Dziury wydrążone przez robaki cz.3

 Teraz z naszą kupą faktów wkraczamy w ostatni rozdział serii poświęconej czarnym dziurom. A w tej części powiemy sobie o... o czarnych dziurach! ( w zasadzie każda kupa faktów czy... odpadów dąży ostatecznie do czarnej dziury. Czy to tunelem czasoprzestrzennym czy jelitem grubym...)

Na pewno wielu z was, którzy czytali tego bloga zastanawia się skąd właściwie wiadomo że czarne dziury istnieją, jak można zobaczyć coś co zatrzymuje światło, coś co jest niewidoczne? (Jestem przekonany, że się zastanawialiście, tylko onieśmieleni moją zajefajnością wstydziliście się mi zadać to pytanie. Ok. Jest jeszcze możliwość, że po prostu macie mnie gdzieś).

Istnieją różne metody obserwacji czarnych dziur. Jak wiadomo czarna dziura ma tak potężną masę, że zatrzymuje swoją grawitacją nawet promienie świetlne. A w pobliżu tzw. horyzontu zdarzeń zakrzywia je. Gdybyśmy oglądali Słońce przez pryzmat tak ciężkiego ciała, obraz Gwiazdy Dziennej byłby bardzo zdeformowany. Czarna dziura na tle światła mogłaby wyglądać mniej więcej tak:

Mimo przyjęcia tezy o powszechności czarnych dziur we wszechświecie, astronomii wciąż doskwiera wstydliwy problem – nikt nigdy ich nie widział. No bo, jak dostrzec przedmiot z definicji nieemitujący żadnego promieniowania (no, prawie – ale o tym później)
Jako pierwszy sposób poszukiwań opracował Jakow Zeldowicz wraz ze swoim zdolnym studentem Igorem Nowikowem. Założyli oni, że nie trzeba widzieć samego horyzontu zdarzeń, a jedynie materię nań opadającą. Gaz i pył pod wpływem potężnego ciśnienia, panującego tuż nad krawędzią horyzontu, ulegają ściskowi, co powoduje wzrost temperatury do kilku milionów stopni i emisję promieniowania. Świecące w ten sposób skupisko materii w pobliżu czarnej dziury nosi nazwę dysku akrecyjnego. Zeldowicz i Nowikow słusznie zauważyli, że efekty te najłatwiej będzie zaobserwować przy układach dwóch krążących blisko siebie gwiazd. Gdy w miejscu jednej z nich powstanie czarna dziura, zacznie ona uprawiać kosmiczny kanibalizm, pochłaniając materię swojej towarzyszki. Najsłynniejszy jak dotąd przykład układu podwójnego gwiazdy z czarną dziurą zaobserwowano w gwiazdozbiorze Łabędzia. W Cygnusie X-1, jak został nazwany, niebieski nadolbrzym wykonuje taniec śmierci z obiektem o masie piętnastokrotnie większej od Słońca, emitującym ogromne ilości promieniowania w zakresie rentgenowskim.
Jeżeli często oglądaliście programy dokumentalne dotyczące kosmosu, to bardzo możliwe, że nie raz podziwialiście pracę prof. Andrei Ghez z popularnego hawajskiego obserwatorium Mauna Kea, bądź prof. Reinharda Genzela z Instytutu im. Maxa Plancka w Monachium. Obydwa zespoły od lat badają co gnieździ się w przysłoniętym obłokami pyłu i gazu środku naszej galaktyki. Dlaczego tam? Wystrzelony pod koniec ubiegłego wieku teleskop kosmiczny Chandra, działający w zakresie promieni rentgenowskich, zwrócił uwagę na znajdujące się w tym rejonie nadzwyczaj silne źródło radiacji, ochrzczone nazwą Sagittarius A*. Analogicznie jak w przypadku Cygnusa X-1 spodziewano się, że to sygnał emitowany przez dysk akrecyjny, ale krążący wokół znacznie masywniejszej dziury. Gdy po kilku latach udało się przedrzeć przez grube warstwy pyłu gwiezdnego, dojrzano grupę kilkunastu gwiazd poruszających się najbliżej centrum Drogi Mlecznej. Dzięki pomiarom kształtu orbit i prędkości poruszania się po nich, obliczono jaką masę musi posiadać ciało wokół którego krążą. Szczególnie interesująca zdawała się gwiazda S2, która krążąc po mocno eliptycznej orbicie potrafiła nagle przyśpieszyć do 5 tys. km/s; ciało większe od Słońca posuwało się z szybkością 15% prędkości światła! Rachunki dawały zatrważający wynik – gwiazdy środka galaktyki tańczą wokół jakiegoś małego obiektu o masie co najmniej 2,2 miliona Słońc. Nauka nie znajduje lepszej hipotezy, niż uznanie Sagittariusa A* za supermasywną czarną dziurę.

Ten taniec można zobaczyć tutaj. Mniej więcej od 12 minuty.

Ostatnio usłyszałem pytanie w związku z Wielkim Zderzaczem Hadronów. Czy rzeczywiście powstają tam czarne dziury i czy to nie jest lekkomyślne ze strony naukowców i czy nie doprowadzą oni do zniszczenia Ziemi.
Po pierwsze polecam stronę, na której można na bieżąco sprawdzić czy naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów zniszczyli już Ziemię.
http://hasthelargehadroncolliderdestroyedtheworldyet.com/
Administrator strony zapewnia, że aktualizuje stronę co minutę.

Czy wytworzenie czarnej dziury w warunkach laboratoryjnych jest możliwe?
Pierwsi teoretycy czarnych dziur skupiali się głównie na gwiazdach i nie ma w tym nic dziwnego. Tylko życiu gwiazd, i to tych największych, towarzyszą procesy umożliwiające naturalne zejście poniżej promienia Schwarzschilda. Ale czy, choćby na papierze, nie możemy założyć powstania czarnej dziury w wyniku zapadnięcia innego ciała? To istotne, bo naukowcy pragnący rozpocząć „produkcję” dziur, raczej nie będą dysponować podręcznymi gwiazdami.

Teoretycznie nie ma tu żadnych przeciwwskazań. Zasadniczo każdy obiekt może ulec zapadnięciu w samym sobie, jeżeli tylko przekroczy punkt krytyczny, a ten jest ściśle związany z masą – im mniejsza masa tym bardziej musimy zmiażdżyć ciało. W takim razie, czy niewielka w kosmicznej skali Ziemia może przekształcić się w czarną dziurę? Oczywiście – wystarczyłoby ścisnąć naszą planetę do rozmiarów piłeczki golfowej. A niesympatyczny sąsiad? Powinno się udać, jeżeli tylko znajdziemy sposób na zgniecenie całej materii jego ciała do rozmiaru jądra atomowego lub mniejszej. Kłopot polega jedynie na tym, że oddziaływanie grawitacyjne małych obiektów nie zainicjuje spontanicznego zapadania i konieczna byłaby pomoc z zewnątrz.

Takiej pomocy, naukowcy chcą udzielać pojedynczym cząstkom, dając początek bardzo, bardzo malutkim czarnym dziurom. Fizycy ciągle mają nadzieje, iż takie eksperymenty dojdą do skutku w Wielkim Zderzaczu Hadronów, po osiągnięciu przezeń mocy 14 TeV. Tak rozpędzone protony zderzyłyby się na tyle mocno aby zbliżyć się na odległość mniejszą niż promień Schwarzschilda. Niektórzy naukowcy pracujący w CERN, utrzymują że mikrodziury mogły już powstać, ale… detektory nie zdążyły ich zarejestrować!

