Portál:Fyzika/Odporúčané články/Univerzálne

2006 - 2007 - 2008 - 2009 - 2010 - Univerzálne

Univerzálne odporúčané články

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53

1

Youngov modul alebo aj modul pružnosti v ťahu je číslo, ktoré charakterizuje správanie materiálu zaťaženého ťahovým napätím. Čím je Youngov modul vyšší tým treba väčšie napätie (pri rovnakom priereze väčšiu silu) na dosiahnutie rovnakej deformácie (predĺženia).

Youngov modul vystupuje ako konštanta v Hookovom zákone. Označuje sa písmenom E a udáva sa v jednotkách napätia - v pascaloch [Pa]. Pre jeho vysoké hodnoty je praktickejšie používať násobnú jednotku gigapascal [GPa]. Modul je pre daný materiál závislý od teploty, s narastajúcou teplotou môže klesať. Je pomenovaný po Thomasovi Youngovi, britskom fyzikovi, lekárovi a Egyptológovi.

Experimentálne určovanie

Modul je definovaný priamo z Hookovho zákona ako pomer napätia v ťahu a pomernej deformácie v oblasti malých napätí.

$E={\frac {\sigma }{\varepsilon }}$

• E — Youngov modul [Pa]
• σ — napätie v ťahu [Pa]
• ε — pomerné predĺženie pod napätím [-]

Experimentálne sa dá zmerať z ťahového diagramu - závislosti napätia od predĺženia. Je úmerný smernici (tangens uhla sklonu) lineárnej časti krivky od nulového napätia po medzu proporcionality.

2

Povrchové napätie je sila na rozhraní kvapaliny a plynu, dvoch kvapalín, ktoré sa nemiešajú, a niekedy aj kvapaliny a tuhej látky, ktorá pôsobí v povrchu kvapaliny kolmo na jednotku dĺžky. Meria sa ako plošná hustota energie povrchovej vrstvy kvapaliny. Jeho jednotkou je N/m. Povrchové napätie je aj názov zodpovedajúceho javu.

Povrchové napätie spôsobuje, že sa povrchová vrstva správa ako elastická blana. Tento jav umožňuje hmyzu (ako je napríklad vodný pavúk) pohybovať sa po povrchu vody a spôsobuje aj kapilárne javy. Medzipovrchové napätie je meno pre rovnaký jav, ktorý prebieha medzi dvoma kvapalinami.

Príčina povrchového napätia

Povrchové napätie je spôsobené priťahovaním medzi molekulami kvapaliny rôznymi medzimolekulárnymi silami. Vnútri kvapalnej fázy je každá molekula priťahovaná rovnako všetkými smermi, suma týchto síl je rovná nule. Na povrchu sú molekuly priťahované dovnútra ďalšími molekulami, ale nie sú priťahované rovnakou silou molekulami susediacej fázy (či už je to vákuum, vzduch alebo iná kvapalina). V dôsledku toho sú všetky molekuly na povrchu kvapaliny sústavne vťahované dovnútra fázy, pričom táto sila je vyvážená odporom kvapaliny voči kompresii. Kvapalná fáza sa teda sama stláča, až kým nadobudne najmenší možný povrch.

Iný spôsob vyjadrenia povrchového napätia je, že každá molekula kvapaliny, ktorá je v kontakte so susednou molekulou je na nižšej energetickej úrovni ako keby nebola v kontakte so susednou molekulou. Molekuly vo vnútri fázy majú toľko susedných molekúl, ako je možné mať. Molekuly na povrchu však majú menej susediacich molekúl, s ktorými by boli v kontakte a sú preto na vyššej energetickej úrovni. Aby kvapalina dosiahla čo najnižšiu energetickú úroveň, musí zmenšiť svoj povrch.

3

Seebeckov jav (alebo tiež termoelektrický jav) je priamou premenou rozdielu teplôt na elektrické napätie. Peltierov jav a Seebeckov jav sú vlastne opaky seba navzájom. Medzi súvisiace javy patrí Thomsonov jav a ohrev Jouleovým teplom. Peltier-Seebeckov jav, a Thomsonov jav sú vratné, ohrev jouleovým teplom nemôže být vratným procesom podľa zákonov termodynamiky.

Tento jav bol po prvýkrát objavený v roku 1821 nemeckým fyzikom Thomasom Seebeckom, ktorý zistil, že existuje elektrické napätie medzi dvoma koncami kovovej tyče, pokiaľ medzi týmito koncamii existuje teplotný rozdiel – gradient ΔT.

Zistil tiež, že kompasová strelka je odklonená ak je umiestnená v uzatvorenej slučke tvorenej z dvoch rôznych kovov s teplotným rozdielom medzi spojmi. Je to z dôvodu rozdielnej odozvy kovov na teplotné rozdiely v prúdovej slučke, ktorá spôsobuje vznik magnetického poľa.

Jav je je teda vznik napätia, ktorý nastáva pri teplotných rozdieloch medzi dvoma rozdielnymi kovami alebo polovodičami. To spôsobuje nepretržité prúdenie elektrónov, pokiaľ vodiče tvoria uzatvorený obvod. Vzniknuté napätie je rádovo niekoľko mikrovoltov na stupeň Celzia.

V nasledujúcom obvode môže býť merané napätie U nižšie uvedeným vzorcom.

$U=\int _{T_{1}}^{T_{2}}\left(S_{\mathrm {B} }(T)-S_{\mathrm {A} }(T)\right)\,dT$

4

Obr.1: Železné piliny sa usporiadajú v smere siločiar

Elektromagnetické pole je fyzikálne pole, ktoré zodpovedá miere pôsobenia elektrickej a magnetickej sily v priestore. Je zložené z dvoch navzájom prepojených polí, elektrického a magnetického. Hoci elektromagnetické pole je nekonečné, obyčajne sa uvažuje len tá jeho časť, ktorá má význam na pohyb telies v okolí nabitého telesa, ktoré pole vytvára.

Vznik poľa

Dôležité sú tri pojmy: pohyb vodiča, elektrický prúd a magnetické pole. Tu sa dá dokázať súvislosť elektrickej a magnetickej energie: elektrický prúd vyvoláva magnetické pole, vo vodiči, ktorý sa pohybuje v magnetickom poli sa indukuje napätie a vodič, cez ktorý preteká prúd sa môže pohybovať v magnetickom poli, pretože na neho pôsobí určitá sila.

Zdroje magnetického poľa, ktoré prejavuje silové účinky na niektoré látky, môže byť:

• trvalý - permanentný magnet
• elektromagnet - magnet vybudený elektrickým prúdom

Ide však o to isté magnetické pole. Magnetické pole vzniká vždy len pohybom elektrického náboja. V elektromagnete je jeho príčinou prúd, v permanentnom magnete pohyb elektrónov v atómoch, ktorý možno považovať za malý - elementárny magnet. Každý elektrón so svojou dráhou v atóme látky predstavuje elektrický prúd, čím vyvoláva magnetické pole. V nemagnetických látkach sa elektróny pohybujú neusporiadane a ich magnetické polia sa navzájom rušia, teda celý atóm je navonok magneticky neutrálny. V permanentných magnetoch sa pohybujú elektróny rovnakým zmyslom v usmernených rovinách okolo jadra atómu. Každý z nich sa stane elementárnym magnetom. Účinky sa spočítajú a celá látka sa stane zdrojom magnetického poľa. Permanentný magnet si ponecháva smer prúdenia elektrónov v atómoch, ktorý im vnútilo magnetické pole iného magnetu. Magnetické polia permanentného magnetu alebo vodiča prúdu sú teda úplne rovnakými magnetickými poľami.

5

Zmiešavacia entropia alebo entropia miešania je veličina, ktorá udáva zmenu entropie uzatvoreného systému po tom, ako došlo k zmiešaniu dvoch predtým oddelených zložiek. Tieto zložky od seba musia byť rozlíšiteľné. Ide o extenzívnu termodynamickú veličinu. Číselná hodnota tejto veličiny musí byť pozitívna - narástla neistota, pri určovaní stavu systému, môže nadobúdať viac stavov, ako predtým. Ak bol proces miešania izotermický (ideálny roztok, kde častice neinteragujú), súbor možných vektorov rýchlostí častíc sa nezmení, takže celú zmenu možno pripísať nárastu súboru možného priestorového usporiadania systému.

Budeme predpokladať, že dva rôzne podsystémy A a B, ktoré ideme miešať boli pred zmiešaním v termodynamickej rovnováhe. Ďalej budeme predpokladať tzv. ideálny roztok: častice na seba buď vôbec nepôsobia, alebo pôsobia na seba rovnako (A na A rovnako ako na B a rovnako ako B a B navzájom). Všimnime si, že v druhom prípade sa budú podsystémy osamote chovať neideálne, ale pri miešaní sa to už neprejaví, pretože si látky svoju neidealitu už priniesli so sebou (nepochádza z ich novovzniknutej interakcie po zmiešaní).

6

Sublimácia je fázová premena (zmena skupenstva) látky z pevnej látky (pevného skupenstva) priamo na plyn (plynné skupenstvo) bez predchádzajúceho topenia, teda bez prechodu cez kvapalné skupenstvo.

Rýchlosť sublimácie je tým vyššia, čím je:

• vyššia teplota zahrievanej latky,
• nižší tlak
• menšia vzdialenosť medzi zahrievanou látkou a ochladzovanou plochou

Opačný proces sa nazýva desublimácia. Pri desublimácii sa plyn mení priamo na pevnú látku bez kondenzácie.

Vlastnosti

Pri sublimácii je napätie nasýtených pár nad pevnou fázou vždy nižšie ako ich napätie nad kvapalnou fázou.

Za normálneho tlaku sublimujú napr. jód, ľad, naftalín, salmiak a pod.Pri dostatočne nízkom tlaku môže sublimovať väčšina látok. Schopnosť látky sublimovať zistíme z jej fázového diagramu. Napr. voda sublimuje pri teplotách nižších ako 0,01 °C a tlaku pod 0,61 kPa.

Oxid uhličitý je príklad chemickej zlúčeniny, ktorá sublimuje za atmosférického tlaku (suchý ľad). Sneh a vodný ľad tiež sublimuje, ale podstatne pomalšie (pri teplotách pod bodom mrazu).

Sublimácia sa využíva pri čistení chemických látok. Používa sa na oddelenie sublimujúcich látok zo zmesí s nesublimujúcími nečistotami. Výsledný produkt po ochladení a opätovnej premene na pevné skupenstvo sa nazýva sublimát.

Sublimácia sa využíva na čistenie a delenie kryštalických sublimujúcich látok od neprchavých prímesí.

7

Eugene Wigner (vľavo) a Alvin Weinberg.

Nositeľ Nobelovej ceny

Eugene Paul Wigner (pôvodne maďarsky Wigner Pál Jenő) (*17. november 1902, Budapešť – † 1. január 1995, Princeton, New Jersey) bol americký fyzik maďarského pôvodu, nositeľ Nobelovej ceny za fyziku.

Nobelovu cenu získal „za príspevky k teórii atómového jadra a elementárnych častíc, najmä za objav základných princípov symetrie a ich aplikácie v praxi.“ Vo svete fyzikov bol niekedy označovaný ako tichý génius a niektorí z jeho súčasníkov ho prirovnávali k Einsteinovi.

Wigner bol jedným z tých fyzikov, ktorí v 20-rokoch minulého storočia prerobil fyziku. Prví fyzici z tejto generácie- Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger a Paul Dirac vytvorili kvantovú mechaniku. Bol to úplne nový, oslnivý svet, ktorý však otvoril mnoho nových základných otázok. Nasledovali ich ďalší, aby tieto otázky zodpovedali a aby nastolili otázky ešte zložitejšie.

Wigner patril k druhej skupine týchto vedcov. Zaviedol pojem symetria do kvantovej mechaniky, v 30-rokoch rozšíril svoj výskum na atómové jadrá. V rokoch 1939 až 1945 táto generácia pomohla pretvoriť svet.

Wigner patril do skupiny známych maďarsko-židovských fyzikov a matematikov z Budapešti. Patrili sem Paul Erdős, Edward Teller, John von Neumann, a Leó Szilárd. Ich americkí

kolegovia ich kvôli akoby „nadpozemským“ schopnostiam prezývali „The Martians“ (Marťania). Szilárd bol najlepším priateľom Wignera v dospelosti. Neumann bol Wignerov spolužiak a radca, o ktorom neskôr Wigner napísal: „bol to najmúdrejší človek, akého som na Zemi poznal.“ E.P.Wigner bol však z nich jediný, kto získal Nobelovu cenu.

