Tekstovi
Neutrini brži od svetlosti – izazov za Ajnštajnovu relativnost
Sep 24th
U protekla dva dana naučni, pa i čitav svet, prodrman je vešću o „srušenoj“ čuvenoj Ajnštajnovoj teoriji. Specijalna teorija relativnosti, koja odoleva „rušenjima“ već nešto duže od jednog veka, verovatno zaista jeste pred najvećim eksperimentalnim izazovom od svog nastanka.
Specijalna teorija relativnosti počiva na dva postulata, od čega je mnogim naučnicima (i manje naučenima) često bio problematičan drugi, ključni postulat: da je brzina svetlosti spram posmatrača ista i kada izvor svetlosti miruje i kada se izvor kreće proizvoljnom brzinom u proizvoljnom smeru. Iz te su pretpostavke izvedeni i predviđeni fenomeni poput produženja vremena, skraćenja dužine, kao i to da se ništa u Svemiru ne može kretati brzinom većom od brzine svetlosti u vakuumu (c = 299 792 458 m/s). Nebrojeno puno eksperimenata i posmatranja je u proteklih stotinu godina potvrdilo ovaj fenomen u potpunom skladu sa predviđanjima Ajnštajnove teorije.
U proteklih pet godina, međutim, izvođen je eksperiment velike preciznosti čiji jedan od rezultata ukazuje na to da bi se neutrini (tri vrste elementarnih čestica bez naelektrisanja, izvanredno male mase) mogli kretati brže od svetlosti. Neutrine karakteriše strahovito slaba interakcija sa materijom uopšte – milijarde neutrina sa Sunca proleću pored i kroz nas svake sekunde. Projekat OPERA za glavni cilj imao je proučavanje oscilacija neutrina, odnosno promena neutrina iz jedne vrste u drugu. Snop neutrina stvoren u akceleratoru u CERN-u putuje oko 730 km kroz Zemljinu koru do detektora OPERA u italijanskoj nacionalnoj laboratoriji u blizini Gran Sasa. To rastojanje izmereno je sa preciznošću od 20cm, dok je vreme neophodno neutrinima da tu razdaljinu pređu izmereno pomoću GPS satelita i atomskih časovnika sa preciznošću od 10 nanosekundi. Na osnovu 16 000 opaženih neutrina određene energije nadjeno je da oni ovaj put prelaze za 60 nanosekundi manje nego što bi to učinili elektromagnetni talasi, odnosno svetlost, tj. nadjeno je da se neutrini kreću za 0,0025% brže od svetlosti. Zavisnost ovog vremena za koje su neutrini poranili od njihove energije nije pouzdano utvrđena. Grupa naučnika koja je radila na eksperimentu mišljenja je da je urađeno sve da eventualna greška bude otklonjena, ali ipak pozivaju naučnu zajednicu na kritiku rezultata i nezavisnu proveru rezultata.
Razloga sa skepsu ima mnogo. Ne samo da se Specijalna teorija relativnosti pokazala valjanom u nebrojenim eksperimentima i posmatranjima vezanim za „obične“ subatomske čestice, već postoje astronomska posmatranja supernove iz 1987. godine prema kojima se brzina neutrina ne razlikuje od brzine svetlosti za više od jednog milijarditog dela c (prema OPERA eksperimentu, razlika iznosi 25 milijarditih delova). U krajnjem slučaju iz ovoga sledi da supersvetlosna brzina neutrina karakteriše samo neutrine sa određenim energijama.
Jedino što može razjasniti zabunu koju je stvorio OPERA eksperiment – ukoliko u međuvremenu ne bude pronađena neka sistematska greška u samom eksperimentu – jeste nezavisno ponovljeni eksperiment istog tipa. Ovakav eksperiment zapravo je i izveden pre četiri godine u drugom najjačem akceleratoru na svetu, u Fermilab-u u SAD, kada je snop neutrina putovao kroz zemlju od Ilinoisa do Minesote u okviru MINOS eksperimenta. Nadjeno je da brzina neutrina, u okviru eksperimentalne greške, ne prealzi brzinu svetlosti. Sada se planira novi eksperiment sa unapredjenjima koja će znatno smanjiti eksperimentalnu grešku. Na nove rezultate, međutim, čekaće se barem godinu dana.