Rekordzistki

Kiedy myślimy o zwyczajnej czarnej dziurze (o ile jakąkolwiek czarną dziurę można posądzić o bycie zwyczajną), mamy przed oczami obiekt bardzo masywny, ekstremalnie gęsty, ale raczej o niewielkich gabarytach. Jeżeli wyobrazimy sobie pozostałość po śmierci olbrzyma nawet dziesięciokrotnie masywniejszego niż nasze Słońce okaże się, że nie osiągnie ona średnicy większej niż… 200 kilometrów. W rzeczy samej, gdybyśmy mogli zgnieść naszą gwiazdkę do granicy Schwarzschilda – do czego w sposób naturalny na pewno nie dojdzie, bo jest za lekka – otrzymalibyśmy czarną dziurkę w rozmiarze XS, której obwód nie przekroczyłby 3-4 kilometrów. 

A co gdybym powiedział wam, że podróżując przez wszechświat można wpaść w dziurę o średnicy liczonej w miliardach kilometrów? Ujmę to tak: Ziemia to pyłek na tle tarczy słonecznej, z kolei potężne z naszej perspektywy Słońce to zaledwie żarząca iskierka w zestawieniu z monstrum zalegającym w centrum galaktyki NGC 1277. Gdyby go ustawić w centrum Układu Słonecznego, przykryłby go całkowicie, sięgając hen za orbitę Plutona. Nawet największej poznanej gwieździe, VY Canis Majoris pozostaje jedynie zarumienić się ze wstydu. To wraz z super-gęstością daje oszałamiający rezultat w postaci masy 17 miliardów mas Słońca. 

W przybliżeniu to tysięczna część masy całej Drogi Mlecznej – galaktyki zawierającej grubo ponad 200 miliardów gwiazd – zawarta w pojedynczym obiekcie. Żeby było ciekawiej, od razu zaznaczę, że to żaden rekord. Niemal co roku odkrywamy coraz cięższe czarne dziury, czego najlepszym przykładem jest grubas leżący w centrum NGC 4889 w gwiazdozbiorze Warkocza Bereniki. Jego masę szacujemy na mniej więcej 21 miliardów Słońc. 

Czymże zatem czarna dziura z NGC 1277 zasłużyła sobie na specjalne zainteresowanie astronomów i dlaczego zawracam nią wasze głowy? Otóż, zasadniczo rozmiary tych grawitacyjnych silników korelują z wielkościami napędzanych przez nie galaktyk. Przykładowo tłuściochy zasiadające na tronach przeciętnie dorodnych galaktyk, jak Droga Mleczna lub Andromeda, nie przekraczają masy 5 milionów Słońc. Nasz Sagittarius A*  stanowi więc ledwie zauważalny ułamek całej galaktyki o masie ponad biliona Słońc. W przypadku NGC 1277 mamy do czynienia z sytuacją kuriozalną, bowiem sama galaktyka prezentuje się co najmniej pięciokrotnie mizerniej od Drogi Mlecznej, a nosi w sobie potwora o masie 17 miliardów Słońc. Dysproporcja wydaje się porażająca: omawiana czarna dziura stanowi od 14% do 16% masy całej galaktyki!

I rozwiązanie naszego konkursu, w którym udział wzięli... nikt. ;)

Odpowiedź na naszą zagadkę dotyczącą tytułu trzech ostatnich postów brzmi:

W języku angielskim czarne dziury określa się terminem wormgholes co w tłumaczeniu na polski oznacza dziury wydrążone przez robaki.

 

Do następnego przeczytania!

Dziury wydrążone przez robaki cz. 2

W poprzednim odcinku wyjaśniliśmy sobie pokrótce czym są czarne dziury i jak powstają. W tym wpisie wyobrazimy sobie siebie w czarnej d... dziurze. Zapraszam na wycieczkę do osobliwości!

Jeśli obiekt mija czarną dziurę z daleka, tor jego ruchu może się zakrzywić w jej kierunku, ale on sam nie musi w nią wpaść. Jeśli ciało znajduje się odpowiednio blisko czarnej dziury, wówczas wpada w nią, poruszając się po spiralnym torze. Jak wiemy grawitacja czarnej dziury jest tak ogromna, że ten sam los spotyka nawet foton światła. Krytyczna odległość, która oddziela te dwa światy  (wewnątrz i na zewnątrz czarnej dziury) nazywa się horyzontem zdarzeń. Wszystko co wpadnie za horyzont zdarzeń - nawet światło - zostaje uwięzione w czarnej dziurze.

Wpadanie do czarnej dziury zostało określone jako "spaghettifikacja". Mówię serio. Jest to termin naukowy! Już tłumaczę skąd ta nazwa.
Gdyby patrzeć na zjawisko grawitacji jako na zakrzywienie czasoprzestrzeni pod wpływem masy (trampolina i kula - pamiętacie?) to wiemy, że masa czarnej dziury jest tak olbrzymia iż czasoprzestrzeń nie tylko się zakrzywia. Powstaje w niej studnia bez dna o stromych ścianach. I właśnie z powodu stromości tych ścian w czasoprzestrzeni wokół czarnej dziury istnieje bardzo duży gradient grawitacji. To znaczy, że siła grawitacji wraz ze zbliżaniem się do tej studni czasoprzestrzeni gwałtownie rośnie. Gdybyś wpadł do środka nogami do przodu, wtedy twoje nogi byłyby przyciągane o wiele bardziej niż np głowa. Bo ta znajdowałaby się dalej od horyzontu zdarzeń. A zatem twoje ciało zostałoby naciągnięte, jak przy użyciu maszyny do tortur. W pobliżu czarnej dziury bylibyśmy rozciągnięci jak guma do żucia w długą nitkę. Każdy jeden atom naszego ciała uległby najpierw wyciągnięciu w kierunku czarnej dziury a następnie rozerwaniu. Mało wesoła perspektywa.

Spaghettifikacja

Dla obserwatora z zewnątrz byłby widoczny jeszcze jeden efekt. Masa powoduje dylatację czasu. (Jeżeli temat dylatacji czasu itp nie jest ci znany zapraszam do mojego innego bloga poświęconemu właśnie takim efektom)(KLIK). Masa czarnej dziury jest olbrzymia więc w jej pobliżu czas się prawie zatrzymuje. Z zewnątrz wyglądałbyś więc jak byś był zamrożony. Twój czas stanąłby w miejscu (ale tylko dla obserwatora z zewnątrz). Dla ciebie zaś twój czas biegłby zwyczajnie, ale czas na zewnątrz drastycznie by przyspieszył. Można wręcz powiedzieć, że czarne dziury to machiny dzięki którym można podróżować w czasie. U ciebie minęłaby sekunda podczas gdy poza czarną dziurą minęłyby tysiące lat!

Czarne dziury choć są ciekawymi obiektami w kosmosie to jednak niezbyt nadają się do zwiedzania. Wchłaniają wszystko w swoim pobliży i na pewno nie jest to bezbolesne. Ktoś mógłby się oburzyć: Zaraz! A gdzie prawo zachowania energii?! Skoro czarna dziura wchłania materię to powinna zamienić ją albo na energię albo na inną materię!
Rzeczywiście. Fizyka nie dopuszcza sytuacji, w której informacja przepada na zawsze. I z pomocą przychodzi nam kolejny mądrala o nazwisku zaczynającym się na "H".
Do przeczytania w następnym odcinku!

Dziury wydrążone przez robaki

Ostatnie wpisy, które na blogu popełniałem przerodziły się w małą... telenowelę. I choć bardzo się starałem nie za dobrze mi to wychodziło. Postanowiłem wrócić do korzeni i oszczędzić sobie i przede wszystkim moim czytelnikom nudne, czasem już żenujące historyjki. 

Moja najwierniejsza czytelniczka opowiedziała mi ostatnio co jej się śniło. Widziała zjawisko, które (tylko we śnie) sam chętnie chciałbym przeżyć. Śniła jej się czarna dziura, która rosła zastępując Słońce i wciągając Ziemię. Na początku kiedy usłyszałem "śniła mi się czarna dziura" myślałem, że chodzi o jakiś sen erotyczny, konkretniej o miłość per rectum(KLIK). Jednak chodziło faktycznie o kosmiczną czarną dziurę.

