Este cunoscut faptul ca fizica descrie realitatea inconjuratoare (intreg Universul observabil) folosindu-se de un aparat matematic. 

Daca ar fi sa filozofam ne punem intrebarea: Cum ar fi daca am putea descrie intreg Universul printr-un singur set de ecuatii fizico-matematice?

O astfel de teorie a fost numita Teoria Intregului sau Teoria Totului si a fost visul lui Albert Einstein.

Cronologia catre o teorie a intregului:

-in 1928 Paul Dirac pune bazele unui aparat fizico-matematic cu ajutorul caruia prezice antimateria. Patru ani mai tarziu aceasta este descoperita experimental. Este inceputul fizicii moderne cand noi particule pot fi prezise pe cale teoretica.

-in anii '40 Richard Feynmann aplica rationamentul matematic electrodinamicii dezvoltand electrodinamica cuantica, punand bazele teoriei campului cuantic (orice particula este o vibratie a unui camp si poate fi prezisa teoretic).

-tot Richard Feynmann si altii au incercat sa cuantifice gravitatia in speranta ca vor obtine o Teorie a Intregului unind cele 4 forte ale naturii (electromagnetismul, forta nucleara tare, forta nucleara slaba si gravitatia). Au incercat sa includa gravitatia in Modelul Standard.

-singura solutie pentru o Teorie a Intregului pare sa fie Teoria Stringurilor (Teoria Corzilor) care prezice in mod natural gravitonul (cuanta campului gravitational), unificand teoretic cele 4 forte fundamentale.

-incercarile fizicii experimentale de a detecta gravitonul au fost un adevarat esec, deci nu gasim in realitatea inconjuratoare ceea ce Teoria Stringurilor prezice. 

Eforturile de a obtine in fizica o Teorie a Intregului dureaza de 100 de ani si unii fizicieni se declara invinsi spunand: Suntem pierduti in Matematica si Filozifie!

Platon spunea ca Matematica uneori este in afara spectrului nostru de intelegere.

Cuvinte cheie: teoria campului cuantic, teoria stringurilor, multivers, hiperspatiu

De fizica moderna am ajuns la Platon, un filozof grec antic.

Grecii antici sunt considerati pionierii stiintei. Inspirandu-se de la egipteni si babilonieni personaje ca Thales din Milet, Pitagora si Aristotel au pus bazele matematicii, asteronomiei si logicii. Aristotel a fost primul filozof care a pus bazele unui studiu sistematic al logicii. 

Stiinta greaca are defectele ei in sensul ca nu dadea mare atentie observatiei (verificarii experimentale), ci doar rationamentului stiintific (matematic). 

Abia la 1600, in timpul Renasterii, Galilei pune bazele stiintei experimentale (culegerea datelor din experimente, date supuse ulterior analizei matematice, rezultand teorii). De mentionat:" experimentul era inaintea teoriei".

Galilei este cunoscut pentru afirmatia: "matematica este limbajul Universului".

Apoi Newton in 1687 publica Principiile Matematice ale Filozofiei Naturale. Stiinta se numea Filozofia Naturii iar teoriile obtinute se numeau Principii Matematice.

Marea surpriza vine in 1865 cand Maxwell a demonstrat ca, campurile electrice si magnetice se deplaseaza prin spatiu cu viteza luminii. Unificarea luminii cu fenomenele electrice a dus la predictia undelor radio, unde puse in evidenta de Hertz. Maxwell este considerat primul fizician teoretician: "teoria este inaintea experimentului facand posibila predictia teoretica". 

Am inceput cu Platon si ajungem din nou la Dirac,1928, fizica teoretica moderna: predictia antimateriei.

Acest comentariu poate fi numit: intre clasicism si modernism

Matematicieni care au influentat fizica moderna:

A. Rene Decartes, secolul 17. Geometria Analitica

Fizica moderna ar fi imposibila fara geometria analitica, inventatorul acesteia fiind matematicianul, filozoful si omul de stiinta Rene Decartes, realizand puntea de legatura intre algebra si geometrie.

A inventat coordonatele carteziene facand posibila descriere realitatii geometrice (traiectorii), prin ecuatii algebrice ceea ce a dus la dezvoltarea calculului infinitezimal (baza fizicii) (Leibnitz si Newton) .

B. Lagrange si Hamilton, 1833, Mecanica Analitica (o reformulare a mecanicii clasice) care realizeaza o descriere unificata a tuturor domeniilor fizicii. Mecanica analitica a dus la dezvoltarea mecanicii cuantice moderne.

C. Maupertuis. Principiul actiunii minime

Mecanica Analitica foloseste principiul actiunii minime pentru a obtine ecuatiile de miscare din toata fizica.

Putem da o formulare filozofica: "Totul in natura functioneaza cu consum minim de energie". Matematic vorbim de calcul variational.

Acesta este ABC-ul fizicii moderne.

Fizica intre clasicism si modernism. De la idei la materializare

1. Teoria atomica

-Democrit, 400 BC, emite ipoteza conform careia materia nu poate fi divizata la nesfarsit, in final ramanand un element indivizibil, pe care l-au numit atom.

-2000 de ani mai tarziu Dalton ofera indicii experimentale ca atomul exista, Rutherford determinandu-l experimental. Dupa Rutherford a urmat toata fizica moderna (Plank, Bohr, Einstein, Schrodinger, Heisenberg ...). Daca ne plimbam prin interiorul atomului fizica pe care o aplicam este fizica cuantica (fizica microcosmosului).

2. Legea conservarii masei

-a fost propusa initial de grecii antici: "Cantitatea de materie din Univers este constanta".

-Lavoisier, 1789, descrie legea conservarii masei.

-Einstein, 1900, "Energia si masa totala dintr-un sistem ramane constanta". Energia si masa devin echivalente transformandu-se una in alta. Ex: 2 fotoni gama se pot transforma intr-un electron si un pozitron (baza teoretica pentru aceste fenomene fiind teoria campului cuantic). 

3. Simetria

-Grecii antici considerau ca in natura totul este "echilibrat", simetric.

-Pierre Curie, 1894, introduce conceptul de simetrie in fizica, un concept fundamental pentru elaborarea noilor teorii.

Exemplele pot continua, sa nu uitam ca in multe manuale (Matematica, Fizica, Chimie, Biologie, etc) gasim frecvent ecpresia: "acest lucru a fost studiat inca din antichitate" ... 

Ecuatiile lui Maxwell: o descoperire epocala

Ecuatiile lui Maxwell sunt un set de 4 ecuatii diferentiale care descriu lumea electromagnetica (modul in care campurile electrice si magnetice se propaga, cum interactioneaza intre ele si cum sunt influentate de alte obiecte).

Maxwell a luat un set de legi experimentale (legea lui Faraday, legea lui Ampere) si le-a unit intr-un set de ecuatii coerente si simetrice cunoscute ca ecuatiile lui Maxwell.

Din aceste ecuatii rezulta ecuatia undelor electromagnetice si faptul ca viteza cu care se propaga acestea este egala cu viteza luminii, concluzionand echivalenta acestora. 

Toata tehnologia secolului "20 are la baza aceste ecuatii (electromagnetismul).

Ciudata poveste a cuantei

La 1900 Plank in incercarea de a explica spectrul de emisie al corpurilor calde ajunge (pe cale clasica experiment/teorie) la concluzia ca radiatia electromagnetica este emisa in pachete de energie numite ulterior cuante de energie.

Ulterior Albert Einstein in incercarea de a explica efectul fotoelectric ajunge la aceeasi concluzie: lumina este alcatuita din pachete de energie numite fotoni.

Imediat dupa experimentele lui Rutherford, Niels Bohr pune bazele modelului atomic.

De Broglie emite ipoteza ca o particula subatomica poate fi atat unda cat si particula. Experimentele de difractie a electronilor si experimentele cu dubla fanta confirma acest lucru. Apare ciudatenia lumii cuantice dualismul unda/particula.

Schrodinger scrie o ecuatie analizand electronii ca unde (ecuatia lui Schrodinger) confirmand modelul atomic. Schrodinger a pus bazele mecanicii cuantice ondulatorii, existand si o forma matriceala elaborata de Heisenberg, cele doua formulari fiind echivalente.

Ciudatenia devine mai mare cand se deduce faptul ca o particula poate fi in acelasi timp in mai multe locuri. Un electron trece prin doua gauri in acelasi timp.

Lumea cuantica este lumea din interiorul atomilor (lumea microcosmosului) plina de ciudatenii. Lumea particulelor subatomice.

Ecuatia lui Schrodinger

Brane Cosmology

Teoria stringurilor ne spune ca tot ceea ce apare in Univers (particule) vine dintr-o baie de stringuri (corzi) de energie si membrane. Ne explica tot ceea ce exista in Univers pornind de la cauza (stringuri si membrane), fiind numita si Mecanica cuantica a Universului.

Tot teoria stringurilor prezice un multivers, fiecare Univers fiind asezat pe o membrana proprie. Ciocnirea membranelor a doua Universuri vecine poate explica Big-Bang-ul.

Teoria vine cu un model cosmologic cuantic, Brane Cosmology: toate particulele fundamentale dintr-un Univers sunt stringuri deschise care se fixeaza pe membrana Universului, exceptie facand gravitonul care este un string inchis, deplasandu-se intre Universuri. Asa se explica faptul pentru care gravitatia este o forta atat de slaba, iar gravitonul nu poate fi detectat.

In realitate aceste stringuri nu pot fi detectate, teoria stringurilor oferindu-ne doar un Univers Matematic.

Ca sa nu mai descoperim roata va redau un articol foarte interesant de pe http://www.mixdecultura.ro/, despre teoria campurilor cuantice

Ce este Universul la nivel fundamental, conform teoriei campurilor cuantice

Experimentele recente au aratat ca tarâmul subatomic este mult mai uimitor decât cel prezentat de conceptele din cele doua teorii. A trecut aproape un secol, la urma urmelor, de la fundamentarea acestora…

Mecanica cuantica ne spune ca un electron este atât particula, cât si unda si nu poti fi sigur niciodata cum se va comporta. Relativitatea ne spune ca timpul nu este absolut, distantele depind de observator si ca energia poate fi transformata în materie si invers. Aceste idei sunt înca corecte, dar sunt doar vârful aisbergului.

Fizicienii folosesc acum o clasa de teorii denumite teorii ale câmpului cuantic sau QFT (eng. quantum field theories), care au fost postulate pentru prima data la sfârsitul anilor 1920 si care s-au dezvoltat în deceniile urmatoare. QFT sunt bizare, dar unii s-au obisnuit cu ele.

Pentru a începe, sa ne gândim la electroni. Peste tot în Univers exista un câmp numit câmpul electronic. Un electron fizic nu este câmpul, ci mai degraba o vibratie localizata pe acest câmp electronic. De fapt, fiecare electron din Univers este o vibratie localizata similara a câmpului electronic.

Electronii nu sunt singurele particule care sunt vibratii localizate ale unui câmp; toate particulele sunt la fel.

Exista un câmp fotonic, un câmp al quarcurilor, un câmp gluonic, un câmp miuonic etc. Iar ceea ce noi vizualizam ca fiind particule sunt în fapt doar vibratii localizate ale acelui câmp.

Bosonul Higgs, descoperit recent, are aceeasi natura. Câmpul Higgs interactioneaza cu particulele si le da astfel acestora masa. Este dificil sa observam acest câmp direct. În schimb, furnizam energie câmpului prin coliziuni de particule si-l facem astfel sa vibreze.

Când spunem ca „am descoperit bosonul Higgs”, ar trebui sa întelegeti asa: „am generat vibratii ale câmpului Higgs si am observat aceste vibratii”.

Aceasta idee ofera o viziune complet diferita asupra modului în care functioneaza lumea subatomica. Peste tot în spatiu exista o mare varietate de câmpuri diferite, la fel cum un anumit lucru poate avea simultan miros, sunet si culoare. Ceea ce gândim ca fiind o particula este pur si simplu o vibratie a câmpului sau.

Acest lucru are consecinte semnificative asupra felului în care întelegem interactiunile dintre particule. 

De exemplu, luati în considerare un proces simplu prin care doi electroni sunt  emisi unul catre altul si sunt împrastiati. În întelegerea clasica a împrastierii, un electron emite un foton în deplasarea sa catre celalalt, ceea ce provoaca un fel de recul. Fotonul calatoreste catre celalalt electron, care, de asemenea, ar avea o miscare de recul. Este ca si cum ai avea doi oameni în doua barci; daca unul dintre ei arunca un sac în cealalta barca, atât barca celui care arunca, cât si a celui care primeste sacul vor avea o miscare de recul.

O diagrama Feynman si acelasi proces subatomic folosind teoria câmpurilor cuantice . În stânga, un câmp de fotoni vibreaza iar câmpul quarcului si câmpul gluonic sunt stationare. Când fotonul creeaza o pereche quarc – antiquarc, câmpul quarcului vibreaza, în timp ce celelalte doua câmpuri nu. În cele din urma, atunci când quarcul si antiquarcul se combina pentru a crea un gluon, numai câmpul gluonic vibreaza.

În abordarea teoriei câmpurilor cuantice, o vibratie a câmpului electronic induce o vibratie în câmpul fotonic. Vibratia câmpului fotonic transporta energia si impulsul catre o alta vibratie a electronului si este absorbita.

În procesul binecunoscut în care un foton se transforma într-un electron si un electron de antimaterie (pozitron), vibratiile câmpului fotonic sunt transferate în câmpul electronic si sunt initiate doua seturi de vibratii – una compatibila cu o vibratie a unui electron, iar cealalta în concordanta cu vibratia unui pozitron.

Aceasta idee despre câmpuri si vibratii explica modul în care Universul functioneaza la nivel fundamental.

Aceste câmpuri acopera tot spatiul. Unele câmpuri pot interactiona cu alte câmpuri, dar nu cu toate. Câmpul de fotoni, de pilda, poate interactiona cu câmpurile particulelor încarcate electric, dar nu poate „vedea” câmpurile gluonice sau neutrinice.

Pe de alta parte, un foton poate interactiona indirect cu câmpul gluonic, mai întâi generând vibratii ale quarcurilor care apoi produc vibratii gluonice. Este un fel ca atunci când doi frati certati folosesc o a treia persoana pentru a transmite mesaje.

Teoria câmpurilor cuantice reprezinta într-adevar un mod de gândire uluitor. Tot ce exista este doar o consecinta a vibratiilor câmpurilor prezente pretutindeni în Univers. Întregul Univers este format din câmpuri care genereaza o vasta „simfonie” subatomica. Fizicienii încearca sa înteleaga aceasta simfonie.

Excelent!

Introducerea conceptului de energie in Fizica

Sub aspect istoric, principiul conservarii energiei provine din mecanica. Inca Galilei l-a folosit, mai putin ca rezultat al observatiilor decat ca intuitie, si anume in forma ca viteza obtinuta la cadere ii permite corpului sa se ridice din nou pana la inaltimea initiala, insa nu mai sus. Huygens a generalizat aceasta pentru centrul de greutate al unui sistem de corpuri in cadere.

In 1695, Leibnitz i-a dat forma dupa care produsul dintre forta si drum da cresterea de "forta vie" (vis viva). Se pare ca Newton nu a acordat prea mare atentie acestei notiuni. In schimb, Johann Bernoulli vorbeste de repetate ori despre "conservatio virium vivarum" si subliniaza ca, atunci cand dispare forta vie, facultatea de a efectua un lucru nu se pierde, ci doar trece in alte forme. Leonard Euhler stia ca, la miscarea unui punct material sub unei forte centrale, forta vie este intotdeauna aceeasi daca punctul atinge o anumita distanta fata de centrul de atractie, iar pe al stiintei: intr-un sistem de puncte materiale care exercita forte centrale unul asupra altuia, forta vie depinde numai de configuratia punctelor si de functia de forta dependenta de acestea. 

Termenul de "energie" pentru forta vie a fost introdus, in 1807, de Thomas Young, cel de "lucru mecanic", in 1826, de Jean-Victor Poncelet.

Controversa Leibnitz-Newton

Inceputa in 1969, ca o disputa intre Newton si Leibnitz pe tema: "cine a inventat primul calculul infinitezimal".

Leibnitz si-a publicat munca insa sustinatorii lui Newton l-au acuzat de plagiat. Newton spunea ca a inceput sa lucreze la calcului infinitezimal inca din 1666, la doar 23 de ani, dar nu l-a publicat decat ca un apendix, 10 ani mai tarziu. Leibnitz a inceput sa lucreze la calculul infinitezimal in 1674 si l-a publicat in 1684.

Consensul modern este ca ambii au dezvoltat calculul infinitezimal, in mod independent, folosind notatii diferite.

O alta controversa o gasim pe langa Principiul actiunii minime

Principiul actiunii minime a fost intuit inca din antichitate. Euclid scria in Catoptrice: "unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie". Hero din Alexandria, mai tarziu, a aratat ca aceasta cale reprezinta: "lungimea cea mai scurta, timpul cel mai mic".

Principiul actiunii minime ii este atribuit lui Maupertuis, in 1744, cu toate ca Leonard Euler a discutat principiul in acelasi an, iar Leibnitz a facut acelasi lucru cu 39 de ani mai devreme.

Probleme de matematica din antichitate, nerezolvate 

Cvadratura cercului

Cvadratura cercului este o veche și celebră problemă de geometrie. Problema cerea să se construiască un pătrat care să aibă aceeași arie cu cea a unui cerc de rază dată, folosind doar rigla și compasul, adică doar instrumentele pe care le aveau la dispoziție geometrii antici.

În notația matematică modernă, dacă cercul are raza r, pătratul ar trebui să aibă latura de lungime . În 1882, însă, Ferdinand von Lindemann a demonstrat că π este un număr transcendent (adică nealgebric, deci care nu poate fi construit cu rigla și compasul). Din aceasta rezultă că și lungimea laturii pătratului ar trebui să fie tot un număr transcendent; ca urmare construcția este imposibilă.

Cvadratura cercului: aria cercului este egală cu cea a pătratului. În 1882 s-a demonstrat că această construcție este imposibilă doar cu rigla și compasul.

Gaurile negre au fost postulate de Laplace

Pierre-Simon, Marchiz de Laplace  a fost un matematician, astronom și fizician francez, celebru prin ipoteza sa cosmogonică Kant-Laplace, conform căreia Sistemul Solar s-a născut dintr-o nebuloasă în mișcare. A formulat ecuația Laplace și a pus la punct transformata Laplace, care apare în multe ramuri ale fizicii matematice, un domeniu în al cărui dezvoltare a jucat un rol esențial. Operatorul Laplace, utilizat pe scară largă în ecuațiile cu derivate parțiale, este, de asemenea, numit după el.

Este cunoscut ca unul dintre cei mai mari oameni de știință din toate timpurile, denumit uneori „Newton al Franței”.^[10]

A fost conte al Primului Imperiu Francez (din 1806) și marchiz din 1817, după restaurația Bourbonilor.

Laplace a fost primul om de știință care a postulat existența găurilor negre în univers și a introdus noțiunea de colaps gravitațional. Este extrem de interesantă, din perspectiva capacității de previziune, sugestia lui Laplace conform căreia „forța de atracție a unui corp ceresc poate fi atât de mare încât lumina să nu mai poată părăsi interiorul acestuia”. Deși nu era singurul adept al unei asemenea idei, care se bazează pe teoria corpusculară a luminii susținută de Newton, această anticipare a teoriei contemporane a „găurilor negre” rămâne impresionantă. Laplace a inclus-o în prima ediție a lucrării sale „Exposition du systeme du monde”, publicată în 1796. 

Relativitatea speciala si relativitatea generala a lui Albert Einstein

In incercarea de a aplica mecanica electronilor pentru a le studia miscarea, Albert Einstein a fost nevoit sa uneasca cele doua teorii (mecanica si electrodinamica) obtinand teoria relativitatii restranse.

Transformarile Galilei sunt inlocuite cu transformarile Lorentz. Consecintele transformarilor Lorentz sunt ca la viteze mari apropiate de viteza luminii, lungimile se contracta iar timpul se dilata. Totul devine relativ.

Viteza luminii in vid este o constanta iar legile fizicii raman neschimbate in toate sistemele de referinta inertiale.

Variatia masei cu viteza, ne conduce la E=mc^2, echivalenta masa energie.

In relativitatea generala, Einstein inlocuieste teoria lui Newton cu o teorie geometrica in care gravitatia devine o manifestare a curburii spatiu-timpului. De mentionat ca spatiul si timpul devin o singura entitate cu 4 dimensiuni numita spatiutimp (descris de geometria Lorentz, iar matematica spatiutimpului a fost descrisa de Minkovski).

Folosind geometria pe suprafete neeuclidiene, reuseste sa scrie o ecuatiece explica precesia periheliului lui Mercur, lucru pe care teoria lui Newton nu il putea explica. Deasemenea in 1919 in timpul unei eclipse solare demonstreaza ca spatiul este curb, confirmand teoria.

In incercarea de a unifica teoria relativitatii restranse cu mecanica cuantica, Paul Dirac scrie o ecuatie, ecuatia Dirac, corespondentul relativist al ecuatie Schrodinger. 

Aceasta ecuatie a fost un succes culminand cu predictia antimateriei si inceputul teoriei campurilor cuantice.

Relativitatea generala nu a putut fi unificata, inca, cu mecanica cuantica, gravitatia cuantica fiind o problema de actualitate in fizica.

Spectroscopia o unealta fascinanta de explorare (la nivel atomic, molecular, macro) in fizica chimie si astronomie

Spectroscopia (studiul interactiunii radiatiei electromagnetice cu substanta) a aparut odata cu prisma lui Newton. Acesta a aratat ca lumina alba poate fi descompusa in culorile care o compun (lungimile de unda).

In calea luminii puteau fi situate diferite substante, iar din modificarea spectrelor, oamenii puteau sa vada ce substanta este in proba.

De exemplu lumina soarelui poate fi descompusa iar spectrul ne da compozitia lui chimica.

Pana la 1900 spectrele erau luate ca atare, neavand o explicatie precisa. Odata cu dezvoltarea teoriei atomice si cuantice liniile spectrale au putut fi explicate ca fiind tranzitii electronice in interiorul atomilor.

Rutherford si descoperirea atomului. Modelul Rutherford

Modelul a fost dezvoltat în urma experimentelor realizate de către Hans Geiger și Ernest Marsden în anul 1909. Ei au studiat, sub îndrumarea lui Ernest Rutherford, împrăștierea particulelor α la trecerea printr-o foiță subțire din aur. Conform modelului atomic elaborat de Thomson, particulele trebuiau să fie deviate cu câteva grade la trecerea prin metal din cauza forțelor electrostatice. S-a constatat, însă, că unele dintre ele erau deviate cu unghiuri mai mari decât 90° sau chiar cu 180°. Acest fapt a fost explicat prin existența unei neuniformități a distribuției de sarcină electrică în interiorul atomului. Pe baza observațiilor efectuate, Rutherford a propus un nou model în care sarcina pozitivă era concentrată în centrul atomului, iar electronii orbitau în jurul acesteia.

Noul model introducea noțiunea de nucleu, fără a-l numi astfel. Rutherford se referea, în lucrarea sa din 1911, la o concentrare a sarcinii electrice pozitive:

"Se consideră trecerea unei particule de mare viteză printr-un atom având o sarcină pozitivă centrală N e, compensată de sarcina a N electroni."

El a estimat, din considerente energetice, că, pentru atomul de aur, aceasta ar avea o rază de cel mult 3.4 x 10^-14 metri (valoarea actuală este egală cu aproximativ o cincime din aceasta). Mărimea razei atomului de aur era estimată la 10^-10 metri, de aproape 3000 de ori mai mare decât cea a nucleului.

Rutherford a presupus că mărimea sarcinii pozitive ar fi proporțională cu masa atomică exprimată în unități atomice, având jumătate din valoarea acesteia. A obținut pentru aur o masă atomică de 196 (față de 197, valoarea actuală). El nu a făcut corelația cu numărul atomic Z, estimând valoarea sarcinii la 98 e, față de 79, unde e reprezintă sarcina electronului.

Modelul propus de Rutherford descrie nucleul, dar nu atribuie nici o structură orbitelor electronilor. Totuși, în lucrare este menționat modelul saturnian al lui Hantaro Nagaoka, în care electronii sunt aranjați pe inele.

Modelul atomic Rutherford, elaborat de Ernest Rutherford în 1911, este primul model planetar al atomului. Conform acestui model, atomul este format din nucleu, în care este concentrată sarcina pozitivă, și electroni care se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare, asemeni planetelor în Sistemul Solar.

Modelul atomic Bohr este primul model de natură cuantică al atomului și a fost introdus în anul 1913 de către fizicianul danez Niels Bohr. Acest model preia modelul planetar al lui Ernest Rutherford și îi aplică teoria cuantelor. Deși ipotezele introduse de către Bohr sunt de natură cuantică, calculele efective ale mărimilor specifice atomului sunt pur clasice, modelul fiind, de fapt, semi-cuantic. Modelul lui Bohr este aplicabil ionilor hidrogenoizi (He⁺, Li⁺², Be⁺³, etc, adică ionii care au un singur electron în câmpul de sarcină efectivă a nucleului).

Fizica atomică și moleculară este o ramură a fizicii care studiază structura atomului și interacțiunile dintre atomi și radiația electromagnetică, structura moleculei și a spectrelor moleculare, ciocnirile atomice, împrăștierea electronilor pe atomi și împrăștierea atom pe atom.

Ideea că materia se compune din particule distincte, atomi, a fost exprimată incă de vechii greci. Ipoteza atomică a căpătat pentru prima dată o dezvoltare largă în lucrările lui M.V. Lomonosov. Lomonosov a încercat să construiască toată fizica pe baza concepției că un corp chimic simplu constă dintr-un mare număr de particule individuale absolut identice, atomii. În corpurile chimice compuse rolul particulelor individuale îl joacă moleculele. Bazându-se pe legea universală a conservării materiei și mișcării, formulată de el, Lomonosov a demonstrat cel dintâi valabilitatea concepției despre mișcarea termică neîntreruptă a atomilor și a moleculelor.

