Центральная предельная теорема
Доска Га́льтона — устройство, изобретённое английским учёным Фрэнсисом Гальтоном в 1873 году, для демонстрации центральной предельной теоремы. Ссылка на доску
Развернуть
–
Доска Га́льтона — устройство, изобретённое английским учёным Фрэнсисом Гальтоном в 1873 году, для демонстрации центральной предельной теоремы. Ссылка на доску
Водород традиционно считается первым элементом периодической таблицы, потому что его атом содержит всего один протон и один электрон. Это делает его самым простым химическим элементом. Любые элементы «левее» водорода, если пытаться представить их в привычном смысле, не могут существовать — ведь половины протона или частицы без протонов в природе не встречаются. Протоны устойчивы, их время жизни практически бесконечно при нормальных условиях, поэтому атом, состоящий меньше чем из одного протона, просто невозможен с научной точки зрения.
Тем не менее в истории науки и популярной литературе периодически встречается концепция «элемента номер ноль», иногда называемого ньютонием или эфиром.
Эта идея возникла из попытки понять, что предшествовало водороду или что может лежать в основе самой структуры атома. Теоретически, элемент 0 представляли как частицу без протонов — то есть атом без ядра. Такой объект не мог бы образовывать химические связи и был бы крайне нестабилен. Нейтрон, например, вне ядра живёт всего около 15 минут, а элемент, состоящий из «ничего», имеет скорее философский или математический смысл, чем реальный химический.
Интересно, что сам Дмитрий Менделеев в своих поздних версиях таблицы действительно рассматривал гипотетические «нулевые элементы». После открытия инертных газов он ввёл их в нулевую группу, считая, что они могут быть аналогами аргона, но без массы. Позднее он даже предложил нулевой период, в который включал элементы эфира — такие как нейтроний и короний. Эти конструкции были чисто теоретическими и должны были объяснять физические явления того времени, например распространение света через эфир, который в начале XX века считался средой для межатомных взаимодействий.
Позже, в 1926 году, немецкий химик Андреас фон Антропов предложил собственную версию «элемента 0», который он назвал нейтрониумом. В его модели атом такого элемента состоял исключительно из нейтронов без протонов. Он поместил его в начало своей таблицы, обозначив специальным символом, но идея не получила научного подтверждения и не была признана химическим сообществом.
Сегодня мы уже знаем, что стабильного химического элемента с номером 0 не существует. Без протонов ядро не может образоваться, а значит, нет структуры, способной формировать химические соединения. Все попытки включить элемент 0 в таблицу Менделеева были историческими или теоретическими конструкциями, отражающими состояние науки того времени. В современной химии первым остаётся водород, а любые рассуждения о «нулевом элементе» имеют скорее познавательный и философский характер, чем практическое значение.
«Элемент номер ноль» — это интересная гипотеза и исторический курьёз, который показывает, как учёные пытались расширить понимание атома и его места во Вселенной. Но в реальной таблице Менделеева и современной науке его нет и быть не может: первый реальный химический элемент всегда остаётся водородом.
Честно говоря я впервые о таком услышал. Но ента хрень реально продаётся.
Озадачился, а чё енто за хрень? И правда ли послать шиномонтажников куда подальше - с помощью гранул делать всё самому (две монтировки и навык)? Долго гуглил - кто что говорит. Естественно продаваны и производители гранул 146% дают на работоспособность ентой вещи.
В результате наткнулся на видос с ютрупа и стало понятно что к чему.
Как по мне - хрень полная. Я должен разогнаться до оч. большой скорости что бы физика ентого эффекта начала работать, но как только остановился - хана, будет ещё хуже... Чем-то напомнило ферриты:
Если не согласны - добро пожаловать в комменты.
Сплав титана и никеля практически в равных пропорциях (45% и 55%) принято называть нитинолом или никелидом титана. Данному сплаву присущи такие свойства, как память первоначальной формы и сверхупругость.
Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.
Сколько всё существует и вечна ли Вселенная? А сколько оно ещё просуществует после Большого взрыва? Даже если принять, что теория, которая есть сегодня, правильная, то во многом время жизни материи и самой Вселенной может описать срок существования самого атома и тут всё очень интересно!
Конечно же, я разобрал всё это в новом ролике на канале и вы очень поможете моей научно-популярной работе, если посмотрите его. Ну а дальше разберем вопрос в текстовом виде.
Давайте начнём с простого. Все ли атомы будут существовать вечно? Понятно, что слово "вечно" для физики весьма условно, но давайте сопоставлять это с термином "невероятно долго". Ответ - нет.
Некоторые атомы будут стабильными, а некоторые нет. Стабильные атомы или стабильные изотопы не распадаются без внешнего воздействия. Как это работает?
Мы помним, что атом состоит из ядра, вокруг которого располагаются электроны. Само ядро тоже составное и включает в свою конструкцию протоны и нейтроны.
Протоны склеены друг с другом посредством сильного взаимодействия. Нейтроны компенсируют поведение протонов.
