Наука кот физик ньютон: Наука Ньютона, 6 (шесть) букв

Законы механики Ньютона • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Законы Ньютона — в зависимости от того, под каким углом на них посмотреть, — представляют собой либо конец начала, либо начало конца классической механики. В любом случае это поворотный момент в истории физической науки — блестящая компиляция всех накопленных к тому историческому моменту знаний о движении физических тел в рамках физической теории, которую теперь принято именовать классической механикой. Можно сказать, что с законов движения Ньютона пошел отсчет истории современной физики и вообще естественных наук.

Однако Исаак Ньютон взял названные в его честь законы не из воздуха. Они, фактически, стали кульминацией долгого исторического процесса формулирования принципов классической механики. Мыслители и математики — упомянем лишь Галилея (см. Уравнения равноускоренного движения) — веками пытались вывести формулы для описания законов движения материальных тел — и постоянно спотыкались о то, что лично я сам для себя называю непроговоренными условностями, а именно — обе основополагающие идеи о том, на каких принципах зиждется материальный мир, которые настолько устойчиво вошли в сознание людей, что кажутся неоспоримыми. Например, древним философам даже в голову не приходило, что небесные тела могут двигаться по орбитам, отличающимся от круговых; в лучшем случае возникала идея, что планеты и звезды обращаются вокруг Земли по концентрическим (то есть вложенным друг в друга) сферическим орбитам. Почему? Да потому, что еще со времен античных мыслителей Древней Греции никому не приходило в голову, что планеты могут отклоняться от совершенства, воплощением которой и является строгая геометрическая окружность. Нужно было обладать гением Иоганна Кеплера, чтобы честно взглянуть на эту проблему под другим углом, проанализировать данные реальных наблюдений и вывести из них, что в действительности планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим траекториям (см. Законы Кеплера).

Первый закон Ньютона

Учитывая столь серьезный, исторически сложившийся провал, первый закон Ньютона сформулирован безоговорочно революционным образом. Он утверждает, что если какую-либо материальную частицу или тело попросту не трогать, оно будет продолжать прямолинейно двигаться с неизменной скоростью само по себе. Если тело равномерно двигалось по прямой, оно так и будет двигаться по прямой с неизменной скоростью. Если тело покоилось, оно так и будет покоиться, пока к нему не приложат внешних сил. Чтобы просто сдвинуть физическое тело с места, к нему нужно обязательно приложить стороннюю силу. Возьмем самолет: он ни за что не стронется с места, пока не будут запущены двигатели. Казалось бы, наблюдение самоочевидное, однако, стоит нам отвлечься от прямолинейного движения, как оно перестает казаться таковым. При инерционном движении тела по замкнутой циклической траектории его анализ с позиции первого закона Ньютона только и позволяет точно определить его характеристики.

Представьте себе что-то типа легкоатлетического молота — ядро на конце струны, раскручиваемое вами вокруг вашей головы. Ядро в этом случае движется не по прямой, а по окружности — значит, согласно первому закону Ньютона, его что-то удерживает; это «что-то» — и есть центростремительная сила, которую вы прилагаете к ядру, раскручивая его. Реально вы и сами можете ее ощутить — рукоять легкоатлетического молота ощутимо давит вам на ладони. Если же вы разожмете руку и выпустите молот, он — в отсутствие внешних сил — незамедлительно отправится в путь по прямой. Точнее будет сказать, что так молот поведет себя в идеальных условиях (например, в открытом космосе), поскольку под воздействием силы гравитационного притяжения Земли он будет лететь строго по прямой лишь в тот момент, когда вы его отпустили, а в дальнейшем траектория полета будет всё больше отклоняться в направлении земной поверхности. Если же вы попробуете действительно выпустить молот, выяснится, что отпущенный с круговой орбиты молот отправится в путь строго по прямой, являющейся касательной (перпендикулярной к радиусу окружности, по которой его раскручивали) с линейной скоростью, равной скорости его обращения по «орбите».

Теперь заменим ядро легкоатлетического молота планетой, молотобойца — Солнцем, а струну — силой гравитационного притяжения: вот вам и ньютоновская модель Солнечной системы.

Такой анализ происходящего при обращении одного тела вокруг другого по круговой орбите на первый взгляд кажется чем-то само собой разумеющимся, но не стоит забывать, что он вобрал в себя целый ряд умозаключений лучших представителей научной мысли предшествующего поколения (достаточно вспомнить Галилео Галилея). Проблема тут в том, что при движении по стационарной круговой орбите небесное (и любое иное) тело выглядит весьма безмятежно и представляется пребывающим в состоянии устойчивого динамического и кинематического равновесия. Однако, если разобраться, сохраняется только модуль (абсолютная величина) линейной скорости такого тела, в то время как ее направление постоянно меняется под воздействием силы гравитационного притяжения. Это и значит, что небесное тело движется равноускоренно. Кстати, сам Ньютон называл ускорение «изменением движения».

Первый закон Ньютона играет и еще одну важную роль с точки зрения нашего естествоиспытательского отношения к природе материального мира. Он подсказывает нам, что любое изменение в характере движения тела свидетельствует о присутствии внешних сил, воздействующих на него. Условно говоря, если мы наблюдаем, как железные опилки, например, подпрыгивают и налипают на магнит, или, доставая из сушилки стиральной машины белье, выясняем, что вещи слиплись и присохли одна к другой, мы можем чувствовать себя спокойно и уверенно: эти эффекты стали следствием действия природных сил (в приведенных примерах это силы магнитного и электростатического притяжения соответственно).

Второй закон Ньютона

Если первый закон Ньютона помогает нам определить, находится ли тело под воздействием внешних сил, то второй закон описывает, что происходит с физическим телом под их воздействием. Чем больше сумма приложенных к телу внешних сил, гласит этот закон, тем большее ускорение приобретает тело. Это раз. Одновременно, чем массивнее тело, к которому приложена равная сумма внешних сил, тем меньшее ускорение оно приобретает. Это два. Интуитивно эти два факта представляются самоочевидными, а в математическом виде они записываются так:

    F = ma

где F — сила, m — масса, а — ускорение. Это, наверное, самое полезное и самое широко используемое в прикладных целях из всех физических уравнений. Достаточно знать величину и направление всех сил, действующих в механической системе, и массу материальных тел, из которых она состоит, и можно с исчерпывающей точностью рассчитать ее поведение во времени.

Именно второй закон Ньютона придает всей классической механике ее особую прелесть — начинает казаться, будто весь физический мир устроен, как наиточнейший хронометр, и ничто в нем не ускользнет от взгляда пытливого наблюдателя. Назовите мне пространственные координаты и скорости всех материальных точек во Вселенной, словно говорит нам Ньютон, укажите мне направление и интенсивность всех действующих в ней сил, и я предскажу вам любое ее будущее состояние. И такой взгляд на природу вещей во Вселенной бытовал вплоть до появления квантовой механики.

Третий закон Ньютона

За этот закон, скорее всего, Ньютон и снискал себе почет и уважение со стороны не только естествоиспытателей, но и ученых-гуманитариев и попросту широких масс. Его любят цитировать (по делу и без дела), проводя самые широкие параллели с тем, что мы вынуждены наблюдать в нашей обыденной жизни, и притягивают чуть ли не за уши для обоснования самых спорных положений в ходе дискуссий по любым вопросам, начиная с межличностных и заканчивая международными отношениями и глобальной политикой. Ньютон, однако, вкладывал в свой названный впоследствии третьим закон совершенно конкретный физический смысл и едва ли замышлял его в ином качестве, нежели как точное средство описания природы силовых взаимодействий. Закон этот гласит, что если тело А воздействует с некоей силой на тело В, то тело В также воздействует на тело А с равной по величине и противоположной по направлению силой. Иными словами, стоя на полу, вы воздействуете на пол с силой, пропорциональной массе вашего тела. Согласно третьему закону Ньютона пол в это же время воздействует на вас с абсолютно такой же по величине силой, но направленной не вниз, а строго вверх. Этот закон экспериментально проверить нетрудно: вы постоянно чувствуете, как земля давит на ваши подошвы.

Тут важно понимать и помнить, что речь у Ньютона идет о двух силах совершенно разной природы, причем каждая сила воздействует на «свой» объект. Когда яблоко падает с дерева, это Земля воздействует на яблоко силой своего гравитационного притяжения (вследствие чего яблоко равноускоренно устремляется к поверхности Земли), но при этом и яблоко притягивает к себе Землю с равной силой. А то, что нам кажется, что это именно яблоко падает на Землю, а не наоборот, это уже следствие второго закона Ньютона. Масса яблока по сравнению с массой Земли низка до несопоставимости, поэтому именно его ускорение заметно для глаз наблюдателя. Масса же Земли, по сравнению с массой яблока, огромна, поэтому ее ускорение практически незаметно. (В случае падения яблока центр Земли смещается вверх на расстояние менее радиуса атомного ядра. )

По совокупности же три закона Ньютона дали физикам инструменты, необходимые для начала комплексного наблюдения всех явлений, происходящих в нашей Вселенной. И, невзирая на все колоссальные подвижки в науке, произошедшие со времен Ньютона, чтобы спроектировать новый автомобиль или отправить космический корабль на Юпитер, вы воспользуетесь все теми же тремя законами Ньютона.

Величайшая ошибка в истории физики / Хабр

Сегодня мы считаем, что все частицы, от массивных кварков до безмассовых фотонов, имеют двойную корпускулярно/волновую природу. Сотни лет назад люди рассматривали только частицы. Но в 1818 году волнам суждено было совершить триумфальное возвращение на основе исследований природы света.

Все мы любим наши наиболее ценные идеи по поводу устройства мира и Вселенной. Наша концепция реальности часто неразрывно связана с нашим представлением о самих себе. Но быть учёным – значит, быть готовым подвергать сомнению все эти представления при каждой их проверке. Всего лишь одного наблюдения, измерения или эксперимента, противоречащего теории, бывает достаточно для того, чтобы пересмотреть или полностью отказаться от нашего представления о реальности. Если мы можем воспроизвести эту научную проверку и убедительно показать, что она не совпадает с преобладающей теорией, мы закладываем основы научной революции. Но если кто-то не хочет подвергать теорию или предположения проверкам, он, возможно, совершает величайшую ошибку в истории физики.

«Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) Исаака Ньютона, третье издание, 1726 год. Трактаты Ньютона на такие темы, как механика, гравитация и свет, стали основами большей части современной физики.

Человеческая природа требует героев: людей, на которых мы равняемся, которыми восхищаемся, на которых стремимся стать похожими. Величайшим героем физики много столетий был Исаак Ньютон. Ньютон представлял собой столп научных достижений человечества. Его теория всемирного тяготения прекрасно описывала всё, от движения комет, планет и лун, до того, как объекты падают на Землю. Его описание движения объектов, включая законы движения и влияние на них сил и ускорений, остаются верными практически в любых условиях даже сегодня. Спорить с Ньютоном было глупо.

Поэтому в начале XIX века молодой французский учёный Огюстен Жан Френель должен был понимать, что ввязывается в авантюру.

Поведение белого света, проходящего через призму, демонстрирует, как в среде свет различных энергий движется с разными скоростями, в отличие от вакуума. Ньютон первым объяснил отражение, преломление, поглощение и пропускание света, а также способность белого света расщепляться на несколько цветов.

Хотя сегодня это менее известно, чем его заслуги в механике или гравитации, но Ньютон также был одним из первых учёных, объяснивших, как работает свет. Он объяснил отражение, преломление, поглощение и пропускание света, а также то, как белый цвет состоит из разных цветов. Переходя из воздуха в воду и обратно, лучи света изгибаются, и у каждой поверхности появляется отразившийся компонент, и компонент, прошедший насквозь.

Его корпускулярная теория света была основана на частицах, а идея о том, что луч – это свет, согласовывалась с широким набором экспериментов. Хотя во времена Ньютона существовала и волновая теория света, выдвинутая Христианом Гюйгенсом, она не могла объяснить эксперименты с призмами. В результате победителем стала Ньютоновская Opticks, как и его механика с гравитацией.

Волновые свойства света начали понимать ещё лучше благодаря двухщелевым экспериментам Томаса Юнга, где ярко проявлялись конструктивная и деструктивная интерференция. Эти эксперименты для классических волн известны с 17 века; в районе 1800-го года Юнг показал, что они применимы и к свету.