De la apariția teoriei atomice s-au putut stabilii, în chimie, în baza legii proporțiilor definite și a legii proporțiilor multiple, masele relative ale atomilor, adică numerele care arată de câte ori masa unui atom dat este mai mare sau mai mică decât a unui alt atom. În prezent există și mijloace fizice de comparare a maselor atomilor individuali sau a moleculelor individuale.

Chimia cuantica. Modelul ondulatoriu al atomului (Schrodinger). Matematica moleculelor

Pornind de la conceptul ondulatoriu al electronului, Schrodinger (1926) a propus ca starea elec­tronului (avand cunoscute expresiile energiei totale E si a energie potentiale V) intr-un atom, sa fie descrisa de o functie de unda ψ, dependenta de coordonatele carteziene ale acestuia, care satis­face ecuatia atemporala:

(E-V)8π²m/h² = 0

unde: E-energia totala a electronului

V-energia potentiala a electronului

m-masa electronului

h-constanta lui Planck

Δ² – operatorul laplacian

Ecuatia mai poarta numele de „ecuatia de unda”, iar prin intermediul functiei de unda ψ, ea leaga coordonatele in spatiu ale electronului de energia acestuia in atom. Aceasta ecuatie mai poate fi formulata si in coordonate polare (r,θ,φ) sau sub forma operatoriala (H ψ=E ψ, caz in care H este operatorul hamiltonian). Ecuatia lui Schrodinger ( o ecuatie diferentiala ) poate fi rezolvata doar pentru anumite valori discrete ale energiei (E_i), numite valori proprii. Solutiile care se obtin ψ_i, se numesc functii proprii (functii care pot fi reale sau complexe). Semnificatia fizica a functiei de unda rezulta prin analogia cu unda electromagnetica. Se cunoaste ca intensitatea undelor luminoase este data de patra­tul amplitudinii undei, a carei functie de unda se obtine prin rezolvarea unei ecuatii asema­na­toare ecu­atiei de unda a lui Schrodinger. Daca consideram lumina sub aspectul ei corpuscular atunci intensitatea luminii este data de densitatea fotonilor. Deci, patratul functiei de unda masoara densitatea fotonilor intr-un anumit punct din spatiu. Prin analogie, patratul functiei de unda (oricare din solutiile ψ_i ale ecu­atiei lui Schrodinger) ψ_i² masoara densitatea de electroni din jurul nucleului. Deoarece Heisenberg a aratat limitele cuantice ale determinarii exacte a pozitiei si impulsului la scara subatomica, densitatea electronilor este redata mai corect prin probabilitatea P de a se afla intr-un anumit element de volum dV (in jurul punctului de coordonate x,y,z) (orbitalii)

Orbitalii moleculari ne permit sa reconstruim geometria unei molecule folosind matematica

În chimia cuantică, un orbital molecular (OM) reprezintă o funcție de undă ce descrie poziția electronilor în cadrul unei molecule. Această funcție matematică poate ajuta la determinarea unor proprietăți ale moleculei, precum probabilitatea de a găsi electronul într-o anumită regiune, diamagnetismul și paramagnetismul. Termenul de orbital a fost introdus de Robert S. Mulliken în 1932.

Trebuie specificat ca reconstruirea geometrica a moleculelor foloseste aproximatii.

Fizica particulelor elementare

Fizica particulelor elementare studiază constituenții fundamentali ai materiei și interacțiunile acestora. O particulă elementară este o particulă subatomică ale cărei proprietăți pot fi înțelese fără a presupune că ea ar avea o structură internă. În dezvoltarea fizicii cuantice, unele particule subatomice inițial considerate elementare s-au dovedit ulterior a avea o structură internă. Explorarea structurii materiei la scară din ce în ce mai mică a fost realizată experimental în procese de ciocnire la energii din ce în ce mai mari: fizica particulelor elementare este cunoscută și ca fizica energiilor înalte.

Rezultatele experimentale obținute și modelele teoretice elaborate în ultimele decenii ale secolului al XX-lea au fost sintetizate în modelul standard, conform căruia particule elementare sunt quarkurile și leptonii, împreună cu bosonii de calibrare (care mediază interacțiunile electromagnetică, slabă și tare). Acestora li se adaugă bosonul Higgs (postulat pentru a explica masele diferite de zero ale unor bosoni de calibrare și confirmat experimental în anul 2013). Gravitonul, postulat ca mediator al interacțiunii gravitaționale, a rămas deocamdată ipotetic și nu este inclus în modelul standard.

Chimia fizică reprezintă o ramură a chimiei care se ocupă cu studierea fenomenelor macroscopice, atomice, subatomice și particulare în sistemele chimice, în ceea ce privește legile fizice. Chimie fizică adesea folosește concepte din fizică precum mișcarea, energie, forță, timp, termodinamică, chimie cuantică, mecanică statistică, și dinamică. O denumire echivalentă este fizică chimică.

Chimia fizică este o știință macroscopică sau supramoleculară, deoarece majoritatea conceptelor pe care aceasta se bazează se preocupă mai mult cu studierea structurilor per ansamble, decât la nivel individual, precum echilibrele chimice, coloizii, etc.

Domeniul de studiu al chimiei fizice include:

• efectele forțelor intermoleculare asupra proprietăților fizice ale materialelor (plasticitatea, tensiune superficială a lichidelor, etc);


• cinetica chimică și viteza de reacție;


• natura ionilor și conductibilitatea electrică a materialelor;


• chimia suprafețelor și electrochimiea membranelor celulare.


• reacțiile celulelor electrochimice

Termenul de chimie fizică a fost propus de Mihail Lomonosov în 1752 atunci când acesta a prezentat un curs numit Introducere în chimia fizică adevărată studenților de la Universitatea din St Petersburg. Alte nume sonore care au contribuit la acest domeniu sunt Josiah Willard Gibbs, Hermann von Helmholtz.

• Termochimie;


• Cinetică chimică;


• Chimie cuantică;


• Electrochimie;


• Fotochimie;


• Chimia suprafețelor;


• Chimia solidelor;


• Spectroscopie;


• Chimie biofizică;


• Știința materialelor;


• Chimie organică fizică;


• Micromeritică
  

Ecuatia de continuitate (pentru fluide si curent electric)

Pe la 1700 fenomenele fizice erau analizate in termenii unui eter universal care umplea tot spatiul inconjurator. Astfel electricitatea se presupunea ca era generata de doua fluide (unul pozitiv celalalt negativ) care atunci cand veneau in contact se anulau rezultand o sarcina neutra. La fel magnetismul ca doua fluide aural si boreal.

Mai tarziu a fost considerat ca mediul in care se propaga lumina.

Ipoteza eterului a continuat pana in 1900 cand Michelson si Morley au invalidat existenta acestuia.

In 1746  Jean le Rond d'Alembert descopera ecuatia undelor

In 1864 Maxwell isi aduce ecuatiile la o noua forma dandu-si seama de existenta undelor electromagnetice

viteza de propagare fiind egala cu viteza luminii. 

Ecuatia care descrie intreg Universul. Ecuatia Friedmann

Numere irationale in Fizica. Principiul Antropic (argument filozofic)

In Fizica numere ca e,  π, α sunt des intalnite. α este constanta structurii fine (care este exprimata functie de alte constante) si exprima taria interactiei dintre campul electromagnetic si sarcini (cuplajul fotoni-sarcini).

Principiul antropic afirma ca, α, cu toate ca este un numar irational, are valoarea pe care o are pentru a avea materie stabila in Univers, si implicit viata. O modificare de 4 % in valoarea lui α ar face imposibila fuziunea stelara iar carbonul (atomul vietii) nu ar mai fi produs. Principiul antropic sustine teoria unui Univers foarte fin reglat pentru viata.

Spre deosebire de numerele irationale care nu sunt utilizate in fizica experimentala (fizica experimentala utilizeaza numere cu un numar finit de zecimale), numerele complexe sunt utilizate in fizica dintr-un motiv foarte simplu: simplifica calculele. Numerele complexe sunt bidimensionale avand o parte reala si una imaginara.

De exemplu in cazul curentului alternativ, cand analizam curenti ce au atat amplitudine cat si faza, putem utiliza numerele complexe pentru a include atat faza cat si amplitudinea intr-un singur numar. Utilizarea fazorilor simplifica calculele in cazul curentului alternativ.

Acelasi lucru il intalnim in cazul mecanicii cuantice cand sunt utilizate numerele complexe pentru a analiza undele asociate particulelor (amplitudine si faza).

Mecanica clasica are trei variante: Newtoniana, Lagrangeana si Hamiltoniana

Ultimele doua constituie fundamentul fizicii moderne bazata pe calcul analitic.

Daca in macanica Newtoniana avem nevoie de o intreaga ilustratie vectoriala, in mecanica analitica (Lagrangeana si Hamiltoniana) totul se rezolva analitic prin ecuatii algebrice.

Pe Jupiter şi Saturn plouă cu diamante

Saturn, Jupiter, Uranus şi Neptun ar putea fi adevărate mine de diamante. Atmosferele celor patru planete oferă condiţii perfecte pentru formarea pietrelor preţioase.

De ce spatiul si timpul sunt curbe in relativitatea generala? O demonstratie matematica intuitiva

Sa consideram reprezentarea standard din relativitatea restransa. Avem un sistem de referinta S(x,t) in repaus si un sistem S'(x', t') care se deplaseaza cu viteza v fata de S(x,t). S'(x',t') se deplaseaza accelerat fata de S(x,t) (aceasta deplasare simuleaza campul gravitational.

Scriem transformarile Lorentz x=F(x',t',v) si o rescriel sub forma x/t'=F(v), consideram x'=0 pentru simplicitate.

Diferentiem ambele parti si obtinem dx/dt'=G(v)dv. Functia G(v) este cuadratica, adica in v^2

Daca derivata este cuadratica inseamna ca functia este de genul x^3

Despre Big Bang. Cosmologie

Acum 13,7 miliarde de ani a fost o explozie energetica (energy burst) in urma careia au rezultat cantitati egale de materie si antimaterie. Existand o asimetrie materie-antimaterie, a rezultat Universul nostru material. 5% materie, 25% materie intunecata si 70% energie intunecata.

Modelul Big Bang poate fi citit in multe carti (plasma quark-gluon, protoni/electroni/neutroni, s-au format primii atomi, apoi primele stele, apoi galaxiile). Din stele a aparut carbonul, deci viata ...

Materia intunecata a fost introdusa in cadrul modelului pentru a explica stabilitatea galaxiilor iar calculele cereau mai multa masa in afara celei existente. Teoretic au fost prezise mai multe particule candidat pentru materia intunecata insa niciuna nu a putut fi detectata experimental. 

Energia intinecata, a fost introdusa pentru a explica expansiunea accelerata a Universului, insa se stiu foarte putine lucruri despre ea. O explicatie intuitiva ar fi ca in spatiul vid apar in permanenta particule materie/antimaterie, care se anihileaza in fotoni. Acest lucru ar putea crea in spatiul vid o presiune negativa, o forta, iar ca reactiune la aceasta forta apare expansiunea accelerata a Universului. 

De la eterul grecilor antici la spatiul-timp modern

Pentru grecii antici eterul reprezenta al cincilea element, chintesenta, (materialul, substanta, fluidul), care umple tot spatiul interstelar. Eterul grecilor antici explica lucruri ca propagarea luminii si gravitatia.

Spatiul-timp modern este cel care explica gravitatia prin propria curbura (relativitatea generala) iar ipoteze recente argumenteaza ca gravitatia cuantica poate fi explicata ca o proprietate intrinseca spatiu-timpului. Structura spatiu-timpului este o problema centrala care i-a preocupat pe fizicieni in ultimele decade.

Nu putem fara sa spunem cateva cuvinte despre mecanica statistica.

Cand Boltzmann a propus teoria cinetica a gazelor nu a facut decat sa puna bazele fizicii moderne (fizica atomica, mecanica cuantica). In mecanica statistica se porneste de la proprietati microscopice ale substantei si se determina proprietati macroscopice. Proprietati microscopice ca viteza medie a unei molecule, energia medie per molecula, ne ajuta sa calculam proprietati macroscopice, ca presiune si temperatura. Se arata ca temperatura nu este altceva decat o proprietate emergenta a miscarii de agitatie termica a moleculelor.

Plank, atunci cand a elaborat teoria cuantelor, prin explicarea spectrului de emisie al corpului negru, s-a folosit de distributia Boltzmann.

Stiati ca distributia moleculelor din atmosfera Pamantului este de tip Boltzmann? 

Acum daca vrem sa vorbim despre mecanica statistica si gravitatia cuantica putem face o analogie:

Asa cum temperatura corpurilor este o marime scalara datorata miscarii de agitatie termica a moleculelor constituente (temperatura este un efect emergent), tot asa gravitatia lui Einstein explicata ca fiind curbura spatiu-timpului in prezenta masei, poate fi un efect emergent al proprietatii "particulelor" ce compun spatiul-timpul.

Inul si camesa

de Ion Creanga

Inul: - stii tu, camesa draga, ce erai odata?

- Ce sa fiu? Eram ceea ce ma vezi: camesa alba, cu care se imbraca oamenii.

- Nu-i asa! Ai fost o samanta, apoi o burueana, clatinata de vant, ca toate buruenele: asa nalta, suptirea, tocmai de potriva mea; erai in cu floricica albastra, fata mea. Cand ai fost crescut si copt, cum sunt eu acum, oamenii te-au smuls din pamant, te-au legat in fuioare, te-au pus copacel si te-au lasat la soare ca sa te usuci. Dupa aceea te-au culcat pe tol si te-au batut cu bete, ca sa-ti scoata samanta; apoi batut si stalcit cum erai, te-au dus la balta si te-au pus in topitoare, unde-ai stat vro zece zile, ca sa te topesti, adeca sa-ti putrezeasca hlujul. Dupa asta, te-au scos si te-au pus iarasi la soare, ca sa te usuci, razamandu-te de gardul pe care esti intinsa acum. Fiind uscat, te-au melitat, si hlujul tau s-a prefacut in pozderie, iara cojita ta in fuior. Femeile apoi te-au ragilat, te-au periet si te-au facut fuior frumos si moale ca matasa; din fuior te-au facut caier, te-au pus in furca si au inceput a toarce, prefacandu-te in tort sau ata. Tortul l-au depanat pe raschitor, spre a-l face caleap; calepele s-au fert cu lesie, sa se inalbeasca, apoi te-au pus pe vartelnita, de pe care au inceput a le depana pe mosoare cu letca; de pe mosoare te-au urzit pe urzoi, apoi te-au luat si te-au invalit pe sulul de dinapoi, punand vergele pintre paturi, ca sa nu se hrentuiasca urzala; si fuscei pintre rost, ca sa nu se incalceasca natra. Dupa asta te-au nevedit, trecandu-te prin ite si prin spata; si, cu ajutorul slobozitorului, al zavorului si al lopatelei, te-au intins in stative, legandu-te de sulul de dinainte, de unde se incepe "gura panzei". Calepele lasate pentru batatura le-au depanat pe tevi cu sucala; apoi, punand tavile in suveica, au inceput a tese, adeca a trece batatura pintre urzala cu ajutorul talpigilor, al scriptilor si al itelor. Ca sa se indesasca firele, batatura se bate cu vatalele, intre care e asazata spata. si iaca asa te-au prefacut in panza. Cand era cald afara si frumos, femeile te-au dus la balta si te-au ghilit; apoi te-au fert cu lesie si iar te-au ghilit, pana te-ai inalbit. Cand erai alba cum trebuie, te-au uscat, te-au facut valatuc, te-au croit si au facut din tine ceea ce esti acum,



- Mica burueana, nu stiu de unde-ai mai scos atatea despre mine. Ei, draga, poate nu stii ca oamenii mai fac panza si din sora noastra canepa, si din fratele nostru bumbac, ba si din inghimpatoarea urzica mai fac un fel de panza. Dar in fabrici se tes fel de fel de panzeturi, mult mai usor si in timp mult mai scurt.

- Bre! multe mai auzi!

- Mai asteapta, ca n-am sfarsit inca. Din camesa sau rufa, peste catva timp ai sa te faci tearfa, din care se face scama pentru bolnavii din spitale si pentru soldatii raniti in batalie. Apoi te cauta, ca iarba de leac, sa faca la fabrica din tine hartie.

- Mare minune mi-ai spus, draga burueana, zise camesa. De-a fi asa, apoi toate lucrurile nu sunt ceea ce se vad, ci altaceva au fost odata, altaceva sunt acum si altaceva au sa fie.

- Tocmai asa, soro! Gardul, pe care esti tu intinsa acum, a fost altadata padure. Ce are sa fie de-acum inainte? Matasa, frunza de dud intrata in pantecele unor gandaci. Varul, ce-a fost mai inainte? Dar funiile si odgoanele? s.a.



Femeile lenese de la tara au cantecul acesta:

    Puseiu panza, cand da frunza,
    s-o gatiiu in San-Vasii
    si-mi paru ca ma grabiiu...
    si de lunga-i ca o punga
    si de lata... toata-i sparta!
    Pe sulul de dinapoi,
    O suta de latunoi,
    Pe sulul de dinainte,
    Cioprea le mai tine minte.
    Pintre ite si-ntre spata
    Paste-o iapa desalata;
    Pintre ite si fuscei
    Paste-o scroafa cu purcei.

Cum se invata gravitatia cuantica

noutatimatinale.ro

Pentru a patrunde in tainele gravitatiei cuantice, primul lucru pe care trebuie sa il facem este sa fim siguri ca stapanim mecanica cuantica si relativitatea generala. Gravitatia cuantica nu face altceva decat sa incerce sa uneasca aceste doua domenii (mecanica cuantica – lumea microscopica, si, relativitatea generala – lumea macroscopica), scopul final fiind acela de a explica gravitatia la nivel microscopic (cuantic).

Vorbind la modul general, in fizica teoretica, o teorie cuantica se obtine printr-un procedeu de cuantificare al unei teorii clasice. Procedeul de cuantificare a fost elaborat de fizicianul Paul Dirac in 1926 in teza sa de doctorat si a fost aplicat cu succes in cuantificarea electrodinamicii clasice, rezultand electrodinamica cuantica. In electrodinamica cuantica, ecuatiile obtinute in urma cuantificarii sunt pline de semnificatie fizica si sunt validate experimental, teoria bucurandu-se de un adevarat succes. Nu veti putea ajunge la gravitatia cuantica fara sa parcurgeti electrodinamica cuantica (asta pentru a fi siguri ca stapaniti aparatul matematic).

Gravitatia cuantica nu este altceva decat o aplicare a procedeului de cuantificare pentru relativitatea generala (o teorie clasica) dar ecuatiile care se obtin nu pot fi rezolvate si nu au nicio semnificatie fizica. Sunt multe teorii propuse, unele prezic gravitonul (un bozon de spin 2) ca o cerinta matematica in cadrul procedeului de cuantificare, pe de alta parte, teoria stringurilor prezice un bozon de spin 2 ca fiind o excitare a unui string inchis, lucru incurajator pentru cei care studiaza gravitatia cuantica.

Trebuie mentionat ca principalii competitori in elaborarea unei teorii a gravitatiei cuantice ii reprezinta teoria stringurilor (teoria cuantica a Universului) si gravitatia cuantica cu bucle. In timp ce teoria stringurilor inglobeaza in mod natural gravitonul ca o excitatie a unui string inchis, teoria cuantica cu bucle se focalizeaza pe cuantificarea spatiu-timpului (un fel de geometrie cuantica).

Mai trebuie mentionat ca succesul teoretic al gravitatiei cuantice il gasim in teoria stringurilor. Matematic vorbind, in cadrul teoriei se analizeaza miscarea stringurilor pe un background spatiu-timp. Folosind formalismul Lagrangean se scrie actiunea corespunzatoare acestor deplasari, iar din actiune se obtin ecuatiile clasice de miscare ale stringurilor (deplasarea centrului de masa + oscilatii). Aplicand procedeul de cuantificare acestor ecuatii, se obtin ecuatiile cuantice (oscilatiile cuantice) iar din analiza spectrului acestor oscilatii cuantice pentru stringurile inchise se identifica un bozon de spin 2, gravitonul. Partea imbucuratoare este ca pornind de la expresia cuantica a gravitonului se pot obtine ecuatiile lui Einstein din Relativitatea Generala. Deci teoria stringurilor este o teorie a gravitatiei cuantice.

Pentru a verifica experimental existenta gravitonului, cercetatorii de la Fermilab au implementat un experiment in cadrul caruia accelereaza atomi de hihrogen pe care ii ciocnesc foarte puternic. Se spera sa se obtina o ciocnire in urma careia atomii de hidrogen se descompul in particulele componenete. Analizand datele, o fractiune de energie lipsa ar putea indica existenta gravitonului in alta dimensiune.

Cercetari teoretice recente arata ca spatiu-timpul si gravitatia pot fi efecte ale inseparabilitatii cuantice ale particulelor de la suprafata corpurilor care interactioneaza gravitational si intre care evident exista un spatiu-timp. Cercetarile pornesc de la analiza entropiei gaurilor negre (si a principilului holografic) care poate fi descisa cuantic in termeni de inseparabilitate cuantica. In cadrul analizei teoretice, daca se inlatura inseparabilitatea cuantica, nu mai avem spatiu-timp. Deci … concluzia este evidenta.

Alte cercetari arata ca entropia mai poate fi folosita pentru a caracteriza constiinta umana. Ca fizician medical (biofizician si biochimist) imi pun intrebarea daca exista vreo legatura intre constiinta umana si gravitatia cuantica (?).

Pe langa fizica si gravitatie cuantica sunt si un mare admirator de povesti

A fost odată ca niciodată un covor magic. Vă recomandăm să vă așezați confortabil și să citiți în liniște, totuși nu vă pregătiți pentru o poveste orientală în adevăratul sens al cuvântului, cu prințese și prinți din Imperiul Persan, ci pentru povestirea uneia dintre cele mai mari legende din toate timpurile care a dus la nașterea unor jocuri și animații pentru copii extrem de apreciate: Covorul Zburător.

Deși cei mai mulți asociază covorul zburător cu povestea Seherezadei “Aladdin și lampa fermecată”  din 1001 de nopți, covoarele magice apar menționate în scrierilor mai multor civilizații, în diferite momente de timp din istorie. De exemplu, în manuscrisul Galland, cel mai vechi manuscris care conține primele 282 povești (din cele 1001), nu se face nicio mențiune despre aceste covoare magice.

Regele Solomon și covorul său magic

Se pare că regele Solomon al Israelului este personajul istoric asociat cu covoarele magice zburătoare și conform datelor istorice există două versiuni ale poveștii. Una dintre ele scrisă de un cărturar evreu în secolul al XIII-lea d.Hr, Ben Sherira, vorbește despre legendara regină din Sheba care avea un renumit alchimist. Acesta a reușit să îi facă reginei un covor plutitor, care reușea să stea desupra solului.

Ca semn al iubirii ei, regina din Sheba trimite către regele Solomon un covor din mătase verde, brodat cu aur și argint și împodobit cu pietre prețioase. Pentru că regele Solomon era ocupat cu construcția templului din Ierusalim, acesta i-a dat covorul unui curtean. Afectată de gestul său, regina a decis să nu mai aibă nimic de-a face cu covoarele magice, ceea ce a dus și la înlăturarea de la curtea regală a meseriașilor implicați în realizarea lor și implicit a pierderii secretelor de realizare.

Într-o altă versiune a povestirii, se spune că regele Solomon a primit covorul magic de la Dumnezeu, despre care se spunea că putea să transporte 40.000 de oameni. Însă, ca să-l pedepsească pentru orgoliul nemăsurat, Dumnezeu decide să-i ia puterea covorului ceea ce duce la prăbușirea și moartea tuturor.

Pe langa fizica si gravitatie cuantica sunt si un mare admirator de povesti

A fost odată ca niciodată un covor magic. Vă recomandăm să vă așezați confortabil și să citiți în liniște, totuși nu vă pregătiți pentru o poveste orientală în adevăratul sens al cuvântului, cu prințese și prinți din Imperiul Persan, ci pentru povestirea uneia dintre cele mai mari legende din toate timpurile care a dus la nașterea unor jocuri și animații pentru copii extrem de apreciate: Covorul Zburător.

Deși cei mai mulți asociază covorul zburător cu povestea Seherezadei “Aladdin și lampa fermecată”  din 1001 de nopți, covoarele magice apar menționate în scrierilor mai multor civilizații, în diferite momente de timp din istorie. De exemplu, în manuscrisul Galland, cel mai vechi manuscris care conține primele 282 povești (din cele 1001), nu se face nicio mențiune despre aceste covoare magice.

Regele Solomon și covorul său magic

Se pare că regele Solomon al Israelului este personajul istoric asociat cu covoarele magice zburătoare și conform datelor istorice există două versiuni ale poveștii. Una dintre ele scrisă de un cărturar evreu în secolul al XIII-lea d.Hr, Ben Sherira, vorbește despre legendara regină din Sheba care avea un renumit alchimist. Acesta a reușit să îi facă reginei un covor plutitor, care reușea să stea desupra solului.

Ca semn al iubirii ei, regina din Sheba trimite către regele Solomon un covor din mătase verde, brodat cu aur și argint și împodobit cu pietre prețioase. Pentru că regele Solomon era ocupat cu construcția templului din Ierusalim, acesta i-a dat covorul unui curtean. Afectată de gestul său, regina a decis să nu mai aibă nimic de-a face cu covoarele magice, ceea ce a dus și la înlăturarea de la curtea regală a meseriașilor implicați în realizarea lor și implicit a pierderii secretelor de realizare.