Внутри атома есть электростатическое отталкивание (сила Кулона) - протоны заряжены положительно, поэтому они отталкиваются друг от друга. Чем больше протонов в ядре - тем сильнее это отталкивание. И есть сильное ядерное взаимодействие. Действует между всеми нуклонами (и протонами, и нейтронами). Оно короткодействующее, но очень мощное. Именно оно склеивает ядро.
Устойчивость ядра определяется тем, кто победит: сильное взаимодействие или кулоновское отталкивание.
Некоторые комбинации протонов и нейтронов настолько устойчивы, что их ядро не имеет энергетически выгодного пути распада. Это и будут стабильные изотопы.
Например, это водород-1 (один протон), гелий-4 (2 протона + 2 нейтрона, идеальная коробочка), углерод-12, кислород-16, железо-56 (особо прочное, один из «конечных продуктов» звездных реакций).
Они могут существовать сколь угодно долго — пока не вмешается внешнее воздействие (например, столкновение с частицей высокой энергии).
Напротив, мы знаем про нестабильные изотопы, которые сами разваливаются и и испускают всякую гадость.
Если вы правильно увидели акценты в начале материала, то заметили, что есть некоторые конфигурации вещества, которые должны жить вечно. Получается, что существуют бессмертные элементы? Особенно интересен тут водород-1.
Хм, ну всё бы неплохо и это так, но современные представления подразумевают, что и сам протон где-то глубоко в теории может распадаться. Сколько же живёт этот протон?
Как мы хорошо знаем, современная физика пошла дальше строения ядра атома и заглянула вглубь самого протона. Удивительно, но внутри ученых ожидала очередная матрёшка, созданная по образу и подобию. Протон (как и нейтрон) сам состоит из кварков.
Получается, что логика с распадом вполне может повториться на уровне протона, а время его жизни во много может измерять а сколько вообще может просуществовать вещество. Неправильное восприятие этой проблем расставляет ложные акценты и ученые понимают реальность искаженно.
Если исчезнут протоны, то исчезнет и вся обычная материя: камни, вода, тела, звёзды и всё вокруг. Современная теория элементарных частиц утверждает что протон абсолютно стабилен. В ней просто нет механизма, который позволил бы протону распадаться. Сильное взаимодействие сохраняет так называемое барионное число - квантовое "правило сохранения", которое запрещает превращение протона в другие частицы.
Но некоторые теории, выходящие за рамки Стандартной модели, например Великое объединение, допускают, что протон всё же может распадаться. Очень редко, но всё же.
Современные эксперименты ищут следы такого распада. Пока ни одного подтверждения не найдено. Занятно, что оценка делается по принципу большой выборки - берут огромное количество протонов и следят за их поведением, полагая, что среди этого множества один будет где-то на подходе.
Срок существования протона на самом деле вопрос о судьбе всего сущего. Если протон действительно бессмертен, то частицы, из которых мы сделаны, будут существовать дольше любых звёзд и галактик. Если же у него всё же есть срок годности, пусть и немыслимо длинный, то сама основа материи в итоге растворится в космической пустоте.
Что такое масса и что такое вес.
Офигительный вопрос на который большинство ответит: "Одно и тоже". А вот нифига. Масса = это просто число, оно определяет как много вещества находится в данном теле. Именно Масса определяет количество энергии, которое надо затратить на разгон одного киллограмма до скорости в 1 м/с. Второй закон Ньютона все помним? А что такое инерция?
Вот так масса и определяется.
А что такое вес? Вот стала моя тушка на весы и они показали 98кг веса.
А вот тут дъявол кроется в деталях.
Масса - та же моя тушка, это мера инертности, но не вес. Для силы, которая толкает массу до лампочки куда и как её двигать, т.е. величина постоянная и скалярная - не имеет направления.
А что же вес? А тут засада. Мы живём на Земле, у нас есть её притяжение (неравномерное по разным точкам планеты) и енто притяжение тянетмою тушку (в 100кг массы) вниз на весы, которые показывают 98.89 кг - потому как притяжение не равно единице (ну так сложилась система единиц у человеокв).
Есть такие Питерские весы (контору писать не буду (реклама же будет), но их стиль узнаваем во многих магазинах)
Так вот такими весами мы и торговали (обслуживали и ремонтили, пока контора жива была). Сразу после закупа эти весы шли на калибровку и гос-поверку. А всё потому, что в Питере сила притяжения ниже чем у нас - врали.
Ну раз есть сила, значит и есть направление приложения ентой силы. А чувствительному элементу на енто всё похер - он выдаёт величину, равную его "прогибу". Чем сильнее его нагибаешь - тем сильнее он возмущается.
Таким образом выходит, что вес величина уже не скалярная, как масса, а векторная - имеет направление. И зависит не только от массы тела, но и приложенной силы (для весов - сила притяжения в геоиде). Т.е. вес - это уже векторная сила. Т.е. 2й закон Ньютона - сила*массу. Земля тащит нас с ускорением 9.8, мы имеем массу 1кг, на весы и пятки ощущаем усилие в 1*9.8 = 9.8 ньютонов.
