August 2015 - Page 2 of 4 - Svet fizike
Svet fizike

Archive for August, 2015

Uloga univerzalnih fizičkih konstanti

by on Aug.18, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

isak-njutn-jabuka

 

 

Otkrića univerzalnih konstanti usko je vezana za nova otkrića u fizici – kao i za proširenje domena fizičkih nauka – što kao posledicu ima otvaranje novih disciplina u fizičkim naukama. Univerzalne konstante imaju važnu ulogu u fizici i njihova eventualna nepromenljivost u toku svemirskog vremena od bitnog je značaja za naše razumevanje sveta oko nas. Međutim, nije jednostavno, uvek prepoznati u problemu univerzalnih konstanti – tendencije ka sintezama – koje postoje pri drugim pogledima na sadašnje stanje fizičkih teorija.

 

  1. Fizčki zakoni, kao i jednačine koje opisuju fizičke procese, sadrže u sebi veličine koje ili za dati proces, tj. za date fizičke konstituente, ne menjaju svoje brojne vrednosti, ili ne menjaju svoje brojne vrednosti – bilo kakva da je specifična priroda fizičkih konstituenata. Prvu grupu veličina zovemo specifičnim fizičkim konstantama; druga grupa je grupa univerzalnih fizičkih konstanti. Kako fizički zakoni odražavaju proporcionalnost fizičkih veličina, konstante o kojima je reč jesu konstante u tzv. formama proporcionalnosti – što je matematička formulacija zakonitosti u fizičkom svetu.

Otkriće prve univerzalne konstante pripada Njutnu [Newton, Sir Isaac, 1642-1727]. Našavši zakon kretanja nebeskih tela (poznat pod imenom zakon gravitacije) – u formi proporcionalnosti veličine sile – masama tela i obrnute proporcionalnosti veličine sile kvadratu rastojanja tela u pitanju – on je prvi i odredio konstantu ove proporcionalnosti, uzimajući jedinice za gore pomenute fizičke veličine (masu i rastojanje). Brojna vrednost tzv. univerzalne konstante proporcionaalnosti zavisi, dakle, samo od sistema mernih jedinica.

Na početku XIX stoleća, u doba živog interesovanja za atomističke hipoteze, Avogadro [Avogadro, (Lorenzo Romano) Amedio (Carlo), 1776-1856] je formulisao zakon proporcionalnosti broja molekula broju molova, u kome konstanta proporcionalnosti upravo određuje broj molekula u molu.

U klasičnoj Termodinamici i Statističkoj fizici važan korak za shvatanje veze između tzv. mehaničkih i termodinamičkih veličina igralo je otkriće tzv. Bolcmanove [Boltzmann, Ludwig Eduard, 1844-1906] konstante u zakonu proporcionalnosti energije po stepenu slobode i apsolutne temperature.

Razvitku nauke o elektromagnetnim pojavama dugujemo otkriće novih zakona proporcionalnosti i novih konstanti proporcionalnosti. Tako proporcionalnost električne i magnetne indukcije u vakuumu veličinama električnog i magnetnog polja u vakuumu definiše univerzalne konstante električne i magnetne susceptibilnosti u vakuumu. Karakteristično je da se kombinacija ovih konstanti pojavljuje u Maksvelovim [Maxwell, James Clerk, 1831-1879] jednačinama i povezuje se sa brzinom svetlosti.

Discipline moderne fizike – kao što su Teorija relativiteta i Teorija kvanata takođe su vezane za nove univerzalne konstante. Prva od ovih disciplina za konstantnost prostiranja svetlosti u vakuumu, druga za proporcionalnost energije – frekvencija u mikroskopskim procesima. Konstanta ove proporcionalnosti naziva se Plankova [Planck, Max (Karl Ernst Ludwig), 1858-1947] konstanta.

Tako se intuitivno naslućuje da istorija univerzalnih fizičkih konstanti preslikava napredovanje fizičkih nauka i specifikaciju fizike u niz parcijalnih disciplina.

  1. Problem je tzv. dimenzione analize da utvrdi broj međusobno nezavisnih univerzalnih prirodnih konstanti, iz čega bi potom sledila izgradnja sistema “hijerarhijskih” odnosa univerzalnih konstanti. Ovo je danas praktično neizvodljivo. Suma, proizvod i količnik univerzalnih konstanti je, takođe, univerzalna konstanta, i svaka parcijalna teorija, katkad iz praktičnih katkad iz teorijskih razloga, operiše sa ovim kompleksima, koji se po potrebi mogu izvoditi. Čini se, tako, da treba na drugoj strani imati dinamički model za fizičke procese – pre svega, da bi on intervenisao u pitanju “uređenja” u “svetu” univerzalnih prirodnih konstanti.

