Δευτέρα, 10 Ιανουαρίου 2011

Αν δεν ίσχυε η Σχετικότητα...

Καταρχήν, καλή χρονιά να έχουμε, αν και δεν το βλέπω. Για εμένα δεν ξεκίνησε και πολύ καλά, αλλά τουλάχιστον ήρθε αυτή η ιστορία και μου έφτιαξε κάπως τη διάθεση, ενώ έδωσε αφορμή και για αυτό το post, γιατί δεν είχα όρεξη να γράψω τίποτα άλλο.

Καμιά φορά πετυχαίνω σε συζητήσεις, άτομα που θεωρούν ότι η Σχετικότητα δεν ισχύει και ότι ο Einstein ήταν απατεώνας και ότι υπάρχει μια παγκόσμια επιστημονική συνωμοσία κλπ. Πάντα αυτές οι συζητήσεις αναλώνονται γύρω από την κινηματική της Σχετικότητας, τα ρολόγια που τρέχουν πιο αργά, τους δίδυμους που γερνάνε πιο γρήγορα και πιο αργά, τα προβλήματα του ταυτοχρονισμού και διάφορα τέτοια. Φυσικά η Σχετικότητα έχει επαληθευτεί πειραματικά σε όλα αυτά τα πράγματα και με το παραπάνω (έχει ενδιαφέρον και αυτή η εργασία στο Science με το σχετικό podcast), αλλά πέρα από αυτό, η Σχετικότητα δεν είναι μόνο η κινηματική της. Είναι και το πως έχει ενταχθεί σε όλο το οικοδόμημα της φυσικής. Σε κάθε τέτοια περίπτωση συνήθως μπαίνω στη διαδικασία και σκέφτομαι πόσο διαφορετική θα ήταν η φύση αν δεν ίσχυε η σχετικότητα (που είναι με άλλα λόγια, το πόσο καλά ξέρουμε ότι η σχετικότητα είναι σωστή). Πολλές φορές προσπαθώ να σκεφτώ και κανένα χτυπητό παράδειγμα από την καθημερινότητα για το γιατί η σχετικότητα ισχύει.

Το πρώτο που μου έρχεται πάντα στο μυαλό είναι ο ηλεκτρομαγνητισμός και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και όλες οι εφαρμογές τους (ραδιόφωνα, τηλεοράσεις επικοινωνίες κλπ). Φυσικά ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι μια σχετικιστική θεωρία.

Το δεύτερο είναι η εξίσωση Dirac και η σχετικιστική φύση ουσιαστικά των ηλεκτρονίων και του spin τους. Στην κβαντική περιγραφή της ύλης όταν βάζεις μέσα τη σχετικότητα, προκύπτει ως ιδιότητα των σωματιδίων με φυσικό τρόπο (από την εξίσωση της ενέργειας των σωματιδίων με μάζα) ότι τα σωματίδια πρέπει να έχουν spin. Και ποια είναι η εφαρμογή αυτού; Το ότι υπάρχει ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων και το ότι τα στοιχεία έχουν τις χημικές ιδιότητες που έχουν, γιατί μπορεί η κβαντομηχανική από μόνη της να μην αφήνει το ηλεκτρόνιο να κάνει βουτιά στον πυρήνα, αλλά το ότι τα ηλεκτρόνια κατανέμονται στις στιβάδες όπως κατανέμονται, με αποτέλεσμα συγκεκριμένες χημικές ιδιότητες για κάθε στοιχείο, είναι αποτέλεσμα του ότι έχουν spin και του ότι είναι φερμιόνια. Για όλα αυτά φταίει η σχετικότητα λοιπόν. Πιο πρακτικά, όλα αυτά σημαίνουν ότι εξαιτίας της Σχετικότητας ο κόσμος γύρω μας είναι όπως τον βλέπουμε και γι' αυτό υπάρχουμε και εμείς. Αλλά αυτό είναι πολύ ψηλό νόημα.

Η παραπάνω σκέψη οδηγεί και στο γεγονός της ύπαρξης της αντιύλης που είναι και αυτό ένα αποτέλεσμα της σχετικότητας.

Και μετά από αυτά υπάρχουν και οι εφαρμογές του τύπου "πυρηνική ενέργεια" και "ατομική βόμβα", που είναι θεαματικές αποδείξεις της ισχύος της Σχετικότητας.

Αυτά λοιπόν σκέφτομαι συνήθως σε τέτοιες συζητήσεις.

Πέρα από όλα αυτά (μικρά και μεγάλα), πρόσφατα βγήκε μια εργασία στο PRL που δείχνει ότι υπάρχει και μια ακόμα εφαρμογή της Σχετικότητας, που δεν θα μπορούσε να λειτουργεί χωρίς την Σχετικότητα, που δεν περνάει εύκολα από το μυαλό και που δεν θα μπορούσε να είναι πιο καθημερινή.

Και το όνομα αυτής, μπαταρία μολύβδου για το αυτοκίνητο.

Το άρθρο στο PRL έχει τίτλο, "Relativity and the Lead-Acid Battery" (arXiv:1008.4872 [cond-mat.mtrl-sci]) και περιγράφει ουσιαστικά το πως εξαρτάται η Ηλεκτρεγερτική Δύναμη (ΗΕΔ) της μπαταρίας από το αν θα πάρει κανείς υπόψιν του τις σχετικιστικές διορθώσεις στους υπολογισμούς της χημικής δυναμικής/κινητικής των αντιδράσεων που προκαλούν την ανταλλαγή των ηλεκτρονίων ανάμεσα στην άνοδο και την κάθοδο. Το αποτέλεσμα είναι θεαματικό. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της εργασίας, η θεωρητική παραγόμενη ΗΕΔ χωρίς Σχετικότητα είναι 0.39V και με Σχετικότητα είναι 2.13V. Η πειραματικά μετρούμενη ΗΕΔ είναι 2.107V, που σχεδόν συμπίπτει με την Σχετικιστική τιμή, ενώ η μη Σχετικιστική δεν πλησιάζει καν.

Τι σημαίνει όμως με και χωρίς την Σχετικότητα στον υπολογισμό της ΗΕΔ; Πρακτικά η Σχετικότητα έχει να κάνει με τη δομή των τροχιακών των ατόμων του Μολύβδου και κατ'επέκταση με τις ενέργειες που παίζουν σε κάθε χημική ένωση που σχηματίζει ο Μόλυβδος, από όπου με την σειρά της εξαρτάται η ελεύθερη ενέργεια της αντίδρασης που προκαλεί την μεταφορά των φορτίων και άρα από εκεί η ΗΕΔ.

Φοβερό έτσι; Όπως λένε και στο paper,

In conclusion, the lead-acid battery belongs to those familiar phenomena, whose characteristic features are due to the relativistic dynamics of fast electrons when they move near a heavy nucleus. In this case the main actors are the 6s valence electrons of lead, in the substances involved. This insight may not help one to improve the lead battery, but it could be useful in exploring alternatives.

Finally, we note that cars start due to relativity.


LOL

Καλή Χρονιά...

20 σχόλια:

leonidas είπε...

και για τους πολύ δύσπιστους, υπάρχει και το economic argument :)
http://xkcd.com/808/

ange-ta είπε...

Μια και όλα είναι σχετικά:

καλή χρονιά!

(οι πόνοι μας και οι δυστυχίες μας σε σχεση με άλλες φτωχές χώρες δεν είναι σπουδαία πράγματα)

egrgr είπε...

Πολύ ωραίο άρθρο. Οταν κάποιος καταλαβαινει καλα τη σχετικοτητα, ξέρει και που να ψάξει για τις εφαρμογές της, αλλιώς περιορίζεται στην κουβέντα για το GPS για την οποια έχουμε φαγωθεί στα διάφορα φορουμ...

Ενα ακομα ωραίο άρθρο είναι και αυτό:

http://backreaction.blogspot.com/2008/01/messenger-mercury-and-general.html

(ή εναλλακτικα αυτό, http://www.planetary.org/blog/article/00001329/ )

Aπο το πρώτο άρθρο κρατάω και το παρακάτω:
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
In general, these days General relativity:

1) enters the very definition of the barycentric coordinate system of the Solar System,

2)is taken into account to calculate the ephemerides (the coordinates as a function of time) of the planets and other Solar System bodies,

3) and is taken into account to calculate trajectories of space probes
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Με άλλα λογια, μια ακομα εφαρμογή της σχετικοτητας είναι η αστρολογια! LOL!

Vaggelis84 είπε...

Καλή Χρονιά και ελπίζω η χρονιά να συνεχίσει καλύτερα.

Zaphod είπε...

Ωραιος!!!
Καλη χρονια!

pølsemannen είπε...

Εγώ ένα θα σας πω:

Ο Άινσταϊν ήτο Αιβρέως. Χρειάζεται άλλη απόδειξις δια το λανθασμένον της σχετικότητος; Α; Ξεκουράζω την κάσα μου.

Καλή χρονιά να έχουμε! (Ή έστω μέτρια).

(Υπάρχει και αυτός ο περίεργος συμπατριώτης μας που λέει ότι Νεύτων και Άινσταϊν είναι λάθος, έχει και σάητ...

Σίγουρα θα τον ξέρεις ;D )

Ανώνυμος είπε...

Αν δεν ίσχυε η σχετικότητα τι θα γινόταν. Μόνον μια κυρά Κατίνα θα μπορούσε να απαντήσει.

Τι μπορεί ένας πραγματικός επιστήμονας να πει αφου δεν γνωρίζει πιθανές αλληλοσυνδέσεις με άλλους φυσικούς μηχανισμούς του φαινομένου που με τη σημερινή τεχνογνωσία ονομάζουμε ως σχετικότητα.

Το μόνο που μπορεί να πει κανείς είναι ότι με βάση αυτά που γνωρίζουμε μέχρι σήμερα εαν δεν ίσχυε η σχετικότητα και υπό την προυπόθεση ότι αυτή δεν αλληλεπιδρά με άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις τότε μπορεί να γίνει αυτό και το άλλο. Όλα τα άλλα είναι αλχημείες στην κυριολεξία.

Ως αλληλεπίδραση εννοούμε το ότι η απουσία της σχετικότητας δεν μεταβάλει ποιοτικά ή ποσοτικα άλλα φυσικά μεγέθη που εξαρτώνται από άλλους φυσικούς μηχανισμούς, κάτι φυσικά που δεν το γνωρίζουμε απόλυτα.

Κάπου αυτή η εκλαίκευση της φυσικής έχει γίνει fiction. Φτάνει πια. Όσοι έχουμε φάει τη ζωή μας σε κάποιο εργαστήριο κάνωντας πειράματα για αποδείξουμε όχι τη θεωρία της σχετικότητας αλλά απλές σχετικά σχέσεις γνωρίζουμε τη δυσκολία του να κάνει κάποιος επιστήμη και όχι public relations ή αλχημείες.

sissa ben dahir είπε...

Καλή Χρονιά κατ'αρχήν.
Μιας και ανέφερες υποστηρικτική εφαρμογή της ειδικής σχετικότητας από το χώρο των αυτοκινήτων, θα σου αναφέρω κι εγώ καταρριπτικές εφαρμογές από τον ίδιο χώρο.
Πρόκειται για αυτοκίνητα που τρέχουν στο Αγρίνιο με 160km/h και περνούν δίπλα από κολονάκια που φέρουν ηλεκτρικά φορτία... ή εκπέμπουν ραδιοσήματα το ένα προς το άλλο...Χο
Τα θυμήθηκες που τα παίρναμε στα σοβαρά πριν μερικά χρόνια;

Vagelford είπε...

sissa ben dahir, τι θυμήθηκες τώρα...

Καλή χρονιά σε όλους.

Δα(ί)μων Μαινόμενος είπε...

Αγαπητέ/τή

Προσπαθούμε ,όπως και εσείς ,να συμβάλουμε στην αποκατάσταση της Ελληνικής συνειδήσεως.Η Ιστιοσελίδα σας είναι εξαίρετη και γι’αυτό θα την συμπεριλάβουμε στην δική μας προσπάθεια http://projectdaimonas.blogspot.com/ με την άδεια σας ,φυσικά. Ευχόμαστε και ελπίζουμε σε μια συνεργασία που θα αποδόσει Ελληνικούς καρπούς .

Μετά Τιμής
ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ‘’ΔΑΙΜΩΝΑΣ’’

St_Anger είπε...

Καλή χρονιά!
Διαβάζοντας το άρθρο αυτό, θυμήθηκα ένα βιβλίο που είχα βρει κατά λάθος κάποτε (αν δεν το βρεις, πέρνα από Πυρηνική μεριά να σου δώσω το αρχείο) ενός νιγηριανού (ουσιαστικά πρόκειται για τον "Τσόλκα" της Νιγηρίας... αλλά διαθέτει - δυστυχώς - πτυχίο φυσικής)

"Electrodynamics for a particle accelerated to the speed of light with constant mass" - Abdullahi Musa D.

Πρόκειται για διαμάντι! Για να σε τσιγκλίσω κι άλλο, ένα θα πω.. προσπαθεί να αναπτύξει την "ηλεκτροδυναμική" του, βασιζόμενος αποκλειστικά στους νόμους του Newton και απορρίπτοντας τη σχετικότητα κλπ. Και από ότι πρόσεξα, προλογίζει ένας πανεπιστημιακός τους, που το εκθειάζει!

OrCrab01 είπε...

Και η Ένωση Ελλήνων Φυσικών μοίραζε το βιβλίο (λέμε τώρα...) του, πώς τον λέγανε να δεις..., Γκόσδα νομίζω. Αν είναι να κάψουμε αυτούς να κάψουμε και τους δικούς (άσε που για αυτούς έχουμε και άλλα ράμματα για τη γούνα τους!!!!)

Ανώνυμος είπε...

Με συγχωρείς φίλε αλλα αυτοί που τα γράφουν αυτά δεν ξέρουν τι τους γίνεται ή έχουν κάποιο λόγο. Πρώτα απο όλα, υπάρχουν πολλές Σχετικότητες. Του Αϊνσταιν θέλει το φως να έχει ταχύτητα ανεξάρτητη της πηγής του. Αλλές δεν το ζητούν αυτό. Ολες οι θεωρίες σχετικότητας είναι πειραματικά indistinguishable, you know...if you don't know, I am sorry about you...

Τώρα, στην κβαντομηχανική έχουμε το entaglement. Αυτό και μόνο είναι πειραματική απόδειξη ότι η Σχετικότητα του Αϊνσταιν είναι λάθος. Η κβαντομηχανική απaιτεί background dependence.

να σου πω κάτι ποιο απλό γιατί το παίζεις πολύ mainstream.

Πάρε ενα ποτήρι καφέ, μπές μ΄΄εσα στο αυτοκίνητο σου, και πάτα το γκαζι τέρμα. ΜΗ μου πεις ότι ο καφές θα πέσει πάνω σε αυτό στον φουκαρά που βλέπεις να έρχεται καταπάνω σου. Οχι, οχι, μη μου πεις ότι η Σχετικότητα δεν ισχύει με επιταχύνσεις. Μα τι μας λε΄ς τώρα, ότι σε συμφέρει μας λές.

Ψάξε για άλλη θεωρία. Και Ελληνας να την είχε βγάλει, παλι άχρηστη θα την λέγαμε.

Για χαρα και να ξέρουμε τι λέμε. Ασε την προπαγανδα για τα περιοδικά τοθ κάθε Goldestein, Klein kai Meyer.

Vagelford είπε...

Φίλε Ανώνυμε, φοβάμαι ότι έχεις μπερδέψει κάποια πράγματα.

Τ.Κ είπε...

.... entanglement λέγεται με "n"

Ανώνυμος είπε...

Εισαι έξυπνος άνθρωπος αλλα δογματικός και υπεροπτης. Και αυτό είναι κακό.

"In particular, Zhang showed that these experimental limits essentially require that any theory based upon the existence of an æther be experimentally indistinguishable from SR, and have an æther frame which is unobservable (the only alternative is for a theory to “live in the error bars” of the experiments, which is quite difficult given the high accuracies achieved by many of these experiments). Note also that some of the parameters in these test theories are not determined at all by SR (or by experiments)—this means that many different theories, characterized by different values of such parameters, are equivalent to SR in that they are experimentally indistinguishable from SR (though they differ from SR in other aspects). "

http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html

Πρέπει να καταλάβεις τι σημαίνει για την πραγματικότητα αν η Σχετικότητα του Αϊνσταιν είναι σωστή.

Για οποιον καταλαβαίνει αυτο που λέω, καταλαβείναι επίσης ότι η θεωρία αυτή δεν πρεπει να είναι σωστή αλλα το αποτέλεσμα ενός θεωρητικού παιχνίου.

Ανώνυμος είπε...

Εδω το link γιατι δεν φάνηκε καλά

http://tinyurl.com/35cwxp

Vagelford είπε...

Φίλε Ανώνυμε, ούτε δογματικός είμαι ούτε υπερόπτης. Αλλά φαίνεται ότι πράγματι κάτι έχεις παρανοήσει.

Αυτό που παραθέτεις μιλάει για το πως συγκρίνεται η ειδική σχετικότητα με κάποιες δοκιμαστικές θεωρίες που διατυπώθηκαν.

Μια κατηγορία δοκιμαστικών θεωριών, διατυπώθηκαν για να ελέγξουν την ισχύ του μετασχηματισμού του Lorentz, εισάγοντας σ' αυτόν έξτρα παραμέτρους. Όπως λέει λοιπόν λίγο παραπάνω από εκεί που παραθέτεις,

"Robertson showed that one can unambiguously deduce the Lorentz transform of SR to an accuracy of ~0.1% from the following three experiments: Michelson and Morley, Kennedy and Thorndike, Ives and Stilwell. Zhang showed that modern experiments determine the Lorentz transforms to within a few parts per million."

Μας λέει δηλαδή ότι ο μετασχηματισμός του Lorentz ισχύει όπως στη σχετικότητα με ακρίβεια περίπου 1/1000000.

Ακόμα, μπορεί κανείς να φτιάξει θεωρίες που δοκιμάζουν την ίδια τη σχετικότητα (το αν δηλαδή υπάρχει προτιμιταίο σύστημα αναφοράς)

"These test theories can also be used to examine potential alternative theories to SR; such alternative theories predict particular values of the parameters of the test theory, which can easily be compared to values determined by experiments analyzed with the test theory. The existing experiments put rather strong experimental constraints on any alternative theory."

Και όπως μας λέει, οι δοκιμαστικές θεωρίες περιορίζονται ισχυρά από τα πειραματικά δεδομένα.
Συγκεκριμένα λοιπόν λέει στο κομμάτι που παραθέτεις, ότι θεωρίες τύπου αιθέρα πρέπει να συμπίπτουν πειραματικά με την σχετικότητα και πρέπει το σύστημα αναφοράς του αιθέρα να είναι μη παρατηρήσιμο,

"In particular, Zhang showed that these experimental limits essentially require that any theory based upon the existence of an æther be experimentally indistinguishable from SR, and have an æther frame which is unobservable (the only alternative is for a theory to “live in the error bars” of the experiments, which is quite difficult given the high accuracies achieved by many of these experiments)."

Με λίγα λόγια, αυτό που παραθέτεις λέει ότι η Σχετικότητα είναι "σωστή", δηλαδή συμπίπτει με τα πειραματικά δεδομένα, και οι εναλλακτικές της σχετικότητας θεωρίες θα πρέπει να της μοιάζουν εκπληκτικά πολύ για να επιβιώσουν. Λέει δηλαδή το αντίθετο από αυτό που ισχυρίζεσαι.

apost είπε...

Ο Τσολκας παντως διαφωνει

Vagelford είπε...

Αυτό είναι το μόνο σίγουρο... Αναρωτιέμαι τι να έχει να πει για το OPERA...