8

Silové napätie v hmote, alebo aj napäťový stav látky, je vyjadrením vnútorných silových pomerov v látke, t. j. toho ako na seba pôsobia dve vzájomne susediace časti látky.

Pretože sila, ktorou na seba pôsobia tieto dve časti, je závislá na veľkosti plochy na ktorej sa tieto časti stýkajú, sila sa vyjadruje pomocou napätia σ, čo je pomer medzi veľkosťou sily F a plochou S na ktorú táto sila pripadá:

$\sigma ={\frac {F}{S}}\$

Pozn.: Silové napätie vyjadruje iba vnútorné sily v látke, ktorým sa hovorí aj plošné sily. Okrem nich existujú aj objemové, alebo hmotové sily, ktoré pôsobia na každú časticu látky priamo (nie sprostredkovane cez susedné častice ako pri vnútorných silách) a často na veľkú vzdialenosť (gravitácia, elektromagnetizmus).

Pretože pri vnútorných silách ide o vzájomné pôsobenie na ploche, ide o klasický prípad akcie a reakcie, takže vektor plošnej sily môže mať dva navzájom opačné smery, čo závisí na tom, z ktorej strany sa na plochu pozeráme (z hľadiska ktorej časti látky). Daný stav je popísaný iba jediným napätím σ, ale výsledný smer sily je daný jednotkovým normálovým vektorom plochy ${\vec {n}}$. Táto idea sa dá jednoducho vyjadriť nasledovne:

${\vec {F}}=\sigma \,S\,{\vec {n}}\$

Obvyklá dohoda je, že pre silu, ktorá pôsobí na danú časť látky platí vonkajšia strana plochy s pohľadu danej časti. Takže normálový vektor ukazuje na ploche von z objemu vyšetrovanej časti látky.

9

Trenie je jav, ktorý vzniká pri pohybe telesa po telese. Väčšinou sa trením myslí trenie medzi pevnými telesami, trenie s kvapalnými alebo plynnými telesami sa označuje ako odpor prostredia.

Pri každom trení existuje trecia sila, ktorá pôsobí vždy proti smeru pohybu (príp. proti zmene kľudového stavu pri kľudovom trení). Mechanická práca potrebná na prekonanie trecej sily sa mení trením prevažne na teplo.

Pokojové trenie

Pokojové trenie je trenie, vznikajúce medzi telesami, ktoré sa vzhľadom k sebe nepohybujú – sú v pokoji.

Výpočet pokojovej trecej sily

$F_{t}=f_{0}.F_{n}\,$

kde

f₀ – je súčiniteľ pokojového trenia (-)

F_n – je kolmá tlaková sila medzi telesami (napr. tiaž telesa) v (N)

Pokojové trenie býva väčšie ako šmykové trenie medzi rovnakými telesami.

Súčiniteľ pokojového trenia

Súčiniteľ pokojového trenia je fyzikálna veličina, ktorá udáva pomer trecej sily a kolmej tlakovej sily pri pokojovom trení. Hodnota súčiniteľa pokojového trenia závisí na konkrétnej dvojici látok na povrchu telies, medzi ktorými je pokojové trenie.

Súčiniteľ pokojového trenia býva väčší než súčiniteľ šmykového trenia pre rovnaké telesá.

Symbol veličiny a jednotky

• Symbol: f₀
• Jednotky: bezrozmerná veličina (-)

Metódy zisťovania

• experimentálne
• výpočtom:

$f_{0}={\frac {F_{t}}{F_{n}}}\,$

kde

F_t – je pokojová trecia sila v (N)

F_n – je kolmá tlaková sila medzi telesami (napr. tiaž telesa) v (N)

10

animácia typického Newtonovho kyvadla

Newtonovo kyvadlo (tiež guľové kyvadlo, alebo Newtonova hojdačka) je fyzikálna hračka zo 60-tych rokov, v ktorom je päť rozmerovo a váhovo rovnakých (väčšinou kovových) gulí zavesených vedľa seba (dotýkajúc sa) na tenkom vlákne.

Nápad pochádza od francúzskeho fyzika Edme Mariotte (1676). Ak zodvihneme pravú krajnú guľu a necháme ju udrieť na vedľajšiu guľu, stane sa zvláštna vec, odrazí sa len krajná ľavá guľa. Ostatné (stredné gule sa nehýbu). A následne sa odrazí len krajná pravá guľa. A celé sa to opakuje dookola.

Zariadenie pracuje na základe praktickej aplikácie fyzikálnych zákonov zachovania energie a hybnosti.

Hybnosť

Jedna z krajných gúľ kyvadla je vychýlená do strany. Po jej uvoľnení dôjde k pohybu a zrážke gulí. Hybnosť je z jednej dotýkajúcej sa gule prenesená na susednú, a keďze posledná guľa nemá komu hybnosť odovzdať, dôjde k výkyvu. Ostatné gule hybnosť prijali, ale hneď aj odovzdali, preto ostali bez pohybu.

Zo Zákona sily (druhého Newtonovho zákona) vyplýva že hybnosť izolovanej sústavy zostáva v čase konštantná. Celková hybnosť v okamihu prvej zrážky je rovná m.v (m – hmotnosť pohybujúcej sa gule, v – rýchlosť pohybujúcej sa gule). Hybnosť sa prenesie v mieste dotyku gulí, posledná guľa, ktorá má rovnakú hmotnosť ako prvá získa rýchlosť v, ktorá ju odhodí do ďalšieho výkyvu.

11

Einsteinov vzťah je zákon vyjadrujúci vzťah medzi energiou $E\,\!$ a hmotnosťou $m\,\!$ telesa:

$E=m\cdot c^{2}\,\!$

kde c je rýchlosť svetla. Einsteinov vzťah má základný význam v modernej fyzike a astrofyzike; dokazuje, že hmotnosť telesa je mierou obsahu jeho energie.

Rovnica E = mc² opísaná Albertom Einsteinom v špeciálnej teórii relativity patrí medzi najslávnejšie rovnice všetkých dôb; poznajú ju aj ľudia, ktorí sa inak o vedu nezaujímajú. Táto rovnica sa stala akýmsi „maskotom vedy“, používa sa ako príklad „zložitej vedy“, čo pravdaže jej zložitosť preceňuje.

Rovnica popisuje vzťah medzi energiou a hmotnosťou:

Energia = hmotnosť · (rýchlosť svetla)²

Podľa tejto rovnice je celkové množstvo energie, ktorú možno z telesa získať, rovné hmotnosti telesa vynásobené druhou mocninou rýchlosťou svetla. V praxi však možno hmotu na energiu prevádzať obvykle len s výrazne nižšou účinnosťou, preto množstvo získanej energie nikdy nedosahuje tejto úrovne. Pri bežných spôsoboch získavania energie (napr. v jadrových elektrárňach) sa totiž na energiu nepremení všetka hmota, časť (obvykle drvivá väčšina) pôvodnej hmoty zostáva ako „odpad“. Príkladom teoreticky úplnej premeny je reakcia hmoty s antihmotou.

Ako historickú zaujímavosť je možné uviesť, že v pôvodnej podobe Einstein túto rovnicu napísal v tvare m = L / c² (pre energiu použil označenie L namiesto E).

Množstvo energie v jednom kilograme (ľubovolnej) hmoty je teda

• 89 875 517 873 681 764 J (≈ 90 PJ) alebo
• 24 965 421 632 kWh (≈ 25 TWh ≈ celková ročná spotreba elektrickej energie na Slovensku v r. 2005),
• čo odpovedá energii uvoľnenej pri výbuchu viac než 21 megaton TNT.

12

Edward Witten (* 26. august 1951 Baltimore, Maryland) je americký teoretický fyzik so zameraním na matematickú fyziku. Je profesorom na Inštitút pre pokročilé štúdie v Princetone, vedúcim výskumníkom v oblasti teórie superstrún a držiteľom najvyššieho ocenenia na poli matematiky, Fieldsovej medaily.

Výskum a výsledky

Witten v značnej miere prispel k poznatkom v teoretickej fyzike a to prácou, ktorá priniesla veľký počet vysoko matematických výsledkov. Primárne sa angažoval na poli teórie kvantového poľa a teórie strún ako aj v priľahlých oblastiach topológie a geometrie. Medzi jeho mnohé práce patrí napríklad zjednodušený dôkaz teorémy pozitívnej energie vrátane problematiky spinorov vo všeobecnej relativite, jeho práca týkajúca sa supersymetrie a Morseho teórie, jeho úvod do topologickej teórie kvantového poľa a príbuzné práce v zrkadlovej symetrii ako aj jeho práce na M-teórii.

Witten v r.1990 dostal Fieldsovu Medailu a to od Medzinárodnej matematickej únie, čím sa stal prvým fyzikom, ktorý získal toto ocenenie. Sir Michael Atiyah o Wittenovi povedal:"Hoci je celkom určite fyzik, jeho pochopenie matematiky nájde obdobu len u mála matematikov... Znova a znova prekvapil matematickú obec brilantnou aplikáciou fyzikálnych poznatkov vedúcich k novým a hlbokým matematickým teorémam... mal zásadný vplyv na súčasných matematikov. V jeho podaní sa fyzika opäť raz ukazuje ako bohatý zdroj inšpirácií a poznatkov z matematiky." Jedným takým príkladom je jeho vplyv na čistú matematiku v jeho sústave chápanie Jonesovho polynómu použijúc Chern-Simonsovu teóriu. Toto malo ďalekosiahle dopady na topológiu nízkych dimenzií a viedlo ku kvarkovým invariantom ako sú Witten-Rešetikin-Tureavove invarianty.

Witten je široko známy ako najdokonalejší fyzik svojej generácie a "jeden z najväčších žijúcich fyzikov, možno dokonca Einsteinov nástupca". V r. 1995 navrhol existenciu M-teórie na konferencii na Univerzite Južnej Kalifornie a použil ju na vysvetlenie predtým pozorovaných dualít, ktorý vyvolali nový záujem o teóriu strún nazvaný druhá superstrunová revolúcia. V súčasnosti pracuje na možných vzťahoch medzi kalibračnými teóriami a geometriou Langlandsovho programu.

13

Teoréma pozitívnej energie (všeobecne známejšia ako teória pozitívnej hmotnosti v diferenciálnej geometrii) vo všeobecnej teórii relativity udáva, že za predpokladu dominantnej energetickej podmienky, hmotnosť asymptoticky plochého časopriestoru je nenegatívna; hmotnosť je nulová len pre Minkowského časopriestor. Teoréma je porovnávacia teoréma skalárnej zakrivenosti s asymptotickými hraničnými podmienkami a zodpovedajúcim vyhlásením o geometrickej nepružnosti.

Pôvodný dôkaz o teoréme pre ADM hmotu podali Richard Schoen a Shing-Tung Yau v roku 1979 za použitia variačnej metódy. Edward Witten podal jednoduchší dôkaz v r. 1981 na základe použitia spinorov, k čomu sa inšpiroval teorémami pozitívnej energie v kontexte supergravitácie. Rozšírenie teorémy pre Bondiho hmotu poskytli Malcolm Ludvigsen a James Vickers, Gary Horowitz a Malcolm Perry, ako aj Schoen a Yau.

Gary Gibbons, Stephen Hawking, Horowitz a Perry dokázali rozšírenie teorémy na asyptotický anti-de Sitter časopriestor a na Einstein–Maxwellovu teóriu. Hmotnosť asymptoticky anti-de Sitterovho časopriestoru je nenegatívna a rovná sa vždy nule pre anti-de Sitterov časopriestor. V Einsteinovej a Maxwellovej teórii, pre časopriestor s elektrickým nábojom $Q$ a magnetickým nábojom $P$, hmotnosť časopriestoru spĺňa

$M\geq {\sqrt {Q^{2}+P^{2}}},$

s rovnosťou pre Majumdar-Papapetrouove riešenia (extrémna čierna diera).

V r. 1984 Schoen použil teorému pozitívnej hmotnosti vo svojej práci, ktorá zakončila riešenia Yamabeovho problému. Teoréma pozitívnej energie bola použitá aj Hubertom Brayom v jeho dôkaze Riemannian-Penroseho nerovnosti.

