die beweging van elke molekule in detail kon volg, sou ons miskien kon uitvind wat sou gebeur, maar die aantal wat nodig is om al hierdie molekules by te hou, oorskry die kapasiteit van enige rekenaar so geweldig. en beslis die vermoë van die gees, dat dit belangrik was om 'n metode te ontwikkel om sulke ingewikkelde situasies te hanteer. Statistiese meganika is dus die wetenskap van die verskynsels van hitte, of termodinamika. Anorganiese chemie word, as 'n wetenskap, nou hoofsaaklik verminder na wat fisiese chemie en kwantumchemie fisiese chemie genoem word om die tempo waarteen reaksies plaasvind en wat aan die gang is, te bestudeer (hoe tref die molekules? Watter stukke vlieg eerste af ?, ens.), en kwantumchemie om ons te help verstaan ​​wat gebeur in terme van die fisiese wette.

Die ander tak van chemie is organiese chemie, die chemie van die stowwe wat met lewende dinge geassosieer word. Daar is 'n tyd lank geglo dat die stowwe wat met lewende dinge geassosieer word, so wonderlik was dat dit nie van anorganiese materiale met die hand gemaak kon word nie. Dit is glad nie waar nie - dit is net dieselfde as die stowwe wat in anorganiese chemie vervaardig word, maar daar is meer ingewikkelde rangskikkings van atome betrokke. Organiese chemie het uiteraard 'n baie noue verband met die biologie wat sy stowwe lewer, en die industrie. Verder kan baie fisiese chemie en kwantummeganika op organiese sowel as anorganiese verbindings toegepas word. Die belangrikste probleme van organiese chemie is egter nie in hierdie aspekte nie, maar eerder in die ontleding en sintese van die stowwe wat in biologiese stelsels, in lewende dinge, gevorm word. Dit lei ongemerk, in stappe, na biochemie, en dan na die biologie self, of molekulêre biologie.

3–3 Biologie

So kom ons by die wetenskap van biologie, wat die studie van lewende dinge is. In die vroeë dae van biologie moes die bioloë die bloot beskrywende probleem hanteer om uit te vind wat lewende dinge daar was, en hulle moes dus net sulke dinge tel soos die hare van die ledemate van vlooie. Nadat hierdie aangeleenthede met groot belangstelling uitgewerk is, het die bioloë in die masjinerie binne die lewende lywe, natuurlik eers uit 'n growwe oogpunt, omdat dit 'n bietjie moeite verg om in die fynere besonderhede te kom.

Daar was 'n interessante vroeë verband tussen fisika en biologie waarin biologie fisika gehelp het in die ontdekking van die behoud van energie, wat die eerste keer deur Mayer getoon is in verband met die hoeveelheid hitte wat deur 'n lewende wese opgeneem en uitgegee is.

As ons die biologiese prosesse van lewende diere van nader beskou, sien ons baie fisiese verskynsels: die sirkulasie van bloed, pompe, druk, ens. Daar is senuwees: ons weet wat gebeur as ons op 'n skerp klip trap, en dat die inligting op die een of ander manier van die been af ​​gaan. Dit is interessant hoe dit gebeur. In hul studie van senuwees het die bioloë tot die gevolgtrekking gekom dat senuwees baie fyn buise is met 'n ingewikkelde muur wat baie dun is deur hierdie muur en die sel pomp ione, sodat daar positiewe ione aan die buitekant en negatiewe ione aan die binnekant is. , soos 'n kondensator. Hierdie membraan het nou 'n interessante eienskap as dit op een plek "ontlaai", dws as sommige van die ione deur een plek kon beweeg, sodat die elektriese spanning daar verminder word, word die elektriese invloed op die ione in die omgewing, en dit beïnvloed die membraan op so 'n manier dat dit die ione ook op naburige punte deurlaat. Dit beïnvloed dit weer verder, ensovoorts, en daar is dus 'n golf van "deurdringbaarheid" van die membraan wat deur die vesel loop as dit aan die een kant "opgewonde" is deur op die skerp klip te trap. Hierdie golf is ietwat analoog aan 'n lang reeks vertikale domino's as die einde een omgedruk word, dat die een die volgende druk, ens. Natuurlik sal dit slegs een boodskap uitstuur, tensy die domino's weer opgestel word en net so in die senuweesel, daar is prosesse wat die ione weer stadig uitpomp om die senuwee gereed te kry vir die volgende impuls. Dit is dus dat ons weet wat ons doen (of ten minste waar ons is). Natuurlik kan die elektriese effekte wat verband hou met hierdie senuwee-impuls met elektriese instrumente opgetel word, en omdat daar is elektriese effekte, het die fisika van elektriese effekte natuurlik 'n groot invloed gehad op die begrip van die verskynsel.

Die teenoorgestelde effek is dat daar êrens in die brein 'n boodskap langs 'n senuwee gestuur word. Wat gebeur aan die einde van die senuwee? Daar vertak die senuwee in fyn klein dingetjies, gekoppel aan 'n struktuur naby 'n spier, 'n eindplaat genoem.Om redes wat nie presies verstaan ​​word nie, word klein pakkies van 'n chemikalie genaamd asetielcholien (vyf of tien molekules tegelyk), wanneer die impuls die einde van die senuwee bereik, afgeskiet (hoe eenvoudig) ! Wat laat 'n spier saamtrek? 'N Spier is 'n baie groot aantal vesels wat naby mekaar is, wat twee verskillende stowwe bevat, myosien en actomyosin, maar die masjinerie waarmee die chemiese reaksie wat deur asetielcholien veroorsaak word, die spiere se afmetings kan verander, is nog nie bekend nie. Die fundamentele prosesse in die spier wat meganiese bewegings maak, is dus nie bekend nie.

Biologie is so 'n geweldige wye veld dat daar talle ander probleme is wat ons glad nie kan noem nie - probleme oor hoe visie werk (wat die lig in die oog doen), hoe gehoor werk, ens. (Die manier waarop dink werk wat ons later onder sielkunde sal bespreek.) Hierdie dinge rakende die biologie wat ons pas bespreek het, is vanuit 'n biologiese oogpunt regtig nie fundamenteel nie, in die sin van die lewe, selfs al sou ons dit verstaan, sou ons dit nog steeds nie sou doen nie. die lewe self verstaan. Ter illustrasie: die mans wat senuwees bestudeer, voel dat hul werk baie belangrik is, want u kan immers nie diere sonder senuwees hê nie. Maar jy kan het lewe sonder senuwees. Plante het nie senuwees of spiere nie, maar hulle werk, hulle lewe, net dieselfde. Vir die fundamentele probleme van die biologie, moet ons dus dieper kyk as ons dit doen, ons ontdek dat alle lewende dinge baie gemeen het. Die algemeenste kenmerk is dat dit van gemaak is selle, waarin elkeen ingewikkelde masjinerie bevat om dinge chemies te doen. In plantselle is daar byvoorbeeld masjinerie om lig op te tel en glukose op te wek, wat in die donker verbruik word om die plant lewend te hou. Wanneer die plant geëet word, lewer die glukose self 'n reeks chemiese reaksies by die dier op wat baie verwant is aan fotosintese (en die teenoorgestelde effek daarvan in die donker) in plante.

In die selle van lewende stelsels is daar baie uitgebreide chemiese reaksies, waarin een verbinding in 'n ander en 'n ander verander word. Om 'n indruk te gee van die enorme pogings wat gedoen is om biochemie te bestudeer, gee die grafiek in Fig. 3–1 ons kennis tot dusver 'n opsomming van slegs een klein deel van die vele reaksies wat in selle voorkom, miskien 'n persentasie of so daarvan.

Hier sien ons 'n hele reeks molekules wat van een na 'n ander in 'n reeks of siklusse van klein stappe verander. Dit word die Krebs-siklus, die respiratoriese siklus, genoem. Elk van die chemikalieë en elk van die stappe is redelik eenvoudig in terme van die verandering wat in die molekule aangebring word, maar - en dit is 'n belangrike ontdekking in die biochemie - hierdie veranderinge is relatief moeilik om in 'n laboratorium te bereik. As ons een stof het en 'n ander soortgelyke stof, verander die een nie net in die ander nie, want die twee vorms word gewoonlik deur 'n energieversperring of 'heuwel' geskei. Beskou hierdie analogie: as ons 'n voorwerp van een plek na 'n ander, op dieselfde vlak, maar aan die ander kant van 'n heuwel wil neem, kan ons dit bo-oor druk, maar om dit te doen, moet u nog energie byvoeg. Die meeste chemiese reaksies kom dus nie voor nie, want daar is wat 'n genoem word aktiveringsenergie in die manier. Om 'n ekstra atoom by ons chemikalie te voeg, moet ons dit kry naby genoeg dat 'n herskikking kan plaasvind, dan sal dit vassit. Maar as ons dit nie genoeg energie kan gee om dit naby genoeg te kry nie, sal dit nie voltooi word nie, dit sal net 'n deel van die "heuwel" op gaan en weer terug. As ons egter die molekules letterlik in ons hande kon neem en die atome op so 'n manier kon rondruk en trek dat ons 'n gat kon oopmaak om die nuwe atoom in te laat, en dan weer te laat knak, sou ons 'n ander manier gevind het, rondom die heuwel, wat nie ekstra energie benodig nie, en die reaksie sal maklik verloop. Nou daar eintlik is, in die selle, baie groot molekules, baie groter as dié waarvan ons die veranderinge beskryf het, wat die kleiner molekules op 'n ingewikkelde manier net reg hou, sodat die reaksie maklik kan plaasvind. Hierdie baie groot en ingewikkelde dinge word genoem ensieme. (Dit is eers fermente genoem, omdat dit oorspronklik in die fermentasie van suiker ontdek is. Sommige van die eerste reaksies in die siklus is eintlik daar ontdek.) In die teenwoordigheid van 'n ensiem sal die reaksie plaasvind.

