Teoria relativitatii restranse

Cea de-a patra lucrare importantă publicată de Einstein în 1905, „Asupra electrodinamicii corpurilor în mişcare”, conţinea ceea ce avea să fie cunoscută mai târziu ca Teoria relativităţii restrânse, una dintre cele mai celebre contribuţii ale sale, în care demonstrează că teoretic nu este posibil să se decidă dacă două evenimente care se petrec în locuri diferite, au loc în acelaşi moment sau nu. Ideile de bază au fost formulate de Einstein încă de când avea 16 ani (deci cu 10 ani în urmă).

Încă de la Newton, filozofii naturali (denumirea sub care erau cunoscuţi fizicienii şi chimiştii) încercaseră să înţeleagă natura materiei şi a radiaţiei, precum şi felul în care interacţionau într-o imagine unificata a lumii. Ideea că legile mecanicii sunt fundamentale era cunoscută drept concepţia mecanicistă asupra lumii, în timp ce ideea că legile electricităţii sunt fundamentale era cunoscută drept concepţia electromagnetică asupra lumii. Totuşi, nici una dintre idei nu era capabilă să ofere o explicaţie coerentă asupra felului cum radiaţia (de exemplu lumina) şi materia interactionează atunci când sunt văzute din sisteme de referinţă inerţiale diferite, adică interacţiile sunt urmărite simultan de un observator în repaus şi un observator care se mişcă cu o viteză constantă.

În primavara anului 1905, după ce a reflectat la aceste probleme timp de 10 ani, Einstein şi-a dat seama ca esenţa problemei constă nu într-o teorie a materiei, ci într-o teorie a măsurării. Esenţa acestei teorii speciale a relativităţii era constatarea că toate măsurătorile timpului şi spaţiului depind de judecăţi asupra simultaneităţii a două evenimente diferite. Aceasta l-a condus la dezvoltarea unei teorii bazate pe două postulate:

• Principiul relativităţii, care afirmă că legile fizicii sunt aceleaşi în toate sistemele de referinţă inerţiale
• Principiul invariabilităţii vitezei luminii, care arată că viteza luminii în vid este o constantă universală.

Numai viteza luminii este constantă în orice sistem de referinţă, lucru preconizat şi de teoria lui Maxwell. Tot aici apare pentru prima data celebra sa formulă:

. (Echivalenţa masă-energie)

Această ecuaţie exprimă cantitate imensă de energie ascunsă într-un corp şi care poate fi eliberată atât în procesul de fisiune cât şi în cel de fuziune nucleară, procese care stau la baza funcţionării bombei atomice.

Iată câteva din consecinţele relativităţii restrânse:^[18]

• Contracţia Lorentz sau contracţia lungimilor însoţită de dilatarea timpului: Micşorarea aparentă a dimensiunilor obiectelor care se deplasează faţă de observator cu viteze relativiste.
• Efectul Doppler: În astronomie, constă în micşorarea frecvenţei (deplasarea spre roşu) radiaţiei emise de corpurile cereşti îndepărtate ca urmare a expansiunii Universului.

• Aberaţia luminii: Imaginea unui obiect în mişcare (cu viteză apropiată de cea a luminii) apare comprimată asemeni unui con cu vârful indicând sensul deplasării
• Masa nu mai este constantă şi nici timpul nu se mai scurge cu aceeaşi viteză, mai ales la viteze foarte mari.

Teoria relativităţii restrânse aduce o explicaţie clară celebrului experiment Michelson-Morley (1887) putând fi considerat chiar o generalizare a rezultatelor acestuia.

Einstein a fost primul care a unit mecanica clasică cu electrodinamica lui Maxwell. Elaborând teoria relativităţii restrânse, Einstein a spart tiparele unor concepţii geniale, clădite cu peste două secole în urmă, de către Isaac Newton în a sa Philosophiae naturalis principia mathematica (1686), dovedind o intuiţie şi un curaj exemplar. Prin aceasta a fost capabil să ofere o descriere consistentă şi corectă a evenimentelor fizice din diverse sisteme de referinţă inerţiale fără a face presupuneri speciale cu privire la natura materiei sau a radiaţiei, sau a felului cum ele interacţionează.