Однако на заре XIX века она начала испытывать трудности. Томас Юнг провёл ныне ставший классическим эксперимент, в котором свет проходил через двойную щель: две узкие щели, находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга. И свет, вместо того, чтобы вести себя, как корпускула, и проходить либо через одну щель, либо через другую, продемонстрировал интерференционную картину: последовательность светлых и тёмных полос.

Более того, картина полос определялась двумя настраиваемыми параметрами эксперимента: расстоянием между щелями и цветом света. Если красный цвет соответствовал длинноволновому свету, а синий – коротковолновому, то свет вёл себя точно так, как можно было ожидать от волны. У эксперимента Юнга был смысл, только если природа света была фундаментально волновой.

В двухщелевом эксперименте со светом появляются интерференционные картины, как и у любой волны. Свойства различных цветов света изучено благодаря различию их длин волн.

Но при этом нельзя было игнорировать успехи Ньютона. Природа света стала противоречивой темой среди учёных начала XIX века. В 1818 году Французская академия наук объявила о конкурсе на объяснение природы света. Волна ли это, или частица? Как его испытать и как подтвердить испытание?

Огюстен Жан Френель принял участие в конкурсе, несмотря на то, что по образованию был инженером-строителем, а не физиком или математиком. Он сформулировал новую теорию света, которой был несказанно рад, в основном основав её на работе Гюйгенса XVII века и недавних экспериментах Юнга. Всё было готово для совершения величайшей ошибки физики.

Освещение когерентным светом (например, от лазера) непрозрачного сферического объекта – один из наиболее чётких способов проверки волновой, а не корпускулярной, природы света.

После того, как он внёс свою работу на рассмотрение, один из судей, знаменитый физик и математик Симеон Дени Пуассон, изучил теорию Френеля весьма тщательно. Если свет был частицей, как описывал Ньютон, он бы просто перемещался по прямой в пространстве. Но если свет был волной, он бы участвовал в интерференции и дифракции при встрече с препятствием, щелью или гранью поверхности. Различные геометрические конфигурации могут давать разные рисунки, однако общая картина сохраняется.

Пуассон представлял себе свет единственного цвета: одну длину волны в теории Френеля. Представим, что такой свет имеет форму конуса и встречает сферический объект. По теории Ньютона тень должна получиться круглой, окружённой светом. По теории Френеля, как продемонстрировал Пуассон, в самом центре тени должна быть одна яркая точка. Это предсказание, как заключил Пуассон, было очевидно абсурдным.

Теоретическое предсказание того, как должен выглядеть волновой рисунок света вокруг сферического непрозрачного объекта. Яркая точка в центре была абсурдом, заставившим многих отказаться от волновой теории.

Пуассон попробовал опровергнуть теорию Френеля, показав, что она ведёт к ложным выводам: доказательство от противного. Пуассон захотел вывести предсказание из теории волнового света, у которого было бы очевидно абсурдное следствие, что доказывало бы её ложность. Если предсказание было абсурдным, то и волновая теория должна быть ложной. Ньютон был прав, Френель был неправ, дело закрыто.

Однако это и есть величайшая ошибка в истории физики! Нельзя делать выводы, неважно, насколько очевидными они кажутся, не проведя решающего эксперимента. Физика делается не на основе элегантности, красоты, простоты доказательства или споров. Она устанавливается запросами к самой природе – а значит, проведением соответствующих экспериментов.

Модель эксперимента, в котором яркое пятно обнаружил Араго. Иногда это пятно называют пятном Пуассона, но его необходимо прославить в веках, как пятно Араго, отметив его старания, приведшие к проведению реального эксперимента.

К счастью для Френеля и науки, глава судейской коллегии не впечатлился рассуждениями Пуассона. Франсуа Араго, позже ставший знаменитым в качестве политика, аболициониста и премьер-министра Франции, встав на защиту не только Френеля, но и всего процесса научных изысканий, провёл решающий эксперимент самостоятельно. Он изготовил сферическое препятствие и светил на него монохроматическим светом, проверяя предсказание волновой теории насчёт конструктивной интерференции. И прямо в центре тени можно было легко различить яркое пятно света. Хотя предсказание теории Френеля казалось абсурдным, экспериментальное свидетельство готово было его подтвердить. Абсурд, или не абсурд – природа сказала своё слово.

Результат эксперимента с использованием лазерного света, обтекающего сферический объект и реальные оптические данные.

Большой ошибкой учёного-физика может стать то, что он решит, будто ответ ему известен заранее. Ещё большей ошибкой будет предположить, что и эксперимент проводить не нужно, поскольку его интуиция подскажет, что бывает в природе, а чего не бывает. Но физика не всегда является интуитивной наукой, и по этой причине мы всегда должны обращаться к экспериментам, наблюдениям и измеримым проверкам наших теорий.

Без такого подхода мы бы никогда не опровергли взгляд на природу Аристотеля. Мы бы не открыли Специальную теорию относительности, квантовую механику или текущую теорию гравитации: Общую теорию относительности Эйнштейна. И мы бы наверняка никогда не открыли волновую природу света.

Схематическая анимация постоянного луча света, расщепляемого призмой. То, что свет – это волна, одновременно совпадает с и является более глубоким объяснением того факта, что белый свет можно расщепить на разные цвета

Со времён величайшей ошибки в истории физики прошло 200 лет. И то, что эта ошибка практически ни на что не повлияла, случилось только из-за научной последовательности Франсуа Араго, не испугавшегося постоять за самый важный научный принцип. Мы обязаны отвечать на вопросы о Вселенной, подвергая её испытаниям. Ведь именно сам Ньютон в своей Opticks писал:

Моя цель для этой книги – не объяснять свойства света предположениями, но предположить и доказать их на основании разума и экспериментов.

Без экспериментов никакой науки у нас не получится. Предположение о том, что мы можем посмотреть на предсказание и объявить его абсурдным, является нашим большим недостатком, как людей. Природа может быть или не быть абсурдной; это не зависит от того, правильна ли она или нет. Чтобы всё сделать правильно, нужно провести эксперимент. Без этого вы не занимаетесь наукой.

Больше статей на научно-популярную тему вы сможете найти на сайте Golovanov.net. Читайте: как возникло биоразнообразие, как рентгеновские лучи доказали существование тёмной материи, как грубая сила помогает физикам на Большом адронном коллайдере, почему Титан больше похож на Землю, чем мы думали; серию статей по космологии «Спросите Итана».

Напоминаю, что проект существует только благодаря поддержке читателей (банковские карты, яндекс.деньги, вебмани, биткоины, да хоть как). Спасибо всем, кто уже оказал поддержку!

Как Эйнштейн «опроверг» Ньютона / Хабр

Перевод статьи физика и популяризатора науки Мэтта Страсслера

К тому времени, как Эйнштейн в 1905 году вывел свою специальную теорию относительности (СТО), прошло уже больше 200 лет с тех пор, как Ньютон записал свои законы движения. Его последователи развивали его идеи, усложняли их и уточняли. Два столетия научных экспериментов, инженерных изделий и технологий, основанных на этих законах, подтверждали их правильность прямо и косвенно с большой точностью. В жизни людей XVIII и XIX веков уравнения Ньютона работали. Вряд ли бы они перестали работать в XX веке, и так и случилось – часы, двигатели, суда, мельницы, холодильники, гироскопы и пушки продолжали прекрасно работать и после того, как СТО Эйнштейна появилась в 1905 году. Так как же мог Эйнштейн «опровергнуть» Ньютона? Как Ньютон мог оказаться «неправым»?

Легко просто написать набор уравнений и заявить: «Я думаю, что общепринятые уравнения неверны, а мои новые – верны». Это каждый может сделать. Ежегодно я получаю десятки работ, выполненных начинающими физиками (или слышу о таких работах), содержащих ровно такие заявления. У большинства из них ошибку можно найти на первой странице, поскольку существует эксперимент или технология, которые не смогли бы работать, если бы новые уравнения были верны. Чрезвычайно сложно изобрести уравнения, соответствующие всем проделанным экспериментам и изобретённым технологиям. Таков высокий стандарт науки и природы.

Эйнштейн и несколько его коллег подозревали, что в теоретическую физику нужно внести несколько значительных изменений. В конце XIX века в физике существовало два набора уравнений («теорий»), использовавшихся для разных явлений. Были уравнения Ньютона XVII века, описывавшие, как силы заставляют объекты изменять своё движение (ускоряться), и уравнения XIX века, управлявшие электричеством, магнетизмом и светом. Первую их полную форму вывел Максвелл, основываясь на работах Фарадея, Ампера и множества других. В случае таких явлений, в которых требовалось использовать оба набора уравнений, можно было встретить ситуации, когда они выдавали несоответствующие предсказания. Такое несоответствие – одна из причин, позволяющих физикам-теоретикам убедиться в том, что уравнения нужно менять, а также намекающая на то, где именно это нужно делать. Однако это не значит, что подобрать приемлемое изменение всегда легко.

Трюк состоит в том, чтобы найти уравнения, расширяющие предыдущие, чтобы можно было доказать, что во всех уже проведённых экспериментах и испытанных технологиях новые уравнения равняются старым с точностью до крохотных отклонений, слишком малых для того, чтобы их можно было заметить при помощи существующих технологий и почти во всех научных экспериментах. Если подумать, то этот трюк – единственный из возможных трюков, позволяющих изобретать новые физические теории (и по моему опыту, этот трюк большинство начинающих физиков недооценивает).

И я сейчас продемонстрирую вам, как этот трюк работает для некоторых из уравнений Эйнштейна.

Рис. 1: треугольник, демонстрирующий идею Эйнштейна о пифагоровом взаимоотношении между энергией E, импульсом p и массой покоя m, где c – скорость света в пустом пространстве. Скорость объекта v связана с p и E соотношением, обведённым рамочкой. Энергия движения K (зелёный) равняется его общей энергии E (синий) минус масса-энергия m на c² (чёрный).

Возьмём объект, свободно движущийся сквозь пустое пространство со скоростью v с точки наблюдателя. Эйнштейн предложил описать его движение при помощи взаимоотношения между энергией E, импульсом p, массой m и скоростью v, представленного в виде треугольника. Подробно я описывал эту идею в другой статье про массу и энергию, а кратко этот треугольник представлен на рис. 1. Энергия E равняется сумме энергии массы mc² и энергии движения (в данной статье я буду называть её К, поскольку технически это кинетическая энергия). Уравнение Эйнштейна, связывающее энергию, импульс и массу в пифагоровом взаимоотношении:

E² = ( p c )² + ( m c² )²

А скорость v задаётся тригонометрическим отношением

v / c = p c / E = sin α

Здесь и в других статьях «массу» я определяю как величину, на которой соглашаются все наблюдатели – иногда её называют «инвариантной массой», чтобы отличить от архаичного термина «релятивистская масса». То есть, как в оригинальной работе Эйнштейна, и в его представлениях впоследствии, массу нужно определять так, чтобы E равнялась mc²только у частицы в состояни покоя, то есть, у частицы с p = 0. Такая инвариантная масса, в отличие от релятивистской массы и энергии, не увеличивается с увеличением скорости.

Рис. 2: взаимоотношение между массой m, импульсом p и энергией движения К по законам Ньютона. Скорость света с здесь не появляется – Ньютону и его первым последователям она не была знакома. Взаимоотношение скорости и тангенса угла альфа только через пропорцию, а не равенство. Энергия массы тоже неизвестна. Сравните с рис. 1.

В уравнениях Ньютона (и их развитии, сделанном его научными потомками), содержится другой набор взаимоотношений, обусловленный тремя отрезками, показанными на рис. 2. Ньютон с последователями не знали об энергии массы – её предложил Эйнштейн (как и, по меньшей мере, ещё один его коллега – но Эйнштейн точнее описал все детали). Поэтому разговор, касающийся свободно движущегося объекта, шёл только об энергии его движения (К, кинетической). Также Ньютону с друзьями была незнакома скорость света. Поэтому до Эйнштейна соотношение между энергией движения К и импульсом с массой было таким:

K = p² / 2m

А касательно скорости:

v = p / m ~ tan α

Комбинируя два эти уравнения, вы получаете более знакомую вам по школе формулу K = 1/2 m v². Этот набор уравнений задаётся уже не треугольником, а тремя изображёнными на рис. 2. отрезками.