Konačno, ukoliko ovi rezultati budu potvrđeni, da li to zaista znači kraj Ajnštajnove specijalne relativnosti? Odgovor je zapravo negativan. Isto kao što Njutnovi zakoni nisu odbačeni u domenu nama svakodnevne fizike kada se pojavila Specijalna relativnost, tako Ajnštajnova teorija može biti samo sužena da ne obuhvati i „čudne“ čestice poput neutrina. Medjutim, nisu isključene ni druge mogućnosti koje ne bi narušavale osnovne psotulate STR, recimo oživljavanjem neke od postojećih teorija o dodatnim dimenzijama prostora i slično. Štaviše, ovakvi eksperimenti dobro su dočekani u nauci jer jedino stavljanjem pod sumnju postojećih teorija možemo pronaći njihove slabosti, te doći do opštijih, potvrđenijih, preciznijih teorija koje još bolje opisuju svet oko nas.
Rad OPERA saradnje: Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam
Izjava za medije iz CERN-a
Associated Press: Challenging Einstein is usually a losing venture
Neutrinos travel faster than light according to one experiment
NYTimes: Tiny Neutrinos May Have Broken Cosmic Speed Limit
Nature: Particles break light-speed limit
About Marija Janković
Student Fizičkog fakulteta u Beogradu. Nekadašnja polaznica, a sada mlađi saradnik seminara fizike u Istraživačkoj stanici Petnica i jedna od urednika Viva-fizika portala. Interesovanja: prirodne nauke, informatika, fotografija, istorija i esperanto.
More Posts (55)Share and Enjoy
Elektroni u atomu
Sep 23rd
“Pozdrav,
Ja sam Marko, idem u elektrotehničku školu, i već duže vreme imam dilemu oko toga šta se dešava sa elektronima na nivou atoma. Imam nekoliko svojih shvatanja ali nisam siguran da je ijedan od njih ispravan.
Biću vam zahvalan na odgovoru s obzirom da shvatam koliki odgovor zahteva ovo pitanje.
Srdačan pozdrav.
šalje: Marko Tričković”
Zdravo Marko,
U našim školama se najpre u sedmom razredu iz predmeta hemija uči da se atom, najmanji reprezent jednog elementa, sastoji iz zbijenog jezgra od čestica koje zovemo protoni (pozitivno naelektrisani) i neutroni (neutralnog naelektrisanja) i negativno naelektrisanih elektrona koji se kreću oko tog jezgra, pri čemu je atom u celini bez naelektrisanja. Ovaj model odgovara onom koji je postavio Raderford početkom dvadesetog veka. Pritom je Raderford ostavio sa svojim modelom jedan povelik problem; naime, poznato je da naelektrisane čestice kada se kreću ubrzano zrače elektromagnetno zračenje. Ukoliko elektroni kruže oko jezgra, oni zbog tog kružnog kretanja imaju centripetalno ubrzanje – privučeni pozitivno naelektrisanim jezgrom, Kulonova elektristatička sila deluje na njih tako da se elektronima sve vreme menja smer, mada ne i intenzitet brzine. Međutim, ukoliko bi elektron sve vreme otpuštao elektromagnetno zračenje, on bi samim tim gubio energiju, jer elektromagnetno zračenje samo po sebi jeste prostiranje energije kroz prostor. Gubeći energiju, elektron bi gubio i brzinu, odnosno vremenom bi pao na jezgro, što se prema eksperimentima svakako ne dešava.
Nedugo potom postavljen je čuveni Borov model atoma kroz tri postulata: elektroni se oko jezgra mogu kretati samo po putanjama tačno određenih poluprečnika (određenim nivoima), samim tim i određenih energija; na tim putanjama elektroni ne otpuštaju niti primaju energiju u vidu elektromagnetnog zračenja; primajući energiju elektroni prelaze na više nivoe, odnosno udaljavaju se od jezgra, a obrnuto ukoliko energiju otpuštaju, dok ta razmenjena energija odgovara razlici energija na krajnjem i početnom nivou. Bor je samo koristeći ova tri postulata i jednačine klasične mehanike izveo određene osobine vodonikovog atoma i ti su se proračuni pokazali kao sasvim dovoljno precizni. Međutim, za bilo koji veći atom, sa više elektrona, model je pravio velike greške!
U ovom trenutku vredi spomenuti još dva imena naučnih velikana. Prvo u okviru pojma De Broljevih talasa, drugo u okviru Hajzenbergovog principa neodređenosti. Naime, pokazalo se u međuvremenu da se, pre svega elektron, može ponašati i kao čestica i kao talas – upravo kao i fotoni svetlosti. Ta dvojna priroda postojanja zapravo je fundamentalna osobina svih objekata, kojima se pridružuje takozvani De Broljev talas talasne dužine u zavisnosti od impulsa objekta. Talasna svojstva makroobjekata – koji nas svakodnevno okružuju – zanemariva su, dok kod elektrona to nije slučaj. Drugi navedeni pojam, Hajzenbergov princip neodređenosti odnosi se na fundamentalno svojstvo čestica da se nikada ne mogu istovremeno znati brzina (tačnije impuls) čestice i njen položaj. Ovaj princip proizilazi iz činjenice da, da bismo odredili naprimer položaj neke čestice, moramo osvetliti tu česticu, odnosno pogoditi je fotonom, a čime menjamo njenu brzinu. Uzevši u obzir Borove proračune o brzini elektrona u atomu, iz principa neodređenosti sledi da mi ne možemo nikako znati tačan položaj elektrona u atomu – neodređenost određivanja položaja veća je od čitavog atoma. Ovo se ne dešava zbog nedovoljne preciznosti naših instrumenata, već zbog načina na koji priroda funkcioniše.
Očigledno, Borov model atoma ne uzima u obzir talasnu prirodu elektrona. Početkom dvadesetog veka, međutim, razvija se kvantna mehanika, čiji je jedan od začetnika svakako i Bor. Kvantna mehanika uzima u obzir i čestičnu i talasnu prirodu objekata i predviđa njihovo ponašanje. Na atomskom nivou predviđanja kvantne mehanike značajno se razlikuju od predviđanja klasične mehanike, te kvantna mehanika dosta dobro opisuje i ponašanje višeelektronskih atoma i drugih sistema na tim veličinskim skalama. Kvantna mehanika, shodno Hajzenbergovom principu, ne govori nam gde se u nekom trenutku nalazi elektron. Ona međutim daje svoje rezultate u obliku raspodele gustine verovatnoće nalaženja elektrona u atomu. Drugim rečima, proračuni kvantne mehanike govore nam kolika je verovatnoća da se elektron u nekom trenutku nalazi u nekoj tački u prostoru. Mi stoga znamo da je, naprimer, verovatnoća da se elektron nalazi na nekom rastojanju od jezgra i manjem devedeset procenata, ali ne i gde tačno se nalazi elektron.
Ovo, naravno, daje i mnoge druge implikacije – pre svega, zbog talasne prirode, elektron više ne možemo posmatrati kao kuglicu, a isto važi i za druge čestice. Elektron nije puka čestica koja kruži oko skupine nekih drugih kuglica u jezgru atoma. Znamo da za tako male čestice ne važe isti zakoni fizike kao u svetu koji svakodnevno spoznajemo i stvari se u tom mikrosvetu ne mogu predstaviti našim uobičajenim idejama o kuglicama i drugim objektima. Međutim, uprkos tome što naizgled ne znamo dosta toga o prirodi materije, kvantna mehanika danas uspešno predviđa razne pre nje neobjašnjene pojave poput superprovodljivosti, određenih mehanizama u atomskom jezgru, osobina poluprovodnika i tako dalje…
About Marija Janković
Student Fizičkog fakulteta u Beogradu. Nekadašnja polaznica, a sada mlađi saradnik seminara fizike u Istraživačkoj stanici Petnica i jedna od urednika Viva-fizika portala. Interesovanja: prirodne nauke, informatika, fotografija, istorija i esperanto.
More Posts (55)Share and Enjoy
Ernesto Sabato: Širenje univerzuma
Sep 19th
Ernesto Sabato
Sigurno ste čuli za Ernesta Sabata, poznatog argentinskog romanopisca i esejistu. A da li ste znali da se pre bavljenja esejistikom i pisanjem romana Sabato bavio fizikom sa PhD titulom na Institutu Kiri u Parizu, Masačusetskom Institutu Tehnologije (MIT), kao i na Nacionalnom Univerzitetu u La Plati?
Da, negde do kraja Drugog svetskog rata Sabato je bio fizičar, a onda je napustio nauku i posvetio se pisanju. Neposredno nakon toga, 1945. godine, objavio je prvu zbirku eseja i u njoj esej “Širenje univerzuma” koji je u izdanju Gradac preveden kao jedan od eseja iz zbirke Pojedinac i univerzum (Čačak, 1995).
Viva fizika za vas objavljuje ovaj izuzetan esej (prevod koji je objavljen u pomenutom izdanju Gradac) i želi vam prijatno i inspirativno čitanje, nakon čega možete da nam se pridružite u diskusiji na forumu.
Širenje univerzuma
Ideja o univerzumu koji se širi začela se u raspravi holandskog astronoma V. de Zitera, objavljenoj 1917. godine, koji, dovodeći do kraja Ajnštajnovu teoriju izvlači sledeći zaključak: vreme ne teče istom brzinom na svakom mestu; kada se posmatra sa zemlje, zaostaje sve više i više, dok ne dođe u oblasti u kojima se potpuno zaustavlja. U tim dalekim predelima svemira stvari se ne događaju – one jesu. De Ziterovi zaključci izgledali su previše fantastični, a da bi odgovarali stvarnosti (kao da stvarnost ima obavezu da bude dosadna). Postojao je, međutim, način da se teorija proveri: ako vreme protiče sporije, klatno na satu moraće sporije da se klati; nema mogućnosti da se časovnici sa klatnom postave od Zemlje pa sve do granica našeg univerzuma, ali nema ni potrebe: atomi koje sadržisvaka zvezda osciluju kao časovnici i boja svetlosti koju isisjavaju jeste izraz te brzine, kao što ton muzičke note predstavlja izraz frekvencije kojom vibrira žica. I kao što nota postaje niža što je broj vibracija žice u sekundi manji, boja svetlosti sve se više približava crvenom. More >
About Dušan Pavlović
Student druge godine teorijske i eksperimentalne fizike na Fizičkom fakultetu u Beogradu. Tri godine je bio polaznik seminara astronomije u Istraživačkoj stanici Petnica. U Petničkoj meteorskoj grupi se bavi fizikom meteora, između ostalog. Strastveni je ljubitelj muzike, naročito džeza, a pored toga ga interesuju još mnoge stvari -- od fotografije do filozofije.
Web | More Posts (21)Share and Enjoy
Noć istraživača 2011.
Sep 18th
U petak, 23. septembra, u Beogradu, Novom Sadu, Subotici i Zrenjaninu održava se naučno-popularna manifestacija pod nazivom Noć istraživača. Moto događaja je „Povod za pametan provod“, ulaz besplatan, a cilj je spajanje zabave i istraživanja! Istovremeno Noć istraživača održaće se u 320 evropskih gradova.
U Beogradu, niz aktivnosti: U šetnji sa naukom, Sastanak na brzaka, Naučni kafe, Dobre vibracije, Filmski festival i Evropsko ćoše, dešavaće se u Knez Mihailovoj ulici od 18h do 24h. U ostalim gradovima manifestacija je organizovana na drugačije načine, a detalje o programima možete preuzeti sa sajta www.nocistrazivaca.rs za Beograd, odnosno za Novi Sad, Suboticu i Zrenjanin.
Lep (i pametan) provod!
About Marija Janković
Student Fizičkog fakulteta u Beogradu. Nekadašnja polaznica, a sada mlađi saradnik seminara fizike u Istraživačkoj stanici Petnica i jedna od urednika Viva-fizika portala. Interesovanja: prirodne nauke, informatika, fotografija, istorija i esperanto.
More Posts (55)Share and Enjoy
Tomas Kun – Struktura naučnih revolucija
Sep 16th
Jedna od najuticajnijih knjiga iz filozofije nauke je knjiga Tomasa Kuna (inače fizičara) o strukturama naučnih revolucija (odnosno promeni paradigmi). Ovaj klasik je preveden i kod nas, ali nažalost u ugašenoj biblioteci “Sazvežđe” izdavačke kuće “Nolit”. U istoj biblioteci su izašle npr. i knjige Vernera Hajzenberga: “Fizika i metafizika” i Nilsa Bora: “Atomska fizika i ljudsko znanje”. U svakom slučaju, neko se potrudio i postavio je skenirano izdanje na internet. A ispod ga možete pročitati:
Tomas S. Kun, Struktura naučnih revolucija
About Milija Jovičić
Trenutno student Fizičkog fakulteta u Beogradu (smer teorijska i eksperimentalna fizika). Bivši polaznik IS Petnica seminara astronomije.
Web | More Posts (51)Share and Enjoy
Kerolin Porko vodi nas do Saturna [TED]
Sep 12th
U ovom, malo starijem, petnaestominutnom predavanju vođa tima zaduženog za snimanje tokom Kasini misije prikazuje nam rezultate misije tokom koje je veštačka letelica po prvi put sletela na satelit u spoljašnjem Sunčevom sistemu. Osim neverovatnih snimaka sa površine Saturnovog najvećeg satelita Titana (većeg od planete Merkur), Kerolin Porko verno i živopisno opisuje uslove na površini ovog satelita, kao i satelita Enceladus. Ona priča o reljefu, vremenu, organskim supstancama prisutnim na ova dva satelita, kao i o mogućnostima da na ovim satelitima postoji život. Dostupan je prevod na hrvatski jezik.
About Marija Janković
Student Fizičkog fakulteta u Beogradu. Nekadašnja polaznica, a sada mlađi saradnik seminara fizike u Istraživačkoj stanici Petnica i jedna od urednika Viva-fizika portala. Interesovanja: prirodne nauke, informatika, fotografija, istorija i esperanto.
More Posts (55)
