Wykład 03

Teoria Względności – Testy

Zbigniew Osiak (Tekst)

Małgorzata Osiak (Ilustracje)

© Copyright 2014 by

Zbigniew Osiak (text) and Małgorzata Osiak (illustrations)

Wydawnictwo: Self Publishing

e-mail: zbigniew.osiak@gmail.com

Linki do moich publikacji naukowych i popularnonaukowych, e-booków oraz audycji telewizyjnych i radiowych są dostępne w bazie ORCID pod adresem internetowym:

http://orcid.org/0000-0002-5007-306X

Wstęp

W 2011 i 2012 wygłosiłem dla słuchaczy Uniwersytetu Trzeciego Wieku w Uniwersytecie Wrocławskim cykl wykładów:

01. Teoria Względności – Podstawy

02. Teoria Względności – Wyniki/Rezultaty

03. Teoria Względności – Testy

04. Teoria Względności – Zastosowania

05. Teoria Względności – Problemy

06. Teoria Względności – Błędne Interpretacje

07. Teoria Względności – Prekursorzy

08. Teoria Względności – Twórcy

09. Teoria Względności – Kulisy

10. Teoria Względności – Kosmologia Relatywistyczna

11. Teoria Względności – Czarne Dziury

12. Teoria Względności – Fale Grawitacyjne

13. Teoria Względności – Antygrawitacja

14. Teoria Względności – Kalendarium

Szczegółowe informacje dotyczące sygnalizowanych tam zagadnień zainteresowani Czytelnicy znajdą w innych moich eBookach:

• Z. Osiak: Szczególna Teoria Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Ogólna Teoria Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Antygrawitacja. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Antygrawitacja. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Giganci Teorii Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Energia w Szczególnej Teorii Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Ilustrowany Słownik Fizyki. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Wykłady z Fizyki – Teoria Względności. Self Publishing (2012).

Teoria Względności – Testy

Testy Szczególnej Teorii Względności

Zjawisko kreacji

Zjawisko anihilacji

Defekt masy

Reakcja rozszczepienia

Reakcja termojądrowa (fuzja)

Cykl protonowo-protonowy

Potrójny proces alfa

Cykl węglowo-azotowo-tlenowy

Doświadczenie Fizeau

Testy Szczególnej Teorii Względności

Zjawisko kreacji

Zjawisko anihilacji

Defekt masy

Reakcja rozszczepienia

Reakcja termojądrowa (fuzja)

Cykl protonowo-protonowy

Potrójny proces alfa

Cykl węglowo-azotowo-tlenowy

Doświadczenie Fizeau

Zjawisko kreacji

• Kreacja pary cząstka-antycząstka jest zjawiskiem polegającym na powstawaniu w odpowiednich warunkach pary cząstka-antycząstka z   fotonu o energii równoważnej ich łącznej masie (spoczynkowej).

• Kreację pary elektron-pozytron z fotonu gamma po raz pierwszy zaobserwował Blackett w 1933 w udoskonalonej przez niego komorze Wilsona, współpracując z Occhialinim, podczas badania promieniowania kosmicznego.

• Zjawisko to potwierdza zasadę równoważności masy i energii.

• P. M. S. Blackett and G. P. S. Occhialini:

Some Photographs of the Tracks of Penetrating Radiation.

Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 139, 839 (March 3, 1933) 699-727.

• Patrick Maynard Stuart Blackett (1897-1974)

brytyjski fizyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1948

• Giuseppe Paolo Stanislao Occhialini (1907-1993)

włoski fizyk

Zjawisko anihilacji

• Anihilacja jest zjawiskiem polegającym na tym, że cząstka i jej antycząstka po spotkaniu zamieniają się w co najmniej dwa fotony o  energii równoważnej sumie ich mas (spoczynkowych).

• Elektron i pozytron w wyniku anihilacji swobodnej zamieniają się w dwa fotony o energii 511 keV każdy.

• Zjawisko to potwierdza zasadę równoważności masy i energii.

Defekt masy

• Defekt masy (Δm) jest różnicą sumy mas nukleonów swobodnych i masy utworzonego z nich jądra atomowego. Energia równoważna defektowi masy jest równa energii wiązania jądra.

• Energia wiązania (E) jest energią potrzebna do rozdzielenia danego jądra atomowego na protony i neutrony, równoważną defektowi masy (Δm) tego jądra.

• Liczbowe wartości energii wiązania różnych jąder atomowych potwierdzają zasadę równoważności masy i energii.

Reakcja rozszczepienia

• Reakcja rozszczepienia jest reakcją jądrową, w której jądro samorzutnie lub wskutek bombardowania go cząstkami elementarnymi rozpada się na mniejsze fragmenty.