Очень похожие и схожие понятия, а вот разница дикая по смыслу.
Протон - это одна из базовых частиц материи, которую традиционно представляют как комбинацию трёх кварков. Но современная физика показала, что картина куда более сложная. Внутри протона происходят разные процессы, порождающие необычные структуры.
Мы уже беседовали на тему того, что современная наука сделала огромный шаг от того, что протон был простым "мячиком", до сложной системы квантового уровня, которая, вероятнее всего, должна описываться как процесс, а не частица.
Стоит ли при этом удивляться, что у протона обнаружились так называемые "экзотические состояния". Давайте разбираться что это вообще такое и почему оно чрезвычайно интересно для науки?
Начнём с самых основ. Классическая модель протона - это три кварка, удерживаемые вместе сильным взаимодействием. Но в реальности внутри постоянно возникают и исчезают частицы, образуя временные и сложные конфигурации. Многие из них отличаются от той единственной конфигурации, которые мы привыкли видеть в учебниках.
Учёные называют такие структуры экзотическими, потому что они выходят за рамки привычного трёхкваркового состава.
Парадоксально тут и другое - сама стабильность протона и его якобы неспособность распадаться описывается через удачную кварковую конфигурацию. При этом мы уже обсуждали, что одиночных кварков ученым наблюдать пока не приходилось и многие описывают через это и стабильные состояния.
Полезно посмотреть моё видео по теме, оно точно ответит на все вопросы:
Итак, экзотическое состояние - это всё тот же протон, но с другим количеством кварков внутри или включающий в состав глюоны, проявляющие свойства. Среди экзотических состояний особенно ярко выделяются:
Эти экзотические частицы долгое время были лишь теоретическими предсказаниями. Но лишь в последние годы учёным удалось обнаружить их в экспериментах.
Как объяснить их существование? Вопрос хороший. Пожалуй пока лишь тем, что мы не понимаем реальное устройство протона.
Внутри протона постоянно появляются и исчезают пары кварков и антикварков (виртуальные частицы). Это похоже на бурлящий океан из частиц и полей, которые не статичны, а постоянно меняются. Такие процессы позволяют формироваться временным экзотическим состояниям, например, пентакваркам (четыре кварка и один антикварк). Эти состояния могут быть короткоживущими, но достаточно стабильными, чтобы их можно было обнаружить в экспериментах.
При столкновениях частиц (например, в коллайдерах) протон может перейти в возбужденное состояние, где кварки и глюоны находятся в необычной конфигурации. Эти возбуждённые состояния часто проявляются как новые частицы - резонансы с определённой массой и временем жизни. Некоторые из них соответствуют экзотическим конфигурациям, которые не вписываются в классическую схему «три кварка». Похоже из этого супа частиц всё и начинается.
Существование экзотических состояний протонов предсказывали различные модели КХД и кварковые модели. Теперь это стало реальностью.
Экзотические состояния протона обычно имеют большую массу по сравнению с обычным протоном, поскольку внутри них присутствует большее количество кварков и глюонов, а также интенсивные взаимодействия между ними создают дополнительную энергию.
Подобные конфигурации нестабильны и существуют очень короткое время.
В экзотических состояниях могут возникать необычные спины, изоспины и другие квантовые характеристики, которые не встречаются у стандартного протона. Такие состояния могут по-разному взаимодействовать с фотонами, мезонами и другими адронами. Иногда их взаимодействие ведёт к появлению новых каналов распада или особых реакций, не характерных для обычных протонов.
Экзотические конфигурации изменяют внутреннее распределение электрического заряда и магнитного момента протона, что может проявляться в измерениях формы и структуры протона при высоких энергиях.
Коллайдер
Логичный вопрос, что если кварковый состав отличается, то почему всё это ещё протон? Это не так-то и сложно. Когда учёные обнаруживают новые частицы или необычные состояния в эксперименте, они анализируют:
Протоны очень хорошо изученные частицы, и их масса и свойства известны с высокой точностью.
Когда в экспериментах видят частицу с массой и квантовыми числами, близкими к протону, и при этом с необычными дополнительными признаками (например, наличием пентакваркового компонента), это даёт основание назвать её «экзотическим состоянием протона».
Также эксперименты используют разные методы, чтобы «заглянуть внутрь» адронов - например, рассеяние электронов на протонах или столкновения в коллайдерах. На основе данных о поведении и взаимодействиях частиц делают выводы о том, что это именно протон (или его экзотическое состояние), а не какая-то другая частица.
Изучение экзотических состояний помогает глубже понять природу сильного взаимодействия - одной из фундаментальных сил, связывающей кварки. Также эти открытия расширяют наше представление о возможных формах материи и сложностях, скрывающихся в микромире.
Картинка на обложку
Кроме того, внутри самого протона могут существовать короткоживущие экзотические конфигурации, которые влияют на его физические свойства - например, массу и спин. Это можно применять на практике для изменения параметров протона.