Как Эйнштейну удалось составить набор формул, совместимый со всеми предыдущими экспериментами (со всеми!)? В чём состояла его хитрость?

Рис. 3: если скорость объекта мала (и, соответственно, угол альфа), определение Ньютона для К и определение Эйнштейна для К = E – mc² оказываются почти идентичными.

Соотношения Эйнштейна почти идентичны ньютоновским в том случае, когда скорость объекта мала по сравнению со световой! Это видно на рис. 3. Допустим, угол α у треугольника мал, что соответствует скорости, гораздо меньшей по сравнению со скоростью света. Для Эйнштейна у самой по себе движущейся частицы энергия движения К равна общей энергии Е минус энергия массы mc², как показано на рис. Заметьте, что К гораздо меньше Е. Из рисунка видно, что предсказание Ньютона и предсказание Эйнштейна для К имеют почти одинаковый размер – чем меньше импульс p, тем они оказываются ближе. Тем временем формулы, связывающая скорость, импульс и массу, тоже почти одинаковые, потому что Ньютон говорит:

v/c = p/mc = pc / mc²

(в последней формуле я добавил по c в числитель и знаменатель), а Эйнштейн говорит:

v/c = pc / E

Но при малом v эти уравнения становятся почти одинаковыми, поскольку mc² и E становятся почти одинаковыми. Через треугольник это тоже видно – поскольку tan α и sin α почти равны для малых углов. Поэтому пифагорово соотношение Эйнштейна и три отрезка Ньютона в экспериментах невозможно отличить друг от друга – пока скорость объекта крайне мала по сравнению с c.

Короче говоря, уравнения Эйнштейна очень, очень хитроумно сконструированы – когда скорости малы, уравнения Эйнштейна почти не отличаются от уравнений Ньютона. Именно поэтому – а Эйнштейн проверил это лично перед тем, как представить уравнения коллегам (прошу отметить этот факт начинающих физиков) – все существовавшие научные эксперименты и все технологии XVIII – XIX веков не противоречили этим уравнениям. Предсказания, полученные на основе теоретической платформы Ньютона были и остаются верными для всех практических применений тогда, когда скорости массивных объектов небольшие по сравнению со световой.

С медленными объектами закончили – а что насчёт быстрых?

В XIX веке единственными из известных объектов, перемещавшихся со скоростью, близкой к световой, были электромагнитные волны (включая, но не ограничиваясь видимым светом). С точностью тех экспериментов, что можно было тогда провести, выполнялось соотношение v = c. Однако одним из величайших и радикальных предположений Эйнштейна стало то, что эти волны состоят из безмассовых квантов (своего рода «частиц», т.н. фотонов), также удовлетворяющих его взаимоотношениям между Е, p, m и v. Если подставить в уравнения Эйнштейна m = 0, они не потеряют смысл. Попробуйте, и получите, что E = p c и v / c = 1 (см. рис. 4). Этого и следует ожидать от фотонов – поэтому уравнения Эйнштейна работают как для обычных повседневных массивных объектов, так и для безмассовых фотонов, из которых состоит свет!

Рис. 4: у треугольника Эйнштейна для безмассовых частиц нет горизонтальной стороны. Его вертикальный катет и диагональ (гипотенуза) схлопываются друг с другом, давая E = p c и v = c.

Никто до Эйнштейна не смог бы сделать такого предположения. Потому что в предположении, что свет состоит из безмассовых частиц, не было никакого смысла. Посмотрите на уравнения Ньютона. Если у объекта p не равен нулю, а вы подставите m = 0, то получите, что К = бесконечность, и v = бесконечность! А из экспериментов люди уже знали, что это не так. А если подставить p=0 и m=0, то в уравнениях Ньютона получится, что К и v равняются нулю, делённому на ноль, что вообще не даёт никаких предсказаний.

Подытоживая, можно сказать, что Эйнштейн протолкнул своё предположение между двумя вещами, которые уже были известны на заре его века. Люди знали, что массивные объекты подчиняются уравнениям Ньютона с большой точностью, вплоть до скоростей пуль и пушечных ядер. Хотя эти скорости всё равно оказывались крохотными по сравнению с c. Они знали, что свет состоит из электромагнитных волн, движущихся со скоростью порядка c. Эйнштейн стал великим объединителем, предположив, что свет состоит из безмассовых фотонов, и что законы Ньютона для массивных объектов нужно расширить до набора уравнений, способных описывать поведение как массивных, так и безмассовых частиц. Через это объединение он сделал предсказание: что массивные объекты, движущиеся со скоростью, близкой к световой, будут подчиняться не законам Ньютона, а его собственным уравнениям.

Поскольку в то время не существовало технологий для проверки таких радикальных предположений Эйнштейна, в первое время они получили серьёзное сопротивление со стороны людей, считавших, что в них нет никакого смысла. Однако с 1908 по 1920 года некоторые части его уравнений удалось проверить. И наука на этом не остановилась. С тех пор технологии и научные знания продвинулись очень далеко. Во многих экспериментах XX и XXI веков технологии позволяют достигать гораздо больших скоростей, чем это было возможно в 1905-м. Эксперименты физики частиц и их медицинское применение чрезвычайно сильно зависят от частиц, чья скорость v сравнима с c – как и наше понимание структуры атомов. И для таких частиц уравнения Ньютона и Эйнштейна очень сильно расходятся. Это показано на рис. 5. Все измерения быстрых частиц совпадают с формулами Эйнштейна, но не Ньютона. Дебаты по этому вопросу давно уже закончены (кроме неизбежных краевых случаев). Даже системы глобального позиционирования, GPS и ГЛОНАСС, полагаются на уравнения Эйнштейна, а не Ньютона.

Рис. 5: для объектов со скоростями, сравнимыми с c, уравнения Эйнштейна и Ньютона дают очень разные результаты для скорости v и энергии движения К. С экспериментами совпадают только предсказания Эйнштейна.

Когда-нибудь мы, возможно, столкнёмся с ситуацией, в которой уравнения Эйнштейна работать не будут, и их самих придётся расширять. Возможно, первые намёки на это появятся в экспериментах. Или через осознание теоретических несостыковок. Но пока что уравнения СТО, предложенные Эйнштейном для описания E, p, m и v, для объектов, движущихся без воздействия внешних сил (а также предел скорости, заключённый в этих уравнениях – никакой объект не может с точки зрения стороннего наблюдателя двигаться со скоростью быстрее c) работают безо всяких конфликтов.

МОЙ КОТ В ЗЕРКАЛЕ ШКОЛЬНОЙ ФИЗИКИ

Кот приготовился к прыжку.

Открыть в полном размере

‹

›

Когда мой кот считает, что пришло время взглянуть на меня свысока, он забирается на полку серванта, а с нее непринужденно взлетает на шкаф. Там у него наблюдательный пункт. Делает он это так легко, что кажется, прыжок не требует от него никаких усилий. Просто кот с вертикальным взлетом. Но внимательнее присмотревшись, можно заметить, что прыжок он по-своему рассчитывает, сначала раз-другой приникая к поверхности и приседая до упора на задних лапах.

Как-то я подумал: а каким должно быть ускорение, чтобы двигаться так стремительно? Как его определить? Для этого понадобится измерить время прыжка… Впрочем, нет, этого не потребуется, сообразил я. Ничего не понадобится измерять, кроме высоты шкафа и длины лап кота. Обо всем остальном когда-то позаботился сэр Айзек Ньютон, создав свою механику, причем будет достаточно той части его творческого наследия, которую изучают в 5-6-м классах школы. Поняв это, я обратился к коту. Настроение у него было хорошее, и он любезно позволил мне провести несложные измерения.

Высота, на которую прыгал кот, считая от середины его, скажем так, талии, составляет 1,05 метра. Обозначим ее h. Ускорение свободного падения известно — g = 9,81 м/с². Чтобы коту (с массой m) вспрыгнуть на высоту h, ему понадобится начальная скорость v, которая находится из равенства потенциальной энергии кота, когда он сидит на шкафу, E_p = mgh и его кинетической энергии в начале прыжка E_k = mv²/2. Из равенства E_p = E_k получается известная школьная формула v = .

В соответствии с этой формулой начальная скорость получается довольно большой: v = = 4,54 м/с. По-видимому, когда кот приседает перед прыжком, он ее как-то рассчитывает. Эту скорость нужно иметь в конце разгона. Так как кот не разбегается, а прыгает с места, приникнув сначала к поверхности, путь разгона определяется длиной l его распрямленных задних лап, которая составила 15 см. Кстати, передние лапы он использует, главным образом, чтобы переместить центр своей массы на линию приложения ускорения. В том, что для вычисления результата измерять время разгона не требуется, никакого фокуса нет. Просто конечная скорость разгона равна начальной скорости прыжка v, которая определяется уже известным путем l, неизвестными пока ускорением разгона w и его длительностью t: v = wt, откуда t = v/w. Чтобы не усложнять расчет, предположим, что ускорение во время прыжка не меняется. Это, вероятно, не совсем так, но от такого допущения результат изменяется незначительно. Так как разгон начинается «с нуля», средняя скорость разгона v_ср = v/2, а путь разгона l связан с ускорением таким выражением:

l = vt/2 = wt²/2 = w(v/w)²/2 = v²/2w.

В последней части формулы неизвестным осталось только ускорение w. Его легко найти. Чтобы на коротком пути l = 15 см кот смог разогнаться до 4,54 м/с, он должен создать ускорение w = v²/2l = 4,54²/(2•0,15) = = 68,7 м/с², что составляет ровно 7g, семикратное ускорение свободного падения! Такие перегрузки испытывают, например, летчики-испытатели, а коту — хоть бы что. В момент разгона своими тонкими лапками кот массой 6 килограммов создает на короткое мгновение усилие 412 ньютонов, или 41 кгс, как кому нравится.

Кстати, о мгновении. На разгон у кота уходит всего 66 тысячных секунды: t = v/w = = 4,54/68,7 = 0,066 с. В короткие мгновения животные способны создавать очень большую мощность. За эти 66 тысячных долей секунды кот развивает мощность
0,93 кВт, или 1,2 столь любимых автомобилистами лошадиной силы.

Внимательный читатель мог заметить, что для расчета ускорения достаточно просто разделить высоту прыжка на путь разгона: h/l и полученную семерку умножить на земное ускорение g.

Интересно сравнить физические способности кота с возможностями, извините, спортсмена,
прыгуна в высоту, который героически преодолевает планку на высоте 2 метра.
Кто-нибудь видел, чтобы спортсмен перепрыгивал планку на этой высоте стоя? Планку
он огибает, придавая своему телу горизонтальное положение. Поэтому прыжок на
самом деле получается на высоту всего 1 метр, считая от центра массы человека,
который находится где-то у его пояса, на высоте около метра. Тогда его начальная
скорость v должна составлять те же самые 4,5 м/с. Отличие от прыжка кота
в разгоне: прыгун не приседает на землю перед прыжком, как кот, он только распрямляет
ноги (наверное, не больше чем на 0,8 м) и ступни (еще примерно на 0,2 м), всего,
может быть, на l = 1 м. Ускорение w получается равным 10,3 м/с²,
а время разгона t = 0,44 с (поэтому и ускорение меньше). В обоих случаях
разница с котом составляет семь раз, соответственно меньше и больше. Мгновенное
усилие спортсмена, если его масса 80 кг, лишь вдвое больше, чем у кота, — 824
ньютона, а мощность достигает 1,8 кВт в течение 0,44 с. Но спортсмен разбегается,
а кот лихо прыгает с места.

Вот такой маленький силач скромно живет в наших домах, а его феноменальные способности легко обнаружить простыми расчетами в рамках школьной физики.

Легенду об упавшем яблоке Исаак Ньютон придумал для племянницы

Комсомольская правда

НаукаНаука: Клуб любознательных

Анна УДОВИДЧЕНКО

4 января 2018 10:26

4 января исполнилось 375 лет со дня рождения выдающегося английского ученого

Если верить легенде, знаменитая история с яблоком произошла в 1666 годуФото: EAST NEWS

Биографы потрудились на славу — благодаря их рассказам, мы знаем не только о научных открытиях Ньютона в области физики, астрономии, механики, математики… Но и о личной жизни. Вот несколько интересных фактов о светиле, жившем в 17 веке и намного опередившем свое время.

