August 2015 - Svet fizike
Svet fizike

Archive for August, 2015

Megaproračuni Milutina Milankovića

by on Aug.30, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

milutinmilankovic1

Milutin Milanković

 

* Klima * Kalendar * Kula *

 

Čuven je po svojoj matematičkoj teoriji klimatskih promena u geološkom vremenu kojom je rešena tajna ledenih doba, a docnije i sleda klimatskih promena u toku više stotina miliona godina. Tokom sedamdesetih godina XX veka Milankovićeva teorija potvrđena je proučavanjem astronomskih ciklusa u geološkim “zapisima” – fosilnim ostacima ljuštura planktonskih foraminifera, radiolarija i krečnjačkih algi. Milankovićevim imenom nazvani su po jedan krater na Mesecu i Marsu, kao i jedan asteroid, što na svojevrstan način svedoči da ga je svetska nauka uvrstila u plejadu velikana od Filolaja i Ptolemaja, preko Njutna, Boškovića i Keplera, do Mendeljejeva i Tesle.

 

Milutin Milanković (Dalj 1879 – Beograd 1958) – inženjer konstruktor u Beču, potom profesor Beogradskog univerziteta i potpredsednik Srpske akademije nauka, čuven je po svojoj matematičkoj teoriji klimatskih promena u geološkom vremenu. Njome je rešena tajna ledenih doba, a docnije i sleda klimatskih promena u toku više stotina miliona godina. Celovite rezultate svojih istraživanja Milanković je publikovao 1941. godine u danas čuvenoj knjizi Kanon osunčavanja i njegov uticaj na problem ledenog doba. Još 1920. godine u Parizu štampan je Milankovićev rad Matematička teorija toplotnih pojava izazvanih Sunčevim zračenjem. Zato je 1995. godina u svetu proslavljena kao sedamdesetogodišnjica zasnivanja Milankovićeve teorije klime.

Milankovićevim imenom nazvani su po jedan krater na Mesecu i Marsu, kao i jedan asteroid, što na svojevrstan način svedoči da ga je svetska nauka uvrstila u plejadu velikana od Filolaja i Ptolemaja, preko Njutna, Boškovića i Keplera, do Mendeljejeva i Tesle.

Astronomska teorija klime

Milanković je prvi ustanovio da tri vrste varijacija u kretanju Zemlje izazivaju promene intenziteta njenog osunčavanja:

  1. Eliptičnost Zemljine orbite menja se sa periodom od približno 100.000 godina. Kada je orbita izduženija, veće su razlike u temperaturi leta i zime.
  2. Nagib Zemljine ose rotacije u odnosu na ravan ekliptike menja se od 22,1 do 24,5 stepeni tokom oko 41.000 godina. Današnji nagib je 23,5 stepeni – ugao se smanjuje (približno je na polovini između krajnjih vrednosti) pri čemu polovi primaju manje toplote, led se širi na jug, a toplotna razlika leta i zime se smanjuje.
  1. Zemljina osa vrši precesiju, opisujući svojim vrhom pun krug na nebeskom svodu svakih 22.000 godina. Pomeranje nebeskog pola (koji je sada najbliži zvezdi Severnjači u sazvežđu Mali Medved) prividno pomera položaj zvezda na nebu, kao i prolećnu tačku po ekliptici (gledano sa Zemlje). Za oko 11.000 godina Zemljina osa rotacije doći će na suprotnu stranu od današnje, tako da će nebeski pol biti kod zvezde Vega u sazvežđu Lira. Tada će raspodela toplote na Zemlji biti suprotna današnjoj.

Ove oscilacije izazivaju preraspodelu toplote između godišnjih doba i njihova rezultanta u toku geološkog vremena dovodi do cikličnih promena klime.

Kriva osunčavanja

Lednici ritmično nadiru i povlače se. Faze zaglečeravanja razdvajaju topli periodi – međuledena doba. Milanković je svojim proračunima datovao sve glavne faze širenja leda (prvo za poslednjih 600.000 godina, a zatim i za 1.000.000 godina) kada su ledene kape zahvatale u više navrata znatne prostore severnoameričkog i evropskog kontinenta (kao i visoke planine Balkanskog poluostrva – Prokletije, Sinjajevinu, Šaru, Rilu). Danas živimo u međuledenom dobu, koje je počelo pre oko 10.000 godina i koje će se završiti za približno isti broj godina. To pokazuje i kriva osunčavanja kojom je Milanković prikazao klimatske promene za poslednjih milion godina. Dokazana sa više geohemijskih i paleontoloških metoda, ona na pouzdan način objašnjava smenu toplijih i hladnijih faza kvartarnog (antropogenog) ledenog doba izazvanu varijacijama osunčavanja Zemlje. Kriva kao konstantu ima geografsku širinu, a promenljive veličine su vreme i tri varijacije Zemljinog kretanja. Ona je do sada najbolji poznati način za rekonstrukciju i predviđanje klime.