Într-o altă versiune a povestirii, se spune că regele Solomon a primit covorul magic de la Dumnezeu, despre care se spunea că putea să transporte 40.000 de oameni. Însă, ca să-l pedepsească pentru orgoliul nemăsurat, Dumnezeu decide să-i ia puterea covorului ceea ce duce la prăbușirea și moartea tuturor.

O scurta harta a matematicii

Premize:

-numararea are origini preisctorice

-egiptenii, babilonienii, grecii -primele ecuatii

-China - apar numerele negative

-India - apare numarul zero

-Imperiul Persan - prima carte de algebra

Matematica (matematica pura, matematica aplicata)

Cu toate ca unele descoperiri in matematica au avut la baza o puta curiozitate (radical -1), aceste descoperiri si-au gasit locul mai tarziu in aplicatii practice.

Matematica Pura:

-numere reale, numere rationale, numere intregi, numere reale, numere complexe

-Structura, ecuatii - Algebra

-vectori matrici - Algebra Liniara

-Teoria numerelor

-Combinatorica

-Teoria grupurilor

-Teoria ordinii

-forme - Geometrie

-tipare geometrice -Fractali

-proprietatile spatiilor -Topologie

Teoria masurarii

-Geometrie diferentiala

-Analiza matematica

-Calcul vectorial

-Sisteme dinamice

-Teoria Haosului

-Analiza complexa

Matematica aplicata

Fizica, Chimie, Biomatematica, Analiza numerica, Teoria jocurilor, Probabilitati, Statistica, Optimizare, Computer science, Machine Learning, Criptografie

Matematica folosita in Fizica

-Analiza matematica (limite, derivate, integrale)

-Calcul multivariational

-Ecuatii diferentiale

-Algebra liniara (vectori, determinanti, eigen value, transformari liniare)

-Ecuatii diferentiale partiale (ecuatiile Maxwell, ecuatia Schrodinger, ecuatia Laplace, ecuatia Poisson)

-Tensori

si alte metode de rezolvare a ecuatiilor

O scurta harta a fizicii

Fizica studiaza de la galaxii pana la particule subatomice si cuprinde trei ramuri (Fizica Clasica, Fizica Cuantica si Relativitatea

-Fizica Clasica (mecanica lui Newton, optica, electromagnetismul, mecanica fluidelor, teoria haosului, termodinamica)

-Fizica Cuantica (teoria atomica, fizica materiei condensate, fizica nucleara)

Fizica moderna (teoria stringurilor, gravitatia cuantica)

Filozofie: care sunt constituientii fundamentali ai realitatii?, liber arbitru ...

Curiozitati din istoria descoperirilor stiintifice

Hartia si matematica au fost descoperite in asia si orientul apropiat acestea fiind aduse in Europa odata cu expansiunea imperiilor islamice.

Dupa caderea imperiului Roman de Apus (aprox. 500 e.n.) Europa s-a aflat in asa numita perioada Dark Ages. Arabii au preluat scrierile grecilor le-au dezvoltat iar acestea au parvenit europenilor abia pe la 1200 dupa 700 de "ani negri". A urmat renasterea europeana si revolutia industriala.

Multe descoperiri stiintifice au fost intamplatoare:

-chibriturile au fost descoperite de un om de stiinta, care amestecand substante le-a scapat pe soba si s-au aprins

-penicilina a fost descoperita intr-un mod similat. A uitat cultura de bacterii in laborator si a plecat in vacanta iar cand a venit a gasit penicilina.

..............

Fundamentele Teoriei Caldurii

Deosebirea dintre corpuri mai calde si corpuri mai reci si egalizarea care se produce la contactul unor corpuri diferit de calde sunt cunoscute inca de experienta prestiintifica. Aceasta experienta a dus, inca inaintea cercetarii stiintifice propriu-zise, la ordonarea gradelor de calduradupa o scara unidimensionala, adica la crearea unei notiuni calitative a temperaturii, notiune cu ajutorul careia se putea vorbi, fireste, numai despre o temperatura mai ridicata sau mai scazuta, fara legatura cu conceptul de masura sau numar. Odata cu cercetarea stiintifica a aparut nevoia de a masura temperaturile cantitativ. Astfel Galileo Galilei, Evangelista Torricelli, Otto von Guericke si multi altii dintre contemporanii lor s-au straduit sa construiasca termometre: toti au pus la baza dilatarea termica a unor lichide sau gaze, cum este de cele mai multe ori cazul si astazi. Fireste, aceste termometre erau supuse multor influente perturbatoare, cum ar fi cele ale presiunii atmosferice, si dadeau deci rezultate utilizabile doar in anumite conditii. De asemenea, dificultati de ordin tehnic impiedicau concordanta termometrelor de aceeasi constructie. Cel dintai care a stiut sa infranga aceste actiuni perturbatoare si dificultati, devenind astfel parintele termometriei, este Gabriel Daniel Fahrenheit, ale carui lucrari incep in 1709. Constructia sa este cea folosita si astazi la termometrele de camera.

Mecanismul cuantic al focului:

Focul traditional de acum multe mii de ani se facea prin frecarea a doua lemne pana ce se aprindeau. Lucrul mecanic, din urma frecarii, se transforma in caldura, iar din lemn (materia organica) incep sa se desprinda atom cu atom (carbon si hidrogen). Acesti atomi reactioneaza puternic cu oxigenul atmosferic rezultand:, caldura, dioxid de carbon si apa. Lumina pe care o vedem sunt fotoni emisi in cadrul reactiei de numereoasele excitari si dezexcitari ale electronilor.

Chibriturile functioneaza pe acelasi principiu numai ca substantele folosite se aprind mult mai usor.

elementele constitutive ale nucleelor

Fizica Nucleara

Cu greu am putea gasi ceva care sa fi contribuit atat la schimbarea conceptiei noastre despre atom, ca radioactivitatea. Ea a fost descoperita de catre Henri Bequerel in februarie 1896, in cercetari legate de razele Rontgen., descoperite la inceputul lui ianuarie 1896.

Anume, dupa metoda prin care erau produse pe atunci, in tuburi de sticla, aceste raze porneau de la partile fluorescente ale peretilor vasului; asa a aparut idea ca fosforescenta sau fluorescenta ar putea fi cauza lor. In legatura cu aceasta, Bequerel, a cautat la o seama de cospuri fosforescente o radiatie penetranta, active fotografic. El n-a avut success decat cand a ajuns la o sare de uraniu, dar dupa aceea a trebuit sa recunoasca imediat ca radiatia descoperita nu este legata causal de fosforescenta. Cee ace a observat el era, cum stim astazi, actiunea unor electroni rapizi. Bequerel a stability mai departe ionizarea aeruluiprin radiatiile care porneau de la compusii de uraniu. Imediat multi savant s-au indreptat in aceasta directie. Printre savantii atrasi de noul domeniu se aflau si sotii Pierre Curie si Marie Curie. Ei au cercetat systematic, sub aspectul proprietatilor radioactive, toate elementele chimice cunoscute si au descoperit radioactivitatea la toriu si de milioane de ori mai intens la doua elemente noi, polonium si radiu. Otto Hahn descopera radiotoriul, mezotoriul si protactiniul, impreuna cu Lise Meitner, in 1917. Au fost descoperite razele alfa, beta si gama.

Povestea poate continua dar totul este in jurul transmutatiei elementelor chimice (reactii nucleare) si cee ace rezulta in urma lor (energie, particule si radiatii). Exemple practice: reactorul nuclear si bomba atomica care se invata in manualul de fizica clasa a XII-a.

Fizica nucleara a marcat sfarsitul vechii conceptii asupra indistructibilitatii si a increabilitatii atomilor chimici.

transmutatia nucleelor din care rezulta energie nucleara

Cromodinamica cuantică

În fizica teoretică, cromodinamica cuantică (CDC) este teoria interacțiunii puternice dintre cuarci și gluoni, particulele fundamentale care compun hadronii compuși cum ar fi protonul, neutronul și pionul. CDC este un tip de teorie a câmpului cuantic numită o teorie gauge non-abeliană, cu grupul de simetrie SU(3). Analogul CDC al sarcinii electrice este o proprietate numită culoare. Gluonii sunt purtătorii forței teoriei, ca și fotonii pentru forța electromagnetică în electrodinamica cuantică. Teoria este o parte importantă a modelului standard al fizicii particulelor. Un corp amplu de dovezi experimentale pentru CDC a fost adunat de-a lungul anilor.

CDC prezintă două proprietăți principale:

• Confinarea culorilor, plasmele. Aceasta este o consecință a forței constante dintre două sarcini de culoare, deoarece ele sunt separate: Pentru a crește separarea între doi cuarci într-un hadron, sunt necesare cantități tot mai mari de energie. În cele din urmă această energie produce o pereche cuarc-anticuarc, transformând inițial hadronul într-o pereche de hadroni, în loc să producă o sarcină de culoare izolată. Deși nu este dovedită analitic, confinarea culorii este bine stabilită din calculele CDC în rețea și din decenii de experimente.


• Libertatea asimptotică, o reducere constantă a rezistenței interacțiunilor dintre cuarci și gluoni, pe măsură ce scara energetică a acestor interacțiuni crește (și scala de lungime corespunzătoare scade). Libertatea asimptotică a CDC a fost descoperită în 1973 de David Gross și Frank Wilczek și independent de David Politzer în același an. Pentru această lucrare, toți trei au împărțit Premiul Nobel pentru Fizică din 2004.

Probleme nerezolvată în fizică: CDC în regim non-perturbator:

• Confinare: ecuațiile CDC rămân nesoluționate la scări de energie relevante pentru descrierea nucleelor ​​atomice. Cum conduce CDC la fizica nucleelor ​​și a constituenților nucleari?


• Problema cuarcilor: Ecuațiile din CDC prezic că o plasmă (sau supa) de cuarci și gluoni trebuie formată la temperaturi și densități ridicate. Care sunt proprietățile acestei faze a materiei?

Fiecare teorie a câmpului din fizica particulelor se bazează pe anumite simetrii ale naturii a căror existență este dedusă din observații. Acestea pot fi

• simetriile locale, care sunt simetriile care acționează independent în fiecare punct al spațiului. Fiecare astfel de simetrie este baza unei teorii gauge și necesită introducerea propriilor bosoni gauge.


• simetriile globale, care sunt simetrii ale căror operațiuni trebuie aplicate simultan în toate punctele de spațiu.

CDC este o teorie gauge a grupului gauge SU(3) obținut prin preluarea sarcinii de culoare pentru a defini o simetrie locală.

Deoarece interacțiunea puternică nu face diferența între arome diferite de cuarci, CDC are o simetrie de aromă aproximativă, care este spartă de masele diferite ale cuarcilor.

Există simetrii globale suplimentare ale căror definiții necesită noțiunea de chiralitate, discriminare între stânga și dreapta. Dacă spinul unei particule are o proiecție pozitivă pe direcția ei de mișcare, atunci se numește de stânga; în caz contrar, este de dreapta. Chiralitatea și stânga sau dreapta nu sunt același lucru, dar devin aproximativ echivalente la energii înalte.

• Simetriile chirale implică transformări independente ale acestor două tipuri de particule.


• Simetriile vectoriale (numite și simetrii diagonale) înseamnă că aceeași transformare se aplică celor două chiralități.


• Simetriile axiale sunt cele în care o transformare este aplicată pe particulele de stânga și inversă pe particulele de dreapta.

Observații suplimentare: dualitatea

Așa cum s-a menționat, libertatea asimptotică înseamnă că la o energie mare – aceasta corespunde și distanțelor scurte – nu există practic o interacțiune între particule. Acest lucru este în contrast – mai precis, se poate spune dual – cu ceea ce este obișnuit, deoarece, de obicei, se conectează absența interacțiunilor cu distanțe mari. Cu toate acestea, după cum s-a menționat deja în lucrarea inițială a lui Franz Wegner, un teoretician solid care a introdus 1971 modelele de rețea invariante gauge simple, comportamentul la temperatură ridicată a modelului original, de ex. dezintegrarea puternică a corelațiilor la distanțe mari, corespunde comportamentului la temperatură scăzută a modelului dual (de obicei ordonat!), și anume dezintegrarea asimptotică a corelațiilor netriviale, de ex. raza scurtă de la aranjamente aproape perfecte, pentru distanțe scurte. Aici, spre deosebire de Wegner, avem doar modelul dual.

Grupuri de simetrie

Grupa de culori SU(3) corespunde cu simetria locală a cărei măsurare dă naștere la CDC. Sarcina electrică etichetează o reprezentare a grupului local de simetrie U(1) care este măsurat pentru a da EDC: acesta este un grup abelian. Dacă se ia în considerare o variantă a CDC cu arome Nf de cuarci fără masă, atunci există o grupă de simetrie globală (chirală) de simetrie SUL(Nf) × SUR(Nf) × UB(1) × UA(1). Simetria chirală este ruptă spontan de către vidul CDC la vectorul (L + R)SUV(Nf) cu formarea unui condens chiral. Simetria vectorului, UB(1), corespunde numărului de barioni de cuarci și este o simetrie exactă. Simetria axială UA(1) este exactă în teoria clasică, dar ruptă în teoria cuantică, un eveniment numit anomalie. Configurațiile de câmpuri de gluoni numite instantoni sunt strâns legate de această anomalie.

Există două tipuri diferite de simetrie SU(3): există simetria care acționează asupra diferitelor culori ale cuarcilor, și aceasta este o simetrie exactă gauge mediată de gluoni, și există, de asemenea, o simetrie de aromă care rotește diferite arome de cuarci unul față de celălalt, sau aroma SU(3). Aroma SU(3) este o simetrie aproximativă a vidului CDC și nu este deloc o simetrie fundamentală. Este o consecință accidentală a masei mici a celor trei cei mai ușori cuarci.

În vidul CDC există condensări de vid ale tuturor cuarcilor a căror masă este mai mică decât scara CDC. Acestea includ cuarcii up și down și, într-o măsură mai mică, cuarcul strange, dar nu și oricare altul. Vacuumul este simetric sub rotațiile SU(2) de izospin up și down și, într-o măsură mai mică, sub rotații up, down și strange sau grup de aromă complet SU(3), iar particulele observate fac multipleți SU(3) și isospin.

Simetriile aproximative de aromă au asociate bozoni gauge, particule observate ca rho și omega, dar aceste particule nu sunt cu nimic asemănătoare gluonilor și nu sunt fără masă. Acestea sunt bozoni gauge emergenți într-o descriere aproximativă a corzilor CDC.

Lagrangieni

Dinamica cuarcilor și gluonilor este controlată de lagrangianul cromodinamic cuantic. Lagrangianul CDC invariant gauge este

LCDC = ψi(i(γμDμ)ij – mδij)ψj – GμνaGaμν/4

unde ψi(x) este câmpul cuarcilor, o funcție dinamică a spațiu-timpului, în reprezentarea fundamentală a grupei SU(3), indexată de i, j, …; Dμ este derivata covariantă gauge; γμ sunt matrici Dirac care leagă reprezentarea spinorială de reprezentarea vectorială a grupului Lorentz.

Simbolul Gμνa reprezintă tensorul intensității câmpului gluonic invariant gauge, analog cu tensorul de intensitate a câmpului electromagnetic, Fμν, în electrodinamica cuantică. Este dat de:

Gμνa = ∂μAνa – ∂νAμa + gfabcAμbAνc,

unde Aμa(x) sunt câmpurile gluonice, funcțiile dinamice ale spațiu-timpului, în reprezentarea adjoint a grupului gauge SU(3), indexat cu a, b, …; și fabc sunt constantele structurii SU(3). Rețineți că regulile de deplasare în sus sau jos a indicilor a, b sau c sunt triviale, (+, …, +), astfel încât fabc = fabc = fabc, în timp ce pentru indici μ sau ν avem normele relativiste non-triviale care corespund semnăturii metrice (+ – – -).

Variabilele m și g corespund masei cuarcului și cuplării teoriei, respectiv, care sunt supuse renormalizării.

Un concept teoretic important este bucla Wilson (numită după Kenneth G. Wilson). În CDC în rețea, termenul final al lagrangianului de mai sus este discretizat prin bucle Wilson și, în general, comportamentul buclelor Wilson poate distinge fazele confinate și deconfinate.

Cuarcii sunt fermioni de spin-1/2 masivi care poartă o sarcină de culoare. Cuarcii sunt reprezentați de câmpurile Dirac în reprezentarea fundamentală 3 a grupului gauge SU(3). Ei au, de asemenea, sarcină electrică (fie -1/3 fie +2/3) și participă la interacțiuni slabe ca parte a dubletelor isospin slabe. Ei au numere globale cuantice, inclusiv număr barionic, care este de 1/3 pentru fiecare cuarc, hipersarcină și unul din numerele cuantice de aromă.

Gluonii sunt bozoni de spin-1, care poartă și sarcini de culoare, deoarece se află în reprezentarea adjoint 8 a SU(3). Ei nu au sarcină electrică, nu participă la interacțiunile slabe și nu au nicio aromă. Se află în reprezentarea singlet 1 a tuturor acestor grupuri de simetrie.

Fiecare cuarc are propriul anticuarc. Sarcina fiecărui anticuarc este exact opusul cuarcului corespunzător.

Dinamica

Conform regulilor teoriei câmpului cuantic și diagramelor Feynman asociate, teoria de mai sus dă naștere la trei interacțiuni de bază: un cuarc poate emite (sau absorbi) un gluon, un gluon poate emite (sau absorbi) un gluon și doi gluoni pot interacționa direct. Aceasta contrastează cu EDC, în care are loc numai primul fel de interacțiune, deoarece fotonii nu au nicio sarcină. Diagramele care implică fantome Faddeev-Popov trebuie să fie luate în considerare (cu excepția gauge unitar).

Confinarea și legea zonală

Calculele detaliate cu lagrangianul menționat mai sus arată că potențialul efectiv între un cuarc și anti-cuarcul său într-un mezon conține un termen care crește proporțional cu distanța dintre cuarc și anti-cuarc (α r), care reprezintă un fel de “rigiditate” a interacțiunii dintre particulă și antiparticulele sale la distanțe mari, similar elasticității entropice a benzii de cauciuc. Aceasta conduce la confinarea cuarcilor în interiorul hadronilor, adică a mezonilor și nucleonilor, cu raze tipice Rc, corespunzătoare vechilor “modele de sac” ale hadronilor. Ordinea de mărime a “razei sacului” este de 1 fm = 10-15 m). Mai mult decât atât, rigiditatea menționată mai sus este legată cantitativ de așa-numitul comportament al “legii zonale” a valorii așteptărilor produsului BW a buclei Wilson a constantelor de cuplare ordonate în jurul unei bucle închisă W; adică produsul este proporțional cu aria cuprinsă de buclă. Pentru acest comportament, comportamentul non-abelian al grupului gauge este esențial.

Electrodinamica cuantică

Electrodinamica cuantică (EDC) este numele teoriei cuantice a forței electromagnetice. Înțelegerea EDC începe cu înțelegerea electromagnetismului. Electromagnetismul poate fi numit “electrodinamica” deoarece este o interacțiune dinamică între forțele electrice și magnetice. Electromagnetismul începe cu sarcina electrică.

Sarcinile electrice sunt sursele și câmpurile electrice. Un câmp electric este un câmp care exercită o forță asupra oricăror particule care poartă sarcini electrice, în orice punct al spațiului. Aceasta include electronul, protonul și chiar și cuarcii, printre altele. Pe măsură ce se exercită o forță, sarcinile electrice se mișcă, se produce un flux de curent și se produce un câmp magnetic. Câmpul magnetic în schimbare, la rândul său, provoacă curent electric (adesea electroni în mișcare). Descrierea fizică a particulelor încărcate în interacțiune, a curenților electrici, a câmpurilor electrice și a câmpurilor magnetice se numește electromagnetism.

În 1928, Paul Dirac a produs o teorie relativistă cuantică a electromagnetismului. Acesta a fost pionierul electrodinamicii cuantice moderne, prin faptul că a dezvoltat ingredientele esențiale ale teoriei moderne. Problema infinităților insolubile s–a dezvoltat în această teorie cuantică relativistă. Ulterior renormalizarea a rezolvat în mare măsură această problemă. Inițial privită ca o procedură provizorie de către unii dintre inițiatorii săi, renormalizarea a fost în cele din urmă adoptată ca un instrument important și consecvent în EDC și în alte domenii ale fizicii. De asemenea, la sfârșitul anilor 1940, diagramele lui Feynman au reprezentat toate posibilele interacțiuni legate de un anumit eveniment. Diagramele au arătat că forța electromagnetică este interacțiunea fotonilor între particulele care interacționează.

Deplasarea Lamb este un exemplu de predicție electrodinamică cuantică, care a fost verificată experimental. Este un efect prin care natura cuantică a câmpului electromagnetic face ca nivelurile de energie într-un atom sau ion să devieze ușor de la ceea ce altfel ar fi. Ca urmare, liniile spectrale se pot schimba sau diviza.

În mod similar, în cadrul unei unde electromagnetice care se propag[ liber, curentul poate fi de asemenea un curent de deplasare abstract, în loc să implice purtători de sarcină. În EDC, descrierea sa completă face uz de particule virtuale cu durată scurtă de viață. Acolo, EDC validează din nou un concept timpuriu, mai degrabă misterios.

În fizica particulelor, electrodinamica cuantică (EDC) este teoria relativistă a câmpului cuantic al electrodinamicii. În esență, descrie modul în care lumina și materia interacționează, și este prima teorie în care se ajunge la un acord deplin între mecanica cuantică și relativitatea specială. EDC descrie matematic toate fenomenele care implică particule încărcate electric care interacționează prin schimbul de fotoni, și reprezintă omologul cuantic al electromagnetismului clasic, oferind o explicație completă a interacțiunii dintre materie și lumină.

În termeni tehnici, EDC poate fi descrisă ca o teorie perturbativă a vidului cuantic electromagnetic. Richard Feynman a numit-o “bijuteria fizicii” pentru predicțiile extrem de precise ale unor cantități cum ar fi momentul magnetic anormal al electronului și deplasarea Lamb a nivelurilor energetice ale hidrogenului.

Viziunea lui Feynman asupra electrodinamicii cuantice

Introducere

Aproape de sfârșitul vieții sale, Richard P. Feynman a ‘inut o serie de prelegeri despre EDC destinate publicului laic. Aceste prelegeri au fost transcrise și publicate ca Feynman (1985), QED: The strange theory of light and matter, o expoziție clasică non-matematică a EDC din punctul de vedere articulat mai jos.

Componentele cheie ale prezentării lui Feynman a EDC sunt trei acțiuni de bază.

1. Un foton merge dintr-un loc și timp într-un alt loc și timp.


2. Un electron merge dintr-un loc și timp într-un alt loc și timp.


3. Un electron emite sau absoarbe un foton la un anumit loc și timp.

Aceste acțiuni sunt reprezentate într-o formă de stenogramă vizuală prin cele trei elemente de bază ale diagramelor Feynman: o linie ondulată pentru foton, o linie dreaptă pentru electron și o joncțiune a două linii drepte și una ondulată pentru un vârf reprezentând emisie sau absorbție a unui foton de către un electron. Acestea pot fi văzute în diagrama adiacentă.

Este important să nu supra-interpretați aceste diagrame. Nimic nu este implicit despre modul în care o particulă ajunge de la un punct la altul. Diagramele nu implică faptul că particulele se mișcă în linii drepte sau curbe. Ele nu implică faptul că particulele se mișcă cu viteze constante. Faptul că fotonul este adesea reprezentat, prin convenție, printr-o linie ondulată și nu una dreapt[, nu implică faptul că se crede că este mai ondulatoriu decât un electron. Imaginile sunt doar simboluri pentru a reprezenta acțiunile de mai sus: fotonii și electronii fac, într-un fel, trecerea de la un punct la altul și electronii, cumva, emit și absorbi fotoni. Teoria nu explică modul în care se întâmplă aceste lucruri, dar ne spune probabilitatea ca aceste lucruri să se întâmple în diferite situații.

Pe lângă stenograma vizuală a acțiunilor, Feynman introduce un alt tip de stenogramă pentru cantitățile numerice numite amplitudini de probabilitate. Probabilitatea este pătratul valorii absolute a amplitudinii probabilității totale, Prob. = |f(Amplitudine)|2. Dacă un foton se deplasează dintr-un loc și dintr-un punct, A – într-un alt loc și timp – în stenogramă, B – cantitatea asociată este scrisă ]n prescurtarea Feynman ca P(A to B). Cantitatea similară pentru un electron care se deplasează de la C la D este scrisă E(C to D). Cantitatea care ne spune despre amplitudinea de probabilitate pentru emisia sau absorbția unui foton este numită “j“. Acest lucru este legat de, dar nu la fel ca, sarcina măsurată a electronului “e”.

EDC se bazează pe presupunerea că interacțiunile complexe ale multor electroni și fotoni pot fi reprezentate prin potrivirea împreună a unei colecții adecvate a celor trei blocuri de mai sus, și apoi prin utilizarea amplitudinilor de probabilitate pentru a calcula probabilitatea unei astfel de interacțiuni complexe. Se pare că ideea de bază a EDC poate fi comunicată făcând presupunerea că pătratul total al amplitudinilor de probabilitate menționate mai sus (P(A to B), E(C to D) și “j“) acționează ca probabilitatea noastră de zi cu zi. (O simplificare făcută în cartea lui Feynman). Mai târziu, acest lucru va fi corectat pentru a include matematica în stil cuantic, conform lui Feynman.

Regulile de bază ale amplitudinilor de probabilitate care vor fi utilizate sunt că

a) dacă un eveniment se poate întâmpla într-o varietate de moduri diferite, atunci amplitudinea probabilității este suma amplitudinilor de probabilitate ale căilor posibile, și

b) dacă un proces implică un număr de subprocese independente, atunci amplitudinea probabilității este produsul amplitudinilor probabilității componente.

