4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
0 0 4 2 9
na godz.
Cyfro
Cyfroteka.pl
0 0 8 6 7 7
na dobę
KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE Czytomierz wyszukaj dokładnie | pobierz wtyczkę
3 5 7 5 2 8 4
w sumie
Książki Audiobooki Prasa Recenzje Promocje Inne
+ 1 7 + 1 + 6 3 + 6
Kwantowy Wszechświat ebook/epub
Autor: Brian Cox, Jeff Forshaw Liczba stron: 296
Wydawca: Prószyński Media Język publikacji: polski
ISBN: 9788379617340 Data wydania: 20140603
Kategoria: ebooki >> dokument, literatura faktu, reportaże
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook). Czytaj online. Komentuj
Lubię to! Udostępnij Zarejestruj się, aby zobaczyć co lubią Twoi znajomi.
Teoria kwantowa jest zapewne najlepszym przykładem tego, jak to, co nieskończenie obce i
graniczące z wiedzą tajemną może być również niezwykle przydatne. Obce, ponieważ opisuje świat,
w którym cząstka może naprawdę znajdować się w kilku miejscach w tym samym czasie i
przemieszczać się z jednego punktu do drugiego, wędrując jednocześnie przez cały Wszechświat.
Przydatne, gdyż zrozumienie zachowania najmniejszych składowych Wszechświata stanowi
podstawę do zrozumienia wszystkiego innego.
Teoria kwantowa ma opinię wyjątkowo niezrozumiałej. Koty mogą być jednocześnie żywe i martwe~ cząstki mogą się w tej samej chwili
znajdować w dwóch różnych miejscach~ Heisenberg twierdzi, że nic nie jest pewne. Te wszystkie stwierdzenia są niewątpliwie prawdziwe, ale
wyciągany z nich wniosek że otaczają nas nieprzeniknione tajemnice już na pewno nie.
Autorzy książki postawili sobie za cel zdemaskowanie mitów wyrosłych wokół teorii kwantowej teoretycznego szkieletu słynnego z tego, jak
bardzo potrafił być mylący.
Cox i Forshaw nakłaniają czytelników do współpracy, a ci, którzy się na nią zgodzą, z pewnością będą mogli się wiele nauczyć
Manjit Kumar, autor Kwantowego świata
Tak samo jak w przypadku Dlaczego E=mc2 Cox i Forshaw nie biorą jeńców i odważnie przedzierają się przez trudne do wyjaśnienia
aspekty fizyki kwantowej. W porównaniu z Kwantowym Wszechświatem Krótka historia czasu wydaje się lekturą do poduszki.
Brian Clegg, autor Jak zbudować wehikuł czasu
Brian Cox profesor University of Manchester, jeden z najbardziej znanych popularyzatorów nauki, autor wielu programów
popularnonaukowych telewizji BBC, a także członek Royal Society i laureat przyznawanej przez Royal Society Michael Faraday Prize.
Prowadzi badania z dziedziny fizyki cząsteczkowej w CERN (LHC, program ATLAS).
Jeff Forshaw profesor fizyki teoretycznej University of Manchester, laureat Physics Maxwell Medal.
Znajdz podobne książki
Strony internetowe związane z tą publikacją:
...
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 1/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
Kredyt Dla Nowych Firm
Kredyt do 200 tys. zł. Od Ręki. Decyzja w 5 min. Sprawdz!
Darmowy fragment publikacji:
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 2/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 3/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
Tytuł oryginału
THE QUANTUM UNIVERSE
And Why Anything That Can Happen, Does
Copyright Brian Cox and Jeff Forshaw, 2011
All rights reserved
Projekt okładki
Alex Camlin
Ilustracja na okładce
GettyImages
Redaktor serii
Adrian Markowski
Redakcja
Anna Kaniewska
Korekta
Andrzej Mass
ISBN 9788379617340
Warszawa 2014
Wydawca
Prószyński Media Sp. z o.o.
02697 Warszawa, ul. Rzymowskiego 28
www.proszynski.pl
1
Coś dziwnego jest na rzeczy
Kwantowy . Słowo to jest jednocześnie sugestywne, zadziwiające i fascynujące. W zależności od punktu widzenia stanowi albo świadectwo
niezwykłego sukcesu nauki, albo symbol ograniczeń ludzkiej intuicji w mozolnych próbach zrozumienia subatomowego królestwa, którego
obcości i dziwności nie sposób zignorować. Dla fizyków mechanika kwantowa jest jednym z trzech fundamentów, na których opiera się nasze
pojmowanie świata~ dwa pozostałe to szczególna i ogólna teoria względności Einsteina. Teorie Einsteina dotyczą natury przestrzeni i czasu oraz
siły grawitacji. Mechanika kwantowa obejmuje natomiast wszystko inne i można stwierdzić, że określanie jej jako sugestywnej, zadziwiającej
czy fascynującej nie ma żadnego znaczenia jest ona po prostu teorią opisującą funkcjonowanie świata. Przykładając do niej to pragmatyczne
kryterium, przekonujemy się, że charakteryzuje się zapierającą dech w piersiach precyzją oraz zdolnością do wyjaśnienia wielu zjawisk.
