Magnetosfera

Okazało się, że magnetosfera Jowisza jest asymetryczna i że z jednej strony wypływają z niej wielkie ilości jonów i elektronów. Więcej »

Przestrzeń i czas

Odpowiedzi na te pytania zaprowadzą nas poza fizykę, którą znamy, i będą wymagały nowego zrozumienia natury przestrzeni i czasu. Więcej »

 

Monthly Archives: Czerwiec 2013

Ciemna materia

Stopniowo dochodzimy więc do niewiarygodnej konkluzji: większość dzisiejszego Wszechświata składa się z niewidocznej, ciemnej materii i ciemnej energii. Co gorsza, wydaje się, że dziś gęstości ciemnej materii i ciemnej energii są porównywalne, choć w epoce rekombinacji wodoru ta pierwsza była o wiele większa niż druga. Fizycy nie lubią zbieżności, wolą postrzegać Wszechświat jako ciąg przyczyn i skutków, a nie efekt przypadku. Mało tego, inny tajemniczy czynnik pole inflatonowe zdominował wcześniejsze etapy kosmicznej ewolucji i wytworzył zarodki kosmicznej struktury. Dlaczego mielibyśmy przyjąć model kosmologiczny oparty na dowolnie wprowadzonych trzech tajemniczych czynnikach? Po pierwsze, te trzy czynniki pozwalają wyjaśnić całe bogactwo znanych wcześniej faktów. Istnienie ciemnej materii postulowano już w latach trzydziestych, by wyjaśnić lokalną gęstość materii w gromadach galaktyk.

Artykuły

(Tylko niewielki procent materii występuje w postaci świecących gwiazd. Większość to tzw. ciemna materia, która o swym istnieniu daje znać jedynie za pośrednictwem przyciągania grawitacyjnego, nie oddziałując w żaden inny znany nam sposób ani ze zwykłą materią, ani ze światłem). O ciemnej energii wiadomo niewiele, ale teoretycy oczekują, że w miarę jak Wszechświat się rozszerza, jej gęstość pozostaje stała lub zmienia się tylko nieznacznie. Obecnie gęstość ciemnej energii jest większa niż materii, ale w odległej przeszłości musiało być odwrotnie i kosmos powinien spowalniać swoją ekspansję. Kosmolodzy mają też inne powody, aby sądzić, że Wszechświat nie zawsze przyśpieszał. Gdyby tak było, nie umiano by wytłumaczyć, w jaki sposób powstały obiekty, które się w nim obecnie znajdują.

Natężenie promieniowania

Częstości te zostały wybrane w taki sposób, by obejmowały obszar o dużym natężeniu promieniowania (maksimum widma mikrofalowego promieniowania tła przypada w zakresie fal milimetrowych), ale jednocześnie niezbyt wysokim poziomie lokalnego szumu, pochodzącego z naszej Drogi Mlecznej. Sonda wiruje z częstością jednego obrotu w ciągu dwóch minut, a jednocześnie dokonuje precesji z okresem jednej godziny. Teleskopy sondy przeczesują niebo, a układy różnicowe porównują temperaturę w każdym punkcie z temperaturą w tysiącu innych punktów. Powstaje ogromny zbiór danych wzajemnie ze sobą powiązanych. Opracowanie takiego zbioru wymaga ogromnej pracy, a jednym z podstawowych problemów, obok kalibracji, jest prawidłowe odjęcie sygnału pochodzącego z naszej Galaktyki. Po roku nieustannych obserwacji sonda dostarczyła map promieniowania tła o niespotykanej dotąd precyzji. Są one wynikiem jednokrotnego pełnego przeglądu nieba.

Natura znaków drogowych

Tajniki funkcjonowania natury są dzisiejszym badaczom prawie w całości znane. Z takiej wiedzy może również korzystać zwykły śmiertelnik, ponieważ istnieją rośliny i zwierzęta, które są specyficznymi znakami, informującymi nas o stanie przyrody. Bioindykatory, bo tak się nazywają, są to organizmy, których obecność, brak lub zachowanie się wskazuje np. na występowanie określonego związku w środowisku. Do bioindykatorów zaliczyć można m.in. wszelkie porosty. Są one nadzwyczaj czułe na zawarte w powietrzu związki siarki. Ci więc, którzy nie chcą być narażeni na zanieczyszczenia siarką, powinni mieszkać tam, gdzie spotkać można porosty. Ponadto na podstawie gatunków glonów i małży występujących w danym zbiorniku wodnym można określić stopień zanieczyszczenia wód. Wiedząc jak wyglądają zielenice i okrzemki, czy racicznice i groszówki, czyli glony i małże występujące w wodach czystych, z łatwością można zdecydować, które zbiorniki nadają się na wakacyjne kąpieliska.