'N Ensiem word gemaak van 'n ander stof genaamd proteïen. Ensieme is baie groot en ingewikkeld, en elkeen is anders, en elkeen is gebou om 'n sekere spesiale reaksie te beheer. Die name van die ensieme word in Fig. 3–1 by elke reaksie geskryf. (Soms kan dieselfde ensiem twee reaksies beheer.) Ons beklemtoon dat die ensieme nie direk by die reaksie betrokke is nie. Dit verander nie; hulle laat net 'n atoom van een plek na 'n ander gaan. Nadat dit gedoen is, is die ensiem gereed om dit na die volgende molekule te doen, soos 'n masjien in 'n fabriek. Natuurlik moet daar sekere atome wees en 'n manier om ander atome te verwyder. Neem byvoorbeeld waterstof: daar is ensieme met spesiale eenhede wat die waterstof vir alle chemiese reaksies dra. Daar is byvoorbeeld drie of vier waterstofreduserende ensieme wat regdeur ons siklus op verskillende plekke gebruik word. Dit is interessant dat die masjinerie wat waterstof op een plek vrystel, daardie waterstof sal neem en dit elders sal gebruik.

Die belangrikste kenmerk van die siklus van Fig. 3–1 is die transformasie van BBP na GTP (guanosine-di-fosfaat na guanosine-tri-fosfaat) omdat die een stof veel meer energie bevat as die ander. Net soos daar 'n "kissie" in sekere ensieme is om waterstofatome rond te dra, is daar spesiaal energie-draende "bokse" wat die trifosfaatgroep betrek. Dus, GTP het meer energie as die BBP, en as die siklus een kant toe gaan, produseer ons molekules wat ekstra energie het en wat 'n ander siklus kan dryf wat vereis energie, byvoorbeeld die sametrekking van spiere. Die spier sal nie saamtrek nie, tensy daar GTP is. Ons kan spiervesel neem, dit in water sit en GTP byvoeg, en die vesels trek saam en verander GTP na BBP as die regte ensieme voorkom. Die werklike stelsel is dus in die BBP-GTP-transformasie in die donker, die GTP wat gedurende die dag gestoor is, word gebruik om die hele siklus andersom te laat loop. 'N Ensiem, sien jy, gee nie om in watter rigting die reaksie gaan nie, want as dit wel gebeur, sou dit een van die fisiese wette oortree.

Om 'n ander rede is fisika van groot belang in biologie en ander wetenskappe, wat daarmee verband hou eksperimentele tegnieke. Trouens, as dit nie die groot ontwikkeling van eksperimentele fisika was nie, sou hierdie biochemie-kaarte nie vandag bekend wees nie. Die rede hiervoor is dat die nuttigste instrument vir die ontleding van hierdie fantastiese stelsel die beste is etiket die atome wat in die reaksies gebruik word. As ons dus koolstofdioksied met 'n 'groen streep' in die siklus kan inbring, en dan na drie sekondes kan meet waar die groen punt is, en weer na tien sekondes kan meet, ens., Kan ons die kursus opspoor. van die reaksies. Wat is die “groen merke”? Hulle is anders isotope. Ons onthou dat die chemiese eienskappe van atome bepaal word deur die aantal elektrone, nie volgens die massa van die kern nie. Maar daar kan, byvoorbeeld, in koolstof ses neutrone of sewe neutrone wees, tesame met die ses protone wat alle koolstofkerne het. Chemies is die twee atome C $ ^ <12> $ en C $ ^ <13> $ dieselfde, maar hulle verskil in gewig en het verskillende kerneienskappe, en dit is dus onderskeibaar. Deur hierdie isotope van verskillende gewigte te gebruik, of selfs radioaktiewe isotope soos C $ ^ <14> $, wat 'n sensitiewer manier bied om baie klein hoeveelhede op te spoor, is dit moontlik om die reaksies op te spoor.

Nou gaan ons terug na die beskrywing van ensieme en proteïene. Nie alle proteïene is ensieme nie, maar alle ensieme is proteïene. Daar is baie proteïene, soos die proteïene in spiere, die strukturele proteïene wat byvoorbeeld in kraakbeen en hare, vel, ens. Is, wat nie self ensieme is nie. Proteïene is egter 'n baie kenmerkende stof van die lewe: eerstens vorm hulle al die ensieme, en tweedens maak dit baie van die res van lewende materiaal uit. Proteïene het 'n baie interessante en eenvoudige struktuur. Hulle is 'n reeks, of ketting, van verskillende aminosure. Daar is twintig verskillende aminosure, en hulle kan almal met mekaar verbind om kettings te vorm waarin die ruggraat CO-NH is, ens. Proteïene is niks anders as kettings van verskillende van hierdie twintig aminosure nie. Elk van die aminosure het waarskynlik 'n spesiale doel. Sommige het byvoorbeeld 'n swaelatoom op 'n sekere plek wanneer twee swaelatome in dieselfde proteïen is, hulle vorm 'n binding, dit wil sê dat hulle die ketting op twee punte aanmekaar bind en 'n lus vorm. 'N Ander het ekstra suurstofatome wat dit 'n suur stof maak, 'n ander het 'n basiese eienskap. Sommige van hulle het groot groepe wat eenkant hang, sodat hulle baie ruimte in beslag neem. Een van die aminosure, wat proline genoem word, is nie regtig 'n aminosuur nie, maar iminosuur. Daar is 'n geringe verskil, met die gevolg dat wanneer proline in die ketting is, daar 'n kinkel in die ketting is. As ons 'n spesifieke proteïen wil vervaardig, gee ons die volgende instruksies: plaas een van die swaelhake hiernaas, voeg iets by om ruimte in te neem en plak dan iets om 'n knik in die ketting te plaas. Op hierdie manier sal ons 'n ingewikkelde ketting kry wat aan mekaar gekoppel is en 'n komplekse struktuur het. Dit is vermoedelik net die manier waarop al die verskillende ensieme vervaardig word. Een van die groot triomf in die onlangse tyd (sedert 1960) was uiteindelik om die presiese ruimtelike atoomrangskikking van sekere proteïene te ontdek, wat ongeveer ses-en-vyftig of sestig aminosure agtereenvolgens behels. Meer as duisend atome (meer as tweeduisend, as ons die waterstofatome tel) is in 'n komplekse patroon in twee proteïene geleë. Die eerste was hemoglobien. Een van die hartseer aspekte van hierdie ontdekking is dat ons niks uit die patroon kan sien nie, en ons nie verstaan ​​waarom dit werk soos dit werk nie. Natuurlik is dit die volgende probleem wat aangeval moet word.

Nog 'n probleem is hoe weet die ensieme wat om te wees? 'N Rooiogvlieg maak 'n rooioogvliegbaba, en daarom moet die inligting vir die hele ensiempatroon om rooi pigment te maak, van een vlieg na die volgende oorgedra word. Dit word gedoen deur 'n stof in die kern van die sel, nie 'n proteïen nie, genaamd DNA (afkorting vir desoksiribose-nukleïensuur). Dit is die belangrikste stof wat van een sel na 'n ander oorgedra word (byvoorbeeld spermselle bestaan ​​meestal uit DNA) en bevat die inligting oor hoe die ensieme vervaardig kan word. DNA is die 'bloudruk'. Hoe lyk die bloudruk en hoe werk dit? Eerstens moet die bloudruk homself kan weergee. Tweedens moet dit die proteïen kan aanwys. Wat die reproduksie betref, kan ons dink dat dit soos selreproduksie verloop. Selle word eenvoudig groter en verdeel dan in die helfte. Moet dit dan ook met DNA-molekules wees dat hulle groter word en in die helfte verdeel? Elkeen atoom word beslis nie groter nie en verdeel in die helfte! Nee, dit is onmoontlik om 'n molekule weer te gee, behalwe op 'n meer slim manier.

