Максимилян Марков, 7 клас – „С какво ви изненадва физиката“

Максимилян Марков, 7 „В“
119 СУ „Акад. М. Арнаудов“

„Цялата наука е или физика, или колекциониране на марки.“
Ърнест Ръдърфорд

Какво е физиката? Според мен физиката е изчисления свързани с тока, светлината, звука или трептенията. Но това ли е цялата физика? Разбира се, че не. Тя ни помага да разберем света около нас, космоса – да си обясним защо света е такъв, какъвто е.

Когато прочетох цитата по-горе за първи път, се замислих за колекционирането на марки и връзката с физиката, и си помислих, че тя е следната: имаш голям брой задачи и решените задачи ги събираш в колекция. Всеки се стреми да има по-голяма колекция, защото ти става интересно и по-лесно да добавяш нови решени задачи в колекцията си.


РЕКЛАМА:

***

Източник: https://xkcd.com/435/

В тази картинка виждаме науките, подредени по чистота на науката – социологията е приложна психология, психологията – приложна биология, биологията – приложна химия, химията – приложна физика („Хубаво е да си на върха.“), а математиката, най-чистата, може би е като майка на всичките науки.

Когато Нобеловият комитет през 1908 година дава наградата на Ърнест Ръдърфорд „за изследванията му относно разпадането на елементи и химията на радиоактивни вещества“, той е  цитиран да казва: „Трябва да призная, че беше много неочаквано и съм много учуден от моята метаморфоза в химик.“

Самата дума „наука“ произлиза от латинската дума ‘scientia’, от глагола ‘scire’ и означава  „да знаеш“ или „да разбираш“; и по същество в най-широк смисъл думата „наука“ означава стремеж към знание, това е желанието да разберем света около нас. По-конкретно науката се определя като „изследване на същността и поведението на физическата вселена, базирана на наблюдение, експеримент и измерване “ и „ получените знания по тези методи”, според Collins English Dictionary (2011 edition).

Физиката се определя в речника като „клон на науката, занимаващ се със свойствата на материята и енергията и връзките между тях”, отново според Collins English Dictionary (2011 edition).

Тази дефиниция – връзката между материя и енергия – ме доведе и до най-голямата ми изненада във физиката. За мен това е сферата на Дайсън.

Аз още от малък харесвам астрономията и звездите. Когато в 7 клас започнахме с електрически ток и особено физичните задачи и формулите за научаване наизуст[i], ми стана трудно и трябваше доста да уча и да се упражнявам с тях. Добре, че в интернет има мисловни карти – те доста ми помогнаха. Един ден баща ми, ми показа връзката между тока и енергията и астрономията, астрофизиката и планетарното инженерство и тогава се изненадах от сферата на Дайсън.

Източник  https://www.space.com/dyson-sphere.html Image credit: dottedhippo/iStock/Getty Images Plus

Представете си напреднала извънземна цивилизация. В продължение на милиони години инженерите на нейната планета изграждат по-големи и по-добри приспособления: суперкомпютри, космически кораби, летящи автомобили и супер големи машини, произвеждащи други машини под ръководството на изкуствен интелект. Всички тези ултратехнологии правят живота фантастичен, но се нуждаят от колосално много енергия. Откъде ще идва цялата тази енергия? И тук отговорът идва от астрофизиците и планетарните инженери, но преди това и от писателите фантасти.

През 1937 г. писателят на научната фантастика Олаф Стейпълдън в неговия роман „Създателят на звездите“ си представя възможен отговор на въпроса как да се сдобием с огромна енергия: огромен, сферичен слънчев колектор, построен, за да обгради гладната за енергия цивилизационна домашна звезда като гигантски миларен балон[ii]. Тази хипотетична мегаструктура ще грабне всеки последен фотон слънчева светлина, осигурявайки достатъчно енергия, за да изпълнява всяка мечта на бъдещите технологични инженери.

През 1960 г. математикът Фриймън Дайсън доразвива схемата: вместо гигантски балон, той предположи, че една напреднала цивилизация може да руши необитаемите планети на Слънчевата система, за да създаде рояк от скали, които биха могли да събират слънчева енергия по-ефективно. Дайсън също посочи, че ако съществува такава сфера или рой, тя ще ни изглежда като необичайно тъмна звезда, излъчваща отпадъчна топлина в инфрачервения спектър.