• W reakcji rozszczepienia jądra atomowego wyzwala się duża ilość energii, ponieważ suma mas (spoczynkowych) substratów jest większa od sumy mas (spoczynkowych) produktów.

• Badania, które przeprowadzili Fermii i Segrè w 1934, Hahn i Strassmann w 1938 oraz Frish i Meitner w 1939, doprowadziły do odkrycia łańcuchowej reakcji rozszczepienia uranu.

A, B – produkty rozpadu jądra uranu

• Bilans energii i masy w różnych reakcjach rozszczepienia potwierdza zasadę równoważności masy i energii.

• Enrico Fermi (1901-1954), włoski fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1938.

• Emilio Gino Segrè (1905-1989), włosko-amerykański fizyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1959.

• Otto Hahn (1879-1968), niemiecki fizykochemik, laureat Nagrody Nobla z chemii w 1944.

• Fritz Strassmann (1902-1980), niemiecki fizykochemik.

• Otto Robert Frish (1904-1979), austriacko-brytyjski fizyk.

• Lise Meitner (1878-1968), austriacko-szwedzka fizyczka.

Reakcja termojądrowa (fuzja)

• Reakcja termojądrowa (fuzja) jest reakcją jądrową, w której z dwóch jąder lekkich powstaje nowe jądro.

• W reakcji termojądrowej wyzwala się duża ilość energii, ponieważ suma mas (spoczynkowych) substratów jest większa od sumy mas (spoczynkowych) produktów.

• Do zajścia reakcji termojądrowej wymagana jest temperatura rzędu 10^8 K, stąd przedrostek termo w nazwie tej reakcji.

• Bilans energii i masy w różnych reakcjach termojądrowych potwierdza zasadę równoważności masy i energii.

Cykl protonowo-protonowy

• Cykl protonowo-protonowy jest cyklem reakcji jądrowych stanowiących źródło energii gwiazd.

• Cykl protonowo-protonowy podali Bethe i Critchfield w 1938.

• H. A. Bethe and C. L. Critchfield:

The Formation of Deuterons by Proton Combination.

Physical Review 54, 4 (June 23, 1938) 248-254.

• H. A. Bethe and C. L. Critchfield:

On the Formation of Deuterons by Proton Combination.

Physical Review 54, 10 (1938) 862-862.

• Hans Albrecht Bethe (1906-2005),amerykański fizyk pochodzenia niemieckiego, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1967.

• Charles Louis Critchfield (1910-1994), amerykański fizyk teoretyk.

Potrójny proces alfa

• Potrójny proces alfa jest cyklem reakcji jądrowych stanowiących źródło energii gwiazd, w którym trzy jądra helu-4 (cząstki alfa) przekształcają się w jądro węgla-12.

• Potrójny proces alfa zaproponował Salpeter w 1952.

• E. E. Salpeter:

Nuclear Reactions in Stars Without Hydrogen.

The Astrophysical Journal 115 (1952) 326-328.

• Edwin Ernest Salpeter (1924-2008), australijsko-amerykański astrofizyk pochodzenia austriackiego.

Cykl węglowo-azotowo-tlenowy

• Cykl węglowo-azotowo-tlenowy jest cyklem reakcji jądrowych zachodzących w centrum gwiazdy, stanowiącym źródło jej energii.

• Cykl węglowo-azotowo-tlenowy opisał Weizsäcker w 1937 i 1938 oraz niezależnie Bethe w 1939.

• C. F. von Weizsäcker:

Über Elementumwandlungen im Innern der Sterne.

Physikalische Zeitschrift 38 (1937) 176-191.

Physikalische Zeitschrift 39 (1938) 633-646.

• H. A. Bethe:

Energy Production in Stars.

Physical Review 55, 5 (1 March 1939) 434-456.

• Hans Albrecht Bethe (1906-2005), amerykański fizyk pochodzenia niemieckiego, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1967.

• Carl Friedrich von Weizsäcker (1912-2007), niemiecki fizyk.

Doświadczenie Fizeau

• Doświadczenie Fizeau dotyczy pomiarów wartości prędkości światła wykonanych w 1851 przez Fizeau w spoczywającej i poruszającej się wodzie, które wskazywały, że klasyczny wzór na składanie prędkości nie jest prawdziwy w przypadku światła.

• Wynik ten został wyjaśniony w ramach szczególnej teorii względności.*

• H. Fizeau:

Sur les hypotheses relatives a l’éther lumineux, et sur une expérience qui parait démontrer que le mouvement des corps change la vitesse avec laquelle la lumiere se propage dans leur intérieur.

Comptes Rendus des séances de l’Académie des Sciences, Paris 33 (1851) 349-355. [Séance du lundi 29 septembre 1851]

* Z. Osiak:

Szczególna Teoria Względności.

Self Publishing (2012). [Strona 38]

• Armaund Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896), francuski fizyk.