Die struktuur van die stof DNA is lank bestudeer, eers chemies om die samestelling te vind, en daarna met x-strale om die patroon in die ruimte te vind. Die resultaat was die volgende merkwaardige ontdekking: Die DNA-molekule is 'n paar kettings wat op mekaar gedraai is. Die ruggraat van elk van hierdie kettings, wat analoog is aan die proteïenkettings, maar chemies heeltemal verskil, is 'n reeks suiker- en fosfaatgroepe, soos getoon in Figuur 3-2. Nou sien ons hoe die ketting instruksies kan bevat, want as ons hierdie ketting in die middel kan verdeel, sal ons 'n reeks $ BAADC ldots $ hê en elke lewende ding kan 'n ander reeks hê. Dus miskien, op een of ander manier, die spesifieke instruksies vir die vervaardiging van proteïene is vervat in die spesifieke reeks van die DNA.

Sekere pare dwarsskakels is aan elke suiker langs die lyn vasgemaak en die twee kettings aan mekaar verbind. Hulle is egter nie almal van dieselfde soort nie, maar daar is vier soorte, genaamd adenien, timien, sitosien en guanien, maar laat ons hulle $ A $, $ B $, $ C $ en $ D $ noem. Die interessante ding is dat slegs sekere pare oorkant mekaar kan sit, byvoorbeeld $ A $ met $ B $ en $ C $ met $ D $. Hierdie pare word op die twee kettings op so 'n manier aangebring dat hulle "inmekaar pas" en 'n sterk energie van interaksie het. $ C $ pas egter nie by $ A $ nie, en $ B $ pas nie by $ C $ nie, maar pas slegs in pare, $ A $ teen $ B $ en $ C $ teen $ D $. As die een dus $ C $ is, moet die ander $ D $ wees, ens. Wat die letters ook al in een ketting is, elkeen moet sy spesifieke aanvullende letter op die ander ketting hê.

Wat dan van voortplanting? Gestel ons het hierdie ketting in twee gedeel. Hoe kan ons 'n ander een net so maak? As daar 'n vervaardigingsafdeling in die stowwe van die selle is wat fosfaat, suiker en $ A $, $ B $, $ C $, $ D $ eenhede wat nie in 'n ketting gekoppel is nie, oplos, dan sal die enigste een aan ons gesplete ketting sal die korrekte wees, die aanvullings van $ BAADC ldots $, naamlik $ ABBCD ldots $ Wat dus gebeur, is dat die ketting gedurende die seldeling deur die middel verdeel, en die helfte uiteindelik om met een sel te gaan, die ander helfte om in die ander sel te beland as dit geskei word, word 'n nuwe komplementêre ketting deur elke halsketting gemaak.

Vervolgens kom die vraag, hoe bepaal die orde van die $ A $, $ B $, $ C $, $ D $ eenhede die rangskikking van die aminosure in die proteïen? Dit is die sentrale onopgeloste probleem in die biologie van vandag. Die eerste leidrade, of stukkies inligting, is egter: daar is klein deeltjies wat ribosome genoem word in die sel, en dit is nou bekend dat dit die plek is waar proteïene vervaardig word. Maar die ribosome is nie in die kern nie, waar die DNA en die instruksies daarvan is. Iets blyk die saak te wees. Dit is egter ook bekend dat klein molekule stukkies van die DNA afkom - nie so lank as die groot DNA-molekule wat al die inligting self dra nie, maar soos 'n klein gedeelte daarvan. Dit word RNA genoem, maar dit is nie noodsaaklik nie. Dit is 'n soort kopie van die DNA, 'n kort kopie. Die RNA, wat op die een of ander manier 'n boodskap dra oor watter soort proteïene jy moet maak, gaan oor na die bekende ribosoom. Wanneer dit daar kom, word proteïene by die ribosoom gesintetiseer. Dit is ook bekend. Die besonderhede oor hoe die aminosure binnekom en volgens 'n kode op die RNA gerangskik is, is egter nog nie bekend nie. Ons weet nie hoe om dit te lees nie. As ons byvoorbeeld die 'line-up' $ A $, $ B $, $ C $, $ C $, $ A $ geken het, kon ons u nie vertel watter proteïen gemaak moet word nie.

Sekerlik maak geen onderwerp of veld meer vordering op soveel fronte op die oomblik as biologie nie, en as ons die kragtigste aanname van almal sou noem, wat 'n mens voortdurend lei in 'n poging om die lewe te verstaan, dan is dit alle dinge is van atome, en dat alles wat lewende dinge doen, verstaan ​​kan word in terme van die gekibbel en gekibbel van atome.

3–4 Sterrekunde

In hierdie vinnige verklaring van die hele wêreld moet ons nou na sterrekunde gaan. Sterrekunde is ouer as fisika. In werklikheid het die fisika begin deur die pragtige eenvoud van die beweging van die sterre en planete aan te toon, waarvan die begrip die begin van fisika. Maar die merkwaardigste ontdekking in die hele sterrekunde is dat die sterre is gemaak van atome van dieselfde soort as dié op die aarde. 1 Hoe is dit gedoen? Atome bevry lig wat bepaalde frekwensies het, soos die klankkleur van 'n musiekinstrument, wat bepaalde toonhoogtes of frekwensies van klank het. As ons na verskillende kleure luister, kan ons dit onderskei, maar as ons met ons oë na 'n mengsel van kleure kyk, kan ons nie die dele waaruit dit gemaak is, onderskei nie, want die oog is nie naastenby so onderskeidend soos die oor nie. verbinding. Met 'n spektroskoop het ons kan analiseer die frekwensies van die liggolwe en op hierdie manier kan ons die wysies van die atome in die verskillende sterre sien. In werklikheid is twee van die chemiese elemente op 'n ster ontdek voordat dit op die aarde ontdek is. Helium is op die son ontdek, vanwaar sy naam, en tegnetium is in sekere koel sterre ontdek. Dit stel ons natuurlik in staat om vooruitgang te maak in die begrip van die sterre, want hulle is gemaak van dieselfde soorte atome wat op die aarde is. Ons weet nou baie oor die atome, veral met betrekking tot hul gedrag onder toestande van hoë temperatuur, maar nie baie groot digtheid nie, sodat ons die gedrag van die sterrestelsel met behulp van statistiese meganika kan analiseer. Alhoewel ons nie die toestande op aarde kan weergee nie, kan ons met behulp van die basiese fisiese wette presies of baie noukeurig vertel wat sal gebeur. Dit is dus dat fisika die sterrekunde help. Hoe vreemd dit ook al mag lyk, ons verstaan ​​die verspreiding van materie in die son beter as wat ons die binneste van die aarde verstaan. Wat gaan aan binne 'n ster word beter verstaan ​​as wat mens sou raai uit die moeilikheid om 'n bietjie ligkolletjie deur 'n teleskoop te moet kyk, want ons kan bereken wat die atome in die sterre in die meeste omstandighede moet doen.

Een van die indrukwekkendste ontdekkings was die oorsprong van die energie van die sterre, wat hulle laat aanhou brand. Een van die mans wat dit ontdek het, was saam met sy vriendin die aand nadat hy dit besef het kernreaksies moet in die sterre aangaan om hulle te laat skyn. Sy het gesê: "Kyk hoe mooi skitter die sterre!" Hy het gesê: "Ja, en op die oomblik is ek die enigste man in die wêreld wat weet hoekom hulle skyn. ” Sy het net vir hom gelag. Sy was nie beïndruk deur saam met die enigste man te wees wat op daardie oomblik geweet het waarom sterre skyn nie. Wel, dit is hartseer om alleen te wees, maar dit is hoe dit in hierdie wêreld gaan.

Dit is die kern "verbranding" van waterstof wat die energie van die son voorsien, en die waterstof word omgeskakel in helium. Verder gaan die vervaardiging van verskillende chemiese elemente uiteindelik in die sentrums van die sterre uit waterstof. Die goed waarvan ons word gemaak, is een keer in 'n ster "gekook" en uitgespoeg. Hoe weet ons dit? Want daar is 'n leidraad. Die verhouding van die verskillende isotope — hoeveel C $ ^ <12> $, hoeveel C $ ^ <13> $, ens., Is iets wat nooit verander word deur chemiese reaksies, omdat die chemiese reaksies soveel vir die twee dieselfde is. Die verhoudings is suiwer die gevolg van kernkrag reaksies. Deur te kyk na die verhoudings van die isotope in die koue, dooie glans wat ons is, kan ons ontdek wat die oond was soos waarin die goed waarvan ons gemaak is, gevorm is. Daardie oond was soos die sterre, en dit is dus heel waarskynlik dat ons elemente in die sterre "gemaak" is en uitgespoeg het in die ontploffings wat ons noem novae en supernovas. Sterrekunde is so naby aan fisika dat ons baie astronomiese dinge sal bestudeer.