Paleontološka potvrda kanona

Tokom sedamdesetih godina XX veka Milankovićeva teorija potvrđena je proučavanjem astronomskih ciklusa u geološkim “zapisima” – fosilnim ostacima ljuštura planktonskih foraminifera, radiolarija i krečnjačkih algi. Na osnovu izotopa iz sedimentnog jezgra, koje je obuhvatilo period od pola miliona godina, analizirana je 1976. godine promena veličine ledenog pokrivača (Hejs, Imbri, Šaklton). Pokazalo se da je širenje i povlačenje leda u toku poslednjih nekoliko stotina hiljada godina određeno upravo Milankovićevim kanonom osunčavanja i da se u sedimentima u njegovom ritmu smenjuju ostaci toploljubavnih i hladnoljubavnih biljaka i životinja.

Reforma kalendara

Na Svepravoslavnom kongresu u Carigradu, maja 1923. godine, razmatrano je pitanje približavanje dva hrišćanska kalendara (julijanskog i gregorijanskog). Milanković, oslanjajući se na radove gimnazijskog profesora Maksima Trojanovića (našeg prvog kalendariografa), predlaže reformu – novi, astronomski tačniji kalendar zasnovan na sledećim uslovima:

  1. Iz julijanskog kalendara treba izostaviti 13 dana, koji predstavljaju njegovu razliku u odnosu na tačno sunačano vreme, nastalu od Nikejskog sabora 325. godine do danas.
  2. Svi meseci zadržaće isti broj dana.
  3. Prestupne godine sa 366 dana i dalje će biti one čiji je broj deljiv sa 4 bez ostatka, izuzev pojedinih sekularnih godina (godine čiji se broj završava sa dve nule).
  4. Prestupne sekularne godine biće one čiji broj vekova deljen sa 9 daje ostatak 2 ili 6. To će biti godine: 2000, 2400, 2900, 3300… Razlike u odnosu na gregorijanski kalendar tako će se javiti tek 2800. godine. Srednja dužina trajanja građanske godine po novom kalendaru iznosiće 365 dana, 5 sati, 48 minuta i 48 sekundi, što je znatno bliže trajanju srednje sunčane godine, nego do sada.
  5. Datum Uskrsa, prema kome se određuju datumi ostalih pokretnih crkvenih praznika utvrđuju se astronomskim izračunavanjima. Pravoslavni i katolički Uskrs neće se uvek poklapati što će jasno obeležiti razliku predloženog i gregorijanskog kalendara.

Milankovićev predlog je potpuno usvojen, ali stvarna reforma nikada nije sprovedena.

Vavilonska kula

Završni ispit na Bečkoj tehnici Milanković je položio 1902. godine, a doktorat Teorija linija pritisaka brani 1904. godine. (“Tako sam, prvi od svih Srba, postao doktor tehničkih nauka.”). U tezi je pokazao da napadna linija rezultante sila koje deluju na poprečni presek lučnog nosača sa jedne strane, seče liniju pritisaka, mada su najpoznatiji naučnici iz oblasti građevinske mehanike tog vremena smatrali da se ove dve linije samo dodiruju. On ukazuje da je ova zabluda nastala kao posledica odsustva jednog sabirka u uslovu ravnoteže momenata. Između 1905. i 1909. godine aktivno se bavi raznovrsnom građevinskom praksom, pretežno u okviru tek započete primene armiranog betona u konstrukcijama. Dolaskom iz Beča i izborom za profesora primenjene matematike na Filozofskom fakultetu u Beogradu 1909. godine ne prekida sa građevinskom delatnošću sve do pred Drugi svetski rat.

Ostvario je šest odobrenih i publikovanih patenata, tridesetak sračunatih i izvedenih objekata, niz stručnih ekspertiza i stručnih nadzora. Armirano-betonsku tavanicu po sistemu Milanković – Krojc primenio je na oko 25 objekata u Jugoslaviji, Austriji, Italiji, Čehoslovačkoj, Mađarskoj i Rumuniji.

Tri godine pred smrt Milanković je u radu Vavilonski toranj moderne tehnike postavio pitanje: “Do koje najveće visine i kojim savremenim sredstvima bismo se mogli popeti uvis građevinom koja bi nadmašila sve dosadašnje?” Rešenje je našao u vidu građevine od armiranog betona rotaciono-simetrične spoljne konture, visine 21,646 km i prečnika osnove 112,84 km. U njoj Milanković još jednom sjedinjuje istraživača neba i graditelja.

