Οι μεγάλες εξισώσεις....όχι μόνο σωστές αλλά και ωραίες...

Transcript

1 Οι μεγάλες εξισώσεις. {...όχι μόνο σωστές αλλά και ωραίες...

2 Ερευνητική εργασία μαθητών της Β λυκείου.

3 E = mc 2 Στοιχεία ταυτότητας: Ε: ενέργεια (joule) m: μάζα (kg) c: ταχύτητα του φωτός στο κενό (m/s) Albert Einstein, 1905 γνωστή ως «η εξίσωση του Αϊνστάιν», είναι μια πραγματική διασημότητα στον κόσμο των εξισώσεων

4 Στα τέλη του 19ου αιώνα η φυσική είχε βρεθεί σε ένα δύσκολο σταυροδρόμι: η κλασική μηχανική, που είχε δοκιμαστεί με επιτυχία για 300 χρόνια, δεν συμφωνούσε πια με τα αποτελέσματα μερικών πειραμάτων. Το 1905 ο Αϊνστάιν έλυσε το πρόβλημα, διατυπώνοντας τη θεωρία της σχετικότητας και από τότε η αντίληψη που έχουμε για τον κόσμο δεν είναι πια η ίδια...

5 Η ειδική θεωρία της σχετικότητας δημοσιεύθηκε στις 26 Σεπτεμβρίου του 1905 και έφερε ριζικές αλλαγές στις έννοιες του χώρου και του χρόνου. Ο Αϊνστάιν γρήγορα κατάλαβε ότι μέσα σε αυτή τη θεωρία υπήρχαν περισσότερες συνέπειες από αυτές που θα μπορούσε να προβλέψει ακόμα και ο ίδιος, καθώς λίγο αργότερα έγραφε στο φίλο του Conrad Habicht: μια συνέπεια της μελέτης πάνω στην ηλεκτροδυναμική όντως μου πέρασε από το νου. Συγκεκριμένα, η αρχή της σχετικότητας, σε συνδυασμό με τις θεμελιώδεις εξισώσεις του Μάξγουελ, απαιτεί η μάζα να είναι άμεσο μέτρο της ενέργειας που εμπεριέχεται σε ένα σώμα. Μια αισθητή μείωση της μάζας θα πρέπει να συμβαίνει στην περίπτωση του ραδίου (Ra). Το συμπέρασμα είναι διασκεδαστικό και δελεαστικό, μπορεί όμως κάλλιστα ο παντοδύναμος Θεός να γελά με το όλο θέμα και απλώς να με τραβά από τη μύτη...

6 Η θεωρία της σχετικότητας προβλέπει ότι κάθε σώμα έχει ενέργεια εξαιτίας της μάζας του. Όταν το σώμα είναι ακίνητο, αυτή ισούται με mc 2, η οποία ονομάστηκε από τον Αϊνστάιν ενέργεια μάζας ηρεμίας. Η ενέργεια που οφείλεται στη μάζα ενός σώματος είναι το άθροισμα της κινητικής ενέργειας και της ενέργειας μάζας ηρεμίας. Δηλαδή, με απλά λόγια:

7 Στη φύση έχουν παρατηρηθεί φαινόμενα στα οποία η συνολική μάζα των αντιδρώντων είναι διαφορετική της συνολικής μάζας των προϊόντων. Αν η μάζα μειώθηκε κατά m, τότε θεωρείται ότι η αυτή η μάζα μετατράπηκε σε ενέργεια ίση με mc 2, ενώ αν η μάζα αυξήθηκε, τότε θεωρείται ότι απορροφήθηκε ενέργεια ίση με E/c 2

8 Ενώθηκαν έτσι δύο μεγέθη που πιστεύαμε πάντα ότι ήταν τελείως διαφορετικά: η ενέργεια, η αρχή διατήρησης της οποίας ήταν ένα κορυφαίο επίτευγμα της φυσικής του δέκατου ένατου αιώνα και η μάζα, η αρχή διατήρησης της οποίας ήταν ένα κορυφαίο επίτευγμα του δέκατου όγδοου αιώνα. Τα δύο αυτά μεγέθη μπορούν να μετατραπούν το ένα στο άλλο κάτι που θα παρέμενε μόνο ένα θεωρητικό ενδεχόμενο... για λίγες δεκαετίες...