3–5 Geologie

Ons gaan nou na wat genoem word aardwetenskappe, of geologie. Eerstens, meteorologie en die weer. Natuurlik die instrumente van meteorologie is fisiese instrumente, en die ontwikkeling van eksperimentele fisika het hierdie instrumente moontlik gemaak, soos voorheen verduidelik. Die teorie van meteorologie is egter nooit deur die fisikus bevredigend uitgewerk nie. 'Wel,' sê jy, 'daar is niks anders as lug nie, en ons ken die vergelykings van die bewegings van die lug.' Ja ons doen. "As ons dus weet wat die toestand van lug is vandag, waarom kan ons nie die toestand van die lug môre uitvind nie?" Eerstens doen ons dit nie regtig weet wat die toestand vandag is, want die lug draai en draai oral. Dit blyk baie sensitief en selfs onstabiel te wees. As u al ooit water gesien het wat glad oor 'n dam loop, en dan in 'n groot hoeveelheid vlekke en druppels verander soos dit val, sal u verstaan ​​wat ek met onstabiel bedoel. U weet wat die toestand van die water is voordat dit oor die oorloop gaan, dit is glad, maar op die oomblik dat dit begin val, waar begin die druppels? Wat bepaal hoe groot die klonte gaan wees en waar dit gaan wees? Dit is nie bekend nie, want die water is onstabiel. Selfs 'n gladde bewegende lugmassa, as ons oor 'n berg gaan, verander in ingewikkelde borrels en wervels. In baie velde vind ons hierdie situasie van onstuimige vloei wat ons nie vandag kan ontleed nie. Ons verlaat vinnig die weer en bespreek geologie!

Die basiese vraag in die geologie is: wat maak die aarde soos dit is? Die mees voor die hand liggende prosesse is voor u oë, die erosieprosesse van die riviere, die winde, ens. Dit is maklik genoeg om dit te verstaan, maar vir elke bietjie erosie is daar ewe veel aan die gang. Berge is vandag gemiddeld nie laer as in die verlede nie. Daar moet berg-vorming prosesse. As u geologie studeer, sal u daar vind is bergvormende prosesse en vulkanisme, wat niemand verstaan ​​nie, maar wat die helfte van die geologie is. Die verskynsel van vulkane word regtig nie verstaan ​​nie. Wat 'n aardbewing maak, word uiteindelik nie verstaan ​​nie. Daar word verstaan ​​dat as iets iets anders aanstoot, dit klap en gly - dit is in orde. Maar wat druk, en waarom? Die teorie is dat daar strome binne die aarde is - sirkulerende strome as gevolg van die verskil in temperatuur binne en buite - wat in hul beweging die oppervlak effens druk. As daar dus twee teenoorgestelde sirkulasies langs mekaar is, sal die saak versamel in die streek waar hulle bymekaarkom en gordels van berge maak wat in ongelukkige strestoestande verkeer, en sodoende vulkane en aardbewings voortbring.

Wat van die binnekant van die aarde? Baie is bekend oor die snelheid van aardbewinggolwe deur die aarde en die digtheid van die verspreiding van die aarde. Natuurkundiges kon egter nie 'n goeie teorie kry oor hoe dig die stof moet wees teen die druk wat in die middel van die aarde verwag word nie. Met ander woorde, ons kan nie die eienskappe van materie goed uitvind in hierdie omstandighede nie. Dit gaan met ons baie minder goed met die aarde as met die toestande van materie in die sterre. Die betrokke wiskunde lyk tot dusver effens te moeilik, maar miskien sal dit nie te lank duur voordat iemand besef dat dit 'n belangrike probleem is nie, en dit regtig uitwerk. Die ander aspek is natuurlik dat selfs as ons die digtheid geweet het, ons die sirkulerende strome nie kan uitvind nie. Ons kan ook nie regtig die eienskappe van gesteentes onder hoë druk uitwerk nie. Ons kan nie sien hoe vinnig die gesteentes moet "gee" wat alles deur eksperiment uitgewerk moet word nie.

3–6 Sielkunde

Vervolgens beskou ons die wetenskap van sielkunde. Terloops, psigoanalise is nie 'n wetenskap nie: dit is op sy beste 'n mediese proses, en miskien nog meer soos toordokter. Dit het 'n teorie oor wat siektes veroorsaak - baie verskillende "geeste", ens. Die toordokter het 'n teorie dat 'n siekte soos malaria veroorsaak word deur 'n gees wat in die lug kom, dit word nie genees deur 'n slang daaroor te skud nie. , maar kinien help wel vir malaria. Dus, as u siek is, sou ek aanraai dat u na die toordokter gaan, want hy is die man in die stam wat aan die ander kant die meeste weet van die siekte; sy kennis is nie wetenskap nie. Psigoanalise is nie deur eksperiment deeglik nagegaan nie en daar is geen manier om 'n lys te vind van die aantal gevalle waarin dit werk nie, die aantal gevalle waarin dit nie werk nie, ens.

Die ander vertakkings van die sielkunde, wat dinge soos die fisiologie van sensasie behels - wat in die oog gebeur en wat in die brein gebeur - is, as u wil, minder interessant. Maar 'n paar klein, maar werklike vordering is gemaak met die bestudering daarvan. Een van die interessantste tegniese probleme kan wel of nie sielkunde genoem word nie. Die hoofprobleem van die gees, as u wil, of die senuweestelsel, is dit: wanneer 'n dier iets leer, kan hy iets anders doen as wat dit voorheen kon doen, en sy breinsel moes ook verander het as dit bestaan ​​uit atome. Op watter manier is dit anders? Ons weet nie waar om te soek of waarna ons moet let as iets gememoriseer word nie. Ons weet nie wat dit beteken of watter verandering daar in die senuweestelsel plaasvind as 'n feit geleer word nie. Dit is 'n baie belangrike probleem wat glad nie opgelos is nie. As ons egter aanneem dat daar 'n soort geheue-ding is, is die brein so 'n enorme massa onderling verbindende drade en senuwees dat dit waarskynlik nie reguit ontleed kan word nie. Daar is 'n analoog hiervan aan rekenaarmasjiene en rekenaar-elemente, deurdat hulle ook baie lyne het, en dat hulle 'n soort element het, miskien analoog aan die sinaps of die verbinding van die een senuwee na die ander. Dit is 'n baie interessante onderwerp wat ons nie die tyd het om verder te bespreek nie - die verband tussen denk- en rekenaarmasjiene. Dit moet natuurlik waardeer word dat hierdie onderwerp ons baie min sal vertel van die werklike kompleksiteit van gewone menslike gedrag. Alle mense is so verskillend. Dit sal nog lank duur voordat ons daar aankom. Ons moet baie verder terug begin. As ons selfs kon agterkom hoe a hond werk, sou ons redelik ver gegaan het. Honde is makliker verstaanbaar, maar niemand weet nog hoe honde werk nie.

3–7 Hoe het dit so geword?

Sodat fisika nuttig kan wees vir ander wetenskappe in a teoreties anders as by die uitvinding van instrumente, moet die betrokke wetenskap 'n beskrywing van die voorwerp in die taal van 'n fisikus aan die fisikus verskaf. Hulle kan sê "hoekom spring 'n padda?", En die fisikus kan nie antwoord nie. As hulle vir hom sê wat 'n padda is, dat daar soveel molekules is, dat daar 'n senuwee hier is, ens., Wat anders is. As hulle ons min of meer sal vertel hoe die aarde of die sterre is, kan ons dit uitvind. Om die fisiese teorie van enige nut te hê, moet ons weet waar die atome geleë is. Om die chemie te verstaan, moet ons presies weet watter atome daar is, want anders kan ons dit nie ontleed nie. Dit is natuurlik net een beperking.

Daar is nog een vriendelik van die probleem in die susterwetenskap wat nie in die fisika bestaan ​​nie, kan ons dit, as gevolg van 'n beter term, die historiese vraag noem. Hoe het dit so geword? As ons alles oor biologie verstaan, sal ons wil weet hoe al die dinge op die aarde daar gekom het. Daar is die evolusieteorie, 'n belangrike deel van die biologie. In die geologie wil ons nie net weet hoe die berge vorm nie, maar hoe die hele aarde in die begin gevorm is, die oorsprong van die sonnestelsel, ens. Dit lei ons natuurlik om te wil weet watter soort materie daar was in die wêreld. Hoe het die sterre ontwikkel? Wat was die aanvanklike voorwaardes? Dit is die probleem van die astronomiese geskiedenis. Daar is baie uitgevind oor die vorming van sterre, die vorming van elemente waaruit ons gemaak is, en selfs 'n bietjie oor die oorsprong van die heelal.

