Когда вы стоите на поверхности Земли, вы испытываете столкновения окружающих атомов и молекул атмосферы с вашим телом. То же делают и фотоны, частицы света. Некоторые из этих частиц особенно энергичны и могут отбрасывать электроны от атомов и молекул, с которыми они обычно связаны, создавая свободные электроны и ионы, которые тоже могут столкнуться с вами. Через ваше тело проходят призрачные нейтрино и антинейтрино, хотя они редко взаимодействуют с вами. Но с вашим телом происходит гораздо больше, чем думаете.
По всей Вселенной, от звёзд, чёрных дыр, галактик и т. д. испускаются космические лучи — частицы, несущиеся через Вселенную с высокими энергиями. Они попадают в атмосферу Земли и вызывают ливни как стабильных, так и нестабильных частиц. Те из них, которые живут достаточно долго, прежде чем распасться, в конечном итоге попадают на поверхность Земли. Каждую секунду через ваше тело проходит от 10 до 100 мюонов — нестабильных, тяжёлых кузенов электрона. При среднем времени жизни в 2,2 микросекунды можно подумать, что они не могли бы пройти всю толщину атмосферы, ~100 с лишним километров, от космоса до вашей руки. Тем не менее, теория относительности утверждает, что это происходит, и тот факт, что эти мюоны проходят через ваше тело, более чем достаточен для доказательства её правоты.
Отдельные субатомные частицы почти всегда невидимы для человеческого глаза, поскольку длины волн света, которые мы можем видеть, не подвержены влиянию частиц, проходящих через наше тело. Но если создать чистый пар, состоящий из 100 % спирта, то заряженная частица, проходящая через него, оставит след, который можно визуально обнаружить даже таким примитивным прибором, как человеческий глаз. Именно так: если применить немного химии, ваш собственный человеческий глаз может служить детектором частиц.
Когда заряженная частица проходит через пары спирта, она ионизирует дорожку из частиц спирта, которые служат центрами для конденсации капель спирта. Образовавшийся след достаточно длинный и продолжительный, чтобы человеческий глаз мог его увидеть, а по скорости и кривизне следа (если приложить магнитное поле) можно даже определить, какого типа была частица.
Впервые этот принцип был применён в физике частиц при помощи туманной камеры (камеры Вильсона).
Сегодня туманную камеру может построить любой человек из общедоступных материалов, затратив на это один день труда и менее 100 долларов на детали. Частицы, движущиеся в атмосфере, не оставляют видимого следа, но частицы, движущиеся в парах 100% чистого спирта, оставляют! Частицы спирта служат центрами конденсации, и когда заряженная частица проходит через пары спирта (такие как этиловый или изопропиловый спирт), она ионизирует дорожку из этих частиц. В результате образуется след, достаточно большой и продолжительный, чтобы ваши глаза могли легко его заметить.
Построить туманную камеру очень просто, для этого потребуется всего несколько простых материалов и действий:
Материалы:
Прозрачная пластиковая или стеклянная ванна (например, аквариум) с прочной крышкой (пластиковой или металлической);
Войлок;
Изопропиловый спирт (90% или более. Вы можете найти его в аптеке или заказать в компании, занимающейся поставками химикатов. При работе со спиртом надевайте защитные очки);
Сухой лёд (замороженный углекислый газ. Часто используется на рыбных рынках и в продуктовых магазинах для охлаждения продуктов. При работе с сухим льдом надевайте плотные перчатки).
Шаги:
Вырежьте из войлока кусок так, чтобы он был размером с дно аквариума. Приклейте его внутри аквариума (на дно, где обычно находится песок и фальшивые сундуки с сокровищами).
Когда фетр будет закреплён, смочите его изопропиловым спиртом, пока он не пропитается. Слейте излишки спирта.
Положите крышку на сухой лёд так, чтобы она лежала ровно. Возможно, вам захочется поместить сухой лёд в контейнер или коробку, чтобы он был более устойчивым.
Переверните ёмкость вверх дном, чтобы дно ёмкости, покрытое войлоком, оказалось сверху, и поместите горлышко ёмкости на крышку.
Подождите около 10 минут... затем выключите свет и посветите в ёмкость фонариком.
Когда частица проносится через вашу туманную камеру, она сталкивается с молекулами атмосферы и сбивает некоторые из их электронов, превращая молекулы в заряженные ионы. Атмосферный спирт притягивается к этим ионам и прилипает к ним, образуя крошечные капельки.
Оставшиеся после них следы похожи на конденсационные следы самолёта — длинные веретенообразные линии, отмечающие путь частицы через туманную камеру.
Через вашу туманную камеру может пройти множество различных типов частиц. Возможно, это трудно заметить, но на самом деле вы можете различать типы частиц по следам, которые они оставляют.
Короткие, толстые следы
Жаль, но это не космический луч. Когда вы видите короткие толстые следы, это атом радона в атмосфере выплёвывает альфа-частицу (сгусток из двух протонов и двух нейтронов). Радон — это радиоактивный элемент природного происхождения, но он содержится в воздухе в таких низких концентрациях, что менее радиоактивен, чем арахисовое масло. Альфа-частицы, вылетающие из атомов радона, громоздкие и низкоэнергетические, поэтому они оставляют короткие жирные следы.