14

Teória superstrún je jednou z teórií všetkého. Teória superstrún predpokladá, že základnými stavebnými kameňmi hmoty nie sú bezrozmerné častice, ale jednorozmerné struny, ktoré vibrujú rôznymi spôsobmi, zodpovedajúcimi rôznym druhom častíc. Všetky interakcie sa redukujú na spájanie a rozpájanie strún. Teória superstrún zjednocuje všeobecnú teóriu relativity a kvantovú mechaniku, ktoré sú inak nezlúčiteľné. Podľa M-teórie superstrún má vesmír namiesto štyroch rozmerov jedenásť rozmerov, z toho jeden časový a 10 priestorových. Dodatočné rozmery sú však zvinuté do malej veľkosti, preto unikajú priamemu pozorovaniu.

V súčasnosti existuje päť konzistentných, ale vzájomne sa odlišujúcich teórií superstrún. Tieto teórie sú však pevne zviazané dualitami, objavenými v druhej superstrunovej revolúcii v roku 1995. Pomocou týchto dualít zjednocuje tieto teórie tzv. M-teória. Táto teória môže existovať v 11 rozmeroch priestoročasu. Mnoho vlastností M-teórie ešte nie je vysvetlených.

V súčasnosti je teória strún a superstrún najrozvinutejším pokusom svetových fyzikov vysvetliť pojmy ako sú hmota, priestor a čas. Struny a superstruny sú podľa tejto teória tým, čo je základom reality týchto troch pojmov. Povedané kvantitatívnou logikou, struna je základnou jednotkou, ktorá umožňuje to, že priestor existuje. Je to vibrujúca forma energie, pričom existujú struny uzavreté a struny otvorené, s oboma koncami ukotvenými v "našom" časopriestore. Práve existencia uzavretých strún je podľa niektorých fyzikov príčinou toho, že gravitácia je tak slabá sila v porovnaní napríklad s elektromagmetickou silou, je totiž slabšia rádovo 10^-36 krát. Uzavreté struny, z ktorých sú niektoré (čo je dané ich vibrovaním) nositeľmi gravitácie majú schopnosť uniknúť z nášho rozmeru do iného a tým sa dramaticky znižuje gravitačný efekt v našej realite.

15

Rayleighov rozptyl (nazvaný podľa lorda Rayleigha) je rozptyl svetla alebo iného elektromagnetického žiarenia, časticami oveľa menšími ako je vlnová dĺžka svetla. Vyskytuje sa, keď svetlo prechádza cez priehľadné tuhé látky a kvapaliny, ale najzreteľnejší je v plynoch. Rayleighov rozptyl slnečného svetla v atmosfére je hlavnou príčinou, že svetlo z oblohy je modré.

Ak veľkosť častíc je väčšia ako vlnová dĺžka svetla, potom svetlo nie je separované a všetky vlnové dĺžky sú rozptýlené ako v mraku, ktorý sa javí biely. Pre rozptyl časticami podobnými alebo väčšími ako vlnová dĺžka pozrite články optika a rozptyl.

Počas východu a západu slnka musí slnečné svetlo prejsť cez väčšiu hrúbku atmosféry aby dosiahlo pozorovateľa na zemi. Táto extra vzdialenosť spôsobuje viacnásobný rozptyl modrého svetla, ale relatívne malý rozptyl červeného svetla - to rezultuje do červenej farby oblohy v smere proti slnku.

$i\lambda =k.{\frac {I\lambda }{\lambda ^{4}}}$

$i\lambda$ - intenzita rozptýleného žiarenia

$k$ - koeficient priepustnosti

$I\lambda$ - intenzita priameho slnečného žiarenia

$\lambda$ - vlnová dĺžka rozptýlného žiarenia

Čím je menšia vlnová dĺžka rozptýleného žiarenia, tým sa žiarenie viac rozptyľuje (napr. modrá farba oblohy).

16

Kvantová teória poľa je aplikáciou kvantovej mechaniky na správania sa polí. Je základom pri skúmaní elementárnych častíc a ich interakcií ako aj v modernej teórii tuhých látok.

Dôvodom pre hľadanie novej teórie bol fakt, že kvantová mechanika popisuje správanie tých systémov, kde počet častíc ostáva nemenný (príkladom je elektrón v atóme vodíka). Vyžiarenie fotónu pri preskoku elektrónu z vyššej energetickej hladiny na nižšiu je však už za hranicami použitia kvantovej mechaniky - počas preskoku totiž pribúda nová častica, fotón. Prácu na kvantovej teórii poľa začal Paul Dirac koncom 20-tych rokov 20. storočia. Úspešná kvantová teória pre elektromagnetické pole však bola hotová až o zhruba 30 rokov neskôr za prispenia viacerých známych fyzikov (Vladimír Alexandrovič Fok, Pascual Jordan, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg, Hans Albrecht Bethe, Siničiró Tomonaga, Julian Schwinger, Richard Feynman, Freeman John Dyson, a i.).

Kvantá poľa

V rámci kvantovej teórie poľa sa pole kvantuje. Čo to znamená si môžeme vysvetliť na príklade elektromagnetického poľa. To je v klasickej fyzike popísané svojou elektrickou intenzitou a magnetickou indukciou, máme teda dve polia

${\vec {E}}(x,y,z)$

${\vec {B}}(x,y,z)$

Obe tieto veličiny sa dajú meniť spojito, teda o ľubovoľne malú hodnotu v každom bode priestoru. Po kvantovaní sa energia poľa zvyšuje po krokoch, nemôže nadobudnúť ľubovoľnú hodnotu. Tento fakt interpetujeme tak, že pole je tvorené svojimi kvantami, z ktorých každé nesie istú energiu. Môžeme mať dve kvantá poľa, môžeme ich mať aj tri, ale nemôžeme ich mať dva a pol. Kvantami elektromagnetického poľa sú pritom staré známe fotóny.

17

Nositeľ Nobelovej ceny

Pierre-Gilles de Gennes

Pierre-Gilles de Gennes (24. október 1932 - 23. máj 2007) bol francúzsky fyzik a držiteľ Nobelovej ceny za fyziku za rok 1991. Narodil sa v Paríži. Aj jeho otec bol fyzik. Pierre-Gilles bol vynikajúci matematik a po otcovi zdedil záujem o fyziku. Študoval na École Normale Supérieure. Po odchode z École v roku 1955, sa stal výskumným inžinierom v Saclay v Commissariat à l'Énergie Atomique. Tam pracoval s Anatolom Abragamom a Jacquesom Friedelom hlavne na rozptyle neutrónov a magnetizme. Miloval umenie, najmä japonské a v roku 1997 si zahral menšiu rolu vo filme o Pierrovi a Marii Curieovcoch. Láska k vede ho neopustila do konca života. Výskum sústavne spájal s výučbou a popularizáciou vedy. Po získaní Nobelovej ceny uskutočnil viac ako 200 prednášok na základných školách po celom Francúzsku. Od roku 1976 do roku 2002 bol riaditeľom École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI). Volali ho aj Isaac Newton modernej doby.

Prínos vede

Odhalil zákony správania molekúl v kryštáloch, ktoré sa stávajú priezračnými vďaka elektrine alebo aj prostým mechanickým pôsobením. Bol autorom základných objavov, ktoré umožnili rýchly rozvoj kvapalných kryštálov (LCD) a tým vznik celého nového odvetvia spotrebnej elektroniky (hodinky, displeje kalkulačiek, ploché obrazovky). Jeho kniha Fyzika kvapalných kryštálov(1974) zostáva pre svoju zrozumiteľnosť a prístupnosť základnou pomôckou pre odborníkov, ale aj pre tých, ktorí sa s touto problematikou chcú len zoznámiť.

Ocenenia

V roku 1968 bol ocenený Holweckovou cenou, ktorú mu spoločne navrhli Francúzska a Anglická fyzikálna spoločnosť. Ceny mu udelili Francúzska akadémia , Talianska a Izraelská akadémia. V roku 1990 dostal Lorentzovu medailu a Wolfovu cenu.

Získal Nobelovu cenu za fyziku za objav, že metódy vyvinuté pre štúdium javov v jednoduchých usporiadaných systémoch sa môžu zovšeobecniť na zložitejšie formy hmoty, najmä kvapalné kryštály a polyméry.

18

Gromovove-Wittenove invarianty (GW) sú v matematike (konkrétne v sympletickej topológii a algebraickej geometrii) racionálne čísla, ktoré za istých situácií počítajú pseudohomologické krivky spĺňajúce predpísané podmienky za danej sympletickej rozmanitosti. GW invarianty môžu byť zhrnuté ako homologická alebo kohomologická trieda vo vhodnom priestore, alebo ako deformovaný združený (cup) výsledok kvantovej kohomológie. Tieto invarianty sa používajú na rozlíšenie sympletických rozmanitostí, ktoré boli predtým nerozlíšiteľné. Hrajú taktiež zásadnú úlohu v uzavretom type teórie strún IIA. Sú pomenované po Michailovi Gromovovi a Edwardovi Wittenovi.

Rigorózna matematická definícia Gromovových-Wittenových invariantov je zdĺhavá a zložitá a tak bude predmetom samostatného článku s názvom stabilná mapa. Tento článok sa pokúsi o viac intuitívne vysvetlenie toho čo invarianty sú, ako sa počítajú a prečo sú dôležité.

Aplikácia vo fyzike

Gromovove-Wittenove invarianty sú so záujmom prijímané v teórii strún, odvetví fyziky, ktoré sa pokúša zjednotiť všeobecnú relativitu a kvantovú mechaniku. Podľa tejto teórie, všetko vo vesmíre, počínajúc elementárnymi časticami, je vytvorené z drobných strún. Ako struna cestuje v časopriestore, sleduje povrch, zvaný strunová schránka sveta. Žiaľ moduli priestor takýchto parametrizovaných povrchov, prinajmenšom a priori má nekonečnú veľkosť; nie je známe žiadne vhodné meradlo tohto priestoru a tak integrály ciest teórie nemajú rigoróznu definíciu.

Situácia sa zlepší vo variáciách známych ako uzatvorený A model topologickej teórie strún. Tu je šesť časopriestorových rozmerov, ktoré ustanovujú sympletickú rozmanitosť a ukazuje sa, že svetové obálky sú nevyhnutne parametrizované pseudohomologickými krivkami, ktorých moduli priestory majú len konečné dimenzie. Gromov-Wittenove invarianty, ako integrály nad týmito moduli priestormi, sú potom integrálmi ciest tejto teórie. Obzvlášť, voľná energia A modelu pri géne $g$ je generujúcou funkciou génu $g$ Gromov-Wittenových invariantov.

19

Mión (gréc. μείον = mínus) je podľa štandardného modelu fyziky častíc nestabilná elementárna častica zo záporným elektrickým nábojom a spinom ½. Spoločne s elektrónom, tauónom a týmto časticiam zodpovedajúcimi antičasticami je príslušník kategórie leptónov, skupiny fermiónov. Jeho antičastica sa nazýva antimión.

Z historických dôvodov ho občas označujeme ako μ mezón, aj keď nepatrí do skupiny mezónov v modernej časticovej fyzike. Hmotnosť miónu je 207× väčšia ako hmotnosť elektrónu (105,6 MeV). Mión bežne značíme μ^- a antimión μ⁺.

Na zemi prirodzene vzniká pri rozpade piónu. Pióny vznikajú v horných vrstvách atmosféry v dôsledku ich interakcie s kozmickým žiarením a veľmi rýchlo, v priebehu niekoľkých nanosekúnd, sa rozpadajú. Vzniknuté mióny sa takisto rýchlo rozpadajú počas asi 2,2 mikrosekundy. Pretože sa však pohybujú v atmosfére veľmi rýchlo, v dôsledku dilatácie času, jedného z efektov špeciálnej teórie relativity, dopadajú na zemský povrch (čas rozpadu je meraný v sústave, kde je mión v pokoji, ale z pohľadu pozemského pozorovateľa ide o oveľa dlhší čas).

Ako aj iné nabité leptóny má mión zodpovedajúce neutríno. Miónové neutríno sa značí ν_μ. Mión sa samovoľne rozpadá na elektrón, elektrónové antineutríno a mionové neutríno.

Mionické atómy

Mióny môžu tvoriť zvláštne atómy, kde mión zastáva funkciu elektrónu. Miónové atómy sú však omnoho menšie ako normálne atómy, pretože kvôli zákonom zachovania momentu hybnosti musí byť hmotnejší mión omnoho bližšie k atómovému jadru, ako keby bol na jeho mieste elektrón.