W wypadku elektrodynamiki kwantowej, najstarszej i najlepiej zrozumianej spośród nowoczesnych teorii kwantowych, istnieje praktyczny test,
polegający na pomiarze zachowania elektronu znajdującego się w pobliżu magnesu. Fizycy teoretyczni przez lata trudzili się, zgięci nad
kartkami papieru z długopisem w ręku albo pochyleni nad komputerem, by przewidzieć, jaki będzie wynik tej próby. Jednocześnie
eksperymentatorzy projektowali i przeprowadzali finezyjne doświadczenia, by odkrywać coraz to subtelniejsze niuanse działania przyrody. Oba
obozy zupełnie niezależnie dotarły do wyników, których dokładność można porównać do zmierzenia odległości między Manchesterem a Nowym
Jorkiem z dokładnością do kilku centymetrów. Niezwykłe jest to, że rezultaty uzyskane przez eksperymentatorów idealnie zgadzały się z tymi
obliczonymi przez teoretyków pomiary i wyliczenia doskonale do siebie pasowały.
Robi to wrażenie, ale też wygląda dość tajemniczo i gdyby zadanie teorii kwantowej ograniczało się do opisania miniaturowego świata,
mielibyśmy podstawy, by zastanawiać się, po co w ogóle to całe zamieszanie. Oczywiście przydatność nie stanowi zasadniczego celu studiów
naukowych, ale wiele przemian technologicznych czy społecznych, które zrewolucjonizowały nasze życie, wyrosło z fundamentalnych badań
przeprowadzanych przez współczesnych odkrywców, których jedynym pragnieniem było lepsze zrozumienie otaczającego ich świata. Te
powodowane ciekawością wyprawy poprzez wszystkie dyscypliny nauki zaowocowały wydłużonym czasem życia, lotami
międzykontynentalnymi, nowoczesnymi środkami telekomunikacji, uwolnieniem się od znoju produkcji żywności na własne potrzeby, a także
rozległą, porywającą i jednocześnie skłaniającą do pokory wizją naszej planety pośród nieskończonego morza gwiazd. To wszystko są jednak
w pewnym sensie tylko produkty uboczne. Badamy, ponieważ chcemy zaspokoić naszą ciekawość, a nie dlatego, że pragniemy rozwinąć
wspaniałe wizje rzeczywistości lub zaprojektować bardziej użyteczne gadżety.
Teoria kwantowa jest chyba najlepszym przykładem tego, jak to, co nieskończenie obce i graniczące z wiedzą tajemną, staje się z czasem
niezwykle przydatne. Obce, ponieważ opisuje świat, w którym cząstka może naprawdę znajdować się w kilku miejscach w tym samym czasie
i przemieszczać się z jednego punktu do drugiego, wędrując jednocześnie przez cały Wszechświat. Przydatne, gdyż zrozumienie zachowania
najmniejszych składowych Wszechświata stanowi podstawę do zrozumienia wszystkiego innego. To ostatnie stwierdzenie może się zdawać
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 4/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
przesadne, gdyż na świecie pełno jest różnorodnych i złożonych zjawisk. A jednak pomimo ich złożoności wiemy, że wszystko zbudowane jest
z kilku rodzajów mikroskopijnych cząstek, które poruszają się zgodnie z zasadami teorii kwantowej. Te zasady są z kolei tak proste, że można
je rozpisać na kawałku papierowej serwetki i już samo to, że do wyjaśnienia zasadniczej natury świata nie potrzebujemy całej biblioteki,
stanowi jedną z największych tajemnic.
Wygląda na to, że im więcej wiemy o elementarnej naturze świata, tym prostsza się ona wydaje. W dalszym ciągu tej książki wyjaśnimy, jak
wyglądają te podstawowe zasady i w jaki sposób mikroskopijne składowe potrafią wspólnie utworzyć cały świat. Ale zanim zachłyśniemy się
ukrytą prostotą Wszechświata, należy wypowiedzieć kilka słów przestrogi: chociaż podstawowe zasady są proste, wyliczenie ich konsekwencji
może się okazać bardzo skomplikowane. Świat, jaki postrzegamy na co dzień, jest zdominowany przez związki pomiędzy ogromnymi zbiorami
wielu trylionów atomów, a więc próba wyciągania wniosków co do zachowania roślin czy ludzi przy użyciu fundamentalnych reguł byłaby
naiwna. Stwierdzenie to jednak w żadnym razie nie przekreśla najważniejszego faktu: u podstaw wszystkich zjawisk naprawdę leży fizyka
kwantowa mikroskopijnych cząstek.
Spójrz na otaczający cię świat. W ręku trzymasz książkę składającą się z papieru, zmiażdżonej papki z drzewa1. Drzewa są swoistymi
maszynami zdolnymi do pobierania zapasu atomów i cząsteczek, rozkładania ich i przekształcania we współdziałające kolonie zbudowane
z wielu trylionów poszczególnych części. Dokonują tego dzięki cząsteczce zwanej chlorofilem~ składa się na nią ponad sto skręconych
w skomplikowany kształt atomów węgla, wodoru i tlenu, do których przymocowanych jest kilka atomów magnezu i azotu. Ten układ cząstek
potrafi przechwycić światło, które przebyło 150 milionów kilometrów dzielących go od naszej gwiazdy jądrowego pieca o pojemności milion
razy większej niż objętość Ziemi i przetransportować niesioną przez nie energię do komórek, gdzie jest ona wykorzystywana do budowania
nowych cząsteczek z dwutlenku węgla i wody. Produktem ubocznym tego ostatniego procesu jest utrzymujący życie tlen. Właśnie takie
łańcuchy cząsteczek tworzą strukturę drzew, wszystkich innych żywych istot i roślin, a także papieru twojej książki. Ty możesz ją czytać
i rozumieć znajdujące się w niej słowa, ponieważ twoje oczy przekształcają odbijające się od kartek światło w impulsy elektryczne, które
interpretuje twój mózg najbardziej złożona znana nam konstrukcja w całym Wszechświecie. Współcześnie wiemy, że wszystkie te obiekty są
po prostu zbiorowiskami atomów i że większość atomów zbudowana jest zaledwie z trzech podstawowych cząstek: elektronów, protonów
i neutronów. Odkryliśmy też, że protony i neutrony składają się z mniejszych części zwanych kwarkami i przynajmniej według dzisiejszego
stanu wiedzy na tym możliwości podziału się kończą. A wszystkim tym rządzi teoria kwantowa.