Daar is geen historiese vraag wat tans in fisika bestudeer word nie. Ons het nie 'n vraag nie: 'Hier is die wette van die fisika, hoe het dit so gekom?' Ons kan ons op die oomblik nie voorstel dat die wette van die fisika op die een of ander manier mettertyd verander nie, dat dit in die verlede anders was as tans. Natuurlik het hulle mag wees, en op die oomblik dat ons dit vind is, sal die historiese kwessie van fisika saamgevat word met die res van die geskiedenis van die heelal, en dan sal die fisikus oor dieselfde probleme praat as sterrekundiges, geoloë en bioloë.

Ten slotte is daar 'n fisiese probleem wat algemeen op baie velde voorkom, wat baie oud is en wat nie opgelos is nie. Dit is nie die probleem om nuwe fundamentele deeltjies te vind nie, maar iets wat nog lank oor was - meer as honderd jaar. Niemand in die fisika kon dit regtig wiskundig bevredigend ontleed nie, ondanks die belangrikheid daarvan vir die susterwetenskappe. Dit is die ontleding van sirkulerende of onstuimige vloeistowwe. As ons na die evolusie van 'n ster kyk, kan ons aflei dat dit konveksie gaan begin, en daarna kan ons nie meer aflei wat moet gebeur nie. 'N Paar miljoen jaar later ontplof die ster, maar ons kan nie die rede agterkom nie. Ons kan nie die weer ontleed nie. Ons ken nie die bewegingspatrone wat binne die aarde moet wees nie. Die eenvoudigste vorm van die probleem is om 'n pyp te neem wat baie lank is en water met 'n hoë spoed daardeur te druk. Ons vra: hoeveel druk is nodig om 'n gegewe hoeveelheid water deur die pyp te druk? Niemand kan dit uit die eerste beginsels en die eienskappe van water ontleed nie. As die water baie stadig vloei, of as ons 'n dik gooi soos heuning gebruik, kan ons dit mooi doen. U sal dit in u handboek vind. Wat ons regtig nie kan doen nie, is om te gaan met werklike, nat water wat deur 'n pyp loop. Dit is die belangrikste probleem wat ons eendag behoort op te los, en ons het nie.

'N Digter het eens gesê:' Die hele heelal is in 'n glas wyn. ' Ons sal waarskynlik nooit weet in watter sin hy dit bedoel het nie, want digters skryf nie om te verstaan ​​nie. Maar dit is waar dat ons die hele heelal sien as ons 'n glas wyn mooi kyk. Daar is die dinge van die fisika: die kronkelende vloeistof wat verdamp, afhangende van die wind en die weer, die weerkaatsings in die glas, en ons verbeelding voeg die atome by. Die glas is 'n distillasie van die aarde se gesteentes, en in die samestelling daarvan sien ons die geheime van die heelal se eeu en die evolusie van sterre. Watter vreemde verskeidenheid chemikalieë is daar in die wyn? Hoe het hulle ontstaan? Daar is die fermente, die ensieme, die substrate en die produkte. Daar in wyn word die groot veralgemening gevind: alle lewe is gisting. Niemand kan die chemie van wyn ontdek sonder om Louis Pasteur, die oorsaak van baie siektes, te ontdek nie. Hoe lewendig is die klaret, wat sy bestaan ​​in die bewussyn druk wat dit aanskou! As ons klein gemoedere hierdie glas wyn, hierdie heelal, vir een of ander gemak, in dele verdeel - fisika, biologie, geologie, sterrekunde, sielkunde, ensovoorts - moet u onthou dat die natuur dit nie ken nie! Laat ons dus alles weer bymekaar maak, en nie vergeet waarvoor dit uiteindelik is nie. Laat dit ons nog 'n laaste plesier gee: drink dit en vergeet dit alles!


Lesers het dit ook geniet

Richard Phillips Feynman was 'n Amerikaanse fisikus wat bekend was vir die baanintegrale formulering van kwantummeganika, die teorie van kwantumelektrodinamika en die fisika van die supervloeistof van supergekoelde vloeibare helium, asook werk in deeltjiefisika (hy het die partonmodel voorgestel). Vir sy bydraes tot die ontwikkeling van kwantumelektrodinamika was Feynman 'n gesamentlike ontvanger van die Nobelprys Richard Phillips Feynman was 'n Amerikaanse fisikus wat bekend was vir die integrasie van die kwantummeganika, die teorie van kwantumelektrodinamika en die fisika van die supervloeistof van supergekoelde vloeistof. helium, asook werk in deeltjie-fisika (hy het die parton-model voorgestel). Vir sy bydraes tot die ontwikkeling van kwantumelektrodinamika was Feynman in 1965 'n gesamentlike ontvanger van die Nobelprys vir Fisika, saam met Julian Schwinger en Sin-Itiro Tomonaga. Feynman het 'n wyd gebruikte skema voorgestel vir die wiskundige uitdrukkings wat die gedrag van subatomiese deeltjies beheer, wat later bekend geword het as Feynman-diagramme. Gedurende sy leeftyd en na sy dood het Feynman een van die bekendste wetenskaplikes ter wêreld geword.

Hy het gehelp met die ontwikkeling van die atoombom en was 'n lid van die paneel wat die Space Shuttle Challenger-ramp ondersoek het. Benewens sy werk in die teoretiese fisika, het Feynman die eerbewys gehad vir die baanbreker op die gebied van kwantumrekenaarkunde en die bekendstelling van die konsep van nanotegnologie (skepping van toestelle op molekulêre skaal). Hy het die Richard Chace Tolman-professoraat in teoretiese fisika aan Caltech beklee.


Richard Feynman Fisika-video-lesings

Hierdie maand bring ek u 'n klomp Richard Feynman-fisikavideo-lesings, 'n paar Feynman-video-onderhoude en 'n paar Feynman-audios.

Richard P. Feynman (1918-1988) was 'n wetenskaplike, onderwyser, groot redenaar en musikant. Hy het aan atoombom gewerk, kwantumelektrodinamika uitgevind, Maya-hiërogliewe vertaal en tot die kern van die Challenger-ramp gesny. Maar verder as dit alles was Dick Feynman 'n unieke en veelsydige individu.

Hoor dit ook - my vriend het pas www.FeynmanPhysicsLectures.com geregistreer, en hy gaan die beste webwerf maak wat aan Richard Feynman toegewy is!

Hy het ook die Carl Sagan Videos webwerf en Stephen Hawking Videos webwerf gemaak. Kyk na hulle, hulle is regtig wonderlik!

Nog iets - ek het 'n Amazon-wenslys geskep met 'n paar wiskunde- en rekenaarwetenskapboeke. Ek sal dit waardeer as iemand 'n nuwejaarsgeskenk vir my koop. :)

En hier is die Feynman-video's:

Richard Phillips Feynman by The Douglas Robb Memorial Lectures


    Feynman is 'n sagte aanleiding tot die onderwerp en bespreek fotone en hul eienskappe.

Wat is refleksie en oordrag, en hoe werk dit?

Feynman QED-diagramme (kwantum-elektrodinamika-diagramme) en die ingewikkeldhede van deeltjie-interaksie.

Kwantum-elektrodinamika (QED) was die onderwerp van 'QED - The Strange Theory of Light and Matter', die gewilde boek van Richard Feynman wat die eerste keer in 1985 deur Princeton University Press gepubliseer is. Feynman verwys deurlopend na die feit dat die boek gebaseer is op 'n reeks algemene lesings oor QED wat die eerste keer in Nieu-Seeland gelewer is.

Feynman het twyfel oor die toeganklikheid van die lesings oor QED vir 'n algemene gehoor, en het verkies om nie eers hierdie lesings by sy geboorteland Caltech te lewer nie. Hy het eerder die afgeleë Nieu-Seeland as sy toetsterrein gekies en in die proses die Nieu-Seelandse fisika-gemeenskap die twyfelagtige eer gegee om die proefkonies te wees vir sy QED-lesings.

Aan die Universiteit van Auckland is hierdie lesings in 1979 aangebied as die Sir Douglas Robb-lesings. Alhoewel die gepubliseerde weergawe van "QED - The Strange Theory of Light and Matter" 'n uitstekende, selfstandige beskrywing van die onderwerp is, is die styl en entoesiasme vir sy onderwerp op 'n manier wat in 'n onmoontlike gedrukte medium. Direkte aanhalings uit die lesings bied fassinerende aanvullende insig in die materiaal van QED self en in Feynman se karakter.

Video's verskaf deur Vega Science Trust.