Длинные, прямые следы
Поздравляем! У вас есть мюоны! Мюоны — это более тяжёлые кузены электрона, они образуются, когда космический луч сталкивается с молекулами атмосферы высоко в атмосфере. Благодаря своей массе мюоны пробивают себе путь через воздух и оставляют чистые прямые следы.
Зигзаги и завитушки
Если ваш след похож на путь заблудившегося туриста в чужом городе, перед вами электрон или позитрон (антиматериальный двойник электрона). Электроны и позитроны образуются, когда космические лучи врезаются в молекулы атмосферы. Электроны и позитроны — лёгкие частицы, и при столкновении с молекулами воздуха они разлетаются, оставляя зигзаги и завитки.
Ветвящиеся следы
Если ваша дорожка раздваивается, поздравляем! Вы только что увидели распад частицы. Многие частицы нестабильны и распадаются на более стабильные. Если ваш трек внезапно раздвоился, вы увидели физику в действии!
Чтобы убедиться в его работоспособности, я всегда рекомендую разобрать старый детектор дыма и снять мантию: металлический компонент, который предупреждает вас о наличии внутри радиоактивных материалов, обычно изотопа америция. Поскольку все изотопы америция распадаются, включая америций-241, используемый в детекторах дыма, они будут испускать частицы, способные создавать эти ионизационные следы. Поместите эту мантию на дно вашей туманной камеры, и, как только она активируется, выполнив описанные выше действия, вы увидите частицы, исходящие от неё во всех направлениях и оставляющие следы в вашей туманной камере.
Америций, в частности, распадается, испуская α-частицы. В физике α-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов: это то же самое, что и ядро гелия-4. Благодаря низкой энергии распада и большой массе α-частиц, эти частицы проделывают медленный, извилистый путь, и иногда можно увидеть, как они отскакивают от дна туманной камеры. Это простой тест, позволяющий проверить, правильно ли работает ваша туманная камера.
Однако если вы построите туманную камеру именно таким образом, то увидите не только треки α-частиц. На самом деле, даже если оставить камеру пустой (то есть не размещать внутри или поблизости ни одного источника, излучающего частицы), вы всё равно увидите треки: они будут в основном вертикальными и будут выглядеть как идеально прямые линии.
Это происходит не из-за радиоактивности, а скорее из-за космических лучей: высокоэнергетических частиц, которые ударяются о верхнюю часть земной атмосферы, создавая каскады частиц, падающих сверху вниз. Большинство космических лучей, падающих на земную атмосферу, состоят из протонов, но они движутся с самыми разными скоростями и энергией. Частицы с более высокой энергией сталкиваются с частицами в верхних слоях атмосферы, образуя протоны, электроны и фотоны, а также нестабильные, короткоживущие частицы, такие как пионы.
Эти ливни частиц являются отличительной чертой экспериментов по физике частиц с фиксированной мишенью, и они также возникают естественным образом в результате космических лучей.
Пионы, состоящие из кварк-антикварковой комбинации, нестабильны и бывают трёх видов:
π+ — положительно заряженный пион, который живёт около 10 наносекунд,
π-, отрицательно заряженный пион, который также живёт около 10 наносекунд,
и π0 — нейтральный пион, который живёт очень короткое время, всего около 0,1 фемтосекунды.
Хотя нейтральные пионы просто распадаются на два фотона, заряженные пионы распадаются в первую очередь на мюоны того же заряда (в дополнение к нейтрино/антинейтронам). Мюоны — точечные частицы, как и электроны, но их масса в 206 раз больше массы электрона, и они сами по себе нестабильны.
Однако мюоны не так нестабильны, как составной пион. На самом деле мюоны — самая долгоживущая нестабильная фундаментальная частица, насколько нам известно. Благодаря своей относительно небольшой массе они живут в среднем поразительно долго — 2,2 микросекунды.
Если бы вы задались вопросом, какое расстояние может преодолеть мюон после своего создания, вы могли бы подумать, что нужно умножить время его жизни (2,2 микросекунды) на скорость света (300 000 км/с), что дало бы ответ 660 метров. Но тогда возникает вопрос: почему вы видите их в своей туманной камере?
Атмосфера Земли имеет высоту более 100 километров, и хотя на самых больших высотах она очень разрежена, в ней всё равно более чем достаточно частиц, чтобы обеспечить быстрое взаимодействие с любым приходящим космическим лучом. Эти мюоны создаются на расстоянии 100 километров от поверхности Земли (или больше) и имеют среднее время жизни всего 2,2 микросекунды. Вот в чём загадка: если мюоны могут жить всего 2,2 микросекунды, их время ограничено скоростью света, и они создаются в верхних слоях атмосферы (на высоте около 100 км), то как эти мюоны могут достичь нас здесь, на поверхности Земли?