 Z jej zeznań wynika, że sen był dosyć realny. Bo czarne dziury powstają właśnie z zapadających się gwiazd. To się nazywa kobieca intuicja astrofizyczna! Czym są czarne dziury? Jak ten sen mógłby się skończyć? Spróbuje odpowiedzieć na te pytania w tym i może kolejnych wpisach. Skąd ten pokrętny tytuł wpisu? Znawcy tematu czarnych dziur już wiedzą o co chodzi. Ci, którzy się nie znają (jeszcze się nie znają) dowiedzą się.

Wpadnięcie do czarnej dziury nie byłoby przyjemne. Mielibyśmy kończyny rozdarte na kawałki a podczas spadania w czarną dziurę dla obserwatora z zewnątrz wyglądalibyśmy jak zamrożeni w czasie.

Czym są czarne dziury?

Pamiętasz pewnie jak pisałem o prędkościach kosmicznych i o tym dlaczego Księżyc nie spada na Ziemię (właściwie sęk w tym, że spada, ale jest to wieczny spadek). To jest ten post(KLIK). Omawiałem tam przykład kuli armatniej. Teraz wyobraźmy sobie podobną sytuację, ale zamiast kuli niech to będzie piłeczka. Jeśli wyrzucisz piłkę w powietrze, osiągnie ona pewną wysokość i spadnie z powrotem na ziemię. Im większą prędkość nadasz piłeczce tym wyżej poleci. Jeżeli nadałbyś jej wystarczająco dużą prędkość piłka uciekłaby ziemskiej grawitacji i poleciała w przestrzeń kosmiczną. Prędkość potrzebna by to osiągnąć to około 11 km/s. Taką prędkość musi osiągnąć rakieta, aby uciec z Ziemi. Jak pisałem we wcześniejszym wpisie, prędkości ucieczki są uzależnione od masy planety z której rakieta miałaby uciec. Na przykład na Księżycu, który posiada tylko 0,0123 masy Ziemi wystarczyłoby nadać piłce prędkość 2,4 km/s aby poleciała w przestrzeń kosmiczną. I znów gdybyś stał na bardziej masywnej planecie, wtedy prędkość ucieczki wzrosłaby. A gdyby istniała planeta tak masywna, że prędkość ucieczki przekroczyłaby prędkość światła? Nawet światło nie byłoby w stanie uciec w przestrzeń kosmiczną. I taki właśnie obiekt, tak masywny i gęsty, że nawet światło nie może z niego uciec nazywamy czarną dziurą.

Skąd się biorą czarne dziury?

Moja KOCHANA czytelniczka twierdziła, że we śnie obserwowała Słońce i ze Słońca zaczęła się tworzyć czarna dziura. Sen doskonale odzwierciedlił rzeczywistość! No może nie do końca doskonale. Później powiem dlaczego. Ale czarne dziury w rzeczy samej rodzą się z gwiazd! Ich pierwsza nazwa z resztą brzmiała "umarłe gwiazdy".

Skąd się biorą? Aby to wyjaśnić, koniecznie wypada wspomnieć o ogólnej teorii względności Einsteina. Zanim Einstein opublikował swoją rewolucyjną teorię, grawitację uważano za sztywną siłę utrzymującą przy sobie ciała na uwięzi. Odkrycie Einsteina zrewolucjonizowało spojrzenie na grawitację. Stała się ona wgłębieniami na płótnie czasoprzestrzeni. Brzmi dziwacznie?

Wyobraź sobie trampolinę. Kładziesz na niej ciężką kulę do kręgli. Ciężar kuli wgniata trampolinę tworząc wokół niej zagłębienie. Puszczasz teraz po trampolinie mniejszą piłeczkę. Co się dzieje? Mniejsza piłeczka krąży wokół kuli, krąży i krąży po coraz to mniejszej odległości od kuli aż w końcu wpada w zagłębienie i spada na kulę. Newton powiedziałby, że to siła grawitacji wywołana masą kuli przyciąga mniejszą piłeczkę do kuli. Einstein zaś powiedziałby: "Puknij się w swój herbaciany łeb Newton. Tu nie ma żadnej siły. To masa kuli sprawia, że czasoprzestrzeń (płótno trampoliny) się zagina co sprawia, że mniejsza piłeczka, która po tej przestrzeni się porusza spada na kulę.

Im bardziej masywna kula (planeta), tym bardziej jest wgniecione płótno trampoliny (czasoprzestrzeń) i tym większa grawitacja wokół niej.

Powiedzmy że to niebieskie to płótno trampoliny, żółte to kula do kręgli, a zielone to piłeczka

A teraz co by było gdyby kula do kręgli była tak ciężka, że zakrzywiłaby płótno trampoliny do tego stopnia, że z zagłębienia zrobiłaby się studnia bez dna? Wszystko co wpadłoby po trampolinie do takiej studni owszem, dotarłoby do kuli, ale płótno byłoby tak zakrzywione, że nic nie mogłoby się od tej kuli wydostać. Czym masywniejsze ciało, tym większe zagłębienie w niewidzialnej tkaninie. Ta elegancka koncepcja zmieniła rozumienie wszechświata, jednocześnie rodząc wiele nowych, nurtujących pytań. Wśród nich jedno, wyjątkowo fascynujące: co otrzymamy, gdy skupimy niewiarygodnie wielką masę w maleńkim punkcie? Otrzymamy czarną dziurę!

No dobrze. Ale nadal nie wiemy skąd się takie masywne skurczybyki w kosmosie biorą!

Sam pomysł istnienia takich miejsc w kosmosie budził silny sceptycyzm ówczesnych naukowców. Obliczeń podjął się jako pierwszy Karl Schwarzschild, astrofizyk zainteresowany geometrią wszechświata. Zajmując się coraz mniejszymi punktami w przestrzeni, Niemiec napotykał spore problemy. Normalnie, gdy zbliżamy się do jakiegoś obiektu dwukrotnie, to siła grawitacji wzrasta czterokrotnie – zgodnie z prawem powszechnego ciążenia. Równania ogólnej teorii względności wskazywały jednak na niezwykły i zatrważający wniosek – odpowiednie zagęszczenie materii, przekraczające pewną krytyczną granicę, powoduje, że siła grawitacyjna dla tej materii staje się nieskończona! Dziś tego typu ewenement nazywamy osobliwością – miejscem, w którym standardowo rozumiana fizyka traci sens.

Schwarzschild obliczył, że każde ciało może osiągnąć taki stan, o ile zostanie zgniecione do odpowiednio małych rozmiarów. Po przekroczeniu tej granicy, praktycznie niemożliwym jest powstrzymanie dalszego zapadania się obiektu w samym sobie. W ten sposób astrofizyk jako pierwszy przewidział powstanie „zmarłej gwiazdy” (oficjalnie po raz pierwszy sformułowania „czarna dziura” użył na konferencji z 1967 roku John Wheeler). Dla naszego Słońca promień Schwarzschilda wynosi najwyżej kilkanaście kilometrów. Oznacza to, że skurczenie jego masy, do rozmiarów niewielkiej planetoidy, zaowocuje nieposkromionym zapadaniem się w sobie, bez możliwości odwrotu. Długość promienia krytycznego, będzie proporcjonalnie uzależniona od masy obiektu. Niewielkie ciało, wielkości Ziemi, trzeba by zmiażdżyć do rozmiarów paru centymetrów, aby stało się czarną dziurą. Nie powinno nas dziwić, iż przez długie lata uznani profesorowie zgodnie twierdzili, że w przyrodzie nie ma miejsca na tego typu fizyczne wynaturzenia. W 1939 Einstein napisał: Logiczny jest wniosek o nieistnieniu osobliwości Schwarzschilda w fizycznej rzeczywistości. 