В 2015 году учёные на Большом адронном коллайдере обнаружили частицы с пятью кварками - пентакварки. Этот экспериментальный успех подтвердил, что квантовый мир намного богаче и разнообразнее, чем казалось ранее.
Если разместить стабилизатор спереди, то он сделает ровно противоположное от своего назначения - дестабилизирует ракету.
Повод расчехлить графический планшет
Во-первых, идеально симметричных реактивных снарядов не существует. Есть только понятие допустимая погрешность. Так что рано или поздно снаряд начнет лететь криво. Компенсировать это можно, либо задав сильное вращение вокруг продольной оси, как в нарезной артиллерии, либо... Собственно, стабилизаторами.
Во-вторых, центр тяжести у этих балумб находится ближе к центру, ещё и динамически изменяется по мере отработки топлива. Да, он может сместиться ближе к носу ракеты, но всё равно останется позади носового стабилизатора.
В-третьих, воздушные потоки тоже не идеально параллельно снаряду направлены. Порой пуски приходится делать перпендикулярно ветру.
И ещё туева хуча фаторов.
Поэтому ракета сразу завалится в какую-то сторону, а давящие в носовые стабилизаторы потоки с удовольствием помогут ей провернуться на 180 градусов.
И это вращение продолжится, пока не закончится топливо. А далее есть реальные шансы, что снаряд стабилизируется в положении задом наперёд и покажет относительно нормальную траэкторию в конце полёта... Только траэктория эта после всех кренделей, что совершит ракета к этому моменту, может указывать куда угодно, хоть обратно в стреляющего.
Почему именно сзади стабилизаторы работают... Потому что теперь центр тяжести спереди, и воздушные потоки, наоборот, своим давлением на стабилизаторы не дают ракете встать боком. Масса, которая тащит их за собой - имеет всяко больше энергии, чем хвост ракеты, поэтому хвост больше не сможет обогнать центр масс.
Исключения - ракеты с активными аэродинамическими поверхностями стабилизаторов (по сути, стабилизаторы с рулями, управляемые системой наведения) наподобие современных "воздух-воздух" или "земля-воздух", созданные для преследования маневренных целей типа истребителей. Они достаточно прочны, чтобы резко повернуть хоть на 90 градусов и более относительно вектора своего изначального движения, и это при работающем двигателе. Тем самым, хвост на мгновение догоняет центр масс.
В 1905м году, известный на весь мир человек с языком опубликовал специальную теорию относительности.
Теория эта весьма занимательна и необычна. На неё обрушился шквал критики, один из примеров которой мысленный эксперимент "Парадокс близнецов": "С точки зрения домоседа часы движущегося путешественника имеют замедленный ход времени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа. С другой стороны, в системе отсчета путешественника двигалась и ускорялась Земля, поэтому отстать должны часы домоседа. На самом деле братья равноправны, следовательно, после возвращения их часы должны показывать одно время. "
Есть простое объяснение этого парадокса (на самом деле всё сложнее): " Братья не являются равноправными, так как один из них (путешественник) испытывал этапы ускоренного движения, необходимые для его возвращения на Землю."
Но рассуждения рассуждениями, а как их проверить?
И вот в октябре 1971 года Дж. Хафеле и Ричард Китинг придумали экперимент. Взяли четыре комплекта атомных часов на сверхтонком переходе атома цезия-133. Часики синхронизировали. Два комплекта остались на земле, а два полетели обычными пассажирскими авиалиниями, но в разных направлениях: с запада на восток и с востока на запад (для того, что бы учесть вращение Земли вокруг своей оси).
Результаты полностью подтвердили предсказания СТО и ОТО:
Все циферки в ентой табличке представлены в наносекундах. Почти за 65 с половиной часов полётов экспериментаторы потратили почти 7 600 баксов. Но этот облёт стоил того - предсказания обеих теорий относительности по поводу замедления/ускорения времени полностью подтвердились с очень высокой точностью.
Потрясающая физическая грушка, показывающая колебание энергии между упругой потенциальной и кинетической энергией вращения
Наверняка все знают разоблачения "халявной энэргии" и "вечных двигателей" от Dr. Dew ('это ипостась блогера Матвеева, страдающего конверсионным растройствойм личности). Насколько я знаю, на данный момент он вылечился (хотя некоторое время, около полугода или год я не видел их обоих - видать сильными препаратами лечили).
Так вот. Чувак, гоняющий вполне себе неплохие ролики по различным ардуинкам, микроконтроллерам и пр цифровой мелочи, решил возместить данный пробел в инфопомойке.
Он загадал задачку:
А теперь, вомбатянам, инженерного склада мысли, задачка - как он нас наколол. У мну есть полтора варианта, один сложнореализуем, а вот второй - в его стиле (намёк выше по тексту) вполне, правда не уверен в деталях.
Кидаем разгадку загадки в комментах, может я чего и не додумал, и вариант обмануть нас оказывается намного проще.
