القوانين الفيزيائية بالأرقام - كميات صغيرة

كثيرون على دراية بحقيقة أن تأثير بعض قوانين الفيزياء على عالمنا ، الذي يقع عند مفترق طرق العالم المجهرية من الجسيمات الأولية ، وعالم النجوم والمجرات ، يمكن أن يكون صغيرًا جدًا ، ولكن لا يعلم الجميع كم. لقد جمعت هنا عدة أمثلة تُظهر مدى ضآلة تأثيرها علينا.

الميكانيكا الكلاسيكية

المثال الأكثر شهرة هنا هو قانون الجاذبية الكونية ، نشعر بالجاذبية للأرض فقط لأن وزنها هائل. وبأي قوة يجذب شخصان بعضهما البعض؟ خذ على سبيل المثال شخصين بوزن 70 كجم والمسافة بينهما - لمتر واحد ، تكون النتيجة قوة 33.3 ميكروغرام ، أو بدقة أكبر - 3.33 × 10 ^-8 كيلوغرام من القوى (كجم). كانت القيمة الصغيرة لهذه القوة هي سبب القياس غير الدقيق للغاية (بمعايير الفيزياء) لثابت الجاذبية G:



لا يزال بإمكانك حساب "السرعة الكونية الأولى" لجسم الإنسان ، إذا كنت تأخذ 30 سم لـ "نصف القطر" ، ستكون السرعة 0.125 مم / ثانية ، وبالنسبة للسرعة الكونية الثانية - 0.176 مم / ثانية ، على التوالي ، لا يزال من الممكن قياس هذه السرعات في الفضاء - ولكن في الواقع ، تأثير الأرض والأجسام الثقيلة الأخرى بالقرب منك. وكذلك ضغط الضوء والرياح الشمسية يهدد بتدمير التجربة بأكملها.

تذكر القول ، "أعطني نقطة ارتكاز ، وسأدير الأرض"؟ سنحاول حساب ما هو مطلوب لذلك:

حتى لو لم نأخذ في الاعتبار تأثيرات الجيروسكوب من دوران الأرض (والتي لن تسمح لها "بدفعها" من الاتجاه الحالي للدوران) ، فإن الكرة التي تبلغ كتلتها 5.97 × 10 ²⁴ كجم ونصف قطرها 6371 كم لها زخم زاوي عند 9.69 × 10 ³⁷كجم × متر مربع ، مع الأخذ في الاعتبار المعامل بلا أبعاد ، والذي بالنسبة إلى الكرة 0.4 ، وبالنسبة للأرض يكون 0.335 (تؤثر الكثافة غير المستوية ، ولكنها لا تنمو خطيًا - على الأقل هناك قفزة واحدة في الكثافة و "متعرجة" أخرى والتي تعقيد الحسابات) ، والنتيجة هي قيمة 8.12 × 10 ³⁷ كجم × متر مربع.

الطاقة التي طورها الشخص على مدى فترة طويلة من الزمن ، وفقًا للتقديرات التقريبية ، هي 100 واط (مع مراعاة كفاءة 20-30 ٪). إذا أخذنا متوسط ​​العمر المتوقع للشخص 80 عامًا ووقت اليقظة 16 ساعة ، فسوف نحصل على إجمالي طاقة تم إطلاقها تبلغ 1،683 × 10 ¹¹ ج. السرعة الزاوية النهائية من هذا العمل ستكون: 2.04 × 10 ^-17راديان / ثانية ، وسيسمح لك بـ "قلب الأرض" (تدويرها 180 درجة) للوقت "فقط" في 248 مليون سنة. حسنًا ، سيقدر أحفادك البعيدين "Sisyphean Labour").

تأثيرات نظرية النسبية عند

الذهاب إلى مدار الأرض (على سبيل المثال ، خذ ISS - 7.66 كم / ثانية ، في الوقت الحالي لا يوجد شيء آخر نأخذه) ، نحصل على تمدد زمني بسبب السرعة المطورة 3.26 × ^10-10 ٪ ، والتي ستؤدي مدة الرحلة لمدة عام واحد إلى تباطؤ 0.0103 ثانية.