Jedna od takvih mogućnosti mogla bi se tražiti u teorijama simetrije u fizičkim procesima iz kojih slede zakoni konzervacije određenih fizičkih veličina. Kao što je poznato, konzervacija energije, impulsa i momenta impulsa je dovoljna za izgradnju Njutnove mehanike.

Pada u oči da se nekoliko univerzalnih fizičkih konstanti mogu formulisati preko zakona proporcionalnosti energije drugim fizičkim veličinama: Bolcmanova i Plankova konstanta su tako dobivene u svom izvornom obliku. Čuvena veza između mase i energije (E = mc2) u Specijalnoj teoriji relativiteta može se shvatiti kao zakon proporcionalnosti energije – masi kojim se formuliše konstantnost brzine svetlosti. Ali se odmah vidi da ova veza nije dovoljna za opšti pristup pitanju uloge univerzalnih fizičkih konstanti u izgradnji opštih fizičkih teorija iz prvih principa, tako da jedan od ovih principa bude unapred dati broj univerzalnih konstanti određene prirode.

  1. U relativističkoj kvantnoj fizici procesi se klasificiraju po jačini interakcije konstituenata za datu dinamičku situaciju. Veliki uspeh ove fizičke discipline je klasifikacija svih mikroprocesa u četiri kategorije interakcija, pri čemu je svaka od ovih okarakterisana univerzalnom konstantom interakcije. Ove konstante nisu sve simultano bezdimenzionalni brojevi. Jedno staro pitanje dobija ovde svoj širi značaj: kakva je veza između univerzalnih prirodnih konstanti i “prirodnog” mernog sistema. Lako je pokazati da se uz jednu specifičnu konstantu (masa elementarne čestice) i dve univerzalne konstante (Plankova konstanta i brzina svetlosti) može definisati sistem osnovnih jedinica dužine i vremena.

Na današnjem stepenu naših znanja o fizičkim procesima odsustvo jedinstvene fizičke slike sveta ogleda se eklatantno i u problemu univerzalnih fizičkih konstanti čiji se opšti značaj više naslućuje no što one ulaze u logički sistem naših znanja o fizičkim procesima  [1].

LITERATURA

[1]  Marić, Z., Milojević, A., Dijalektika (Beograd), br. 3, 21-23 (1966).

 

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prorodno-matematički fakultet, Kragujevac,

e-mail:  branko.cabric@gmail.com

 

 

2 Comments more...

Tamna strana svemira

by on Aug.17, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

KOSMOLOGIJA

 

tamna materija

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tamna strana svemira je uobičajen naziv u naučnoj i popularnoj literaturi, i pod njim se uglavnom podrazumevaju kosmološki aspekti tamne energije i tamne materije. Međutim u širem smislu to može da se odnosi i na sva ozbiljna kosmološka predviđanja koja još nisu dovoljno ili uopšte eksperimentalno, odnosno opservaciono, potvrđena. Da pomenemo neka od takvih predviđanja bazirana na M-teoriji, koja sadrži teoriju superstruna u kojoj su strune elementarni konstituenti svemira. Prema M-teoriji naš prostor ima 7 dodatnih dimenzija, koje su male i dolaze do izražaja na rastojanjima bliskim Plankovom rastojanju (10-35 m). Primetimo da se do sada stiglo samo do rastojanja 10−18 m. Novi akcelerator u CERN-u, u Ženevi, će prodreti nešto dublje u prostor i verovatno omogućiti otkriće nekoliko novih elementarnih čestica. M-teorija daje takođe mogućnost postojanja tzv. multiverzuma (engleski: multiverse), tj. vasione sa više prostornih domena koji se međusobno razlikuju po vrednostima osnovnih fizičkih konstanti.

Kakva je budućnost kosmologije i svemira? Kosmologija će u budućnosti igrati veoma važnu ulogu dajući čovečanstvu sve više potrebnih i korisnih saznanja o svemiru. Rasvetljavanje tamne strane svemira biće jedan od glavnih predmeta istraživanja. Prema savremenom shvatanju većine fizičara, astrofizičara i kosmologa, svemir se sastoji od oko 4% obične (svetleće) materije, 23% tamne materije i 73% tamne energije. To znači da 96% materije, odnosno energije, predstavlja tamnu stranu vasione, čija priroda je za sada nepoznata. Od ponašanja tamne energije i tamne materije zavisiće dalja budućnost svemira i njegova sudbina. Iz dosadašnjih istraživanja nije jasno da li će se svemir večno širiti ili će se širenje zaustaviti i preći u skupljanje. U oba slučaja svemir očekuje svojevrsna smrt: večno širenja – hladna, a skupljanje – vruća. Jedan od privlačnih hipotetičnih modela jeste ciklični svemir u kome svaki ciklus ima širenje i skupljanje, a ciklusa može biti beskonačno mnogo. Na taj način svemir ne iščezava potpuno pri skupljanju i ima beskonačno trajanje. Ovaj model nas podseća na jedan mit starih Egipćana o ptici feniks koja živi 500 godina, a zatim sama sebe spali da bi iz pepela oživela podmlađena i ponovo živela 500 godina do sledeće lomače.