Osobliwość początkowa

Idąc tym tropem, badacze zaczęli dokładnie przyglądać się rozważaniom teoretycznym, na których opierała się teza o występowaniu osobliwości początkowej. Jedno z założeń przyjętych w tych rozważaniach że teoria względności obowiązuje zawsze i we wszystkich warunkach jest dość wątpliwe. W pobliżu domniemanej osobliwości istotną, jeśli nie wręcz dominującą rolę, muszą odgrywać efekty kwantowe, których teoria względności w ogóle nie uwzględnia; wnioskowanie na jej podstawie o nieuchronności wystąpienia osobliwości jest zatem mocno naciągane. Aby się dowiedzieć, co się wtedy naprawdę zdarzyło, fizycy musieliby zastąpić teorię względności kwantową teorią grawitacji. Próbowało to zrobić wielu teoretyków, poczynając od Einsteina, jednakże aż do polowy lat osiemdziesiątych ich wysiłki były praktycznie bezowocne.

Ekonomiczna teoria ryzyka

Drugą była koncepcja niepewności mierzalnej oraz niemierzalnej z roku 1921 autorstwa Knighta. Zasadniczym celem jego prac było sprecyzowanie, jakimi cechami powinna charakteryzować się niepewność, którą należy identyfikować z ryzykiem, w odróżnieniu od niepewności sensu stricte. W koncepcji tej ryzyko jest niepewnością mierzalną, zaś niepewność niemierzalna jest niepewnością sensu stricte.Trzecia koncepcja została opracowana przez Komisję do Spraw Terminologii Ubezpieczeniowej USA w 1966 roku. Efektem prac komisji były dwie definicje ryzyka. Według pierwszej z nich ryzyko jest niepewnością co do określonego zdarzenia w warunkach dwóch lub więcej możliwości. W tym rozumieniu ryzyko jest więc mierzalną niepewnością, czy zamierzony cel działania zostanie osiągnięty. Druga definicja koncentruje uwagę na zagadnieniach praktyki ubezpieczeniowej i mówi, że ryzykiem jest ubezpieczony przedmiot lub osoba.

Budowa wszechświata

Pytania dotyczące budowy Wszechświata zajmowały astronomów od czasów Newtona, który się zastanawiał, dlaczego wszystkie planety okrążają Słońce w tym samym kierunku i znajdują się niemal w tej samej płaszczyźnie. W swoim dziele Opticks z 1704 roku pisał: „Czysty przypadek nigdy nie mógłby spowodować poruszania się wszystkich planet w taki sam sposób po koncentrycznych orbitach.” Newton sądził, że tak niezwykła jednorodność w układzie planetarnym musi być rezultatem Boskiej interwencji. Dziś astronomowie wiedzą, że wspólna płaszczyzna ruchu planet jest naturalnym wynikiem tego, że Układ Słoneczny powstał jako wirujący dysk gazu i pyłu. W rzeczywistości poszerzyliśmy zasięg naszej wiedzy do dużo wcześniejszych chwil; kosmolodzy potrafią przedstawić w zarysie historię Wszechświata aż do pierwszej sekundy po Wielkim Wybuchu. Pojęciowo jednak jesteśmy w sytuacji niewiele lepszej niż Newton.

Grawitacja kwantowa

PRZEDSTAWIŁEM POKRÓTCE, CO pętlowa grawitacja kwantowa mówi o czasie i przestrzeni w skali Plancka, lecz teorii tej nie jesteśmy stanie zweryfikować bezpośrednio w tak małej skali. Jakże zatem w ogóle ją sprawdzić? Jednym z ważnych testów jest stwierdzenie, czy klasyczną ogólną teorię względności da się uzyskać z pętlowej grawitacji kwantowej jako jej przybliżenie. Innymi słowy, jeśli sieci spinowe potraktować jako włókna, z których utkany jest materiał przestrzeni, to pytanie owo jest analogiczne do kwestii, czy da się wyznaczyć właściwości takiego materiału przez uśrednienie właściwości tysięcy takich włókien. Czy jeśli uśrednimy po wielu długościach Plancka geometria przestrzeni i jej ewolucja opisana będzie przez sieci spinowe w sposób mniej więcej odpowiadający „gładkiemu materiałowi” klasycznej teorii Einsteina?