Sunetul

Sunetul s-a integrat in viata noastra cotidiana incat rareori suntem constienti de toate functiile sale.El ne ofera momente de distractie cand a ascultam o simfonie sau cantecul pasarilor;ne permite sa comunicam cu familia si prietenii nostrii prin intermediul vorbirii.Tot sunetul ne avertizeaza de apropierea unui automobil,ne atrge atentia atunci cand suna telefonul sau bate cineva la usa sau cand suna sirena unui vapor.

I.Sunetele.

Din mediul ambiant omul vede doar 7 culori dar spectrul luminii este mult mai complex.Urechea umana percepe sunetele cu frecventa situata intre 16-20000 vibratii/s sau hertzi,in timp ce gama acoperita de un pian de la tonul cel mai grav pana la tonul cel mai ridicat este de la 27,5Hz-4186Hz.Sunetul se propaga sub forma de unde elastice numai in substante(gaze lichide si solide) dar nu se propaga in vid.El se propaga cu 331m/s in aer.Caracteristicile lui sunt:

-a)inaltimea(exprimata in frecventa vibratiei);

-b)intensitatea(exprimata in energia vibratiei); 54942jet15vhx4c

II.Infrasunetele.

Infrasunetele sunt oscilatii sonore de frecvente foarte joase,situate sub 16Hz,deci urechea umana nu le aude.Fiintele marine,cum ar fi pestii,meduzele aud infrasunetele si simt aparitia furtunilor si uraganelor care coboara si sub frecventa de 16Hz.Oamenii nu sesizeaza in mod direct prezenta infrasunetelor dar unele modificari ale starilor fizico-pshice confirma ca si organismele umane sunt totusi influentate.O recenta ipoteza lansata de savanti incearca sa dea o explicatie absolut stiintifica unor „misterioase” accidente si catastrofe.De-a lungul timpului au fost gasite pe diferite mari nave abandonate sau avand la bordul lor cadavre ale caror fete purtau expresia durerii si a groazei.Conform ipotezei amintite in timpul furtunilor sunt emise infrasunete care se propaga cu viteza sunetului,ajungand la mari departari cu mult inaintea furtunii propriu-zise,astfel incat in ciuda vremii bune se pot resimtii efectele lor.Masuratorile efectuate arata ca infrasunetele provocate de furtuni pe mari si oceane au o frecventa medie de 6Hz.S-a constatat ca infrasunetele de intensitati mari,la frecventa de 7Hz pot traumatiza grav sistemul nervos,sistemul circulator,provocand chiar moartea.Astfel s-ar putea gasi o explicatie pentru catastrofele misterioase care au avut loc pe diferite mari si oceane.

Tot pe seama actiunii infrasunetelor cercetatorii explica si senzationala distrugere a unei paduri siberiene in 1908,prin explozia in atmosfera a unui meteorit.Astazi infrasunetele pot fi produse de unele tipuri de turbine,avioane turboreactoare cum ar fi avionul Concorde.

Asa cum nu pecepe vibratiile de frecvente foarte joase(infrasunetele),urechea umana nu le percepe nici pe cele de frecvente foarte inalte(ultrasunetele). eh942j4515vhhx

III.Ultrasunetele.

Ultrasunetele sunt vibratii sonore situate intre 20000-1000000Hz.Unele fiinte cum ar fi liliacul percepe si ultrasunetele.Ele se propaga ca si sunetele sub forma de unde elastice,mai greu prin aer decat prin lichide sau solide,avand o lungime de unda mai mica decat sunetele.

Ultrasunetele pot fi produse prin mijloace mecanice(generatorul Hartman),mijloace electromagnetice,sau mijloace termice.Efectele ultrasunetele diferitelor stari de agregare a materiei si asupra organismelor vii sunt variate:unele fiind utile altele fiind daunatoare.Dintre aplicatiile utile face parte sondajul submarin pe baza de ultrasunete utilizat pentru a stabili adancimea apei sau pentru detectarea unor vase esuate in adancul marilor.O alta aplicatie o constituie defectoscopia cu ultrasunete,care permite punerea in evidenta a unor defecte in elementele de beton armat sau in organele de masini,fara a produce nici cele mai mici deteriorari suplimentare ale acestor piese.