Poznati su slučajevi u fizici kada se oko nekog novog fenomena ulagalo mnogo bezuspešnog truda da se on objasni u okviru postojeće teorije. Međutim relativno prosto i prirodno rešenje se nalazilo uvođenjem novih fizičkih principa i matematičkih metoda. Jedan novi obećavajući kosmološki prilaz jeste adelična kosmologija, koja počiva na adelima. Adeli su jedna matematička konstrukcija koja uključuje pored realnih i sve p-adične brojeve, tj. sadrži sve skupove brojeva koji su uopštenje skupa racionalnih brojeva. Od 1987. godine p-adični brojevi i adeli se uspešno koriste u modeliranju nekih složenih fenomena. Moguće je da kao što realni brojevi dobro opisuju običnu materiju da tako prirodu tamne strane svemira opisuju p-adični brojevi. U toku je razrada jedne ideje adeličnog svemira koji je sastavljen iz realnog i p-adičnih svetova. U svakom slučaju od uspeha budućih istraživanja svemira zavisiće koliko će dugo njegova tamna strana ostati tamnom.

t1

 

Tri vida materije u svemiru.

 

Referenca

[1] Dragović, B., Tamna strana vasione, Naučni skup “Kako razumjeti Univerzum: doprinos astronomskih i fizičkih istraživanja” 29. maja 2009. godine na Prirodnomatematičkom fakultetu u Banjoj Luci.

[2] Dragović, B., Tamna strana vasione, u: Zbornik predavanja 3 – „Teme moderne fizike“ Prirodno-matematički fakultet, Niš, 2010., str. 5.

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prirodno-matematički fakultet u Kragujevcu

 

branko.cabric@gmail.com

Leave a Comment more...

Tajna geko guštera

by on Aug.16, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

Nanomaterijali

 

Tajna geko guštera

 

 

Istraživači su, kao i u bezbroj slučajeva u istoriji nauke, koristili prirodu kao inspiraciju pri kreiranju odgovarajućih modela. Skorija istraživanja na polju mernih metoda pokazala su da nanomaterijali već postoje u prirodi. Na primer, otkriveno je da neke biljke ili životinje koriste svojstva nanomaterijala od kojih su sastavljene. Neki naučnici pokušavaju da reprodukuju ova svojstva tako što proizvode slične nanostrukture. Cilj je bolje razumevanje prirodnih pojava, pa čak i eksploatacija postojećih mehanizama u prirodi u nameri da se direktno primene na raznim tehnološkim poljima. Radi se o oblasti poznatoj pod nazivom biomimetizam.

Na primer, hodanje po tavanici guštera geka je bila prava tajna. Stručnjaci nikako nisu mogli da objasne kako se on bez teškoća i klizanja kreće po sasvim uspravnim i glatkim površinama kao što je prozorsko staklo, sve dok nisu otkrili da na donjoj dodirnoj površini šapica ima mnoštvo dlačica nanometarske veličine. U pitanju je konkretna primena atomskih veza nazvanih po Van der Valsu.  Molekuli se ponašaju kao sićušni električni dipoli čiji se suprotno naelektrisani krajevi privlače. Ove sile mogu da predstavlja smetnju za rad budućih sićušnih mašina. A koliko ove inače vrlo slabe veze mogu da budu jake u nanosvetu, najbolji je primer geko gušter. Gušterovi pipci poseduju milione tankih savitljivih dlačica, koje mu omogućavaju da se prikači za svaku površinu. Da bi se „odlepio“, geko odvaja jednu po jednu dlaku, kao običnu lepljivu traku. Naučnici proučavaju ova svojstva kako bi našli njihovu primenu u industriji.

Možda ni „čovek pauk” više neće biti junak koji se može sresti samo u stripu ili na filmskom platnu, jer stručnjaci iz Škotske, domovine „selotejp“ trake, pokušavaju da naprave još čudesniju „nanotraku“.

guster

 

 

 

 

 

 

Slika 1. Gušter geko hoda po tavanici.

http://www.cape-york-australia.com/gecko-lizards.html

Literatura

  1. NANO, Prospekt izložbe Centra za naučnu, tehničku i industrijsku kulturu u Grenoblu, postavljene u Francuskom kulturnom centru u Beogradu od 02. do 20. septembra 2008. godine.

https://www.youtube.com/watch?v=_gACTkMkOtM

http://www.biologija.rs/gusteri_azije_australije_i_novog_zelanda.html

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prirodno-matematički fakultet u Kragujevcu

E-mail: branko.cabric@gmail.com

Leave a Comment more...

Looking for something?

Use the form below to search the site:

Still not finding what you're looking for? Drop a comment on a post or contact us so we can take care of it!

preporučite nas