Яблоня сто лет была музейным экспонатом

Ньютон открыл свой знаменитый закон всемирного тяготения после того, как ему на голову упало яблоко — это знают многие. Но так ли все было на самом деле?

— Скорее, это выдумка, — считает кандидат исторических наук Леонид Фролов. — Хотя благодаря воспоминаниям друга и биографа ученого Уильяма Стакли яблоня в саду дома Ньютона больше ста лет была музейным экспонатом и к ней водили экскурсии.

Рабочий стол Ньютона под яблоней в родовой усадьбе ученого в Вулсторпе в британском графстве ЛинкольнширФото: EAST NEWS

Стакли описал, как в 1726 году они с Ньютоном пили чай под яблоней. И Ньютон припомнил, что в такой же обстановке открыл закон притяжения. Дело было в 1666 году, когда Кембриджский университет закрыли из-за эпидемии чумы, и Ньютон уехал в свой дом в графстве Линкольншир.

Сидел в саду под любимой яблоней, размышлял. Тут-то яблоко и упало. Ньютон задумался: почему траектория именно такая — по направлению к центру земли? «Естественно, потому что он притягивает его. Значит, есть сила притяжения», — цитировал ученого биограф.

А вот историк Ричард Уастлоф засомневался: мол, в 1726 году Ньютону было уже 83 года и вряд ли он мог отчетливо помнить собственные умозаключения 60-летней давности. Тем более, в своих сочинениях он представил совсем другую историю.

Сказку о падающем яблоке Ньютон сочинил для своей любимой племянницы Катерины Кондуит, чтобы популярно изложить суть закона. Катерина была единственной из родни, к кому физик относился с особенной теплотой, даже взял в дом на воспитание после смерти ее матери. И единственной женщиной, к которой он когда-либо приближался.

В ботаническом саду Кембриджа растет почитаемый потомок «яблони Ньютона». Фото: ru.wikipedia.org

По мнению биографов, ученый до конца жизни оставался девственником. А авторитетный в то время философ Вольтер признавался:

«В юности я думал, что Ньютон обязан своими успехами собственным заслугам… Ничего подобного: флюксии (используются в решении уравнений — прим. авт.) и всемирное тяготение были бы бесполезны без этой прелестной племянницы».

Мифы о котах и сквозняках

Есть и другие легенды. Якобы Ньютон проделал в двери дома отверстия для двух своих кошек — чтобы могли свободно входить-выходить. А его любимая собака случайно опрокинула лампу, и в пожаре сгорела рукопись последней работы ученого. На самом деле он никогда не держал животных.

По другой версии, к беде с рукописями был причастен песикФото: EAST NEWS

Исаак Ньютон дважды избирался в парламент от Кембриджского университета. Бытует анекдот о том, что он лишь однажды взял слово. Все замерли, предвкушая, что светило скажет что-то очень умное. А Ньютон просто попросил закрыть окно, боясь простудиться от сквозняка. Так вот и это неправда. Ученый был добросовестным парламентарием, ходил на все заседания. А историю про окно наверняка сочинили завистники.

Победил фальшивомонетчиков

Несколько десятилетний Ньютон был хранителем Монетного двора, причем проявил себя классным управленцем. В то время в Англии существовала серьезная проблема: не успевали отчеканить партию серебряных монет, как они буквально исчезали из обращения. А все потому, что ценность монет определялась по их весу, и аферисты придумали срезать края. В итоге ходило много фальшивок, деньги массово вывозились за границу, оседали в сундуках, шли на переплавку.

Ньютон перечеканил все монеты, а на ободке придумал делать насечки — так называемый гурт (он, к слову, есть и на современных монетах). Сработало! Обрезка краев стала заметной. Фальшивомонетчики негодовали и стали строчить доносы на «реформатора». Ньютон проявил принципиальность — лично участвовал в расследованиях, в итоге более 100 доносчиков были выслежены и осуждены. Нескольких главарей даже казнили.

Научил Петра I реформам

Монетный двор в 1698 году посетил Петр I. Бывал там трижды, однако подробностей о его встречах с Исааком Ньютоном не сохранилось. Зато известно, что несколькими годами позже в России была проведена монетная реформа, очень похожая на английскую.

Назначил конец света на 2060 год

Мало кто знает, что Ньютон занимался еше и алхимией, оккультизмом, теологией. И помимо сочинения своих знаменитых законов расшифровывал Библию. Манускрипт на 4,5 тысячи страниц хранится в Еврейской национальной библиотеке Иерусалима. В нем ученые и обнаружили своего рода «последний закон Ньютона»: пророчество о конце света. Дату ученый вычисил математически, расшифровывая Книгу пророка Данила (Ветхий завет). Его прогноз — 2060-й год. Что именно произойдет через 43 года? Мировая война, потом мор, из-за чего исчезнет большая часть человечества. Сбудется ли? Думать об этом страшновато, учитывая, что у Ньютона есть точные предсказания — к примеру, он правильно указал дату появления государства Израиль — 1948 год.

Был долгожителем

Ньютон родился в семье мелкого, но успешного фермера. Отец умер, так и не увидев сына. А мальчик появился на свет раньше срока и таким слабым, что его даже крестить не хотели: думали, долго не протянет. Однако Исаак, названный в честь отца, не просто выжил, но и прожил очень длинную для 17 века жизнь — 84 года. Почти не болел, до старости сохранил густую шевелюру и все зубы кроме одного.

Один из последних портретов Ньютона, созданный английским живописцем Джеймсом Торнхиллом. На нем ученому около 70 лет

В детстве учился через пень колоду и слыл едва ли не худшим учеником. А потом стал лучшим! Переворот в сознании случился после того, как его сильно избили одноклассники. Ньютон решил, что раз физически не сможет превзойти других, станет самым умным. И вон каких высот достиг.

Нередако проявлял рассеянность. Как-то пригласив гостей, пошел в кладовую за вином. Там его осенила очередная научная идея. Ньютон помчался в кабинет, напрочь забыв про гостей.

Стал первым рыцарем за науку

Королева Анна возвела 62-летнего ученого в рыцари. Сэр Ньютон стал первым англичанином, получившим высокий титул за научные достижения. Обзавелся собственным гербом и родословной. К слову, Ньютон всегда был уверен, что его род восходит к шотландским дворянам 15 века. Историки докопались до предков ученого — увы, это были бедные крестьяне.

Блокнот Ньютона, в котором помимо размышлений об оптике записана информация о потраченной на искупление прошлых грехов. Фото: музей Фицуильяма в Кембридже

Исаак Ньютон и без титула был в Англии культовой личностью. Хоронить его вышел весь Лондон. Вольтер так описывал церемонию: «Сначала тело выставили на всеобщее обозрение в пышном катафалке, по бокам которого горели огроные светильники. Затем перенесли в Вестминстерское аббатство, где и похоронили среди королей и выдающихся деятелей. Во главе траурной процессии шел лорд-канцлер, за ним следовали все королевские министры».

КОНКРЕТНО

Самые важные открытия

* Закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой кассической механики.

* Теория движения небесных тел.

* Теория света и цветов.

* Разработал дифференциальное и интегральное исчисление.

* Заложил основы современной физической оптики

* Изобрел телескоп-рефрижератор, с помощью которого было сделано множество важных астрономических наблюдений и открытий.

Возрастная категория сайта 18+

Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г.

И.О. ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.

Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без
предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой
право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные
сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой
массовой информации или нарушением иных требований закона.

АО «ИД «Комсомольская правда». ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781
127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.

Исключительные права на материалы, размещённые на интернет-сайте
www.kp.ru, в соответствии с законодательством Российской
Федерации об охране результатов интеллектуальной деятельности
принадлежат АО «Издательский дом «Комсомольская правда», и не
подлежат использованию другими лицами в какой бы то ни было
форме без письменного разрешения правообладателя.

Приобретение авторских прав и связь с редакцией: [email protected]

Как определяют яблоко ученые разных наук

Физик. Полагаю, уважаемые коллеги, этот плод наводит вас на мысли о сэре Исааке Ньютоне. Якобы, глядя на яблоко, упавшее в одном из садов Линкольншира, гений задумался: почему оно всегда падает перпендикулярно вниз и никогда иначе? Значит, сила, его притянувшая, должна распространяться от Земли по меньшей мере до вершины яблони. И если яблоко падает, почему же не падает Луна? Должно быть, дело в массах, расстояниях, квадратах… И он открыл закон всемирного тяготения! Возможно, так оно и было. А может, сэр Ньютон эту историю придумал, чтобы развлечь свою трепетную племянницу Катерину, которая, увы, мало что понимала в физике. Есть даже версия, что ньютоновское яблоко — просто миф, придуманный биографами. Но, коллеги, это не так важно. Главное — великое открытие в физике. А мифология — удел столь уважаемых мною гуманитариев (передает яблоко культурологу).

Культуролог. Яблоко — это круто. В нем символизма больше, чем витаминов и минералов, вместе взятых. Вот было древнегреческое яблоко раздора — из-за него сначала богини спорили, а потом вообще Троянская война началась. Был библейский запретный плод, который позднее объявили яблоком. А сколько всяких яблок в сказках, песнях, стихах! Ну и в современном мире этот символ бодро используют — взять, например, корпорацию Apple… (Резко тычет яблоком фольклориста в грудь)

Фольклорист (блаженно смотрел в небо, что-то насвистывая и выстукивая ритм): Ой! Вспомнил тут частушку одну про яблоко. Во время Гражданской войны ее и красные, и белые, и даже зеленые напевали. И у всех свой текст был. Я вот для Физика сочинил:

Эх, яблочко,

Да куда котишься?

В сингулярность попадешь —

Да не воротишься!

Эволюционный биолог (торжественно забирает яблоко у фольклориста). Если не ошибаюсь, наш Физик говорил про Ньютона и всемирное тяготение. Я позволю себе на эту тему анекдот рассказать. Как биологи объясняют, почему яблоки с дерева вниз падают? Это не гравитация никакая. Это ес-тес-твен-ный отбор! Те яблоки, которые летят вверх, вбок или по диагонали, на землю не попадают и, соответственно, остаются без потомства — не передают свои гены. Так отбор закрепил полезный признак — способность падать вниз… Не смешно? Ладно, зато в этой шутке есть доля эволюционной правды. Сочные, вкусные яблоки, которые мы так любим, — результат длительной селекции, но дикие плоды тоже вполне съедобны. По одной из версий, им так выгоднее распространять гены. Когда созревшее яблоко падает на землю, животные съедают его и переносят семена по округе. Возможно, по этой же причине дикие яблоки красные — чтобы скорее заметили. Клюква только так и мигрирует с птицами из болота в болото, чем яблони хуже?

Химик-неорганик (берет яблоко, надкусывает). Посмотрите-ка на место, где я укусил. Если оставить его на некоторое время, мякоть начнет темнеть. Правильно? Многие думают, будто это происходит из-за окисления соединений железа. Некоторые напрямую соотносят коричневый цвет с ржавчиной. А вот это неправильно! Железа там так мало, что насыщенный цвет оно бы обеспечить не смогло (перекидывает яблоко химику-органику).

Химик-органик. Согласен с коллегой. Это никакая не ржавчина. Потемнение происходит потому, что содержащиеся в яблоке полифенолы взаимодействуют с кислородом и окисляются. А если уж говорить о яблоках и общественных заблуждениях, то есть популярный мем, направленный против хемофобии. Многие граждане используют слово «химия» как синоним чего-то вредного: «В продуктах сплошная химия, везде пищевые добавки Е!» Так вот, мне нравится плакат, на котором перечислены вещества, аналогичные добавкам Е, которые есть в натуральном яблоке: Е300, Е330, Е334, Е440… Интересней всего Е296. Вы бы купили продукт, у которого на этикетке большими буквами написано: «Содержит гидроксибутандиовую кислоту»? Подозреваю, что нет. А зря, ведь другое название этого вещества — яблочная кислота, поскольку впервые ее получили в конце XVIII века из яблок.

Экономический географ (выхватывает яблоко и увлеченно полирует его антисептической салфеткой). «Купили продукт», говорите? Это ко мне. Дождался-таки повода поделиться знаниями! Да, Исаак Ньютон был англичанином, и в Великобритании яблочное садоводство имеет давнюю историю. Но среди европейских стран сейчас безусловный лидер — Польша: ежегодно там производят больше трех миллионов тонн яблок. Это третье место в мире. На втором США. А лидирует Китай: там выращивают почти пятьдесят миллионов тонн. И с каждым годом все больше и больше — скоро китайцы весь мир завалят яблоками, если, конечно, сами их не съедят. Что касается нашей страны, то у нас долгое время производство яблок сокращалось, поэтому в магазинах так много импорта. Но могу утешить: заложено много новых садов, и надеюсь, через несколько лет у нас будет вдоволь своих яблок. Но для этого надо решить ряд технологических проблем (передает проспиртованное яблоко биоинженеру).

Биоинженер. Думаю, что наука поможет обеспечить яблоками всех желающих. А благодаря трансгенным технологиям удастся получить новые сорта — еще более вкусные, сочные, дающие по шесть урожаев за сезон и долго не портящиеся. Осталось побороть коллективный страх перед аббревиатурой ГМО.

Физик (срывая с дерева еще одно яблоко). Уважаемые коллеги! Я скромно полагаю, что сегодня мы наделили этот благородный фрукт новым смыслом. Это не только символ великого открытия, но и предмет, способный объединить разные науки и методы познания.

Справка

В нашем журнале (№ 11 (25) за ноябрь 2016 г. вышла статья «10 яблок, которые изменили мир». В ней были такие главы:

1. Яблоко Сиверса (предок одомашненных яблонь, родина — Казахстан).
2. Глазное яблоко.
3. Big Apple (символ Нью-Йорка).
4. Запретный плод (библейское яблоко).
5. Яблоко раздора.
6. Яблоко Тьюринга (считается, что один из основателей информатики покончил с собой, укусив яблоко, накачанное цианидом).
7. Яблоко Витгенштейно (метафора из области философии языка).
8. Яблоко Ньютона.
9. Корпорация Apple.
10. Мичуринские яблоки.

5 кошек, которыми владели известные ученые

В анналах науки полно любителей кошек. Оказывается, у многих известных ученых не только были кошки, но иногда они даже приписывали своим кошачьим компаньонам помощь в продвижении их работы (или, по крайней мере, приятное отвлечение от нее). Вот пять кошачьих сотрудников, которые тесно «сотрудничали» с некоторыми из самых известных ученых в истории.

1. Альберт Эйнштейн и Тигр

(Фото: Ирина Кузнецова/Shutterstock)

Альберт Эйнштейн любил животных. «Если человек стремился к праведной жизни, его первый акт воздержания — это причинение вреда животным», — сказал он, и, как известно, у него было несколько домашних животных, включая собаку и попугая. Но больше всего внимания, по крайней мере, с точки зрения потомства, привлек его кот Тигр. Биографы зафиксировали, что Эйнштейн был чувствителен к настроению Тигра, отметив, например, что кошка впадала в депрессию, когда шел дождь.

Кошки, по-видимому, занимали достаточно большое место в сердце Эйнштейна, поэтому они всплывают в цитатах, исторически приписываемых ему. Говорят, что в своей аналогии, объясняющей телеграф, Эйнштейн сравнил эту технологию с длинной кошкой. «Вы дергаете его за хвост в Нью-Йорке, а его голова мяукает в Лос-Анджелесе», — сказал он. Кошки оказались менее полезными в объяснении его собственных работ по специальной и общей теориям относительности, которые принесли ему вечную славу. Тем не менее не приходится сомневаться в том, что Эйнштейну нравилось общество Тайгера, особенно когда у него были трудности, как у всех нас, на работе и в жизни.

«Есть два способа укрыться от жизненных невзгод: музыка и кошки», — сказал Эйнштейн.

2. Эдвин Хаббл и Николас

Эдвин Хаббл и его любимый кот Николас Коперник, что нехарактерно для важных бумаг или книг. (Изображение предоставлено Edwin Hubble Papers (HUB 1035-9), Huntington Library, Сан-Марино, Калифорния.)

Даже читатель, не имеющий ничего общего с астрономией, знает имя Хаббла по названию одноименного космического телескопа. Эдвин Хаббл был известен своими работами в первой половине 20 века. Его открытие галактик за пределами Млечного Пути было революционным для того времени, как и его работа по поддержке теории расширения Вселенной. Сказать, что он помог переосмыслить эту область, значит не сказать ничего. И сделал это не один.

Если во вселенной Хаббла был центр, можно поспорить, что его кот, Николас Коперник, жил там и доставлял себе массу неприятностей. Согласно библиотеке Хантингтона, где хранятся личные документы Хаббла, в архивах предостаточно упоминаний о гигантской черной кошке.

Он явно был любимцем семьи. Хаббл часто называл свой дом «поместьем Николая». А в своем дневнике жена Хаббла Грейс отметила тесную связь между мужем и кошкой. В тот момент, который знаком каждому владельцу кошки, Грейс заметила, что, когда Эдвин удалялся в свой кабинет, чтобы работать, Николас наслаждался, развалившись на столе Эдвина, «растянувшись на стольких страницах, сколько мог охватить», — написала она. «Он помогает мне, — объяснил [Эдвин]».

3. Исаак Ньютон и Спитхед. Ньютон также нашел время, чтобы изобрести кошачью заслонку.

Подробнее: 5 эксцентричных фактов об Исааке Ньютоне

Согласно одной из версий этой истории, когда Ньютон был в Кембридже, он попросил прорезать дыру в своей двери и накрыть ее кожаным или тканевым клапаном, чтобы его кот Спитхед мог приходить и уходить по желанию. Владельцы кошек во всем мире могут легко представить, как отец современной науки отвлекается на царапание и мяуканье кошки, которая хочет, чтобы ее выпустили… а через 30 секунд воет, чтобы ее снова впустили. Так что эта история, безусловно, кажется правдой.

Но чувства — это не факты. В то время как некоторые ученые спорят, был ли у Ньютона вообще кот, исторические свидетельства ясно показывают, что он не изобретал кошачью дверь. Кроме всего прочего, прорезание отверстия в двери — даже в той, на которую можно было бы накрыть откидной створкой — вряд ли можно считать изобретением. Люди вырезали отверстия в дверях и стенах на протяжении тысячелетий — еще до того, как мы одомашнили кошек, — чтобы дать диким кошкам доступ к сараям и зернохранилищам. Тогда они могли бы охотиться на паразитов, которые питались нашими запасами еды.

Подробнее: 5 животных, навсегда изменивших человечество

Но как паразиты привлекают кошек, так и великие люди со временем часто привлекают свою долю легенд, и Ньютон не стал исключением. Как ни забавно рассказывать эту кошачью сказку, она столь же сомнительна, как та история о яблоке, ударившем Ньютона по голове.

4. Эрвин Шредингер и Мильтон(?)

(Фото: Ольга Смолина SL/Shutterstock)

Самый известный кот в истории науки назван в честь физика и лауреата Нобелевской премии Эрвина Шредингера, который получил эту награду в 1933 за его ранние работы по квантовой механике. Но больше всего он известен мысленным экспериментом с теоретическим котом в коробке, и можно ли сказать, что он жив и мертв одновременно. Шредингер предложил этот сценарий в статье 1935 года как критику квантовой теории того времени.

Парадоксальный мысленный эксперимент, навсегда известный как «Кот Шредингера», стал постоянным — хотя часто неправильно понимаемым — неотъемлемым атрибутом как науки, так и массовой культуры.

Люди иногда задавались вопросом, почему Шредингер использовал в своем примере кошку, а не крысу, растение или почти любое другое живое существо. В некоторых историях утверждается, что у Шредингера был настоящий кот по имени Милтон, и делается вывод, что домашнее животное могло вдохновить физика.

Однако Мильтон мог — а мог и не существовать — вообще; доказательства того, что Шредингер владел кошкой, в лучшем случае отрывочны. Впрочем, мы вынуждены отметить, что Шредингер и сам был весьма схематичен.

5. Никола Тесла и Макак

(Фото: Ирина Козорог/Shutterstock)

Блестящий, но эксцентричный пионер электричества, Никола Тесла стал чем-то вроде иконы для любителей науки во всем мире. Оказывается, Тесла сам был немного фанатом, по крайней мере, когда дело касалось его питомца детства Макака, которого Тесла однажды назвал «лучшим из всех кошек в мире».

В письме, написанном молодому поклоннику в 1939 году, Тесла довольно подробно восхвалял кошачьи достоинства; К тому времени мужчине было за 80, но время явно не уменьшило любовь Теслы к Макаку.

Он рассказал историю о зимнем вечере, когда он обнаружил, что гладит Макака по спине. В момент, вдохновивший его на изучение электричества на протяжении всей его жизни, Тесла был буквально потрясен, обнаружив, что спина кошки превратилась в «лист света, а моя рука произвела сноп искр, достаточно громкий, чтобы их было слышно по всему дому». Это был довольно драматический момент — его мать сказала ему остановиться, опасаясь, что он устроит пожар.

К счастью для семьи Теслы и потомков, единственное, что пробудило в ту ночь Макака, было воображение и дальновидный ум юного Николы, который в тот момент погрузился в философию, задаваясь вопросом, не является ли вся природа всего лишь одной гигантской кошкой, которую можно лаская Божья рука.

Да, твой кот говорит, что это звучит правильно.

Переворачивание кошек: научное увлечение девятнадцатого века!

Изучая историю науки, я понял, что ученые — это люди. Часто невероятно странные, странные люди. Например: в середине-конце 1800-х годов, в захватывающую эпоху, когда были заложены основы электромагнитной теории и открыта электромагнитная природа света, ряд величайших умов в физике также были заняты совсем другой проблемой. .

Выбрасывание кошек.

«Что сказать!!??»

Да, физики той эпохи были заинтригованы явлением, которое они называли «поворотом кошки», — способностью кошек приземляться на лапы, когда их роняют почти с любой ориентации и с любой высоты. Были проведены эксперименты с (предположительно, не совсем не желающими) испытуемыми и была написана как минимум одна статья — с фотографиями.

Так кто же были эти экспериментаторы с кошачьей ловкостью?

Джордж Габриэль Стоукс, токарь кошек. Через Википедию.

Одним из них был Джордж Габриэль Стоукс (1819–1903), о личной жизни которого я уже писал в блоге. Стоукс был блестящим физиком и математиком и занимал желанную должность лукасовского профессора математики с 1849 года до своей смерти; другие обладатели этой должности включают Стивена Хокинга, Пола Дирака, Чарльза Бэббиджа и Исаака Ньютона. Стоукс, безусловно, заслужил свое место в такой энергичной компании, внеся большой вклад в математику, гидродинамику и оптику за свою долгую карьеру. Все математики и физики знакомы с теоремой Стокса, фундаментальной теоремой векторного исчисления. Имя Стокса также связано с уравнениями Навье-Стокса, важными уравнениями, используемыми для описания потока жидкости (и свойства которых, что примечательно, до сих пор до конца не изучены). Стокс также сделал открытие, что явление флуоресценции связано с преобразованием невидимого ультрафиолетового света в видимый свет.

Он также был очарован превращением кошек.

Как позже вспоминала его дочь миссис Лоуренс Хамфри в 1907 г. в кошачьем повороте, слово, изобретенное для описания того, как кошке удается упасть на ноги, если вы держите ее за четыре ноги и опускаете ее спиной вниз, близко к полу. Глаза кошки также использовались для осмотра с помощью офтальмоскопа, так же как и глаза моей собаки Перл, но интерес Перл никогда не сравнится с интересом собаки профессора Клерка Максвелла, которая, казалось, определенно наслаждалась осмотром глаз своим хозяином.

Значит, Стоукс был заядлым исследователем сбрасывания кошек! Однако самое примечательное в этом пассаже то, что он показывает, что Джеймс Клерк Максвелл тоже был кошатником!

Джеймс Клерк Максвелл, капельница кошек. Через Википедию.

Практически невозможно переоценить достижения Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879), которого многие считают величайшим физиком-теоретиком 19 века. Его величайшим достижением было окончательное объединение электричества и магнетизма путем завершения набора математических уравнений, которые теперь известны как уравнения Максвелла, и блестящий дедуктивный скачок, который эти уравнения демонстрируют, что свет сам по себе должен быть электромагнитной волной. Максвелл также внес большой вклад в термодинамику и связанную с ней кинетическую теорию газов, и, если этого было недостаточно, он также сделал первую демонстрацию цветной фотографии. Всегда.