Ultrasunetele sunt utilizate la distrugerea unor bacterii sau virusuri ale unor boli contagioase cum sunt bacilul tuberculozei,virusul gripei,insa ultrasunetele au si multe efecte nocive asupra omului atunci cand acesta se afla in imediata apropiere a sursei.Dr.Williams,cercetator la Departamentul de Biofizica al Universitatii Manchester(M.B.)facand experiente pe animale apoi pe oameni,considera ca terapia cu ultrasunete poate dezintegra globulele rosii din sange si afecteaza chiar globulele albe.In cazul folosirii ultrasunetelor pentru stabilirea unui diagnostic intensitatea lor este mult mai redusa dar totusi reclama prudenta.

O alta aplicatie utila este si realizarea unui bisturiu cu ultrasunete.Societatea olandeza A.H.S. a fabricat un bisturiu cu ultrasunete numit D.X.-101 utilizabil cu bune rezultate in neurochirurgie.

Zgomotul si efectele sale nocive

In conditiile civilizatiei contemporane,omul traieste intr-o continua ambianta sonora.Pretutindeni el este insotit neincetat de un cortegiu de sunete si zgomote de cele mai diferite intensitati avand efecte mai mult sau mai putin agresive asupra confortului si chiar asupra sanatatii sale.

Zgomotul poate fi definit ca vibratii sonore fara caracter periodic care se propaga prin diverse medii(aer,apa,etc.) si care impresioneaza negativ urechea omeneasca.

Dupa -Larousse – zgomotul constitue un asmblu de sunete fara armonie.Fizicienii definesc zgomotul ca o suprapunere dezordonata cu frecvente si intensitati diferite, iar fiziologii considera zgomotul ,orice sunet suparator care produce o senzatie dezagreabila.

Caracteristicile fizice sau obiective ale zgomotului privesc taria sau intensitatea,durata si frecventa.

Intensitatea este caracterul cel mai important care depinde de trasaturile sursei,de distanta si posibilitatile de transmitere sau multiplicare.Ea se masoara in decibeli sau foni.Decibelul(d.B.)este o marime fizica si reprezinta unitatea logaritmica calculata pornind de la pragul absolut de audibilitate 0 d.B. pentru un sunet de 1000Hz.Fonul este unitatea de masura fiziologica de perceptie de catre urechea umana a celei mai slabe excitatii sonore.S-a admis ca cifra 80 pe scara de decibeli sau pe scara de foni reprezinta pragul la care intensitatea sunetului devine nociva.

Durata reprezinta timpul cat excitantul sonor(zgomotul)actioneaza asupra analizatorului auditiv.Efectul nociv al zgomotului este direct proportional cu durata acestuia iar peste anumite limite de suportabilitate se ajunge la o pshihoza periculoasa.S-a observat ca daca zgomotul intens actioneaza un anumit timp asupra urechii drepte iar apoi asupra celei stangi,persoana respectiva are senzatia ca zgomotul este mult mai intens decat cel pe care il auzea anterior cu urechea dreapta.In acest caz se poate spune ca urechea dreapta s-a adaptat la zgomot.

Frecventa reprezinta numarul de vibratii acustice intr-o secunda si se masoara in numar de perioade pe secunde sau Hz.In banda de frecvente 1000-5000Hz in care urechea are sensibilitatea cea mai ridicata,inaltimea este direct proportionala cu frecventa.Sunetele joase cuprind gama de frecvente cuprinse intre 30-400Hz;cele mijlocii 400-1000Hz iar cele inalte peste 100Hz.

Nivelul zgomotului se masoara tinandu-se seama atat de intensitatea,cat si de frecventa sunetelor care-l compun.Aceste insusiri confera zgomotului potente nocive,indiferent de preferinte si de starea psihica a individului.

Zgomotul poate prosuce la nivelul organului auditiv fenomenul de oboseala auditiva,traumatism sonor si surditate profesionala.

1)Oboseala auditiva este caracterizata printr-o scadere temporara a pragului perceptiei auditive;ea se accentueaza in cazul maririi intensitatiim,frecventei si timpului de expunere a zgomot.Astfel un zgomot cu intensitate de peste 92d.B. si cu ofrecventa cuprinsa intre 500-800Hz produce dupa 60 de minute de expunere o scadere temporara a auditiei.

2)Traumatismul sonor produs brusc de zgomotul puternic chiar pentru un timp foarte scurt poate cauza ruptura timpanului.Astfel de situatii se intampla in cazul unor explozii,impuscaturi,eruptii intense de gaze din recimpiente sub presiune.Dupa vindecarea leziunii poate persista surditatea pentru sunete cu frecvente de peste 9000Hz.