Вы можете начать придумывать оправдания. Вы можете представить, что некоторые космические лучи обладают достаточной энергией, чтобы продолжать каскадировать и создавать ливни частиц на протяжении всего своего пути к земле, но это не та история, которую рассказывают мюоны, когда мы измеряем их энергию: самые низкие из них всё ещё создаются на высоте около 30 км. Можно подумать, что 2,2 микросекунды — это лишь среднее значение, и, возможно, редкие мюоны, живущие в 3-4 раза дольше, успеют спуститься вниз. Но если посчитать, то только 1 из 10^50 мюонов должен долететь до поверхности Земли без распада; в действительности же до Земли долетает почти 100% мюонов.
Как можно объяснить такое расхождение? Конечно, мюоны движутся со скоростью, близкой к скорости света, но мы наблюдаем за ними из системы отсчёта, в которой мы неподвижны. Мы можем измерить расстояние, которое проходят мюоны, можем измерить время их жизни, и даже если мы дадим им повод усомниться и скажем, что они движутся со скоростью света (а не около неё), они не должны пройти и 1 километра, прежде чем распадутся.
Но это упускает один из ключевых моментов теории относительности!
Нестабильные частицы не ощущают время так, как вы, внешний наблюдатель, его измеряете. Они ощущают время по своим собственным внутренним часам, которые будут идти тем медленнее, чем ближе они к скорости света. Время для них замедляется, а это значит, что мы будем наблюдать, как они живут дольше, чем 2,2 микросекунды из нашей системы отсчёта. Чем быстрее они движутся, тем дальше будет их видимый путь.
Как это работает для мюона?
В его системе отсчёта время идёт нормально, поэтому по его внутренним часам он проживёт всего 2,2 микросекунды. Но он будет воспринимать реальность так, словно мчится к поверхности Земли со скоростью, чрезвычайно близкой к скорости света, заставляя длину сжиматься вдоль направления движения. Внезапно до поверхности Земли ему придётся преодолеть не 100 километров, а всё «надлежащее расстояние», сокращённое в результате сокращения Лоренца-Фитцджеральда.
Если, например, мюон движется со скоростью 99,999% от световой, то каждые 660 метров за пределами его системы отсчёта будут выглядеть так, как будто их длина составляет всего 3 метра: его собственная длина уменьшается на 99,5%. Путешествие на 100 км вниз к поверхности будет выглядеть как путешествие на 450 метров в системе отсчёта мюона. Согласно собственным часам мюона, мюон, появившийся на высоте 100 км и летящий с такой скоростью, прожил бы всего 1,5 микросекунды времени. При таком малом количестве прожитого времени вероятность того, что каждый мюон распадётся во время этого путешествия, составляет менее 1/2.
Это позволяет нам понять, как примирить ситуацию с мюоном: из нашей системы отсчёта на Земле мы видим, что мюон пролетает 100 км примерно за 4,5 миллисекунды. Однако это не парадокс, потому что мюон не ощущает, что прошло 4,5 миллисекунды; столько времени проходит только в нашей системе отсчёта. По мнению мюона, время, которое он проживает, растягивается относительно нас, так же как длина сокращается относительно нашей длины. С точки зрения мюона он преодолел 450 метров за 1,5 микросекунды, и, следовательно, он может оставаться собой на всём пути до конечного пункта — поверхности Земли.
Без законов относительности Эйнштейна это невозможно объяснить!
Однако в контексте теории относительности большие скорости соответствуют большим энергиям частиц. Совместный эффект замедления времени и сокращения длины позволяет выжить не нескольким, а большинству созданных мюонов. Вот почему даже здесь, на поверхности Земли, через ваше тело ежесекундно проходит от 10 до 100 мюонов. На самом деле, если вы вытянете руку и направите её к небу, через эту скромную часть вашего тела будет проходить примерно один мюон в секунду.
Если вы когда-нибудь сомневались в теории относительности, вас трудно обвинить: сама теория кажется такой нелогичной, а её эффекты находятся за пределами нашего повседневного опыта. Но есть экспериментальный тест, который можно провести дома, недорого и всего за один день, и который позволит вам увидеть эффект воочию.
Вы можете построить туманную камеру, и если вы это сделаете, то увидите эти мюоны. Если вы добавите в установку магнитное поле, то увидите, как треки мюонов будут искривляться в соответствии с отношением их заряда к массе: вы сразу поймёте, что это не электроны. В редких случаях можно было даже увидеть, как мюон распадается в воздухе. И, наконец, если бы вы измерили их энергию, то обнаружили бы, что они движутся ультрарелятивистски, со скоростью 99,999% световой. Если бы не относительность, вы бы вообще не увидели ни одного мюона.
Замедление времени и сокращение длины реальны, и тот факт, что мюоны выживают, попадая в ливни космических лучей вплоть до Земли, доказывает это без тени сомнения.