Współczesna fizyka oferuje więc obraz Wszechświata, u którego podstaw leży ukryta prostota eleganckie zjawiska zachodzą poza
zasięgiem naszego wzroku, podczas gdy na powierzchnię postrzegania wynurza się różnorodność świata makroskopowego. Być może
największym osiągnięciem współczesnej nauki jest właśnie zredukowanie niezwykłej złożoności świata (łącznie z istotami ludzkimi) do opisu
zachowania kilku malutkich subatomowych cząstek i czterech sił, jakie między nimi działają. Najlepszą dostępną nam charakterystykę trzech
spośród tych czterech sił (silnego i słabego oddziaływania jądrowego, które występują wewnątrz jąder atomowych, oraz spajającej atomy
i cząstki siły elektromagnetycznej) podsuwa teoria kwantowa. Jedynie grawitacja, najsłabsza, choć jednocześnie najbliższa nam spośród tych
czterech sił, nie ma obecnie satysfakcjonującego opisu kwantowego.
Trzeba przyznać, że teoria kwantowa ma opinię bardzo dziwacznej. Napisano też o niej stosy bzdur. Koty mogą być jednocześnie żywe
i martwe~ cząstki mogą się w tej samej chwili znajdować w dwóch różnych miejscach~ Heisenberg twierdzi, że nic nie jest pewne. Te
wszystkie stwierdzenia są niewątpliwie prawdziwe, ale wyciągany z nich wniosek że skoro w świecie mikroskopowym dzieje się coś
dziwnego, otaczają nas nieprzeniknione tajemnice już na pewno nie. Pozazmysłowe postrzeganie, tajemne ozdrowienia, wibrujące bransoletki
chroniące przed promieniowaniem i kto wie czym jeszcze są cuda regularnie przemycane do świata autentycznych zjawisk pod przykrywką
słowa kwantowe . Takie bzdury rodzą się na skutek braku jasności myśli, pobożnych życzeń, prawdziwego lub udawanego niezrozumienia
albo też w wyniku niefortunnej kombinacji tych wszystkich czynników. Teoria kwantowa opisuje świat w precyzyjny sposób i wykorzystuje
prawa matematyczne tak samo jednoznaczne jak stwierdzenia Newtona czy Galileusza. To dlatego potrafimy obliczyć reakcję elektronu na pole
magnetyczne z tak niezwykłą dokładnością. Dzięki teorii kwantowej otrzymujemy opis przyrody, który jak się jeszcze przekonamy ma
niesamowitą zdolność do przewidywania i wyjaśniania. Zdolność ta obejmuje niezwykle szeroki wachlarz zjawisk i obiektów, począwszy
od układów scalonych, a skończywszy na gwiazdach.
Przy pisaniu tej książki postawiliśmy sobie za cel zdemaskowanie mitów wyrosłych wokół teorii kwantowej teoretycznego szkieletu
słynnego z tego, jak bardzo potrafił być mylący, i to nawet dla prekursorów jego badań. W naszym podejściu przyjmiemy współczesną
perspektywę wzbogaconą o doświadczenie i rozwój teoretyczny osiągnięty przez ostatnie sto lat. W celu wprowadzenia czytelnego kontekstu
chcielibyśmy jednak rozpocząć naszą podróż na początku XX wieku i przyjrzeć się pewnym problemom, które doprowadziły fizyków do
dokonania radykalnego odstępstwa od obowiązującego wcześniej sposobu myślenia.
Teoria kwantowa powstała jak wiele innych teorii naukowych w wyniku odkrycia zjawisk przyrodniczych, których nie dało się wyjaśnić
poprzez dotychczasowy paradygmat naukowy. W wypadku teorii kwantowej zjawiska te były liczne i różnorodne. Seria niedających się
wytłumaczyć rezultatów doświadczeń wywołała ożywienie i zamieszanie, co z kolei zapoczątkowało okres niezwykłych odkryć teoretycznych
i eksperymentalnych, który z całą pewnością zasługuje na to, by określić go wyświechtanym wyrażeniem złoty wiek . Nazwiska głównych
bohaterów tamtego czasu są wyryte w umysłach wszystkich studentów fizyki, gdyż to o nich słyszą najczęściej podczas wykładów. Są to:
Rutherford, Bohr, Planck, Einstein, Pauli, Heisenberg, Schrdinger, Dirac. Pewnie już nigdy nie zdarzy się w historii nauki taki czas, w którym
aż tylu ludzi zyskałoby naukową sławę dzięki poszukiwaniu wspólnego celu~ w tym wypadku chodziło o nową teorię atomów i oddziaływań,
które tworzą świat materialny. W 1924 roku, podsumowując pierwsze dekady teorii kwantowej, Ernest Rutherford, urodzony w Nowej Zelandii
fizyk, który dzięki badaniom prowadzonym w Manchesterze odkrył jądro atomowe, napisał: Rok 1896 (...) wyznaczył początek okresu, który
został trafnie nazwany bohaterską erą nauk fizycznych. Nigdy wcześniej w historii fizyki nie zaobserwowano takiego czasu intensywnej
aktywności, w którym kolejne odkrycia o fundamentalnej wadze następowałyby po sobie z równie oszałamiającą szybkością .