Dziś wiemy, że Albert Einstein był w błędzie i nie docenił potencjału własnej teorii. Otwarty pozostawał problem, co musi się stać, aby osobliwość Schwarzschilda rzeczywiście powstała. Tylko jedna kategoria obiektów w kosmosie posiada wystarczający potencjał, aby wiązać z nią narodziny czarnych dziur – gwiazdy. Niczym ogromne piece termojądrowe spalają biliony ton wodoru, zamieniając go na coraz cięższe pierwiastki. Przez cały ten czas, trwa siłowanie między termicznym ciśnieniem rozsadzającym gwiazdę, a grawitacją próbującą ją zmiażdżyć. Ostatecznie dochodzi do momentu wyczerpania paliwa, gdy powstaną pierwiastki, z których reakcje jądrowe nie zdołają wykrzesać więcej energii. W dalekiej przyszłości czeka to wszystkie gwiazdy, jedne po milionach, inne po miliardach lat. Czym mniejsza gwiazda, tym spokojniejszy i, paradoksalnie, dłuższy jej żywot. Przeciętne w tej skali Słońce znajduje się mniej więcej w połowie swojej egzystencji, a jego końca należy się spodziewać nie wcześniej niż za 4 miliardy lat.

Czarne dziury powstają przy okazji znacznie efektowniejszej śmierci, która spotyka największe gwiazdy. Mowa tu o hiperolbrzymach jak Rigel czy Betelgeza, osiągających masę kilkunastokrotnie większą od naszego Słońca. Metabolizm gigantycznych gwiazd pozwala na nieco więcej, a ich koniec należy do najdramatyczniejszych wydarzeń jakie spotykamy w kosmosie.

Początek tego procesu przebiega analogicznie w przypadku wszystkich gwiazd. Gdy kończy się paliwo jądrowe temperatura spada, a wraz z nią bijące na zewnątrz ciśnienie. Grawitacja zaczyna dominować, naciskając coraz bardziej na jądro. Miażdżona materia ulega degeneracji, ponieważ cząstki elementarne znajdując się tysiące razy bliżej niż normalnie, zaczynają drgać w sposób niekontrolowany. Fizycy zajmujący się mechaniką kwantową zwracają uwagę, że zdegenerowane elektrony zachowujące się częściowo jak fale o bardzo krótkich długościach (z braku miejsca), noszą ponadprzeciętnie wielką energię. To tak zwane ciśnienie degeneracji elektronów. Hinduski noblista Subramanyan Chandrasekhar obliczył, że jeżeli zapadająca się w ten sposób gwiazda nie przekracza masy 1,4 Słońca, to powstanie swojego rodzaju status quo między oddziaływaniem grawitacji a ciśnieniem degeneracji elektronów. Owocem tej równowagi będzie gęsty i blado świecący biały karzeł o średnicy zbliżonej do Ziemi. Chandrasekhar spodziewał się, że cięższych gwiazd nie czeka tak łagodny scenariusz. Białe karły uważane w pierwszej połowie XX wieku za coś niezwykłego, miały się okazać niczym szczególnym w porównaniu z tym co dopiero czekało na odkrycie. Znawca tematu teorii względności Artur Eddinhton skomentował te wnioski: Mogą nastąpić rozmaite wydarzenia, które uratują gwiazdę, lecz ja chcę pewniejszej ochrony. Uważam, że powinno być jakieś prawo przyrody, dzięki któremu owo absurdalne zachowanie gwiazdy staje się niemożliwe! To już drugi raz, kiedy cieszący się wielką sławą naukowiec nie chciał przyjąć do wiadomości, że natura potrafi wymknąć się poza standardowe postrzeganie wszechświata. Mimo sprzeciwu legendy brytyjskiej astronomii, teoria Chandrasekhara zyskała poparcie.

Wróćmy raz jeszcze do kończącego swój żywot hiperolbrzyma. Po wypaleniu swojego podstawowego ładunku – wodoru – musi się zadowolić helem, a następnie coraz cięższymi pierwiastkami – tlenem, węglem, magnezem, siarką, neonem, krzemem i tak dalej. Gwiazda posila się w najlepsze, aż do powstania w jej wnętrzu atomów żelaza. Pierwiastek ten działa niczym trutka, gwałtownie przerywając procesy termojądrowe. Na jądro zaczyna oddziaływać gigantyczna siła grawitacji, tak wielka, że ciśnienie degeneracji elektronów jego materii nie wystarcza do zahamowania procesu zgniatania. W tym czasie, zewnętrzne warstwy gwiazdy błyskawicznie spadają do środka, co powoduje „odbicie” z monstrualną energią. Dochodzi do eksplozji, która wstrząsa niebiosami – supernowej. W ułamku sekundy wytwarzana jest energia tysiące razy większa niż nasze Słońce wypromieniuje w ciągu całej swojej egzystencji. Gdy tego typu katastrofa przydarzyła się w odległości ponad 7 tysięcy lat świetlnych, wybuch był widoczny na naszej planecie nawet w dzień, a promieniowanie zostawiło ślad w rdzeniu lodowym Antarktyki. We wnętrzu piekła supernowej następuje ostateczny triumf grawitacji – poddane gigantycznemu ciśnieniu jądro zapada się w sobie tworząc czarną dziurę. 

Bestia wsysa siłą grawitacji wszystko w swoim pobliżu. I na nic zdadzą się schrony antyczarnodziurowe w piwnicach pod schodami.

CDN

P.S. Zmieniłem trochę pismo i tło. Uważam że tak wygodniej się mnie czyta. I przyjemniej.

P.S.2 Zawsze czyta się mnie przyjemnie.

Eureka!

J. była tak oryginalną kobietą, że nawet jej wymarzone zaręczyny, coś tak oklepanego i pełnego tradycji, musiało wyglądać inaczej. P. uwielbiał jej nietuzinkowość, specyficzne myślenie. P. musiał się napracować. dawać z siebie wszystko i często rezygnować ze wszystkiego i wszystkich innych byleby spełnić jej zachcianki. Na przykład Kiedy był bardzo zmęczony a nocą J. chciała z nim jeszcze porozmawiać nie spał i rozmawiał. Ale przecież nic w tym dziwnego. W końcu bardzo ją kochał. Chciał tego. Sprawiało mu to radość. Chciał poświęcać jej więcej czasu niż innym i niezależnie od tego gdzie był, co robił zawsze była na pierwszym miejscu. Tego się nie chwali. Nie powinno. Właściwie nie można nawet powiedzieć, że P. z tych powodów był jakiś... fajny. W końcu przecież tak chyba robią ludzie dla ludzi na których im bardzo zależy. To jest zwyczajne zachowanie. Nic wielkiego. Pewnego dnia J. zażyczyła sobie... patyk. Tyle, że z drugiego końca kraju. O ile znalezienie takiego patyka nie było trudne o tyle dostawa go w dłonie ukochanej wymagała nie lada wysiłku. Został za to z resztą wynagrodzony. Ale przecież taki wysiłek to nic nadzwyczajnego. W końcu tak robią ludzie dla ludzi na których im bardzo zależy. Dla P. to była ogromna radość, że mógł stanąć na wysokości zadania, że nie poszedł na łatwiznę pisząc dwa do trzech słów z puli "Cię, kocham, skarbie" byleby tylko nie było, że nic nie pisze, dla świętego spokoju. Co najważniejsze widział jej ucieszoną twarz. To było dla niego najważniejsze.
J. to oczywiście doceniała. Robiła mu prezenty na gwiazdkę. Bardzo praktyczne co też bardzo P. sobie cenił. Rozpieszczała jego podniebienie swoimi pysznymi specjałami.
 Wracając do wymarzonych zaręczyn. J. uznała, że tradycja kupowania drogich pierścionków jest tak samo ohydna jak obdarowywanie rodziców panny trzema wielbłądami aby zgodzili się ją sprze... tzn wydać. Albo jak rolnicy obrączkują swoją własność czyli krowy. Racja. Nie ma co się obnosić z tym że ma się już swoją drugą połówkę. Jeszcze ktoś się nie daj boże dowie, że J. ma chłopaka. Tak czy inaczej J. zażyczyła sobie od P. aby ten kiedy będzie miał zamiar się jej kiedyś oświadczyć niech kupi jej pierścionek made in china. Taki jak np kiedyś dostawało się w zestawie z gumami. Do żucia. Bo w tych nie do żucia też bywają w zestawie urządzenia na kształt pierścionków.
J. i P. wyjechali na Majorkę. Oficjalnie pod pretekstem wypoczynku. Nieoficjalnie P. postanowił, że oświadczy się swojej jedynej, z pewnością niepowtarzalnej kobiecie. I tak też zrobił. Kilka dni po tej głośnej nocy. Głośnej z powodu święta kaszanki w sąsiedniej wiosce. Bo głośne były też każde ich wspólne noce...
P. postanowił, że jednak nie spełni marzeń J. o jej zaręczynach. Uznał, że albo go kocha i zaakceptuje nawet fakt, że ma inne zdanie niż ona albo... nie. Kupił złoty pierścionek z dużym ładnym kamieniem. Nie wiarygodne, że kobiety lecą na kamienie, które są tylko alotropową odmianą węgla, jak na przykład ołówek. Niczym więcej. Oczywiście J. była inna i zależało jej na P, a nie na świecidełkach.
 Oświadczyny się udały. J. i P. byli na reszcie już oficjalnie parą. Nikt nie musiał się z tym kryć.
Niestety. W zbiegu nieszczęśliwych okoliczności złoty pierścionek uległ uszkodzeniu. J. postanowiła zanieść go do złotnika aby ten go naprawił. Ten szybko go przetopił i naprawił. Za nieskromną cenę należy dodać. J zauważyła jednak coś dziwnego. Zawołała do P: Mam wrażenie że ten pierścionek zrobił się trochę większy, szerszy. To dało P. do myślenia bo faktycznie i jemu wydawało się że złoty pierścionek jest trochę większy niż ten który kupił u jubilera z certyfikatem potwierdzającym że to czyste złoto. Bez żadnych domieszek innych metali.
P. postanowił przekonać się czy przypadkiem złotnik naprawiający pierścionek ich nie oszukał.