20

Moment hybnosti telesa je fyzikálna veličina vyjadrujúca mieru jeho rotačného pohybu vzhľadom na daný vzťažný bod. Jednotkou momentu hybnosti je $\mathrm {kg\,m} ^{2}\mathrm {s} ^{-1}=\mathrm {J\,s}$.

Moment hybnosti v klasickej mechanike

Základnou je definícia momentu hybnosti hmotného bodu. Pri použití označenia z obrázka vpravo je moment hybnosti $L$ vzhľadom na vzťažný bod O daný vzťahom

$\mathbf {L} =\mathbf {r} \times \mathbf {p} .$

Tu r je polohový vektor hmotného bodu vzhľadom na vzťažný bod O a p je jeho hybnosť mv. Znakom $\times$ označujeme takzvaný vektorový súčin dvoch vektorov.

Ak sa zaujímame iba o veľkosť momentu hybnosti, nepotrebujeme jeho zápis pomocou vektorového súčinu, stačí použiť vzťah

$|\mathbf {L} |=pr_{k}=mvr_{k}.$

Tu zase $r_{k}$ je takzvaná kolmá vzdialenosť (pozri obrázok).

Moment hybnosti komplikovanejších telies

Ak je teleso zložené z väčšieho množstva hmotných bodov, jeho moment hybnosti sa vypočíta ako súčet momentu hybnosti každého z týchto hmotných bodov zvlášť (na tento nám stačia hore uvedené vzorce). Ak je však hmota telesa rozložená spojito (príkladom môže byť otáčajúce sa koleso auta), takýmto delením získame "nekonečný" počet hmotných bodov. Matematicky povedané, namiesto sčítania jednotlivých príspevkov musíme integrovať. Aby sme sa tejto komplikácii vyhli, pri výpočte momentu hybnosti takýchto telies je vhodné použiť vzťah

$|\mathbf {L} |=I\omega ,$

v ktorom $\omega$ je uhlová rýchlosť otáčania sa telesa okolo danej osi a I je jeho moment zotrvačnosti vzhľadom na túto os. Moment zotrvačnosti vzhľadom na danú os je pre každé teleso konštantou. Na tomto spôsobe výpočtu je výhodné to, že tieto konštanty za nás už dávno vyrátali iní ľudia.

21

V teoretickej fyzike k hierarchickému problému dochádza, keď sú fundamentálne parametre (spojení alebo hmotností) v Lagrangianskej mechanike výrazne odlišné (obvykle väčšie) od parametrov meraných experimentom. K tomuto môže dôjsť kvôli tomu, že merané parametre sa vzťahujú na fundamentálne parametre predpisom známym ako renormalizácia. Renormalizačné parametre sú obvykle úzko prepojené na fundamentálne parametre, avšak v niektorých prípadoch sa zdá, že existuje delikátne vynulovanie medzi základnou kvantitou a jej kvantovou korekciou. Problémy hierarchie sa vzťahujú na problémy jemného doladenia a problémy prirodzenosti.

Štúdium renormalizácie v hierarchickom probléme je ťažké, pretože takéto kvantové korekcie sa obvykle odchyľujú od zákonov o základných silách, čo znamená, že fyzika najkratších vzdialeností je najdôležitejšia. Pretože nevieme presné detaily teórie fyziky najkratších vzdialeností (kvantová gravitácia), nemôžeme ani uviesť, ako k tomuto delikátnemu vynulovaniu medzi dvomi veľkými podmienkami dochádza. Vedci preto postulujú nové fyzikálne fenomény, ktoré riešia hierarchické problémy bez jemného dolaďovania.

V časticovej fyzike je najdôležitejším hierarchickým problémom otázka, prečo je slabá sila 10³² silnejšia ako gravitácia. Obe tieto sily obsahujú prirodzené konštanty, Fermiho konštantu pre slabú silu a Newtonovu konštantu pre gravitáciu. Naviac, ak sa Štandardný model používa pre výpočet kvantových korekcií pre Fermiho konštantu, zdá sa, že Fermiho konštanta je neprirodzene veľká a mala by byť bližšie Newtonovej konštante, pokiaľ nedochádza k delikátnemu vynulovaniu medzi čistou hodnotou Fermiho konštanty a jej kvantovou korekciou.

22

Higgsov bozón je hypotetická hmotná skalárna elementárna častica predpovedaná štandardným modelom častíc. Je to jediná častica z tohoto modelu, ktorá ešte nebola pozorovaná, ale ktorá zároveň hrá kľúčovú úlohu vo vysvetlení pôvodu hmotnosti ostatných elementárnych častíc, hlavne rozdielu medzi nehmotným fotónom a veľmi ťažkými bozónmi W a Z. Hmotnosti elementárnych častíc a rozdiely medzi elektromagetizmom a slabou interakciou sú rozhodujúce v mnohých mikroskopických dejoch, a tak, za predpokladu, že existuje, má Higssov bozón na náš svet obrovský vplyv.

Do dneška (2009) žiadny experiment Higssov bozón priamo nedetegoval, ale o jeho existencii svedčia niektoré nepriame dôkazy. Higssov bozón prvýkrát predpovedal v roku 1964 britský fyzik Peter Higgs. Výskumníci sa pokúšajú hľadať Higgsov bozón na urýchľovači častíc LEP, ale nepodarilo sa dosiahnuť presvedčivý dôkaz o jeho existencii. Po Higgsovom bozóne pátra hlavne Veľký hadrónový urýchľovač (LHC - Large Hadron Collider). Veľký hadrónový urýchľovač častíc (LHC) sa nachádza v Európskom laboratóriu pre výskum jadrovej fyziky CERN v 26507 m dlhom tuneli neďaleko Ženevy. Pracuje na princípe zrážania častíc - protónov pri obrovských rýchlostiach a v extrémne nízkych teplotách.

Vlastnosti

Higgsov bozón je podľa štandardného modelu časticovej fyziky častica s nulovým nábojom. Pretože má nulový spin je to skalárny bozón. Higgsov bozón nebol doteraz pozorovaný a teória nepredpovedá presnú hodnotu jeho hmotnosti, preto existuje v súčasnej dobe len ohraničenie možnej pokojovej hmotnosti jeho hmotnosti. Údaje zozbierané urýchľovačom LEP v CERNe umožnili stanoviť spodnú hranicu hmotnosti Higgsovho bozónu na 114.4 GeV/c2 pri 95% konfidenčnej úrovni. Z experimentov tiež plynie horná hranica hmotnosti približne 185 GeV pri 95% konfidenčnej úrovni. Tieto údaje sa vzťahujú na Higgsov bozón zodpovedajúci štandardného modelu časticovej fyziky. Nie je preto vylúčené, že bude objavený Higgsov bozón (predpovedaný alternatívnymi teóriami k štandardného modelu) s hmotnosťou prevyšujúcou túto hranicu.

23

Kryštalografia (z gr. crystallon - zmrznuté kvapky, ľad + graphein - písať) je veda o morfologických a fyzikálnych vlastnostiach kryštálov (presnejšie o vnútornom usporiadaní atómov, iónov a molekúl v tuhých telesách). Pravidelné kryštály pútali pozornosť už v staroveku, kde boli objektami rôznych povier (čo žiaľ pretrváva aj v súčasnosti) - napr. ametystu bola prisudzovaná schopnosť chrániť proti opitosti.

História

Pravdepodobne prvý kryštalografický zákon formuloval dánsky zberateľ minerálov Nicolaus Stenonus (Stenon). Stenon formuloval zákon o stálosti uhlov, podľa ktorého ekvivalentné plochy zvieraju rovnaký uhol. zákon sformuloval na základe merania rezov kremeňa kolmých k osi dipyramídy. Ak je kryštál dokonalé vyvinutý tak daným rezom je pravidelný šesťuholník. Ak nie je dokonale vyvinutý ide o nepravidelný šesťuholník ale ekvivalentné hrany zvierajú stále rovnaký uhol. Škola, seriózne študujúca kryštály sa sformovala vo Francúzsku na prelome 18. a 19. storočia. Jej hlavným protagonistom bol abbé Haüy. Jeho teória o trojrozmerne periodickej vnútornej stavbe kryštálov sa neskôr stala základným postulátom kryštalografie. Formuloval zákon o racionalite parametrov podľa ktorého každú kryštalovú plochu možno odvodiť zo základného tvaru násobením základných parametrov racionalným číslom.

Haüyove myšlienky rozvinul August Bravais (chemik, fyzik a banský inžinier), ktorý ich posunul do novej dimenzie: ak bol totiž objav abbého Haüya pravdivý, tak by sa z teoreticky nekonečnej periodickej kryštálovej štruktúry dal vybrať motív, ktorý ju reprezentuje a ktorého opakovaním možno danú štruktúru celú vybudovať. Tento motív nazval základná bunka. Bunku možno definovať podľa metriky a súmernosti, čo Bravais zohľadnil a odvodil 14 typov priestorových mriežok. Je si treba uvedomiť, že ako abbé Haüy tak aj August Bravais pôsobili predtým ako boli publikované prvé predstavy o atómovej stavbe hmoty, preto netreba dávať ich objavy do týchto súvislostí.

24

Geometria Čerenkovovho žiarenia

Čerenkovovo žiarenie je elektromagnetické žiarenie vznikajúce pri prechode nabitej častice (ako napríklad elektrón) izolačným prostredím rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla v tomto prostredí. Charakteristická modrá žiara jadrových reaktorov je spôsobená Čerenkovovým žiarením. Je pomenované podľa ruského vedca Pavla Alexejeviča Čerenkovova, nositeľa Nobelovej ceny za fyziku (1958), ktorý ho v roku 1934 dôkladne charakterizoval ako prvý.

Fyzikálny pôvod

Zatiaľ čo podľa relativity je rýchlosť svetla vo vákuu univerzálnou konštantou (c), rýchlosť ktorou sa svetlo šíri v látke môže byť významne menšia než c. Napríklad rýchlosť šírenia sa svetla vo vode je len 0,75c. Hmota môže byť urýchlená nad túto rýchlosť počas jadrových reakcií alebo urýchlením v časticových urýchľovačoch. Čerenkovovo žiarenie vzniká, keď nabitá častica (najčastejšie elektrón) prechádza dielektrickým (elektricky izolačným) prostredím rýchlosťou väčšou ako je tá, ktorou sa v tom istom prostredí šíri svetlo.

Nabitá častica prechádzajúca prostredím narúša lokálne elektromagnetické pole (EM) tohoto prostredia. Elektróny v atómoch prostredia budú dislokované a polarizované prechádzajúcim EM poľom nabitej častice. Po roztrhnutí elektróny izolantu opäť obnovia rovnováhu, čo je sprevádzané vyžiarením fotónov. (Vo vodiči môže byť narušenie EM poľa obnovené bez vyžiarenia fotónu.) Za normálnych okolností tieto fotóny vzájomne deštruktívne interferujú a nie je detekované žiadne svetlo. Avšak ak sa prostredím šíri narušenie poľa rýchlejšie než svetlo, fotóny interferujú konštruktívne a zosilňujú pozorované žiarenie.

25

V časticovej fyzike je supersymetria (často prezývaná SUSY) symetriou, ktorá vzťahuje elementárne častice jedného spinu na iné častice, ktoré sa líšia polovicou spinu a sú známe ako superpartneri. V teórii s neporušenou supersymetriou existuje pre každý typ bozónu korešpondujúci typ fermiónu s rovnakou hmotnosťou a vnútorným kvantovým číslom a naopak.

Doteraz existuje len nepriamy dôkaz pre existenciu supersymetrie. Keďže superpartneri častíc v štandardnom modeli neboli pozorovaní, supersymetria, ak existuje, musí byť porušenou supersymetriou, čo superčasticiam dovoľuje byť ťažšími, ako sú korešpondujúce častice v štandardnom modeli.

Ak supersymetria existuje blízko energetickej škály TeV, dovoľuje riešenie hierarchického problému štandardného modelu, t.j., skutočnosť, že hmotnosť Higgsovho bozónu podlieha kvantovým korekciám, ktoré, zabraňujúc extrémne jemne vyladením vynulovaniam medzi jednotlivými prispievateľmi, by ju urobili tak veľkou, že by to narušilo vnútornú konzistenciu teórie. V teóriách supersymetrie na druhej strane, príspevky ku kvantovým korekciám pochádzajúce zo štandardného modelu častíc sú prirodzene vynulované príspevkami korešpondujúcich superpartnerov. Ďalšími atraktívnymi vlastnosťami TeV škály supersymetrie je skutočnosť, že táto umožňuje vysoko-energetickú unifikáciu slabej sily, silnej sily a elektromagnetizmu a skutočnosť, že poskytuje kandidáta pre tmavú hmotu a prirodzený mechanizmus pre porušenie elektroslabej symetrie.