Он также бросал кошек.

Максвелл начал свое университетское образование в удивительно раннем возрасте, поступив в Эдинбургский университет в 1847 году в возрасте 16 лет. В 1850 году он перешел в Тринити-колледж в Кембридже, где изучал математику и восприятие цвета. Он проявил себя как один из лучших студентов и остался в колледже в качестве научного сотрудника. Именно в это время он провел некоторое время, исследуя феномен кошачьего поворота.

Джеймс и Кэтрин Клерк Максвелл, 1869 г.. Ни слова о том, уронил ли он собаку. Через Википедию.

Позднее он вспоминал те дни в письме 1870 года своей жене Кэтрин Мэри Клерк Максвелл*, в котором он также отметил репутацию, которую приобрел благодаря своим исследованиям: метод бросания кошки, чтобы не зажечь ей ноги, и который я использовал, чтобы выбрасывать кошек из окон. Мне пришлось объяснить, что надлежащая цель исследования – выяснить, как быстро кошка повернется, и что правильный метод – позволить кошке упасть на стол или кровать примерно с двух дюймов, и что даже в этом случае кошка загорится. ее ноги.

Так что же именно заинтриговало таких великих ученых в способности кошек приземляться на лапы, известной в современных терминах как «кошачий рефлекс восстановления»? На самом деле это удивительно сложная проблема динамики — сил и движения — которая не была решена количественным образом до 1969 года**. На кошку в свободном падении действует только сила тяжести, и поверхностный анализ проблемы предполагает, что кошка не может вращаться и не может прибавлять или уменьшать свой собственный угловой момент. Тем не менее, замечательный набор поворотов и манипуляций с телом позволяет коту добиться чистого вращения, не нарушая никаких законов физики. (Анимация на странице Википедии очень показательна.)

Этьен-Жюль Марей, фотограф падающих кошек. Через Википедию.

К 1890-м годам исследователи получили доступ к новому инструменту, которого не было у Стоукса и Максвелла — (относительно) высокоскоростной фотографии. И не было лучшего человека, который мог бы применить фотографию для изучения превращения кошек, чем Этьен-Жюль Марей (1830–1904), французский ученый, физиолог и пионер кинематографии. Марей начал свою карьеру с изучения кровообращения человека, но заинтересовался полетом животных. Чтобы помочь в своих исследованиях, он разработал технику, называемую хронофотографией, для быстрой серии фотографий — 12 кадров в секунду — вместе на одном снимке. Для этой цели он построил «хронофотографическое ружье», которое выглядит удивительно смертоносным для своего безобидного назначения. Он делал движущиеся изображения людей, птиц, лошадей, насекомых, рептилий, собак, рыб, слонов и, конечно же, кошек.

Зловещий фотографический пистолет Марей. Фото через Википедию.

Его знаменитые изображения выбрасывания кошек были впервые представлены в журнале Comptes Rendus в 1894***, а краткое изложение его результатов появилось в выпуске Nature**** в том же году. Именно из этого номера журнала Nature я беру следующую серию изображений.

Вид сбоку на падающую кошку. Автор Марей. Изображения расположены в хронологическом порядке справа налево, сверху вниз.

Автор Nature в кратком изложении явно обладал чувством юмора, на что указывает его описание кота:

Выражение оскорбленного достоинства, проявленное котом в конце первой серии, указывает на отсутствие интереса к научным исследованиям.

Изображения Марей оказались очень полезными для устранения некоторых очевидных объяснений. Поскольку у кошки нет вращательного движения, когда она начинает падать, Марей было ясно, что кошка не обманывала и не использовала руки человека как точку опоры, чтобы оттолкнуться. Марей также сделал вывод из изображений, что сопротивление воздуха не помогло падающему кошачьему. (И как парашютист я могу однозначно заявить, что сопротивление воздуха при первом падении ничтожно мало.)

Вид спереди на падающую кошку. Автор Марей.

Так каково было мнение Марей? В резюме:

М. Марей считает, что кошка использует инерцию собственной массы , чтобы выпрямиться. Пара кручения , производящая действие мышц позвонка , сначала действует на передние ноги, которые имеют очень малое движение по инерции из-за того, что передние ноги укорочены и прижаты к шее. Однако задние ноги, вытянутые и почти перпендикулярные к оси тела, обладают моментом инерции , который противодействует движению в направлении, противоположном тому, которое стремится произвести торсионная пара. Во второй фазе действия положение стоп меняется на противоположное, и именно инерция передней части обеспечивает точку опоры для вращения задней части.

Мне это описание кажется вполне разумным. По сути, он говорит, что кошка «отталкивается» от части своего тела, чтобы вращаться — сначала скручивая переднюю часть тела с подтянутыми ногами, которая движется больше, чем задняя часть тела с вытянутыми ногами. Вращение завершается обратным процессом. Подробное описание, конечно, более техническое, и «изгиб» в спине кошки имеет решающее значение для того, чтобы процесс работал.

Людей до сих пор интересует обращение с кошками, как показывает следующее видео, снятое в прошлом году. Однако большинство людей не осознают, что их интерес разделяли некоторые из величайших умов науки!

«Я бы не стал пробовать».

*******

* Из Жизнь Джеймса Клерка Максвелла , с. 499.

** Т.Р. Кейн и М.П. Шер, «Динамическое объяснение феномена падающей кошки», Международный журнал твердых тел и структур, 5 (1969), 663–670.

*** Э.Дж. Марей, «Des Mouvements que sures animaux exécutent pour retomber sur leurs pieds, lorsqu’ils sont précipités d’un lieu élevé», Comptes Rendus 119 (1894), 714–717.

**** «Фотографии кувыркающейся кошки», Nature 51 (1894), 80-81.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Запись опубликована в … Ад?, История науки, Физика. Добавьте постоянную ссылку в закладки.

Физика, стоящая за парадоксом кошки Шредингера

Его мысленный эксперимент с кошачьим парадоксом стал одним из основных элементов поп-культуры, но именно работа Эрвина Шредингера в области квантовой механики укрепила его статус в мире физики.

В понедельник физику, лауреату Нобелевской премии, исполнилось бы 126 лет, и, чтобы отпраздновать это событие, Google почтил его рождение дудлом на тему кошек, который отдает дань уважения парадоксу, предложенному Шредингером в 1935 в следующем теоретическом эксперименте.

Кота помещают в стальной ящик вместе со счетчиком Гейгера, флаконом с ядом, молотком и радиоактивным веществом. Когда радиоактивное вещество распадается, Гейгер обнаруживает это и запускает молоток, чтобы выпустить яд, который впоследствии убивает кошку. Радиоактивный распад — случайный процесс, и невозможно предсказать, когда он произойдет. Физики говорят, что атом существует в состоянии, известном как суперпозиция, — он и распался, и не распался одновременно.

Пока ящик не открыт, наблюдатель не знает, жив кот или мертв, потому что судьба кота неразрывно связана с тем, распался атом или нет, и кот, как выразился Шредингер, был бы «живым». и мертвых… в равных долях», пока это не будет соблюдено. (Подробнее о физике: Физика водных горок.)

Другими словами, пока ящик не был открыт, состояние кота совершенно неизвестно, и поэтому кот считается и живым, и мертвым одновременно, пока за ним не наблюдают.

«Если вы поместите кошку в коробку, и если нет возможности сказать, что она делает, вы должны обращаться с ней так, как будто она делает все возможные вещи — живая и мертвая — одновременно, — объясняет Эрик Мартелл, адъюнкт-профессор физики и астрономии Университета Милликина. «Если вы пытаетесь делать прогнозы и предполагаете, что знаете статус кота, вы [вероятно] ошибетесь. Если, с другой стороны, вы предполагаете, что он находится в комбинации всех возможных состояний, может быть, вы будете правы».

Немедленно взглянув на кошку, наблюдатель сразу же узнает, жива ли кошка или мертва, и «суперпозиция» кошки — идея о том, что она находится в обоих состояниях — рухнет либо в знание того, что «кошка жив» или «кот мертв», но не то и другое одновременно.

Шредингер разработал этот парадокс, говорит Мартелл, чтобы проиллюстрировать один момент квантовой механики о природе волновых частиц.

«В конце 1800-х и начале 1900-х мы обнаружили, что очень, очень крошечные вещи не подчиняются законам Ньютона», — говорит он. «Поэтому правила, которые мы использовали для управления движением мяча, человека или автомобиля, нельзя использовать для объяснения того, как работает электрон или атом».

В основе квантовой теории, которая используется для описания поведения субатомных частиц, таких как электроны и протоны, лежит идея волновой функции. Волновая функция описывает все возможные состояния, которые могут иметь такие частицы, включая такие свойства, как энергия, импульс и положение.

«Волновая функция — это комбинация всех возможных существующих волновых функций», — говорит Мартелл. «Волновая функция частицы говорит о том, что существует некоторая вероятность того, что она может находиться в любом допустимом положении. Но вы не можете обязательно сказать, что знаете, что она находится в определенном положении, не наблюдая ее. Если вы поместите электрон вокруг ядра, он может иметь какое-либо из разрешенных состояний или положений, если только мы не посмотрим на него и не узнаем, где оно находится».

Это то, что Шрёдингер проиллюстрировал парадоксом кота, говорит он.

«В любой физической системе без наблюдения нельзя сказать, что что-то делает», — говорит Мартелл. «Вы должны сказать, что это может быть любая из этих вещей, которые он может делать, даже если вероятность мала».

Читать дальше

Три новых вида змей обнаружены на кладбищах

• Животные

Три новых вида змей обнаружены на кладбищах живет под землей.

Эксклюзивный контент для подписчиков

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении истории будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории

Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету было объявлено в выпуске

APS News за декабрь 1996 года. Хотя большинство участников прислали один или два лимерика, один прислал 22, а «команда» из Гарварда прислала рекордные 37. Кот Шредингера, который был любимым предметом, имеет причины чувствовать себя параноиком; рецензенты на Physical Review занял второе место. Самое длинное стихотворение, ставшее финалистом, состояло из 13 строф в форме лимерика.

Процесс отбора на конкурс

Барри Рипин, тогдашний редактор APS News , собрал мнения членов программных комитетов мартовского и апрельского собрания (1997 г.), посетителей и сотрудников APS. У каждого читателя были, мягко говоря, разные вкусы, и у многих лимериков, не вошедших в число финалистов ниже, были горячие поклонники.

Окончательный выбор был сделан нашим редактором (как и большинство названий). Некоторые из них признаны «стонущими», но шутники тоже должны жить. Некоторые заголовки плохо сканируются, но обладают другими достоинствами.

Как и было обещано, каждый автор получил по макающей птице; победители получили стадо (3). Наслаждаться.

Классический

Делай по-своему
Эдвард Х. Грин

Первый закон Ньютона Я пою
Поглощённый своим делом.»

Да пребудет с тобой сила
Дэвид Морин, Эрик Заслоу, Э’бет Хейли, Джон Голден и Натан Салвен

На ночной карусели
Кориолиса трясло от страха.
Несмотря на то, как он ходил,
‘Это было так, как будто его преследовали,
Какой-то демон всегда толкал его вправо.

Краткая история мисс Фарад
А. П. Френча

Мисс Фарада была хорошенькой и чувственной
Но пройдоха по имени Ом
Проводил ее домой —
Ее упадок был, увы, экспоненциальным.

Хотел бы я быть мухой на стене
Роберт Д. Коуэн это было просто везение
Или гравитация пропускает такие маленькие предметы?

Краткая история гравитации
Брюса Эллиота.
Он радостно провозгласил,
«Их темпы одинаковы,
И совершенно не зависят от обхвата!»

Затем Ньютон в должное время объявил
Свой собственный закон силы тяготения:
«Это идет, я заявляю,
Как перевернутый квадрат
Расстояния от объекта до источника».

Но удивительно, что уравнение Эйнштейна
Удалось описать гравитацию
Как искривленное пространство-время,
И именно это послужит
Уникальной мотивацией планет.

Но конец истории еще не написан;
Мы поражены новым мышлением.
Мы крутим и крутим,
Пытаемся изучить
Теория суперструн Виттена!