Zanim jednak przeniesiemy się do dziewiętnastowiecznego Paryża i chwili narodzin teorii kwantowej, zastanówmy się przez chwilę nad
samym słowem kwantowy . Wyraz ten pojawił się po raz pierwszy w fizyce w 1900 roku w pracach Maksa Plancka. Planck zajmował się
poszukiwaniem teoretycznego opisu promieniowania emitowanego przez gorące przedmioty, tak zwanego promieniowania ciała doskonale
czarnego. Zadanie to zostało mu zlecone przez firmę zajmującą się oświetleniem elektrycznym bywa i tak, że drzwi do badania
Wszechświata otwierają się za sprawą bardzo przyziemnych działań. W dalszej części tej książki uważniej przyjrzymy się niezwykłej
wnikliwości Plancka~ na potrzeby tego krótkiego wprowadzenia wystarczy powiedzieć, że odkrył on, iż potrafi wyjaśnić właściwości
promieniowania ciała doskonałego czarnego, jeśli założy, że światło jest emitowane w małych paczkach energii, które nazwał kwantami .
Słowo kwanty to po prostu porcje , a kwantowy to inaczej dyskretny . Początkowo Planck przypuszczał, że w grę wchodzi czysto
matematyczna sztuczka, ale pózniejsze prace Alberta Einsteina z 1905 roku dotyczące zjawiska zwanego efektem fotoelektrycznym dostarczyły
nowych argumentów potwierdzających hipotezę kwantową. Podobne koncepcje przemawiały czytelnie do wyobrazni, gdyż niewielkie porcje
energii mogłyby być uznane za cząstki.
Pomysł, że światło składa się z ciągu malutkich pocisków, był dobrze znaną koncepcją o długiej historii rozpoczynającej się wraz
z narodzinami współczesnej fizyki i Izaakiem Newtonem. Wydawało się jednak, że szkocki fizyk James Clerk Maxwell w 1864 roku
jednoznacznie zaprzeczył sensowności takiego stwierdzenia. W serii prac, które Albert Einstein określił pózniej jako najważniejsze
i najbardziej inspirujące, jakie pojawiły się w fizyce od czasów Newtona , Maxwell pokazał, że światło jest falą elektromagnetyczną
przemieszczającą się przez przestrzeń. Koncepcja światła jako fali mogła więc pochwalić się nieskazitelnym rodowodem i jak mogło się
zdawać reputacją nie do podważenia. Jednak w serii eksperymentów przeprowadzonych między 1923 a 1925 rokiem na Uniwersytecie imienia
Waszyngtona w Saint Louis przez Arthura Comptona i jego współpracowników udało się odbić kwanty światła od elektronów. Zarówno kwanty,
jak i elektrony zachowywały się w tych doświadczeniach podobnie do odbijających się kul bilardowych, dowodząc tym samym, że teoretyczna
hipoteza Plancka znajduje potwierdzenie w świecie rzeczywistym. W 1926 roku kwanty światła zostały nazwane fotonami . Dowodów nie
dało się już podważyć światło zachowuje się jednocześnie jak fala i jak cząstka. Oznaczało to koniec fizyki klasycznej i jednocześnie
dopełnienie narodzin teorii kwantowej.
1 Chyba że akurat czytasz elektroniczną wersję tej książki w takim wypadku musisz wysilić wyobraznię.
Informacja: Nasz serwis wykorzystuje pliki cookies. Korzystanie z witryny oznacza
Akceptuję
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 5/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
zgodę na ich zapis lub odczyt zgodnie z preferencjami Twojej przeglądarki.
Możesz zmienić te ustawienia korzystając z opcji przeglądarki.
2
Znajdowanie się w dwóch miejscach naraz
Ernest Rutherford podawał 1896 jako rok rozpoczęcia rewolucji kwantowej, bo właśnie wtedy Henri Becquerel, pracując w swoim laboratorium
w Paryżu, odkrył radioaktywność. Becquerel usiłował wywołać emisję promieniowania rentgenowskiego, odkrytego zaledwie kilka miesięcy
wcześniej przez Wilhelma Rntgena w Wrzburgu, używając rud uranu. Nie osiągnął planowanego celu, ale odkrył, że ruda uranu emituje les
rayons uraniques, promienie, które zaciemniały klisze fotograficzne nawet wtedy, gdy te ostatnie były zawinięte w nieprzepuszczający żadnego
światła gruby papier. Waga osiągnięcia Becquerela została doceniona już w 1897 roku w przeglądowym artykule wielkiego uczonego Henriego
Poincar. Poincar z nadzwyczajną przenikliwością pisał w nim o odkryciu, które możemy dziś uznać za otwierające nam drogę do nowego
świata, którego istnienia nikt nie podejrzewał . Zaskakująca cecha rozpadu radioaktywnego, zapowiadająca to, co miało się wydarzyć pózniej,
polegała na tym, że do emisji promieni w różnych materiałach zdawało się dochodzić bez żadnego powodu: pojawiały się spontanicznie,
w momentach, których nie można było przewidzieć.