The Pleasure of Finding Things Out (1981)

Feynman praat oor sy kinderjare, sy eerste ontmoeting met calculus met die lees van "Calculus for the Practical Man" op dertienjarige ouderdom, hoe hulle die Bom in Los Alamos bou, hoe hulle 'n partytjie gehou het terwyl Hiroshima gebrand het, hoe 'n oënskynlike eenvoudige probleem van roterende liggame gelei tot kwantumelektrodinamika. Hier is Feynman wat kommentaar lewer op die Nobelprys wat hy ontvang het: 'Ek hou nie van eerbewyse nie. Ek waardeer dit vir die werk wat ek gedoen het en vir mense wat dit waardeer, en ek merk op dat ander fisikuste my werk gebruik. Ek dink nie daar is sin aan iets anders nie. Ek sien nie dat dit 'n punt het dat iemand in die Sweedse akademie besluit dat hierdie werk edel genoeg is om 'n prys te ontvang nie. Ek het al die prys! Die prys is die plesier om die ding uit te vind, die skop in die ontdekking, die waarneming van die mense wat dit gebruik. Dit is die regte dinge! Die eerbewyse is vir my onwerklik. Ek glo nie aan eerbewyse nie. '


Richard Feynman, The Last Journey Of A Genius: The Quest for Tannu Tuva

Terwyl min Westerlinge van Tuva geweet het, het Feynman sy bestaan ​​ontdek uit die unieke posseëls wat daar in die vroeë 20ste eeu uitgereik is. Hy was geïnteresseerd in die ongewone naam van die hoofstad Kyzyl, en het besluit om na die afgeleë, bergagtige land te reis. Die Sowjets, wat toegang beheer het, was egter wantrouig en oortuig daarvan dat hy net in die natuurskoon belangstel. Hulle het sy planne dwarsdeur 13 jaar belemmer.

Die meeste tonele is uitgebreide vertellings deur Feynman. Daar is 'n heerlike uitgebreide bespreking en demonstrasie van Feyman se bongospel. Feynman verduidelik hoe hy 'n frase-boek van die Tuva-taal gebruik het om te skryf en 'n belangstelling in besoeke daar te toon. Die voorgestelde reis het jare geneem om te reël. Die program kan Feyman in Tuva nooit wys dat hy 'n paar dae na die opname van 'n onderhoud aan abdominale kanker oorlede is nie, op die ouderdom van 69 in Februarie 1988. Die verhaal word afgewissel met vroeër opgeneemde gesprekke deur Feynman wat sy perspektiewe op die aard van fisika toevoeg. Dit is dus glad nie 'n reisdokumentêr nie, maar dit is nog 'n fassinerende insig in die opwindende persoonlikheid van Richard Feynman.


Neem die wêreld vanuit 'n ander oogpunt met Richard Feynman


Die beste gees sedert Einstein: Richard Feynman


Onthou Richard Feynman


Murry Gell-Mann praat oor Feynman


Richard Feynman onthou hoe hy traagheid verstaan ​​het


Feynman wat bongos speel en sing oor lemoensap


Feynman vergelyk die doen van fisika met die uitvind van reëls van die skaakspel


Feynman by die Challenger-rampkomitee vir ondersoek


Feynman hou nie van die Nobelprys nie


Rich Feynman verduidelik die gevoel van verwarring


Wat mnr. Feynman se vrou gesê het oor die feit dat hy 'n rampondersoek begin het


Richard Feynman oor wetenskaplike ondersoek


Feynman oor die heelal in glas wyn


Feynman oor simmetrie in fisiese reg

Geniet hierdie video's en moenie vergeet om binnekort die webwerf van Feynman Physics Lectures te besoek nie!


Alle dinge groot en klein

Die fisikus Richard Feynman, in 'n lesing aan voorgraadse studente aan die California Institute of Technology in 1961, het 'n vraag gestel en daarna geantwoord:

As in een of ander ramp alle wetenskaplike kennis vernietig sou word en slegs een sin aan die volgende geslagte wesens oorgedra sou word, watter stelling sou die meeste inligting in die minste woorde bevat? Ek glo dit is die atoomhipotese (of die atoom feit, of wat u dit ook al wil noem) alle dinge is van atome. 1

Die diepgaande insig dat die hele materiële wêreld bondig beskryf kan word as saamgestel uit fundamentele boustene, is die grondslag van alle teorieë oor die aard van die materie, van antieke ondersoek na die eienskappe daarvan, tot middeleeuse en vroeg-moderne pogings om onedelmetale in edelmetale om te sit. goud, tot moderne pogings om die atoomstruktuur te verstaan, die krag van die atoom met splitsing en versmelting te benut, en kunsmatige materiale in laboratoriums te skep.

Drie nuwe boeke ondersoek ons ​​huidige begrip van materie en oorsprong en kwaliteite van materie, en beskryf ons voortdurende strewe om verder as atome te ondersoek. Neutron Stars: The Quest to Understand the Zombies of the Cosmos deur Katia Moskvitch, 'n wetenskapskrywer, ondersoek onlangse navorsing oor die superdigte oorblyfsels van sterre wat tien keer massiewer is as ons Son, wie se presiese materiële samestelling ons ontwyk het. Die astrofisikus Katie Mack & rsquos Die einde van alles (astrofisies gesproke) toon aan hoe die inhoud van ons heelal & mdashmatter en energie & mdash die bestemming daarvan bepaal en uiteindelik die ondergang daarvan. In Grondbeginsels: Tien sleutels tot die werklikheid, die fisikus Frank Wilczek, wat in 2004 met die Nobelprys vir Fisika bekroon is, spreek nuwe ontdekkings aan wat lei tot 'n herevaluering van die atoomhipotese. Hy verduidelik hoe denkbeelde van materie die afgelope dekades verander het van & ldquoall dinge word van atome & rdquo na & ldquoall dinge gemaak van elementêre deeltjies & rdquo & mdashdie uitbreidende lys bevat kwarks, gluons, muons en die onlangs ontdekte Higgs-boson.

In die eerste twee boeke van De rerum natura, wat op die materiële wêreld fokus, vergelyk Lucretius hierdie fundamentele deeltjies met letters in 'n alfabet, 'n eindige versameling wat 'n oneindige verskeidenheid sinne kan vorm. Net soos daar letterkombinasies is wat nie in 'n taal toegelaat word nie, kan nie alle sade met al die ander kombineer nie, het Lucretius beweer, daar is 'n kode wat die toegelate kombinasies beheer. Sy weergawe van materie, wat opvallend klink soos 'n beskrywing uit 'n hedendaagse fisika- of chemiehandboek, was heeltemal radikaal. Alhoewel Lucretius nie beweer het dat hy die kode ken wat bepaal hoe hierdie saad hulself kan rangskik en herrangskik nie, het hy wel voorgestel dat dit deur ondersoek bekend is. Dit is natuurlik die doel van die moderne wetenskap en mdashto, deur waarneming en ondersoek, die natuurwette wat die reëlmatighede en patrone in verskynsels beheer, te ontdek.

Die konsep van atome was nie beperk tot esoteriese besprekings in die natuurfilosofie nie, maar het groot aanvaarding gekry en deurgedring tot die groter kultuur, wat op onwaarskynlike plekke opgeduik het, byvoorbeeld in die Shakespeare & rsquos-beskrywing van die sprokieskoningin Queen Mab in Romeo en Juliet:

Sy is die feetjies en vroedvrou, en sy kom
In vorm nie groter as 'n agstone nie
Op die wysvinger van 'n wethouder,
Geteken met 'n span klein atoomies
Athwart mans & rsquos neuse as hulle lê en slaap.

Met sy gebruik van die frase & ldquolittle atomies onthul & rdquo Shakespeare dat sy wêreld goed vertroud was met die atomistiese siening van materie teen die 1590's.

Met die ontwikkeling van die kwantumfisika in die vroeë twintigste eeu, het wetenskaplikes vasgestel dat die atome waaruit alle sigbare materie bestaan ​​en wat fisici baryons en mdash noem, bestaan ​​uit subatomiese eenhede: protone en neutrone, wat die atoom & rsquos-kern vorm en elektrone. Daar is gou ontdek dat die eienskappe van atome bepaal watter elemente aan mekaar kan bind om nuwe molekules te vorm, en dat atome in sekere toestande deur fusie en splitsing in ander kan transformeer, kernprosesse wat enorme hoeveelhede energie vrystel.

Meer onlangs het kosmologie ons 'n oorsig gegee oor die materiële inhoud van die heelal, en wat 'n vreemde een is dit nie. Elkeen van die vier-en-negentig elemente wat natuurlik op die aarde voorkom, is elders in die ruimte geskep, en almal behalwe drie & mdashwaterstof, helium en litium, wat binne die eerste drie minute van die geboorte van die heelal by die oerknal gesintetiseer is. van sterre in die verte, waar uiterste toestande veroorsaak dat botsings en versmelting van kerne, wat elemente met groter atoommassa skep.