Gdyby P. mógł stopić to cacko nie byłoby oczywiście problemu. Każdy wie, że złoto jest cięższe od srebra. Że sztabka srebra o tej samej wadze jest większa od sztabki złota. Różnica jest spora. Złoto przy tej samej objętości co srebro waży 2 razy więcej niż srebro. P. Dowiedział się w sklepie w którym kupił pierścionek jaka była jego masa. Wystarczyło tylko stopić pierścionek, uformować z niego małą sztabkę i sprawdzić czy jest go tyle samo co tego w sklepie jubilerskim. Lecz bez sensu byłoby niszczyć ten pierścionek. Ze sztabki J. raczej by się nie ucieszyła.
Co zrobić? Co zrobić? Myślał leżąc pewnego wieczoru w wannie z gorącą wodą P. Jak porównać objętość pierścionka z objętością sztabki złota o wadze równej temu pierścionkowi w sklepie? Przecież nie ma wzoru na objętość pierścionków zaręczynowych. P. w konsternacji zanurzył się cały w wannie. Usłyszał jak woda w momencie zanurzenia ciała wypłynęła poza wannę. P. od razu się wynurzył, popatrzył na rozlaną wodę i... "MAM!" - krzyknął.
"znalazłeś swoją gumową kaczkę skarbie?!" - wykrzyknęła z pokoju J.
-Nie! Wpadłem tylko na pewien pomysł!
-Ah. Kocham Cię!
-Ja Ciebie też!
Kąpiel w wannie przypomniała P. że można mierzyć objętość ciała zanurzając je w naczyniu wypełnionym po brzegi wodą i odmierzając tę jej ilość, która się wylała. Wystarczy zanurzyć pierścionek w naczyniu pełnym wody i zmierzyć objętość tej wody jaka została wyparta przez pierścionek. Ta objętość będzie się równała dokładnie objętości tegoż pierścionka. Jeżeli złotnik podczas naprawy i przetapiania pierścionka zabrał trochę tego złota dla siebie a zastąpił je np srebrem które wymieszane ze złotem może być ciężkie do wykrycia to znaczy, że pierścionek musi mieć większą objętość niż ten oryginalny.

 P. poszedł do jubilera ze swoim "zestawem pomiarowym". Na początku ekspedientka nie chciała nawet z nim rozmawiać, ale po długim tłumaczeniu P. jak bardzo zależy mu na tym aby jego kochana J. miała pewność, że nosi czyste złoto, ekspedientka się zgodziła. "zestaw pomiarowy" zawierał dwa naczynia, mniejsze i większe, naczynie z podziałką na mililitry i butelkę wody. P. wyjaśnił kobiecie na czym polega problem. Zapytała: Nie łatwiej po prostu zważyć pana naprawiany pierścionek i nasz oryginalny czy mają taką samą masę?. P odpowiedział:  mi i mojej kochanej jedynej J. wydaje się, że pierścionek jest trochę większy niż ten oryginalny. I jeżeli złotnik faktycznie nas oszukał to jestem przekonany, że zadbał o to, żeby pierścionek po przetopieniu ważył tyle samo co przed. A skoro zabrał sobie z niego trochę złota to żeby dowód mojej miłości do J. ważył nadal tyle samo co przed przetopieniem musiał to złoto zastąpić np srebrem. Jeżeli tak zrobił to skoro srebro przy tej samej wadze co złoto ma większą objętość to i pierścionek może wydawać się większy.
Najpierw jednak zważyli oba pierścionki i faktycznie pierścionek J. ważył tyle samo co do miligrama co ten sam pierścionek w sklepie jubilerskim. Tak jak przypuszczał P. Czy jednak mają taką samą objętość i tyle samo złota?
P. zabrał się do eksperymentu. Wsadził mniejszą miseczkę w większą. Napełnił ją po brzegi wodą i delikatnie, powoli zanurzył w niej pierścionek J. Pierścionek ten wyparł pewną ilość wody z mniejszej miseczki do większej. P. odlał tę wodę i zmierzył jej objętość. Następnie zrobił to samo z oryginalnym pierścionkiem. Nadeszła chwila prawdy. P. porównuje objętość wody wylanej przez pierścionek, który wręczył J. z objętością wody, którą wyparł ten sam pierścionek ze sklepu. Przygląda się podziałce w naczyniu i po chwili spokojnym cichym głosem mówi: "Ty kur...o ty."
Poszedł do złotnika-oszusta. O szóstej mniej więcej...
-Dzień dobry
-Dzień dobry panu. W czym mogę służyć, tylko szybko bo już zamykam.
P. zobaczył złotnika. Wysokiego dobrze zbudowanego. Faktycznie wyglądał na takiego... szemranego.
Na jednej ręce miał wytatuowany napis: "śmierć" a na drugiej... "śmierć".
-Panie złoty, żo...  tzn moja narzeczona była tu u pana jakiś czas temu. Z pękniętym pierścionkiem. Z czystego złota.
-A tak, pamiętam.
-Widzi pan, lubię bardzo fizykę. I bardzo lubię o niej opowiadać innym. Widzę, że pije pan sobie kawę.
Na ladzie obok kasy rzeczywiście stał kubek pełen kawy.
-I widzi pan, istnieje w fizyce pewne prawo zwane prawem Archimedesa. Mówi ono, że:
Na ciało znajdujące się w dowolnym ośrodku działa siła wyporu równa ciężarowi ośrodka wypartego przez to ciało.