Лимерико ди -Галилео [13 строф]
от Мартина Дж. Мерфи

При просмотре движения каннонбола,
Галилео, задуманное из понятия
. локомоция мира.

Хотя ее собственное мнение было в основном запутанным,
Церковь не очень забавлялась
Этим выставлением напоказ Део
Старым Галилеем
И приказала быстро обезвредить его.

Итак, Папа послал несколько священников, которые осведомились
Не лучше ли ему уйти в отставку?
«Несомненно, ты знаешь
Что мы сделали для Бруно;
Ты тоже хочешь, чтобы тебя уволили?»

Он спросил мнение старого кардинала:
«Пожалуйста, скажите мне, ваша светлость, если позволите,
Означает ли это то, что я думаю?
Что впредь я должен уклоняться
От обсуждения моего остроумного восприятия?»

Беллармин сказал: «Нет, это не запрет;
Если вы хотите продолжать преподавать, конечно, вы можете.
Они просто сказали
Осторожнее, куда ступаешь
И улыбайся, когда говоришь вещи коперниканские. потерял то, что осталось от его темперамента.0003

Сообщение, отправленное Ватиканом
, было прямо выражено в заявленных намерениях
«Откажись от всей этой ереси
Быстрее, или мы тебя будем беспокоить,
Сейчас, пока твоя жизнь не будет потрачена.»

Столкнувшись с ужасной инквизицией,
Немногие мужчины могли защитить свою позицию;
Так что это не должно удивлять
Когда мы узнаем
О решении старого Галилея.

«Объяснение небесного движения
Нужно больше, чем просто вера и преданность.
Но чтобы спасти мою бедную голову
Я отрекусь от того, что сказал
(Хотя я тайно останусь при своем мнении)».

Так наш друг прославленный флорентиец
Провел свои последние годы в ватиканском карантине,
Заперт в своем доме
Прелатами Рима
За то, что был космическим развратником.

Церковь вызвала большую неразбериху
Исправив фолиант Коперника
Но она не смогла различить
Злоупотребления, которые она заработает
Запретив весь Диалог?

Убив Сидерея Нунция
Возрождение закончилось
И тьма опустилась
На доминиканских балбесов.

Несмотря на отговорки Ватикана
Галилей оказался на высоте положения.
Хотя когда-то его считали еретиком,
Он оказался более пророческим,
Чем представители духовенства.

Потерянная душа Коула
А. П. Френч

Жил-был молодой парень по имени Коул
, который отважился слишком близко подойти к черной дыре.
его dv от dt
было очень приятно видеть
Но теперь осталась только его душа.

О производстве спиртных напитков
Дэвид М. Смит

Друг, занимающийся производством спиртных напитков
Владеет перегонным аппаратом поразительной конструкции.
Спирт закипает
Сквозь старые катушки магнитов;
Она говорит, что это «доказательство по индукции».

Спокойной ночи, Ирэн
Кен Кигер

Жила-была девочка по имени Ирэн, 9 лет0302, которые жили на дистиллированном керосине.
Но она начала поглощать
Новый углеводород,
И с тех пор ни разу бензол!

Прохладный Жестокий Тест
by Kay R. Devicci
«Зачем изучать эту дрянь
Я точно не провалюсь»,
Но ему поставили Абсолютный Ноль.

Современный

История Бозе-Эйнштейна (сокращенно)
Джонатан П. Доулинг

Пара молодых парней в Боулдере,
, охлаждали свое газовое облако все холоднее и холоднее.
Затем с большим увещеванием,
Они ударили по Бозе Конденсации,
И победили своих соперников (гораздо старше).

Относительно хороший совет
Эдвард Х. Грин

Уважаемый S’: с тревогой отмечаю
Длина вашего критерия меньше
И, пожалуйста, заведите часы
Чтобы они тикали
Быстрее. Ваш верный друг С.

Протонный распад
Дэвид Холлидей

Протон однажды сказал: сказать
Что я должен разлагаться
Будь я проклят, если я думаю, что я буду. »

А потом были фотоны
Уильям Ролник

Электрон, путешествуя в космосе,
Встретился там с позитроном «лицом к лицу».
Электрон тогда вздохнул,
При виде своей невесты
И они «умерли» в любовных объятиях.

Эйнштейн, Подольский и Розен
Дэвид Холлидей

Два фотона, тесно связанных в начале,
Пролетели несколько парсеков друг от друга.
Сказал один в беде,
«То, что ты вынужден высказать
Лишает меня всякого выбора».

Суетливые электроны
Дэвида Морина, Эрика Заслоу, Эбет Хейли, Джона Голдена и Натана Салвена

Электрону, безусловно, трудно угодить.
В разложенном виде иногда замерзает.
Хоть и агорафобия,
Всё равно клаустрофобия,
И убегает, когда тискаешь.

Кот на дереве
Питер Прайс

Еще один датчанин освободил
С вопросом Быть или Не быть.
теперь может оставить Schr «Dinger’s Puss,
в смягчении Schuss,
по одной дорожке на каждой стороне дерева?

Защита Шродинге ,
Но не за собаку и не за лошадь.
У Шредингера
Они судились
Ради его кота, конечно

Классический

Отчаянный поиск науки
Дэвид Морин, Эрик Заслоу, Э’бет Хейли, Джон Голден и Натан Салвен

Кому нужен баланс и проверка?
К черту экспертную оценку — какого черта!
Отправьте всю свою хрень
В интернет -зап!
Кого волнует, если это не более чем дрек!

О том, что нового и достоверного
автор неизвестен

Некий рецензент Phys Rev
Рассматривает все статьи с ликованием:
«Что ново, то неправда,
А что верно, то не ново,
Если только это не написано мной. »
[Примечание редактора: было представлено несколько вариантов на эту тему.]

Прошлое уже не то, что было
Брюс Эллиотт класс сегодня,
«Знаешь, проблема
в том, что они слишком медленные.
Мы учились намного лучше, чем они.»

Его друг, профессор по имени Бичем,
Сказал: «Это правда, вы, кажется, не дотягиваете до них.
Но они не виноваты,
Потому что у них не тот
Класс учителей, что у нас был , чтобы научить их!»

Увидимся на работе
Стив Лангер

Председатель AT&T
Сказал: «Ваша степень по физике
не стоит и гроша,
Возможно, 30302 таких, как вы, у нас слишком много 90. ты умеешь программировать на C?»

Великая ложь
от Билла Флауэра

Нам известно несколько великих лжи.
Один из них: «Я буду любить тебя завтра».
Вот еще одно лживое слово,
которое мы недавно слышали,
«С меньшими деньгами ваши исследования будут расти!»

Группа симметрии кварков-дорков
Кей Р. Девиччи0302 Мы не должны быть ошеломлены
Когда Конгресс не будет финансировать
Наши большие проекты — они думают, что мы придурки!

Физик из Нантакета
Майкл Ван Леувен

Жил-был человек из Нантакета
Который…
…упс…только что получил жизнь

Открытия и изобретения Исаака Ньютона

Один из величайших физиков и математиков всех времен. Открытия и изобретения Исаака Ньютона расширили границы человеческого мышления и продемонстрировали силу научного мышления.

Быстрые ссылки:

• Самые известные открытия
• Открытия Ньютона в теоретической физике
  • Законы движения
  • Закон всемирного тяготения
• Открытия в оптике
• Закон охлаждения Ньютона
• Открытия Ньютона в математике
• Изобретения Ньютона

Открытия Исаака Ньютона заложили теоретическую основу физики, предоставили математике мощные инструменты и создали стартовую площадку для будущих научных разработок.

Я не знаю, каким я могу казаться миру, но самому себе я кажусь только мальчиком, играющим на берегу моря и время от времени развлекающимся, находящим более гладкий камешек или более красивую раковину, чем обычные , в то время как великий океан истины лежал передо мной неоткрытым.

– сэр Исаак Ньютон

Эта мысль предлагает редкое понимание работы таких великих умов, как Ньютон. Врожденное любопытство к миру, понимание красоты, волнение от исследования тайн и неустанное стремление к истине являются главными движущими силами творческого ума.

Открытия одного из величайших ученых всех времен сэра Исаака Ньютона привели к более глубокому пониманию природы и заложили физике (известной в его время как натурфилософия) прочную физико-математическую основу.

Самые известные открытия

• Три закона движения Ньютона заложили основу современной классической механики.
• Открытие им гравитационной силы дало человеку возможность предсказывать движение небесных объектов, одновременно подтверждая законы Кеплера и гелиоцентрическую модель Солнечной системы Коперника.
• Его совместное открытие исчисления предоставило мощный математический инструмент, помогающий точному аналитическому анализу физического мира.

Вот краткий обзор его самых важных открытий.

Открытия Ньютона в теоретической физике

Великий труд Ньютона – Принципы

Оригинальная рукопись сэра Исаака Ньютона, одна из нескольких рукописей английского физика, размещенных в Интернете. Фотография: Библиотека Кембриджского университета/PA 9.0003

Сэр Исаак Ньютон внес вклад во многие области человеческой мысли, среди которых физика и математика были теми областями, в которых он внес существенный вклад. В 1687 году сумма его открытий в механике была опубликована в легендарной книге «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» («Математические начала натуральной философии»).

В этой книге (называемой учеными «Началами») он синтезировал то, что было известно, в логически целостную и непротиворечивую теоретическую основу с помощью своих законов движения и теории гравитации. Создание великих обобщений, связывающих все разрозненные нити подсказок в связное целое, — это искусство, которым до сих пор владели лишь немногие. Сэр Исаак Ньютон был одним из них.

Величайшее из открытий Ньютона произошло, когда он испытал первозданное одиночество, в котором он мог медитировать над своими смутными идеями и объединять их в логически связное целое. Принципом, которым руководствовались открытия Ньютона, была простота. Подобно Ньютону, другому гиганту теоретической физики, Альберт Эйнштейн также руководствовался простотой и элегантностью в своих размышлениях о физических законах. Одна из цитат Ньютона точно доказывает это;

«Истина всегда находится в простоте, а не во множестве и смешении вещей».

Прочтите Принципы

Вот его основные вклады в теоретическую физику.

Законы движения

Второй закон движения Ньютауна

Первый закон движения: Объект будет продолжать двигаться (или оставаться неподвижным), если на него не воздействует внешняя сила

Второй закон движения: Сила = Масса x Ускорение

Третий закон движения: Когда одно тело действует с силой на второе тело, второе тело одновременно оказывает силу, равную по величине и противоположную по направлению силе первого тела.

Второй закон движения Ньютона определяет «Силу»

Законы движения Ньютона определили понятия инерции и силы. Они указаны следующим образом:

1. Каждый объект остается в состоянии покоя или равномерного движения, если только его не потревожит внешняя сила. (Закон инерции)
2. Сила, действующая на тело, определяется как скорость изменения его импульса во времени. (Закон силы)
3. Каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. (Закон действия-противодействия)

Эти законы определяют влияние отсутствия или присутствия силы на объекты. Эта тройка аксиом определила структуру механики, с помощью которой можно анализировать динамику сил и их эффекты. Благодаря этим законам физика совершила переход от эмпирической области к науке с прочной теоретической основой.

Узнайте больше о трех законах движения Ньютауна

Открытие закона всемирного тяготения

Упавшее яблоко якобы заставило Ньютона задуматься о «Гравитации» ситуации! (хотя это может быть просто миф, начатый, чтобы сделать его открытие лучшей историей)

В то время как три закона движения определяют тип механики, закон всемирного тяготения Ньютона определяет универсальную силу гравитации, последствия которой можно изучать в механической структуре, которую он создал с помощью законов движения. Закон всемирного тяготения Ньютона гласит:

Каждая частица материи притягивает любую другую частицу с силой вдоль соединяющей их прямой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Закон всемирного тяготения

Используя этот закон и производя на его основе экстраполяции, Ньютон вывел кеплеровские эмпирические законы движения планет, которые естественным образом вытекали из его теории тяготения. Многие люди, возможно, наблюдали падение яблок и других вещей до Ньютона, но никто из них не следовал тому широкому обобщению, которое оно представляло. Точно так же и луна падает на Землю, и Земля на Солнце! Это то, что понял Ньютон. Впервые человек смог понять движение планет и спутников и дать ему рациональное объяснение.