Aan die einde van hul lewenssiklusse ontplof sterre, versprei koolstof, silikon, swael, magnesium, kalsium en yster in die ruimte, wat die waterstofwolke verryk waaruit die volgende generasie sterre uiteindelik vorm. Hierdie elemente het moontlik via meteore op die aarde gekom, of was moontlik teenwoordig in die saak wat 4,5 miljard jaar gelede in ons sonnestelsel gestol het. Die kalsium waaruit ons bene bestaan ​​en die yster wat elke rooi bloedsel in ons liggame deurdring, kom van sterre. Clich & eacutes eenkant, ons is letterlik van sterrestof gemaak.

In 1930 het die Indiese astrofisikus Subrahmanyan Chandrasekhar bereken dat die geboortemassa van 'n ster sy uiteindelike lot bepaal: afhangend van die aanvanklike grootte, sal dit 'n wit dwerg, 'n neutronster of 'n swart gat word. 'N Ster van die grootte van ons son het 'n binnekant met 'n temperatuur van ongeveer 15 miljoen grade Celsius en is warm dat atoomkerne van hul omringende elektrone verwyder word. Hierdie subatomiese deeltjies & mdashelektrone en kerne & mdash bots konstant met mekaar, wat druk binne die kern van die ster veroorsaak. Hierdie interne druk verhoed dat swaartekrag die ineenstorting van die ster & rsquos veroorsaak.

Druk word ook gegenereer wanneer waterstofkerne, wat elk een proton het, saamsmelt met ander waterstofkerne om helium te vorm, wat twee protone het. Sodra al die beskikbare waterstof in die kern uitgeput is, begin swaartekrag die oorhand kry. Dit veroorsaak dat die kern van die ster saamtrek en verhit, wat lei tot die vorming deur die samesmelting van swaarder elemente, soos koolstof, suurstof en silikon. Ons son sal oor nog vyf biljoen jaar waterstof opraak. Namate sy kern saamtrek, sal die buitenste lae uitbrei en oorgaan in die sogenaamde rooi reuse-fase. Op hierdie stadium sal die radius daarvan so groot geword het dat dit die wentelbaan van Mercurius verswelg. Dit sal aanhou ineenstort en uiteindelik lei tot die vorming van 'n dowwe oorblyfsel, 'n wit dwerg, met samesmelting wat nie meer energie in die kern lewer nie.

In 1933 het die Switserse sterrekundige Fritz Zwicky voorgestel dat sterre wat massiewer is as wat ons son sou sterf deur te implodeer en dit is, deur hulself in te stort weens swaartekrag en mdashand dat hierdie proses veroorsaak dat protone, wat 'n positiewe elektriese lading dra, negatiewe gelaaide elektrone opneem, wat lei tot die produksie van neutrone. Die energie wat tydens hierdie proses vrygestel word, sal dramatiese supernova-ontploffings veroorsaak, wat die neutronryke, superdigte kern en mdasha-neutronster agterlaat. 3 Moskvitch dra haar boek aan Zwicky op, gee reg aan sy idees en gee hom krediet vir die voorspelling en opsporing van supernovas en mdashcosmic bakens wat belangrik was om ons siening van die kosmos te vorm. Supernovas dien as standaardheersers vir die meet van afstande en was instrumenteel in die ontdekking van donker energie in 1998, wat vermoedelik die versnelde uitbreiding van die heelal dryf.

Zwicky was ook die eerste wat die bestaan ​​van donker materie voorgestel het om te verduidelik waarom sommige sterrestelsels vinniger beweeg as wat verwag is. Daar word geglo dat donker materie, wat geglo word deurslaggewend te wees vir die vorming van sterrestelsels, uit 'n nog onopgemerkte deeltjie wat waarskynlik in die baba-heelal gevorm word. Soos elke ander soort materie, oefen en reageer dit op swaartekrag, maar dit wissel nie met lig nie, wat dit onsigbaar maak en daarom uiters uitdagend om op te spoor. Kosmoloë skat dat donker materie ongeveer 24 persent van al die dinge in die heelal uitmaak. Ter vergelyking is die gewone atome waaruit ons bestaan, slegs 4 persent. Om die raaisel by te dra, is die dominante bestanddeel van ons heelal nog 'n onsigbare en immateriële entiteit, donker energie, wat ongeveer 70 persent van die totale kosmiese voorraad uitmaak. Ons weet hoe beide donker energie en donker materie in ons heelal manifesteer, maar nie heeltemal wat dit is nie.

Neutronsterre is die digste vorm van materie wat tans bekend is, met ongeveer 1,4 keer die sonmassa verpak in 'n straal van net ses myl. 'N Teelepel neutronster-materiaal sou 10 miljoen ton weeg. Net soos hul meer raaiselagtige neefs, swart gate, is neutronsterre sterre lyke, maar hulle kom in baie soorte voor: daar is pulse wat baie vinnig draai, byna duisend keer per sekonde, en magnetare, wat die sterkste magnete is wat in aard. In teenstelling met swart gate, het neutronsterre oppervlaktes, ly hulle met sterbewings wat ons kan opspoor en word dit ook beskou as die bron van gammastralings, die mees energieke ontploffings in die heelal.

Hierdie veelvuldige stelle oë wat oor verskillende golflengtes van lig strek, het die botsing en rsquos-puinwolk in aanskoulike, ongekende detail vasgelê en die produksie van swaar elemente en mdash aangeteken, insluitend 'n geskatte 236 sekstiljoen ton, of veertig keer die massa van die aarde en rsquos, van suiwer goud. Dit was die eerste keer dat ons hierdie proses sien ontvou het. Die toestande binne 'n neutronster is nie kragtig genoeg om elemente swaarder as yster te skep nie, net die botsing van twee neutronsterre kan dit doen. Al die goud waarvan ons weet, insluitend die goue trouring aan u vinger of die ketting wat u nek versier, is geskep deur botsings van twee neutronsterre in die verre heelal.

Anders as Lucretius, is ons materiële wêreld nie regtig onvernietigbaar of ewig nie. So, hoe sal dit alles eindig? In Die einde van alles (astrofisies gesproke), Verduidelik Katie Mack die moontlike lotgevalle, elkeen verskriklik op sy eie manier, wat op ons heelal wag. Die vergelykings afgelei van die Einstein & rsquos-teorie van algemene relatiwiteit verbind die inhoud, vorm en bestemming van die heelal. Die verlede, hede en toekoms word dus bepaal deur die ontwikkelende materiële en immateriële bestanddele daarvan. Wat verrassend kan lyk, skryf sy, is dat moderne kosmologie ons kennis van die baie, baie klein deeltjie-teorieë en eksperimente inlig om ons insig te gee in die werking van die heelal op die grootste skale. & Rdquo Die komplekse wisselwerking van die mikroskopiese en makroskopies bepaal kosmiese eskatologie.

Soos Mack opmerk, is net een ding seker: die heelal sal eindig. Dit kan eenvoudig nie vir altyd onveranderd voortduur nie. Die heelal het uitgebrei sedert sy geboorte ongeveer 13,8 miljard jaar gelede. Aangesien die samestelling daarvan verander het van die eerste 30.000 jaar van sy bestaan ​​deur straling oorheers te word, word dit oorheers deur materie en dan deur donker energie (die afgelope 4 miljard jaar), het die uitbreidingskoers ook verander. Verdere oorgange sal die uiteindelike lot van die heelal bepaal. Dit is 'n uitdagende vraag wat verskeie groot spanne kosmoloë ondersoek met waarnemingsopnames en eksperimente.

Die vyf moontlike kosmiese katastrofes wat Mack bespreek, is die Big Crunch, waarin ons huidige kosmiese uitbreiding omkeer en die heelal in 'n swart gat kondenseer en mdasha singulariteit die Heat Death, waarin die heelal vir ewig uitbrei, donkerder word en verlate die Big Rip, 'n donker-energie-gedrewe, gewelddadige lot waarin swaartekrag oorweldig word en uiteindelik alles, insluitend atome, uitmekaar geruk word Vacuum Decay, die minste waarskynlike scenario waarin 'n skelm borrel van & ldquotrue vacuum & rdquo amok sal wees en die heelal in wese sal kanselleer en die weiering & mdashthe die meeste bespiegelend oor hierdie moontlikhede en mdasha sikliese kosmologie waar geboorte en dood herhaaldelik wissel.

Alhoewel ek deur temperament aangetrokke is tot 'n sikliese heelal wat geen begin en geen einde het nie, is die moontlikheid wat my verbeelding laat opvlam die Groot Crunch. Die reeks sal begin met 'n verlangsaming van die huidige versnelde uitbreidingstempo voor omkering. Na 'n kursus om te draai, sou 'n samentrekkende heelal 'n uiterste plek word en tot ongelooflike hoë temperature en digthede verhit, bo alles wat ons in die laboratorium kan produseer. Geen van ons huidige teorieë, kwantummeganika en algemene relatiwiteit inkluis nie, bied riglyne vir die gedrag van materie by sulke hoë digthede nie. Mack skryf dat wat & ldquoyou & rsquod teëkom wanneer die hele waarneembare heelal in 'n subatomiese kolletjie in duie stort. soorte van onberekenbare. & rdquo Niks wat ons ken nie, sou uiteindelik oorleef, en dit sou vinnig in 'n enkelvoud versprei. Daar is 'n vreemde simmetrie aan hierdie lot, waarin alles kan beland soos voor die Big Bang & mdashin as as 't ware.