Z tego wynika, panie złoty, na przykład to, że statek zanurza się w wodzie dokładnie na taką głębokość, by wyprzeć tyle wody ile sam waży.
P. ciągle wykładając fizykę złotnikowi sięga dyskretnie ręką po jego kubek kawy.
-I widzi pan...
-Panie zostaw pan to! To moja kawa!
-...Z tego samego prawa wynika, że również srebro w wodzie doznaje większej siły wyporu niż ważące tyle samo złoto. Bo srebro o tej samej wadze co złoto ma większą od niego objętość. Nadążasz pan? Pewnie, że nadążasz! Przecież masz pan to obcykane jak nic.
Jednak - krzywi się P. - jako naukowiec nauczono mnie aby wątpić w każdą teorię dopóki nie potwierdzi się jej doświadczalnie. A więc...
-Oddaj mi pan moją kawę albo dzwonię na policję!
-...czy na pewno prawo Archimedesa jest zgodne z obserwacjami? Zobaczmy!
P. trzymając kubek z kawą wyciąga z kieszeni kupione wcześniej dwie paczki brokatu. Jedna ze srebrnym druga ze złotym. Wsypuje jeden i drugi brokat do kubka z kawą i obserwuje.
-Zobacz pan! Pieprzeni mózgowcy! Oszukali nas. Prawo Archimedesa nie działa! Brokat złoty unosi się na powierzchni kawy tak samo jak brokat srebrny!
-Dzwonie na psy!
-Chociaż... - mówi P. - A co jeśli złoty brokat nie jest z prawdziwego złota a srebrny z prawdziwego srebra? No i tak i tak dupa. Widzi pan? Jak nas mózgowcy nie oszukają to złotnicy albo chińczyki produkujące brokat.

P. odstawił grzecznie kubek z wymieszaną z brokatem kawą, wyszedł od złotnika i po drodze kupił gumę do żucia z plastikowym pierścionkiem w zestawie.
Wieczór jak każdy należał już tylko do J. i P. Leżeli na kanapie przed telewizorem i oglądali "jeden z dziesięciu". J. przyglądała się swojemu palcu, na którym miała plastikowy seledynowy pierścionek.
-Byłeś u tego złotnika?
-Tak.
-I co?
-Kazał Cię przeprosić i pogratulował mi tak wspaniałej kobiety.

Majorka bejb!

Pewnego dnia pewien student (nazwijmy go P.) zabujał się w pewnej kobiecie (nazwijmy ją J.). I... żyli ze sobą długo i szczęśliwie.
Aż kusi żeby na tym skończyć wpis, ale znam co najmniej jedną osobę, której by się to nie spodobało. Ale spokojnie. To nie będzie romansidło i blog nadal zachowuje swojego naukowego ducha. Dlatego historię jak P poznał J przedstawię kiedy indziej. Obecnie omawiany układ fizyczny miał miejsce na Majorce...

..."W Polsce muszą już odkręcać kaloryfery" powiedział P do swojej kochanej J. J pokiwała tylko zgadzając się z P i rozkoszując się ciepłymi promieniami słońca. J i P wybrali się na wakacje na Majorkę. Wynajęli domek na wzgórzu ponad wsią Sant Joan, oddaloną o kilka kilometrów od Palmy. To idealne miejsce. Niedaleko do dużego miasta ale jednocześnie ma się spokój od hałasu i tłumów turystów. P wygląda przez okno na wschód i normalnie zobaczyłby piękną wioskę Sant Joan ale widok zagradza mu ekran dźwiękochłonny. Otóż osiedle na którym para wynajęła domek głównie składa się z domów wybudowanych przez zamożnych Niemców. Głównie emerytów (polak może się zdziwić. Zamożny i emeryt?!). A że Niemcy naród dokładny ale też ceniący sobie spokój mieszkańcy osiedla postanowili odgrodzić się od hałasu uwielbiających się bawić Hiszpanów. Model "Schwarzwald" o grubości 40 cm skonstruowany z niekonserwowanego drewna modrzewiowego i wypełniony prasowanymi belami słomy. Niby z wyglądu ładny ten mur - myśli P - pasuje do otoczenia. Nie jest takim chamskim murem jaki stawiają u nas przy autostradach. Ale i tak wznosząc tego 2,5 metrowego potwora mur stał się pośmiewiskiem dla miejscowych. Majorkańczycy nazwali to "el mur". Niemcy i mur - myśli P. - jak to dobrze że oni w każdym miejscu pielęgnują uprzedzenia. J i P wprowadzili się przed tygodniem a w ten weekend ma się odbyć generalna próba konstrukcji el mur. Jak co roku w wiosce Sant Joan odbywa się święto kaszanki Torrada d'es Botifaro. Kaszankę grilluje się na otwartym ogniu, mieszkańcy tańczą tradycyjne tańce a czerwone wino płynie strumieniami. J i P zależało na spokojnych, romantycznych wieczorach tylko we dwoje. Więc może i el mur ma tutaj rację bytu.

Po wykwintnej kolacji przy świecach, najedzeni pizzą, kebabem i chipsami J i P postanawiają położyć się już razem w sypialni. Noce są ciepłe, do sypialni co chwilę wpada przez otwarte balkonowe okno wschodni przyjemny wiatr owiewając wtulonych w siebie zakochanych... wiem wiem. Miało nie być romansidła. J i P już smacznie spali. Widocznie byli bardzo zmęczeni czymś... czymś co robili przed snem. Nagle słychać odgłosy "BUM BUM BUM BUM BUM..."
Oboje zrywają się z łóżka wystraszeni dudnieniem. Zaczęło się... We wsi zaczęła grać kapela. "bum" pochodzi od uderzeń w bęben basowy ale za chwilę słychać też gitarę, trąbkę i śpiew majorkańskich pieśni ludowych. P zaspany mruczy do siebie: po co oni właściwie zbudowali ten mur skoro to nic nie daje. I w ogóle jak dźwięk może przechodzić przez ścianę?!. J również mruczącym głosem przez usta okryte swoimi pięknymi długimi włosami mówi: Może dźwięk nie przechodzi przez ścianę tylko obchodzi ją dookoła? P z lekką ironią mówi do niej: Skarbie z fizyki w liceum co prawda miałem dwóje, ale na studiach nauczono mnie, że fale dźwiękowe rozchodzą się prostoliniowo. Na co J: Kochanie a czy czasem nie nauczyli Cię też, że występują jeszcze takie zjawiska jak ugięcie i rozpraszanie? Kiedy widzę jak ty się wyginasz to zjawisko rozpraszania jest mi aż nad to znane - odpowiedział z uśmiechem P. Faktycznie coś tam na zajęciach z fizyki było - myśli sobie P. - Fale ulegają ugięciu na krawędziach. Szczególnie fale o małych częstotliwościach ulegają ugięciu, dlatego to dudnienie "bym bym bym" tak dobrze tu dociera. Ale ja słyszę nie tylko bum bum! Słyszę też trararara i umcyk umcyk! co prawda trochę ciszej niż BUM BUM. A miało być tak spokojnie! Romantycznie!

Dlaczego osiedle choć ogrodzone wysokimi ekranami dźwiękochłonnymi słyszy jak bawią się Hiszpanie we wsi obok?

Dźwięk to zjawisko falowe, fale rozchodzą się prostoliniowo a my wyobrażamy sobie naiwnie, że dzieje się to tak samo jak w przypadku światła widzialnego. Gdyby tak było to para siedziałaby w czymś w rodzaju "cienia dźwiękowego", nie mając pojęcia co dzieje się w wiosce Sant Joan. Jednak oni wszystko słyszą!

Mogłoby się wydawać, że ekran dźwiękochłonny uchroni parę od fal dźwiękowych dochodzących z wioski. Tak nie jest.

Dźwięk to rozprzestrzenianie się w powietrzu subtelnych różnic ciśnienia. Membrana głośnika na przykład trzepocze (porusza się tam i z powrotem). Wybrzuszając się na zewnątrz ściska powietrze. W tym miejscu ciśnienie rośnie. To ciśnienie rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach ponieważ cząstki powietrza poprzez zderzenia ze swoimi sąsiadami przekazują im swoją energię, którą otrzymały przez pchnięcie membraną.