Construcții de bază

Să presupunem că începem cu un electron într-un anumit loc și timp (locul și ora în care este dată eticheta arbitrară A) și un foton la alt loc și timp (fiind dată eticheta B). O întrebare tipică din punct de vedere fizic este: “Care este probabilitatea de a găsi un electron la C (alt loc și o dată ulterioară) și un foton la D (încă un alt loc și timp)?”. Cel mai simplu proces pentru atingerea acestui scop este ca electronul să treacă de la A la C (o acțiune elementară), iar fotonul să treacă de la B la D (o altă acțiune elementară). Dintr-o cunoaștere a amplitudinilor de probabilitate ale fiecăruia dintre aceste subprocese – E(A to C) și P(B to D) – atunci ne-am aștepta să calculam amplitudinea de probabilitate a celor două evenimente prin înmulțirea lor, folosind regula b) de mai sus. Aceasta dă o simplă amplitudine estimată a probabilității globale, care este la pătrat pentru a da o probabilitate estimată.

Dar există și alte modalități prin care s-ar putea obține rezultatul final. Electronul ar putea să se deplaseze într-un loc și timp E în cazul în care absoarbe fotonul; apoi se deplasează înainte de a emite alt foton la F; apoi se deplasează la C unde este detectat, în timp ce noul foton se îndreaptă spre D. Probabilitatea acestui proces complex poate fi calculată din nou, cunoscând amplitudinile de probabilitate ale fiecărei acțiuni individuale: trei acțiuni electronice, două acțiuni fotonice și două vârfuri – o emisie și o absorbție. Ne-am aștepta să găsim amplitudinea probabilității totale prin înmulțirea amplitudinilor de probabilitate ale fiecărei acțiuni, pentru orice poziții alese E și F. Apoi, folosind regula a) de mai sus, trebuie să adunăm toate aceste amplitudini de probabilitate pentru toate alternativele pentru E și F. (Acest lucru nu este elementar în practică și implică integrarea.) Dar există și altă posibilitate, și anume că electronul se deplasează mai întâi la G unde emite un foton care merge spre D, în timp ce electronul se deplasează spre H, unde absoarbe primul foton, înainte de a trece la C. Din nou, putem calcula amplitudinea probabilității acestor posibilități (pentru toate punctele G și H). Apoi, avem o estimare mai bună pentru amplitudinea probabilității totale prin adăugarea amplitudinilor de probabilitate a acestor două posibilități la estimarea noastră inițială simplă. Numele dat acestui proces al unui foton care interacționează cu un electron în acest fel este împrăștierea Compton.

Există un număr infinit de alte procese intermediare în care tot mai mulți fotoni sunt absorbiți și/sau emiși. Pentru fiecare din aceste posibilități există o diagramă Feynman care o descrie. Aceasta presupune un calcul complex pentru amplitudinile de probabilitate care rezultă, dar cu condiția ca, cu cât diagrama este mai complicată cu atât mai puțin contribuie la rezultat, este doar o chestiune de timp și de efort să se găsească un răspuns cât mai corect dacă cineva dorește răspuns la întrebarea inițială. Aceasta este abordarea de bază a EDC. Pentru a calcula probabilitatea oricărui proces interactiv între electroni și fotoni, este o problemă de a observa mai întâi, cu diagrame Feynman, toate căile posibile în care procesul poate fi construit din cele trei elemente de bază. Fiecare diagramă implică un calcul care implică reguli definite pentru a găsi amplitudinea probabilității asociate.

Aceste scheme de bază rămân valabile atunci când se trece la o descriere cuantică, dar sunt necesare unele modificări conceptuale. Una este faptul că, în timp ce ne-am putea aștepta în viața noastră de zi cu zi să existe niște constrângeri asupra punctelor prin care se poate mișca o particulă, aceasta nu este adevărată în electrodinamica cuantică completă. Există posibilitatea ca un electron la A, sau un foton la B, să se miște ca o acțiune de bază către orice alt loc și timp din univers. Acestea include locurile la care s-ar putea ajunge doar la viteze mai mari decât cele ale luminii și, de asemenea, timpuri trecute. (Un electron care se deplasează înapoi în timp poate fi privit ca un positron care avansează în timp.)

(Feynman înlocuiește numerele complexe cu săgeți de rotire, care încep la emisie și se termină la detectarea unei particule. Suma tuturor săgeților rezultante reprezintă probabilitatea totală a evenimentului. În această diagramă, lumina emisă de sursa S se răsfrânge pe câteva segmente a oglinzii (în albastru) înainte de a ajunge la detectorul P. Se va lua în considerare suma tuturor căilor. Graficul de mai jos reprezintă timpul total petrecut pentru a traversa fiecare dintre căile de mai sus.)

Mecanica cuantică introduce o schimbare importantă în modul în care se calculează probabilitățile. Probabilitățile sunt reprezentate în continuare de numerele reale obișnuite pe care le folosim pentru probabilități în lumea noastră de zi cu zi, dar probabilitățile sunt calculate drept pătratul amplitudinilor de probabilitate. Amplitudinile de probabilitate sunt numere complexe.

Feynman evită pentru cititor matematica numerelor complexe, folosind o reprezentare simplă, dar exactă a acestora, ca săgeți pe o bucată de hârtie sau ecran. (Acestea nu trebuie să fie confundate cu săgețile diagramei Feynman, care sunt de fapt reprezentări simplificate în două dimensiuni ale unei relații între puncte în trei dimensiuni ale spațiului și una de timp.) Săgețile de amplitudine sunt fundamentale pentru descrierea lumii date de teoria cuantică. Nu s-au dat motive satisfăcătoare pentru ce sunt necesare. Dar, în mod pragmatic, trebuie să acceptăm că acestea reprezintă o parte esențială a descrierii noastre a tuturor fenomenelor cuantice. Ele sunt legate de ideile noastre de zi cu zi de probabilitate prin regula simplu că probabilitatea unui eveniment este pătratul lungimii săgeții corespunzătoare amplitudinii. Deci, pentru un anumit proces, dacă sunt implicate două amplitudini de probabilitate, v și w, probabilitatea procesului va fi dată fie de

P = |v + w|2

sau

P = |vw|2.

Regulile privind adăugarea sau multiplicarea sunt însă aceleași ca cele de mai sus. Dar unde vă așteptați să adăugați sau să multiplicați probabilitățile, adăugați sau multiplicați , în schimb, probabilitățile de amplitudine, care sunt acum numere complexe.

Adăugarea și multiplicarea sunt operații familiare în teoria numerelor complexe și sunt date în figuri. Suma se găsește după cum urmează. Lăsați începutul celei de-a doua săgeți să fie la sfârșitul primei săgeți. Suma este apoi o a treia săgeată care merge direct de la începutul primei până la sfârșitul celei de-a doua. Produsul a două săgeți este o săgeată a cărei lungime este produsul celor două lungimi. Direcția produsului se găsește prin adăugarea unghiurilor cu care fiecare dintre cele două au fost rotite în raport cu o direcție de referință: ceea ce dă unghiul cu care produsul este rotit față de direcția de referință.

Această schimbare, de la probabilități la amplitudini de probabilitate, complică matematica fără a schimba abordarea de bază. Dar această schimbare nu este încă suficientă pentru că nu ia în considerare faptul că atât fotonii, cât și electronii pot fi polarizați, ceea ce înseamnă că orientările lor în spațiu și timp trebuie luate în considerare. Prin urmare, P(A to B) constă de fapt din 16 numere complexe sau săgeți de amplitudine de probabilitate. Există, de asemenea, unele modificări minore în ceea ce privește cantitatea “j“, care poate fi rotită cu un multiplu de 90° pentru unele polarizări, care este de interes doar pentru evidența detaliată.

Asociat cu faptul că electronul poate fi polarizat este un alt detaliu mic necesar, care este legat de faptul că un electron este un fermion și respectă statisticile Fermi-Dirac. Regula principală este că dacă avem amplitudinea de probabilitate pentru un proces complex dat, care implică mai mult de un electron, atunci când vom include (așa cum trebuie întotdeauna) schema complementară Feynman în care schimbăm doar două evenimente de electron, amplitudinea rezultată este invers – negativ – față de prima. Cel mai simplu caz ar fi doi electroni pornind de la A și B care ajung la C și D. Amplitudinea ar fi calculată ca “diferența”, E(A to D) × E(B to C) – E(A to C) × E(B to D), unde ne-am fi așteptat, din ideea noastră zilnică de probabilități, că ar fi o sumă.

Propagatori

În cele din urmă, trebuie să se calculeze P(A to B) și E(C to D) corespunzând amplitudinilor de probabilitate pentru foton și, respectiv, electron. Acestea sunt în esență soluțiile ecuației Dirac care descrie comportamentul amplitudinii de probabilitate a electronului și ecuația Klein-Gordon care descrie comportamentul amplitudinii de probabilitate a fotonului. Acestea sunt numite propagatori Feynman. Translația la o notație frecvent utilizată în literatura standard este după cum urmează:

P(A to B) → DF(xB – xA), E(C to D) → SF(xD – xC)

unde un simbol, precum xA, reprezintă cele patru numere reale care dau timpul și poziția în trei dimensiuni ale punctului etichetat A.

Renormalizarea în masă

O problemă a apărut istoric care a susținut progresul timp de douăzeci de ani: deși începem cu presupunerea a trei acțiuni de bază “simple”, regulile jocului spun că dacă vrem să se calculeze probabilitatea de amplitudine pentru un electron pentru a ajunge de la A la B trebuie să ținem seama de toate căile posibile: toate posibilele diagrame Feynman cu acele puncte finale. Astfel va exista un mod în care electronul se deplasează la C, emite un foton acolo și apoi îl absoarbe din nou la D înainte de a trece la B. Sau ar putea face acest lucru de două ori sau mai mult. Pe scurt, avem o situație fractală, în care, dacă privim îndeaproape o linie, ea se descompune într-o colecție de linii “simple”, fiecare dintre care, dacă este privită îndeaproape, este la rândul său compusă din linii “simple” și așa mai departe ad infinitum. Aceasta este o situație foarte dificil de manevrat. Dacă adăugăm acel detaliu doar la lucrurile ușor modificate, atunci nu ar fi prea rău, dar dezastrul ar apare atunci când s-ar constata că corecția simplă menționată mai sus a condus la amplitudini de probabilitate infinite. În timp, această problemă a fost “fixată” prin tehnica renormalizării. Cu toate acestea, Feynman însuși a rămas nemulțumit de acest lucru, numindu-l un “proces stupid”.

Concluzii

În cadrul cadrului de mai sus, fizicienii au fost capabili să calculeze cu un grad ridicat de precizie unele dintre proprietățile electronilor, cum ar fi momentul anormal al dipolului magnetic. Cu toate acestea, după cum subliniază Feynman, aceasta nu reușește să explice total de ce particule precum electronul au masele pe care le au. “Nu există o teorie care să explice în mod adecvat aceste numere. Noi folosim numerele în toate teoriile noastre, dar nu le înțelegem – ceea ce sunt sau de unde provin acestea. Cred că, din punct de vedere fundamental, este o problemă foarte interesantă și serioasă."

Teoria coardelor

Teoria coardelor este un concept ipotetic din fizică. Termenul provine din denumirea engleză "String Theory", care ar însemna „Teoria coardelor”. Deoarece un element esențial în construcția modelului fizic este supersimetria, de multe ori Teoria coardelor este redenumită Teoria supercoardelor, dar în esență ambele denumiri semnifică același lucru.

Cu fiecare concluzie fizicienii s-au apropiat tot mai mult de momentul creării "teoriei tuturor lucrurilor", teorie care încearcă să explice existența întregului univers, în mic și mare. Albert Einstein a lăsat această căutare succesorilor săi, ea fiind de fapt miezul cercetărilor tuturor fizicienilor. Anii 1980 aduc o schimbare radicală, așa cum afirmă Burt Ovrut, profesor la Universitatea Statului Pennsylvania din University Park, Pennsylvania, USA: „Încă de când a luat naștere fizica s-a crezut că materia este făcută din particule. Acum ne-am schimbat acest punct de vedere. Acum credem că materia este făcută din coarde mici.” Așa a apărut teoria coardelor, care spune că particulele sunt de fapt coarde mici invizibile, din care emană materia precum muzica din coarde: „Dacă o ciupești (coarda) într-un anumit fel, obții o frecvență anume, dar dacă o ciupești în alt fel, poți obține mai multe frecvențe, așa ai note diferite.”(Burt Ovrut). Michio Kaku, profesor la City University din orașul New York, spune că „universul este o simfonie, iar legile fizicii sunt armonii ale unei super-coarde.”

• Până în prezent sunt cunoscute cinci modele viabile care nu au anomalii și care sunt compatibile cu un spațiu fizic cu zece dimensiuni, una temporală și nouă spațiale. Se crede că aceste cinci teorii nu reprezintă altceva decât diverse manifestări ale Teoriei M (M-theory).


• În teoria coardelor particulele elementare sunt alcătuite din coarde sau sfori aflate sub excitație. Coardele trebuie să fie întinse sub tensiune, pentru a deveni excitate, dar aceste coarde nu sunt prinse de un suport, ele plutesc în continuum-ul spațiu-timp. Tensiunea coardelor este dată de cantitatea {\displaystyle 1/(2\pi \alpha ')}, unde {\displaystyle \alpha '} este egal cu pătratul lungimii coardelor. Dacă teoria coardelor este o teorie a gravității cuantice, atunci mărimea medie a unei coarde trebuie să fie aproximativă cu lungimea Planck, care este egală cu aproximativ 10⁻³³ cm.


• Coardele pot fi închise (sunt ca o bucată de sfoară sub formă de cerc) sau deschise (ca o bucată de sfoară), cele deschise se pot închide și ele devenind închise. Aceste coarde interacționează unele cu altele în spațiu și timp rezultând particule elementare. Diferitele forme de interacțiune dintre coarde dau proprietățile fizice ale particulei.


• Pentru introducerea fermionilor in această teorie trebuie să existe o simetrie specială numită supersimetria. Supersimetria înseamnă că oricărui boson îi corespunde un fermion. Supersimetria este o simetrie, care leagă particulele elementare de un spin de alte particule care au spinul diferit cu 1/2, aceste particule fiind cunoscute drept superparteneri. Pentru fiecare tip de bosoni există un fermion specific) făcând o legătură între bosoni și fermioni. Din păcate, această supersimetrie (cuplu boson-fermion) nu a fost observată în experimente efectuate în acceleratoare de particule (acceleratoare de particule: acceleratoare liniare, ciclotron, betatron).


• Diferitele universuri din cadrul multiversului sunt uneori numite universuri paralele sau universuri alternative.

Universul nostru este format din 4 dimensiuni: înălțime, lungime, lățime și timp. Restul, până la 11 nu pot fi percepute, 6 fiind înfășurate, iar una le conține pe celelalte 10. Universul nostru se află pe o membrană infinită în lungime, dar foarte îngustă. Se presupune că atingerea dintre membrana ce conține universul nostru și cea a unui univers paralel a dus la Big Bang.

Singularitate cosmică

Pentru ca "teoria coardelor" să devină "teoria tuturor lucrurilor existente în univers", ea trebuia să explice nașterea universului, adică momentul la care s-a produs Big Bangul. Timp de zece ani fizicienii au cercetat posibilitatea celor două teorii de a se explica una pe alta, de a se completa. Rezultatele însă au fost dezastruoase, iar curând teoriile au fost aproape de autodistrugere reciprocă. Cercetătorii Big Bangului au ajuns prin extrapolare din ce în ce mai aproape de momentul crucial: mai întâi mai aproape cu un miliard de ani, apoi la momentul formării primilor atomi, apoi când universul avea numai câteva sute de mii de ani, și până la urmă la momentul când universul număra doar câteva secunde de existență. Aici fizicienii s-au confruntat cu o dificultate majoră: „Problema fundamentală a cosmologiei este că legile fizicii, așa cum sunt ele cunoscute, sunt anulate în momentul Big Bangului. Unii spun, ce e rău în asta, ce e rău dacă legile fizice se prăbușesc? Totuși, pentru un fizician aceasta este un dezastru. Toată viața ne-am dedicat faptului că universul se supune unor legi cunoscute, legi care pot fi transcrise în limbajul matematicii, dar aici avem miezul universului însuși, o piesă care însă lipsește și care transcende legile fizice.” (cf. Michio Kaku). Momentul Big Bangului mai este cunoscut și sub numele de singularitate cosmică („cosmic singularity”), adică locul unde ecuațiile își pierd sensul.

Cinci teorii ale coardelor

Până în 1995, oamenii de știință credeau că sunt 5 teorii ale supercoardelor (tipul I, tipul IIA, tipul IIB, și două versiuni ale teoriei heterotice a coardelor). Această perspectivă s-a schimbat când în 1995, Edward Witten a sugerat că cele 5 teorii erau doar cazuri izolate ale unei teorii cu 11 dimensiuni, numită Teoria M. Supoziția lui Witten era bazată pe munca unor numeroși fizicieni, printre care și Ashoke Sen, Chris Hull, Paul Townsend și Michael Duff. Anunțarea lui a dus la o agitație de documentare acum cunoscută drept a doua revoluție a supercoardelor.

Nici teoria coardelor nu a avut o soartă mai bună: din ce în ce mai mulți cercetători lucrau la ea, dar se întâmpla un lucru curios. Fizicienii au găsit o a doua versiune la teoria inițială, apoi a treia și în curând aveau să vorbească chiar despre cinci teorii diferite ale coardelor. A devenit limpede că nu acestea erau mult-căutata "teorie a tuturor lucrurilor", și că nu aveau să dea nici o soluție problemelor nerezolvate. Chiar când comunitatea oamenilor de știință se pregătea să dea uitării teoria coardelor cu tot cu cele cinci versiuni ale ei, a apărut o altă idee: supra-gravitația („super gravity”), noțiune impusă discuțiilor de către Michael Duff, profesor la Universitatea din Michigan, Ohio, SUA.

Multiversul

Termenul a fost inventat în 1895 de către filozoful și psihologul american William James. În anii 1920 fizicienii descoperă particulele elementare și cercetează proprietățile acestora. Electronii însă le rezervă o surpriză: „Când cineva studiază proprietățile atomilor descoperă că realitatea este mai stranie decât și-ar fi închipuit oricine. Particulele au într-adevăr posibilitatea, într-un anumit sens, de a se afla simultan în mai multe locuri.” (cf. Alan Guth, profesor la Institutul de Tehnologie al (statului) Massachusetts) (MIT) din Cambridge, Massachusetts, SUA. Aceasta înseamnă că particulele nu există doar în universul nostru, ci apar și în alte universuri paralele cu al nostru. Alan Guth explică: „În esență, tot ceea ce se poate întâmpla se întâmplă într-una dintre alternative, ceea ce înseamnă că suprapus peste universul cunoscut există un univers alternativ, unde Al Gore este președinte și Elvis Presley este încă în viață.” Alexander Vilenkin a realizat că dacă inflația universului nu se oprește dintr-o dată peste tot, atunci există întotdeauna o regiune a spațiului în care încă se întâmplă, prin urmare Big Bang-ul nu este un eveniment unic. Andrei Linde și Vilenkin au avansat ideea că Big Bang-uri se întâmplă mereu și noi Universuri se nasc încontinuu ducând la o expansiune eternă, la un multivers.

Este o mulțime ipotetică de mai multe universuri posibile (inclusiv universul în care ne aflăm) care împreună cuprind tot ceea ce există și poate exista: totalitatea spațiului, a timpului, materiei și a energiei, precum și constantele fizice și legile care-l descriu. Mulți cercetători cred că multiversul este doar o pistă falsă pentru fizică. Criticii multiversului susțin că acesta este pur și simplu mult prea convenabil pentru a explica lucrurile pe care nu le înțelegem- Teoria Big Bang-ului nu ne spune nimic despre ce anume a determinat extinderea rapidă a universului sau ce s-a întâmplat înainte de explozie. Răspunsurile la aceste întrebări le-ar putea da teoria multiversului. Diverse universuri dintr-un multivers sunt numite uneori universuri paralele.

Posibile dovezi ale existenței multiversului:

• valoarea ciudat de mică a energiei întunecate din universul nostru, alte valori existând în alte universuri


• în teoria coardelor există 10⁵⁰⁰ moduri în care extradimensiunile se aglomerează, fiecare posibilitate fiind caracteristică unui univers. Nu se știe încă modul în care se aglomerează dimensiunile suplimentare pentru universul nostru.


• pe baza unor modele circulare găsite în forma radiațiilor cosmice de fond unii cercetători au tras concluzia că universul nostru s-a ciocnit cu alte universuri în extindere de minim patru ori

Universuri multiple

Cea mai recentă noțiune introdusă de cercetători este cea a universului multiplu - în engleză: „multiverse” ("multivers"). Acesta „ar putea conține un număr infinit de universuri, fiecare cu legi diferite ale fizicii. Probabil că în fiecare moment au loc Big Banguri. Universul nostru coexistă cu alte membrane, alte universuri care sunt de asemenea în expansiune. S-ar putea ca universul nostru să nu fie decât un balon plutind într-un ocean de alte baloane.” (cf. Michio Kaku).

Fizicienii mai fac încă un pas înainte și își propun să creeze un univers nou în laborator. Alan Guth presupune că momentul în care vom crea universuri în pivnița casei nu este chiar atât de departe și de neconceput, iar procesul nu ar pune în pericol propriul univers în care trăim.

Unificarea teoriilor supercoardelor

În anii 1970 mulți fizicieni au devenit interesați de teoriile supra-gravitației, care aduc la un loc teoria generală a relativității cu supersimetria. În timp ce teoria generală a relativității este valabilă în orice număr de dimensiuni, supra-gravitația aduce o nouă limită de dimensiuni. În 1978 Werner Nahm a demonstrat că numărul maxim de dimensiuni spațiu-timp necesare pentru a formula o teorie supersimetrică este de 11. În același an, Eugene Cremmer, Bernard Julia și Joel Scherk de la École Normale Supérieure au demonstrat că supra-gravitația nu numai că permite până la 11 dimensiuni, dar e cea mai elegantă în acest număr de dimensiuni.

Istoria

În teoria câmpului cuantic, principalul obstacol este apariția infinităților netratabile în interacțiunile particulelor datorită posibilității unor distanțe arbitrare între particulele punctuale.^[1] Coardele, ca obiecte extinse, oferă un cadru mai bun, care permite calcule finite.^[2] Teoria coardelor face parte dintr-un un program de cercetare în care particulele punctuale din fizica particulelor sunt înlocuite de obiecte unidimensionale numite coarde. Ea descrie modul în care aceste coarde se propagă prin spațiu și interacționează una cu cealaltă. La scale de dimensiuni mai mari, o coardă arată ca o particulă obișnuită, cu masa, sarcina și alte proprietăți determinate de starea vibrațională a coardei. Una din stările vibraționale ale coardelor corespunde gravitonului, particula ipotetică din mecanica cuantică pentru forța gravitațională.^[3] Teoria coardelor se manifestă de obicei în cazul energiilor foarte mari, precum în fizica găurilor negre, cosmologia universului timpuriu, fizica nucleară și fizica materiei condensate. Teoria coardelor încearcă să unifice gravitația și fizica particulelor, iar versiunile ei ulterioare încearcă să modifice toate forțele fundamentale din fizică.^[3]

Scopul teoria coardelor a fost înlocuirea particulelor elementare cu coarde unidimensionale pentru a a se putea face unificarea fizicii cuantice și a gravității.^[4]

Programul de cercetare al teoriei coardelor se bazează pe o presupunere din 1930, conform căreia relativitatea generală seamănă cu teoria unui câmp de spin-doi fără masă, în spațiul plat minkowskian.^[5] Cuantificarea unei astfel de teroii s-a dovedit a nu fi renormalizabilă perturbativ, implicând infinități care nu pot fi eliminate. Această teorie timpurie a fost abandonată până pe la mijlocul anilor 1970, când s-a dezvoltat că o teorie a coardelor unidimensionale.

De remarcat că teoria coardelor a fost inițial dezvoltată, la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 1970, în fizica particulelor – teoria coardelor bosonice, care s-a ocupat doar de bosoni. După un succes temporar ca o teorie a hadronilor, cromodinamica cuantică a fost recunoscută drept teoria corectă a hadronilor. În 1974 Tamiaki Yoneya a descoperit că teoria prevede o particulă masivă de spin 2, considerată a fi un graviton. John Schwarz și Joel Scherk au reintrodus teoria lui Kaluza-Klein pentru dimensiunile suplimentare, a recuperat programul de bootstrap abandonat, și astfel a început programul de cercetare a teoriei coardelor în gravitația cuantică.^[6] Un exemplu tipic de revigorare a unui program de cercetare în sensul lui Lakatos (programul de bootstrap) și schimbare a direcției de cercetare a altui program (teoria coardelor) a cărui euristică, prin adăugarea unei teorii suplimentare (Kaluza-Klein), s-a dovedit mult mai utilă în altă direcție decât cea prevăzută inițial. Ulterior s-a dezvoltat în teoria supercoardelor, pe baza supersimetriei între bosoni și fermioni,^[3] apărând apoi și alte versiuni ale teoriei. La mijlocul anilor 1990 oamenii de știință s-au concentrat pe dezvoltarea unui program de cercetare unificator, o teorie în unsprezece dimensiuni sub numele de teoria M.