لكن هذا ليس سوى واحد من عدة تأثيرات ، والآخر - "تسارع" الوقت من الخروج من "بئر الجاذبية" للأرض (تأثير تمدد الزمن الثقالي) يفقد بعض قوته. القيمة الإجمالية لهذا التأثير هي 0.0219 ثانية في السنة ، ومجموع آخر اثنين يبدو كما يلي:



لا يستطيع الشخص ملاحظة هذه التأثيرات ، ولكن التنقل وقياس الوقت باستخدام الساعة الذرية يمثل بالفعل مشكلة كبيرة ، حيث يمكن أن تكون دقته الداخلية أكبر من تلك التأثيرات. وتستخدم هذه التصحيحات بالفعل في أنظمة الملاحة بالأقمار الصناعية GPS و Glonas ، وكلها قيد الإنشاء حاليًا أيضًا.

وفقًا لتلسكوب COBE ، فإن سرعتنا بالنسبة إلى CMB هي 627 ± 22 كم / ثانية. وهذا يعطي تمددًا زمنيًا بنسبة 2.18 × 10 ^-7 ٪ ، أو 0.069 ثانية في السنة من هذا التأثير ، وهو ليس كثيرًا ، ولكن خلال وجود الأرض (4.5672 ± 0.0006 مليار سنة) ، كان يجب أن "يسلب" الساعة بحوالي 3650 سنة.

هذا يؤدي إلى تأثير آخر مثير للاهتمام - كما كتبت، حركتنا في الفضاء معقدة نوعًا ما ، فلنأخذ أحد مكوناتها - دوران الأرض حول الشمس ، سرعتها ثابتة تقريبًا ، واتجاهها يتغير طوال الوقت ، ومرتين في السنة لديها اتجاهات معاكسة مباشرة.

دعونا نحسب تأثير عنصر الحركة هذا: بالنسبة للأرض ، تبلغ السرعة المدارية حوالي 29.78 كم / ثانية² ، مما يؤدي إلى حقيقة أن سرعة حركتنا بالنسبة إلى CMB تختلف في نطاق 600-650 كم / ثانية (تقريبًا). يؤدي الفرق بين هذه السرعات إلى حقيقة أن الوقت مع فترة ستة أشهر إما يتسارع أو يبطئ ، على الرغم من أن هذه الاختلافات أكثر دقة - 3.21 × 10 ^-8 ٪ في المجموع.



كما أثبت ألبرت أينشتاين - كل شيء في هذا العالم نسبي).

إن سرعة الضوء - من الناحية الفلكية هي بطيئة إلى حد ما - يستغرق الأمر ما يقرب من 100000 عام لعبور حزمة درب التبانة الضوئية ، والتي تسمح للفلكيين "بالنظر إلى الماضي" مباشرةً. لكن في Merck ، الواقع الأرضي ، إنه ضخم - لنقل الإشارة بين الترانزستورات الفردية في المعالج الحديث يتطلب حوالي 10 مرات ^-16ثواني. ولكن لكي ينتقل الضوء من نقطة واحدة على الأرض إلى الاتجاه المعاكس ، يتحرك على طول السطح (باستخدام خطوط اتصال الألياف البصرية عبر المحيط الأطلسي ، على سبيل المثال) ، يستغرق الأمر 33 مللي ثانية (في الواقع ، سيكون هذا الرقم حوالي 50 ، لأن هذه الكابلات لا يتم وضعها "مباشرة" ، والكابلات الضوئية الحديثة مصنوعة من الزجاج ، حيث ينتقل الضوء أبطأ بكثير من الفراغ). ولكن بالنسبة للتواصل عبر السواتل المستقرة بالنسبة إلى الأرض ، بدأ الشخص يشعر بهذه القيمة بالفعل - فبدون تأخيرات في المعدات نفسها ، تبلغ 239 مللي ثانية. لم يتحرك الأشخاص في الوقت الحالي أكثر من 1.3 ثانية ضوئية من الأرض (مدار منخفض للقمر).

التأثيرات الكمية

ضغط الضوء - بالنسبة لأشعة الشمس في مدار الأرض (1368 واط / متر و sup2) ، 9.08 × 10 ^-6بنسلفانيا الضغط الجوي العادي على الأرض ، للمقارنة ، هو 325 325 باسكال. لذلك ، قم ببناء يخت فضاء باستخدام شراع شمسي - حاول تقليل وزن الشراع قدر الإمكان ، وإلا فإنك تخاطر بعدم الوصول إليه في أي مكان. حجم هذا الترتيب هو ضغط "الغلاف الجوي" على القمر ، ويتراوح من 10 ^-7 باسكال خلال النهار ، إلى ^10-10 باسكال في الليل.