W XVII wieku holenderski fizyk Christian Huygens odkrył, że właściwie każdy punkt czoła fali można rozpatrywać jako punkt wyjściowy nowej fali. Potrącona cząsteczka powietrza za pomocą której rozchodzi się dźwięk nie wie czy popchnięcie pochodzi bezpośrednio ze źródła dźwięku, czy też jest to już któryś tam etap w długim łańcuchu zderzeń. Zasada ma znaczenie na krawędziach, rogach i przeszkodach. Dzięki temu karetkę pogotowia na szczęście słyszymy także wtedy gdy wyjeżdża z bocznej ulicy choć jej nie widzimy. Fale dźwiękowe osiągające róg ulicy są źródłem nowych fal dźwiękowych. Dlatego kierowca pojazdu zbliżającego się do skrzyżowania słyszy syrenę karetki mimo że jej nie widzi.

Fala dźwiękowa dochodząca z wioski ugina się na krawędzi ekranu dzięki czemu powstaje nowa fala, którą para już słyszy.

Zjawisko ugięcia zachodzi gdy wielkość przeszkody odpowiada mniej więcej długości fali. Niskie tony ulegają ugięciu bardziej niż wysokie. Dlatego J. i P. Słyszą głównie dudnienie a wysokie tony np trąbek ekran zatrzymuje w większym stopniu. Zastanów się dlaczego producenci kin domowych zalecają ustawianie małych głośników (satelitek) w określonych miejscach natomiast subwoofer można ustawić w dowolnym miejscu w pokoju. Małe głośniki służą do emisji wysokich dźwięków jak np mowa. Subwoofer emituję niskie dudniące dźwięki. Dla takiej niskiej fali przeszkody nie istnieją. Nie ma znaczenia gdzie umieścisz subwoofer. I tak go usłyszysz.

Wróg! Podnieść osłony!

Zostały nam do omówienia 3 siły. Elektromagnetyzm oraz słabe i silne oddziaływania jądrowe.


Elektromagnetyzm to siła, która rozświetla nasze miasta. Radio, lasery, tablety, internety, wszystko to zawdzięczamy elektromagnetyzmowi. Jest to chyba najbardziej użyteczna siła na świecie. W przeciwieństwie do grawitacji potrafi ona zarówno przyciągać jak i odpychać. Czy ta siła jednak się nada do budowy naszej tarczy? Sama siła jako taka nie ponieważ można ją łatwo zneutralizować. Na przykład plastik i inne izolatory mogą z łatwością przenikać przez naprawdę potężne pola elektryczne i magnetyczne. Elektromagnetyzm z resztą działa na duże odległości i nie można nadać obszarowi jego oddziaływań pożądanego przez nas kształtu.
Wspomniałem już, że sama siła elektromagnetyczna nam nie pomoże, ale można ją wykorzystać do budowy naszej tarczy. O tym później. Omówmy jeszcze pozostałe siły czyli...

Słabe i silne oddziaływania jądrowe. Jeżeli chodzi o tę pierwszą siłę to jest to najkrócej pisząc siła rozpadu radioaktywnego. Dzięki tej sile rozpadające się pierwiastki radioaktywne we wnętrzu naszej Ziemi utrzymują jej temperaturę. A więc słabe oddziaływanie jądrowe jest odpowiedzialne m. in. za wybuchy wulkanów, trzęsienia ziemi i dryf kontynentów.
Silne oddziaływania jądrowe utrzymują w całości jądro atomu. Energia Słońca i innych gwiazd ma swoje źródło w tym oddziaływaniu.
Jak miałoby nam to pomóc? Problem w tym, że oddziaływania te mają bardzo mały zasięg działania. Generalnie co najwyżej na odległość jądra atomowego. Nie potrafimy tak naprawdę jeszcze dobrze używać tych sił. Póki co za ich pomocą rozbijamy atomy badając ich bardziej elementarny skład i detonujemy bomby atomowe.

Jak z tych czterech klocków zbudować tarczę ochronną? Może jest nadzieja? Słyszeliście kiedyś o czwartym stanie skupienia materii?


Plazma to najobficiej występująca forma materii we Wszechświecie. To z niej zbudowane jest Słońce, inne gwiazdy i gaz międzygwiazdowy. Jeżeli uważasz, że plazma to też wytwór sci-fi to pomyśl czy w twoim domu przypadkiem nie stał kiedyś w salonie telewizor plazmowy, albo czy nie widziałeś kiedyś błyskawicy.

Cztery stany skupienia materii

Plazma jest gazem zjonizowanych atomów. Ogrzewając materię, która znajduje się w stanie stałym doprowadzamy do niej energię pod postacią ciepła. Dzięki temu atomy tworzące tę substancję są bardziej... "energiczne" i dzięki temu trochę się... "luzują". Mamy wtedy stan ciekły, w którym atomy przemieszczają się to tu, to tam. Weźmy przykład wody. Woda w stanie ciekłym to lód. Atomy takiej wody mają bardzo mało energii (ale ciągle jakąś mają!) w związku z czym nie bardzo są chętne aby się poruszać. Spróbuj nalać wody z zamarzniętej butelki. Kiedy ogrzejemy lód (dostarczymy atomom wody energii) woda zacznie się roztapiać tworząc ciekły stan skupienia. Podgrzewając dalej wodę czyli dostarczając jej atomom jeszcze więcej energii woda przechodzi w trzeci stan skupienia tzw gazowy. W gazie atomy mają tyle energii, że szaleją jak tylko mogą.

Cząstki materii w jej poszczególnych stanach skupienia

 A co gdyby dostarczyć jeszcze więcej i więcej energii? Atomy jeszcze bardziej poluzują? Można tak powiedzieć. Wiemy, że atom składa się najogólniej z jądra i krążących wokół niego elektronów. Jeszcze bardziej "rozluzowane" atomy ze stanu gazowego tak się "luzują", że opuszczają swoje elektrony! Powstaje plazma! Czyli materia w czwartym stanie skupienia, której rozhulałe na skutek dostarczenia ogromnej ilości energii jadra atomowe są oddzielone od swoich elektronów.

Teraz: Jądra atomowe mają ładunek dodatni prawda? Elektrony ujemny prawda? Dlatego atomy są obojętne elektrycznie ponieważ w takim atomie jest tyle samo dodatnio naładowanych protonów w jądrze ile ujemnych elektronów. Kiedy dodatnie jądro pozbywa się swoich elektronów w plazmie staje się dodatnio naładowane. A dodatnio (ujemnie też) naładowaną materią możemy już sterować! Nadawać jej kształt, sprawić aby działała zgodnie z naszą wolą. Robimy to za pomocą czego? Oczywiście oddziaływania elektromagnetycznego!

Ogrzewając gaz do wysokiej temperatury zamieniamy go w plazmę. Taki gaz możemy kształtować za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych. Czy taka plazmowa osłona już powstała? Tak!
Okno plazmowe zostało wynalezione przez fizyka Ady'go Herschcovitcha (nie próbujcie czytać na głos) w 1995 roku. Doktor Hersch... Doktor Ady skonstruował to urządzenie aby rozwiązać pewien problem spajania metali za pomocą wiązki elektronów. W skrócie chodziło o to, że takie spajanie może zachodzić tylko w próżni więc fizyk za pomocą plazmy chciał oddzielić powietrze od obszaru w którym wiązka elektronów spajała metal. Jego urządzenie miało 90 cm wysokości i 30 cm głębokości. Okno ogrzewało gaz do 6650 stopni! tworząc plazmę uwięzioną przez pole elektryczne i magnetyczne.