Ďalšou výhodou supersymetrie je, že supersymetrická teória kvantového poľa môže byť niekedy v budúcnosti vyriešená. Supersymetria taktiež zapadá do väčšiny verzií teórií strún, hoci môže existovať aj ak je teória strún nesprávna.

Štandardný model minimálnej supersymetrie je jedným z najlepších kadidátov pre fyziku (okrem Štandardného modelu).

26

Vedenie tepla (zastarano tepelná kondukcia) je jeden zo spôsobov šírenia tepla v telesách, pri ktorom si pri vzájomných zrážkach častice materiálu navzájom odovzdávajú časť svojej pohybovej energie.

V dôsledku vedenia tepla prúdi energia vždy z oblastí s vyššou teplotou do chladnejších častí telesa. Bez vonkajších vplyvov (dodatočné ohrievanie, resp. ochladzovanie) je výsledkom vedenia tepla rovnováha, pri ktorej má každá časť telesa rovnakú teplotu.

Vedenie tepla je najčastejší spôsob šírenia tepla v pevných telesách. Porovnať látky podľa ich tepelnej vodivosti umožňuje veličina súčiniteľ tepelnej vodivosti. Hustejšie látky sú zvyčajne lepšími vodičmi tepla, výbornými vodičmi tepla sú kovy. Takéto látky nazývame tepelnými vodičmi. Látky, ktoré teplo vedú veľmi slabo, nazývame tepelné izolanty - veľký význam majú napríklad v stavebníctve (pri izolácii budov).

Pri vedení tepla častice látky v oblasti s vyššou strednou kinetickou energiou predávajú časť svojej pohybovej energie prostredníctvom vzájomných zrážok častíc v oblasti s nižšou strednou kinetickou energiou. Častice sa pritom nepremiestňujú, ale len kmitajú okolo svojich rovnovážnych polôh.

Vedenie tepla sa uplatňuje predovšetkým v tuhých telesách, ktorých rôzne časti majú rôznu teplotu. Teplo sa vedením šíri tiež v kvapalinách a plynoch, kde sa však uplatňuje tiež prenos tepla prúdením.

Pre vedenie tepla je základnou rovnicou rovnica vedenia tepla niekedy nazývaná aj Fourierov zákon. Podľa nej ak na tyči s dĺžkou L a prierezom S udržiavame rozdielne teploty koncov $T_{1}$ a $T_{2}$, po čase sa v sústave ustáli rovnováha a teplota sa mení pozdĺž tyče lineárne (pozri obrázok vpravo). Vtedy za čas t pretečie prierezom tyče teplo Q veľkosti

$Q=\lambda S\,{\frac {T_{1}-T_{2}}{L}}\,\Delta t.$

27

Guglielmo Marchese Marconi (* 25. apríl 1874 Griffona pri Bologni, Taliansko – 20. júl 1937, Rím, Taliansko) bol známy taliansky vynálezca, podnikateľ. V roku 1909 obdržal Nobelovu cenu za fyziku spolu s Braunom za ich prínos vo vývoji bezdrôtovej telegrafie. Je považovaný za vynálezcu rádiového spojenia.

Narodenie a mladosť

Marconi sa narodil blízko Bologne, ako druhý syn Giuseppe Marconiho, talianskeho veľkostatkára, a jeho manželky írskeho pôvodu, Annie Jamesonovej, vnučky zakladateľa firmy na výrobu destilátov Jameson Whiskey. Vzdelanie získal v Miláne, Florencii, neskôr v Livorne.

Práce na rádiovom vysielaní

Už v mladosti bol Marconi fascinovaný technickými vedami a obzvlášť elektrinou. Jedným z najdôležitejších objavov vtedajšej éry bol objav Heinricha Hertza, ktorý v roku 1888 ako prvý vyvinul, skonštruoval zariadenie, ktoré dokázalo vysielať a prijímať elektromagnetické vlny, dnes známe pod menom rádiové vlny. V tých časoch boli tieto vlny nazývané "Hertzove vlny". Po Hertzovej smrti v roku 1894 boli publikované jeho skoršie objavy. Marconimu bolo dovolené študovať tieto objavy u Augusta Righi - milánskeho fyzika, ktorý vykonával výskumy Hertzových prác.

Marconi začal vykonávať experimenty s vlastným zariadením na hornom poschodí otcovského domu - Villy Griffone v Pontecchio. Jeho otec si myslel o jeho výskumoch, že sú to výplody chorého rozumu. Jedine matka mu verila a podporovala ho. Takto pracoval dva roky. Marconiho cieľom bolo nájsť spôsob ako využívať rádiové vlny na prenos bezdrôtovej telegrafie, to znamená prenos telegrafných správ bez použitia spojovacích káblov. Toto nebola celkom nová myšlienka, mnoho bádateľov experimentovalo s mnohými bezdrôtovými telegrafnými technológiami viac ako 50 rokov, avšak nikto nezaznamenal komerčný úspech.

28

Lorentzova transformácia vo fyzike znamená množinu štyroch rovníc používaných na prepočet súradníc priestoru a času pri prechode medzi inerciálnymi súradnicovými sústavami za predpokladu konštantnej rýchlosti svetla vo všetkých inerciálnych sústavách. V roku 1905 pomenoval Henri Poincaré Lorentzovu transformáciu po nemeckom fyzikovi a matematikovi Hendrikovi Antoonovi Lorentzovi (1853-1928). Vytvorili matematickú bázu pre Einsteinovu špeciálnu teóriu relativity. O Lorentzovej transformácii sa môže uvažovať aj ako o rotácii v Minkowského priestoročase. Všeobecnejšia množina transformácií zahrňujúca tiež transláciu aj priestorovú rotáciu súradnicových ôs sa nazýva Poincarého grupa.

Predpokladajme, že máme dvoch pozorovateľov O a O'. Obaja používajú svoju vlastnú karteziánsku súradnicovú sústavu na meranie časových a priestorových intervalov. O používa (x,y,z,t) a O' používa (x',y',z',t'). Teraz predpokladajme, že obaja pozorovatelia sú vzhľadom na seba v stave rovnomerného priamočiareho pohybu v smere osi x. Rýchlosť v smere osi y aj z je nulová a v čase merania sa os x pozorovateľa O prekrýva s osou x' pozorovateľa O'. Ak vezmeme do úvahy fakt, že rýchlosť svetla je konštantná vzhľadom na akúkoľvek inerciálnu súradnicovú sústavu (potvrdený v roku 1887 v Michelsonovom-Morleyovom experimente), potom môžeme jednoducho vyvodiť nasledujúce hodnoty kontrakcie dĺžky a dilatácie času súradnicovej sústavy pozorovateľa O' vzhľadom k súradnicovej sústave pozorovateľa O:

$x={\frac {x'+vt'}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$

$y=y'$

$z=z'$

$t={\frac {t'+(v/c^{2})x'}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$.

29

β rozpad alebo beta rozpad je jadrová reakcia. Poznáme dva druhy beta rozpadu. Pri beta mínus rozpade sa neutrón premieňa na protón pričom je emitovaný elektrón a elektrónové antineutríno. Pri beta plus rozpade sa protón premieňa na neutrón pričom emituje pozitrón a elektrónové neutríno. Za beta rozpad je zodpovedná slabá interakcia.

Ernest Rutherford a Frederick Soddy v roku 1903 vyslovili hypotézu, v ktorej Becquerelom objavenú prirodzenú rádioaktivitu (1896) vysvetľujú pomocou premeny prvkov. Vychádzajúc z tejto hypotézy v roku 1913 formulovali Kasimir Fajan a Soddy pravidlá rádioaktívnych prechodov, v ktorých vysvetlili pozorované prirodzené rozpadové rady pomocou alfa a beta rozpadov. V roku 1911 Lisa Meitner and Otto Hahn experimentálne poukázali na to, že energetické spektrum elektrónov emitovaných pri beta rozpade je kontinuálne a nie diskrétne. V tomto expeimente neboli detekované neutrína, ktoré dovtedy neboli ani objavené ani teoreticky predpovedané. Kontinuálne spektrum beta rozpadu tak bolo v rozpore so zákonom zachovania energie. Druhý problém spočíval v tom, že atóm N-14 mal spin 1, čo bolo v rozpore s predpoveďou spinu ½ pochádzajúcou od Ernesta Rutherforda. výsledky tohto experimentu boli definitívne potvrdené v nasledujúcom období rokov 1920-1927, Charlesom Drummondom Ellisom (spoločne s Jamesom Chadwickom a kolegami). Riešenie oboch problémov navrhol v roku 1930 Wolfgang Pauli, ktorý predpovedal existenciu ľahkej neutrálnej častice, ktorú nazval "neutrón". V roku 1931 Enrico Fermi premenoval Pauliho neutrón na neutríno a v roku 1934 publikoval teoretický model beta rozpadu, ktorý úspešne vysvetlil pozorované javy (v súčasnosti je tento model už prekonaný). β⁺-rozpad pozorovali v roku 1934 Irène a Frédéric Joliot-Curie. V roku 1956 Wu Ťien-siung experimentálne preukázala naručenie parity v beta rozpade. Tento efekt teoreticky predpovedali Tsung-Dao Lee a Chen Ning Yang.

Teoretický opis beta rozpadu

Zjednotená teória elektroslabej interakcie vysvetľuje beta mínus rozpad neutrónu nasledujúco. Jeden z down kvarkov neutrónu sa premieňa na up kvark, čím dôjde k premene neutrónu na protón. Pri tom je emitovaný W^- bozón, ktorý sa následne rozpadá na pár elektrón a elektrónové antineutríno. Tento proces býva obvykle v časticovej fyzike znázorňovaný pomocou Feynmanovho diagramu.

30

Interferencia alebo interferenčný jav alebo interferencia vlnenia je vo fyzike skladanie (superpozícia) niekoľkých koherentných vlnení rovnakého druhu do jedného výsledného vlnenia.

V pružnom prostredí sa môže súčasne šíriť vlnenie od viacerých zdrojov. Môžeme to pozorovať na pokojnej hladine jazera, ak na ňu hodíme dva kamienky. Od miesta dopadu každého z nich sa budú šíriť a prechádzať cez seba kružnice vlnoplôch. V miestach, v ktorých vlnenia prechádzajú jedno cez druhé vzniká otázka, aká bude výchylka daného bodu prostredia. S podobným problémom sme sa už stretli pri skladaní kmitov. Ukázali sme, že výsledné kmitanie je vektorovým súčtom jednotlivých dielčích kmitov. Princíp superpozície, ktorý sme využívali pri skladaní kmitov, platí aj pri skladaní vlnení. Vlnenie od jedného zdroja prechádza určitým priestorom tak, ako by iná, v tom istom priestore sa šíriaca vlna, vôbec neexistovala. V oblasti, kde sa vlnenia prekrývajú, bude podľa princípu superpozície výsledné vlnenie vektorovým súčtom jednotlivých vlnení. Teda výchylka určitého elementu prostredia bude vektorovým súčtom výchyliek, ktoré by daný element mal mať od každého z vlnení. Môže nastať zväčšenie, zmenšenie alebo dokonca aj zrušenie výchylky v danom mieste. Takéto prejavy prekrývania sa vlnení nazývame interferenčné javy. Interferenčné javy môžeme pozorovať iba v prípade, že interferujúce vlnenia sú koherentné.

V optike sa používaju ako koherentné zdoje hlavne lasery. Ak je fázový rozdiel dvoch koherentných vlnení v určitom bode 2$\pi \,$ alebo iný párny násobok $\pi \,$ nastáva interferenčné zosilnenie. Ak fázový rozdiel je nepárny násobok $\pi \,$ nastáva interferenčné zoslabenie. interferenčný obrazec - svetelný obrazec zachytený na tienidle, ktorý vznikol ako dôsledok interferencie svetelných vĺn; zvyčajne sa skladá zo svetlých a tmavých plošiek, alebo prúžkov.

31

Orbitál (iné názvy: orbita, staršie orbit, atómový orbit(ál)/atómová orbita) je priestor, v ktorom sa vyskytuje elektrón v atóme. Podľa súčasných poznatkov možnosť výskytu elektrónu v danom priestore nemožno vypočítať s ľubovoľne vysokou presnosťou. Elektrónový orbitál predstavuje určitý kvantový stav individuálneho elektrónu v elektrónovom oblaku okolo jadra atómu.