Povestea drobului de sare – Ion Creanga

A fost odata, cand a fost, ca, de n-ar fi fost, nu s-ar povesti.
Noi nu suntem de pe cand povestile, ci suntem mai dincoace cu vro doua trei zile, de pe cand se potcovea purecele cu nouazeci si noua de oca de fer la un picior si tot i se parea ca-i usor.
Cica era odata un om insurat, si omul acela traia la un loc cu soacra-sa. Nevasta lui, care avea copil de tata, era cam proasta; dar si soacra-sa nu era tocmai hatra.
Intru una din zile, omul nostru iese de-acasa dupa trebi, ca fiecare om. Nevasta lui, dupa ce-si scalda copilul, il infasa si-i dete tata, il puse in albie langa soba, caci era iarna; apoi il legana si-l dezmierda, pana ce-l adormi. Dupa ce-l adormi, statu ea putin pe ganduri s-apoi incepu a boci cat ii lua gura: “Aulio ! copilasul meu, copilasul meu !”
Mama ei, care torcea dupa horn, cuprinsa de spaima, zvarli fusul din mana si furca din brau cat colo si, sarind
fara sine, o intreba cu spaima:
– Ce ai, draga mamei, ce-ti este ?
– Mama, mama ! Copilul meu are sa moara !
– Cand si cum ?
– Iata cum. Vezi drobul cel de sare pe horn ?
– Il vad. Si ?
– De s-a sui mata, are sa-l tranteasca drept in capul
copilului si sa mi-l omoare!
– Vai de mine si de mine, ca bine zici, fata mea; se vede
ca i s-au sfarsit mititelului zilele !
Si, cu ochii pironiti la drobul de sare de pe horn si cu manile inclestate, de parca le leagse cineva, incepura a-l boci amandoua, ca niste smintite, de clocotea casa. Pe cand se sluteau ele, cum va spun, numai iaca si tatal copilului
intra pe usa, flamand si nacajit ca vai de el.
– Ce este! ce v-au gasit, nebunelor ?
Atunci ele, viindu-si putin in sine, incepura a-si sterge lacramile si a-i povesti cu mare jale despre intamplarea neintamplata.
Omul, dupa ce le asculta, zise cu mirare:
– Bre ! Multi prosti am vazut eu in viata mea, dar ca voi n-am mai vazut. Ma… duc in toata lumea ! Si de-oiu gasi
mai prosti decat voi, m-oiu mai intoarce acasa, iar de nu, ba.
Asa zicand, ofta din greu, iesi din casa, fara sa-si ieie ziua buna, si pleca suparat si amarat ca vai de om!
Si mergand el bezmetic, far a satie unde se duce, dupa o bucata de vreme, oprindu-se intr-un loc, i se intampla iar sa vada ceva ce nu mai vazuse: un om tinea putin un oboroc desert cu gura spre soare, apoi rapede-l insfaca si intra cu dansul intr-un bordeiu; pe urma iar iesea, si-l punea iar cu gura la soare, si tot asa facea… Drumetul nostru,
nedumerit, zise:
– Buna ziua, om bun !
– Multamesc dumitale, prietene !
– Da’ ce faci aici ?
– Ia, ma trudesc de vro doua-trei zile sa car pocitul ist de soare in bordeiu, ca sa am lumina, si nici ca-l pot…
– Bre, ce truda ! zise drumetul. N-ai vrun topor la indemana ?
– Ba am.
– Ie-l de coada, sparge ici, si soarele va intra singur inauntru.
Indata facu asa, si lumina soarelui intra in bordeiu.
– Mare minune, om bun, zise gazda. De nu te-aducea Dumnezeu pe la noi, eram sa imbatranesc carand soarele cu
oborocul.
“Inca un tont”, zise drumetul in sine si pleca.
Si mergand el tot inainte, peste catva timp ajunse intr-un sat si, din intamplare, se opri la casa unui om. Omul de gazda, fiind rotar, isi lucrase un car si-l injghebase, in casa, in toata intregimea lui; s-acum, voind sa-l scoata afara, tragea de protap cu toata puterea, dar carul nu iesea. Stiti pentru ce ? Asa: usile erau mai stramte decat carul. Rotarul voia acum sa taie usorii, spre a scoate carul. Noroc insa ca drumetul l-a invatat sa-l desfaca in toate partile lui, sa le scoata pe rand afara s-apoi iarasi
sa-l injghebeze la loc.
– Foarte multumesc, om bun, zise gazda; bine m-ai invatat ! Ia uite-te dumneata ! Era sa daram bunatate de casa din
pricina carului…
De aici, drumetul nostru, mai numarand un natarau, merse tot inainte, pana ajunse iara la o casa. Acolo, ce sa vada ?
Un om, c-un tapoiu in mana, voia s-arunce niste nuci din tinda in pod.
“Din ce in ce dau peste dobitoci”, zise drumetul in sine.
– Da’ ce framanti asa, om bun ?
– Ia, vreu sa zvarl niste nuci in pod, si tapoiul ista, bata-l scarba sa-l bata, nu-i nici de-o treaba…
– Ca degeaba te trudesti, nene ! Poti sa-l blastami cat
l-ei blastama, habar n-are tapoiul de scarba. Ai un oboroc ?
– Da’ cum sa n-am ?!
– Pune nucile intr-insul, ie-l pe umar si suie-le frumusel in pod; tapoiul e pentru paie si fan, iar nu pentru nuci.
Omul asculta, si treaba sa facu indata.
Drumetul nu zabovi nici aici mult, ci pleca, mai numarand si alt neghiob.
Apoi, de aici merse mai departe, pana ce ajunse ca sa mai vada aiurea si alta nazbatie. Un om legase o vaca cu funia
de gat si suindu-se pe-o sura, unde avea aruncat oleaca de fan, tragea din rasputeri de funie, sa urce vaca pe sura.
Vaca ragea cumplit, si el nu mai putea de ostenit…
– Mai, omule ! zise drumetul, facandu-si cruce; dar ce vrei sa faci ?
– Ce sa fac, ma-ntrebi ? Da’ nu vezi ?
– Ba vad, dar nu pricep.
– Ia, haramul ista e hamisit de foame si nu vre nici in ruptul capului sa vie dupa mine sus, pe iasta sura, sa
manance fan…
– Stai putin, crestine, ca spanzuri vaca ! Ie fanul si-l da jos la vaca !
– Da’ nu s-a irosi ?…
– Nu fii scump la tarate si ieftin la faina.
Atunci omul asculta, si vaca scapa cu viata.
– Bine m-ai invatat, om bun ! Pentr-un lucru de nimica eram cat pe ca sa-mi gatui vaca !
Asa, drumetul nostru, mirandu-se si de aceasta mare prostie, zise in sine : “Mata tot s-ar fi putut intampla sa
deie drobul de sare jos de pe horn; dar sa cari soarele in casa cu oborocul, sa arunci nucile in pod cu tapoiul si sa
tragi vaca pe sura, la fan, n-am mai gandit !”
Apoi drumetul se intoarce acasa si petrecu langa ai sai pe care-i socoti mai cu duh decat pe cei ce vazuse in
calatoria sa. S-am incalecat pe-o sea, s-am spus povestea asa.
S-am incalecat pe-o roata, s-am spus povestea toata. S-am incalecat pe-o capsuna, si v-am spus, oameni buni, o mare minciuna !!

Drumul spre o noua stiinta

De la antici la Mendel

Transformarea omului primitiv, vanator si culegator de fructe si radacini, in statornic crescator de animale si cultivator de plante, s-a realizat cu peste 10 mii de ani in urma, prin aceasta inaugurandu-se o noua indeletnicire - agricultura, care avea sa accelereze evolutia omului si progresul social multilateral. Trecerea spre noua sursa de procurare a hranei s-a realizat intr-o perioada de peste 5 mii de an, de-a lungul intregului mezolitic.

In perioada cuprinsa intre anii 8000-3000 i.e.n, graul, bobul, lintea, marul, bananul, vita de vie, smochinul, curmalul si altele se cultivau pe suprafete intinse, de asemenea, se cresteau animale erbivore mijlocii si mari (capre, oi si bovine), ultimele fiind folosite cu timpul si ca mijloc de tractiune.

Indiferent de calea pe care s-a trecut la cresterea animalelor si la cultivarea plantelor, aceste indeletniciri au necesitat un lung proces de invatare, observatii, succese, insuccese, repetari, etc si o munca istovitoare pe care omul a preferat-o, deoarece noua treapta de dezvoltare intelectuala ii permitea sa inteleaga ca agricultura prezenta o modalitate mult mai sigura si mai productiva de asigurare a hranei, a existentei.

Dintre numeroasele specii de plante si animale, care il inconjurau, omul cumostea pe cele folositoare si evita sau se apara de cele periculoase. Pornind de la formele salbatice el a selectionat si inmultit empiricnumai exemplarele care ii satisfaceau din ce in ce mai bine cerintele. Aceste mari realizari nu au fost posibile decat in urma sesizarii indivizilor care, datorita capacitatii de a se modifica (variabilitate) prezentau anumite insusiri noi. Constatand ca unele insusiri se transmit fidel de la parinti la urmasi (ereditatea) omul preistoric fixa de fapt, jaloanele celei mai dinamice ramuri ale biologiei contemporane - genetica - stiinta care studiaza fenomenele de variabilitate si ereditate, caracteristici fundamentale ale materiei vii.

Sumerienii au mers mai departe, ei au produs variabilitate pe calea hibridarii sexuate intre cal si magar, folosind ca forma-mama iapa, ei au obtinut catarul, iar cand forma paterna a fost armasarul a rezultat bardoul mult inferior catarului.Explicatia stiintifica a acestor rezultate diferite a dat-o genetica in secolul nostru. Tot sumerienii, fara a fi sesizat ca unele plante au sexe diferite, stiau ca palmierii nu fructifica, decat atunci cand in plantatie exista ambele categorii de flori. Cand observau lipsa arborilor cu flori, cunoscute astazi ca mascule, sumerienii aduceau crengute cu astfel de inflorescente si le atasau pe ramurile pomilor femeli. Astfel ei asigurau fecundatia si in egala masura variabilitatea genetica.

Mendel

După absolvirea gimnaziului din Troppau în 1840, Mendel s-a înscris la Institutul de Filozofie din Olmütz (Olomouc). La recomandarea profesorului de fizică Friedrich Franz, în 1843, Mendel intră în viața monahală la abația augustină St. Thomas din Brünn (Brno) și își schimbă prenumele din Johann în Gregor. A fost trimis la Universitatea din Viena în 1851. Acolo a studiat fizica, botanica, entomologia și paleontologia. După doi ani se reîntoarce la abație ca profesor de fizică. La mănăstire, beneficiind de un mediu favorabil aspirațiilor sale științifice, își continuă cercetările începute la Viena privind hibridizarea plantelor.

Mendel, cunoscut ca „tatăl geneticii moderne”, a fost îndrumat de ambii săi profesori de la universitate și de colegii de la mănăstire să studieze variația plantelor, executându-și cercetările în grădina mănăstirii. Între 1856-1863 a cultivat și a studiat plante de mazăre, experiențele sale ducând la generalizările ce ulterior au devenit cunoscute ca „Legile eredității lui Mendel”:

• prima lege: legea uniformității hibrizilor în prima generație (F1);


• a doua lege: legea segregării caracterelor în generația a doua (F2) sau legea purității gameților;


• a treia lege: legea asortării independente a caracterelor în generația a doua (F2).

Mendel și-a citit lucrarea „Versuche über Pflanzen-Hybriden” („Experiențe asupra hibridizării plantelor”), în 1865, la două întruniri ale Societății de Istorie Naturală din Moravia. Publicarea lucrării sale în 1866 în jurnalul societății a avut un impact slab, fiind citată doar de trei ori în următorii 35 ani.

După ce și-a completat lucrarea despre mazăre a revenit la experiențele cu albine în scopul dezvoltării cercetărilor sale privind genetica animalelor. El a produs o rasă hibridă de albine, dar nu a reușit să redea un tablou clar despre transmiterea caracterelor ereditare la albine, din cauza controlului complicat al comportării reginei albinelor. A mai descris noi specii de plante, supranumite prescurtat „Mendel”.

Pentru a împiedica autopolenizarea florii, el îi tăia staminele lăsându-i doar pistilul. Apoi, lua dintr-o altă floare polenul cu o periuță și îl transfera pe pistilul florii ale cărei stamine au fost tăiate. În felul acesta, Mendel combina caracterele a doua flori diferite pentru a scoate în evidență legitățile de moștenire ale acestora.

Biomatematica

Biomatematica este ramura biologiei, ce se ocupă cu aplicarea principiilor matematice în cadrul problemelor biologiei și medicinii. Biomatematica este aplicată larg în cadrul științelor biologice, precum:

• Genetica comparată;


• Genetica populațiilor;


• Neurobiologie;


• Biostatistică


• Citologie;


• Fiziologie;


• Farmacocinetică;


• Epidemiologie;


• Oncologie;


• Biomedicină.

Secolul 13, Fibonacci foloseste faimoasele serii fibonaci pentru a descrie cresterea unei populatii de iepuri.

Secolul 18, Bernoulli a folosit matematica pentru a descrie efectul variolei asupra populatiei umane. Malthus, descrie matematic cresterea populatiei umane.

1901, Reinke introduce termenul de biomatematica.

Exemple:

Modelarea matematica a potentialelor de actiune in sistemul nervos. Un cadru teoretic (o modelare matematica) ne permite studierea unor influente externe asupra sistemului nervos prin introducerea lor in model ca factori perturbatori. 

Modelarea matematica a unor reactii biochimice

BIOMEMBRANE EXCITABILITY STUDIED WITHIN A WIDE-BAND FREQUENCY OF AN INTERACTING EXOGENOUS ELECTRIC FIELD

• T. Luchian, B. Bancia, +1 author G. Popa


• Published 1 January 2002


• Physics


• Electromagnetic Biology and Medicine

Expression, purification, crystallization, and NMR studies of the helicase interaction domain of Escherichia coli DnaG primase.

• Karin V. Loscha, A. Oakley, B. Bancia, P. Schaeffer, Pavel Prosselkov, G. Otting, M. Wilce, N. Dixon less


• Published 1 February 2004


• Biology, Medicine


• Protein expression and purification

Revista A. Adamachi, 2001

N. Dumitrascu, T. Luchian, N. Apetroaie, B. Bancia, C. Pavel, G. Popa -“Functionalization of PMMA          surfaces by dielectric barrier discharge treatments” ‘Entropie’ – vol. 38, no239-40, pp. 168-172, 2002

In cadrul acestui studiu s-a realizat analiza polimerului PMMA, dupa tratamentul cu plasma. Microscopie cu forta atomica pentru analiza suprafetei, precum si modificarea capacitatii de stocare a sarcinii electrice pe aceasta suprafata.

Aceasta serie de eseuri stiintifice, cu relatari antice si moderne, incearca sa faca o paralela intre clasicism si modernism, intre fizica grecilor antici (o fizica mai mult calitativa bazata pe idei si judecati) si fizica moderna (odata cu Renasterea se pun bazele verificarii experimentale a ideilor calitative si apar legitatile stiintifice matematice).

De la fizica si metafizica lui Aristotel, la Galilei, Newton, Maxwell, Boltzmann, Einstein, Heisenberg, Schrodinger ...

Ca filozofie am putea spune, "de la eterul anticilor, la spatiul-timp modern", "de la ideile lui Platon, la campurile cuantice moderne". In fizica moderna, spatiul-timpul si campurile cuantice sunt concepte matematice. Ca filozofie a fizicii moderne: "Care este structura spatiul-timpului?", "Din ce sunt formate campurile cuantice?".

De asemenea sunt incluse articole personale, pentru a sublinia experienta stiintifica a autorului.

Despre autor: Bogdan Bancia

BSc in Medical Physics, Iasi, Romania. Two years co-worker within two national grants in biophysics as research student.

M.Phil in Chemistry (Biological Chemistry), Australian National University, Australia. ITwo years PhD student in Chemistry, degree enden as an M.Phil for medical reasons

Theoretical Physics (Quantum Gravity). Private study

Phisical Chemist in Biophysics/Chemical Biology. Theoretical backgroung: quantum mechanics

Selected Publications: https://www.semanticscholar.org/author/B.-Bancia/12767739

Mentiune: Un M.Phil in Australia (masterat pe cercetare), "oglindeste" un doctorat, in sensul ca trebuie sa ai publicatii (cercetare proprie), mai putin studiul teoretic avansat.

Ce este biologia cuantica?

Biologia cuantica studiaza toate procesele ce tin de fizica cuantica sau chimie teoretica referitoare la activitatea organismelor.

Aplicatii in Genetica

ADN-ul care este elementul de baza al geneticii, contine legaturi de hidrogen ale caror rupturi sau reparari implica fenomene cuantice (probabil prin tunelare cuantica).

Simturi

Majoritatea simturilor se bazeaza pe transformarea energiei provenite de la stimulii din mediu in impulsuri electrice sau biochimice. Vazul: fotoni, procese biochimice, potentiale de actiune. Simtul olfactiv: substantele odorante vibreaza cu frecvente diferite, implicand un mecanism cuantic.

Metabolism

Toate procesele metabolice se bazeaza pe transformari energetice care implica fenomene cuantice.

Fotosinteza

-fotonii stimuleaza moleculele de pigment

-absorbtia fotonilor

-diferenta de incarcare

-energie chimica

Activitate enzimatica

Efectul tunel are un efect important in procesul de respitratie celulara si in catalizarea enzimatica.

Exista unele specii de pasati care in procesul migratiei percep campul magnetic al Pamantului. Acest simt implica un mecanism cuantic foarte sensibil.

Abiogeneza (din grecescul ἀ-βίο-γένεσις, ἀ- „nu”, βίος- „viață”, γένεσις- „origine”) sau în mod informal originea vieții, este procesul natural prin care viața a apărut din materie nevie, cum ar fi compușii organici simpli. În timp ce detaliile acestui proces sunt încă necunoscute, ipoteza științifică prevalentă este că tranziția de la entități care nu trăiesc la entități vii nu a constat într-un singur eveniment, ci a fost un proces evolutiv de creștere a complexității care a presupus auto-replicarea moleculară, autoasamblare, autocataliză și apariția membranelor celulare. Deși apariția abiogenezei este necontroversată în rândul oamenilor de știință, mecanismele sale posibile sunt slab înțelese. Există mai multe principii și ipoteze despre cum s-ar fi putut produce abiogeneza.

Cercetătorii studiază abiogeneza printr-o combinație de biologie moleculară, paleontologie, astrobiologie, oceanografie, biofizică, geochimie și biochimie și urmăresc să determine modul în care reacțiile chimice anterioare vieții au dus la apariția vieții. Studiul abiogenezei poate fi geofizic, chimic sau biologic, cu abordări mai recente care încearcă sinteza tuturor celor trei, pe măsură ce viața a apărut în condiții care astăzi sunt diferite de cele de atunci de pe Pământ. Viața funcționează prin chimia de specialitate a carbonului și a apei și se bazează în mare parte pe patru familii cheie de substanțe chimice: lipide (pereți celulari grași), carbohidrați (zaharuri, celuloză), aminoacizi (metabolismul proteinelor) și acizi nucleici (ADN și ARN). Orice teorie de succes a abiogenezei trebuie să explice originile și interacțiunile acestor clase de molecule. Multe abordări ale abiogenezei investighează modul în care a apărut auto-replicarea moleculelor sau a componentelor lor. În general, cercetătorii cred că viața actuală descinde din Lumea ARN, deși este posibil ca alte molecule automultiplicate să fi precedat ARN-ul.

Experimentul clasic Miller-Urey din 1952 și cercetări similare au demonstrat că majoritatea aminoacizilor, constituenții chimici ai proteinelor utilizate în toate organismele vii, pot fi sintetizați din compuși anorganici în condiții destinate să reproducă pe cele existente pe Pământul timpuriu. Oamenii de știință au propus diverse surse externe de energie care ar fi putut declanșa aceste reacții, inclusiv fulgere și radiații. Alte abordări (ipoteze „prim-metabolism”) se concentrează pe înțelegerea modului în care cataliza în sistemele chimice de pe Pământul timpuriu ar fi putut furniza moleculele precursoare necesare auto-replicării.

Ipoteza alternativă a panspermiei  speculează că viața microscopică a apărut în afara Pământului prin mecanisme necunoscute și s-a răspândit pe Pământul timpuriu prin praf spațial și meteoriți. Se știe că moleculele organice complexe apar în Sistemul Solar și în spațiul interstelar și este posibil ca aceste molecule să fi furnizat materiale de pornire pentru dezvoltarea vieții pe Pământ. O speculație extremă este că biochimia vieții ar fi putut începe la 17 milioane de ani după Big Bang, într-o epocă locuibilă și că viața poate exista în întregul univers.

Pământul rămâne singurul loc din univers cunoscut pentru adăpostirea vieții, iar dovezi fosile de pe Pământ informează cele mai multe studii despre abiogeneză. Vârsta Pământului este de aproximativ 4,54 miliarde ani; primele dovezi indiscutabile ale vieții pe Pământ datează de acum cel puțin 3,5 miliarde de ani, și posibil încă din era Eoarhaic (între acum 3,6 și 4 miliarde de ani în urmă), după ce crusta geologică a început să se solidifice. În mai 2017, oamenii de știință au găsit posibile dovezi de viață timpurie pe uscat într-o sinterizare naturală veche de 3,48 miliarde de ani și alte depozite minerale conexe (adesea găsite în jurul izvoarelor termale și gheizerelor) descoperite în Cratonul Pilbara din Australia de Vest. Cu toate acestea, o serie de descoperiri sugerează că viața ar fi putut să apară pe Pământ chiar mai devreme. În 2017 s-au găsit microfosile sau microorganisme fosilizate în fisuri termale în rocile din Quebec, datate la o vechime între 3,77 și 4,28 miliarde de ani, sugerând posibilitatea ca viața să fi început curând după formarea oceanelor (în urmă cu 4,4 miliarde de ani). Potrivit biologului american Stephen Blair Hedges, "Dacă viața a apărut relativ repede pe Pământ ... atunci ar putea fi comună în univers". Totuși, viața extraterestră inteligentă din punct de vedere tehnic, spre deosebire de viața microbiană mai simplă la care face referire Hedges, poate fi atât de rară încât vecinii apropiați ai omenirii ar putea fi dincolo de posibilitatea de a ne contacta vreodată.

Organismul este un sistem viu (animal, plantă, microorganism) care este capabil de reproducere, creștere, evoluție și dispune de metabolism. Un organism este un sistem deschis care face schimburi de materie, energie și informație cu mediul înconjurător, este "viu" și dispune de "viață" (trăiește) o anumită perioadă limitată, care se sfârșește odată cu moartea organismului. Organism este și orice individ din cadrul unei specii.

Organismele au fost clasificate pe baza mai multor criterii. În total există peste 1 milion de specii de organisme, și, pe lângă acestea, și viruși. Astfel, organismele se clasifică în supraregnul "procariote" (cărora le lipsește nucleul celular) și supraregnul "eucariote" (care au nucleul celular). Cele eucariote la rândul lor se clasifică în regnurile "protista", "plantae" și "animalia". 

De exemplu pentru animale sursa de energie o constituie glucoza si oxigenul produse de plante, prin fotosinteza. Fotosinteza consta in absorbtia apei de catre plante si transformarea acesteia in glucoza si dioxid de carbon, sub influenta fotonilor solari. Animalele folosesc glucoza si oxigenul ca sursa de energie, eliberand dioxidul de carbon. Energia este folosita pentru crestere, regenerare, etc.

Organismele vii se afla intr-o continua simbioza, aducandu-si beneficii reciproce.

O teorie dezvoltata in ultimii zeci de ani de un grup de fizicieni sustine ca universul nostru se afla intr-o gaura neagra, toate gaurile negre pe care le vedem in universul nostru reprezinta porti catre noi universuri, si evident universul nostru trebuie sa aiba un univers parinte in care se afla gaura neagra a lui. Este ca si evolutia vietii, noi specii au aparut pe parcursul a 3,5 miliarde de ani, de la bacterii ca cele mai complexe vertebrate. Universurile sunt create in permanenta iar selectia (cum va arata noul univers, constantele universale, legile care il guverneaza, daca permite sau nu viata) se face functie de conditiile initiale (masa stelei ce colapseaza). 

iata un articol foarte interesant de pe www.scientia.ro

Şi dacă am trăi într-o gaură neagră?

Universul nostru ar putea fi într-o gaură neagră. Poate că sună ciudat, dar ar putea fi cea mai bună explicaţie privind începutul universului şi pentru ceea ce observăm noi astăzi. Este o teorie care a fost dezvoltată în ultimele zeci de ani de un grup de fizicieni.

Orice gaură neagră reprezintă un nou univers. Fizicianul Nikodem Poplawski oferă o soluţie pentru misterele cosmice.

Deşi este teoria acceptată astăzi, teoria Big Bang are mai multe probleme nerezolvate. Aceasta afirmă că universul îşi are originea într-o singularitate imposibilă - un punct extrem de mic, care conţinea materie într-o concentraţie infinită şi care s-a extins până la ceea ce ştim că este universul astăzi. Teoria inflaţiei, care afirmă că universul a avut parte de o expansiune iniţială foarte rapidă, explică multe aspecte ale dezvoltării universului, de exemplu cum s-au format corpurile cosmice şi cum au ajuns să formeze galaxii şi clustere de galaxii.

Dar aceste teorii lasă întrebări importante fără răspuns. De exemplu: ce a provocat Big Bangul? ce a generat inflaţia? care este sursa misterioasei energii întunecate care, aparent, provoacă expansiunea accelerată a Universului?

Ideea că universul nostru este conţinut într-o gaură neagră oferă răspunsuri la aceste întrebări şi la multe altele. Elimină noţiunea de singularitate, care este o imposibilitate după legile fizicii cunoscute. De asemenea, aduce laolaltă două teorii centrale al fizicii.