W 1900 roku Rutherford zauważył następujący problem: wszystkie atomy powstałe w tej samej chwili powinny istnieć przez określony
przedział czasu. Obserwowane prawo transformacji temu przeczy: długość życia atomów przybiera wszystkie wartości od zera do
nieskończoności . Ta losowość w zachowaniu mikroświata wydawała się zaskakująca, ponieważ do tamtego momentu nauki ścisłe były w pełni
deterministyczne. Wierzono, że jeśli w pewnej chwili wie się wszystko, co tylko można było wiedzieć o jakimś układzie, to da się z całkowitą
pewnością przewidzieć, co stanie się z tym układem w przyszłości. Załamanie się tego typu przewidywalności stanowi fundamentalną cechę
teorii kwantowej: fizyka kwantowa opisuje prawdopodobieństwa, a nie zdarzenia, które zajdą na pewno. Dzieje się tak nie dlatego, że brakuje
nam pełnej wiedzy, ale ponieważ pewne aspekty przyrody podlegają na podstawowym poziomie prawom o charakterze losowym. Teraz
rozumiemy już, że po prostu nie da się przewidzieć, kiedy pewien konkretny atom ulegnie rozpadowi. Przy badaniu rozpadów radioaktywnych
nauka po raz pierwszy spotkała się z przyrodą rzucającą kośćmi i dla wielu fizyków przez długie lata stanowiło to zródło konfuzji
i nieporozumień.
Choć wewnętrzna struktura atomów nie była wówczas znana, domyślano się, że w ich wnętrzach musiało się dziać coś ciekawego. W 1911
roku Rutherford dokonał kluczowego odkrycia, bombardując bardzo cienką złotą folię promieniami znanymi wówczas jako cząstki alfa (teraz
wiemy, że są to jądra atomów helu). Wraz ze swoimi współpracownikami, Hansem Geigerem i Ernestem Marsdenem, z wielkim zdumieniem
zauważyli, że mniej więcej jedna na osiem tysięcy cząstek alfa nie przelatywała przez złoto zgodnie z wcześniejszymi oczekiwaniami, ale
odbijała się od niego. Rutherford opisał pózniej ten moment, używając typowego dla siebie barwnego języka: Było to najbardziej niewiarygodne
zdarzenie w moim życiu. Wydawało się tak samo niezwykłe, jak gdyby ktoś strzelał piętnastocalowymi pociskami do kawałka papieru
toaletowego i niektóre z nich odbijały się od celu i wracały do strzelca . Rutherford był niewątpliwie energicznym człowiekiem, który nie znosił
żadnych ceregieli~ kiedyś opisał pewnego napuszonego urzędnika w następujący sposób: przypomina punkt w przestrzeni euklidesowej: ma
pozycję, ale nie ma wielkości .
Rutherford obliczył, że wyniki jego eksperymentów można wyjaśnić wyłącznie przy założeniu, iż atom składa się z bardzo małego
umieszczonego centralnie jądra, wokół którego krążą elektrony. Wyobrażał sobie wtedy zapewne model przypominający planety biegnące po
orbitach wokół Słońca. Jądro zawiera praktycznie całą masę atomu, i właśnie dlatego potrafi odbijać z powrotem cząstki alfa, piętnastocalowe
pociski wysyłane przez Rutherforda. Wodór, najprostszy z pierwiastków, ma jądro składające się z pojedynczego protonu o promieniu równym
około 1,75 10 15 m. Oznacza to, że promień ma długość 0,00000000000000175 metra, czyli nieco mniej niż dwie tysięcznobilionowe metra.
O ile umiemy to dziś stwierdzić, pojedynczy elektron, podobnie jak napuszony urzędnik Rutherforda, przypomina punkt i krąży wokół jądra
atomu wodoru po orbicie o promieniu około stu tysięcy razy większym niż średnica jądra. Jądro niesie dodatni ładunek elektryczny, a elektron
jest naładowany ujemnie, co oznacza, że działa między nimi siła przyciągająca, analogiczna do przyciągania grawitacyjnego utrzymującego
Ziemię na orbicie wokół Słońca. To z kolei oznacza, że atomy składają się zasadniczo z pustej przestrzeni. Jeśli wyobrazimy sobie jądro
w skali, w której ma ono wielkość piłki tenisowej, to maleńki elektron, mniejszy niż drobinka kurzu, będzie poruszał się po orbicie o promieniu
kilometra. Te liczby wydają się bardzo zaskakujące materia z pewnością nie sprawia wrażenia pustej.
Jądrowy model atomu Rutherforda sprawił ówczesnym fizykom wiele kłopotów. Dobrze wiedziano na przykład, że elektron krążący wokół
jądra atomowego powinien tracić energię, ponieważ wszystkie obiekty niosące ładunek elektryczny poruszające się po zakrzywionych torach
wysyłają energię w postaci promieniowania. Tak właśnie działają nadajniki radiowe: znajdujące się w nich elektrony zostają zmuszone do ruchu
po pewnych trajektoriach, w wyniku czego emitują fale elektromagnetyczne. Heinrich Hertz wynalazł nadajnik radiowy w 1887 roku i kiedy
Rutherford odkrył jądro atomu, funkcjonowała już stacja radiowa przesyłająca sygnały przez Atlantyk, z Irlandii do Kanady. Teoria krążących
ładunków i emitowanych przez nie fal radiowych była więc niewątpliwie poprawna, co stanowiło poważną trudność przy próbach wyjaśniania,
w jaki sposób elektrony mogą się trwale utrzymywać na orbitach wokół jądra.