 

Literatura

  1. Pantić, N., Petrović, A., Poster: Kanon osunčavanja – Milutin Milanković, Flogiston, br. 3 (1996).

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prirodno-matematički fakultet u Kragujevc

 

branko.cabric@gmail.com

 

 

 

 

 

 

Share
Leave a Comment more...

Dramatičan razvoj kvantne fizike -Sudar džinova: Ajnštajna i Bora

by on Aug.23, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

ajnstajn i bor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sudar džinova: Ajnštajna i Bora

 

1. Rađanje kvantne fizike

Godine 1900. Maks Plank (Max Planck) je uveo svoju konstantu, kvantizirao je energiju i tako rešio jedan problem koji je dugo mučio fizičare: tzv. zračenje crnog tela. (Nije važno šta to tačno znači.) Tako se rodila kvantna fizika.

1905., u godini čuda (annus mirabilis), Ajnštajn je iskoristio Plankovu ideju i veoma jednostavno je objasnio fotoelektrični efekat (kao kad vam se vrata samoposluge, na primer, sama otvaraju).

Mislim da je zanimljivo što je Plank, u jednom pismu kolegi, izrazio čuđenje rečima: „Gospodin Ajnštajn je baš ozbiljno shvatio moju konstantu i kvante zračenja koje sam s tim povezao. Pa to je bila samo matematička dosetka kojom sam rešio problem zračenja crnog tela“. Vidite, nekad roditelji nemaju dovoljno vere u svoju decu. Plank je u početku sumnjao u svoje čudo od deteta.

  1. godine Ajnštajn je objavio još tri rada od kojih svaki zaslužuje Nobelovu nagradu. Ali Ajnštajn će dobiti ovo priznanje samo za pomenuto otkriće fotoefekta i to 16 godina kasnije.

Uzgred, među pomenuta 4 rada spada i otkriće tzv. specijalne teorije relativiteta. To otkriće se smatra jednim od najvećih podviga ljudskog uma i jednim  od najviših dometa ljudskog saznanja u istoriji čovečanstva. U fizici otkrića obično nastaju u uskoj saradnji teorije i eksperimenta. Međutim, specijalna teorija relativiteta je plod samo genijalne Ajnštajnove kreativne mašte. Njeno otkriće je bilo toliko ispred svog vremena da Ajnštajn nikad nije dobio Nobelovu nagradu za taj svoj briljantni izum. Govorili su: „Nema praktične primene“.

Ja ću vam pomenuti samo jedan primer praktične primene ove teorije danas. GPS (global positioning sistem) je spravica koja se ugrađuje u mnoge novije automobile. Zahvaljujući njoj, uz pomoć satelita koji kruže oko zemlje, vozač stalno zna gde je. Njegova pozicija se određuje s tačnošću do metar ili dva. Da se ne koristi specijalna teorija relativiteta (a delom i opšta teorija relativiteta, koju je Ajnštajn otkrio tek oko 1916. godine), netačnost određivanja položaja bi iznosila nekoliko kilometara.

U stvaranju kvantne fizike učestvovali su još mnogi: Luj de Brolj (Louis de Broglie) je izračuno talasnu dužinu materijalnih čestica, Ervin Šredinger (Erwin Schrödinger) je dao zakon kretanja. Smatra se da su najviše doprineli članovi tzv. kopenhagenske škole mišljenja na čelu sa Nilsom Borom. Tu su spadali Verner Hajzenberg (Werner Heisenberg), Volfgang Pauli (Wolfgang Pauli), Maks Born (Max Born) i drugi.

Osnovna nova ideja bila je tzv. talasna funkcija iz koje se može izračunati sve što se u eksperimentu vidi. Ali šta se to u kvantnom eksperimentu vidi?

U doba starih grčkih filozofa tražio se uzrok pojedinih pojava u prirodi. Kad je nastala fizika sa Isakom Njutnom (Isaac Newton), napustio se cilj traženja uzroka i zadovoljilo se kvantitativnim opisivanjem kako se pojave dešavaju. A u današnjim kvantnim eksperimentima se i to napustilo. Pita se samo „koliko puta“ se nešto dešava kada se mnogo puta ponovi isti eksperiment. Teorijski se to predviđa tzv. verovatnoćama, a one se izračunavaju iz talasne funkcije.

2. Prva runda: Solvejska konferencija 1927. godine

Belgijski industrijalac Ernest Solvej (Ernest Solvay) osnovao je 1912. godine u Briselu tzv. Međunarodni Solvej institut za fiziku i hemiju i preko toga je ovekovečio svoje ime u nauci. (Tako je i ime Nobela postalo besmrtno. Čini mi se da današnji tajkuni ne slede ovaj dobar primer.) Svake treće godine održava se Solvejska konferencija i po pozivu okuplja vodeće fizičare sveta da prodiskutuju stanje fizike i njene perspektive u određenoj oblasti.

  1. godine održana je peta, najslavnija Solvejska konferencija. Na njoj je došlo do prvog sudara džinova.

Ajnštajn je toliko „ozbiljno shvatio“ kvante elektromagnetnog zračenja, tzv. fotone, da, ne samo što je postulirao da se uvek emituju i apsorbuju kao kvanti – što je do danas sa punom sigurnošću utvrđeno kao tačno, već je i verovao da se kreću kao klasične čestice određenom trajektorijom i  određenom brzinom. To je bilo u duhu specijalne teorije relativiteta. Stoga nikako nije mogao da prihvati Hajzenbergove relacije neodređenosti.

Ove relacije kazuju da dve fizičke veličine koje se ne mogu istovremeno meriti, kao na primer položaj i impuls (to je brzina pomnožena masom), ako se uzmu u obzir njihove (veličine) neodređenosti u bilo kom mernom procesu, proizvod tih neodređenosti ne može biti manji od Plankove konstante. Stoga, što je, na primer, određeniji položaj, to je neodređeniji impuls i obratno.

Bilo je reči o jednostavnom misaonom eksperimentu horizontalnog prolaska čestice kroz mali tvor u vertikalnom zastoru. Zbog interakcije sa ivicama otvora, zakon kretanja daje sferni talas nakon prolaska otvora. Ajnštajn je verovao da se taj talas odnosi na tzv. ansambl čestica, tj. na snop čestica ili na mnogo puta ponovljeni eksperiment sa pojedinačnim česticama. Ali da za same pojedinačne čestice u ansamblu nema neodređenosti.

Verovao je da mi ne znamo vrednosti položaja i impulsa, ali da oni u prirodi postoje. Bor i ostali pripadnici kopenhagenske škole mišljenja su utvrdili da relacije neodređenosti važe za svaku pojedinačnu česticu.

Ajnštajnov osnovni napad  na toj konferenciji sastojao se u pokušaju da se ustanovi nekonzistentnost kopenhagenskog stava. Čestica pri prolasku kroz otvor interaguje sa zastorom i pri tome razmenjuje s njim energiju i impuls čija se ukupna vrednost, po nekim osnovnim zakonima fizike, održava. Ajnštajn je izazvao Bora da pretpostavi da je zastor sa otvorom pokretan, da uzme u obzir pomenute zakone održanja i da vidi da li će relacije neodređenosti biti konzistentne.

Bor je pretpostavio da relacije neodređenosti važe i za pokretan zastor  i detaljnim računima pokazao da su te relacije konzistentne. Naravno, Bor time nije dokazao da u prirodi važe relacije neodređenosti. On je samo pokazao da je pretpostavka postojanja tih relacija neprotivurečna (a same relacije u stvari slede iz iskustva; imaju tzv. empirijsko poreklo).

Logički status relacija neodređenosti je isti kao logički status osnovnih termodnamičkih principa: Da ne možete dobiti energiju ni iz čega (prvi princip termodinamike) i da energija ne može da prelazi sa hladnijeg mesta na toplije (drugi princip termodinamike). Ovi principi baziraju na empirijskim nemogućnostima da se pokaže suprotno.

Bilo je bezbroj neuspešnih pokušaja da se napravi večni pokretač, perpetuum mobile, koji bi crpeo energiju ni iz čega i večni pokretač druge vrste, koji bi oborio drugi princip termodinamike. Nažalost, Ajnštajn se našao na sličnoj poziciji kao navodni izumitelji  večnog pokretača sa svojim pokušajima da obori relacije neodređenosti.

Postoji jedna izreka: Svaka teorija je u početku JERES, a na kraju PREDRASUDA. Za Ajnštajna su relacije neodređenosti bile jeres, a za Bora i njegove sledbenike je Ajnštajnov stav bila predrasuda.

3. Druga runda: Solvejska konferencija 1930. godine

Tri godine kasnije, Ajnštajn je ponovo pokušao da obori relacije neodređenosti. Ovoga puta njegova meta su bile relacije neodređenosti za energiju i vreme.

Anštajn je 1930. godine došao na Solvejsku konferenciju sa predumišljajem da se posluži svojom specijalnom teorijom relativiteta kako bi pobio relacije neodređenosti za energiju i vreme. Predložio je razmatranje sledećeg misaonog eksperimenta.

Zamislimo zatvorenu kutiju sa jednim otvorom sa pokretnim kapkom u kojoj postoji izvor zračenja i časovnik koji određuje otvaranje i zatvaranje kapka. Kapak se otvori određeni interval vremena i izleće jedan foton. Neodređenost vremena izletanja je taj interval. S druge strane foton ima svoju energiju. Po specijalnoj teoriji relativiteta, svaka masa se može preračunati u energiju i obratno, svaka energija ima određen masu. Težina kutije se može, u principu, potpuno tačno izmeriti (tako je rezonovao Ajnštajn)  i pre i posle izletanja fotona i tako saznati energija fotona savršeno tačno, dakle sa neodređenošću nula. Proizvod nule i konačne neodređenosti vremena je nula i time su pobijene relacije neodeđenosti energije i vremena, koje tvrde da taj proizvod mora da bude veći od Plankove konstante. Takvo je bilo Ajnštajnovo rezonovanje.

Jedan od najbližih saradnika Bora, Leon Rozenfeld (Léon Rosenfeld), je zapisao kako je Bor bio jako zabrinut kad je saslušao Ajnštajnov misaoni eksperiment. Išao je od jednog svog saradnika do drugog i govorio kako ne može biti istina ovo što Ajnštajn tvrdi. „Pa to bi bio kraj fizike“ – rekao je. Ali nije video način kako da pobije Anštajnovo rezonovanje. Rozenfeld je svoj utisak završio rečima: „Nikad neću zaboraviti scenu kako dva protivnika odlaze…. Ajnštajn, visoka veličanstvena figura, hodajući tiho, sa ponešto ironičnim osmehom, i Bor nesigurno koračajući pored njega vrlo uzbuđen.“

Posle jedne neprospavane noći provedene u dubokom razmišljanju i računanju, Bor je idući dan došao uzdignute glave i oborio je Ajnštajnovo rezonovanje.

Naročito je zanimljivo da, dok je Ajnštajn upotrebio svoj specijalnu teoriju reltiviteta kao ubojito oružje protiv Bora, Bor je odbio napad koristeći se baš drugom maestralnom Ajnštajnovom umotvorinom: opštom teorijom relativiteta.

Bor je Ajnštajnovo „merenje težine kutije“ konkretizovao i ukazao na činjenicu da se to merenje svodi na pomeranje skazaljke na nekoj skali kad  se kutija pomeri usled promene svoje težine. Onda je na kretanje kutije primenio relacije neodređenosti položaja i impulsa i zaključio da se težina meri sa neodređenošću koja je veća od nule. To mu je bila polazna tačka.

Posle toga Bor je učinio majstorski potez sa opštom teorijom relativiteta. U njoj postoji iskaz da, kad se časovnik kreće u pravcu delovanja gravitacije, menja se brzina protoka vremena. Pošto časovnik u kutiji određuje trenutak otvaranja i trenutak zatvaranja kapka, pojavljuje se dodatna neodređenost u vremenu. A neodređenost u energiji potiče od neodređenosti u položaju kazaljke. Bor je to sve kvantitativno izračunao i ispostavilo se da važe relacije neodređenosti energije i vremena.

Ajnštajn je bio i po drugi put poražen. Ali imao je satisfakciju da se i njegova specijalna teorija i njegova opšta teorija relativiteta savršeno uklapaju sa novom fizikom kvantne teorije. Više nikada Ajnštajn nije osporavao relacije neodređenosti. Ali kopenhagensko mišljenje da talasna funkcija  daje kompletno predviđanje zbivanja nikada nije prihvatio.

Literatura

  1. Herbut, F. u: ANALI Ogranka SANU u Novom Sadu, br. 3, SANU, Ogranak u Novom Sadu, 2008, str. 52-61. na sajtu:

http://www.ogranak.sanu.ac.rs/PDFVidi.aspx?arg=32, str. 40

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prorodno-matematički fakultet u Kragujevcu

 

branko.cabric@gmail.com

 

 

Share
Leave a Comment more...

POVEZANOST FIZIKE I TEHNOLOGIJE

by on Aug.20, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

Fizika: U razvijenim zemljama

Beograd 05.06.2009. Fizicki fakultet. Plazma Foto : Milovan Milenkovic  Photo &  ©  by  Milovan Milenkovic  News Magazine VREME phone : + 381 64 28 18 498  mobile phone : + 381 11 32 34 774  office e-mail  :  foto@vreme.com     office

Beograd 05.06.2009.
Fizicki fakultet. Plazma
Foto : Milovan Milenkovic
Photo & © by Milovan Milenkovic
News Magazine VREME
phone : + 381 64 28 18 498 mobile
phone : + 381 11 32 34 774 office
e-mail : foto@vreme.com office

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nove ideje za ispitivanje nepoznatih fizičkih pojava dobijaju svoju prvu materializaciju u okviru fizičkog eksperimenta. Takav eksperiment obavezno sadrži niz elemenata praktične razrade, što obično predstavlja prvu klicu daljeg tehnološkog razvoja. Međutim, iskustvo pokazuje da je put od ovakvih prvih tehnoloških nagoveštaja pa do ostvarenja standardne proizvodne prakse veoma dug i složen. Nasuprot veoma rasprostranjenom, a u osnovi pogrešnom, mišljenju da privreda razvijenih zemalja lako preuzima znanja iz fizike, pa čak i neposredno podržava razvoj ove nauke, praksa pokazuje da je i u najrazvijenijim sredinama potrebna veoma organizovana društvena intervencija da bi se povezale ove dve sfere znanja i iskustva. Kako se ovaj evolutivni put tehnologije razlikuje od slučaja do slučaja i u krugu razvijenih zemalja, posebno ćemo razmotriti neke cikluse karakteristične za pojedine sredine.

 

U Sjedinjenim Američkim Državama, danas vodećoj tehnološkoj velesili, funkcioniše svojstven naučno-razvojno-proizvodni ciklus u kome svaki segment, pa i fizika, ima svoje tačno određeno mesto. U tome ciklusu fizika je, kao i druge prirodne nauke, svojim najvećim delom podržavana i finansirana od strane državnih institucija. Njihov stav prema ovoj nauci može se najbolje videti iz osnovnih kriterijuma koji se koriste pri odbiru programa iz fundamentalne fizike, a koji su koncizno sadržani u sloganu – long term, high risk, high technology – što znači da se prednost daje onim programima koji su dugoročni, koji uključuju visok stepen rizika (neizvesnost) i koji se u svojoj realizaciji oslanjaju na avangardne tehnološke pristupe. U tim kriterijumima koncentrisano je iskustvo jedne velike naučne kulture za efikasnu borbu sa prirodom i njenim tajnama, a takođe i dubok društveni smisao naučnih istraživanja u fizici.

Novi tehnološki potencijali koji proizilaze iz fizičkih istraživanja svoj dalji razvoj i svoju praktičnu proveru dobijaju najčešće u okviru velikih državnih programa opšterazvojnih i prestižnih motiva. To su, na primer, veliki naučni programi od nacionalnog značaja, vojni programi, programi osvajanja kosmosa, energetski programi itd. Karakteristika američkog pristupa ogleda se u činjenici da su organizatori i nosioci takvih programa najčešće velike privredne organizacije, a učesnici i naučne i visokoškolske institucije. U toku realizacije programa dolazi do velikog ukrštanja znanja, iskustva, kadrova i organizacionog pristupa iz sfere nauke i sfere privrede i oni, na taj način, postaju osnovno poprište razvoja, testiranja i provere novih tehnologija. Kao što se vidi, američka privreda, a posebno onaj njen najrazvijeniji deo, nije orijentisan isključivo na tržište široke potrošnje, već delom i na učešće u velikim državnim projektima. Umesto uobičajenog pristupa – primene nauke u privredi – u ovom slučaju imamo, dakle, primenu privrede u nauci.

Zbog aktivnog učešća privrednih organizacija u realizaciji nacionalnih programa, nije teško razumeti da nova znanja veoma brzo nalaze svoj put do novih produkata široke potrošnje zasnovanih na primeni novih tehnologija. Na taj način se obogaćuje i proširuje tržište i podstče masovna potrošnja novih proizvoda. Pojačana masovna potrošnja produkata visoke tehnologije s jedne strane stimuliše ljude na produktivniji rad, a sa druge obezbeđuje državi, putem odgovarajuće poreske politike, potrebna materijalna sredstva za finansiranje fundamentalnih istraživanja i velikuh nacionalnih programa. Na taj način se zatvara jedan od najvećih i najproduktivnijih ciklusa naučno-tehnološkog razvoja u svetu.

Razume se da u američkoj privredi postoje i direktniji putevi za implementaciju rezultata fizičkih istraživanja u procesima proizvodnje. Oni se odnose na takva područja fizike gde je bazični tehnološki pristup po prirodi prostiji i gde fizički eksperimenat daje dovoljno elemenata za neposrednu praktičnu primenu. U takvim slučajevima razvojni putevi vode preko institucija visoko integrisane i organizovane privrede, koja finansira određene segmente nauke ili se razvoj praktikuje u sopstvenoj organizaciji i režiji. U novije vreme veoma je razvijen i alternativni put koji vodi preko osnivanja manjih, fleksibilnih ad-hoc preduzeća, organizovanih oko ideje i kadrovskog jezgra koje je došlo iz istraživačkih laboratorija. Uloga takvih preuzeća sastoji se u tehnološkom uobličavanju inovacija i inicijalnom testiranju tržišta, dok konačnu proizvodnju za masovno tržište obično preuzimaju velike industrijske korporacije.

U drugim razvijenim zemljama situacija se unekoliko razlikuje. U Engleskoj, a naročito u Francuskoj, koje se trude da održe visok nivo vojne i tehnološke samostalnosti, stanje je slično onom u SAD. U tim zemljama uočljiv je autentični razvoj visoke tehnologije i fizika nalazi svoje mesto u odgovarajućim velikim nacionalnim programima.

Nemačka i Japan svoju egzistaenciju zasnivaju na veoma širokom tržištu, koje znatno prevalzilazi njihove domaće potrebe. To tržište delom čine manje razvijene zemlje pa je ono manje izbirljivo od, na primer, američkog tržišta. U Nemačkoj i Japanu, dakle, presudni su motivi razvijanja širokog tržišta, pa je težište bačeno na efikasnu organizaciju masovne proizvodnje na bazi modene i možda manje ambiciozne tehnologije. U obe ove zemlje, a posebno u Japanu, začinje se rastući prosperitet koji proizilazi iz “super-tržišta”. U tim zemljama se stvaraju moćne asocijacije visokokoncentrisane privrede koje, u sprezi sa državom, iniciraju programe najvišeg tehnološkog nivoa.

 

Iz knjige: Problemi nauke u budućnosti – iskustva i viđenja, Srpska akademija nauka i umetnosti, Naučni skupovi, Knj. LXIII, Predsedništvo, Knj. 7, Beograd , 1991., str.182.

 

Odabrao i priredio:

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prorodno-matematički fakultet, p. fah 60, 34001 Kragujevac

E-mail:  bcabric@kg.ac.yu

 

Čabrić, B., Stvaranje supermaterijala – veliki izazov, Zastava, Kragujevac, 1992.

Share
Leave a Comment more...

Uloga univerzalnih fizičkih konstanti

by on Aug.18, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

isak-njutn-jabuka

 

 

Otkrića univerzalnih konstanti usko je vezana za nova otkrića u fizici – kao i za proširenje domena fizičkih nauka – što kao posledicu ima otvaranje novih disciplina u fizičkim naukama. Univerzalne konstante imaju važnu ulogu u fizici i njihova eventualna nepromenljivost u toku svemirskog vremena od bitnog je značaja za naše razumevanje sveta oko nas. Međutim, nije jednostavno, uvek prepoznati u problemu univerzalnih konstanti – tendencije ka sintezama – koje postoje pri drugim pogledima na sadašnje stanje fizičkih teorija.

 

  1. Fizčki zakoni, kao i jednačine koje opisuju fizičke procese, sadrže u sebi veličine koje ili za dati proces, tj. za date fizičke konstituente, ne menjaju svoje brojne vrednosti, ili ne menjaju svoje brojne vrednosti – bilo kakva da je specifična priroda fizičkih konstituenata. Prvu grupu veličina zovemo specifičnim fizičkim konstantama; druga grupa je grupa univerzalnih fizičkih konstanti. Kako fizički zakoni odražavaju proporcionalnost fizičkih veličina, konstante o kojima je reč jesu konstante u tzv. formama proporcionalnosti – što je matematička formulacija zakonitosti u fizičkom svetu.

Otkriće prve univerzalne konstante pripada Njutnu [Newton, Sir Isaac, 1642-1727]. Našavši zakon kretanja nebeskih tela (poznat pod imenom zakon gravitacije) – u formi proporcionalnosti veličine sile – masama tela i obrnute proporcionalnosti veličine sile kvadratu rastojanja tela u pitanju – on je prvi i odredio konstantu ove proporcionalnosti, uzimajući jedinice za gore pomenute fizičke veličine (masu i rastojanje). Brojna vrednost tzv. univerzalne konstante proporcionaalnosti zavisi, dakle, samo od sistema mernih jedinica.

Na početku XIX stoleća, u doba živog interesovanja za atomističke hipoteze, Avogadro [Avogadro, (Lorenzo Romano) Amedio (Carlo), 1776-1856] je formulisao zakon proporcionalnosti broja molekula broju molova, u kome konstanta proporcionalnosti upravo određuje broj molekula u molu.

U klasičnoj Termodinamici i Statističkoj fizici važan korak za shvatanje veze između tzv. mehaničkih i termodinamičkih veličina igralo je otkriće tzv. Bolcmanove [Boltzmann, Ludwig Eduard, 1844-1906] konstante u zakonu proporcionalnosti energije po stepenu slobode i apsolutne temperature.

Razvitku nauke o elektromagnetnim pojavama dugujemo otkriće novih zakona proporcionalnosti i novih konstanti proporcionalnosti. Tako proporcionalnost električne i magnetne indukcije u vakuumu veličinama električnog i magnetnog polja u vakuumu definiše univerzalne konstante električne i magnetne susceptibilnosti u vakuumu. Karakteristično je da se kombinacija ovih konstanti pojavljuje u Maksvelovim [Maxwell, James Clerk, 1831-1879] jednačinama i povezuje se sa brzinom svetlosti.

Discipline moderne fizike – kao što su Teorija relativiteta i Teorija kvanata takođe su vezane za nove univerzalne konstante. Prva od ovih disciplina za konstantnost prostiranja svetlosti u vakuumu, druga za proporcionalnost energije – frekvencija u mikroskopskim procesima. Konstanta ove proporcionalnosti naziva se Plankova [Planck, Max (Karl Ernst Ludwig), 1858-1947] konstanta.

Tako se intuitivno naslućuje da istorija univerzalnih fizičkih konstanti preslikava napredovanje fizičkih nauka i specifikaciju fizike u niz parcijalnih disciplina.

  1. Problem je tzv. dimenzione analize da utvrdi broj međusobno nezavisnih univerzalnih prirodnih konstanti, iz čega bi potom sledila izgradnja sistema “hijerarhijskih” odnosa univerzalnih konstanti. Ovo je danas praktično neizvodljivo. Suma, proizvod i količnik univerzalnih konstanti je, takođe, univerzalna konstanta, i svaka parcijalna teorija, katkad iz praktičnih katkad iz teorijskih razloga, operiše sa ovim kompleksima, koji se po potrebi mogu izvoditi. Čini se, tako, da treba na drugoj strani imati dinamički model za fizičke procese – pre svega, da bi on intervenisao u pitanju “uređenja” u “svetu” univerzalnih prirodnih konstanti.

Jedna od takvih mogućnosti mogla bi se tražiti u teorijama simetrije u fizičkim procesima iz kojih slede zakoni konzervacije određenih fizičkih veličina. Kao što je poznato, konzervacija energije, impulsa i momenta impulsa je dovoljna za izgradnju Njutnove mehanike.

Pada u oči da se nekoliko univerzalnih fizičkih konstanti mogu formulisati preko zakona proporcionalnosti energije drugim fizičkim veličinama: Bolcmanova i Plankova konstanta su tako dobivene u svom izvornom obliku. Čuvena veza između mase i energije (E = mc2) u Specijalnoj teoriji relativiteta može se shvatiti kao zakon proporcionalnosti energije – masi kojim se formuliše konstantnost brzine svetlosti. Ali se odmah vidi da ova veza nije dovoljna za opšti pristup pitanju uloge univerzalnih fizičkih konstanti u izgradnji opštih fizičkih teorija iz prvih principa, tako da jedan od ovih principa bude unapred dati broj univerzalnih konstanti određene prirode.

  1. U relativističkoj kvantnoj fizici procesi se klasificiraju po jačini interakcije konstituenata za datu dinamičku situaciju. Veliki uspeh ove fizičke discipline je klasifikacija svih mikroprocesa u četiri kategorije interakcija, pri čemu je svaka od ovih okarakterisana univerzalnom konstantom interakcije. Ove konstante nisu sve simultano bezdimenzionalni brojevi. Jedno staro pitanje dobija ovde svoj širi značaj: kakva je veza između univerzalnih prirodnih konstanti i “prirodnog” mernog sistema. Lako je pokazati da se uz jednu specifičnu konstantu (masa elementarne čestice) i dve univerzalne konstante (Plankova konstanta i brzina svetlosti) može definisati sistem osnovnih jedinica dužine i vremena.

Na današnjem stepenu naših znanja o fizičkim procesima odsustvo jedinstvene fizičke slike sveta ogleda se eklatantno i u problemu univerzalnih fizičkih konstanti čiji se opšti značaj više naslućuje no što one ulaze u logički sistem naših znanja o fizičkim procesima  [1].

LITERATURA

[1]  Marić, Z., Milojević, A., Dijalektika (Beograd), br. 3, 21-23 (1966).

 

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prorodno-matematički fakultet, Kragujevac,

e-mail:  branko.cabric@gmail.com

 

 

Share
1 Comment more...

Looking for something?

Use the form below to search the site:

Still not finding what you're looking for? Drop a comment on a post or contact us so we can take care of it!

preporučite nas

Share