Prima este relativitatea generală, teoria modernă a gravitaţiei. Ea descrie universul la scară mare. Orice eveniment în univers survine ca un punct în spaţiu şi timp ori spaţiu-timp. Un obiect masiv cum este, de pildă, Soarele, distorsionează ori curbează spaţiu-timpul, ca o bilă de bowling stând pe o pânză. Curbura spaţiu-timpului generată de Soare modifică mişcarea Pământul şi a celorlalte planete care-l orbitează. Atracţia exercitată asupra planetelor ne apare ca fiind urmare a forţei gravitaţionale.

A doua teorie este mecanica cuantică, care descrie universul la scară mică, la nivelul atomului. Mecanica cuantică şi relativitatea generală sunt totuşi teorii separate; fizicienii s-au străduit să le combine într-o teorie a „gravitaţiei cuantice", pentru a descrie fenomene importante, cum ar fi comportamentul particulelor subatomice într-o gaură neagră.

O adaptare din anii '60 a relativităţii generale, denumită teoria Einstein-Cartan-Sciama-Kibble, ia în calcul efectele mecanicii cuantice. Nu doar că asigură un pas înainte pentru teoria gravitaţiei cuantice, dar, de asemenea, oferă o imagine alternativă a universului. Această variantă a relativităţii generale încorporează o importantă proprietate cuantică numită spin. Particulele, ca atomii ori electronii, au spin ori moment cinetic, care poate fi reprezentat mental ca o mișcare de rotaţie în jurul propriei axe (ca o patinatoare învârtindu-se pe gheaţă, deși această metaforă este totuși este departe de „realitate”).

În această viziune, spinul particulelor interacţionează cu spaţiu-timpul şi îi conferă o proprietate numită „torsiune". Pentru a înţelege torsiunea, vă puteţi imagina spaţiu-timpul nu ca o ţesătură în două dimensiuni, ci ca un băţ cu o singură dimensiune, dar flexibil. Curbarea băţului corespunde curbării spaţiu-timpului, iar răsucirea băţului corespunde torsiunii spaţiu-timpului. Dacă băţul este subţire, îl poţi curba, dar este greu să-ţi dai seama dacă este torsionat ori nu.

Torsiunea spaţiu-timpului ar putea fi semnificativă şi observabilă doar în universul timpuriu ori în găurile negre. În aceste condiţii extreme, spaţiu-timpul s-ar manifesta ca o forţă de respingere care contrabalansează forţa gravitaţională generată de curbarea spaţiu-timpului. Ca în versiunea standard a relativităţii generale, stelele foarte masive sfârşesc colapsând într-o gaură neagră: regiune din spaţiu din care nimic, nici măcar lumina nu poate scăpa.

Iată cum torsiunea poate juca un rol în momentele de început ale universului, într-o gaură neagră. Iniţial, atracţia gravitaţională dintre particule va depăşi forţa de respingere a torsiunii, ducând la colapsarea materiei într-o mică regiune din spaţiu. Dar, până la urmă, torsiunea va deveni foarte puternică şi va împiedica materia să se comprime şi să ajungă un punct de densitate infinită. Cu toate acestea, materia va fi într-o stare de mare densitate. Energia gravitaţională enormă generată de această stare va cauza o producţie intensă de particule, întrucât energia poate fi convertită în materie. Acest proces va creşte mai departe masa în interiorul unei găuri negre.

Numărul în creştere de particule cu spin va duce la creşterea torsiunii spaţiu-timpului. Forţa de respingere a torsiunii va opri colapsarea şi va duce la expansiune, aspect ce ar putea fi explicaţia pentru expansiunea Universului. Rezultatele acestui „recul" se potrivesc cu observaţiile asupra universului referitoare la formă, geometrie şi distribuţia masei.

În schimb, mecanismul de torsiune sugerează un scenariu uimitor: orice gaură neagră ar putea produce un nou univers în interiorul său. Dacă acest lucru este adevărat, atunci primele elemente de materie în universul nostru vin de altundeva. Aşa că universul ar putea fi interiorul unei găuri negre existând într-un alt univers. Aşa cum noi nu putea vedea ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre, niciun observator din universul-părinte nu poate vedea ce se întâmplă în universul nostru, din interiorul găurii negre.

Universul nostru ar putea fi interiorul unei găuri negre, existând într-un alt univers, univers-părinte.

Mişcarea materiei prin zona de graniţă a găurii negre, numită „orizontul evenimentelor" ar avea loc într-o singură direcţie, asigurând o direcţie a timpului pe care noi o percepem ca fiind îndreptată către viitor. Direcţia timpului din universul nostru ar fi, astfel, moştenită, prin torsiune, din universul-părinte.

Torsiunea ar putea, de asemenea, să explice dezechilibrul materie-antimaterie din univers. Din cauza torsiunii, materia s-ar dezintegra în electroni şi quarcuri, iar antimateria s-ar dezintegra în „materia întunecată", misterioasa şi invizibila formă a materiei care pare că reprezintă cea mai mare parte a materiei din univers.

În sfârşit, torsiunea ar putea fi sursa energiei întunecate, o formă misterioasă de energie prezentă peste tot în spaţiu şi care creşte rata expansiunii universului. Geometria universului, aplicând torsiunea, produce o constantă cosmologică, un fel de forţă care este cea mai simplă explicaţie pentru energia întunecată.  Astfel, expansiunea accelerată a universului poate reprezenta cea mai puternică dovadă a existenţei torsiunii.

Torsiunea asigură, astfel, fundamentele teoretice pentru un scenariu în care interiorul oricărei găuri negre devine un nou univers. De asemenea, torsiunea pare a fi un „remediu" pentru problemele majore ale teoriei gravitaţiei şi ale cosmologiei. Dar fizicienii încă au de lucru la combinarea teoriei Einstein-Cartan-Sciama-Kibble cu mecanica cuantică, pentru a avea o teorie cuantică a gravitaţiei.

Dar în timp ce rezolvă unele probleme majore, torsiunea introduce noi întrebări. De exemplu, cum putea avea informaţii despre universul-părinte şi despre gaura neagră în care universul nostru se află? Câte „straturi" de universuri-părinte există? Cum putem testa că trăim în interiorul unei găuri negre?

Ultima întrebare ar putea fi investigată: întrucât toate stele şi găurile negre se rotesc, universul nostru ar trebui să fi moştenit mişcarea de rotaţiei a găurii negre părinte ca şi „direcţie preferată". Sunt unele dovezi recente, pe baza observării a peste 15 mii de galaxii, conform cărora într-o emisferă a universului mai multe galaxii spiralate se rotesc în sensul acelor de ceasornic, iar în cealaltă emisferă mai multe astfel de galaxii se rotesc în sens contrar. Credem că includerea torsiunii în geometria spaţiu-timpului ar reprezenta un pas înainte pentru a avea o teorie cosmologică de succes.

În fizică se înțelege prin simetrie proprietatea unui sistem fizic de a-și păstra neschimbată (invariantă) starea la anumite transformări. Transformările pot fi continue (de exemplu rotație) sau discrete (de exemplu reflexie). Instrumentul matematic pentru studiul simetriilor este teoria grupurilor: grupuri Lie pentru simetriile continue, grupuri finite pentru simetriile discrete.

Aceste două instrumente, grupuri Lie și grupuri finite, stau la baza teoriilor fizicii moderne. Simetriile pot fi ușor formulate ca reprezentări ale grupurilor, ceea ce duce la simplificarea problemelor. Un exemplu important de simetrie în fizică derivă din faptul că viteza luminii este aceeași în orice sistem de referință inerțial, formulat ca principiu al teoriei relativității; ea este descrisă matematic de grupul Poincaré în spațiu-timp.

Ce am invatat eu din gravitatia cuantica?

Modelul Standard este singura teorie cuantica sustinuta de experiment (descrie electromagnetismul, forta nucleara tare, forta nucleara slaba si bozonul Higgs). Gravitatia nu este inclusa in Modelul Standard (nu exista graviton). Teoria Modelului Standard o constituie teoria campului cuantic, in cadrul careia particulele elementare (fermionii si bozonii) sunt descrise ca si campuri cuantice aflate in interactiune.

Gravitatia (si gravitonul) apare in teorii ca Supergravitatia  si Teoria Stringurilor (pentru a functiona ambele folosesc supersimetria).

Supergravitatia este o teorie de camp ce incearca sa cuantifice relativitatea generala a lui Einstein si poate fi dezvoltata in 4 dimensiuni, mai apoi putand fi extinsa pana la 11 dimensiuni. In cadrul procedeului de cuantificare (din teoria Supergravitatiei) apare un camp bozonic de etalonare de spin 2 (gravitonul, oops ... deja avem graviton).

Teoria stringurilor (superstringurilor) este o teorie care porneste de la stringuri (coarde de energie) si membrane, iar particulele fundamentale apar ca vibratii ale acestor coarde de energie. Analizand spectrul vibratiilor se obtine o gama de particule printre care si un bozon de spin 2 (gravitonul ... si din nou avem graviton). Initial teoria stringurilor cerea 26 de dimensiuni, ulterior, introducand supersimetria, numarul de dimensiuni este redus la 10. Au fost 5 versiuni ale teoriei stringurilor, carora li s-a aratat echivalenta, fiind ulterior unite intr-o singura teorie in 11 dimensiuni, numita teoria M.

Aceste teorii (Supergravitatia, Teoria Stringurilor), isi au inceputul in anii 1960 iar dupa 40 de ani de munca s-a aratat ca Supergravitatia in 11 dimensiuni reprezinta limita de energie joasa a Teorie Stringurilor in 11 dimensiuni (sunt echivalente). De fapt aceste teorii isi au originea in anul 1919 cand Kaluza a incercat sa unifice gravitatia lui Einstein cu electromagnetismul (singurele forte cunoscute la acea data), fiind nevoit sa rescrie teoria lui Einstein in 5 dimensiuni (a 5 a dimensiune fiind destinata electromagnetismului). Teoria a fost numita, teoria Kaluza - Klein (KK), a avut succes (se scrie actiunea in 5 dimensiuni, se obtin ecuatiile de miscare pentru cele doua campuri combinate (gravitational si electromagnetic), iar cand se impune o conditie matematica ecuatiilor obtinute acestea se despart in: ecuatia lui Einstein pentru gravitatie si ecuatiile lui Maxwell pentru campul electromagnetic). Unificarea a fost un success teoretic dar teoria facea unele predictii ciudate, fiind abandonata pentru urmatorii 40 de ani (pana in 1960). Si asa reancepe Supergravitatia si Teoria Stringurilor. Aceste teorii unificatoare au fost visul lui Einstein.

Teoria Supergravitatiei si Teoria Superstringurilor pot fi numite teorii ale marii unificari (unind cele 4 forte fundamentale:electromagnetica, nucleara slaba, nucleara tare si gravitatia).  

Teoriile marii unificari prezic printe altele existent multiversului, adancind misterele si caile necunoscutului. Deschid calea catre 10 la puterea 500 noi Universuri, fiecare, cu legi fizice si constant fizice, diferite. “Lungi sunt caile Domnului”.

Fizica Teoretica

Fizica Teoretica este cea mai grea ramura a fizicii. Pentru a lucra ca fizician teoretician ai nevoie de intuitive fizica (sa vezi fizica acolo unde te uiti) si maiestrie matematica (sa fii un mic maestru al matematicii). De la 1600 (de la Galilei), fizica si matematica au fost la comun (deci au o traditie comuna de 400 de ani), dar pe parcurs fizicienii si-au capatat independenta, fiind in stare sa-si lucreze singuri matematica. Au fost si fizicieni care au dezvoltat matematici (Newton, analiza matematica). Exista situatii, cand un fizician teoretician, in incercarea de a elabora un model mathematic, se impotmoleste la rezolvarea unei ecuatii nou aparute si evident cere ajutorul unui matematician.

Spre exemplu, intr-un laborator de biostiinte gasim (biomatematician, biofizician, biochemist si biolog), sau colaborari intre departamentele lor.

In principiu toti fizicienii devin si teoreticieni dupa o anumita perioada de experienta. Fie ca sunt biofizicieni, fizicieni medicali, fizicieni informaticieni, fizicieni, fizicieni tehnologi, fizicieni chimisti, etc (toti au in comun modului de baza de fizica de 2 ani, dupa care se specializeaza pe domeniile lor), vor avea nevoie sa-si elaboreze propriile modele matematice, avand nevoie de aptitudini de fizician teoretician.

Nu putem sa nu oferim o imagine a unui fizician teoretician, Albert Einstein, omul secolului XX, avand contributii in toate domeniile fizicii. Einstein, a fost un om dedicat fizicii si a avut intuitia fizica (vedea fizica acolo unde se uita). Asa a pus bazele teoriei relativitatii speciale si generale, punand de fapt bazele fizicii moderne. A fost si un om modest. Pe foarte multi i-a contrazis ca nu este bine ceea ce fac (in fizica evident), ceilalti ii demonstrau ca este bine, si de fiecare data isi cerea scuze public. 

Ciudateniile mecanicii cuantice

Vedem foarte multe articole pe internet despre popularizarea mecanicii cuantice iar din titlul articolului cu siguranta nu lipseste cuvantul ciudatenii...

Cuvantul este folosit pe buna dreptate pentru ca mecanica cuantica este cu adevarat ciudata. (particulele sunt atat particule cat si pachete de unda, dualismul unda-corpuscul).

Imaginati-va ca jucati un tenis la zid si mingea trece prin zid. Dupa mine nu este ceva normal, dar in mecanica cuantica se intampla acest lucru cu electronii care pot sa treaca prin bariere de potential mari (prin care nu ar trebui sa treaca). Explicatia este ca electronul se transforma intr-un pachet de unde, trece prin bariera de potential, dupa care redevine electron. Lucrul este real si poate fi descris matematic.

Apoi tot in mecanica cuantica, un electron se afla in mai multe locuri in acelasi timp, lucru care poate fi explicat tot apeland la descrierea matematica ondulatorie a electronului.

Apoi fenomenul cu adevarat ciudat este acela in care un electron se comporta ca particula cand este observat si ca unda cand este neobservat (masurarea in fizica cuantica).

Nu mai spunem de inseparabilitatea cuantica, pe care Einstein a numit-o “actiune infricosatoare la distanta”, care are inca multe necunoscute. Imaginati-va ca atingem doi electroni, dupa care unul il punem pe Soare iar celalalt pe Pamant. Experimental se constata ca intre ei se pastreaza interactiunea cuantica (fenomen cunoscut ca inseparabilitate cuantica). Pe baza acestui fenomen fizica teleporteaza fotoni, iar unele pasari foloesc acest principiu pentru a se orienta dupa campul magnetic in timpul migratiei.

Ideea este ca nu se stie cum se transmite aceasta interactiune, intrucat se pare ca se transmite practice instantaneu, iar fizica noastra spune ca viteza maxima de interactiune este viteza luminii (cu toate ca viteza este mare lumina ajunge de la Soare la Pamant in 8 minute si 20 de secunde, si nu instantaneu). Deci in fizica cuantica este si taram neexplorat.

De grecii antici (cand stiintele erau cunoscute ca un singur domeniu “Filozofia Naturii”), la epoca moderna (cand stiintele devin “Stiintele Naturale”).

De la Grecii antici cand totul eta filozofie si pana la Newton, stiintele erau cunoscute ca un domeniu distinct, si anume “Filozofia Naturii”. De fapt, Newton, cand a publicat principiile mecanicii, le-a publicat sub titlul “Principiile Matematice ale Filozofiei Naturii”, deci fizica era un set de principii matematice cu care era descrisa natura (physis, in limba greaca inseamna natura, studiul naturii).

Biologia (in limba greaca, studiul vietii), Geografia (il limba greaca, sa scrii despre Pamant), Geologia (in limba greaca, studiul Pamantului), Meteorologie (in limba greaca, studiul lucrurilor din inaltimile aerului), Matematica (in limba greaca, a invata, a cunoaste), Chimie (in limba greaca, turnat la un loc … colectie de atomi).

Științele naturale sunt științe care au ca obiect de studiu natura și înțelegerea fenomenelor naturale. Acest termen distinge domeniile care folosesc metoda științifică pentru a studia natura, de științele sociale care o folosesc pentru a cerceta comportamentul uman și societatea omenească și de științele formale care folosesc altă metodologie.

Științele naturale pot fi împărțite în două ramuri principale: științe ale vieții (sau biologie) și științe fizice. Aceste ramuri ale științelor naturii sunt împărțite în mai multe ramuri specializate suplimentare (de asemenea cunoscute sub numele de domenii), fiecare dintre acestea fiind cunoscută ca „științe naturale”. Principalele domenii ale științelor naturale sunt incluse în astronomie, biologie, chimie, fizică și grupul științelor Pământului (din care fac parte geografia, geologia, ecologia etc.).

Matematica este considerata Regina Stiintelor, apoi urmeaza Fizica (materie, energie, spatiu si timp), Chimia, Biologia. In zilele noastre, aceste stiinte devin greu de separat, in sensul ca fizica teoretica devine din ce in ce mai mult matematica, despre chimie putem spune ca este fizica atomilor si moleculelor, iar Biologia se foloseste de toate trei pentru a explica multe din procesele vietii. Deci fizicianul devine mai mult matematician, chimistul devine mai mult fizician, iar biologul le foloseste pe toate trei. Nu este de mirare ca vedem atata interdisciplinaritate (fizician matematician, fizician chimist, biochimist, biofizician, biomatematician, etc.

Pe de alta parte avem Stiintele Pamantului, ca Geologia care foloseste (Matematica, Fizica, Chimia si Biologia) pentru a explica structura si dinamica rocilor si a placilor tectonice, etc. Aici apar domenii interdisciplinare ca Geofizica si Geochimia. In sol avem microorganisme si alte vietuitoare deci este o stiinta interdisciplinata si cu biologia. Apoi Meteorologia, care foloseste (Matematica, Fizica, Chimia) pentru a explica compozitia si dinamica atmosferei terestre. In atmosfera sunt si munte microorganisme, deci si biologie. Aici putem da un exemplu de stiinta, biofizica ecosistemelor, in cadrul caruia avem o analiza cantitativa a fluxului de materie si energie intre biosfera (totalitatea vietuitoarelor care traiect in simbioza) si mediul inconjurator (Pamant si Atmosfera, si Spatiu). Plantele folosesc energia Solara, apa si dioxidul de carbon pe care le transforma in glucoza necesara celorlalte vietuitoare. Putem vorbi de un ciclu al carbonului in Natura.

Sunt multe stiinte interdisciplinare, nu avem timp sa le enumeram pe toate dar trebuie sa le primim cu bucurie pentru noile contributii aduse stiintelor naturii.

Replici hazlii intre fiziceni celebri

Cand s-au pus bazele mecanicii cuantice ondulatorii de catre Schrodinger, electronul devenea un pachet de unde iar acesta se putea afla in mai multe locuri in acelasi timp. Acest lucru este cunoscut in fizica ca „superpozitia cuantica”. Matematica arata ca electronul descris ca un pachet de unde se poate afla in mai multe locuri in acelasi timp cu o anumita probabilitate. Deci teoria este probabilistica, dar confirmata experimental (deci corecta).

Einstein l-a contrazis pe Schrodinger spunandu-i ca: „Dumnezeu nu joaca zaruri”. Bohr asistand la discutie si sustinand teoria ondulatorie i-a spus: „Nu-i spune tu lui Dumnezeu ce sa faca”.

Pe baza acestor interpretari a fost dezvoltata teoria campului cuantic in cadrul careia particulele sunt excitatii ale acestor campuri.

Cum se facea scoala in perioada Renasterii

Se studia latina, greaca, logica, morala, matematica si metafizica, apoi fiecare isi algea domeniile in care vor sa lucreze.

Rene Decartes (1595-1650) – studiind pe acest sistem ajunge filozof si matematician. In fizica introduce sistemul de coordonate cartezian punand bazele calculului analitic in fizica (si a geometriei analitice).

Joseph Louis Lagrange (1736-1813), ajunge matematician, fizician si astronom. In fizica pune bazele mecanicii analitice (formalismul Lagrange).

William Rowan Hamilton (1805-1865), matematician, fizician, astronom. Pune bazele mecanicii analitice (Formalismul Hamilton).

Nu am ales intamplator aceste 3 nume. Ultimele doua sunt exemple de matematicieni-fizicieni, de fapt fizicieni teoreticieni (Lagrange si Hamilton) care prin puterea lor de generalizare si simplificare a metodelor matematice folosite in fizica, au transformat mecanica lui Newton care era plina de vectori si multa geometrie, in formule analitice simple. Au simplificat lucrurile, de la o multime de vectori si calcule complicate, la o singura formula. Aceasta metoda este folosita si astazi in fizica moderna.

Salarii in Fizica

Daca incepem cu Aristotel si avand in vedere ca a fost tutorele personal al lui Alexandru cel Mare, putem sa ne imaginam ca nu a dus lipsa de nimic si nu putem sa-i estimam salariul. De fapt majoritatea invatatilor din Grecia antica proveneau din familii foarte instarite si nu aveau probleme financiare.

In evul mediu cercetarile si studiile erau finantate de familiile aristocrate, de regalitate si de clerici. Si aici ne putem imagina ca nu duceau mari lipsuri.

De la 1600 cand apar scolile, in scolile publice profesorii (cu o pregatire minima) aveau echivalentul la un salariu mediu pe economie, in timp ce profesorii universitari aveau echivalentul la 2-3 salarii medii pe economie. Lagrange avea echivalentul a 4 salarii medii pe economie, Kepler, Maxwell aveau echivalentul a 2 salarii medii pe economie, in timp ce Hamilton avea 3. In plus aveau mosii, mosteniri ...

Pe la 1900 cand s-au pus bazele mecanicii cuantice, majoritatea fizicienilor (profesori universitari) care au lucrat in acea perioada aveau echivalentul a 3 salarii medii pe economie.

Henry Cavendish (1731-1810). Omul care a cantarit Pamantul

Era la baza fizician si chimist, este cunoscut pentru descoperirea hidrogenului, sinteza apei si pentru celebrul experiment in care realizeaza o balanta de torsiune (masoara forta gravitationala dintre doua mase, determina constanta gravitationala, si calculeaza masa Pamantului. Cartea dedicata lui: „Henry Cavendish – Omul care a cantarit Pamantul”.

Cavendish era un om foarte bogat, anual avand venituri de 80000 de lire. In clipa mortii, Cavendish avea 1157000 de lire in diverse valori si proprietati si 50000 de lire bani lichizi o suma enorma la acea vreme. Cavendish era capabil si de gesture generoase. Afland ca un mic nobil sarac (care il ajutase pe Cavendish la clasificarea bibliotecii personale) trebuie sa se retraga la tara din lipsa de bani, i-a trimis o suma de 10000 de lire, o mica avere la acea vreme.

Cavendish a murit avandu-l la capatai pe servitorul lui. I-a dat acestuia instructiuni ca dupa ce moare sa mearga sa cheme rudele.

Antoine Lavoisier (1743-1794) . Chimistul care a ordonat toata chimia intr-o singura carte

Nobil fraccez: chimist, filozof si economist

A clasificat substantele anorganice oxizi, baze, acizi, saruri. A elaborat o lista a tuturor elementelor chimice cunoscute si a enuntat legea conservarii masei substantelor.

Lavoisier a fost decapitat pe ghilotina de revolutionarii francezi fiind acuzat de "participarea intr-o conspiratie impotriva poporului francez"

La polul opus avem fizicieni ca Newton care provenea dintr-o familie de fermieri, Faraday care era copil de fierar, Watt care provenea si el dintr-o familie modesta. Dar contributiile lor au fost remarcabile, Newton prin teoria gravitatiei pune bazele viziunii mecaniciste si apare ideea unui Univers mecanicist alcatuit din particule. Faraday prin descoperirea inductiei electromagnetice, pune bazele descoperirii motoarelor si a producerii curentului. Watt, inventatorul motorului, care nu mai necesita comentarii.

Am ales doar trei exemple, dar in istoria scrisului si a educatiei care incepe cu scribii, este mentionat ca ei proveneau din toate paturile sociale, deci scoala a fost un mix social din cele mai vechi timpuri.

Daca in antichitate gradul de alfabetizate era de 1%, apoi in inperiul Roman de 20%, in zilele noastre s-a ajuns la un grad de alfabetizare de 100%, scoala devenind un bun comun, fiecare om avand acces sa citeasca ceea ce il intereseaza.

Mecanica cuantica vine in casele noastre in fiecare seara

Becul electric este cel mai bun exemplu de comportament cuantic. Filamentul este incalzit, aplicandu-i-se o tensiune alternativa. Tensiunea aplicata filamentului face ca electronii din interiorul acestuia sa oscileze, si orice sarcina care oscileaza emite fotoni (lumina). Electronul care oscileaza si emite fotoni (lumina) se afla pe “taramul mecanicii cuantice”, “fizica microcosmosului”. Randamentul unui bec electric este de 10%, avand in vedere ca energia necesara incalzirii filamentului are o proportie de 90%. Deci 10% lumina, 90% caldura.

Becurile LED, o jonctiune pn semiconductor, in cadrul caruia fotonii sunt emisi la recombinarea electronilor cu golurile la interfata jonctiunii au un randament mult mai mare, de pana la 10 ori mai mare.

Matematica este un limbaj universal iar stiinta este un produs Global

Istoria scrisa incepe in Mesopotamia acum 5000 de ani (conform datelor arheologice). Aici gasim cunostinte de astronomie, matematica si scrieri religioase.

Aceste cunostinte au fost transmise Egiptului antic care a fost o alta mare civilizatie. Cunoastem vestitele piramide si aici se banuieste ca a aparut cultul imortalitatii. Alte civilizatii care au existat in paralel au fost China antica, India antica. Civilizatiile americane nu erau inca cunoscute.

La toate aceste civilizatii gasim in comun: dezvoltarea calendarului, matematica de baza, scrieri matematice pentru tinerea unor contabilitati si scrieri religioase si filozofice.