Комментарии (51)
grokinn
01.10.2024 08:40+4В эксперименте мюон живет 4,5 миллисекунды от рождения до достижения поверхности земли. Давайте пересчитаем время жизни мюона в его собственной системе отсчета при помощи теории относительности: получается 1,5 микросекунды. Но за 1,5 микросекунды мюон никак не смог бы долететь до земли. "Без законов относительности Эйнштейна это невозможно объяснить!"
Не кажется ли вам, что в данном случае "экспериментальное подтверждение" ОТО кусает само себя за хвост?
Ellarihan
01.10.2024 08:40Время жизни мюона выводится уже из других законов ядерной физики и проверяется на наземных ускорителях. Вот и получается, что раз мы регистрируем мюоны в космических лучах, то значит что на такой скорости их собственное время замедлилось.
grokinn
01.10.2024 08:40+4А на наземных ускорителях можно получить неподвижный мюон, или время его жизни опять же рассчитывается с учетом ОТО?
MishaRash
01.10.2024 08:40+2Стоит помнить, что эксперименты не могут однозначно подтвердить или доказать теорию, а только опровергнуть или не опровергнуть (и то вообще-то в зависимости от принятого порога вероятности результата).
Наземные ускорители скорее могут показать, что время жизни меняется в зависимости от энергии мюона. Это опровергает ньютоновскую физику с предположением об универсальном периоде полураспада, и не противоречит квантовой теории поля со специальной теорией относительности. (Общая тут пока не фигурирует, строго говоря.)
Однако с помощью одной камеры Вильсона не получается и этого, если не принимать внешние сведения. Так что я согласен, что приведённое в статье доказательство не удовлетворительно.
kauri_39
01.10.2024 08:40Проясните, пожалуйста, такой философский вопрос по Общей теории относительности.
Известно, что пространственно-временной континуум - это математическая модель, объединяющая в себе три пространственных и одно временное измерение. Наверное понятно, что материя воздействует не на абстрактную модель, а на обозначенный ею физический объект - среду и меняет её свойства (противоположность среды - пустота - свойств не имеет и ни на что не влияет). Следствие этого воздействия описывается в ОТО как искривление метрики пространства-времени. Соответственно не модель, а среда с изменёнными свойствами меняет траекторию летящих в ней тел - заставляет их двигаться по геодезическим линиям, искривлённым в сторону источника гравитации.
Отсюда вопрос: зачем вводить в ОТО ещё одну среду специально для описания расширения метрики пространства-времени, когда для описания искривления этой метрики уже подразумевается существование среды?
Пространство никак не может быть вакуумом Эйнштейна-Глинера, поскольку он не объясняет Лэмбовский сдвиг и эффект Казимира. Присвоение этой среде отрицательного давления, конечно, наделяет её силой антигравитации, которую можно подобрать под скорость разлёта скоплений галактик и получить из неё малую плотность среды, "подтверждаемую" наблюдениями. Но тем самым создаётся "проблема космологической постоянной", в которой почему-то виновата КТП, давшая "наихудшее предсказание для научной теории". А не надо физический вакуум из КТП приравнивать к средам из атомов и молекул, гравитация которых складывается из их плотности и давления. Это вакуум, а не эфир Лесажа.
По-моему, физический вакуум вполне годится на роль среды, скрытой под абстрактным пространством-временем. Он способен работать и в гравитации материи и в расширении Вселенной. Может, в научном мире уже ведутся дискуссии на эту тему?
MishaRash
01.10.2024 08:40Тут вроде бы не было про общую теорию относительности... Но теперь по сути.
Из квантовой теории поля у пустоты должна быть плотность энергии. Это и называют физическим вакуумом в "традиционной" науке. Логично предположить, что большие пустоты в космосе одинаковые и плотность этой энергии там одна и та же.
В общей теории относительности плотность энергии вызывает искривление пространства-времени. Но это классическая теория и она не предсказывает энергию в пустоте.
В попытке связать всё воедино плотность вакуума из КТП подставляется в пустоты в общей теории относительности, получается похоже на космологическую постоянную Эйнштейна.
Вам тут почему-то очевидно, что плотность энергии пустоты из КТП не должна искривлять пространство в ОТО, а должен работать какой-то другой "физический вакуум", который вы сами не можете описать математически спустя годы размышлений?
По поводу несовпадения космологической постоянной и плотности энергии физического вакуума есть другие сомнения. Например, что плотность пустоты можно оценить даже по порядку величины без учёта квантовой гравитации. Общую теорию относительности можно проквантовать, но в вычислениях возникают бесконечности, в том числе для плотности энергии. И эта бесконечность не такая, как для других экспериментов, так что плотность гравитационной энергии нельзя прокалибровать извне. В другой теории гравитации это может быть не так, но это очень уж математическая проблема, чтобы претендовать на её решение на словах.
MishaRash
01.10.2024 08:40Из квантовой теории поля у пустоты должна быть плотность энергии. Это и называют физическим вакуумом в "традиционной" науке.
Точнее говоря, физическим вакуумом в квантовой теории поля называют состояние с наименьшей плотностью энергии, которая всё же обычно больше нуля.