Innym niedającym się wyjaśnić zjawiskiem była tajemnica światła wysyłanego przez atomy pod wpływem dostarczanego do nich ciepła. Już
w 1853 roku szwedzki uczony Anders Jonas ngstrm przepuszczał iskry przez szklane rurki wypełnione wodorem i analizował emitowane
światło. Można by przypuszczać, że jarzący się gaz pokaże wszystkie kolory tęczy w końcu przecież Słońce jest niczym innym jak tylko
żarzącą się gazową kulą. Okazało się jednak inaczej, ngstrm zaobserwował, że wodór emituje światło w trzech wyróżniających się kolorach:
czerwonym, niebieskozielonym i fioletowym, przypominające tęczę złożoną z trzech czystych, wąskich łuków. Wkrótce przekonano się, że
każdy z pierwiastków zachowuje się w podobny sposób, wysyłając charakterystyczny dla siebie kod kreskowy złożony z różnych kolorów.
Zanim Rutherford opisał strukturę atomu, niemiecki uczony Heinrich Gustaw Johannes Kayser zebrał w sześciotomowym, liczącym w sumie
pięć tysięcy stron dziele zatytułowanym Handbuch der Spectroscopie zaobserwowane w eksperymentach wzory kolorowych linii
odpowiadających wszystkim znanym wówczas pierwiastkom. Narzucało się oczywiście pytanie: Dlaczego? . Nie tylko: Dlaczego,
profesorze Kayser? (Niemiec musiał być wyjątkowo ciekawym rozmówcą na imprezach towarzyskich), ale też Dlaczego pojawia się tak
wiele różnych wzorów złożonych z kolorowych linii? . Przez blisko sześćdziesiąt lat dziedzina nauki zwana spektroskopią jednocześnie
odnosiła wielkie sukcesy eksperymentalne i pozostawała pustynią, jeśli chodzi o teoretyczne uzasadnienia.
W marcu 1912 roku zafascynowany problemem struktury atomów duński fizyk Niels Bohr pojechał do Manchesteru, by spotkać się
z Rutherfordem. Pózniej wspominał, że próby odszyfrowania mechanizmów rządzących wnętrzem atomów na podstawie danych
spektroskopowych należałoby porównać z wyprowadzaniem fundamentalnych praw biologii z kolorów skrzydła motyla. Oparty na Układzie
Słonecznym model Rutherforda dostarczył Bohrowi wskazówek i w 1913 roku Duńczyk opublikował pierwszą kwantową teorię budowy atomu.
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 6/12
faceb ook
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
Rysunek 2.1. Model atomu Bohra, przedstawiający emisję fotonu (falista linia) i powiązany z nią spadek fotonu z jednej orbity na drugą (oznaczony
strzałką)
Zaproponowane przez niego podejście nie było pozbawione problemów, ale zawierało koncepcje, które miały się okazać kluczowe dla rozwoju
współczesnej teorii kwantowej. Bohr doszedł do wniosku, że elektrony mogą zajmować tylko pewne szczególne orbity wokół jądra, a ta
najbliższa jądra odpowiada najniższej możliwej energii. Stwierdził też, że elektrony mogą przeskakiwać między różnymi orbitami: kiedy
dostarczy się im energię (na przykład za pomocą iskry w szklanej rurce), przeskakują na wyższą orbitę, a potem, w miarę upływu czasu,
przechodzą z powrotem niżej, jednocześnie wysyłając światło. Kolor światła jest wyznaczony bezpośrednio przez różnicę energii między
dwoma poziomami. Rysunek 2.1 pokazuje podstawową ideę: strzałka reprezentuje elektron przeskakujący z trzeciego poziomu energetycznego
na drugi poziom energetyczny, emitujący przy tym światło (przedstawione jako falista linia). W modelu Bohra elektron może okrążać jądro po
jednej ze szczególnych, skwantowanych orbit~ spiralne spadanie ku środkowi jest po prostu zakazane. Takie założenie pozwoliło duńskiemu
fizykowi obliczyć długości fal (czyli kolory) światła zaobserwowane przez ngstrma należało je przyporządkować elektronowi
przeskakującemu z piątej orbity na drugą (światło fioletowe), z czwartej orbity na drugą (światło niebieskozielone) i z trzeciej orbity na drugą
(światło czerwone). Model Bohra przewidywał też, że atomy wodoru powinny emitować światło w wyniku przeskakiwania elektronów na
pierwszą orbitę. Okazało się to prawdą: odpowiednie fale znajdują się już w ultrafioletowej części widma, której nie da się zobaczyć gołym
okiem, a więc nie zostały zaobserwowane przez ngstrma. Dostrzegł je jednak w 1906 roku Theodore Lyman, fizyk z Harvardu. Otrzymane
przez Lymana dane świetnie zgadzały się z przewidywaniami wynikającymi z modelu Bohra.
Chociaż Bohr nie zdołał rozszerzyć swojego modelu na atomy innych pierwiastków, teoretycznie było to możliwe. W szczególności jeśli
założy się, że atomy każdego pierwiastka mają jednoznacznie określony zbiór orbit, to zgodnie z koncepcją Bohra będą one emitować
wyłącznie światło o pewnych konkretnych kolorach. Oznaczało to, że kolory wysyłane przez atomy można traktować jak charakterystyki
pierwiastków, i astronomowie zaczęli niemal natychmiast wykorzystywać jednoznaczność atomowych linii spektralnych do określania składu
chemicznego gwiazd.
Model Bohra stanowił dobry punkt wyjścia, ale z pewnością nie dało się go uznać za w pełni satysfakcjonujący. Dlaczego elektrony nie mogły
po prostu spadać spiralnie ku jądru, skoro było już wiadomo, że powinny tracić energię, emitując fale elektromagnetyczne, a co więcej,
prawdziwość tego ostatniego faktu potwierdzało pojawienie się radia? I co począć z pierwiastkami cięższymi od wodoru? Jak próbować
zrozumieć ich strukturę?
Chociaż teoria Bohra miała liczne wady, niewątpliwie stanowiła kluczowy krok w rozwoju teorii kwantowej. Pokazuje nam też, jak często
wygląda postęp w nauce. W obliczu skomplikowanych i niezrozumiałych danych eksperymentalnych nie ma sensu całkowicie się poddawać,
nawet jeśli nie widać sposobu na ich wyjaśnienie. W takich wypadkach uczeni często proponują tak zwany ansatz, odgadując na podstawie
swojej wiedzy i przeczuć jakieś potencjalne rozwiązanie, a następnie obliczają jego konsekwencje. Jeśli odpowiedz na zagadkę okazuje się
trafna to znaczy rozwinięta na jej podstawie teoria przewiduje wyniki zgodne z tymi otrzymywanymi w doświadczeniach można z większym
przekonaniem wrócić do punktu wyjścia i próbować lepiej zrozumieć i uzasadnić swoje początkowe założenie. Ansatz Bohra pozostawał
z jednej strony skuteczny, z drugiej niewyjaśniony przez trzynaście lat.
W dalszej części książki wrócimy jeszcze do historii tych wczesnych idei kwantowych. Na razie możemy poczuć się, jakby postawiono przed
nami kolekcję dziwnych obserwacji i połowicznych odpowiedzi na różne związane z nimi pytania. Z taką sytuacją musieli się zmierzyć twórcy
teorii kwantowej. W skrócie: opierając się na pracach Plancka, Einstein przedstawił koncepcję, według której światło składa się z cząstek,
natomiast Maxwell pokazał, że światło zachowuje się też jak fala. Wyniki Rutherforda i Bohra wyjaśniły częściowo, jak wygląda wewnętrzna
struktura atomów, ale zachowanie elektronów w atomach nie zgadzało się z żadną znaną wówczas teorią. Ponadto rozmaite zjawiska określane
wspólną nazwą radioaktywności, w których atomy spontanicznie rozpadały się bez żadnego widocznego powodu, pozostawały tajemnicze,
choćby dlatego, że wprowadzały do fizyki niepokojąco losowe zachowania. Nikt nie mógł wątpić w to, że w świecie subatomowym dzieje się
coś dziwnego.
Pierwszy krok na drodze ku spójnej odpowiedzi na wszystkie te pytania przypisuje się zazwyczaj niemieckiemu fizykowi Wernerowi
Heisenbergowi, który zaproponował całkowicie nowe podejście do teorii opisującej materię i działanie sił. W lipcu 1925 roku Heisenberg
opublikował pracę odrzucającą wcześniejsze, podane ad hoc idee i częściowe teorie, w tym model atomu Bohra, i wprowadzającą nowatorskie
koncepcje, które miały zmienić całą fizykę. Artykuł zaczął następująco: W tej pracy spróbujemy przedstawić fundamenty kwantowej
mechaniki teoretycznej, która opiera się wyłącznie na związkach między wartościami, jakie zasadniczo można by zaobserwować . Zdanie to
zawiera bardzo istotny krok, gdyż Heisenberg mówi nam, że matematyka leżąca u podstaw teorii kwantowej nie musi odpowiadać niczemu, co
znamy. Zadaniem teorii kwantowej powinno być przewidywanie wartości, które można bezpośrednio zaobserwować, takich jak kolor światła
emitowanego przez atomy wodoru. Nie należy oczekiwać, że pozwoli ona na stworzenie satysfakcjonującego obrazu wewnętrznych
mechanizmów atomów, gdyż coś takiego nie jest konieczne, a co więcej, może być po prostu niemożliwe. Jednym pociągnięciem pióra
Heisenberg pozbył się uprzedzenia mówiącego, że prawa przyrody powinny zgadzać się ze zdrowym rozsądkiem. Nie chodzi o to, że teoria
świata subatomowego miałaby się kłócić z naszymi codziennymi obserwacjami przy opisie ruchu dużych obiektów, takich jak piłki tenisowe czy
samoloty. Powinniśmy jednak przygotować się na rezygnację z naiwnego przekonania, że małe obiekty zachowują się jak miniaturowe wersje
dużych obiektów, zwłaszcza jeśli przeczą mu konkretne obserwacje eksperymentalne.
Reszta w pełnej wersji
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 7/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
3
Czym jest cząstka?
Dostępne w pełnej wersji
4
Wszystko, co może się zdarzyć, zdarza się
Dostępne w pełnej wersji
5
Ruch jako złudzenie
Dostępne w pełnej wersji
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 8/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
6
Muzyka atomów
Dostępne w pełnej wersji
7
Wszechświat w czubku szpilki
(i dlaczego nie przelatujemy na wylot przez podłogę)
Dostępne w pełnej wersji
8
Wzajemnie powiązane
Dostępne w pełnej wersji
9
Nowoczesny świat
Dostępne w pełnej wersji
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 9/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
10
Oddziaływanie
Dostępne w pełnej wersji
11
Pusta przestrzeń nie jest pusta
Dostępne w pełnej wersji
Epilog
Śmierć gwiazd
Dostępne w pełnej wersji
Lektury dodatkowe
Dostępne w pełnej wersji
Pobierz darmowy fragment (epub)
Gdzie kupić całą publikację:
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 10/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
Kwantowy Wszechświat
Autor: Brian Cox, Jeff Forshaw
Sklep Format Cena
Nexto.pl ebook/epub 31,90 zł Idz do sklepu
Ebookpoint.pl ebook 25,52 zł Idz do sklepu
ibuk.pl ebook od 27,12 zł Idz do sklepu
eplaton.pl ebook 28,71 zł Idz do sklepu
koobe.pl ebook 29,02 zł Idz do sklepu
Virtualo ebook 29,30 zł Idz do sklepu
CDP.pl ebook 29,59 zł Idz do sklepu
Publio.pl ebook 31,89 zł Idz do sklepu
Woblink.com ebook 31,90 zł Idz do sklepu
Pokaż: wszystkie książka ebook audiobook
BuyBox
Opinie na temat publikacji:
Komentarze: 0 Sortuj według
Najpopularniejsze
Dodaj komentarz...
Facebook Comments Plugin
Inne popularne pozycje z tej kategorii:
Człowiek z lasu ebook/epub Medaliony ebook/epub Twój psychologiczny autoportret
Sylwester Latkowski Zofia Nałkowska ebook/epub
Czarna Owca Zielona Sowa John M. Oldham, Lois B. Morris
Książka Sylwestra Dokumentaryzm Medalionów robi
Czarna Owca
Latkowskiego Człowiek z Lasu. Polska przemożne wrażenie na czytelniku.
Jest to jedna z najwartościowszych i
lokalna dokumentuje polską Poraża powszedniość okrucieństwa,
najbardziej pomocnych książek
rzeczywistość dziejącą się poza całkowita desakralizacja śmierci,
psychologicznych, pozwalająca na
stolicą, poza centrum kraju. Jest to wreszcie atrofia wszelkich wartości
sporządzenie własnego
opowieść prawdziwa, rozgrywa się w międzyludzkich. Portretując (zgodnie z
psychologicznego autoportretu,
miastach województwa tytułem niczym portrety nagrobkowe)
uchwycenie unikalnego profilu swoich
świętokrzyskiego, położonych na tyle poszczególne istnienia wplątane w
cech, skłonności i nawyków. Osoba,
Czytaj również:
1 trik na ból stawów! Tysiące
Titan A.E. 2000. Dubbing PL
zadowolonych mężczyzn i kobiet!
tvmaniacy.pl
latestfromtheworld.com
Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką:
style="border:none;background:none transparent;box shadow:none; webkit box shadow:none; webkit border radius:0;border radius:0;" alt="Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE"/>
Podziel się ze znajomymi fragmentem ulubionej książki (lub czasopisma).
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 11/12
4.11.2015 Kwantowy Wszechświat [Brian Cox, Jeff Forshaw] << KLIKAJ I CZYTAJ ONLINE
O serwisie Mapa stron Kontakt
Cyfroteka.pl to codziennie aktualizowany Książki Autorzy Misja
Poczta
katalog tysięcy publikacji oraz porównywarka Audiobooki Lektorzy Kontakt
cen książek w najlepszych księgarniach. Prasa, Wydawcy Strona główna
Wszystkie pozycje zawierają darmowe Recenzje Blogerzy Co ludzie dzisiaj czytają?
fragmenty utworów, które są prezentowane Promocje, Rabatowisko Współpraca Co ludzie najczęściej czytają?
online na każdym dowolnym urządzeniu Wyszukiwarka Blogoskaner CYFRowy Otwieracz Książek
wyposażonym w przeglądarkę www.
Cyfroteka 2013
http://cyfroteka.pl/ebooki/Kwantowy_Wszechswiatebook/p86854i121216 12/12
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Kwantowa emergencja Wszechświata
ŻYCIE WE WSZECHŚWIECIE(1)
Odkryto dowody istnienia kwantowej cieczy spinowej
WSZECHŚWIAT W ODLEGŁOŚCI 12,5 ROKU ŚWIETLNEGO NAJBLIŻSZE GWIAZDY
Wszechnica Podatkowa Najem Opodatkowanie Przychodow Z Wynajmu 2011
Mechanika Kwantowa II 05 Bugajski p39
lekarz kwantowy illuminatio?mo
HARMONIA WSZECHŚWIATA
5fizyka kwantowa
CENTRUM WSZECHSWIATA WIELKI BIALY TRON
RD Program Wszechpolski
Daniken Śladami wszechmogących
SKALA ODLEGŁOŚCI WE WSZECHŚWIECIE
Wielki architekt wszechświata
więcej podobnych podstron