Grecii antici se banuieste ca au luat contact cu toate aceste civilizatii, au sistematizat si dezvoltat toate cunostintele in scrierile lor, punand bazele stiintei. Grecii antici au fost la baza filozofi.

Romanii au preluat cultura grecilor si au dus-o mai departe inca cateva sute de ani (limba oficiala in stiinta devine greaca si latina, limbile clasice).

Dupa caderea Imperiului Roman de Apus, scrierile grecilor au fost preluate de Imperiul Islamic care ajungea prin nordul Africii pana in Spania. Arabii i-au studiat pe greci si au dezvoltat foarte mult matematica. Tot arabii, au adus in Europa hartia din China, care a usurat transmiterea informatiei prin intermediul cartilor.

Pe la 1200, matematica araba si scrierile grecilor, ajung din nou la europeni, stiinta se dezvolta, culminand cu revolutia industriala si epoca moderna stiintifica. De mentionat, inventia tiparului pe la 1500 care duce la o larga raspandire a informatiei prin intermediul cartilor si intemeierea multor scoli.

Observam ca fiecare parte a Globului a avut contributii la aparitia stiintei.

Christiaan Huygens (1629-1695), primul fizician teoretician, fondatorul domeniului matematica-fizica

 matematician, fizician, astronom, inventator

A avut contributii in optica si mecanica (singurele domenii cunoscute la acea data), producerea electricitatii nu era inca cunoscuta. A demonstrat formula pendulului si a realizat un ceas cu pendul, a demonstrat formula pentru forta centripeta si centrifuga, legile ciocnirii elastice si teoria naturii luminii. Era un sustinator al teoriei ondulatorii a luminii, in contradictie cu Newton care sustinea natura corpusculara a luminii.

A fost primul care a inventat (idealizat) probleme de fizica, pornind de la un set de parametri, ii analiza matematic si determina necunoscuta. Poate fi privit ca primul fizician teoretician si fondator al domeniului fizica-matematica.

Pana la 16 ani si-a facut educatia acasa cu un tutore privat apoi a plecat la universitate fiind insotit tot de un tutore privat (avea o situatie financiara buna). Dupa terminarea studiilor isi amenajeaza un laborator pe propria mosie (la vremea aceea nu era nevoie decat de un telescop, si alte dispozitive minore) avand unele contributii in astronomie. Tine corespondente cu Galilei, Decartes, Newton, Leibnitz si altii. Mai tarziu participa public in alte activitati.

Ca sa facem o paranteza, putem sa-l mentionam pe fizicianul Oersted, care si el a avut contributii importante in fizica prin descoperirea campului magnetic din jurul unui conductor parcurs de curent electric, rezultate care au stat la baza cercetarilor lui Faraday si descoperirea producerii curentului electric. Tatal lui Oersted, avea o farmacie (mijloace materiale modeste), iar acesta (Oersted) nu isi permitea sa frecventeze permanent scoala si a fost nevoit sa invete singur, uneori apeland la un tutore privat. Deci tutorele privat era angajat si de cei cu mijloace materiale modeste.

In evul mediu universitatile din Europa nu impuneau conditie de admitere pentru studenti, situatia financiara sociala. Erau acceptati si saraci si bogati. Studentii saraci erau numiti pauperi si de cele mai multe ori erau scutiti de la taxe.

"Si mustele sunt bune la ceva"

Asa se intituleaza povestea lui Rene Decartes care a descoperit coordonatele si a deschis noi cai fizicii.

Intr-o seara fiind istovit de munca si avand numai matematica in cap (Rene Decartes) s-a asezat pe pat si statea sa se linisteasca. Privind spre tavan, a vazut o musca, matematician fiind, s-a intrebat cum ar putea el sa monitorizeze matematic traiectoria mustei in fiecare moment de timp? Astfel a inventat coordonatele.

Albert Einstein spunea ca daca nu stii sa explici unui copil de 7 ani ceea ce faci, inseamna ca nici tu ni stii ceea ce faci.

Cum explicam unor copii ce este fizica teoretica? Voi reda un exemplu pe care il stiu de la un coleg de facultate care era un foarte bun practician.

Atunci cand ploua, cum determinam inaltimea la care se afla norii? Pai, ca fizicieni de uitam acolo sice vedem: fulgerul (lumina), apoi dupa un timp sunetul (tunetul).

Incepem sa facem rationamente:

1)      Lumina ajunge mai repede pentru ca are o viteza foarte mare (300000 km/s)

2)      Sunetul ajunge dupa un anumit timp pentru ca viteza sunetului este mult mai mica (343 m/s)

3)      Avand in vedere valoarea mare a vitezei luminii, putem considera ca lumina ajunge la noi aproape instantaneu

4)      Masuram timpul dupa cate apare sunetul. Intervalul dintre aparitia fulgerului si momentul in care auzim tunetul

5)      Stim ca distanta se defineste conform relatiei x=vt

6)      In cazul nostru, x=343X7=2401

7)      Concluzia este ca norii se afla la inaltimea x=2401m

Pe acest principiu functioneaza fizica teoretica, modelele devin din ce in ce mai complicate, ajungandu-se la modele care nu pot fi rezolvate decat pe calculator.

Timpul masurat intre fulger si tunet este t=7s

De fapt fizica teoretica isi are originile in vechea astronomie

Oamenii au identificat pe cer 12 constelatii care se repeta si se repeta pe cer pe parcursul unui an. Se poate observa in imagine ca pe masura ce Pamantul se deplaseaza in jurul Soarelui pe cer va aparea o noua constelatie. Astfel, ei stiau ca daca apare o anumita constelatie, este timpul sa planteze recolta, sau daca era alta constelatie este timpul sa stranga recolta:

Au impartit anul in 12 luni de cate 30, 31 de zile si asa au pus bazele calendarului.

Apoi au devenit interesati de masuratori mult mai precise. Prin metoda paralaxei au determinat distanta Pament - Luna:

Cunoscand distanta Pamant - Luna, au putud determina distanta Pamant-Soare prin rationamente geometrice

Apoi tot prin rationamente geometrice au putut determina distanta celorlalte planete

Observam ca pentru anumite pozitii ale planetelor in raport cu Soarele si Pamantul se pot determina distantele la care se afla ele in sistemul solar prin rationamente pur geometrice.

Studiind eclipsa satelitului Io in jurul lui Jupiter s-a putut determina viteza luminii

Si tot asa au dobandit cunostinte despre tot sistemul solar.

-din orbite si diapetrul planetelor se obtin vitezele lor de deplasare in jurul Soarelui. Cunoscand volumul si densitatea Pamantului i se poate determina masa. Cu masa pamantului folosind putina fizica, se poate determina lasa Soarelui (forta centripeta=forta gravitationala, din care obtinem masa soarelui). Apoi, cunoscand masa Soarelui se pot determina masele celorlalte planete.

-cunoscand unghiul sub care se vede Soarele de pe Pamant se poate deternima diametrul Soarelui. 

Apoi oamenii au inceput sa determine distantele stelelor indepartate de sistemul solar prin metoda paralaxei, folosind ca baza, distanta Pamant - Soare

Avand masa si Volumul stelelor au putut determina densitatile stelelor, au inceput sa se intrebe ce se afla in interiorul lor, si inregistrand spectre le-au determinat compozitia. Observand o legatura intre spectre si viteza de deplasare a galaxiilor (red shift) au ajuns la concluzia ca Universul se afla in expansiune.

Am strecurat o greseala: 

Vitezele planetelor au fost determinate cunoscand distanta Planeta-Soare (r). 2pir/t=v, care va fi viteza planetei. t este timpul (1 an pentru Pamant)

Masa planetelor mv^2/2=kMm/r^2, unde M (masa Soarelui) este cunoscuta, la fel si viteza v pentru fiecare planeta. Masa planetelor m se determina egaland forta centrifuga cu forta gravitationala a lui Newton.

Cand am spus anumite pozitii: ex:Pamantul, Luna si Soarele, formeaza un triunghi dreptunghic. Masurand unghiul Soare-Pamant-Luna, si cunoscand distanta Pamant-Luna se determina distanta Soare-Pamant. 

Vechii astronomi au fost interesati de masuratori mai precise pentru a avea un calendar cat mai precis.

Physics is all about how things work

And where we came from

And how things work in the Universe

Astrologia

Astrologia este o pseudoștiință conform căreia pozițiile relative ale obiectelor cerești ar putea oferi informații despre personalitatea, relațiile umane și alte probleme legate de viața umană. Astrologia datează cel puțin din al II-lea mileniu î.Hr. și își are rădăcinile în sistemele utilizate pentru a prezice schimbările sezoniere și pentru a interpreta ciclurilor cerești ca semne ale comunicărilor divine.^[5] Multe culturi au acordat importanță evenimentelor astronomice, iar unele - cum ar fi astrologia mayașă, chineză, hindusă - au dezvoltat sisteme elaborate pentru a prezice evenimentele terestre din observații cerești. Astrologia occidentală, una dintre cele mai vechi sisteme astrologice încă utilizate, își are rădăcinile în Mesopotamia, de unde s-a răspândit în Grecia antică, Roma, lumea arabă și, în cele din urmă în Europa centrală și de Vest. Astrologia occidentală contemporană este adesea asociată cu sisteme de horoscopuri care au scopul de a explica aspecte ale personalității unei persoane și de a prezice evenimente semnificative din viața ei pe baza pozițiilor obiectelor cerești; majoritatea astrologilor profesioniști se bazează pe astfel de sisteme.

De-a lungul majorității istoriei sale, astrologia a fost considerată o tradiție savantă și a fost comună în cercurile academice, adesea în strânsă relație cu astronomia, alchimia, meteorologia și medicina. A fost prezentă în cercurile politice și este menționată în diferite lucrări de literatură, de la Dante Alighieri și Geoffrey Chaucer la William Shakespeare, Lope de Vega și Calderón de la Barca. După sfârșitul secolului al XIX-lea și adoptarea pe scară largă a metodei științifice, astrologia a fost puternic contestată, atât din motive teoretice cât și din motive experimentale, și s-a dovedit că nu are validitate științifică sau putere explicativă. Astrologia și-a pierdut astfel poziția academică și teoretică, iar credința comună în ea a scăzut în mare măsură. În timp ce sondajele au demonstrat că aproximativ un sfert dintre americani, britanici și canadieni spun că ei continuă să creadă că pozițiile stelelor și ale planetelor afectează viața lor, astrologia este acum recunoscută ca o pseudoștiință — o credință prezentată incorect ca științifică.

Principalii astronomi, inclusiv Tycho Brahe, Johannes Kepler și Galileo, au practicat ca astrologi la curți. Referințe astrologice apar în literatură în operele unor poeți precum Dante Alighieri și Geoffrey Chaucer și ale unor dramaturgii precum Christopher Marlowe și William Shakespeare.

Oamenii de stiinta si religia

Oamenii de stiinta cand nu mai au explicatii trec pe taramul filozofiei si emit ipoteze.

De la Aristotel la Einstein, deci timp de 2000 de ani, Universul a fost considerat etern si static. Miscarea Planetelor si a Stelelor era pusa pe seama unei forte divine – Dumnezeu.

Oameni ca, Kepler, Newton, Maxwell, etc, au fost oameni profund religiosi. Educatia pe care o primeau in Filozofia Naturii (cum se numea stiinta) avea profunde legaturi cu filozofia, teologia si umanismul. Newton insusi cand a elaborat teoria gravitatiei, a spus ca miscarea Planetelor vine de la o forta divina.

Ideea de baza era ca „mobilul primordial”, cel care cauzeaza miscarea Planetelor si Stelelor este Dumnezeu (iar Universul este static si etern).

Dupa 1900 Hubble a aratat ca Universul nu este static, se afla in expansiune si in cativa ani s-a ajuns la modelul Big-Bang. Universul vine dintr-o singularitate, in care era concentrate toata masa si energia Universului. Un punct de masa infinit.

In acest fel, fizica ajunge la concluzia ca Universul a aparut din nimic, si toata lumea se intreaba cum este posibil?

Ideea noua sustine ca poti sa faci un Univers din nimic, atata timp cat ai legile naturii si o fluctuatie cuantica (din care apare Big-Bang-ul).

Cat despre aparitia vietii, acolo este evident: ai substantele organice, care sunt organizate de legile naturii. Legile naturii le organizeaza in forme de viata.

Deci “mobilul primordial” din conceptia veche (Univers static si etern), devine “fluctuatia cuantica si legile naturii” (Big-Bang si Univers in expansiune)..

De ce spunem ca masa are energie?

In figura de mai sus o masa (o bucata de lemn de exemplu) este modelata ca o structura de atomi legati chimic. Legaturile chimice sunt reprezentate prin arcuri comprimate. Energia este inmagazinata in legaturile chimice ca energie potentiala electrostatica, arcurile comprimate in modelul de mai sus simuleaza acest lucru.

Daca dam foc lemnului, atomii incep sa fie desprinsi din masa, ar  electrica) si este eliberata in procesul de ardere (sub forma de energie)

Deci in sens practic masa are in ea inmagazinata energie. Biroul la care scrii are energie in el

Daca dam foc lemnului, atomii incep sa fie desprinsi din masa, energia este eliberata din arcuri (legaturile chimice)  si este eliberata in procesul de ardere

Am gasit pe internet termenul de “energie pura” si m-am intrebat ce inseamna, gandinmu-ma ca nu am eu cunostinte despre lucrul asta. Am dat un google si am gasit impresia unui fizician care spune ca termenul “energie pura” este folosit in sens metaforic. Apoi am zis ca asa mi s-a parut si mie.

Sa consideram anihilarea electron pozitron, din care rezulta doi fotoni gama conform relatiei lui Einstein E=mc^2

Ce observam: masa (electromul si pozitromul) se transforma in doi fotoni gama. Atat masa cat si fotonul sunt forme de energie. Masa (energie confinata) se transforma in fotoni (energie de miscare)

Deci ce este energia pura?:

-materia este energie pura confinata

-lumina (fotonii) sunt energie pura

-sunetul se transmite prin moleculele de aer, ca energie cinetica pura

-temperatura este energie pura

-gravitatia este un rezultat al energiei, nu energie 

Tot ceea ce observam fizic in Univers este energie pura.

Modalitati tehnice de eliberare a energiei din masa

1. Vorbim despre bucata de lemn pe care am dat-o ca exemplu mai sus. Daca arderea are loc intr-o incinta inchisa, in care pe langa lemn mai punem si aerul necesar arderii. Cantarim masa (aer+lemn) inainte de ardere si dupa ardere (cenusa +gaze). Vom constata ca intre ele este o diferenta foarte mica (infima, practic nesesizabila). Putem spune ca o foarte mica masa s-a transformat in energie. Dar arzand o bucata de lemn incalzim cel mult o camera.


2. In schimb daca langa bucata de lemn aducem o alta bucata de lemn similara construita din antimaterie (sistem materie-antimaterie), acestea se vor anihila reciproc, intreaga masa se va transforma in energie. Energia eliberata in acest fel, poate constitui energia necesara unui continent intr-o zi. Randamentul este de 100%. Este o energie enorma.

Interactiuni energetice interesante in fizica

Lumina se curbeaza in camp gravitational. Avem o interactiune intre o energie radianta (lumina) si o energie masica (corpul planetar). Curbarea luminii este o consecinta a interactiunii intre cele doua tipuri de energii.

Despre Fizica Teoretica

Din viata reala stim ca: „Experienta este mama invataturii”

Stiintific vorbind, redau un citat din Paul Langevin:

„O teorie nu trebuie sa contina nimic din ceea ce nu ar avea sens experimental si nu ar corespunde unui experiment, care, chiar daca nu ar fi simplu de realizat, cel putin sa fie usor de imaginat”.

Stiinta nu a avut un statut privilegiat in istorie. Marile invazii au facut ca stiinta sa fie necunoscuta si sa fie oprita din procesul de dezvoltare

In jurul anului 500 asistam la invazia barbarilor si caderea Imperiului Roman de Apus. In Europa urmeaza asa numita perioada Dark Ages care a durat 700 de ani pana la 1200. In aceasta perioada stiinta nu a mai fost cunoscuta in Europa.

In tot acest timp scrierile grecilor au ajuns totusi la arabi care au dezvoltat matematica. La 1200 incepe invazia mongola, stiinta araba incepe sa apuna si este transmisa inapoi europenilor.

Inertia perioadei Dark Ages a facut ca oameni ca Galilei sa reuseasca cu greu punerea la baza a ceea ce se numeste stiinta moderna.

Bancuri pe care nu le inteleg decat oamenii de stiinta

Intrebare: 'De ce a trecut gaina strada?' Zeno din Elea: 'Pentru a demonstra ca nu se poate ajunge pe partea cealalta.' Aristotel: 'Este in natura gainilor sa treaca strazi.' Newton: '1) Gainile in repaos tind sa ramana in repaos. Gainile in miscare tind sa treaca strazi. 2) A fost atrasa de o alta gaina care se afla pe partea opusa a strazii.' Heisenberg: 'Nu stim cu certitudine pe ce parte a strazii s-a aflat initial gaina, dar stim ca s-a miscat foarte repede.' Einstein: 'Suntem siguri ca gaina a trecut strada? Nu cumva strada a trecut pe sub gaina?'

Un ateu se plimba prin padure minunandu-se de frumusetile naturii:
- Ce copaci impresionanti! Ce rauri cristaline! Ce animale frumoase!
La un moment dat, in timp ce se relaxa, omul aude in spatele lui zgomote ciudate. Cand se intoarce vede un urs ca-n povesti: mare, frumos, sanatos si cu pofta de mancare. Ingrozit, ateul o ia la fuga, insa ursul avea conditie fizica asa ca il urmeaza constiincios... Tipul era atat de ingrozit incat la un moment dat se impiedica si cade. Ursul il apucase deja de un picior asa ca omul, paralizat de frica, racneste:
- Doamneeee!!!. In secunda urmatoare, timpul se opri, ursul ingheta in pozitia in care se afla, padurea ramase neclintita si o lumina se revarsa din cer. Tipul, socat, auzi o voce:
- Mi-ai negat existenta toata viata, le-ai explicat si altora ca sunt un mit, ai pus toata creatia Mea pe seama intamplarii cosmice... vrei acum sa te salvez? Pot eu sa te consider credincios cu adevarat?
Ateul se uita fix in lumina si raspunse:
- As fi ipocrit sa iti cer brusc sa ma consideri credincios, dar poate ai reusi intr-un fel sa devina ursul crestin?
- Foarte bine. raspunse vocea. Lumina disparu, zgomotul padurii reveni.
Ursul il elibera din ghearele sale, isi impreuna labele din fata si spuse:
- Doamne, binecuvanteaza aceste bucate. Amin. 

Reantorcandu-se de la Liceu, Aristotel a fost oprit de un flecar vestit in intreaga cetate, care i-a vorbit filozofului neantrerupt timp de peste un ceas. In sfarsit, el si-a incheiat vorbaria cu aceste cuvinte:

-Sper ca nu te-am plictisit!

-Plictisit? i-a raspuns filozoful. N-ai reusit, pentru ca nici nu te-am ascultat.

~ Un tata ii cere lui Aristippos sa devina dascalul fiului sau. Filozoful se gandeste si cere drept plata suma de 500 de Drahme. Tatal insa, considera suma ca fiind absurd de mare.
_ Dar bine, cu atatia bani pot sa cumpar un bivol !!!
_ Cumpara-l ! Si-o sa ai doi !, spuse Aristippos - Ploutarh ~

- Domnule director, eu nu mai predau istorie la clasa asta. Sunt idioți. L-am întrebat pe unul cine l-a ucis pe Cezar. S-a jurat că nu l-a ucis el, ba că nici nu l-a cunoscut. La fel au răspuns și ceilalți.
- Păstrați-vă calmul, doamna profesoară. Poate că ucigașul nici nu-i din clasa aia.

Evolutia Fizicii

In Antichtate: Platon, Aristotel, Arhimede, Democrit

Platon- il putem considera ca fiind un reprezentant al idealismului, in sensul ca lumea materiala se naste dintr-o lume a ideilor

Aristotel – elevul lui Platon, pe care il contrazice, in sensul ca sustine, ca oamenii trebuie sa investigheze natura pentru a o cunoaste (il putem considera ca reprezentant al realismului)

Arhimede – prin experimentele sale il putem considera ca reprezentant al empirismului

Democrit – ipoteza atomilor, confirmata dupa 2000 de ani. Poate fi considerat parintele fizicii microcosmosului

Iluminismul (1600-1800)

Galilei pune bazele stiintei experimentale. Apare cinematica-ramura a mecanicii clasice ce se ocupa cu studiul miscarii obiectelor fara a lua in considerare cauza ce duce la aceasta miscare.

Newton – Principiile mecanicii. Legea atractiei universal. Prima unificare in fizica – Universul mecanicist. Calculul infinitesimal

In aceasta perioada se pun bazele mecanicii si opticii.

Dupa 1800

Apare Electricitatea, Magnetismul si Termodinamica

Faraday – descopera legea inductiei electromagnetice

Maxwell – uneste electricitatea si magnetismul, in electromagnetism ( a doua mare unificare in fizica). Tot Maxwell prezice undele electromagnetice (incepe fizica teoretica moderna)

In Termodinamica apare fizica statistica (Boltzmann)

Dupa 1900

-este descoperit atomul (Rutherford)

-apare mecanica cuantica (Heisenberg, Schrodinger, etc)

-Dirac prezice antimateria (fizica teoretica moderna)

-Einstein-relativitatea speciala si generala.

-Universul in expansiune (Hubble) si teoria Big Bang

-Teoria campului cuantic si Teoria stringurilor

Teoria Stringurilor, o teorie a intregului – Visul lui Einstein

-Newton nu a putut explica cum functioneaza gravitatia, stia doar de existenta sa

-Einstein studiind lumina, a ajuns la concluzia ca viteza luminii este viteza maxima de propagare in Univers, contrazicand ideea de gravitatie instantanee propusa de Newton

-Noua teorie a gravitatiei, Relativitatea generala, descrie gravitatia ca spatiultimp care se curbeaza in prezenta materiei

-Einstein vroia sa uneasca forta electromagnetica a lui Maxwell cu forta gravitationala. Prima incercare fiind teoria Kaluza – Klein

-Odata cu aparitia mecanicii cuantice, Einstein a fost pus in dificultate. Mecanica cuantica (bazata pe incertitudine si sansa) a facut aceasta unificare imposibila. Universul nu se comporta intr-un mod cert si predictibil

-Rezultatele devin haotice si lipsite de sens cand se foloseste Relativitatea generala pentru a descrie fenomene cuantice

-Apare in fizica problema unificarii mecanicii cuantice cu Relativitatea generala din care sa rezulte o teorie a intregului (toate cele 4 forte fundamentale sunt unificate)

-Teoria stringurilor pare sa fie singura care matematic realizeaza acest lucru

www.incredibilia.ro

Un mister antic: Cine a distrus Biblioteca din Alexandria?

Când vine vorba de Biblioteca din Alexandria, probabil cel mai cunoscut așezământ cultural din istoria omenirii, povestea este uneori prea simplificată. A fost cea mai mare bibliotecă construită vreodată și adăpostea toate operele mari ale acelei epoci.

În urmă cu aproximativ două milenii, Biblioteca din Alexandria a ars și o mare parte din literatura și lucrările științifice de calibru ale epocii s-a pierdut pentru totdeauna.

Însă povestea adevărată este mult mai complicată. Adevărata întrebare referitoare la Biblioteca din Alexandria este ce efect a avut asupra istoriei această oază de cultură din Egiptul Antic.

Biblioteca din Alexandria a fost una dintre cele mai mari și mai importante biblioteci din lumea antică. La fel ca în cazul figurilor istorice ale acelui timp, o bună parte din ceea ce știm despre acest loc este un amestec de adevăr și legendă.

Misiunea bibliotecii era să adune toată știința lumii și, pentru a face acest lucru, a primit finanțarea și mandatarea regală necesare. Cărturarii călătoreau în lumea întreagă pentru a găsi cărți pe care să le aducă în bibliotecă.

Oricărei ambarcațiuni care arunca ancora în Alexandria i se confiscau cărțile, care erau duse în bibliotecă.

Apoi, savanții copiau cărțile pe papirus și returnau originalele proprietarilor (potrivit unor anecdote, în anumite situații, călătorilor străini le erau returnate copii, iar originalele rămâneau în bibliotecă).

Cărturarii din alte părți ale lumii erau bineveniți la bibliotecă și li se dădeau banii necesari pentru a trăi în oraș, sume suficiente chiar pentru a-și întreține familiile. La rândul lor, cărturarii de la bibliotecă erau recunoscuți pentru munca privitoare la opera lui Homer.

Însă, în ciuda sprijinului acordat bibliotecii de către Ptolemeu al II-lea, pe vremea lui Ptolemeu al VII-lea biblioteca își pierduse deja din prestigiu.

Cărturarii începuseră să plece spre alte biblioteci pe la începutul secolului II î.e.n., căutând fonduri și resurse de muncă mai bune. Iar în 145 î.e.n., Ptolemeu al VIII-lea i-a expulzat din biblioteca egipteană pe toți cărturarii veniți din alte părți ale lumii.

Fără îndoială, Biblioteca din Alexandria a fost cea mai mare din lume, însă nu atât de mare pe cât am fi tentați să credem. Adăpostea într-adevăr zeci de mii de suluri, însă nu „sutele de mii” pe care le clamează unele surse.

Aceste aspecte sunt învăluite în legendă. Însă, pentru a crede că distrugerea bibliotecii a schimbat cursul istoriei, ar trebui să presupunem că, odată cu biblioteca, au fost distruse singurele copii ale operelor de aici – ceea ce este în puține cazuri adevărat.