Tento pojem nie je možné vysvetliť pomocou klasickej predstavy o štruktúre atómu, kedy okolo atómového jadra obiehajú elektróny podobne ako planéty okolo Slnka. Elektrón ako elementárna častica vykazuje vlastnosti, ktoré zodpovedajú časticiam aj vlneniu. V dôsledku Heisenbergovho princípu neurčitosti nie je možné presne stanoviť polohu elektrónu v atóme v danom časovom okamihu, preto je potrebné na opis použiť pravdepodobnosť. Atómový orbitál je opísaný vlnovou funkciou elektrónu v elektrickom poli nabitého jadra, ktorá je riešením Schrödingerovej rovnice. Orbitál ohraničuje oblasť, kde je najvyššia pravdepodobnosť výskytu daného elektrónu.

Označovanie orbitálov

Orbitály sa označujú podľa všeobecného vzorca

X typ^y

kde X zodpovedá energii orbitálu (hlavné kvantové číslo elektrónu n). Typ orbitálu sa značí malým písmenom a popisuje tvar orbitálu, zodpovedá momentu hybnosti (vedľajšiemu kvantovému číslu l) a y je počet elektrónov v orbitály-každý orbitál má 2 elektróny, pričom sa tieto elektróny líšia svojim spinom.

32

Nositeľ Nobelovej ceny

James Chadwick (* 20. október 1891, Bollington – † 24. júl 1974, Cambridge) bol anglický fyzik a nositeľ Nobelovej ceny za fyziku za objavenie neutrónu.

James Chadwick navštevoval strednú školu v Manchestri a neskôr študoval na Univerzite v Manchestri a na Univerzite v Cambridge. V roku 1914 odišiel do Nemecka, kde pracoval s Hansom Geigerom na Technische Univerzität v Berlíne. Po vypuknutí prvej svetovej vojny musel Chadwick ostať v Nemceku, kde bol internovaný až do konca vojny.

Po skončení prvej svetovej vojny sa Chadwick vrátil do Cambridgeu, kde pracoval spolu s Ernestom Ruthefordom na skúmaní emisií gama žiarení z rádioaktívnych látok. Skúmali tiež transmutácie častíc ich bombardovaním alfa časticami a skúmali aj atómové jadrá.

V roku 1932 Chadwick ako prvý na svete objavil neutrálne nabitú časticu vo vnútri atómu, ktorá dostala názov neutrón. Za tento prevratný objav mu bola v roku 1935 udelená Nobelova cena za fyziku. Chadwickov objav umožnil syntézu prvkov ťažších ako urán aj v laboratórnych podmienkach a neutróny už v roku 1934 použil Enrico Fermi na bombardovanie atómového jadra.

33

Fotón (z gréckeho: φως (fos), svetlo) je vo fyzike elementárna častica, kvantum elektromagnetického poľa a základná "jednotka" svetla a všetkých ostatných foriem elektromagnetického žiarenia.

Fotón je jedným z kalibračných bozónov. Má nulovú hmotnosť v pokoji a šíri sa rýchlosťou svetla. Má aj časticové, aj vlnové vlastnosti, ale nie je ani vlnou, ani časticou. Fotóny sa pôvodne nazývali „kvantá energie“.

Všetko elektromagnetické vlnenie, od rádiových vĺn po gama žiarenie, je kvantované na fotóny, ktoré popisuje vlnová dĺžka, frekvencia, energia a hybnosť. Životnosť fotónu je nekonečná, v zmysle nekonečného polčasu rozpadu. Fotón je teda stabilná častica. Môžu vznikať a zanikať pri interakciách. Fotón má spin 1 a jeho elektrický náboj je nulový. Vo vákuu sa všetky fotóny pohybujú rýchlosťou svetla c, ktorá je rovná 299 792 458 metrov za sekundu. Ako všetky elementárne častice, aj fotón sa riadi kvantovou mechanikou. Moderná koncepcia fotónu bola rozvinutá Albertom Einsteinom, ktorý vysvetlil experimentálne pozorovania, ktoré sa nezhodovali s klasickým vlnovým modelom svetla.

Časticové vlastnosti elektromagnetického žiarenia sa prejavujú predovšetkým pri vysokých frekvenciách (teda pri vysokých energiách fotónu), v opačnom prípade prevažujú vlnové vlastnosti elektromagnetického žiarenia, tzn. žiarenie sa prejavuje ako vlnenie.

34

Nerozlíšiteľné častice alebo identické častice sú v kvantovej fyzike častice, ktoré nemožno vzájomne odlíšiť v rámci svojho "druhu", a to ani nie principiálne. Sú to všetky elementárne častice (napr. elektróny), atómy alebo molekuly.

Vznik pojmu nerozlíšiteľnosť

Kedysi sa predpokladalo, že to, že väčšie objekty rovnakého "druhu" (napr. jednotlivé zrnká piesku alebo jednotlivé bunky a podobne) sú – napr. pri pokusoch – rozlíšiteľné a teda znova identifikovateľné, platí aj pre mikrofyzikálne objekty. Moderná fyzika však dokázala, že mikroskopické objekty rovnakého druhu, sú v skutočnosti nerozlíšiteľné ("identické"). Z Heisenbergovho princípu neurčitosti a kvantovej teórie konkrétne vyplýva, že mikrofyzikálne útvary pri tesnom stretnutí a vzájomnom pôsobení nemožno považovať za rozlíšiteľné.

Dôsledok

Skutočnosť, že častice môžu byť nerozlíšiteľné má dôležité dôsledky v štatistickej fyzike. Výpočty v štatistickej mechanike sa totiž opierajú o pravdepodobnostné argumenty, ktoré sú citlivé na skutočnosť, či sú študované objekty rozlíšiteľné. V dôsledku toho nerozlíšiteľné častice vykazujú výrazne odlišné štatistické správanie v porovnaní s odlíšiteľnými časticami. Napríklad existuje návrh, že nerozlíšiteľnosť častíc je riešením Gibbovho paradoxu.

Hlavným štatisticko-mechanickým dôsledkom je, že klasické Boltzmannovo rozdelenie termodynamiky treba nahradiť Boseho-Einsteinovým rozdelením resp. Fermiho-Diracovým rozdelením.

35

Vlnová funkcia je v matematike a fyzike riešenie ľubovoľnej vlnovej rovnice, ktorá je obyčajne parciálna diferenciálna rovnica prvého alebo druhého rádu. S vlnovými rovnicami je možné sa stretnúť v klasickej fyzike, napríklad v teórii elektromagnetického poľa, ako aj v modernej fyzike.

Najčastejšie je možné sa s týmto pojmom stretnúť v kvantovej mechanike, kde sa používa na matematický opis stavu fyzikálneho systému. Je riešením kvantovej pohybovej rovnice, ktorou môže byť napríklad Schrödingerova alebo Diracova rovnica a je z nej možné vypočítať výsledky meraní vykonaných na systéme. Na rozdiel od klasickej fyziky, kde sa predpokladá aspoň principiálna možnosť jednoznačnej predpovede merania ľubovoľnej veličiny, v kvantovej mechanike je možné z vlnovej funkcie určiť iba pravdepodobnosť, s akou je možné zmerať určitú hodnotu fyzikálnej veličiny.

Ak je fyzikálny systém opísaný lineárnou vlnovou funkciou, platí pre neho princíp superpozície, ktorý je veľmi dôležitý predovšetkým na opis šírenia elektromagnetického žiarenia v kvantovej mechanike. Ak sú dve rôzne vlnové funkcie riešením rovnakej vlnovej rovnice, tak podľa tohto princípu je riešením tejto vlnovej rovnice aj súčet týchto vlnových funkcií a všeobecne aj ich akákoľvek lineárna kombinácia. Princíp superpozície vlnových funkcií zohráva dôležitú úlohu pri vysvetlení a pochopení javu interferencie.

36

Edward Teller (maď. Teller Ede) (* 15. január 1908, Budapešť – † 9. september 2003, Stanford, Kalifornia) bol americký fyzik maďarsko-židovského pôvodu. V USA je označovaný ako „otec vodíkovej bomby“.

Edward Teller bol jedným z najkontroverznejších vedcov 20. storočia a mal veľký politický vplyv. Presadzoval vývoj nových ničivejších zbraní, stal sa „architektom hviezdnych vojen“ (SDI). Tellerom sa nechal inšpirovať aj Stanley Kubrick vo svojom filme „Dr. Divnoláska alebo Ako som sa naučil nerobiť si starosti a mať rád bombu“.

Edward Teller sa narodil v Rakúsko-Uhorsku. Jeho otec, Miksa Teller, bol právnik, pochádzajúci z Nových Zámkov. Keď bol Edward malý, hovoril veľmi pomaly a jeho starý otec upozorňoval dokonca na to, že môže byť retardovaný. Teller zmaturoval v Maďarsku. Zaujímala ho najmä matematika, ale keďže otec mu kvôli lepšej možnosti zárobku odporučil štúdium chémie, zapísal sa Teller na Budapeštiansku technickú univerzitu. 2. januára roku 1926 Teller opústil Maďarsko kvôli Horthyho režimu a kvôli zákonu Numerus clausus.

V Karlsruhe najprv študoval matematiku a chémiu. Roku 1927 tu mal prednášku profesor Mark Hermann o kvantovej mechanike ako o základe chémie. Tellera zaujala daná problematika a tak začal študovať fyziku. Na jar roku 1928 sa už učil fyziku v Mníchove pod dohľadom Arnolda Sommerfelda. V tom istom roku prišiel Teller o časť nohy pri dopravnej nehode električky.

37

Lazarov jav je oživenie kremíkových detektorov ochladením na nízke teploty.

Pri používaní polovodičových kremíkových detektorov v prostredí s vysokou radiáciou vznikajú v krystálovej mriežke polovodiča nielen voľné elektróny a diery, ale aj poruchy mriežky vyvolané vysokoenergetickými časticami. Pri prechode mriežkou častice interagujú s jednotlivými atómami mriežky a vychyľujú ich z ich rovnovážnej polohy. Vznikajúce poruchy mriežky, ktoré su vo forme vakancií a intersticiálov, majú schopnosť na určitú dobu zachytiť časť voľných elektrónov a dier. Zvyšok elektrónov a dier, ktoré sú urýchlené vonkajším elektrickým poľom vytvárajú signál, ktorý registruje prechod vysokoenergetickej častice cez detektor. Záchyt voľných elektrónov a dier vedie teda k zoslabeniu signálu. Postupné zvýšenie počtu porúch mriežky v dôsledku ožiarenia vedie nakoniec k nefunkčnosti kremíkového detektora.

V roku 1997 Vittorio Palmieri, Kurt Borer, Štefan Jánoš, Cincia Da Viá a Luca Casagrande na Univerzite v Berne, Švajčiarsko, zistili, že pri ochladení už nefunkčných kremíkových detektorov na teploty nižšie než 130 kelvinov je možné tieto detektory opäť uviesť do funkčného stavu. Inak povedané, „mŕtve“ detektory možno týmto spôsobom „oživiť“.

38

Crookesov mlynček alebo Crookesov rádiometer, je fyzikálny prístroj demonštrujúci pôsobenie energie svetla. Skladá sa zo sklenenej nádobky, z ktorej je vyčerpaný vzduch a vrtuľky - rotora umiestneného osovo zvislo na ihlovom ložisku tak, aby mechanický odpor bol minimálny. Vrtuľka má ploché listy z jednej strany načiernené, z druhej strany zrkadlovo lesklé.

• Pohyb vplyvom tlaku svetla. Ak sa zariadenie vystaví veľmi silnému svetlu, vrtuľka sa začne otáčať. Otáčanie je spôsobené tlakovým účinkom svetelného toku resp. fotónov na vrtuľku. Vzhľadom na to, že svetelný tlak je príliš slabý na otáčanie vrtuľkou, musí byť prístroj mimoriadne precízne skonštruovaný a vyrobený, pričom pasívne odpory musia byť takmer nulové, a v banke musí byť vákuum.
• Pohyb reaktívnym tlakom. Ak sa v nádobke ponechá časť vzduchu (tlak zhruba v rozmedzí 1 Pa - 10^-4 Pa), a vrtuľka sa osvetlí intenzívnym svetlom, vrtuľka sa začne otáčať opačným smerom, ako v predchádzajúcom prípade. Otáčanie je spôsobené dopadajúcimi fotónmi na čiernu plochu vrtuľky, ktorá sa tým zahrieva. Od zahriatej plochy sa nahrejú molekuly plynu v jej bezprostrednom okolí, čím sa plyn začne rozpínať. Reaktívnym účinkom rozpínajúcich sa molekúl plynu na povrchu lopatky, ktoré sú intenzívnejšie ohrievané na tmavej strane vrtuľky, ako na lesklej strane, vznikne rotačný pohyb.