Ньютон подтвердил законы Кеплера и гелиоцентрическую модель Солнечной системы

Сдвиг парадигмы, вызванный законом всемирного тяготения Ньютона, заключался в концепции действия на расстоянии. Сила гравитации действует между двумя частицами, даже если они не соприкасаются друг с другом. То есть проявляется как действие на расстоянии. Эта концепция позже оказалась крахом теории Ньютона и была опровергнута общей теорией относительности Эйнштейна.

Несмотря на то, что в настоящее время ньютоновская теория гравитации вытеснена общей теорией относительности, она хорошо помогает понять движение планет и звезд с невероятной точностью.

Узнайте больше о законе всемирного тяготения Ньютауна

Открытия в оптике

Исследование природы света – Оптика

Ньютон был увлечен оптикой и неудивительно, что сделал несколько крупных открытий. Его основное внимание было сосредоточено на раскрытии природы света и его свойств. Используя призмы и линзы, он изучал преломление и дифракцию света. Описание этих экспериментов и его открытий, подробно описывающих явления, связанные со светом, были опубликованы в 1706 году в книге «Оптика». То, что Principia сделали для механики, эта книга сделала для области оптики, коренным образом революционизировав ее. Вот некоторые из его наиболее важных открытий.

► Он обнаружил, что белый свет состоит из компонентных цветовых длин волн. Он продемонстрировал это с помощью призмы, которая рассеивала луч белого света на длины волн разных оттенков. Это тот же эффект, который приводит к образованию радуги на небе. Благодаря этому открытию он опроверг распространенное со времен Аристотеля представление о том, что свет по своей природе белый и бесцветный.

► Одной из фундаментальных проблем, которую исследовал Ньютон, была «Как возникают различные цвета?». Его эксперименты показали, что цвет возникает в результате отражения и пропускания света и, прежде всего, в результате избирательного поглощения света материалами. Из наблюдения за различными углами, под которыми отдельные длины волн света рассеиваются от призмы, он пришел к выводу, что цвет возникает из фундаментального свойства самого света, хотя проявляется только через взаимодействие с материей.

► Важным открытием стал тот факт, что большинство цветов создаются путем наложения определенных цветовых компонентов. Он также констатировал тот факт, с которым сегодня согласится большинство нейробиологов, а именно, что человеческое восприятие цвета — это, по сути, ментальный феномен или субъективный опыт.

► Он предсказал дисперсию и аберрацию света в телескопах и предложил средства для их исправления. В процессе он изобрел новый вид телескопа. Ньютон выдвинул концепцию универсального эфира, через который распространяется свет. Позднее это было опровергнуто экспериментальной проверкой специальной теории относительности.

Ньютон показал, что белый свет состоит из составляющих цветов.

► Он также выдвинул теорию о том, что свет состоит из корпускул, которая позже была опровергнута волновой теорией света Гюйгенса. Однако эта идея обрела своего рода новую жизнь, когда Эйнштейн представил свет, состоящий из фотонов, являющихся энергетическими корпускулами. Однако фотоны сильно отличаются от корпускул, которые представлял себе Ньютон. Тем не менее, он дал толчок к новым направлениям мысли.

Прочитать книгу Ньютона «Оптика»

Закон охлаждения Ньютона

Среди других своих звездных открытий Ньютон также выдвинул эмпирическую теорию, объясняющую скорость, с которой остывает ваша горячая чашка кофе. Открытый им закон гласит, что скорость охлаждения тела прямо пропорциональна разнице температур между телом и окружающей его средой. Математически это можно выразить так:

dT/dt = – K (T – Ts)

, где T — температура тела, K — константа, dT/dt — производная по времени, представляющая изменение температуры, а Ts — температура окружающей среды. (Производная «отрицательна», так как тело охлаждается).

Открытия Ньютона в математике

Биномиальная теорема

Под руководством Исаака Бэрроу в Кембридже расцвел математический гений Ньютона. Его первым оригинальным вкладом в математику было продвижение биномиальной теоремы. Используя алгебру конечных величин в бесконечном ряду, он включил отрицательные и дробные показатели в биномиальную теорему.

Исчисление

Изолированный во время эпидемии чумы (1665-1666) в поместье Вулсторп, Ньютон совершил величайшее открытие в физике и математике. Изобретая исчисление бесконечно малых (заслуга которого также принадлежит Лейбницу), Ньютон создал математическую основу, которая позволила изучать непрерывные изменения. Он назвал это Наукой Флюксий. Изобретение исчисления стоит в одном ряду с изобретением огня или созданием первой паровой машины. Его подход к исчислению был геометрическим, в отличие от Лейбница, который больше склонялся к аналитической стороне.

Метод Ньютона-Рафсона

Он также внес вклад в численный анализ в форме метода Ньютона-Рафсона. В книге De analysi per aequationes numero terminorum infinitas (лат. «Об анализе с помощью бесконечных рядов»), опубликованной в 1771 году, Ньютон описал этот итерационный метод приближения для вычисления корней вещественных функций. Метод описывается следующей формулой.

xn+1 = xn – f(xn) / f'(xn)

, где xn+1 — корень, вычисленный из n+1-й итерации, xn — приблизительный корень из предыдущей итерации, f(xn) — функция, которую необходимо решить, а f'(xn) — производная функции.

Ньютон был не только абстрактным теоретиком, но и практическим экспериментатором, как показывают его исследования в области оптики. Вот некоторые из его широко известных и менее известных изобретений, помимо его высоких достижений в области теоретической физики.

Наиболее известные изобретения

• Одним из изобретений Исаака Ньютона является телескоп-рефлектор, который был его входной карточкой в ​​главное Лондонское Королевское общество.
• Идеальная монета

Копия второго телескопа-рефлектора Ньютона, который он подарил Королевскому обществу в 1672 году.

Телескоп-рефлектор

Телескоп-рефлектор Ньютона

Во время своих исследований в области оптики Ньютон также разработал альтернативную конструкцию телескопа, в которой были устранены некоторые недостатки преобладающей конструкции, основанной на рефракции. То, что сейчас известно как ньютоновский телескоп, имеет параболоидное зеркало в основании, которое отражает входящий свет на наклонное плоское вторичное зеркало. Это плоское зеркало в конечном итоге отражает собранный свет в окуляр для наблюдения. Помимо решения проблемы хроматической аберрации — бича телескопов-рефракторов, он также сравнительно дешевле в изготовлении.

Посмотрите на эти причудливые фрезерованные края

Идеальная монета

Работая надзирателем на Королевском монетном дворе, Ньютон отозвал все английские монеты, переплавил их и переделал в более качественные монеты, которые труднее подделать. Это был смелый шаг, учитывая, что всей стране пришлось целый год обходиться без валюты. Вы знаете эти хребты на краю американского квартала? Это фрезерованные края, функция, введенная Ньютоном на английских монетах для предотвращения обрезки.

Двери для кошек

Изобретение дверцы для домашних животных, которая сейчас является обычным явлением во многих американских и европейских домах, часто приписывается Ньютону, которому якобы пришла в голову идея позволить своим домашним кошкам входить и выходить, не мешая ему. Хотя это утверждение остается необоснованным, а источники в значительной степени анекдотичны, оно является интересным дополнением к репертуару изобретений Ньютона.

Мы рассмотрели самые важные изобретения и открытия Ньютона в теоретической физике, которые привели к радикальному изменению нашего взгляда на мир. Удивительно думать о том, чего он смог достичь, большей частью до 26 лет и всего к 40, когда мы переместили его внимание с науки на религию. Некоторые ученые сегодня даже шутят, что они рады, что он не продолжил заниматься физикой, иначе он решил бы все ее вопросы и ничего не оставил бы нам остальным! =)

Я оставляю вам жемчужину мысли от самого человека.

Ни одно великое открытие не было сделано без смелой догадки.

― Исаак Ньютон

Источник: http://www.buzzle.com/articles/isaac-newtons-discoveries.html

почему первые предложения в науке такие трудные – Physics World

Привлечь внимание читателя – настоящее искусство, когда речь идет о научно-популярных книгах, находит Matin Durrani

(Courtesy: iStock/blackred)

Я не знаю, как начать эту статью. Это потому, что мы были заняты составлением книжной викторины Physics World , чтобы вы могли ею насладиться во время летних каникул (или зимних каникул для читателей в южном полушарии).

Мы собрали первые предложения из нескольких известных научно-популярных книг, и ваша задача — сопоставить их с нужными названиями. Вы можете пройти тест здесь.

При поиске примеров для викторины мы быстро поняли, что начальные предложения сложно подобрать правильно. Все 16 книг, которые мы выбрали, имеют яркое начало. Но многие из тех, что мы рассмотрели, были исключены из-за того, что они были слишком очевидными или просто скучными.

Некоторые из них содержали причудливые, удивительные или предположительно забавные анекдоты, которые, по-видимому, стремились привлечь внимание читателя, но в итоге просто бубнили. Другие книги начинались с клише «Эта книга», а затем переходили к банальному описанию содержания. (Я не буду называть имен.)

Еще один заезженный троп — вызвать людей, с удивлением смотрящих в ночное небо (неизменно с самого начала цивилизации), когда они размышляют о своем крошечном, незначительном месте в космосе.

На самом деле, история всегда является благодатной территорией для научно-популярных писателей, несмотря на то, что в попытках драматизма легко ошибиться. Джон Гриббин, например, начинает свою основополагающую В поисках кота Шредингера , утверждая, что Исаак Ньютон «изобрел физику».

Помимо фактического чтения всей книги, возможно, самый быстрый способ оценить ее качество — это «тест на 99-й странице». Идея, впервые предложенная американским писателем и литературным критиком Фордом Мэдоксом Фордом, состоит в том, что к странице 99 автор добьется успеха, и текст там, вероятно, будет отражать остальную часть содержания. Начальным страницам или аннотации на задней обложке, напротив, будет уделено дополнительное внимание, и они могут создать ложное впечатление о том, что будет дальше.

Первоначально подход Форда предназначался для художественных произведений, но теперь он используется для всех типов книг, включая научные. Есть, конечно, веб-сайт, который выносит свой вердикт по избранным названиям. И если вы думаете, что переход на страницу 99 может привести к слишком большому количеству спойлеров, есть альтернатива, называемая «тест на странице 69». Я считаю, что в наши дни информационной перегрузки и то, и другое — изящная, экономящая время уловка, хотя и потенциально жестокая для авторов книг.

Но из всех ответов в нашей викторине моей любимой должна быть почти библейская вступительная фраза: «Космос — это все, что есть, когда-либо было или когда-либо будет». Если это звучит знакомо, запишите свой ответ на последней странице. Я думаю, что этот начальный гамбит — прекрасное начало, побуждающее читателя продолжать.

К счастью, они не будут разочарованы.

• Какое ваше любимое начало научно-популярной книги? Напишите нам по адресу [email protected]

Для протокола, вот полное изложение того, что есть в выпуске. Помните, что если вы являетесь членом Института физики, вы можете ежемесячно читать весь журнал Physics World через наши цифровые приложения для iOS, Android и веб-браузеров. Дайте нам знать, что вы думаете об этой проблеме, в Твиттере, Фейсбук или написав нам по электронной почте по адресу [email protected].

• Создан первый непрерывный конденсат – Было показано, что новый метод охлаждения конденсата Бозе-Эйнштейна снижает потери атомов и может открыть дверь для атомных лазеров непрерывного действия, как сообщает Тим Воган

• Физик становится научным консультантом США – Физик-прикладник Арати Прабхакар становится первой женщиной, возглавившей Управление научно-технической политики. Питер Гвинн сообщает

Подробнее

Задание на первое предложение

• Китай заявляет о своих климатических амбициях. Ученые в Китае изо всех сил пытаются поддержать план правительства по достижению «чистого нуля» выбросов углерода к 2060 году, поскольку Лин Синь обнаруживает

• Как погасить эмоциональное выгорание – Кейтлин Даффи доказывает, почему для аспирантов важно развивать интересы за пределами лаборатории, а не просто сосредотачиваться исключительно на своих исследованиях

• Магнитная экономика – Джеймс Маккензи понимает, что нам понадобится много магнитов, если мы хотим сделать экономику зеленой

• Привет, интерфлексиональность – Роберт П.