Cassini

Tytan może się okazać obiektem tak interesującym, że naukowcy rozpoczną planowanie następnych misji, podczas których do badań jego powierzchni i atmosfery zostaną użyte balony, sterówce i ładowniki. Długa podróż, rozpoczęta przez sondę CassiniHuygens, nieprędko dobiegnie końca. W SWEJ PODRÓŻY do uktadu Saturna sonda CassiniHuygens przebyta ponad 3 mld km. Wystrzelona w 1997 roku, przeleciała dwukrotnie obok Wenus, następnie obok Ziemi oraz Jowisza i została rozpędzona przez grawitację tych planet. 1 lipca Cassini przemknie przez przerwę między pierścieniami F i G. Przed momentem największego zbliżenia do planety uruchomi swój główny silnik i rozpocznie hamowanie (czerwona linia na górnym rysunku z prawej). Po tym manewrze zacznie okrążać Saturna po silnie spłaszczonej elipsie (na dole). Kolejne manewry skorygują tę orbitę w taki sposób, by umożliwić próbnikowi Huygens dotarcie do Tytana.

Prawo

Przepisy porządkowe zmierzają do ochrony pewnych dóbr. Przede wszystkim chodzi o życie i zdrowie ludzkie, bezpieczeństwo publiczne. Przepisy porządkowe może wydać gmina, powiat, w pewnych sytuacjach i wojewoda. Organem uprawnionym w gminie jest Rada Gminy (czyni to w formie uchwały). Gdy Rada Gminy przepisów porządkowych nie jest w stanie wydać, wtedy uprawniony jest wójt albo burmistrz. Taki akt porządkowy wydany przez organ wykonawczy gminy musi być zatwierdzony przez radę. Gdy na terenie gminy zachodzi konieczność ochrony dóbr, np. życia, zdrowia ludzkiego, porządku, bezpieczeństwa publicznego, wtedy można wydać przepisy porządkowe. Na szczeblu powiatu przepisy porządkowe można tylko wtedy wydać gdy te zjawiska, które uzasadniają wydanie tego aktu, obejmują obszar więcej niż jednej gminy. Uprawnioną jest Rada Powiatu, ewentualnie Zarząd, jeśli Rada nie może się zebrać. Wojewoda też może przepisy porządkowe wydać. Mogą one zostać w trybie nadzoru przez Radę Ministrów uchylone.

Mgławice planetarne

Od XVIII wieku astronomowie odkryli i skatalogowali około 1500 mgławic planetarnych. Kolejnych 10 000 może się chować w naszej Galaktyce za gęstymi obłokami pyłu. Podczas gdy supernowe wybuchają w Drodze Mlecznej co kilka stuleci, nowa mgławica planetarna powstaje co roku; w tym samym czasie inne takie obiekty gasną i pogrążają się w ciemnościach. Wybuchy supernowych przebiegają znacznie bardziej efektownie, ale pozostałości po nich są mętne i nieregularne; brak im symetrii i bizantyjskiego przepychu mgławic planetarnych. Mgławice planetarne nie są tak zwiewne i spokojne, jak sugerują zdjęcia. Wręcz przeciwnie mają duże masy (około 0.3 masy Słońca), a ich żywoty bywają bardzo burzliwe. Powierzchniowe warstwy gwiazdy, słabo związane z jej rdzeniem, odpływają w przestrzeń międzygwiazdową z prędkością od 10 do 20 km/s. Ten stosunkowo powolny „wiatr gwiazdowy” niesie większość materii, z której powstaje mgławica (jest to prawie cale niewykorzystane przez gwiazdę paliwo jądrowe).

Loty w kosmos

Fizyka lotów w kosmos jest nieubłagana: czy z większym, czy z mniejszym ładunkiem dostać się na orbitę jest bardzo trudno. Do pokonania ziemskiej grawitacji potrzebna jest tak wielka energia, że obecnie budowane pojazdy kosmiczne ledwo mogą unieść paliwo potrzebne do oderwania się od naszej planety. Aby mimo wszystko dostać się na orbitę, używa się rakiet wielostopniowych, których wypalone człony są odrzucane i bezpowrotnie tracone. Jedyną inną możliwością była dotychczas podróż promem kosmicznym, który może latać w kosmos wielokrotnie, ale jest wspomagany przez rakiety na paliwo stałe, odrzucane wkrótce po starcie wraz z zewnętrznym zbiornikiem paliwa płynnego. Utrata całości lub części pojazdu podnosi oczywiście koszty kosmicznych eskapad. Wydaje się zatem, że aby te koszty ograniczyć i rozpocząć tanie, regularne loty w kosmos, należy użyć pojazdów, które w jak największym stopniu nadają się do ponownego wykorzystania.

Teorie Einsteina

Kilku naukowców, w tym Giovanni AmelinoCamelia z Universita degli Studi di Roma La Sapienza i João Magueijo z Imperial College w Londynie, a także ja, opracowało zmodyfikowaną wersję teorii Einsteina, w której fotony o wysokich energiach poruszają się z różną prędkością. W naszej teorii uniwersalna prędkość światła jest prędkością niskoenergetycznych fotonów lub co równoważne promieniowania o dużej długości fali. Inny możliwy efekt dyskretnej struktury czasoprzestrzeni związany jest z wysokoenergetycznymi promieniami kosmicznymi. Ponad 30 lat temu przewidziano, że protony promieniowania kosmicznego o energii większej niż 3 x 1019 eV powinny zderzać się z wypełniającymi Wszechświat fotonami kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła i w związku z tym nie dochodzić do Ziemi.

Symptomy

Istnieje pewien rodzaj znaków, których nikt nie wymyślił, które są niezależne od naszej woli. Takie znaki to symptomy i korzystano z nich nie dbając o mechanizmy ich funkcjonowania. Symptomem może być dym, który wskazuje, że gdzieś musi palić się ogień. Takimi znakami są tez wszystkie elementy mówiące o zmianie pogody. Nagle zrywający się porywisty wiatr i ciemne gęste chmury dają do zrozumienia, że nadciąga gwałtowna burza. Takie nieskonwencjonalizowane znaki dają nam również zwierzęta. Dziś rzadziej, ale dawniej ludzie chętnie korzystali ze znaków przyrody, obserwowali naturę, zwierzęta i rośliny i wnioskowali potem, jak długa będzie zima, czy będzie ostra czy łagodna. Wszelkimi znakami są objawy choroby, jej pierwsze symptomy, np. gorączka, która mówi, że rozpoczyna się stadium chorobowe. Znajomość takich znaków ułatwia w dużym stopniu życie. Dlatego nie można ich ignorować.

Wenus na niebie

8 czerwca 2004 roku rozpocznie się jak każdy inny dzień, ale właśnie wtedy wielu szczęściarzy obejrzy niezwykle rzadkie zjawisko astronomiczne. Osoby znajdujące się we właściwym miejscu i mające dostęp do odpowiednich filtrów, lornetek lub małych teleskopów zobaczą planetę Wenus jako czarny krążek, który przez prawie sześć godzin będzie się przesuwał przed ognistym dyskiem Słońca. Zjawisko to, zwane tranzytem Wenus, obejrzą w całości mieszkańcy Europy oraz większości obszarów Azji i Afryki. W Australii będzie można przed zmierzchem ujrzeć tylko początkową fazę tranzytu, a na wschodnim wybrzeżu USA i Ameryki Południowej tylko jego fazę końcową (zanim wzejdzie tam Słońce, Wenus pokona już trzy czwarte drogi na tle jego tarczy). Pechowcy z zachodniego wybrzeża USA i z południowozachodniej części Ameryki Południowej w ogóle nie zobaczą tego wydarzenia.

Czarne dziury

To jednak sprawa dalekiej przyszłości, na razie bowiem nie potrafimy wytwarzać czarnych dziur, choćby najmniejszych. W istocie każdy eksperymentalny test pętlowej grawitacji kwantowej wydaje się zadaniem niezwykle karkołomnym technicznie. Problem polega na tym, że efekty przewidziane przez tę teorię stają się znaczące dopiero przy skalach rzędu długości Plancka, ze względu na znikomość kwantów powierzchni i objętości. Jest to o 16 rzędów wielkości mniej niż skala zjawisk badanych w największych akceleratorach cząstek elementarnych (im mniejsze odległości, tym większe energie wchodzą w grę). Ponieważ zejście na poziom skali Plancka w akceleratorach jest nierealne, wielu naukowców porzuciło wszelką nadzieję, by teorię grawitacji kwantowej dało się empirycznie potwierdzić. Jednak w ostatnich latach kilku młodych badaczy wymyśliło nowe metody testowania pętlowej grawitacji kwantowej za pomocą dostępnych obecnie środków, oparte na badaniu propagacji światła we Wszechświecie.

Istnienie wszechświata

Czy też Wszechświat istniał już wcześniej? Jeszcze dziesięć lat temu takie dociekania zostałyby uznane za bluźnierstwo. Większość kosmologów uważała je po prostu za pozbawione sensu tak samo jak pytanie, co znajduje się na północ od bieguna północnego. Jednakże postępy fizyki teoretycznej, a zwłaszcza narodziny teorii strun, doprowadziły do zmiany tej sytuacji: Wszechświat przed Wielkim Wybuchem stał się przedmiotem badań kosmologii. Rosnące zainteresowanie tą tematyką oznacza, że wahadło intelektu, które waha się tam i z powrotem od tysiącleci, osiągnęło kolejne skrajne położenie. W tej czy innej postaci kwestia początku wszechrzeczy zaprzątała umysły filozofów i teologów w niemal wszystkich kulturach. Jest ona elementem rozległej problematyki, którą najkrócej zreasumował Paul Gaguin w swym słynnym obrazie z 1897 roku: D’ou venonsnous? Que sommesnous? Ou ałłonsnous? (Skąd przychodzimy? Kim jesteśmy? Dokąd zmierzamy?).

Partie polityczne

Status partii politycznych w Polsce- ustawa o partiach politycznych z 1997 r. o tym mówi. Rejestracja partii: jest dużo trudniej założyć partię niż miało to miejsce pod rządami ustawy z 1990 r. Organem rejestrującym (ewidencyjnym) jest Warszawski Sąd Okręgowy. Do takiego zgłoszenia trzeba dołączyć statut i podpisy co najmniej 1000 osób, które popierają partie. W statucie musi się znaleźć nazwa partii, jej siedziba, sposoby nabycia i utraty członkostwa, prawa i obowiązki członków, organy partii i procedury ich wyboru, zasady tworzenia jednostek terenowych partii, warunki łączenia partii z innymi ugrupowaniami, oraz warunki jej rozwiązania. Jeśli taki wniosek nie budzi sprzeciwów, wtedy Sąd taką partię ewidencjonuje. Jeśli są jakieś zarzuty natury formalnej, wtedy w normalnym trybie te braki trzeba uzupełnić. Gdy pojawiają się zastrzeżenia natury merytorycznej, a więc wątpliwości czy partia polityczna, która chce zostać zarejestrowana na pewno będzie działać zgodnie z Konstytucją.

Prędkość stała

Pojęcie stałej prędkości wymaga istnienia inercjalnego (nieprzyśpieszanego) układu odniesienia. Ale nieprzyśpieszanego względem czego? Newton postulował istnienie absolutnej przestrzeni, która była dla niego nieruchomym układem odniesienia definiującym wszystkie lokalne układy inercjalne. Mach uważał natomiast, że układy inercjalne są określone przez rozmieszczenie materii we Wszechświecie. Teoria względności Einsteina jest w dużym stopniu oparta na tym założeniu. Teoria względności była pierwszą teorią grawitacji, która dawała możliwość otrzymania spójnego obrazu całego Wszechświata. Opisywała nie tylko ruch ciał w przestrzeni i czasie, lecz także dynamiczną ewolucję przestrzeni i czasu. Używając jej do opisu Wszechświata, Einstein poszukiwał rozwiązań skończonych, statycznych i spełniających zasadę Macha. (Np. rozwiązanie, w którym skończona ilość materii rozbiega się w pustkę, nie odpowiadało wizji Macha, zgodnie z którą przestrzeń nie może istnieć bez definiujących ją obiektów materialnych).

Rozkład temperatury

Pierwsze zaburzenia w jednorodnym rozkładzie temperatury mikrofalowego promieniowania tła na niebie odnalazł właśnie COBE. Okazało się, że temperatura tego promieniowania w dwóch punktach na niebie różni się zaledwie o około jedną stutysięczną kelwina. Satelita ten nie miał jednak wystarczającej zdolności rozdzielczej, by dostrzec na niebie ślady dzisiejszych struktur (galaktyk, gromad i supergromad galaktyk). Pod koniec lat dziewięćdziesiątych kilka międzynarodowych zespołów badawczych, MAXIMA (astronomowie amerykańscy), BOOMERANG (grupa europejskoamerykańskoaustralijska), ARCHEOPS (program europejski), przeprowadzi∏o obserwacje promieniowania t∏a za pomocà instrumentów umieszczonych w gondolach balonów stratosferycznych. Wynoszone około 30 km nad powierzchnię Ziemi przy rządy pomiarowe są mniej narażone na termiczny szum naszej atmosfery. Wyniki okazały się rewelacyjne

Grawitacja

W owej epoce fluktuacje ewoluowały pod wpływem grawitacji w inny sposób niż obecnie. Znajduje to odbicie w nachyleniu widma mocy, które w dużych skalach jest wyraźnie większe niż w małych. Wiedząc, w jakiej skali nachylenie widma zmienia się najszybciej, można obliczyć całkowitą gęstość materii we Wszechświecie. Obserwowanej skali około 1.2 mld lat świetlnych odpowiada gęstość 2.5 x 10~17 kg/nr3, która zgadza się z wynikami innych pomiarów. Ważne jest też to, że widmo mocy ma największą wartość w małych skalach. Fakt ten silnie sugeruje, że ciemna materia jest zimna (jak już wiemy, gorąca ciemna materia „wygładziłaby” fluktuacje drobnoskalowe, co doprowadziłoby do pojawienia się maksimum widma mocy w zakresie skal średnich).

Albert Einstein

W 1917 roku Albert Einstein stanął przed poważnym problemem, na który natknął się, próbując pogodzić swoją nową teorię grawitacji, ogólną teorię względności, z ówczesną ograniczoną wiedzą o Wszechświecie. Podobnie jak większość jemu współczesnych był przekonany, że Wszechświat jest statyczny (ani się nie rozszerza, ani nie kurczy). Niestety, zgodnie z ogólną teorią względności ten pożądany przez wszystkich stan był nieosiągalny. W desperacji Einstein ad hoc wprowadził do swych równań człon kosmologiczny, który przeciwstawiał się grawitacji i umożliwiał uzyskanie rozwiązania statycznego. Dwanaście lat później amerykański astronom Edwin Hubble odkrył jednak, że Wszechświat jest daleki od statyczności. Stwierdził, że odległe galaktyki oddalają się od nas, przy czym prędkość ucieczki każdej z nich jest proporcjonalna do odległości dzielącej ją od naszej Galaktyki. Człon kosmologiczny nie był potrzebny do opisu rozszerzającego się Wszechświata i Einstein porzucił własną ideę.

Kolizja

Ten z ogromną prędkością wzniósł się ponad krater, przebił się przez atmosferę, wyrzucając kryształki kwarcu, które jeszcze przed chwilą tkwiły nawet 10 km pod ziemią. Pióropusz nabrzmiał do średnicy 100200 km i już w kosmosie rozszerzył się, otaczając całą Ziemię. Pod wpływem ciążenia ziemskiego materia z powrotem zaczęła opadać przez atmosferę niemal z taką samą energią, z jaką została wyrzucona. Poruszające się z prędkością 740 tys. km/h szczątki rozświetliły nieboskłon jak biliony meteorów i rozgrzały atmosferę do temperatury kilkuset stopni, po czym powoli opadły na Ziemię, tworząc warstewkę, którą możemy zobaczyć dzisiaj. Zespół Melosha wyliczył, że spadające szczątki mogły podpalić roślinność na wielkich połaciach globu. W 1990 roku nikt jednak nie znał miejsca i dokładnych rozmiarów kolizji, toteż nie dało się obliczyć całkowitej ilości ciepła ani wyznaczyć rozmieszczenia pożarów.