З.Ы. И да, мне кажется, этот чувак в "склейки за кадром" (по-типу внутрях дощечки он уже всё спрятал) играть не будет - ему это неинтересно.
Явление переноса вещества вдоль границы раздела двух сред, которое возникает из-за разного поверхностного натяжения и жидкость устремляется туда, где оно больше.
Было бы очень удобно полагать, что частицы обладают собственным разумом. Это объяснит их своеобразное поведение и позволит комментировать парадоксы, с которыми мы порой сталкиваемся в физике частиц. Идея эта порой проскакивает.
Что же, вопрос скорее философский. Правильный ответ один - а мы не знаем и вряд ли в ближайшее время точно узнаем. Наука не в полном объёме понимает смысл "разумности существа" или не знает, чем отличается живое от неживого. Всё это скорее мировоззрение и мы не можем с большой уверенностью сказать ни что частицы разумные, ни наоборот. Но нам следует оперировать тут физическими понятиями. Мы ведь, вроде как, тут про физику. Поэтому, давайте ковырять вопрос с этой стороны.
Вопрос точно не глупый, как сейчас многие напишут в комментариях. Поэтому, если вы думаете о таком и переживаете, что уходите от науки, то скажу обратное - вы, напротив, приближаетесь к науке. Физика - это постоянное сомнение и поиск ответов. Такие гипотезы тоже уместны и интересны.
Ранние модели атома (включая визуализации атома как миниатюрной солнечной системы) весьма наводящие на размышления, подразумевают, что это логичные мысли.
Но идея разумной жизни, существующей внутри субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны, не поддерживается современным научным пониманием.
Субатомные частицы являются фундаментальными компонентами материи и не обладают характеристиками, обычно связанными с жизнью или интеллектом, такими как сознание, самосознание или способность реагировать на стимулы.
Можно обратиться к квантовой физике с её невероятными эффектами и явлениями. Тогда разумность объекта очень неплохо бы объяснила всякие интересные штуки, типа парадокса наблюдателя. Оно ведь логично... Частица сама смотрит, измеряют ли её, и выбирает подходящую линию поведения. Но увы, квантовая механика отрицает такой подход.
Давайте рассмотрим проблему на примере электрона. Прежде всего, представление о том, что электрон подобен миниатюрной планете, вращающейся вокруг своего атома, как будто это миниатюрное солнце, является целиком и полностью неверным. Мы это много раз уже обсуждали на канале.
На самом деле, за редкими исключениями тех моментов, когда мы взаимодействуем с ним с помощью специально разработанных инструментов, электрон даже не имеет четко определенного положения! И он не вращается вокруг атома в каком-либо классическом смысле, хотя вполне верно, что у него есть кинетическая энергия и импульс.
Но есть и другое, еще более важное обстоятельство, которое можно описать в виде простого вопроса: сколько параметров необходимо для полного описания физического состояния электрона? (Неважно, что эти параметры не являются числовыми и не поддаются классическому измерению.) А сколько параметров необходимо для описания планеты? Другими словами, сколько степеней свободы у электрона и у планеты?
У электрона очень мало степеней свободы. Напротив, у планеты, состоящей из множества мелких частей, их огромное количество.
И откуда мы знаем, что внутри электрона нет дополнительных степеней свободы, которые нам не известны? Мы знаем это из квантового поведения электрона. Единственная причина, по которой электрон может вести себя так, как он себя ведет, заключается в том, что у него очень мало степеней свободы. Ему не из чего выбирать. Если есть два варианта спина (как пример), то выбрать можно только из них. Не слишком ли низкая вариативность?
Теперь вспомните современные нейросети, которые чем-то напоминают сознание и стараются имитировать мыслительный процесс человека. Сколько комбинаций возможно в самом плохеньком компьютере, на котором запускается самая простенькая нейросеть? Наверное счёт идёт на миллионы. То есть для того, чтобы имитировать сознание пчелы, нам нужен компьютер, состоящий из миллиона p-n переходов. Это сотни и тысячи вариантов комбинаций. Эти комбинации мы и называем тут степенями свободы.
У электрона этих нескольких степеней свободы просто недостаточно, чтобы закодировать что-то столь сложное, как жизнь, не говоря уже о разумной жизни.
Если бы я думал об электроне и планете как о двух вычислительных устройствах, у планеты был бы огромный объем памяти и хранилища, а у электрона было бы несколько бит, и это все. Существует очень мало информации, которая могла бы поместиться в эти несколько бит.
Разумная жизнь, как мы ее понимаем, требует сложных биологических систем, как правило, основанных на клеточных структурах, нейронных сетях и способности к обработке информации. Субатомные частицы не проявляют этих свойств. Вместо этого они управляются законами квантовой механики и взаимодействуют посредством фундаментальных сил.
Однако концепция интеллекта или сознания на фундаментальном уровне является темой философских дебатов. Некоторые теории в физике и философии предполагают, что сознание может иметь более глубокие связи с тканью реальности, но эти идеи являются спекулятивными и не подтверждены эмпирически. И это вполне уместно. Ведь мы не можем с большой точностью утверждать, что понимаем что есть сознание. В конечном итоге, нельзя сказать, что камень не живой в общем смысле понимания.
Ну и если посмотрите моё видео по теме, то будет здорово - ролик тут.
Возьмите в руки любой материальный предмет, а точнее - правильнее будет сказать - предмет из вещества. Он состоит из атомов. Атомы объединены в некоторые сложные конструкции, которые могут быть закономерными, а могут и не очень. Но все их объединяет одно. Если это ощущаемое материальное тело, то атомы в его составе объединены друг с другом и удерживаются рядом друг с другом какой-то волшебной силой.
И тут очень важное посмотреть мой ролик по теме, где я доходчиво и интересно всё разъясняю. Ещё и под дождик попал, пока снимал. Раньше выкладывал ролики прямо в текст материала, но сейчас у некоторых проблемы с YouTube - поэтому, добро пожаловать по ссылке!
Конечно же, проще всего тут обозначить, что есть некоторая особая сила, которая удерживает атомы рядом. Ещё есть сила, которая не даёт атомами приблизиться невероятно близко друг к другу, а потому все они находятся в состоянии идеального баланса между притяжением и отталкиванием. Опустим сейчас проблему отталкивания. Что с притяжением?
Если заглядывать чуть глубже, чем это подразумевает описание "особая сила", то у притяжения есть, как минимум, две причины. Это гравитационное взаимодействие, которое есть у любых массивных тел (тел обладающих массой) и электростатическое взаимодействие.
Первое тут можно опустить в виду того, что часть гравитационного взаимодействия в притяжение практически не ощущаема. Прикиньте сами на бумажке, учитывая массу взаимодействующих друг с другом частичек. Это сотые доли и, наверное, тысячные доли от того, что генерирует электростатическое взаимодействие. Да и про гравитацию я уже так много раз рассказывал на канале, что заново описывать механизм не имеет никакого смысла.
Да, между частицами всё работает также. Это материальные тела и у большинства из них есть масса. Они также притягиваются гравитационно. И современная физика описывает такое поведение, как реакция тела на искажение пространства-времени рядом с массивными телами.
Когда массивный объект оказывается рядом с таким искажением в пространстве, то происходит то, что мы воспринимаем, как притяжение между телами. Эта логика очень поверхностная и никаких воронок в пространстве, в общем-то, нет. Но для создания общей картины этой информации вполне достаточно.
Тут же я отмечу, что теорий гравитации существует огромное количество. Их не пересчитать даже по пальцам рук. Не хватит пальцев. Но наиболее актуальной по множеству причин сегодня считается Эйнштейновская гравитация. Ученые регулярно находят подтверждения её актуальности. Например, не так давно обнаружили гравитационные волны. Вот только сама идея всё равно часто оспаривается.
Вторая сила, которая и делает основной вклад в процесс удержания атомов рядом друг с другом - это электростатическая сила. Детально мы её ещё не обсуждали.
Логика простая - положительное ядро атома из протонов и нейтронов перехватывает чужие отрицательные электроны. Образуется взаимодействие и протоны одного атома начинают притягивать электроны другого. Вот и вся песня.
И тут, в общем-то, тоже можно было сказать, что есть такой закон Кулона, который описывает притяжение между частицами и формализует электростатическое взаимодействие. Но согласитесь, этого явно маловато для погружения в самую суть вопроса.
Проблема в том, что электростатическая сила чаще всего приводится просто как факт. Она есть и всё тут. И школьно-институтская (прикладная) физика тоже лезет значительно реже. Но если есть сила, то есть и причина... Ну и... Конечно же это ещё одно "белое пятно" в современной физике. Нет, я не ругаю теорию и не критикую. Просто если вы постараетесь найти ответ на вопрос как работает электростатическое взаимодействие, то увидите, что прямого однозначного ответа нет. История примерно как с гравитацией. Впрочем, есть разные теории, которые мы сейчас и обсудим.
В мире физики одно и то же явление часто можно описать с помощью разных моделей - от простых и интуитивных до невероятно сложных. И каждый уровень точности раскрывает новую глубину понимания. Главное при этом - не путать эти модели между собой, ведь каждая из них работает в своих пределах и по своим правилам.
В нашем случае можно выделить три таких модели. Конечно же, на самом деле их значительно больше, но эти самые "академические".
Эта идея пришла к нам ещё из эпохи Ньютона, который объяснял гравитацию так: одно тело воздействует на другое просто потому, что они существуют и находятся на определённом расстоянии друг от друга. Причём сила сразу же «узнаёт», где находится второе тело - без каких-либо промежуточных механизмов.
Такой подход не требует дополнительных объяснений. Как говорил сам Ньютон - «hypotheses non fingo» (я не измышляю гипотез). В рамках этой модели взаимодействие кажется мгновенным и не нуждается в уточнениях о том, как именно сила передаётся. Перевожу на русский - это примерно как я отметил вначале: она просто почему-то есть. Этакая сугубо инженерная физика.
С развитием науки стало ясно, что простого «действия на расстоянии» не хватает, особенно когда речь идёт о движущихся и ускоряющихся частицах. Тогда появилась идея поля.
Поле - это уже самостоятельная сущность, которая существует в пространстве и подчиняется своим законам. Когда заряды ускоряются, поле начинает «жить своей жизнью» и становится посредником, передающим силы между частицами. Например, в электромагнитном взаимодействии именно электромагнитное поле отвечает за передачу силы от одного заряда к другому. Если заряды покоятся или движутся равномерно, поле просто «маскируется», и картина сводится к привычному действию на расстоянии.
Дальше много вопросов относительно самого взаимодействия. Тут есть разные взгляды на вопрос. Самый простой для понимания - сами заряды и есть проявление поля. Они связаны друг с другом как невидимой тканью и представляют собой колебания в ней. Если эти колебания оказываются на некотором подходящим расстоянии, то они начинают притягиваться или отталкиваться. Поведение поля мы воспринимаем как притяжение.
Современная физика пошла ещё дальше и описывает взаимодействия с помощью квантовых полей. В квантовой электродинамике притяжение между электроном и протоном объясняется обменом квантами электромагнитного поля - фотонами.
Это уже не просто непрерывное классическое поле, а система частиц-переносчиков взаимодействия, которая подчиняется законам квантовой механики. Такая модель позволяет объяснять эффекты, которые классическая теория не могла описать - например, почему атомы излучают свет. Электрон, отдавая фотон протону, при этом образует что-то типа связки. Тут крайне сложно пытаться найти материальные аналогии. Можете представить себе что-то типа водоворота, где потоки воды - это виртуальные обменные фотоны, а какие-то упавшие в воронку объекты - притягивающиеся частицы.
Впрочем, есть ещё один интересный взгляд на проблему - частицы могут притягиваться по одной простой причине. Вероятность их расположения рядом вдруг оказалась максимальной. По логике этого подхода всё работает примерно как прохождение непреодолимого квантового барьера в туннельном эффекте.
Каждая из моделей подходит для своего уровня задач. Для грубых оценок сойдёт действие на расстоянии. Когда нужно учитывать ускорения и излучение - лучше перейти к полям. А если вы хотите понять тонкие эффекты в микромире - без квантовой электродинамики не обойтись.
Какая модель правильная? Прямого ответа нет. Будет ли физика предлагать новые модели? Скорее всего да!
Telegram проекта https://t.me/+T0xL6O4cMU23HPyh
Каждый, кто видел снимки миссий "Аполлон", наверняка обращал внимание на удивительно четкие следы, оставленные астронавтами на лунной поверхности. Но как это возможно, если на земном спутнике нет воды, плотной атмосферы и в целом привычных нам условий?
На Земле самые четкие следы остаются на влажных поверхностях — снегу, грязи или глине. Вода выступает связующим звеном, скрепляя частицы материала и позволяя им сохранять форму. Однако на сухом песке следы быстро исчезают — песчинки слишком крупные, а силы сцепления между ними очень слабые. Земная гравитация заставляет их "перестраиваться", и отпечаток тут же теряет четкость.
Интересно, что добавление воды усиливает сцепление между песчинками благодаря ее полярности. Но другие жидкости, например фреон, наоборот, могут повысить сыпучесть песка.
Лунная поверхность покрыта слоем мелкой пыли, известной как реголит. По консистенции она напоминает сухой тальк или пудру. Частицы лунной пыли в разы мельче земных песчинок, а гравитация на Луне слабее в шесть раз. Но что же удерживает эти частицы вместе, создавая четкие следы?
Ключевую роль здесь играют электростатические силы. На Луне, где нет атмосферы, частицы пыли интенсивно электризуются под воздействием солнечного ветра и ультрафиолетового излучения. Это создает силы сцепления, которые "склеивают" частицы между собой. Таким образом, следы астронавтов — это результат "перетягивания каната" между лунной гравитацией, которая тянет пыль вниз, и электростатическими силами, которые удерживают приданную ей форму.
Благодаря отсутствию ветра и воды лунные следы могут сохраняться невероятно долго — миллионы или даже миллиарды лет. Однако солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца — постепенно "выветривает" поверхность Луны, разрушая верхний слой реголита. Тем не менее следы астронавтов исчезнут полностью только в случае столкновения с метеоритом или другого масштабного космического катаклизма.
Начальство всё пытается пропихнуть охранку. Сегодня несчастному коллеге помогал накидать смету на охранку периметра - забор более километра. Он выбрал трибоэлектрический кабель(не реклама, а первая ссылка из гугеля) в качестве чувствительного элемента.
Вот я уже дома и озадачился, а шо це за такэ? Оказывается с этим эффектом мы знакомы с самого детства. Кто из нас не натирал воздушным шариком свои волосы и потом лепил этот шарик к потолку?