Според предположенията на Дайсън, напреднала извънземна цивилизация, втора степен по скалата на Кардашев[iii], може да изгради около своята звезда масивна сфера и да живее на нея, което позволява използването на почти цялата енергия, излъчена от звездата за целите на цивилизацията.

Това интересно видео в ютуб, показва, че ако бъдещите поколения на Земята открият и практически използват сфера на Дайсън с помощта на физиката, тяхното постижение ще може да се сравни с откриването на огъня от нашите предци.

https://www.youtube.com/watch?v=pP44EPBMb8A How to Build a Dyson Sphere – The Ultimate Megastructure

В своите изследвания  от 2016 година Ричард Кариган, изследовател във Fermilab, е търсил еднопосочни, тежки инфрачервени спектри сред четвърт милион инфрачервени източници в база данни, събрана от сателита IRAS. IRAS е стартиран през 1983 г., и изследва около 96% от небето. Резултатът: няма сфери на Дайсън – или поне нито една, която той да може уверено да различи от другите потенциални приличащи на сфера на Дайсън звезди. https://home.fnal.gov/~carrigan/infrared_astronomy/Fermilab_search.htm

http://large.stanford.edu/courses/2016/ph240/wee1/

Ако цивилизацията е достатъчно сложна, за да изгради сфера на Дайсън около една звезда, защо да спира дотук? Защо да не оборудва цяла галактика със сфери на Дайсън? Както е написал Джейсън Райт, главен асистент по астрономия и астрофизика в Университета на Пенсилвания:

Помислете за космическа цивилизация, която може да колонизира близките звезди в кораби, които пътуват със „само“ 0,1% от скоростта на светлината (най-бързият ни космически кораб пътува с около 1/10 тази скорост). Дори да спират за 1000 години на всяка звезда, преди да изстрелят кораби за колонизиране на следващите най-близки звезди, те все пак ще се разпространят в цялата галактика след 100 милиона години, което е 1/100 от възрастта на Млечния път.“

Тоест, една напреднала цивилизация може да се разпространи в своята домашна галактика доста бързо, космически погледнато, а галактика, преизпълнена със сфери на Дайсън и други събиращи енергия суперструктури, ще има глобален отпечатък от средно-инфрачервено лъчение.

Връщайки се към цитата на Ръдърфорд, с който започнах, когато го прочетете, непосредственото впечатление е, че Ръдърфорд се присмива на всички така наречени „колекционери на марки“. От аналогията е разумно да предположим, че под събиране на марки, той има предвид класификацията  в науката или събирането на данни, което се извършва от много учени по времето на Ръдърфорд.

Може ли цялата наука да е просто физика, приложна физика и съпоставяне на данни? Аз мисля, че физиката е дала основата на много науки, но това не ги прави по-малко важни за нас. В науката се стремим да придобием знания за света около нас; ние се стремим да разберем напълно как светът работи, така че нашите  технологии да могат да се развиват, но и поради човешката жажда за знания и желание да се изучи не само Земята: хоризонтът на знанието ни е Вселената.

Източници:

1.F. J. Dyson, J. Maddox, P. Anderson, E. A. Sloane. „Letters and Response, Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation“. Science, 1960. с. 250 – 253.

  1. https://bg.wikipedia.org/wiki/Ърнест_Ръдърфорд
  2. https://en.wikiquote.org/wiki/Ernest_Rutherford

[i] Основен проблем на българското образование е в това, че се изисква наизустяване на формули, които учениците могат да се научат да извеждат по няколко начина  от няколко основни положения, каквито са принципите на Нютон в механиката и с това да овладеят науката наистина добре

[ii] Балон, направен от полиестер

[iii] Скала, предложена от руския астроном Николай Кардашев, спрямо която се категоризират космическите цивилизации възоснова на технологичното им развитие.Цивилизация от I тип е овладяла изцяло енергията на своя обитаем свят и я използва свободно; цивилизация от II тип е овладяла енергията на своята звезда; цивилизация от III тип е овладяла енергията на цялата галактика.

Част от Специалния брой: „С какво ви изненадва физиката“/>>

Всички есета може да видите в самия брой.


Европейска нощ на учените 2022 г.: