10 удивительных фактов из физики, которые могут вас шокировать

Физика оперирует фактами. Факты логичны, беспристрастны и свободны от наших личных предубеждений. Некоторые из этих фактов настолько удивительны, что стоит познакомиться с ними подробнее.

1. Мы наблюдаем менее 5% Вселенной

Вы можете видеть, насколько обширна Вселенная, наблюдая за множеством космических объектов на ночном небе. Вы только посмотрите на нашу Землю! Она такая большая, что вы не сможете полностью изучить каждый ее уголок за всю свою жизнь. Теперь, когда вы смотрите на небо, вы понимаете, что являетесь песчинкой во Вселенной. Все, что вы видите, составляет менее 5% всей Вселенной.

Теперь возникает вопрос, что еще мы не можем видеть? Это темная материя и темная энергия. Эти формы материи и энергии не наблюдаются, но необходимы для того, чтобы наши наблюдения согласовывались с нашими знаниями.

2. Некоторые частицы могут общаться быстрее света

По словам Альберта Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света. Это кажется правдоподобным, потому что скорость света составляет около 300 миллионов метров в секунду. Что же может преодолеть эту скорость?

В квантовом мире частицы способны осуществлять такую ​​связь. С помощью явления, называемого квантовой запутанностью, они могут это сделать. Две запутанные частицы могут мгновенно обмениваться информацией независимо от расстояния между ними.

3. Время замирает внутри черной дыры

Относительность времени — одно из самых революционных открытий ХХ-го века. В некоторых фантастических фильмах вы, возможно, видели, что время останавливается, замирает. Представьте, например, вспышку, где время для нее может идти медленно. Как бы это глупым ни казалось, но физика может объяснить этот факт. Жизнь была бы прекрасна, если бы вы могли остановить время, не так ли?

Это возможно внутри черной дыры, на горизонте событий. Но не для того, кто падает в черную дыру, а для удаленного наблюдателя. Это возможно из-за гравитационного замедления времени. Для черных дыр время в интервале одной секунды становится бесконечно длинным, что означает существование сингулярности, а это значит, что время имеет тенденцию «замерзать». Таким образом, удаленный наблюдатель будет наблюдать время, почти остановившееся или застывшее внутри черной дыры.

4. Сатурн может плавать в воде как лед

Сатурн — огромная планета, вторая по величине среди восьми планет Солнечной системы. Если рассматривать плотность, то это единственная планета, плотность которой меньше плотности воды, т.е. 0,7 г/см3 (плотность воды 1 г/см3). А согласно теории флотации, в этой жидкости плавает вещество с меньшей плотностью, чем у жидкости.

Таким образом, Сатурн мог бы буквально плавать на поверхности воды. Конечно, нужен достаточно большой океан воды, чтобы Сатурн мог плавать. Но если бы такой океан существовал, то Сатурн плавал бы в нем, в то время как все остальные планеты утонули бы.

5. Сталь более эластична, чем резина

Обычно мы понимаем, что материал эластичен, если он поддается растяжению и быстро восстанавливает свою форму при снятии растягивающей силы. Согласно физике, упругость — это свойство материала восстанавливать свою форму после деформации.

Возможно, вы не поверите, что сталь эластична по своей природе. Так, по крайней мере, утверждает физика. На самом деле сталь намного эластичнее резины. По этой причине она используется для строительства мостов и зданий. При деформации она может быстрее восстанавливать свою первоначальную форму, лучше, чем резина.

6. Часы на Юпитере идут медленнее, чем на Земле

Время – величина относительная. Его течение может меняться в зависимости от того, насколько быстро вы движетесь. Кроме того, время зависит от существующего гравитационного поля.

Согласно гравитационному замедлению времени, чем сильнее гравитационное поле, тем медленнее течет время. Если мы сравним Юпитер и Землю, то Юпитер массивнее и, следовательно, имеет более сильное гравитационное поле, чем Земля. Итак, согласно физике, часы на Юпитере должны идти медленнее, чем на Земле.

Но разница в измерении в таком случае невелика. Вы не можете отправиться на Юпитер, чтобы прожить дольше. Чтобы иметь наблюдаемые эффекты при измерении времени, гравитационное поле должно быть чрезвычайно большим.

7. Частицы могут вести себя по-разному при наблюдении

Когда дело доходит до квантового мира, все становится странным, очень странным. В квантовой физике есть много вещей, которые могут составить список удивительных физических фактов. Частицы, такие как электроны, ведут себя как волна, а также как локализованные частицы. Это свойство физики называют двойственностью.

Благодаря этому они выглядят по-разному: как волна, когда мы не смотрим на них, и как частица, когда мы наблюдаем за ними. Это похоже на то, что частицы «знают», когда мы смотрим на них. В квантовой физике это называют как эффект наблюдателя.

Итак, когда вы смотрите на электрон, то есть используете детектор для его обнаружения, он ведет себя как частица. Однако вы обнаружите, что он проявляет свойства волны, когда вы не наблюдаете его с помощью детектора.

8. Если вы точно знаете, с какой скоростью вы движетесь, то вы не можете точно знать, где вы находитесь

Неопределенность изобилует во всем квантовом мире. Вы не можете знать положение и скорость частицы, такой как электрон, одновременно. Это называется принципом неопределенности Гейзенберга. Это означает, что если вы знаете, как быстро вы движетесь, вы не можете знать, где вы находитесь, и наоборот.

Это чисто квантово-механическое понимание. В квантово-механической системе скорость (импульс) и положение не имеют одной и той же собственной функции. Это означает, что когда мы пытаемся вычислить его с помощью квантово-механических операторов, в этом собственном состоянии может быть известно только одно значение.

9. Вода может кипеть и замерзать при одной и той же температуре

Вода может замерзать и кипеть при одной и той же температуре. Эта температура, а также значение давления соответствуют точке, называемой тройной точкой. В этот момент сосуществуют все три фазы: лед, жидкость и водяной пар. Это означает, что вода может кипеть, а также замерзать при этой температуре.

Понижение давления может привести к снижению температуры кипения и повышению точки замерзания. Так, при температуре 273,16 К (0,01 градусов С) и давлении 0,006 Па вода может замерзнуть так же, как и закипеть. Все три состояния воды сосуществуют.

10. В космосе мы стареем медленно

Вы, должно быть, заметили в научно-фантастических фильмах, что когда люди отправляются в космос, а возвращаются обратно через… скажем, 10 земных лет, они почти не стареют. Однако это не является некоторым преувеличением. Процесс старения в космосе, на самом деле, медленнее, чем на Земле.

Все это объясняется теорией замедления времени. Теория замедления времени говорит, что время является относительной величиной. Это означает, что измерение времени между двумя разными событиями двумя разными наблюдателями зависит от гравитационного поля, в котором они находятся, и скорости, с которой они движутся.