3)Surditatea profesionala se datoreaza efectuarii anumitor activitati expuse in mod deosebit la zgomot.Surditatea datorata zgomotelor se caracterizeaza printr-o pierdere definitiva si ireversibila a auditiei.

Surse de poluare sonora

Sursele de poluare sonora sunt foarte numeroase si diferite.Acestea sunt:

a)circulatia sau transporturile

b)industria

c)constructiile si montajele

d)comertul

e)copiii in terenurile de joaca(tipetele lor inregistrand 70-80d.B.

f)terenurile sportive si stadioanele(zgomotele provenite din acestea fiind de peste 100d.B.

g)animalele(cainii,pisicile,pasarile)pot tulbura linistea mai ales noaptea.

Latratul unui caine inregistreaza intensitati sonore de 70-80d.B.

Masurile de combatere a zgomotului se impun ca o necesitate de prim ordin si ele sunt foarte numeroase.Astfel pentru diminuarea zgomotului produs de traficul rutier,perdelele forestiere constituite din arbori si arbusti au capacitatea de a reduce zgomotul cu circa 10d.B.

Fizica cuantica

Notiunea de cuantica a fost impusa de catre savantul Herbert Planck (Premiul Nobel in 1918). Dezvoltarea bazelor fizicii cuantice a fost realizata de Albert Einstein, incepand cu teoriile privind relativitatea speciala si cea generala (premiul Nobel in 1921, dar nu pentru aceasta teorie, ci pentru lucrarile privind efectul fotovoltaic). Punctul culminant al fizicii cuantice moderne a fost structurarea celor doua electrodinamici: “electrodinamica cuantica” – pentru care Julian Schwinger, Shinichiro Tomonaga si Richard Feynman au luat premiul Nobel in 1965 si “cromodinamica cuantica” – noua teorie a interactiunilor tari.

Cele doua teorii au condus la cea mai impresionanta constructie a fizicii din toate timpurile – modelul standard, al carui subiect “fierbinte” l-a constituit unificarea fortelor fundamentale din natura. Concluzia cercetarilor a fost foarte clara: toate cele patru forte sunt de fapt “fatete”, forme ale unei singure forte! Iar de aici pana la relationarea fizicii cuantice cu experientele misticilor orientali si occidentali nu a mai fost decat un pas.

Teoria cuantica porneste de la cateva idei esentialeNotiunea de cuantica a fost impusa de catre savantul Herbert Planck (Premiul Nobel in 1918). Dezvoltarea bazelor fizicii cuantice a fost realizata de Albert Einstein, incepand cu teoriile privind relativitatea speciala si cea generala (premiul Nobel in 1921, dar nu pentru aceasta teorie, ci pentru lucrarile privind efectul fotovoltaic). Punctul culminant al fizicii cuantice moderne a fost structurarea celor doua electrodinamici: “electrodinamica cuantica” – pentru care Julian Schwinger, Shinichiro Tomonaga si Richard Feynman au luat premiul Nobel in 1965 si “cromodinamica cuantica” – noua teorie a interactiunilor tari.

Cele doua teorii au condus la cea mai impresionanta constructie a fizicii din toate timpurile – modelul standard, al carui subiect “fierbinte” l-a constituit unificarea fortelor fundamentale din natura. Concluzia cercetarilor a fost foarte clara: toate cele patru forte sunt de fapt “fatete”, forme ale unei singure forte! Iar de aici pana la relationarea fizicii cuantice cu experientele misticilor orientali si occidentali nu a mai fost decat un pas.

Teoria cuantica porneste de la cateva idei esentiale, pe care le vom prezenta pe scurt:

1. In primul rand, fizica cuantica considera ca toate sistemele materiale poseda o caracteristica principala: dualitatea unda-particula. Astfel, electronii – care in fizica clasica, newtoniana actionau ca particule, pot in conditii speciale sa se comporte ca unde, respectand legile electromagneticii si nu cele ale mecanicii.