وربما يكون "الفائز" من بين التأثيرات الفيزيائية ، في عدم أهمية القوى المنتجة هو تأثير Casimir (الضغط الناتج عن التقلبات الكمومية للفراغ). حجمه في المقياس الذي يتعامل معه الشخص لا يمكن مقارنته إلا بتأثير الثابت الكوني. هذا يرجع إلى حقيقة أن قيمته تعتمد على الدرجة الرابعة للمسافة بين اللوحات:



ستكون قيمته لمرآتين 10 × 10 سم على مسافة 10 سم بينهما 8.169 × 10 ^-16 نانوجرام (أو 8.169 × 10 ^-28 كجم / ق). ومع ذلك ، في مقاييس الذرات الفردية ، يصبح الضغط الناتج عنها قابلاً للمقارنة مع الضغط الجوي.

الفيزياء النووية

يتغير بشكل كبير نصف العمر - الوقت الذي يتحلل فيه نصف مادة و "يتحول" إلى مادة أخرى (أو إلى نظير آخر من نفس المادة). بالنسبة للنظائر المختلفة ، فإنه يختلف من نانو ثانية (الوقت الذي ينتقل فيه الضوء حتى جزء من المتر) إلى مليارات السنين. وهذا يؤدي إلى حقيقة أنه لا يمكن حتى الكشف عن اضمحلال هذه الجسيمات على مسرعات مثل LHCs ، واكتشاف الجسيم معروف من إحصاءات تسجيل "الشظايا" التي كان ينبغي تشكيلها من هذا الجسيم بالتحديد.

بالنسبة للجسيمات ذات القيمة المتوسطة ، يمكن استخدام التريتيوم ، والذي يستخدم في سلاسل / ساعات رئيسية مختلفة:



يتم استخدامه بسبب التفاعل مع تكوين جزيئات بيتا غير الخطرة في حالة مختومة ، ونصف عمر 12.32 سنة ، مما يعني أنه من خلال هذا سوف ينخفض ​​لمعان هذا المصدر مرتين مع مرور الوقت ، في حين أن كيلوغرامًا من التريتيوم ومنتجات التحلل الناتجة عن هذا التفاعل "تشعر بتحسن" بمقدار 6.6 نانوجرام.

إذا أخذنا نظائر أكثر استقرارًا ، مثل الثوريوم 232 ، فإن نصف عمره يقترب من وقت وجود الكون ، لذلك إذا كنت ترغب في متابعة انحلاله ، قم بتخزين صبر الفشار . ومع ذلك ، لإصلاح حقيقة انحلالها ، لا يلزم مثل هذه الفترات الزمنية - 1 كجم من هذا النظير يحتوي على 2.6 × 10 ²⁴الجسيمات ، و 5.8 مليون انحلال الجسيمات في الثانية تحدث فيه (بمرور الوقت ، هذا العدد ، بالطبع ، ينخفض).

النيوترينوات هي جسيمات خلقت مشاكل كبيرة للفيزيائيين النوويين في النصف الأول من القرن العشرين ، وثقة هشة في قانون الحفاظ على الطاقة ، الذي "حملته" هذه الجسيمات مع نفسها. إذا قللت طبقة المياه التي يبلغ طولها مترًا من عدد أشعة جاما التي تمر عبرها 47 مرة ، فعندئذ من النيوترينو ، ستتوقف نفس طبقة الماء عن 10 ^-16 ٪ من الجسيمات. كان التفاعل الضعيف للنيوترينوات مع المادة هو السبب في أنه يمكنهم تسجيل وجودها بشكل موثوق فقط في عام 1956 ، وتحديد وجود كتلتها في عام 2013 ، والتي حصل عليها مكتشفو هذه الحقيقة هذا العام على جائزة نوبل.

ملاحظة: لا تدعي القائمة أنها كاملة ولا تحتوي إلا على ما حدث لعبدك المتواضع). إذا كان لدى شخص أفكار للتكملة ، فسوف أستمع بسرور وحساب واستكمال المقالة.

Source: https://habr.com/ru/post/ar386719/