Prístroj vynašiel v roku 1873 chemik William Crookes ako vedľajší produkt svojho výskumu. Snažil sa ním zmerať pôsobenie svetla, ktoré ovplyvňovalo jeho presné chemické merania.

39

Elektrické pole je fyzikálne pole, v ktorom je veličinou poľa (čiže veličinou priradenou každému bodu poľa) intenzita elektrického poľa E. V nejakom bode existuje magnetické pole, ak v tomto bode pôsobí na elektricky nabité teleso sila F.

Existuje ako:

• elektrostatické pole (vytvorené nepohybujúcimi sa nábojmi), alebo ako
• pole vytvorené pohybujúcimi sa nábojmi
• elektromagnetické pole (vzniká len pri rýchlo sa meniacom magnetickom poli), pozri aj Maxwellova teória elektromagnetického poľa (Maxwellove rovnice).

Graficky sa znázorňuje elektrickými siločiarami (indukčnými čiarami).

Podobne ako magnetické pole, aj elektrické pole sa dá definovať pomocou sily, ktorú vytvára. V jednotkách SI je táto sila (vzorec vyplýva z Coulombovho zákona):

$\mathbf {F} ={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\frac {Q_{1}Q_{2}}{r^{2}}}\mathbf {\hat {r}} (1)$

kde

• $\epsilon _{0}$ je fyzikálna konštanta permitivita vákua;
• $Q_{1}$ a $Q_{2}$ sú elektrické náboje objektov;
• $r$ je veľkosť vektora vzdialenosti oboch objektov;
• ${\hat {r}}$ je jednotkový vektor vyjadrujúci smer od jedného náboja k druhému.

V sústave SI sa sila udáva v newtonoch, náboj v coulomboch a vzdialenosť v metroch. Preto má $\epsilon _{0}$ ako jednotku C²/(N·m²).

40

Štefan Jánoš (* 22. december 1943, Kuchyňa, Slovensko) je slovensko-švajčiarsky fyzik a univerzitný profesor, zakladateľ fyziky veľmi nízkych teplôt na Slovensku.

Život

V rokoch 1950 – 1958 navštevoval základnú školu v Suchohrade a Záhorskej Vsi. Zmaturoval v roku 1961 na strednej škole v Malackách. V rokoch 1961 - 1966 absolvoval štúdium na Českom vysokom učení technickom, Fakulte technickej a jadrovej fyziky ČVUT v Prahe. V roku 1966 obhájil diplomovú prácu na tému Špecifické teplo FeCo zliatín v teplotnej oblasti 1,4 K až 4,2 K.

Na jednoročnú vojenskú službu nastúpil v roku 1966 do Výskumného a skúšobného strediska Ministerstva obrany v Brne. V roku 1967 nastúpil na post odborného asistenta na Prírodovedeckej fakulte Univerzity P.J. Šafárika v Košiciach. V roku 1970 absolvoval štúdijný pobyt vo Fyzikálno-technickom ústave fyziky a techniky nízkych teplôt Ukrajinskej Akadémii vied v Charkove u prof. B.N. Eselsona. Venoval sa tam vplyvu 3He atómov na supratekutý stav 4He pri 0,3 K. V roku 1971 postavil v Laboratóriu nízkych teplôt v Košiciach prvý 3He-refrigerátor na Slovensku, ktorý dosiahol teploty v okolí 0,4K. Refrigerátor sa používal pre merania tepelnej vodivosti tuhých látok a pre bodovo-kontaktnú spektroskopiu. O dva roky neskôr absolvoval ďalší študijný pobyt na Aalto Univerzite v Helsinkách v laboratóriu nízkych teplôt u prof. O.V. Lounasmaa, zaoberal sa viskozitou v kvapalnom 3He pri milikelvinových teplotách.

41

Astronomická jednotka (AU z angl. astronomical unit, UA z fr. unité astronomique) je jednotka dĺžky, približne rovná priemernej vzdialenosti medzi Zemou a Slnkom. Jej oficiálne uznávaná hodnota je

1 AU = (149 597 870 691 ± 30) m

V sústave jednotiek SI je na prvom mieste značka UA, ale vzhľadom na to, že na všetkých podujatiach Medzinárodnej astronomickej únie sa rokuje takmer výlučne v angličtine a v angličtine sa publikuje aj väčšina astronomických prác, v ktorých sa astronomická jednotka označuje AU, značka UA sa okrem Francúzska takmer nikde nepoužíva.

Určenie hodnoty

Obežná dráha Zeme nie je kružnica, ale elipsa; pôvodne bola AU definovaná ako dĺžka veľkej polosi tejto obežnej dráhy. Pre väčšiu presnosť Medzinárodná astronomická únia v roku 1976 definovala AU ako vzdialenosť od Slnka, pri ktorej častica zanedbateľnej hmotnosti bude mať na pokojovej obežnej dráhe periódu 365,2568983 dní (Gaussov rok). Ešte presnejšie, je to vzdialenosť, pri ktorej je heliocentrická gravitačná konštanta rovná (0.017 202 098 95)² AU³/d².

V tom istom čase, keď bola AU predstavená, bola jej skutočná hodnota veľmi slabo známa, avšak vzdialenosti planét v tvare AU mohli byť určené z heliocentrickej geometrie (Keplerove zákony pohybov planét). Hodnotu AU prvýkrát odhadli Jean Richer a Giovanni Domenico Cassini v roku 1672. Meraním paralaxy planéty Mars z dvoch rôznych miest na Zemi prišli k číslu okolo 140 miliónov kilometrov. Prvé dobré meranie vzdialenosti medzi Zemou a Slnkom urobil Eratosthenes z Kyrény okolo roku 200 pred n. l. štúdiom zatmení Mesiaca, jeho výsledok bol 804 000 000 štadiónov. Keď použijeme bežný štadión, preložené to znamená približne 148 740 000 000 metrov. O niečo presnejší odhad sa dá získať pozorovaním prechodu Venuše cez slnečný disk. Túto metódu navrhol Edmund Halley a bola použitá pri prechode Venuše pozorovanom v rokoch 1761 a 1769 a potom znova v rokoch 1874 a 1882.

42

Gravimetria je medziodbor geofyziky a geodézie, ktorý študuje tiažové pole Zeme, prípadne iných vesmírnych telies. Meria sa pomocou gravimetrov.

Gravimetria sa obyčajne delí na 2 obory:

• fyzikálna geodézia, ktorej cieľom je pomocou gravimetrických metód zistiť tvar Zeme
• aplikovaná gravimetria, ktorej cieľom je zisťovanie nehomogenít, v zemskej kôre

Používané jednotky

Gravitácia je meraná vo forme tiažového zrýchlenia [g]. Jej jednotkou v sústave SI je meter za sekundu na druhú (skrátene m/s² resp. m.s^-2). V praxi sa však kvôli nízkym meraným hodnotám používa odvodená jednotka µm.s^-2. Inou používanou jednotkou je Gal (1 Gal = 10^-2 m.s^-2 resp. 1 cm × za sekundu na mínus druhú). 1 mGal sa teda rovná 10 µm.s^-2.

Gravitačné anomália

Zem nie je dokonalá guľa, ale v dôsledku svojej rotácie je deformovaná do tvaru oblátneho sféroidu, ktorého polárne oblasti sú sploštené, zatiaľ čo oblasti okolo rovníka sú vypuklejšie. Priemer v oblasti rovníka je približne o 20 km menší ako v oblasti pólov. Zemské gravitačné pole preto musí byť vypočítavané zo sféroidu. Priemerná hodnota tiažového zrýchlenia je v oblasti 45. stupňa zemepisnej šírky asi g = 9,80665 m/s². Táto hodnota však klesá smerom k rovníku a stúpa smerom k pólom. Celkový rozdiel medzi tiažovým zrýchlením na póloch a rovníku je asi 0,5%

43

Elektrochromizmus je termín používaný na charakterizovanie farebných zmien elektroaktívnych materiálov, ku ktorým dochádza v dôsledku prechodu elektrónov alebo oxidáčno-redukčných dejov. Tento proces zahŕňa tok elektrického prúdu alebo zmenu potenciálu a je reverzibilný.

Elektrochrómy sú materiály, ktoré menia farbu v dôsledku toku elektrického prúdu.

Elektrochrómy v roztoku

V týchto systémoch si rozpustné elektrochrómy vymieňajú elektróny s povrchom príslušnej elektródy, zahŕňajúc anodickú oxidáciu alebo katodickú redukciu, pričom dochádza k zmene farby.

Elektrochrómy s pevnou sfarbenou formou

Tento typ elektrochrómov je v bezfarebnom stave rozpustný v elektrolyte. Farebná forma elektrochrómu, ktorá je produkovaná elektrónovým prechodom je nerozpustná a usádza sa na povrchu elektródy.

Tuhé elektrochrómy

Všetky anorganické elektrochrómy existujú v pevnom skupenstve, a to vo farebnom aj v bezfarebnom stave. Do tejto skupiny tiež patria vodivé polyméry ako polyanilíny, polypyroly a polytiofény.

Aplikácie elektrochromizmu

Hlavné využitie elektrochromických materiálov je v:

• elektricky prepínateľných spätných zrkadlách v autách
• elektricky prepínateľných inteligentných sklách
• vizuálnych displejoch

44

Charles Fabry

Charles Fabry (* 11. jún 1867, Marseille – † 11. december 1945, Paríž) bol francúzsky fyzik, spolutvorca Fabry-Pérotovho interferometra.

V roku 1885 začal štúdium na Polytechnickej škole v Marseille. Od roku 1889 vyučoval fyziku na gymnáziu; súčasne pracoval na dizertačnej práci týkajúcej sa teórie interferenčných prúžkov. Prácu obhájil v roku 1892 a o dva roky neskôr získal miesto na fakulte prírodných vied univerzity v Marseille, kde sa zoznámil so svojím budúcim spolupracovníkom Alfredom Pérotom. Spolu s ním začal študovať a vyvíjať interferenčné metódy, z nich sa postupne do roku 1898 vyvinul Fabry-Pérotov interferometer.

V roku 1913 spoločne s Henri Buissonom preukázal, že ozón v horných vrstvách atmosféry je rozhodujúci pre absorpciu UV žiarenia. V nadväznosti na tento objav zorganizoval Fabry v roku 1929 prvý medzinárodný kongres o atmosférickom ozóne.

Z Marseille sa Fabry presťahoval do Paríža. V roku 1919 sa tu stal generálnym riaditeľom Inštitútu optiky (Institut d'optique) a v roku 1921 bol menovaný za profesora na katedre fyziky v Sorbonne. O päť rokov neskôr, po smrti Alfreda Pérota, nastúpil na jeho miesto profesora na Polytechnickej škole (École polytechnique). V roku 1927 bol zvolený za člena Francúzskej akadémie vied.

45

Spektroskopia je fyzikálna metóda zaoberajúca sa vznikom a vlastnosťami spektra svetla, ktoré vzniká interakciou elektromagnetického žiarenia so vzorkou. Žiarenie dodané vzorke je odrazené alebo pohltené vzorkou, prípadne vyvolá ďalšiu emisiu žiarenia. Vzniknuté spektrum je rozložené optickým hranolom na jednotlivé frekvencie so špecifickou čiarovou (spektrálnou) štruktúrou. Absorbované alebo emitované spektrum nie je spojité, ale skladá sa z viacerých línií (čiar resp. pásov), ktoré sú špecifické pre každú látku. Neexistujú dve chemicky odlišné látky majúce rovnaký absorpčné, alebo emisné spektrum.

Spektroskopické metódy sa používajú na posúdenie koncentrácie alebo množstva danej chemickej látky (atómovo, molekulárne, iónovo). V tomto prípade nazývame prístroj, ktorý vykonáva takéto merania spektrometer, spektrofotometer, alebo spektrograf. Spektroskopia / spektrometria sa často používa vo fyzikálnej a analytickej chémii pre identifikáciu látok prostredníctvom z nich vyžarovaného alebo nimi absorbovaného spektra žiarenia. Spektroskopia / spektrometria je tiež často používaná v astronómii a diaľkovom prieskume Zeme. Väčšina veľkých ďalekohľadov má spektrometre, ktoré sa používajú buď pre meranie chemického zloženia a fyzikálnych vlastnosti astronomických objektov alebo na meranie ich rýchlosti Dopplerovským posunom ich spektrálnych čiar.

46

Červený posun je posun spektrálnych čiar smerom k červenému (dlhovlnnému) koncu spektra.

Je to zníženie frekvencie elektromagnetického žiarenia (svetla, rádiových vĺn), šíriaceho sa od galaxií,kvazarov a iných vzdialených objektov. Ide o to, že čiary viditeľnej časti spektra sú posunuté k jeho červenému koncu, z čoho pochádza aj názov. Červený posun je tým väčší, čím rýchlejšie sa pozorovaný objekt vzdaľuje, pričom v prvom priblížení je priamo úmerný vzdialenosti (Hubbleov zákon). Najprirodzenejšie sa interpretuje ako Dopplerov jav, t. j. výsledok vzájomného vzďaľovania sa galaxií (ich 'rozbiehania'). Červený posun svedči o rozširovaní sa Metagalaxie, ktoré predpovedala súčasná kozmológia.

Ak sa zdroj žiarenia a pozorovateľ od seba vzďaľujú, hovoríme o Dopplerovom červenom posune (Dopplerovom jave). Jav sa využíva napr. v astronómii na určenie relatívneho pohybu hviezd voči Zemi.

Všeobecná teória relativity predpovedá tzv. relativistický červený posun, ku ktorému dochádza, keď svetelné kvantá strácajú energiu pri opúšťaní gravitačného poľa, čiže pri šírení smerom do slabších polí. Tento červený posun sa podarilo potvrdiť v gravitačnom poli Zeme pomocou tzv. Mößbauerovho javu.

Opakom červeného posunu je modrý posun.

47

Pozitrón alebo antielektrón (značka e⁺) je elementárna častica, ktorá je antičasticou elektrónu. Je to zložka antihmoty, má kladný elektrický náboj +1e, spin ¹⁄₂ a rovnakú hmotnosť ako elektrón. Pri zrážke nízkoenergetického pozitrónu s nízkoenergetickým elektrónom, nastane anihilácia, čo má za následok vznik dvoch alebo viacerých fotónov gama žiarenia.

Pozitróny môžu vzniknúť pri pozitrónovej emisii (β+ radioaktívnym rozpadom), alebo interakciou hmoty s fotónom s energiou nad 1,022 MeV. Pri tomto procese vznikne pár elektrón-pozitrón.

História

Existenciu pozitrónu ako prvý predpovedal v roku 1928 Paul Dirac - vyšiel mu ako jedno z možných riešení Diracovej rovnice. V roku 1932 pozitrón pozoroval Carl D. Anderson, ktorý mu dal meno. Anderson tiež navrhol premenovať elektrón na negatrón, čo sa však neujalo. V roku 1928 publikoval Paul Dirac prácu, ktorá naznačovala možnosť elektrónu mať zároveň kladý náboj a negatívnu energiu. Táto práca predstavila Diracovu rovnicu, zjednotenie kvantovej mechaniky, špeciálnu teóriu relativity, a (vtedy) nový koncept spinu elektrónu vysvetľujúca Zeemanov efekt.

48

Magnetrón (magnetron) je zariadenie vyrábajúce vysokofrekvenčné elektromagnetické vlnenie - mikrovlny. Pracuje na princípe ohýbania toku elektrónov pomocou silného magnetického poľa. V praxi sa využívajú sa dve základné vlastnosti mikrovĺn – odraz od kovových predmetov (radar) a ohrievanie vody a vodu obsahujúcich látok (mikrovlnná rúra). Magnetron je zariadenie skonštruované v štyridsiatych rokoch minulého storočia pre vojenské účely, pre použitie v rádiotechnike. Principiálne ide o elektrónku, schopnú generovať elektromagnetické žiarenie v oblasti mikrovĺn.

Konštrukcia

Konštrukcia magnetronu je pomerne jednoduchá. Vo vnútri vákuovanej trubice sa nachádza kovový valček – katóda mikrovlnnej elektrónky, ktorá je obklopená kovovým blokom – anódou elektrónky so zvláštnou štruktúrou. Sú v nej vytvorené komôrky (rôzne štrbiny). Od anódy vede k vršku trubice kovový pásik, ktorý slúži ako anténa. Ku anóde sú pripevnené chladiace rebrá a celá zostava je umiestnené medzi dvoma silnými feritovými magnetmi.

Princíp činnosti

Valček tvoriaci katódu je nahrievaný elektrickým prúdom a tým sa z neho uvoľňujú elektróny. Elektróny sú urýchľované elektrickým poľom smerom k anóde. Feritové magnety vytvárajú v trubici magnetické pole, ktorého indukcia (siločiary indukcie) sú kolmé k dráhe elektrónov a keďže žiarenie z katódy má elektromagnetický charakter je magnetickým poľom ovplyvnená ich dráha. Elektróny sa v magnetickom poli nepohybujú priamočiaro od stredu k obvodu, ale stáčajú sa, ich dráha sa zakrivuje. To znamená, že dopadnú na komoru anódového segmentu zboku.

49

Benoît B. Mandelbrot (* 20. november 1924, Varšava - † 14. október 2010, Cambridge, Massachusetts, USA) bol americko-francúzsky matematik poľského pôvodu.

Mandelbrot otvoril mimoriadne perspektívy pri opisovaní matematických vlastností prírodných predmetov pomocou pojmu fraktálu - považuje sa za otca fraktálovej geometrie. Je známy tiež ako objaviteľ Mandelbrotovej množiny. Na univerzite v Yale b olnositeľom akademickej hodnosti Sterling Professor Emeritus v oblasti matematických vied, ktorá sa udeľuje len tým najlepším vo svojom obore. Pracoval tiež pre IBM vo vývojovom stredisku Thomasa J. Watsona. Mal dvojité americké a francúzske občianstvo, žil v USA.

Detstvo a profesionálne začiatky

Benoît B. Mandelbrot sa narodil vo Varšave, v židovskej rodine pochádzajúcej z Litvy. V roku 1936 sa jeho rodina presťahovala do Paríža (keďže predpovedali nebezpečenstvo hroziace od nacistického Nemecka), preto od svojich jedenástich rokov žil vo Francúzsku. V jeho rodine bola hlboko zakorenená akademická tradícia - jeho matka bola lekárka a k matematike ho priviedli jeho dvaja strýkovia, ktorí sa touto vednou disciplínou zaoberali. Jeden z nich, Szolem Mandelbrojt, bol významný parížsky matematik. Na druhej strane, jeho otec sa živil obchodovaním s textilom.

Napriek tomu, že jeho strýko ho priviedol k matematike, jeho odborným smerovaním neskôr nebol veľmi nadšený - Mandelbrot inklinoval ku geometrii, ktorá bola v tej dobe považovaná za mŕtvu disciplínu, na rozdiel od matematickej analýzy, ktorou sa zaoberal jeho strýko, a ktorá bola považovaná za "najserióznejšiu" matematiku vôbec. Mandelbrot sa aj sám vyjadril, že napriek jeho nesporným úspechom v oblasti fraktálovej geometrie, jeho strýko vždy uvažoval o tom, čo pri svojej "výchove" pokazil.

50

Mikrovlnné žiarenie je elektromagnetické žiarenie ležiace vo frekvenčnom pásme 3.10⁸ - 3.10¹¹Hz (inak 300MHz - 300GHz). V spodnom okraji pásmo susedí s FM rozhlasovým vysielaním, v hornej časti spektra susedí s infračervenou oblasťou. V prírode detekujeme toto žiarenie vo forme mikrovlnného žiarenie kozmického pozadia (CMBR - reliktové žiarenie).

Žiarenie má vlnovú dĺžku v rozmedzí 1 – 10^-3 metra. Jeho zdrojom sú mikrovlnné generátory (klystron, magnetron). Mikrovlnné žiarenie sa pri pohltení v látkach obsahujúcich vodu premieňa na tepelnú energiu. Ďalšou vlastnosťou mikrovĺn je ich odraz od kovových predmetov, ktorý sa dá detegovať. Mikrovlny sa používajú pre rádiové spojenie medzi pozemnými stanicami, na satelitné prenosy, v radarovej technike na rádiolokáciu, v mikrovlnných rúrach a pod.

Mikrovlny boli objavené na začiatku 40-tych rokov minulého storočia vo Veľkej Británii na univerzite v Birminghame. Prvé praktické využitie mikrovĺn sa uskutočnilo počas druhej svetovej vojny v radaroch. V roku 1947 bol objavený princíp zohrievania vody pomocou mikrovĺn.

Mikrovlny prechádzajú niektorými materiálmi (papier, plast, bavlna, sklo). Priepustnosť závisí od materiálu a jeho hrúbky (výraznejší útlm nastáva, ak hrúbka materiálu je väčšia ako 1/2 vlnové dĺžky žiarenia. Dipolárnymi materiálmi (voda, tuk) sú mikrovlny pohlcované. Kovy mikrovlny neprepúšťajú, pretože majú voľné elektróny. Vzhľadom na vlnovú dĺžku nemôžu mikrovlny prechádzať ani malými otvormi v kovoch.

51

Plazma je vysoko ionizovaný plyn, zložený z iónov, elektrónov (a prípadne neutrálnych atómov a molekúl), ktorá vzniká odtrhnutím elektrónov z elektrónového obalu atómov plynu, alebo roztrhnutím molekúl (ionizáciou). Plazma sa zvyčajne považuje za ďalšie skupenstvo hmoty. Pretože obsahuje veľké množstvo ionizovaných častíc, je elektricky vodivá. Prvýkrát ju popísal anglický chemik a fyzik William Crookes v roku 1879, ktorý ju volal "radiant matter" – žiarivá matéria. Pomenovanie plazma zaviedol americký fyzik Irving Langmuir v roku 1928.

Plazma existuje vo vesmíre často v odlišných formách. V prírode sa s ňou môžeme stretnúť v podobe blesku, polárnej žiary, alebo hviezd. V skutočnosti plazma tvorí až 99 % pozorovanej hmoty vesmíru.

Základné charakteristiky plazmy

Plazma existuje vo vesmíre v rôznych, často veľmi odlišných formách. S plazmou sa môžeme stretnúť napríklad vo forme blesku, polárnej žiare, vo vnútri žiaroviek, plazmových lámp a tzv. neónov, plazma tvorí taktiež konvenčné hviezdy, slnečný vietor, alebo hmloviny. Parametre plazmy v týchto formách sa líšia o mnoho stupňov.

Stupeň ionizácie

Stupeň ionizácie plazmy (pomer počtu ionizovaných častíc voči celkovému počtu častíc) je jedným z najdôležitejších parametrov, ktorý určuje správanie sa plazmy. Závisí predovšetkým od teploty a dá sa odhadnúť zo Sahovej rovnice.

52

Hallov jav je vznik potenciáloveho rozdielu na elektródach polovodičovej doštičky, ktorou prechádza elektrický prúd a sučasne sa nachádza v magnetickom poli s magnetickou indukciou neparalelnou (často kolmo pôsobiacou) so smerom vektoru prúdovej hustoty, charakterizovanom tzv. Hallovým napätím.

Hallov jav je proces generovania Hallovho elektrického poľa v polovodiči (existuje i v kovoch, ale vzhľadom ku vysokej koncentrácii vodivostných elektrónov sa takmer neuplatňuje) za súčasného pôsobenia vonkajšieho elektrického a magnetického poľa. Dôsledkom toho sa hromadí na jednej strane látky záporný náboj a na strane druhej náboj kladný. Vďaka tomu, že póly majú rôzny potenciál, vzniká Hallovo napätie. Doštičkou potom preteká prúd o hustote

$j_{x}=qnv_{d}$

Pôsobením Lorentzovej sily $F_{y}=qv_{d}B_{z}$ (Bz je indukcia) sú nosiče vychyľované na jeden pól doštičky.

Hallovo pole vyvolá opačnú silu k Lorentzovej sile $F_{y}=qE_{H}$

Jav bol objavený Edwinem Hallom v roku 1879 a na počesť nesie jeho meno.

Hallovo napätie

Následkem Hallovho javu vzniká Hallovo napätie:

$U_{h}=R_{H}{\frac {IB_{y}}{d}}$