Wyobraźmy sobie (w końcu!) naszą kosmiczną bitwę! Nasz kosmiczny okręt został wystawiony na ogień wroga! W naszym kierunku lecą olbrzymie rakiety! Jaki jest pierwszy rozkaz? "Uruchomić tarczę plazmową!" Nasz okręt rozpyla wokół gaz który następnie ogrzewa do ogromnych temperatur w wyniku czego z gazu tworzy się plazma. W tym momencie pada rozkaz: "Uruchomić generator pól elektrycznych i magnetycznych!" Dzięki temu plazma tworzy barierę między naszym statkiem a nadlatującymi pociskami! Rakiety się zbliżają i... na skutek zetknięcia się z rozgrzaną do temperatury ponad 6000 stopni Celsjusza plazmą dosłownie wyparowują! Załoga skacze z radości! Ale co to?! Przeciwnik próbuje laserem o wysokiej mocy przeciąć nasz okręt na pół! I z pomocą przychodzi kolejna technologia, która już w dzisiejszych czasach ułatwia nam życie.
Chodzi o zjawisko fotochromii. Fotochromia to proces wykorzystywany w okularach przeciwsłonecznych, które ciemnieją pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Czyli im większe jest natężenie światła słonecznego tym więcej tego światła okulary zatrzymują. Szkło w takich okularach jest z budowane z cząsteczek, które mogą być w dwóch stanach. W pierwszym stanie cząsteczka jest całkowicie przezroczysta, a w drugim nieprzezroczysta. Gdyby takie cząsteczki nanieść na kadłub naszego okrętu to pod wpływem promieniowania wiązki lasera, którą wróg w naszym kierunku wycelował cząstki te stałyby się nieprzezroczyste i zatrzymałyby laser! I tak mogłaby wyglądać nasza super hiper zajetarcza!
Co prawda nie istnieje jeszcze fotochromia zdolna zatrzymać wiązkę laserową, ale okrętów kosmicznych tez jeszcze nie mamy. Jeszcze!


                                                                                                                                      W.P.

Cztery siły: Grawitacja

Wygląda na to, że naszym światem rządzą masoni. Żartuję. Chciałem tylko otwarcie wyśmiać wszystkich zwolenników teorii spiskowych. Tak naprawdę to naszym wszechświatem rządzą cztery siły:

1. Grawitacja
2.  Elektromagnetyzm
3.  Słabe oddziaływania jądrowe
4. Silne oddziaływania jądrowe

Oczywiście wolno wam nie zgodzić się z moim naukowym totalitaryzmem. Możecie twierdzić, że światem rządzi Bóg, bóg, lub bogowie. A może miłość? Ostatnio i taką tezę usłyszałem. I to od osoby, u której najmniej bym się spodziewał takich poglądów. „Bez miłości nie da się żyć”? Osobiście uważam, że tlen jest ważniejszy.

W każdym razie ważną informacją jest to, że każdą z tych czterech sił można opisać za pomocą pól Faradaya.

Isaac Newton dokonał gigantycznego odkrycia, kiedy porównał ruch owoców spadających z drzew z ruchem planet. Jego prawo powszechnego ciążenia jest jedną z najpotężniejszych teorii w fizyce. Newton zauważył, że wszystkie ciała przyciągają się wzajemnie siłą grawitacji a wielkość tej siły maleje wraz z kwadratem odległości.

Legenda głosi, że pomysł siły grawitacji przyszedł Newtonowi do głowy gdy na głowę spadło mu jabłko z drzewa. Nie wiemy czy faktycznie tak było, ale wiemy, że Newton powiązał siłę, która każe jabłku spadać w dół z siłami, które np. każą okrążać Księżycowi Ziemię. Powiązał ją nawet z kulami armatnimi dzięki czemu dziś na lekcjach fizyki „uczymy się” jak obliczyć „gdzie spadnie kamień, któremu nadamy prędkość początkową…”. Ten temat już omawiałem w TYM MIEJSCU. 

Grawitacja to siła, która niezbyt rzuca nam się w oczy. Mamy jednak świadomość, że jeżeli podrzucimy kamień do góry to za chwilę opadnie. Wiemy, że jabłka spadają na dół nie do góry. Jak pisał Terry Prachet „grawitacja jest nawykiem, którego trudno się pozbyć”. Ale jakoś nie specjalnie zastanawiamy się dlaczego tak jest. Tak naprawdę nauka do końca nie potrafi jeszcze wyjaśnić „dlaczego” choć intensywnie pracuje aby się tego dowiedzieć i osiąga co chwilę jakieś sukcesy w badaniu grawitacji. Jak np. odkryta niedawno cząstka przenosząca oddziaływania grawitacyjne czyli ten sławny Bozon Higgsa. Odkryto też niedawno fale grawitacyjne. (O nośnikach oddziaływań i falach grawitacyjnych kiedyś na pewno napiszę bo to niezmiernie ciekawy temat ale też długi i trzeba by ogarnąć kilka podstawowych rzeczy w zakresie fizyki. Tzn ja muszę bo jestem jeszcze za głupi żeby wam to JASNO i KLAROWNIE wytłumaczyć).

Grawitacja jest wszędzie! Ma nieskończenie daleki zasięg oddziaływania, jest też jednak najsłabszym oddziaływaniem w porównaniu z pozostałą trójką. Utrzymuje nasze stopy na Ziemi, zapobiega rozpadowi naszej planety i gwiazd, utrzymuje w całości całe układy planetarne i galaktyki. Gdyby nie grawitacja, ruch obrotowy Ziemi wyrzuciłby nas w przestrzeń kosmiczną tak jak wchodząc samochodem w zakręt jesteśmy wypychani na zewnątrz.

Z jaką prędkością Ziemia wyrzuciłaby nas w przestrzeń gdyby nie grawitacja?

 Źródłem grawitacji jest oczywiście masa. Im większa masa ciał tym większą siłę grawitacji wytwarzają. Ale im dalej od siebie te ciała się znajdują tym mniejsza siła na nich działa. Wynika to ze wzoru na siłę grawitacji:

                                                                                   

Gdzie:

G – Stała grawitacji

M i m –Masy oddziałujących między sobą ciał

r – odległość między tymi ciałami

Ze wzoru na siłę grawitacji wynika pewien ciekawy fakt. Widzimy, że „r” czyli odległość między przyciągającymi się ciałami jest podniesiona do kwadratu. Więc zwiększając odległość między ciała dwukrotnie, zmniejszamy siłę grawitacji czterokrotnie. Zwiększając odległość między ciałami czterokrotnie, zmniejszamy między nimi siłę grawitacji szesnastokrotnie. Tylko odległość jest podnoszona do kwadratu, masy obiektów zaś nie. Oznacza to, że odległość między ciałami zmniejsza siłę grawitacji w większym stopniu niż masa tych ciał jest w stanie ją zwiększyć.

Księżyc posiada mniejszą masę niż Ziemia więc siła grawitacji jest na mim mniejsza

Newton uogólnił swoją teorię, pokazując, że stosuje się ona do wszystkich obiektów we wszechświecie. Prawo to przetrwało przez stulecia i dziś jest podstawowym opisem ruchu ciał. Nauka rozwijała się dalej, XX-wieczni naukowcy budowali na tych fundamentach swoje teorie, zwłaszcza Einstein – ogólną teorię względności, która jest nieco innym obrazem grawitacji, ale wciąż daje te same efekty końcowe co klasyczna teoria Newtona. (Teorie względności Einsteina odkrywamy powoli ale solidnie na tym blogu)

No dobrze. Ale jak wykorzystać jedną z czterech sił rządzących wszechświatem jaką jest grawitacja do wytworzenia naszego „super hiper zajefajnego pola siłowego”? Grawitacja ma właściwości dokładnie przeciwne do pól siłowych znanych z fantastyki naukowej. Grawitacja przyciąga a nie odpycha, jest niezwykle słaba w porównaniu z innymi siłami i działa na olbrzymie, astronomiczne odległości. Innymi słowy jest przeciwieństwem płaskiej, cienkiej nieprzenikalnej bariery, o której czytamy w książkach fantastycznonaukowych, oglądamy w filmach czy używamy w grach (jak np. w Mass Effect).

Szukamy więc dalej wśród możliwości jakie daje nam fizyka, aby uchronić nasz „super hiper zajefajny statek kosmiczny” przed rakietami, laserami i innymi bajerami jakimi będą w nas naparzać obcy.

                                                                                                               W.P.