'N Boek wat die grimmige lotgevalle wat op ons heelal wag, uiteensit, lyk miskien pessimisties, maar ons mense sal waarskynlik nie van enige van hierdie katastrofiese gevolge getuig nie, want dit sal miljarde jare lank nie manifesteer nie. Alhoewel Mack daarin slaag om baie komplekse en abstrakte fisiese begrippe met 'n ontwapenende omgangstyl te vereenvoudig terwyl sy die kosmiese ondergang verklaar, laat sy ons droom van die einde sonder om daaroor te kwel.

Deur materie te klassifiseer in & dele van konstruksie, deeltjies van verandering, en bonusdeeltjies & rdquo in Grondbeginsels, Frank Wilczek bied 'n gesaghebbende opdatering aan die atoomhipotese van Democritus & rsquos. Hy deel tien diepgaande idees wat volgens hom die hele fisiese werklikheid en ons ervaring daarvan beskryf. Soos met sy vorige boeke, meng Wilczek behendige elemente behendig met 'n duidelike uiteensetting van basiese fisika, en voeg hy versigtige bespiegeling oor toekomstige eksperimente by wat waarskynlik dieper fasette van die werklikheid kan openbaar. Grondbeginsels is verdeel in twee hoofafdelings, getiteld & ldquoWhat There Is & rdquo en & ldquoBeginnings and Ends, & rdquo met aanloklike hoofstuktitels in die voormalige afdeling wat & ldquoThere & rsquos Plenty of Space bevat, & rdquo & ldquoThere & rsquos Plenty of Time, & rdquo & ldquoThere is baie, baie en baie Wette, & rdquo en & ldquo Daar is baie materie en energie. & Rdquo

Wilczek verduidelik die drie primêre eienskappe van elementêre deeltjies waaruit alle ander afgelei kan word & mdashmass, charge, en spin & mdashnoting & ldquothat dit dinge is wat u presies kan definieer en meet. die alledaagse voorkoms van dinge is nogal afgeleë. & Rdquo Terwyl die massa en lading van die boustene van materie maklik verstaanbaar is, is spin 'n uitdagende konsep vir die nie-fisikus. Wilczek verduidelik elegant hoe elementêre deeltjies in werklikheid soos klein draaitoppe of gyroskope lyk. Hy som & bedrieglike (bedrieglik) maklike beginsels & rdquo wat regeer hoe die wêreld werk, sover ons weet, en die basiese wette van fisika wat verandering beskryf, universeel, plaaslik en presies is.

Wilczek skets dan drie groot vrae wat betrekking het op ons begrip van die fisiese wêreld en daarbuite. Wat het die oerknal veroorsaak? Is daar nog meer betekenisvolle patrone weggesteek in die uitgestrekte landskap van fundamentele deeltjies en kragte wat ons tot dusver nie ontbloot het nie? En wat is die aard van die bewussyn en die verstand wat uit materie blyk, en indien wel, hoe? Terwyl sy filosofiese bespiegelinge oor die aard van bewussyn en die opkoms van kompleksiteit kronkel, is hy veral skerp oor die raaisels wat nog in die fisika opgelos moet word.

In die besonder stel hy aksies en mdashhypotetiese subatomiese deeltjies voor waarvan hy die naam geskep het, en mdashas die skakel wat kan help om twee raaisels te ontsluit wat nie verband hou nie: die onbekende aard van donker materie en die byna presiese temporale simmetrie van bekende fisiese wette. Dit lyk asof fisiese wette hul vorm bykans behou, onafhanklik van die rigting van die stroom van tyd en dit is 'n werklike raaisel, want ons leef in 'n heelal waarin die tyd in slegs een rigting beweeg. Natuurkundiges vermoed dat dit 'n aanduiding is van die bestaan ​​van 'n nuwe soort deeltjie en die aksie en die vorm wat in die vroeë heelal gevorm is en die regte eienskappe het om donker materie te wees. Wilczek is entoesiasties oor die vele eksperimentele pogings wat tans gedoen word om die aksie op te spoor. Met soveel bekendheid en begrip van die aard van gewone atome, wag ons nog steeds gretig op die ontdekking van nuwe klasse subatomiese deeltjies wat die sleutel tot baie kwellende teoretiese probleme kan wees.

Ek skryf dit kort na die aankondiging van die Fermi National Accelerator Laboratory middel April van 'n tergende ontwikkeling in die subatomiese sfeer: 'n wanverhouding tussen teoretiese berekeninge en eksperimentele meting van die wankel van 'n subatomiese deeltjie en mdashthe muon, 'n swaarder neef van die elektron en mdashin a magnetiese veld. 4 As dit hou, teken dit die bestaan ​​van 'n vyfde fundamentele krag in die natuur en mdashalong met swaartekrag, elektromagnetisme, en die sterk en swak kragte en mdashas sowel as die bestaan ​​van nuwe subatomiese deeltjies aan. Dit sal ons begrip van die saak heeltemal opskud. Die merkwaardige ding van die era waarin ons leef, wat Wilczek gepas kenmerk as 'n tyd waarin & ldquotechnology ons al superkragte gegee het, en daar is geen einde in sig nie, & rdquo is dat radikale, transformerende ontdekkings soos hierdie, wat ons konsep dramaties kan verander. van die heelal, kan dalk net om die draai wees.


Bekende Feynman-lesings word aanlyn aangebied met gratis toegang

Feynman (middel) met Robert Oppenheimer (regs) ontspan tydens 'n sosiale funksie van Los Alamos tydens die Manhattan-projek. Krediet: Publieke domein

(Phys.org) —Terug in die vroeë sestigerjare het die fisikus Richard Feynman 'n reeks lesings oor fisika aangebied vir eerstejaarstudente aan Caltech - die lesings is daarna in druk geplaas en in handboeke gemaak, geskryf deur Feynman, Robert Leighton en Matthew Sands — en nou is dit geformateer vir die internet en aanlyn aangebied met gratis toegang vir almal wat verkies om dit te ervaar. Getiteld, Die Feynman-lesings oor fisika, is dit in drie dele verdeel: 'hoofsaaklik meganika, bestraling en hitte', 'hoofsaaklik elektromagnetisme en materie' en 'kwantummeganika'.

Feynman was in die natuurkundegemeenskap bekend vir sy werk op verskeie gebiede, veral kwantumelektrodinamika, deeltjiefisika en supervloeistof - hy het ook 'n manier bedink om wiskundige vergelykings, wat bekend geword het as Feynman-diagramme, in beeld te stel. Hy was ook deel van die span wat aan die atoombomprojek gewerk het en het in 1965 'n Nobelprys met Sin-Itiro Tomonaga en Julian Schwinger gedeel. Vir die res van die wêreld was Feynman egter 'n wetenskaplike wat met bona fide bekendheid gehad het, en hy het gesoek na sy menings en waarnemings as nuwe wetenskaplike ontdekkings of probleme verskyn. Later jare was hy 'n lid van die paneel wat die oorsaak van die eerste ruimtevaartramp ondersoek het.Hy het sy roem verwerf deur ernstige wetenskap, mooi voorkoms en persoonlikheid - party joernaliste het hom 'n rockster-fisikus genoem omdat hy die aandag van luisteraars kon trek en hulle daaraan kon vashou omdat hy ingewikkelde onderwerpe deur die massas verstaanbaar laat lyk het.

Van 1961 tot 1963 het Feynman 'n reeks lesings by Caltech gehou, vanuit die oogpunt, soos hy dit beskryf het "dat u, die leser, 'n fisikus gaan wees. Dit is natuurlik nie noodwendig die geval nie, maar dit is wel wat elke professor in elke vak veronderstel! " Sy lesings het so gewild geraak dat studente op hoër vlak begin aanmeld en gevestigde wetenskaplikes af en toe ook gaan inloer om te luister. Hy het spoedig bekend geword as 'The Great Explainer' wat sy naam in gewilde vertellings vasgelê het. In 1964 publiseer Feynman saam met Leighton en Sands 'n handboek wat gebaseer is op Feynman se lesings - dit word mettertyd wat beskryf word as die gewildste fisikahandboek wat ooit gepubliseer is. En nou word dit gratis aanlyn beskikbaar gestel vir gebruikers van rekenaars en slimtoestelle - dit is selfs spesiaal geformateer sodat alle gebruikers wiskundeformules en diagramme kan sien.


Kyk die video: How To Draw A Unicorn Ice Cream Cone Ice Cream-icorn (Februarie 2023).