В контексте общей теории относительности под физическим вакуумом могут подразумеваться решения уравнений Эйнштейна для классической пустоты (т.е. нулевого тензора энергии-импульса).
По поводу несовпадения космологической постоянной и плотности энергии физического вакуума есть другие сомнения.
Другая возможность (или другая формулировка того, что я написал ранее) в том, что и постоянная плотность энергии вакуума, и лямбда-член в уравнениях Эйнштейна могут существовать одновременно и независимо. Однако если оценка первой на 120 порядков больше плотности тёмной энергии в космологии верна, то лямбда почти идеально её компенсирует, но всё же не совсем, и это кажется очень уж маловероятным.
Hardcoin
01.10.2024 08:40+2проверяется на наземных ускорителях
Сложно сказать, что для проверки теории нужно 10 тыс рублей, если еще и ускоритель нужен. Время жизни мюона в системе, связанной с ним (и стабильность этого времени) - ключевое для доказательства из статьи. Может оказаться, что дешевле найти телескопом гравитационную линзу, подтвердить ОТО и вывести из неё СТО.
SebastianP
01.10.2024 08:40+5Меня всегда завораживает простота камеры (и за нею Вилсон нобелевку получил)
Завораживает почему не раньше (1912) ? почему такое революционное изобретение раньше не получилось (раньше лет на сто)
А маятник Фуко, оптические инструменты ? такое могли бы построить древние греки (см. антикитера ) - и сколько выводов сделать на анализе данных. наука могла бы пойти по другому. Сейчас бы бороздили бы космические просторы за Нептуном))
Да и сейчас, уверен. можно на кухне сварить "комнатный" сверхпроводник и пр. Знать бы прикуп...
CrazyElf
01.10.2024 08:40+4Когда у вас есть уже готовый теоретический аппарат, многие вещи кажутся элементарными. Но без него откуда бы вы знали, что именно нужно строить, а главное - как интерпретировать получаемые результаты? Ух ты - в дымовой камере получаются какие-то следы! И? Забавный факт, не более того. Что это какие-то там мюоны и что они связаны с фундаментальными законами природы всё-равно никто бы не понял без развития теоретической физики, как науки. Поэтому да. Довольно простые казалось бы конструкции, материалы и прочее - могли бы получить и древние греки, но у них не было для этого теоретического знания. А опытным путём, чисто методом проб и ошибок получить какие-то вещи было бы можно, но сложно. И главное непонятно - зачем. Что бы с этим потом делали и как бы объясняли, даже если бы получили. Поэтому наука и производство идут всегда рука об руку. По отдельности теории без практики тяжело, как и практике без теории.
JediPhilosopher
01.10.2024 08:40+2Но без него откуда бы вы знали, что именно нужно строить, а главное - как интерпретировать получаемые результаты
На эту тему можно вспомнить историю врача, который первый додумался, что медикам неплохо бы мыть руки между приемами пациентов, и особенно после вскрытия трупов. Очевидная идея, тем не менее никому до него в голову не приходила. Но тогда не было никакого теоретического аппарата, который мог бы объяснить зачем это делать. И почему смертность пациентов после введения обязательного мытья рук снижается. До изобретения микроскопа и открытия бактерий оставалось еще полвека. В итоге этого врача засмеяли, затравили и жизнь он закончил в нищете и безвестности.
Это все что нужно знать об "очевидных" идеях и о том, что было бы приди они в голову кому-то раньше.
vvzvlad
01.10.2024 08:40+2Так он в то время воспринимался как сейчас свидетели альтетрантивной медицины, торсионных полей и всякого такого.
Oh, wait...
Wesha
01.10.2024 08:40+3Однако тот врач смог предъявить результаты. В отличие от.
randomsimplenumber
01.10.2024 08:40+1Я снова могу ходить! (ц)
прихожанинпациент целителя.Wesha
01.10.2024 08:40+2Вот вы тут ржОте...
В период работы в Центральной Венской больнице Земмельвейс снизил смертность рожениц до 0,85 %, тогда как в предыдущие годы по всей Европе внутрибольничные эпидемии родильной горячки уносили жизни до 60 % пациенток и их детей.
(см. Игнац Земмельвейс)
randomsimplenumber
01.10.2024 08:40начальство усматривало в нём только угрозу своему положению
Система так работает. Выходить из зоны комфорта, когда ее добился, не очень хочется.
Hardcoin
01.10.2024 08:40Однако коллеги не посчитали эти результаты «предъявленными». Ну говорит, что смертность упала, а результаты где, сказали коллеги и упрятали в психушку.
DGN
01.10.2024 08:40Меня в этой истории больше всего удивляет, что так долго не было врача с ОКР, который бы навязчиво часто мыл руки. И соответственно, имел бы феноменальный успех.
Wesha
01.10.2024 08:40В моё время это называли "не будь грязнулей", "Мойдодыров" всяких снимали — а сейчас — ОКР, ОКР...
SebastianP
01.10.2024 08:40Извините не согласен. Уже в начале 18 века "дымные следы" это не забавный факт. а нечто требующее пояснений. А примерно через год исследований еще бы больше мозг взорвало если к трекам поднести магнит . А еще какая-то руда со Скандинавии сама треки генерирует. Тысячи бы умов накинулись на изучение непонятного. В те же года забрыжжели проявления теории относительности (перигелий Меркурия) - снова мозговые штурмы (а-ля как сейчас по темной материи) - предвестники новых научных теорий.
И что греки бы не развили / раскрутили идеи по маятнику Фуко? Им бы что подзорная труба помешала. А там и шаг до новой астрономии (а-ля - у Юпитера оказывается есть спутники, ого - а там затмения спутников в разное время (так и додуматься можно до идей Рёмера) и. т.д
MANAB
01.10.2024 08:40+9Вот прикол будет, когда окажется, что для наблюдения за какими-нибудь явлениями "достаточно" построить Стоунхендж
randomsimplenumber
01.10.2024 08:40+2"достаточно" построить Стоунхендж
И принести правильно жертву.
vvzvlad
01.10.2024 08:40Мы ровно на том же месте, что и в начале исследований. Мы знаем, что в живой крови содержится нечто. Что оно способно производить странные эффекты с плазмой. И что этого больше в овце, чем в крысе, а в человеке больше, чем даже в стаде овец. И что оно в нем какое-то другое. Ну и ритуал. Кровь надо вытачивать из жертвы по правилам. Странно, что они так хорошо совпадают с тем, что написано в старых еврейских книгах...
fivlabor
01.10.2024 08:40+1Геронов шар известен с первого века, но паровую машину они тогда не создали. Даже если им чертежи все дать, все равно бы не создали - материалы, станки может и нашлись бы, но нужно понимание, что будет в итоге, как это использовать и т.п.
Одно время и вовсе сжигали за научные идеи.
Vytian
01.10.2024 08:40Да угольные шахты нужны, и уверенность, что если собрать паровую машину не лучше, чем в соседней шахте, тебя кредиторы тебя разорят, и будешь сам уголь рубить.
voldemar_d
01.10.2024 08:40+1выплёвывает альфа-частицу (сгусток из двух протонов и двух нейтронов)
Вообще-то это ядро гелия, а не какой-то сгусток.
Chupaka
01.10.2024 08:40+2Prove — это не только доказывать, но и, например, подтверждать. Что в данном случае гораздо лучше подходит. Теории не доказывают, их подтверждают и опровергают.
funca
01.10.2024 08:40+1В математике есть теоремы. Их доказывают (prove), приводя формальное доказательство (proof). По сути это чисто синтаксическая штука, когда одни символы в формуле по неким правилам заменяют другими, пока эта конструкция не примет вид, который считается истиной. То же самое относится и к логическим выкладкам.
В естественных науках говорят не о доказуемости, а о фальсифицируемости (falsifiability) теорий или гипотез. Здесь они подтверждается или опровергаются тестами - в ходе наблюдений, измерений, экспериментов и т.п.
Если в теории используется логика или математика, то какую-то аргументацию можно получать чисто с помощью формальных доказательств - что называется "на кончике пера". Но добывать практические подтверждения рано или поздно все равно придётся. В некоторых областях такие методы называют верификацией (verification) и валидацией (validation).
Chupaka
01.10.2024 08:40Так в итоге, можно ли доказать какую-нибудь теорию? Хоть и за $100.
funca
01.10.2024 08:40В математике - можно. В физике, в общем случае, - нет. Это вопрос терминологии и консенсуса внутри конкретного научного сообщества что считать доказательствами и как оценивать их валидность. Деньги можете оставить себе).
Chupaka
01.10.2024 08:40Можете привести пример из математики? Скажем, теория множеств - её можно доказать, или же это просто раздел науки, изучающий свойства этих самых множеств?
funca
01.10.2024 08:40+1Теории множеств обобщаются в теории категорий (Set). Из нее все эти частные случаи выводятся путем последовательных рассуждений, т.е. доказываются. Но опять же повторюсь, что в математике понятие теории отличается от того, что под этим понимается в естественных науках. Поэтому, в целом, это игра слов.
Chupaka
01.10.2024 08:40+1в математике понятие теории отличается от того, что под этим понимается в естественных науках
То есть, нельзя?
funca
01.10.2024 08:40Давайте здесь зациклим эту ветку, чтобы было удобнее ходить по кругу. ;)
Chupaka
01.10.2024 08:40"Это вопрос терминологии", "в математике можно, но называется это по-другому" - такая себе аргументация, потому что я ведь начал обсуждение именно с тезиса "называется по-другому: не доказательство, а подтверждение" ;)
funca
01.10.2024 08:40В математике есть только доказательства. Или что и как вы собираетесь в ней подтверждать?
DGN
01.10.2024 08:40В физике можно доказать, что в неких конкретных условиях эксперимента/наблюдения, предсказание теории выполняется.
MishaRash
01.10.2024 08:40Строго говоря, нет.
У любого измерения есть погрешность. Условия также абсолютно точно не выставить/определить. В теориях часто есть параметры, калибруемые в других экспериментах/наблюдениях, так что у них тоже есть погрешности.
Так что можно только посчитать вероятность полученного отклонения между теорией и реальностью. Затем сравнить с неким внешним пороговым значением и заключить, опровергнута модель или (пока) нет. В последнем случае можно также сказать, что точность теории достаточна для текущей точности измерений.
А ещё можно неправильно рассчитать масштаб или форму распределений погрешностей...
Quqas
01.10.2024 08:40+2Через ваше тело проходят призрачные нейтрино и антинейтрино, хотя они редко взаимодействуют с вами. Но с вашим телом происходит гораздо больше, чем думаете.
однозначно в копилку фобий!!! и ещё 1 довод носить пилотку из фольги!
надо лишь в соответствующем издании типа комсомолки или даже "жизнь" перепечатать.
LinkToOS
01.10.2024 08:40Мюон распадается не через какое-то время с момента рождения, а после того как теряет энергию и останавливается.
Сколько времени мюон будет двигаться через среду до полной остановки, зависит от исходной энергии мюона и плотности среды.
Энергия мюона по понятным причинам прямо связана с его скоростью. То есть мюон имеющий большую энергию естественно имеет и большую скорость.
При прохождении через среду, мюон теряет энергию ионизируя атомы. Чем меньше плотность среды, тем меньше потери энергии мюона при прохождении через нее. Мюон будет проходить большее расстояние, если его скорость(энергия) больше, или если плотность среды меньше. Иными словами, два мюона движущиеся с разной скоростью пройдут одинаковое расстояние, если мюон имеющий меньшую скорость движется через среду с меньшей плотностью.
Нужна ли здесь теория относительности, решайте сами.При среднем времени жизни в 2,2 микросекунды можно подумать, что они не могли бы пройти всю толщину атмосферы, ~100 с лишним километров, от космоса до вашей руки.
На картинке рождение мюона происходит намного ниже - на высоте полета Конкорда и на высоте Эвереста.
Время жизни 2 мкс соотносится с покоящимся мюоном. Его нельзя использовать для прямого вычисления расстояния на основе скорости.Как доказать теорию относительности Эйнштейна за 10 000 рублей.
Войлок можно от старого валенка взять. Так что даже дешевле.
mihaild
01.10.2024 08:40+3А в какой системе отсчета мюон должен остановиться, чтобы распасться?)
LinkToOS
01.10.2024 08:40+1А в какой системе отсчета мюон должен остановиться, чтобы распасться?)
А какие могут быть варианты? Раскройте свою мысль, почему система отсчета важна.
В какой системе отсчета должен "остановиться" находящийся в воздухе самолет, чтобы упасть? Реально, значение имеет скорость крыла самолета относительно молекул воздуха, что необходимо для создания подъемной силы. Подъемная сила соперничает с силой притяжения Земли. Если самолет "остановится", тогда подъемная сила проиграет силе притяжения, и самолет распадется на обломки и самолетное нейтрино.
Можно конечно заявить, что в другой системе отсчета самолет совсем не останавливался, и двигался со скоростью 30 км/с. Но вряд ли эта информация поможет ему избежать падения.
Про движение мюона в атмосфере я подробно объяснил - как он теряет энергию и соответственно скорость. Скорость мюона определяется в той же системе отсчета, в которой он теряет энергию. Это вроде очевидно, и не требует пояснений.
Если есть сложность с пониманием что такое "потеря энергии и остановка объекта", и последующее за этим изменение его состояния, то есть простой наглядный пример - вращающийся волчок.
Волчок упадет не после того как истечет его "время жизни"(время от момента раскрутки до момента падения), а после того как он потеряет энергию в результате трения и остановится. Вы даже можете сменить систему отсчета - крутиться вместе с волчком и видеть его неподвижным на фоне вращающейся поверхности. В итоге все равно упадет волчок, а не поверхность. Сможете ли вы утверждать, что падение волчка никак не связано с его остановкой, так как в вашей системе отсчета он всегда был неподвижен(и упал потому что время вышло)?
Чем больше исходная скорость вращения волчка, тем больше его "время жизни"(время от момента раскрутки до момента падения). Можно ли утверждать, что большее "время жизни" волчка, имеющего большую исходную скорость вращения, связано с замедлением времени?mihaild
01.10.2024 08:40+1Раскройте свою мысль, почему система отсчета важна
Потому что чтобы говорить об "остановке", нужно указывать систему отсчета. В одной СО мюон движется, в другой нет. Но при этом он в данной точке пространства-времени либо распался в обеих, либо не распался ни в одной.
Реально, значение имеет скорость крыла самолета относительно молекул воздуха, что необходимо для создания подъемной силы.
Правильно, потому что подъемная сила создается взаимодействием самолета и атмосферы. Поэтому для нее важна скорость самолета относительно атмосферы.
Если есть сложность с пониманием что такое "потеря энергии и остановка объекта"
Есть сложность с пониманием, каким образом кинетическая энергия (зависящая от системы отсчета) может быть связана с распадом (внутренним событием, не зависящим от системы отсчета).
LinkToOS
01.10.2024 08:40Потому что чтобы говорить об "остановке", нужно указывать систему отсчета.
В физике частиц "остановкой" частицы считается "остановка в веществе". Мюон "останавливается" в веществе.
В одной СО мюон движется, в другой нет. Но при этом он в данной точке пространства-времени либо распался в обеих, либо не распался ни в одной.
Объективно, мюон распадается в одном общем физическом пространстве, включающим все объекты которые потенциально могут взаимодействовать. И значение имеют только скорости между конкретными физическими объектами которые взаимодействуют в физическом процессе.
Выбор СО это вычислительный прием. Разные СО используются для моделирования и расчетов, ради удобства. Чисто теоретически, можно совсем без СО обойтись, закладывая скорость каждого объекта относительно каждого.Есть сложность с пониманием, каким образом кинетическая энергия (зависящая от системы отсчета) может быть связана с распадом.
Статья построена на том, что время жизни мюона прямо зависит от его скорости. Скорость частицы имеющей массу прямо связана с ее кинетической энергией. Снижение скорости является результатом того, что мюон отдает энергию при ионизации вещества. Энергия мюона "закончится"(снизится до уровня теплового движения) когда скорость мюона сравняется со скоростью молекул среды. То есть мюон будет тормозиться, и в итоге остановится в веществе. Время жизни 2 мкс - это время жизни покоящегося мюона. Чтобы стать покоящимся, ему нужно потерять кинетическую энергию, и вследствие этого потерять скорость и остановиться.
с распадом (внутренним событием, не зависящим от системы отсчета).
Я вас понял. Вы считаете что мюон должен распадаться через фиксированное время после рождения, даже если он движется в вакууме без взаимодействия с другими объектами и не теряет энергию. Это вполне возможно. Но науке это неизвестно.
По факту, распад мюона всегда регистрируется в веществе, после остановки мюона. Нет такого эксперимента, в котором мюонная пушка стреляет мюонами со скоростью V в пространство заполненное вакуумом, затем детектор находящийся на расстоянии L их детектирует, и при уменьшении исходной скорости мюоны перестают долетать до детектора , потому что распадаются раньше. В кольцевом ускорителе мюоны тоже не крутят в течении времени T, чтобы потом зафиксировать распад. Измерение времени жизни мюона производится косвенным способом, весьма замысловатым.
Еще раз обращаю внимание - время жизни 2,2 мкс это время жизни покоящегося(!) мюона. Это означает лишь то, что не более чем через 2,2 мкс после остановки, он неизбежно распадется или будет захвачен протоном.
Сколько времени мог прожить мюон до его остановки, к цифре 2,2 мкс вообще никакого отношения не имеет, и никак не учитывается при получении этой цифры. Обязательный распад мюона в течении 2,2 мкс после остановки, формально не запрещает мюону оставаться стабильным до остановки, в случае если он не теряет энергию полученную при рождении. Чтобы определить полное время жизни мюона, начиная с момента его рождения, нужно проводить отдельный эксперимент, который исключал бы потерю энергии и сохранял мюон в движении до момента распада.
Автор явно не читал документацию на мюон, и не разобрался что такое его "время жизни".mihaild
01.10.2024 08:40Вы считаете что мюон должен распадаться через фиксированное время после рождения, даже если он движется в вакууме без взаимодействия с другими объектами и не теряет энергию
Нет конечно. Я считаю, что время жизни мюона распределено экспоненциально, со средним 2.2мкс (соответственно доживает он до этого времени с вероятностью 37%). И это хорошо известно науке.
По факту, распад мюона всегда регистрируется в веществе, после остановки мюона
Откуда Вы это взяли?
Measurements of relativistic time dilatation for positive and negative muons in a circular orbit - мюон просто гоняют по кругу и ждут, когда распадется.
Автор явно не читал документацию на мюон, и не разобрался что такое его "время жизни".
Это Вы про себя? Потому что автор поста пересказывает общеизвестную теорию, присутствующую в том же виде, например, у Фейнмана.
sappience
01.10.2024 08:40+6Радон — это радиоактивный элемент природного происхождения, но он содержится в воздухе в таких низких концентрациях, что менее радиоактивен, чем арахисовое масло.
Это в Америке он менее радиоактивен, чем арахисовое масло. Потому, что дома у них деревянные и в каждом доме есть большая банка арахисового масла для бутербродов. А там, где дома железобетонные (а в бетоне есть гранит, а в граните - уран, а в цепочке распада урана - радон) в воздухе радона больше. Зато арахисового масла масла меньше. Наверное чтобы компенсировать.
JediPhilosopher
01.10.2024 08:40+2Хм, а что более радиоактивно в американской системе единиц, арахисовое масло или футбольное поле?
olegshutov
У Побединского есть готовый конструктор на эту тему, недавно покупал, рекомендую
anonymous
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь