Století moderní fyziky Jiří Langer
Proč 20. století stoletím moderní fyziky? Její vznik téměř přesně souhlasí s počátkem století 1900 Planckův zákon záření černého tělesa – první signál kvantové teorie 1905 A. Einstein speciální teorie relativity, kvantová teorie fotoefektu 1915 Einsteinova obecná teorie relativity 1910 – 20 Bohrův model atomu, „stará kvantová teorie“ 1920 – 30 Plná kvantová teorie – Heisenberg, Bohr, Schrödinger 1928 – spojení speciální relativity a kvantové mechaniky – Dirac … Přinesla obrovské technologické změny fotočlánky, transistory, polovodiče, positronová diagnostika, GPS, NMR … ale také atomová bomba a zbraně hromadného ničení Hluboce ovlivnila společenský vývoj Významně změnila pohled na realitu a základně ovlivnila filosofii
Když si troufáš dělat filosofii, tak ji dělej Když si troufáš dělat filosofii, tak ji dělej. Ale ujasni si, že v našem století můžeš dělat dobrou filosofii jen když porozumíš té nejdůležitější filosofické události tohoto století a tou je moderní fyzika … Wenn Du Dir zutraust, Philosophie zu machen, dann mache es nur. Aber mach' Dir klar, in unserem Jahrhundert kannst Du nur gute Philosophie machen, wenn Du dasjenige verstanden hast, was das wichtigste philosophische Ereignis dieses Jahrhunderts ist, und das ist die moderne Physik. Und die kannst Du nur verstehen, wenn Du in ihr tätig gewesen bist, und zwar lang. Und Du kannst in ihr nur tätig sein, wenn Du früh anfängst. Also fang' gefälligst mit der Physik an. Und bei Plato kannst Du nachlesen, die Idee des Guten versteht man sowieso erst, wenn man Fünfzig ist, und die Idee des Guten ist der Kern der ganzen Philosophie. Also, da hast Du lang, lang Zeit. W. Heisenberg für C.v.Weizsäcker
Zakladatelé kvantové mechaniky Werner Heisenberg Niels Bohr a Max Planck Erwin Schrödinger P.A.M. Dirac
Einstein na bernském patentovém úřadě v r. 1905
Éter a speciální teorie relativity
Co je světlo? Descartes - teorie „slepecké hole“ – světlo se šíří nekonečnou rychlostí vzájemným postrkováním částic éteru Olaf Römer – světlo se šíří konečnou rychlostí Newton – korpuskulární teorie světla (éter naplňující prostor měl v ní své místo) Christian Huyghens – světlo je vlnění počátkem 19. století vlnový charakter světla jasně prokázán (interference, ohyb)
Vlnění čeho? Zvuk jsou vlny ve vzduchu – vakuem se nešíří Světlo se šíří i vakuem (zelení mužíci na Měsící se vidí, ale nepokecají si) Řešení: celý prostor je vyplněn éterem – světlo je vlnění éteru
Struktura éteru Éter tekutina s nepatrnou viskositou (neklade odpor pohyby těles) Potíž: v tekutinách se šíří jen podélné vlny Světelné vlny příčné (polarizace)
Éter má strukturu elastického tělesa – při vysokých rychlostech, jaké odpovídají frekvenci světelných kmitů Při nízkých rychlostech se chová jako tekutina s velmi malou viskositou Další problém: kam se poděla podélná vlna? V běžných elastických látkách se šíří jak příčné, tak podélné vlny V druhé polovině 19. století fyzikové o existenci éteru nepochybovali, hledali se vhodné modely
Maxwellovy rovnice (1965) Gaussova věta Ampèrův zákon Faradayův zákon Neexistují magnetické monopóly Ampèrův zákon Faradayův zákon
Éter v Maxwellově pojetí Elektromagnetické pole odpovídá napětí v éteru
Smrt éteru a nový pohled na realitu Quomodo cecidisti de caelo lucifer qui mane oriebaris corruisti in terram qui vulnerabas gentes Jak jsi spadl z nebe, jitřenko, který jsi zrána vycházel, pospíšils k zemi, ty, jenž jsi zraňoval národy“ Izajáš 14,12
Pohyb Země éterem
Předpokládaný výsledek Δ T = L1/c(1-β2) – L2/c(1-β2) ½ β = v/c Naměřeno: Δ T = 0 Výklad: 1.Země strhává éter 2. Lorentz: tyče se ve směru pohybu vzhledem k éteru zkracují
Lorentz a éter L = L0(1-β2) ½ T = T0 (1-β2) ½ v Elektrické pole Elektrické + magnetické pole v
Galileiho a Lorentzova transformace Galileiho transformace x’ = x – vt y’ = y z’ = z t’ = t Transformace souřadnic událost Lorentzova transformace
Einsteinův princip relativity Přírodní zákony vypadají stejně ve všech inerciálních soustavách Cena za to: čas běží v různých inerciálních soustavách různě, prostorové a časové souřadnice událostí jsou propojeny Lorentzovou transformací Důsledky pro éter: jako sensorium Dei zbytečný – pohyb vzhledem k němu nelze zjistit jako luci-fer či EM –fer také zbytečný – v Maxwellových rovnicích všechny měřitelné informace – a navíc nelze sestrojit relativistickou teorii mechanického éteru
…kočka zmizela a zůstal jen její škleb
Čtyřrozměný prostoročas
Prostor a čas včera zemřely. Žijeme v absolutno, protože jsme stvořili "Die Anschauungen über Raum und Zeit, die ich Ihnen entwickeln möchte, sind auf experimentell-physikalischem Boden erwachsen. Darin liegt ihre Stärke. Ihre Tendenz ist eine radikale. Von Stund′ an sollen Raum für sich und Zeit für sich völlig zu Schatten herabsinken und nur noch eine Art Union der beiden soll Selbständigkeit bewahren." Od této hodiny poklesly prostor o sobě a čas o sobě do říše stínů a svou autonomii si zachovává jen jejich spojení … Prostor a čas včera zemřely. Žijeme v absolutno, protože jsme stvořili věčnou, všudypřítomnou rychlost … F.T. Marinetti, Manifest futurismu Le Figaro 1909
Kausální struktura Minkowského světa ds2< 0 ds2= 0 ds2> 0 ds2 = dx2 + dy2 + dz2 - c2 dt2
Gravitace – zakřivení prostoročasu
Svět kvantové fyziky
Heisenbergův princip neurčitosti x . p h Střední kvadratické odchylky a
Dvouštěrbinový experiment