2. Toate actiunile care au loc in fizica pot fi masurate, iar cele mai mici unitati energetice, care nu mai pot fi subdivizate sunt “cuantele” (de aici si denumirea de fizica cuantica). De exemplu, un atom poate face un salt de la o stare la alta, fara a trece prin stadiile intermediare, cu emisia unei cantitati cuantice de energie luminoasa. Cand particulele interactioneaza, este ca si cum ele ar fi conectate prin legaturi invizibile la un intreg. Pe scara larga, aceste conexiuni invizibile sunt atat de multe incat analiza lor devine probabilista.

3. In al treilea rand, exista o proprietate stranie de “ne-localizare” cuantica. Aceasta inseamna ca particule aflate la distante microscopice unele de altele (de ex. mii de kilometri) pot sa interactioneze unele cu altele intr-un mod ciudat, ca si cum ar fi inter-conectate, insa legatura dintre ele este necunoscuta. Este ca si cum ar exista un “intreg” care coordoneaza prin metode necunoscute fiecare particica din Univers. Bohr si Heisenberg au dezvoltat aceasta idee, demonstrand ca nu se pot face observatii obiective, intrucat observatorul, prin actiunea sa de observare, modifica starea cuantica a sistemului observat. Aplicata la un caz concret, inseamna ca simpla indreptare a atentiei catre o floare modifica la nivel cuantic starea acelei flori!

In fizica cuantica, nu intensitatea unui camp energetic cuantic conteaza, ci forma, structura sa. Astfel, chiar si cel mai infinitezimal camp cuantic poate afecta o particula, modificandu-i starea. Nu intensitatea conteaza in noua fizica, ci existenta sau inexistenta acelui camp cuantic. O forta nu trebuie neaparat sa fie activa, ea poate exista si ca potential, acest potential fiind esential pentru fizica cuantica.

O alta descoperire importanta, apartinand lui Einstein este de-acum cunoscuta lege E=mc²; aceasta lege arata ca masa nu este decat energie aflata in repaus. Teoria relativitatii demonstreaza ca masa unei particule, a unui obiect sau fiinte nu are nimic de a face cu substanta (precum era in fizica clasica), masa nefiind altceva decat o forma de energie. Si cum energia este o marime dinamica asociata activitatii si proceselor de transformare, aceasta dovedeste ca particula nu poate fi gandita ca un obiect static, ci ca o entitate dinamica, deci ca un proces care implica energie.

Crearea particulelor din energie pura reprezinta fara indoiala un rezultat spectaculos al fizicii relativiste. Ulterior, teoria cuantica a demolat conceptele clasice de corp solid si lege strict determinista, la nivel subatomic corpurile materiale solide ale fizicii clasice newtoniene prezentandu-se ca unde de probabilitate, iar acestea se refera la probabilitatea interactiunilor.

In urma dialogurilor cu maestrul spiritual Jiddu Krishnamurti, David Bohm si-a indreptat atentia spre realizarea unei intalniri intre spiritualitate si fizica. Astfel a luat nastere notiunea de “ordine implicita” (in engl. implicate order), care sta la baza teoriei cuantice a lui Bohm. Trasatura esentiala a acestei idei este ca intreg Universul este intr-un anume fel “invelit”, continut in fiecare particica a sa si ca fiecare parte este de fapt o condensare a intregului Univers.

Ordinea universala se dezvaluie, devine “explicita”, insa pana acum cercetatorii nu au reusit sa descopere decat o mica parte din legile acestei ordini implicite a Universului.

Bohm este unul dintre primii fizicieni cuantici care au sugerat si ulterior demonstrat existenta unor dimensiuni multiple, dincolo de planul fizic sau energetic. El clasifica aceste planuri/dimensiuni ale universului in functie de “subtilitatea” lor: planul fizic este un plan mai grosier, mai “dens”, pe cand planul mintii este mult mai subtil; dincolo de minte, planul constiintei are caracteristici care abia acum se dezvaluie: “chiar si planul mental devine un plan fizic daca ne indreptam spre o directie mai subtila”

Realitatea multidimensionala este descrisa de Bohm prin analogia cu fotografia holografica: universul holografic este compus dintr-o infinitate de dimensiuni, care exista simultan; aceste dimensiuni sunt structuri similare cu intregul, cu Universul. Daca am putea privi separat o dimensiune, ea ar arata exact ca intregul: este ca si cum am rupe o bucata dintr-o holograma: ea ar contine toata imaginea continuta de holograma initiala. La fel este si universul holografic: orice dimensiune a sa are aceleasi caracteristici ca intregul, ca universul.