Так же в школе, на уроках физики, нам всем показывали электрофорную машинку:
Но в моё время нам объясняли просто - трение, электрончики переходят с одного материала на другой и т.п. И вообще - это всё известно ещё с древних кошек и янтарных палочек. К слову, полностью физики этот эффект ещё не описали, вроде и принцип понятен и прост, но физикам нужно полное и исчерпывающее описание, а сейчас только толпа опытных данных и единой, полной теории нет.
Зато есть впечатляющие картинки:
По сути, это самое трибоэлектричество имеет родство с почти любым электростатическим электричеством. Даже молния, и та приводит к тому же принципу - частицы приобретают различный заряд из-за трения. При этом молния хоть и изучается уже не одно столетие, но опять же полностью для физиков непонятна.
Вот теперь Вы изучили новое слово из физики, хотя сам эффект знали с детства
Американский математик XIX века Элиас Лумис заметил, что торнадо способен полностью ощипать курицу и предположил, что в таком случае реально экспериментально выяснить минимально возможную скорость ветра внутри торнадо.
Не долго заморачиваясь в 1842м году решил поставить эксперимент. Лумис зарядил в пушку неощипанную тушку цыплёнка и выстрелил ею вертикально вверх со скоростью 341 мили в час — около 549 км/ч. Так он пытался смоделировать попадание курицы в торнадо. Перья разлетелись на высоте до 20 метров, а тело птицы, пострадавшей за науку, разорвало.
Работу опубликовал, народ учёный поржал и забыл об ентом эксперименте. Но ненадолго, всего на 130 лет...
В 1975 году химик и метеоролог Бернард Воннегут, старший брат писателя Курта Воннегута, описал и критически оценил опыт Лумиса. Статья получила весьма необычное название: «Ощипывание цыплят как мера измерения скорости ветра в торнадо»и предложил модернизировать эксперимент, но уже современным оборудованием - поместить неощипаную тушку в аэродинамическую трубу. Но при этом сам отмечал, что эксперимент остаётся ненадёжным, т.к. перья держаться хуже или лучше в зависимости от состояния здоровья (ну какое здоровье у трупа - сами понимаете), а использовать живую птичку - этика не позволила...
За свою статью он получил Шнобелевку, между прочим.
Биологов из Пенсильванского университета Мартина Шайна и Эдгара Хейла заинтересовало насколько незначительным должен быть стимул что бы у индюка встал. Они взяли живого индюка и заперли в одной клетке с чучелом индюшки.
Постепенно они разбирали «самку» по частям и смотрели на реакцию самца. В итоге учёные сняли с искусственной индейки хвост, ноги и крылья, пока от чучела не осталась только голова на палке. Однако и этот факт не мешал индюку испытывать страстное влечение.
Но этого было мало. Дали индюку сразу две индейки. Одна - бошка на палке, а вторая индейка без башки. Умный индюк решил, что "безбашеная" баба ему ни к чему и возбуждался исключительно на палку с головой...
Австрийский физик Христиан Доплер в 1842 году выдвинул и теоретически обосновал предположение о том, что частота световых и звуковых колебаний должна меняться для наблюдателя в зависимости от того, движется ли источник света либо звука от наблюдателя или к нему.
Все слылаши звук двигателя пролетающего мимо вас авто на трассе - это оно и есть. Только вот в 19м веке небыло таких чудо-скоростей, что бы органолептически или инструментально его наблюдать. Да и сам Доплер вывел его только на бумаге, как это частво в физике бывает.
Через три года метеоролог Христофор Бейс-Баллот решил проверить гипотезу Доплера. Но в то время и подходящих инструментов небыло. Это сейчас можно поставить высокоточный генератор звуковых частот с динамиком и микрофон с частотомером. А тогда пришлось задействовать тех, кто сам использует различные инструменты - музыкантов.
Человек он был не бедный, потому нанял паровоз с платформой и маленький музыкальный оркестр.
Посадил на платформу двух трубачей (двух - для того что бы один дудел, а второй воздух глотал, потом наоборот) и заставил их (не забесплатно естественно) держать ноту "соль" постоянно. Остальной оркестр разоружил и сказал им слушать эту самую "соль". Так он гонял паровоз один день с разными скоростями мимо них и после каждого проезда делал опрос. Как известно музыканты имеют почти абсолютный слух, а их количество позволяло усреднить результат.
На следующий день он поменял их местами и повторил эксперимент.
За два дня этот эксперимент полностью подтвердил гипотезу Доплера, да и повторить его было несложно, а повторяемость эксперимента независимыми (и зачастую оппонентами (ну так в науке врагов называют)) экспериментаторами достаточно легка, разве что спецом музыкантов подговорить, но такой подлог быстро вскроется.
Если хорошо подумать, то замена "микрофонов" и "динамиков" местами ещё и принцип относительности доказывает, но до Эйнштейна было ещё далеко.