9 Το 1939, ο Δανός φυσικός Νιλς Μπορ ενημέρωνε τον Αϊνστάιν ότι η Γερμανίδα φυσικός Λίζε Μάιτνερ είχε διασπάσει το άτομο του ουρανίου (U), με μικρή μόνο απώλεια μάζας, η οποία είχε μετατραπεί σε ενέργεια. O Μπορ σκέφτηκε ότι αν ήταν δυνατή η αλυσιδωτή αντίδραση σχάσεως, τότε το αποτέλεσμα θα ήταν μια γιγάντια έκρηξη, ασύλληπτης έντασης...

10 Χιροσίμα, 6η Αυγούστου του 1945, ώρα 08:16...σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου χιλιάδες άνθρωποι άφησαν τα αποτυπώματά τους στις μισογκρεμισμένες επιφάνειες σε ελάχιστα δευτερόλεπτα το ατομικό μανιτάρι σκέπασε τα πάντα... η πρώτη εφαρμογή ήταν γεγονός...

11 ...Ο Αϊνστάιν είχε προσπαθήσει να αποτρέψει την εξέλιξη, γνωρίζοντας το μέγεθος των συνεπειών. Ανήσυχος στην ιδέα ότι οι Αμερικάνοι θα χρησιμοποιήσουν την ατομική βόμβα, έστειλε επιστολές στον πρόεδρο Ρούσβελτ, προειδοποιώντας για τους κινδύνους και ζητώντας να μην προχωρήσει σε τέτοιου είδους ενέργεια. Δυστυχώς, αγνοήθηκε...

12 ...μια από τις πρώτες επιστολές προς τον Ρούσβελτ...

13 ...η απάντηση του προέδρου Ρούσβελτ...ο οποίος δεσμεύεται να δημιουργήσει επιτροπή σχετικά με το θέμα...

14 Ποια είναι άραγε η κατάσταση σήμερα, 100 χρόνια μετά την πρώτη εμφάνιση της Θεωρίας της Σχετικότητας; Τα πειράματα έχουν επιβεβαιώσει θριαμβευτικά την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, η οποία βρίσκει πια εφαρμογές όχι μόνο στη Μηχανική αλλά και σε όλους τους κλάδους της Φυσικής, από την Πυρηνική Φυσική ως την Οπτική. Για τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας τα πράγματα δεν είναι τόσο ξεκάθαρα. Στην κοινή γνώμη επικρατεί η άποψη ότι είναι μια θεωρία καταξιωμένη και γενικά παραδεκτή, η αλήθεια είναι όμως ότι δεν έχει επαληθευθεί πλήρως πειραματικά. Τα φαινόμενα σε ασθενή βαρυτικά πεδία συμφωνούν με αυτήν και ήδη τα αποτελέσματά της λαμβάνονται υπόψη σε δραστηριότητες της καθημερινής ζωής, όπως είναι για παράδειγμα το σύστημα προσδιορισμού της θέσης πάνω στη Γη με τους δορυφόρους GPS. Για την ολοκληρωτική αποδοχή της όμως χρειάζεται και η επιβεβαίωσή της σε φαινόμενα που συμβαίνουν σε περιοχές με πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία, όπως είναι για παράδειγμα η γειτονιά μιας μελανής οπής. Ο πειραματικός φυσικός που θα πετύχει μια τέτοια επιβεβαίωση σίγουρα θα πάρει το Βραβείο Νομπέλ, έτσι ώστε να τιμηθεί τελικά η Σχετικότητα στο πρόσωπο αυτού που την επιβεβαίωσε, μια και δεν τιμήθηκε όταν έπρεπε στο πρόσωπο αυτού που τη διατύπωσε.

15 ... α φ ο ύ λ ο ι π ό ν η ύ λ η μ π ο ρ ε ί ν α μ ε τ α τ ρ α π ε ί σ ε ε ν έ ρ γ ε ι α, α ν α ρ ω τ η θ ή κ α μ ε...

16 ... π ό σ η μ ά ζ α θ α έ π ρ ε π ε θ ε ω ρ η τ ι κ ά ν α μ ε τ α τ ρ έ ψ ο υ μ ε σ ε ε ν έ ρ γ ε ι α, γ ι α ν α κ α λ ύ ψ ο υ μ ε τ ι ς α ν ά γ κ ε ς τ η ς Ε λ λ ά δ α ς σ ε η λ ε κ τ ρ ι κ ό ρ ε ύ μ α γ ι α έ ν α έ τ ο ς ;

17 ... η υ π ο λ ο γ ι σ τ ι κ ή ο μ ά δ α τ η ς β λ υ κ ε ί ο υ α ν έ λ α β ε α μ έ σ ω ς δ ρ ά σ η...