În bibliotecă se aflau multe originale, însă multe biblioteci din jurul lumii aveau propriile lor copii din operele importante ale acelor vremuri.

Cealaltă chestiune interesantă este faptul că nu avem nicio dovadă că biblioteca ar fi ars cu adevărat.

Istoricii continuă să dezbată asupra datei incendiului, dacă acesta chiar s-a petrecut și dacă nu cumva mai multe incendii au distrus treptat biblioteca.

Primul incendiu a avut loc în anul 48 î.e.n., în timpul asediului Alexandriei. Iulius Cezar a incendiat docurile și propriile vase pentru a împiedica inamicii să-i taie liniile de comunicație.

Se spune că incendiul s-a extins până la bibliotecă și a distrus-o. Cel mai mare atac la adresa acestei istorii îi aparține lui Strabon, care l-a formulat 30 de ani mai târziu.

Strabon a scris despre așa-numitul Museion din Alexandria („casa muzelor”, zeițele artelor, de unde vine denumirea de „muzeu”), care făcea parte din bibliotecă.

Strabon nu menționează și biblioteca, însă mulți cred că acest lucru se datorează faptului că muzeul și biblioteca funcționau sub același acoperiș.

Alții se întreabă de ce nu a ars și muzeul, dacă biblioteca a ars când Cezar a incendiat docurile. Unii istorici spun că depozitele cu manuscrise de lângă docuri au ars și nu biblioteca în sine.

Chiar dacă Biblioteca din Alexandria nu a fost arsă de Cezar, poate că ar fi ars oricum. În secolul IV, împăratul Teodosius a scos în afara legii practicile păgâne și a ordonat ca Templul lui Serapis din Alexandria să fie ars.

Așa că este posibil ca împăratul să fi ordonat și arderea bibliotecii, însă nu există surse care să confirme acest lucru.

Biblioteca ar fi putut fi distrusă în 642, când Alexandria a fost capturată de armata musulmană condusă de Amr ibn al-As.

Există surse arabe care susțin că Omar, califul, a ordonat distrugerea bibliotecii. Însă aceste surse aparțin unei perioade îndepărtate, și unii istorici cred că au avut motivații politice.

O ultimă posibilitate este aceea că Biblioteca din Alexandria a căzut în ruină din cauza lipsei de interes, a tăierilor de buget și din cauza faptului că sulurile au fost mutate în alte părți.

După cum am menționat, biblioteca se afla în declin chiar și înainte de presupusul incendiu al lui Cezar. Dacă biblioteca a ars parțial de trei ori, s-ar putea ca sulurile și cărturarii să fi migrat spre alte biblioteci.

Existau mai multe capitale care dețineau propriile centre de excelență academică. Biblioteca Imperială din Constantinopol a stat în picioare până în 1204 și adăpostea o mare parte din lucrările grecilor și ale romanilor.

De fapt, multe lucrări grecești s-au păstrat până azi mulțumită acestei biblioteci. Mai exista și Academia din Gondeshapur, care s-a dezvoltat mai târziu, în secolele VI și VII, și care se concentra pe promovarea științei și a medicinei.

O parte a rolului academiei era traducerea textelor în greacă și siriană și astfel, multe texte științifice și medicale au supraviețuit mulțumită acestei Academii.

Mai exista și Casa Înțelepciunii din Bagdad, care a funcționat între secolele IX și XIII. Aici se afla cea mai mare selecție de cărți din lume la acea vreme.

Casa avea observatorii și centre pentru studierea științelor naturale, matematicii, medicinei, alchimiei, chimiei și geografiei. Mare parte din știința și studiul de aici se bazau pe texte grecești, însă și pe texte siriene, indiene și persane.

Multe dintre textele care ar fi putut fi distruse în Alexandria ar fi putut avea copii care să fi ajuns aici. Poate că există texte care s-au pierdut definitiv în Alexandria, însă nici pe departe atât de multe cum cred unii.

Operele lui Heron din Alexandria s-ar fi putut afla aici. Unele dintre ele au fost salvate de arabi, însă nu toate.

De asemenea, în Alexandria s-ar fi putut afla operele lui Aristarh din Samos (primul care a susținut că Pământul se rotește în jurul Soarelui, fiind ridiculizat pentru opiniile sale) și operele Hypatiei (una dintre cele mai culte femei ale epocii sale, ucisă de un grup de creștini).

Însă Biblioteca din Alexandria nu este singura responsabilă de pierderea acestor opere. S-ar putea ca operele încă să existe undeva sau poate că au fost distruse de mai multe ori atunci când celelalte biblioteci au fost distruse de invadatori.

Un alt lucru important este faptul că ruinele bibliotecii încă așteaptă să fie descoperite. Așa că există posibilitatea ca într-o zi să avem răspunsuri la toate întrebările misterioase privitoare la Biblioteca din Alexandria.

Am fost întotdeauna fascinat de teoria materiei întunecate, este foarte interesant ! Materia întunecată este folosită pentru a explica Materia lipsă din univers. [url=https://www.descopera.ro/stiinta/18798377-10-intrebari-majore-despre-materia-intunecata]10 întrebări majore[/url] despre materia întunecată 

Pe mine ma puteti gasi la adresa 

https://bogdanbancia.simplesite.com/

Informatia de pe acest forum a fost publicata in format carte si o puteti citi la adresa

https://issuhub.com/view/index/77750

Toate cele bune,

Bogdan Bancia

Conținutul poate fi găsit pe pagina Researchgate Bogdan Bancia

Originea Fizicii Teoretice

Bogdan Bancia

2022

Fizica Teoretica isi are originea in astronomia antica cand oamenii au conceput primul model teoretic (indispensabil si pentru multi banal), calendarul. Modelul teoretic (calendarul) conceput folosind repere (date) empirice era folosit pentru predictia si planificarea activitatilor agricole. [1]

Odata cu aparitia agriculturii (domesticirea plantelor si animalelor) oamenii au inceput sa se aseze in comunitati statornice, dar trebuiau sa stie cand sa planteze semintele si cand sa culeaga recoltele.

Probabil ca domesticirea plantelor a aparut dintr-o simpla intamplare “Cineva a scapat cateva seminte pe jos, iar dupa cateva zile a observant ca au inceput sa creasca plante pe locul unde le aruncase” si i-a venit ideea ca ar putea planta o suprafata intinsa. Probabil ca a fost o munca experimentala de lunga durata si foarte laborioasa (ma refer la aparitia primelor suprafete agricole).

A doua etapa a constat probabil in folosirea celor 12 constelatii (ca reper) pentru a sti cand sa planteze semintele si cand sa culeaga recoltele.

Dupa culegerea recoltelor probabil ca urmau multe sarbatori, pline de voie buna si bucurie.

Aparitia unei constelatii, spre exemplu, prevestea venirea iernii iar oamenii stiau ca trebuie sa se pregateasca sa faca fata frigului si conditiilor grele care urmau.

Aparitia altei constelatii prevestea venirea primaverii, a caldurii si inceperea insamantatului.

Astfel ca urmare a unor observatii empirice, oamenii au impartit anul in 12 luni, fiecare de cate 30-31 de zile, iar cand citeau pe calendar 1 Martie era bucurie si voie buna stiind ca vine caldura si vremea insamantatului.

Tot bucurie si voie buna era probabil in luna Septembrie cand culegeau recoltele, urmand probabil multe sarbatori.

Daca recolta era buna, probabil urma o iarna cu multe ospete, sarbatori si voie buna.

In concluzie, fizica teoretica concepe modele matematice pentru a face predictii utile. Calendarul a fost primul model teoretic (conceput folosind date empirice) pentru a avea predictie in activitatea agricola (si evident predictie asupra anotimpurilor).

Este posibil ca aceste repere empirice (calendarul) sa fi existat inca din perioada oamenilor vanatori-culegatori, cand acesti oameni ar fi stiut sa mearga la recoltele din anumite locuri (stiind ca recolta este deja buna de mancat).

Domesticirea animalelor, diversificarea si evolutia activitatilor oamenilor din acea perioada nu constituie obiectul acestui articol. Acest articol isi propune doar sa stabileasca originea Fizicii Teoretice, ca fiind Astronomia antica.

1. Bogdan Bancia – Filozofia Fizicii in Universul Matematic

Theoretical Research

Bogdan Bancia

2023

I graduated from a theoretical high school (mathematical physics). I was doing very well with math, but I wasn’t thinking of going deeper with complex exercises. In contrast, I found physics very attractive, in that it uses math to describe our reality. At the end of every physics problem we found something unknown in our reality. Of course the requirement was to “find the unknown”. The math in physics seemed very elegant to me. This was my first contact with theoretical physics.

As an undergraduate I did quite well in the theoretical courses, being more interested in atomic physics, quantum mechanics, spectroscopy (the physics of biomolecules). At the end of my quantum mechanics course I found out about the possibility of predicting chemical structures theoretically, even if their experimental structure is unknown. This was my second contact with theoretical physics and sounded interesting to me.

From 2010 to 2022 I did some theoretical research in Biophysics, Biochemistry and General Physics.

My theoretical research in Biophysics and Biochemistry is summarized in [1, 2]. Also see their references. While my theoretical research in General Physics is summarized in [3, 4]. With some overlap, [4] contains some Biophysics and Quantum Chemistry.

Contributions:

-          I developed a C program to predict chemical shifts in random coil peptides [5]

-          Using an online program I determined theoretically the structure of the protein I worked on, DnaGC [5]

-          I used some online programs for quantum chemistry issues on small compounds

-          My contributions in General Physics can be found in [4]

Overall these projects gave me a good understanding of theoretical physics and its applications

1. B. Bancia, Canalele ionice se comporta in mod analog tranzistorilor electronici, preprint, ResearchGate, 2022.


2. B. Bancia. An exploration in the world of biomoleculesusing Biophysical and Biochemical research, preprint, ResearchGate, 2023.


3. B. Bancia. Originea Fizicii Teoretice, presentation, www.mateonline.net,  ResearchGate, 2022.


4. B. Bancia. Filozofia Fizicii in Universul Matematic, book,  www.mateonline.net, ResearchGate, 2022


5. B. Bancia, Analysis of selectively 15N labelled PpiB, proinsulin connecting peptide and DnaG-C by NMR. Mphil thesis, 2004.

An exploration in the world of biomolecules using Biophysical and Biochemical research

Bogdan Bancia

2023

I was in high school when I found out (in biology classes), that you can measure a small voltage accross a cell membrane. This voltage was called membrane potential. I also found out about K ion channels, Na ion channels and how Na/K ion pumps transport ions against their concentration gradient keeping the membrane potential at its constant value. Then I found out about action potentials circulating in the whole body via nerve fibers keeping its main functions.

As a first year undergraduate I took an advanced course in physiology explaining these things in more details.

In 2000 I was selected as a research student to study these things experimentally, using electrophysiology and at the same time attending my course “General Biophysics, focusing more on cellular and molecular electrophysiology”. The project lasted 2 years:

-          We began our investigation by recording intracellular and extracellular action potentials [1]

-          We studied the influence of an exogeneous electric filed on biomembrane excitability [2. 3]

-          We constructed artificial bilayer lipid membranes and studied how they behave in an alectric field [4]

-          We did some theoretical study on the influence of an exogeneous electric field on nervous excitability [3]

At the end of these 2 years of research in Cellular and Molecular Biophysics and Electrophysiology, I did 2 more years of research in Biochemistry (protein structure determination using NMR Spectroscopy):

-          Structure of C peptide in solution [5]

-          15 N labelling NMR on the protein PPib [5]

-          Solution structure of DnaGC [5. 6, 7]

These 3 projects were parts of 3 larger projects:

-          C peptide was studied as a biological active hormone that binds to cell surfaces (probably to protein G coupled receptors) with subsequent activation of Ca intracellular signaling pathways and stimulation od Na/K ATPase activity. [8]

-          15 N NMR was studied within the context of a new cell free expression method producing protein in good yields and high purity. [9]

-          DnaGC is a part of DNA replisome in E. Coli. The larger project was structure and function of DNA replisome of E. Coli. [10]

Overal these projects gave me a broad understanding of the world of biomolecules and their functions in living organisms.

Biophysical and Biochemical research, studies the elementary processes in living organism at a molecular level. Eg. Electrochemistry of the cell, Metabolism, DNA replication, Photosynthesis, Mechanism of vision, Mechanism of hearing, etc

1. C. Pavel, B. Bancia, T. Luchian . Realizarea unui dispozitiv pentru măsurarea potenţialelor intracelulare şi extracelulare, Revista V. Adamachi, 2001.


2. C. Pavel, B. Bancia, T. Luchian. The vectorial effect of exogenous electric field on excitable membranes. 12th BBBD Balkan Biochemical Biophysical Days Bucharest, Romania, May 2001.


3. C. Pavel, B. Bancia, T. Luchian, G. Popa. Biomembrane excitability studied within a wide-band frequency of an interacting exogenous electric field. Electromagnetic Biology and Medicine, September 2002.


4. C. Pavel, B. Bancia, V Romila, T. Luchian Variaţia capacitatii electrice a unui bistrat lipidic artificial cu valoarea câmpului electric intermembranar. Cercetari fundamentale si aplicative in domeniul Fizicii – IASI, 2000.


5. B. Bancia, Analysis of selectively ¹⁵N labelled PpiB, proinsulin connecting peptide and DnaG-C by NMR. Mphil thesis, 2004.


6. K. Loscha, A. J. Oakley, B. Bancia, P. M. Schaeffer, P. Prosselkov, G. Otting, C. J. Wilce. N. Dixon. Expression, purification, crystallization, and NMR studies of the helicase interaction domain of Escherichia coli DnaG primase. Protein Expression and Purrification, 2003.


7. K. Loscha, A. J. Oakley, B. Bancia, P. M. Schaeffer, P. Prosselkov, G. Otting, C. J. Wilce. N. Dixon. Expression, purification, crystallization, and NMR studies of the helicase interaction domain of Escherichia coli DnaG primase. ANU Conference, 2003.


8. J. Wahren, K. Ekberg, B. Samnegard, B. Johansson, Curr. Diabet. Rep. 2001.


9. H. D. Ou, H. C. Lai, Z. Serber, V. Dotsch, J. Biol. NMR, 2001.


10. J. M. Berg, J. L. Tymoczko. L. Stryer, Biochemistry, 5^th edition, 2001.

Canalele ionice voltaj dependente se comporta in mod analog tranzistorilor electronici, amplificand curentii electrici mici, fenomen explicat in contextul rezonantei stochastice

Bogdan Bancia

2022

Figura 1 Schema de reprezentare a unui tranzistor NPN (A) si un canal ionic in pozitia inchis respectiv deschis.

Cu totii stim cum functioneaza un tranzistor. Aplicam un curent mic in baza (i) care va fi amplificat de tranzistor si vom avea un curent (amplificat) (I) in colector. Pentru aceasta trebuie sa alimentam jonctiunea BE direct iar curentul amplificat va fi curentul Emitor-Colector (trebuie sa specificam ca si terminalele EC sunt alimentate cu alta tensiune, dar curentul EC apare doar atunci cand furnizam curentul in baza). Deci curentul in baza (i) actioneaza ca un intrerupator pentru curentul EC. Cand aplicam curentul (i) in baza, vom avea un curent EC (I), iar cand nu aplicam un curent in baza (i), nu avem un curent EC (I). Figura 1 (A). Da fapt aceasta este definitia tranzistorului, amplificator/intrerupator.

In Figura 1 (B) observam mai intai canalul ionic inchis, apoi canalul ionic deschis, cand avem un flux de ioni. Prin analogie cu un tranzistor, spunem ca starea inchis (este starea tranzistorului cand nu avem curent in baza), iar starea deschis, cand avem un flux de ioni prin canalul ionic (acesta ar corespunde curentului CE facand analogie cu tranzistorul). Cele doua figuri (A) si (B) coincid pe verticala: curentul EC (al tranzistorului) coincide cu fluxul de ioni prin canalul ionic deschis.

Dar cine este curentul (i) baza pentru canalul ionic, pentru ca acesta sa se deschida si sa avem un flux de ioni (un curent EC)?. Studiile arata ca un semnal sinusoidal mic poate determina deschiderea canalelor ionice si sa explicam cum ar putea realiza acest lucru.

Presupunem ca pentru ca un canal ionic sa treaca din starea inchis in starea deschis este nevoie ca 4 electroni sa treaca de pe un nivel pe altul, apoi canalul ionic isi modifica conformatia trecand in starea deschis. Deci un curent alternativ mic cu o frecventa potrivita acestor tranzitii, ar putea declansa aceasta tranzitie in cadrul moleculei canalului ionic, canalul ionic deschizandu-se si vom avea un flux de ioni (corespunzator prin analogie curentului EC (I), iar curentul alternativ mic corespunde prin analogie curentului din baza (i)). In realitate lucrurile nu sunt asa de simple dar se pare ca avem un comportament analog (pentru canalele ionice) de tranzistor electronic.

Experimentele care s-au facut au aplicat un semnal electric subthreshold (care nu deschide canalele ionice, analog unei tensiuni EC) si in paralel cu el un semnal alternativ mic. Se observa ca pentru anumite frecvente ale ale curentului alternativ canalele ionice se vor deschide [1].

Explicatie: Semnalul electric subthreashold nu deschide canalele ionice, dar introduce un zgomot electric suplimentar in interiorul canalului ionic. Atunci cand aplicam curentul alternativ mic, acesta va interfera cu anumite frecvente ale zgomotului electric din interiorul canalului ionic si va fi amplificat. Fenomenul de amplificare al curentului alternativ mic in interiorul canalului ionic poate fi explicat in contextul rezonantei stochastice. Amplificarea semnalului alternativ mic, va duce la deschiderea canalului ionic si aparitia fluxului de ioni (analog curentului EC al tranzistorului). Deci in cazul nostru curentul in baza (i), daca ne gandim la canalul ionic ca la un tranzistor, este semnalul electric alternativ mic, ce deschide canalul ionic [1]. Pana acum am dat o explicatie intuitiva a modului in care am putea compara functionarea unui canal ionic cu un tranzistor electronic.

In realitate si in practica se lucreaza pe o colectie de canale ionice. Acestea oscileaza intre starile inchis/deschis, asincron, curentul total fiind un semnal stochastic. Dar cand aplicam semnalul sinusoidal alternativ mic pe aceasta colectie de canale ionice: intre senmalul stochastic rezultat in urma activitatii colectiei de canale ionice si semnalul alternative mic, se realizeaza o rezonanta stochastica (semnalul alternativ mic este amplificat de semnalul stochastic) si canalele ionice se vor deschide. In acest caz spunem ca vorbim de o colectie de tranzistori care amplifica un semnal sinusoidal alternative mic [2]. Amplificarea curentului alternativ mic de catre colectia de canale ionice. Acelasi lucru se intampla si in cazul stimularii cu excitatie subthreashold si un current alternativ sinusoidal mic [1].

1. T Luchian, B Bancia, C Pavel, G Popa. Biomembrane excitability studied within a wide-band frequency of an interacting exogenous electric field, Electromagnetic Biology and Medicine 21(3):287-302, 2002.


2. Juris Galvanovskis and John Sandblom.  Amplifications of electromagnetic signals by ion channels. Biophysical Journal, Volume 73,  3056-3065, 1997.

Filozofia Fizicii – abordarea transdisciplinară

Bogdan Bancia

2024

Observăm ca pe măsură ce stiinta se diversifică, apar noi discipline interdisciplinare cum ar fi fizica medicală, biofizica, biochimia, confirmând ipoteza ca educația este un obiect mult prea complex și amplu pentru a fi studiat de o singură disciplină. Aceste noi științe interdisciplinare ne oferă o intelegere mult mai laborioasă și complexă a fiintei umane și complexitătii vieții.

Modul de cunoastere transdisciplinară se realizează prin elaborarea de paradigme bazate pe cooperări complexe între diferite discipline de invățământ (fizica, biologie, religie, istorie, filozofie), punându-se accent pe valorificarea a ceea ce există de-a lungul disciplinelor și între acestea, înauntrul disciplinelor și dincolo de ele, deci este o formă complexă de interdisciplinaritate.

Scopul interdisciplinarității este cunosterea realității complexe, atât în mod obiectiv, cât și sistemic, dar și de înțelegere obiectivă, profundă si cuprinzătoare a realității.

Transdisciplinaritatea integrează fundamentele vechilor tradiții ezoterice și ale științei contemporane, înnoindu-le limbajul, o cale vizionară și operativă care se adresează celor mai deschise conștiințe trezite și care trasează linii riguroase de acțiune. Ea are caracter universal, are o mare marjă de aplicabilitate, primele aplicații făcându-se în domeniul educației si urmărește stabilitatea interioară a ființei umane, status-ul unui nucleu flexibil în interiorul omului, capabil să perceapă schimbarea, capabil să facă față diverselor schimbări în societate.

Transdisciplinaritatea creează punți de legătură între științele exacte și științele umaniste, între știință și tehnică, între gândirea științifică și gândirea simbolocă, între cunoaștere și ființă. Transdisciplinaritatea tinde către unitatea cunoașterii, trecând prin etapa obligatorie a autocunoașterii.

Descoperirea Unversului și descoperire ființei umane se susțin reciproc, în virtute incidenței dintre nivelele de realitate și cele de percepție. În acest sens transdisciplinaritatea este o metodă a dialogului.

Teoria stringurilor ne ajută să înțelegem mai bine interacțiunea dintre nivelurile de realitate și percepție. Un nivel de realitate nu există în sine, ci în cadrul tuturor celorlalte nivele, ca întreg (corzi, atomi, macrocosmos). Transdisciplinaritatea se preocupă de dinamica provocată de acțiunea simultană a mai multor niveluri de realitate (corzi, atomi, macrocosmos). Descoperitea aestei dimanici trece în mod necesar prin cunoaterea disciplinară, în acest sens cercetările disciplinare si cele transdisciplinare sunt complementre.

Interfața între cunoaștera umană și nivelele de realiate este realizată de nivelele de percepție, care generalizează prin unificare realitatea, fără însă a o transcende. Realitatea va fi astfel compusă din obiectul transdisciplinar (nivelele de realitate, plus zona de nonrezistență), subiectul transdisciplinar (nivelele de percepție, corespondența dintre nivelele de realiate, plus zona de nonrezistență) și terțul ascuns total incognoscibil, un fel de punct de contact între cele două.

Cercetarea transdisciplinară, prin legătura sa cu viața, se referă la o cunoaștere universală, profundă, unificatoare a realității, care se realizează prin iluminare prealabilă și prin înțelepciune harică. Aceasta presupune mai întâi o cunoaștere interioară a sinelui (înțelepciune).

Înțelepciunea care cuprinde cunoașterea sinelui, a Universului interior și totodată a Universului exterior sinelui, împletite cu iubirea, conduc transcedental la cunoașterea lui Dumnezeu (transdisciplinaritare, dialog religie – știință).

Bibliografie:

1) Didactica Fizicii, G. Stoenescu, G Florian, Editura Else, Craioava, 2021

2) Filozofia Fizicii în Universul Matematic, Bogdan Bancia, www.mateonline.net, 2022

Filozofia Fizicii în Universul Matematic, abordare holistic transdisciplinară, didactica instruirii adresată tinerilor fizicieni

Bogdan Bancia

2024

Cartea Filozofia Fizicii în Universul Matematic, pe care am publicat-o în anul 2022 ca urmare a 6 ani de studiu (cercetare) independent (ă) pe siteul www.mateonline.net, poate fi catalogată ca o abordare holistic transdisciplinară (matematică, fizică, chimie, biologie, istorie, filozofie).

Deasemenea cartea subscrie domeniului Didactica Instruirii, intrucât ofera cunoștințe și informații tinerilor fizicieni, aflați în formare profesională. Întrucât cartea oferă o imagine de ansamblu, o istorie a fizicii teoretice din antichitate și pâna în prezent, de la stiința grecilor antici (filozofi antică) si pâna la teoria stringurilor (teoria marii unificari), tinerii fizicieni se vor familiariza cu principalele etape de dezvoltare a fizicii teoretice, in mod sistematic. Cartea prezintă evoluția fizicii teoretice din antichitate și până in prezent, evidențiind pietrele de hotar între etapele de evoluție pe parcursul a 2000 de ani. Ca exemplu putem aminti teoria atomică postulată încă din antichitate de Democrit, atomul fiind descoperit experimental de Rutherford dupa 2000 de ani. Aici asistăm la un dialog între istorie și știință.

Apoi putem menționa propunerea unui dialog între fizică și filozofie: Putem asemăna câmpurile cuantice cu formele lui Platon? Sunt ele reale sau sunt doar construcții matematice?. Spațiultimp propus de relativitatea lui Einstein, este real sau este o construcție matematică?

Dialogul între matematică, fizică, chimie și biologie este evidențiat prin definirea chimiei cuantice ca matematica (bio)moleculelor.

În carte gasiți multe alte lucruri interesante, scopul lor fiind acela și de a contribui la formarea culturii generale a tinerilor fizicieni, prin stabilirea unor punți de legatură între fizică și celelalte discipline.

Deasemenea derivata în fizică este prezentată ca apendix al cărtii și constituie un lucru util tuturor fizicienilor aflați in formare profesională.

După cum știm filozofia fizicii, prin definiție, încearcă să ne ofere o descriere generală a fizicii, acest lucru putînd fi realizat doar de teoria stringurilor (teoria marii unificări) care reușește să unifice toate cele 4 forțe fundamentale într-un singur cadru matematic. Având în vedere că gravitonul, stringurile și membranele nu au fost determinate experimental, mulți fizicieni cataloghează teoria stringurilor ca matematică și filozofie.

Bibliografie

1) Filozofia Fizicii în Universul Matematic, Bogdan Bancia, www.mateonline.net, 2022.

2) Didactica Fizicii, G. Stoenescu, G. Florian, Editura Else, Craiova, 2021.