środa, 20 listopada 2013

Epoka wielkich gadów

Panowały na Ziemi przez ponad 160 milionów lat i do dzisiaj rozbudzają naszą wyobraźnię. Dinozaury, których skamieniałości odnajdywane są na całym świecie, stanowią doskonały przykład adaptacji zwierząt do panujących warunków środowiskowych. I chociaż pamiętamy głównie o tych największych czy najbardziej drapieżnych, tworzyły grupę, na którą składało się bardzo wiele różnorodnych gatunków.

Zarówno dinozaury jak i wcześniej występujące gady wyróżniało to, że składane przez nich jaja miały twardą skorupę, co pozwoliło na życie z dala od wody. Ten wynalazek ewolucji pozwolił im opanować Ziemię. Nazwane po raz pierwszy dinozaurami (czyli strasznymi jaszczurami) zostały w 1841 roku przez Richarda Owena, który – odkrywszy kości nieznanych zwierząt – skojarzył je z kośćmi jaszczurki. Obecnie uznaje się, że stanowiły odrębną grupę, od której wywodzą się współczesne nam ptaki.
 
Apatozaurus należący do zauropodów

Kluczowe znaczenie dla charakterystyki pradawnych gadów mają kości miednicy. Na ich podstawie dinozaury dzieli się na gadziomiedniczne oraz ptasiomiedniczne. Różnica między nimi polega na ułożeniu kości łonowej. Na podstawie analizy skamieniałości miednicy można też określić sposób poruszania się dinozaura (czy poruszał się na dwóch czy czterech nogach). Analizując czaszkę gada można natomiast wysnuwać wnioski na temat wyglądu całego zwierzęcia oraz jego możliwości poznawczych (wielkość oczodołów czy jamy, w której znajdował się mózg). Zęby świadczą o rodzaju przyjmowanego pożywienia – mięsożerności lub roślinożerności. W pierwszym przypadku, jak u Allozaura, były one ostre, ząbkowane i skierowane do tyłu, by utrzymać w pysku upolowaną zdobycz. U roślinożerców spotykamy zęby tępe, służące skutecznemu żuciu.

Czaszka Allozaura

Ważną kwestią jest, czy dinozaury były zwierzętami zmienno czy stałocieplnymi. Zwierzęta zmiennocieplne to takie, które dostosowują temperaturę swojego ciała do otoczenia, stałocieplne zaś utrzymują stabilną temperaturę, dzięki procesom chemicznym przetwarzania pokarmu w energię (tak jak to jest u ludzi). Wiele argumentów przemawia za tym, że w przeciwieństwie do współczesnych gadów zmiennocieplnych jak jaszczurka, dinozaury w pewnym stopniu (a może i całkowicie) potrafiły utrzymywać temperaturę swojego ciała na stałym poziomie. Dowodem na to jest dwukomorowe serce i duża ruchliwość tych gadów, którą można określić na podstawie budowy ich kończyn. Dinozaury zatem mogły być podobnie przystosowane do zmian w otoczeniu jak współczesne ssaki czy ptaki. 

Należący do dinozaurów rogatych Triceratops. Grafika: Nobu Tamura

Jak zatem tak dobrze przystosowane, największe w historii naszej planety zwierzęta, mogły gwałtownie wyginąć? Zadajemy sobie to pytanie często nieświadomi, że wymieranie gatunków nie jest procesem rzadkim – spotkało to nie tylko dinozaury. Wielkich wymierań było aż sześć, a pierwsze z nich – ordowickie – zdarzyło się 438 milionów lat temu i dotyczyło 85% gatunków. Prawdopodobnie mogło być ono spowodowane katastrofą w skali kosmicznej, taką jak wybuch supernowej, który naraził Ziemię na przyjęcie dużej ilości promieniowania Gamma. Z podobnych, „pozaziemskich” przyczyn wyginęły najprawdopodobniej dinozaury. Na Ziemi odnaleziono kratery uderzeniowe datowane właśnie na czas ich zniknięcia – około 66 milionów lat temu. Tak zwana teoria impaktu zakłada, że dramatyczne spotkanie naszej planety z planetoidą spowodowało gwałtowne zmiany klimatyczne skutkujące śmiercią bogatego świata dinozaurów. Katastrofa ta miała jednak też jasne, przynajmniej dla nas, strony. W ziemskim ekosystemie pojawiło się miejsce dla żyjących dotychczas w cieniu wielkich gadów ssaków, do których należymy.

środa, 30 października 2013

Tajemnice starożytnej Mezopotamii

Najwcześniejsza znana nam cywilizacja utworzyła się w dolinie rzek Tygrysu i Eufratu, tak zwanym Żyznym półksiężycu. To tam dokonano olbrzymich postępów w dziedzinie rolnictwa i organizacji społecznej. Tam również powstało pismo i pierwsze prawodawstwo. Przy całym zainteresowaniu jakie budzi starożytny Egipt, warto przyjrzeć się prekursorom europejskiej cywilizacji.

Wyobrażenie zigguratu w UR
  
Jednym z dokonań podzielonej początkowo na państwa-miasta Mezopotamii była umiejętność ujarzmiania rzek poprzez budowę wałów i wykorzystywania wody za pomocą kanałów melioracyjnych. Te można było budować jedynie wspólnie, dlatego też ludzie łączyli się w grupy. To bez wątpienia wpłynęło na rozwój organizacji społecznej. Mieszkańcy Mezopotamii potrafili także osuszać bagna, co również wymagało wspólnego działania. Po pokonaniu naturalnych barier ludzie mieli znacznie większe możliwości wzajemnego kontaktu, co sprzyjało budowaniu większych zbiorowisk. Z czasem te przeistoczyły się w państwa.

Pierwszą znaczącą cywilizacją na obszarze Mezopotamii była cywilizacja sumeryjska. Trwała tysiąc trzysta lat i zawdzięczamy jej niezwykle istotny wynalazek – pismo. Ewoluowało ono od prostych piktogramów, czyli obrazków przedstawiających określone pojęcia do bardziej abstrakcyjnych znaków. Były one pisane na glinianych tabliczkach za pomocą kawałka trzciny o zakończeniu w kształcie klina (stąd nazwa pisma – pismo klinowe). Teksty, które powstawały za pomocą pisma klinowego były zazwyczaj spisami towarów czy pokwitowaniami. Pierwsze powstały około 3000 roku p.n.e.

W języku sumeryjskim, po którym odziedziczyliśmy między innymi słowo „alkohol”, a także kilka innych, zostało napisane pierwsze dzieło literackie świata. Mowa o Eposie o Gilgameszu – mitycznej opowieści o poszukiwaniu ratunku przed śmiercią oraz marzeniu powrotu do stanu natury. W Eposie pojawia się też pierwszy opis wielkiego potopu, później powtórzony w Biblii. Opowieść powstała ok 2000 roku p.n.e. dotyczy postaci autentycznej – Gilgamesz był władcą miasta Uruk. Jej wpływ da się odczuć nie tylko w Biblii – oddziaływała na cały Bliski Wschód. Głębokie symboliczne znaczenie Eposu przemawiało do wyobraźni starożytnych.

Pisząc o Mezopotamii w kontekście nauki nie sposób nie wspomnieć o wielkich osiągnięciach tej cywilizacji w dziedzinie matematyki czy geometrii. Wyrażali wartość liczbową za pomocą pozycji danej cyfry oraz dzielili okrąg na sześć równych części. Ich budownictwo także było innowacyjne – stosowali suszone na słońcu, wyrabiane z mułu cegły. Dzięki temu potrafili wznosić naprawdę imponujące budowle, takie jak ziggurat w Ur wznoszący się na wysokość trzystu metrów. Sumerowie wynaleźli także szkło i sporządzali odlewy z brązu.

Po Sumerów nastały w Mezopotamii czasy Imperium Babilońskiego. Mimo złej sławy jego nazwy, która kojarzy się z przepychem i zepsuciem zawdzięczamy im bardzo wiele. Byli oni pierwszymi twórcami spisanego prawa – kodeksu Hammurabiego. Jego twórcą był król Babilonii, a wyryte zapisy można oglądać w paryskim Luwrze. Zapisy dotyczyły w dużej mierze handlu, własności i życia rodzinnego. Za nieprzestrzeganie praw groziły surowe kary.

Osiągnięciem Babilończyków było także rozwinięcie pisma klinowego do formy sylabicznej, co znacznie wpłynęło na jego użyteczność. Uważnie obserwowali także gwiazdy tworząc podwaliny astronomii (wybudowali liczne obserwatoria). Potrafili przewidywać zaćmienia Księżyca oraz znali tory ruchy planet. Babilońskiej matematyce zawdzięczamy też system sześćdziesiątkowy, który stosujemy między innymi przy podziale godziny na 60 minut. Algebra to także dziedzictwo starożytnej Mezopotamii.

Sumerowie i Babilończycy nie pozostawili po sobie imponujących piramid ale warto pamiętać, że bez ich osiągnięć nasz świat wyglądałby zupełnie inaczej. Żyzny Półksiężyc dał naszej nauce bardzo wiele.

wtorek, 22 października 2013

Skąd ten prąd? Poznawanie elektryczności.

Bez niej nie moglibyśmy funkcjonować we współczesnym świecie. Odpowiada za działanie komputerów, telefonów, sprzętu gospodarstwa domowego. Jak właściwie działa elektryczność, od której tak jesteśmy obecnie uzależnieni?

Zdjęcie: Aatu Liimatta
  
Za elektryczność odpowiedzialne są mikroskopijne cząstki stanowiące składniki atomu – elektrony. Mają one ładunek ujemny. Przemieszczające się przez przewodnik elektrony to znany wszystkim prąd elektryczny. Ruch elektronów powoduje także pole magnetyczne, które jest odpowiedzialne za działanie urządzeń elektrycznych oraz pola elektryczne.

Elektryczność służy nam także do przesyłania informacji, podobnie jak fale radiowe. Takie jej zastosowanie możemy spotkać w kalkulatorach czy komputerach. Dzięki temu, że wykorzystują one elektrony mogą być zminiaturyzowane. Na co dzień tego doświadczamy korzystając z laptopów, nowoczesnych telefonów komórkowych czy tabletów. Wszystkie te urządzenie elektroniczne kierują ruchem elektronów.

Istnieje także zjawisko elektryczności statycznej, czyli takiej gdzie elektrony nie płyną jak w przypadku prądu elektrycznego ale są przenoszone. Jako, że wszystko zbudowane jest z atomów zawierających elektrony stosunkowo łatwo ją wytworzyć. Wystarczy intensywnie potrzeć na przykład balon za pomocą ściereczki, a zacznie on przyciągać wasze włosy. Spróbujcie sami! Można również potrzeć grzebieniem o tkaninę, by zobaczyć jak wytworzone pole elektryczne będzie oddziaływać na kawałki papieru.

Wracając do prądu elektrycznego, różni się on tym od elektryczności statycznej, że może występować jedynie w przewodniku. Może być nim na przykład kawałek metalu. Wprawienie elektronów w ruch wymaga energii, na przykład cieplnej, mechanicznej czy słonecznej. Dostarczyć jej mogą także reakcje chemiczne jak ma to miejsce w baterii. W typowym jej obwodzie elektrony poruszają się przez przewodnik złożony z cynku i miedzi, które są w otoczeniu pobierającego z nich elektrony kwasu. Ten ostatni właśnie jest odpowiedzialny za przepływ elektronów.

Jak mierzymy „ilość” prądu? Wszystkie urządzenie elektryczne wyposażone są w obwody, w których możemy wyróżnić natężenie (czyli ilość) prądu liczone w amperach oraz jego napięcie liczone w woltach. Prąd przepływający przez obwody możemy też podzielić na stały i zmienny. W przypadku tego pierwszego elektrony płyną w jednym kierunku – od bieguna ujemnego do dodatniego. Z prądem zmiennym mamy do czynienia natomiast wtedy gdy, elektrony poruszają się w dwóch kierunkach, „tam i z powrotem”. Właśnie taki rodzaj prądu jest w naszych gniazdkach elektrycznych.

Elektryczność jak widać nie jest wcale tak skomplikowana. Najlepiej się o tym przekonać wykonując wspomniany eksperyment z balonem, do czego zachęcamy!

wtorek, 15 października 2013

Eksploracja Układu Słonecznego - misje sond kosmicznych

Marzą nam się podróże międzygwiezdne, odkrywanie naszej galaktyki – Drogi Mlecznej a nawet galaktyk odległych. Kosmos jednak jest tak wielki, że odległości w nim są, właśnie... kosmiczne. W porównaniu do dziesiątek czy setek lat świetlnych, które dzielą nas od wymarzonych celów podróży  w naszym Układzie Słonecznym wszystko znajduje się stosunkowo blisko. Dzięki temu sporo udało nam się na jego temat dowiedzieć podczas podróży międzyplanetarnych.

Załogowe wyprawy na inne planety to przedsięwzięcia niezwykle skomplikowane. Jak dotąd ludzka  stopa stanęła jedynie na naszym Księżycu, chociaż od lat planowany jest załogowy lot na Marsa. Mimo, że w skali kosmicznej znajduje się on stosunkowo blisko, to jednak misja taka trwała by lata. Przez ten czas kosmonauci musieli by coś jeść, pić i... w ogóle ze sobą wytrzymać. Jak dotąd przeprowadzane eksperymenty psychologiczne mające na celu zbadanie zachowania małej grupy ludzi w zupełnej izolacji przez długi czas pokazały, że jest to możliwe. Nie były one jednak prowadzone w warunkach stresu i poczucia osamotnienia towarzyszących podróży w przestrzeni kosmicznej.

Na szczęście możemy posługiwać się bezzałogowymi sondami kosmicznymi. Nie narzekają one na nudę i nie potrzebują opieki medycznej, mogąc wędrować przez Wszechświat setki lat. Wykorzystują one jako źródło energii panele słoneczne i przesyłają wyniki swoich obserwacji do centrum dowodzenia na Ziemi. Ich zadanie to nie tylko przesyłanie niezwykłych zdjęć planet czy księżyców - wyposażone są w szereg instrumentów naukowych mających na celu na przykład badanie składu atmosfery obiektu czy jego pola magnetycznego.

Pierwszą misją sondy kosmicznej, która zakończyła się sukcesem była misja Mariner 2. Sonda z powodzeniem dotarła do swojego celu – Wenus i przeprowadziła szereg cennych obserwacji. Badany był między innymi wiatr słoneczny, pył międzyplanetarny i temperatura Wenus. Dalej zapuściły się sondy Pioneer 10 i Pioneer 11, które badały Jowisza i Saturna i po wykonaniu swojej misji stały się pierwszymi wysłanymi przez człowieka obiektami, które opuściły Układ Słoneczny. Z misji tych, które rozpoczęły się w 1972 roku pochodzą pierwsze zdjęcia „z bliska” gazowych gigantów. Na jednym z nich widoczna jest na przykład Wielka Czerwona Plama, charakterystyczny wir w atmosferze Jowisza. Podczas misji dokonano wielu użytecznych badać, między innymi zmierzono temperaturę księżyca Saturna Tytana i odkryto nieznany wcześniej księżyc – Epimeteusza.  

Jowisz na zdjęciu z sondy Pioneer 10

Słynne są misje Voyager mające na celu badanie Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Dzięki nim dysponujemy nie tylko dużą ilością danych naukowych ale też pierwszymi zdjęciami tych odległych planet i ich księżyców. Szczególne wrażenie robią zdjęcia Europy, pierścieni Saturna czy nieobserwowanych nigdy wcześniej księżyców Urana – Ariela i Mirandy. Dzięki Voyagerom, które także opuściły już Układ Słoneczny wiemy także, że Neptun jest niezwykle piękną, błękitną planetą, której towarzyszy nie mniej ciekawy księżyc – Tryton.
 
Powierzchnia księżyca Io


Chmury na Neptunie

Jowisza badała także sonda Galileo, a poznawaniu Marsa poświęcona były dwie misje – Mars Pathfinder oraz najnowsza (2011) Mars Science Laboratory wraz z łazikiem Curiosity, któremu zawdzięczamy zdjęcia czerwonej planety w wysokiej rozdzielczości. Misja Cassini-Huygens miała na celu badanie Saturna i jego księżyców. Jej wielkim osiągnięciem było lądowania próbnika wystrzelonego z sondy na Tytanie. Misja z 2006 roku poświęcona była natomiast Plutonowi i tak zwanemu pasowi Kuipera, czyli znajdującemu się za orbitą Neptuna rodzajowi pasa planetoid. W nim właśnie znajdują się planety karłowate: Pluton (który, jak przypominamy, od jakiegoś czasu nie jest już uznawany na „pełnoprawną” planetę), Haumea i Makemake.
 

Powierzchnia Tytana

Bezzałogowe misje sond kosmiczny na pewno będą kontynuowane, ponieważ ich efekty wniosły niezwykle dużo do nauki. Jak już wspomnieliśmy, dużo łatwiej je też zorganizować niż loty załogowe. Czekamy zatem na kolejne takie wyprawy, zanim sami będziemy mogli stanąć na odległych planetach!

piątek, 11 października 2013

Podniebni drapieżcy - orły

Pierwszy ptak nazwany archeopteryksem został odkryty w 1860 roku. Wyraźny odcisk jego upierzonego ciała znajdował się w skałach pamiętających czasy dinozaurów, co oznaczało, że ptaki były znacznie starsze niż powszechnie sądzono. Pierwszy odkryty praptak był wielkości gołębia i posiadał już najpewniej w pełni funkcjonalne pióra. Te, zbudowane z keratyny, wyróżniające ptaki elementy ich budowy dały im wiele korzyści, będąc, między innymi doskonałą izolacją. Z czasem też zapewniły im panowanie w powietrzu.

Świat ptaków jest niezwykle złożony i fascynujący. Od drobnych ptaków śpiewających, przez żyjące w dużych skupiskach nieloty - pingwiny, po ptaki drapieżne możemy obserwować wielką ilość różnorodnych zachowań tych zwierząt. My zajmiemy się przedstawicielami drapieżników – orłami.

Majestatycznie krążący orzeł, stosowany często jako symbol, to chyba najbardziej znany z podniebnych drapieżców. Występujący we wschodniej Europie i Skandynawii bielik wyróżnia się między innymi jako budowniczy olbrzymich gniazd, często mierzących nawet dwa metry średnicy i ważących ponad 600 kg. Ptak buduje je na wysokich drzewach lub skałach i regularnie do nich powraca. Młodsze osobniki wędrują na zimę ze Skandynawii w cieplejsze rejony Europy. Starsze prowadzą raczej osiadły tryb życia.
Orzeł bielik. Zdjęcie: ZorroIII
  
Bielik poluje na ptactwo wodne, nawet takich rozmiarów jak czapla siwa. Z wyjątkową wytrwałością potrafi prześladować swoją przyszłą ofiarę, aż ta, wyczerpana, pozwoli się pochwycić. Polując nad wodą, zdarza mu się także żywić większymi rybami, takimi jak szczupak. W menu bielika znajdują się także ssaki jak na przykład zając.
 
Polujący orzeł bielik. Zdjęcie: Idalia Skalska, http://idalia.pl

Potężny orzeł bielik z rozpiętością skrzydeł wynoszącą około 2,5 metra i długością ciała do jednego metra, miał w historii kuzyna, który zagrażał także znacznie większym zwierzętom. Był to wymarły, żyjący niegdyś na Nowej Zelandii Orzeł Haasta, charakteryzujący się co prawda niewiele większymi rozmiarami, ale za to znacznie większą wagą od bielika. Ptak zniknął około 1400 roku, ale został zapamiętany przez zamieszkujących Nową Zelandię Maorysów, ponieważ sami bywali obiektem jego polowań. Ten leśny ptak potrafił niespodziewanie runąć na człowieka, zadając mu rany potężnymi szponami.
 
Wyobrażenie Orła Haasta polującego na nieloty Moa. Autor: John Megahan

Silniejszy od bielika jest też mniejszy od niego orzeł przedni. Potrafi w locie nurkowym osiągać prędkość aż 320 km/h! Spotkać go można w lasach i górach, w Polsce w Karpatach. Poluje na zające, kuny czy świstaki, czasem jednak potrafi się też skusić nawet na owcę. Poza ssakami orzeł ten chwyta też inne ptaki, ryby lub gady. W Polsce jest gatunkiem chronionym i obecnie jego ilość jest dramatycznie niska – wynosi według danych sprzed trzech lat 27 par.
 
Orzeł przedni. Autor: Juan Lacruz

Jeszcze rzadszym gatunkiem orła jest orlik grubodzioby, który zamieszkuje wyłącznie tereny podmokłe i lasy. W Polsce jest to dolina Biebrzy, gdzie występuje kilkanaście par tych ptaków. Są one z dużym zaangażowaniem nowoczesnych środków badane przez ornitologów, którzy za pomocą nadajników GPS i urządzeń zwanych datalogerami śledzą podróże orlików. A potrafią one wędrować na naprawdę wielkie odległości. Dotyczy to młodych orlików, które, zanim zaczną prowadzić osiadły tryb życia, przemieszczają się z naszych rejonów aż na tereny Egiptu czy Południowego Sudanu. Jest to podróż pełna niebezpieczeństw, głównie ze względu na zagrożenie ze strony człowieka. Dlatego też prowadzone są nie tylko programy monitoringu ich lotów, ale też programy edukacyjne mające na celu uświadamiać, jak ważne jest zachowanie tego gatunku. Dotyczy to zresztą wszystkich orłów – musimy dbać o to, by kiedyś te majestatyczne ptaki nie zniknęły z naszego nieba.

wtorek, 8 października 2013

Patrząc przez mikroskop

Fascynujące jest poznawanie Wszechświata za pomocą teleskopów. Można wtedy odkryć nowe, odległe światy, piękne mgławice czy galaktyki. Warto jednak też zwrócić się w inną stronę – spojrzeć w głąb rzeczywistości rzeczy małych. Służy temu mikroskop, dzięki któremu możemy poznawać to, co jest niewidoczne gołym okiem, mimo że znajduje się tak blisko.

W mikroskopie optycznym obserwowane obiekty znajdują się bardzo blisko soczewki obiektywu i oświetlane są przez odbite od zwierciadła światło. Zostaje ono dla zwiększenia efektu dodatkowo skupione w kondensatorze. Umożliwia to powiększenie obrazu do 2000 razy. Dużo większe możliwości daje mikroskop elektronowy, który powiększa obraz obserwowanego obiektu o prawie milion razy. Wykorzystuje do tego wiązkę poruszających się elektronów. W zależności od tego, czy jest to mikroskop transmisyjny, czy skaningowy wiązka ta przechodzi lub odbija się od próbki.

Dzięki powiększeniu nawet całkiem „banalne” obiekty stają się naprawdę fascynujące. Poniższe ziarenko soli wydaje się górą z trudnymi do zdobycia zboczami. Tak naprawdę jest to połączenie atomów chloru i sodu, którego lekką nieregularność widać dopiero w dużym powiększeniu.


Podobnie fascynujące są mikroskopijne wirusy, odpowiedzialne za wiele chorób. To, że te małe organizmy są w istocie żywymi istotami widać dopiero pod mikroskopem. Skomplikowana struktura zabójczego wirusa Ebola dowodzi złożoności tego z pozoru prostego organizmu.


wirus Ebola

Często niebezpieczne, ale też pożyteczne i niezbędne dla życia człowieka bakterie również prezentują swoją złożoną naturę przy dużym powiększeniu. Potrafią przybierać przeróżne kształty – kuliste, pałeczkowate czy spiralne. Składają się z jednej komórki otoczonej ścianą komórkową. Wewnątrz bakterii znajduje się cytoplazma, w której znajdują się między innymi kwasy nukleinowe. Poniżej możemy zobaczyć typ bakterii siarkowej, będący największą znaną bakterią. Żyje dzięki umiejętności utleniania siarki i łączy się w grupy komórek.  



Jednokomórkowe zwierzęta jak ameba są również ciekawymi obiektami do obserwacji. Ten używający nibynóżek do poruszania się jednokomórkowiec ma formę galaretowatej masy.


Ameba, zdjęcie: dr.Tsukii Yuuji

Pantofelek natomiast (poniżej) porusza się za pomocą rzęsek i wchłania pożywienie za pomocą wodniczek pokarmowych, trawiąc je przy użyciu enzymów.
Pantofelek. Zdjęcie: Barfooz

Wyjątkowo skomplikowaną strukturę można dostrzec także obserwując jednokomórkowe rośliny, na przykład skrętnicę, wodny glon. Łączy się on w długie nici, których duże nagromadzenie można dostrzec gołym okiem.  

Skrętnica


Nie mniej ciekawe są niezwykle małe zwierzęta. U rozwielitki, która, gdy przyjrzeć jej się bliżej jest właściwie przeźroczysta, można dostrzec już skomplikowaną strukturę narządów wewnętrznych. To zwierzę żyjące w stawach i jeziorach żywi się mikroskopijnymi roślinami i zwierzętami. Ma serce, czułki służące do poruszania się i przewód pokarmowy.

Rozwilitka. Zdjęcie: Thctamm

To tylko niektóre z przykładów tego, jak fascynujące może być zwiedzanie świata za pomocą mikroskopu. Co ważne, aby zakosztować tej wyprawy, wcale nie potrzebujemy skomplikowanego mikroskopu elektronowego. Przez zwykły, optyczny mikroskop również można dostrzec bardzo wiele. Warto spróbować!

piątek, 4 października 2013

Zawiłości teorii względności

Zanim w XX-wiecznej fizyce pojawiły się mechanika kwantowa i teoria strun zrewolucjonizował ją  Albert Einstein. Jego teoria względności sprawiła, że już nigdy nie patrzyliśmy na rzeczywistość w ten sam sposób i zyskaliśmy, poza trzema wymiarami przestrzennymi dodatkowy – czas.


Albert Einstein

Teoria względności to w istocie dwie teorie – szczególna teoria względności i ogólna teoria względności. Ta pierwsza odnosi się do przedmiotów pozostających w ruchu i ich relacji wobec czasu. Według niej czas nie jest obiektywnym zjawiskiem, nie płynie zawsze „tak samo”, ale jest względny. Zależy bezpośrednio od tego, z jaką prędkością się poruszamy i naszego położenia w przestrzeni. Można to wyobrazić sobie na przykładzie dwóch mijających się pojazdów – dla obserwatora w tym, który jest mijany, mijający porusza się wolniej niż wynosi jego prędkość bezwzględna.

Co szczególnie ważne w ustaleniach Einsteina to natura światła. Według niego stanowi ono strumień cząstek – fotonów, a nie jest falą, jak wcześniej sądzono. Fotony nie mają masy i przez to mogą przemieszczać się z największą znaną fizyce i nieprzekraczalną prędkością – 300 000 km/s. Masa każdego obiektu, który poruszał by się z tą prędkością stała by się nieskończenie wielka, podobnie nieskończenie wielka musiała by być siła, aby obiekt rozpędzić. Z punktu widzenia obserwatora pędzący coś pędzącego z prędkością bliską prędkości światła uległoby też skróceniu (na przykład przy 90% tej prędkości o połowę) Jednocześnie na pokładzie takiego hipotetycznego pojazdu czas płynąłby o połowę wolniej od czasu obserwatora. Gdyby było możliwe, że pojazd osiągnąłby prędkość światła (a zatem stał się nieskończenie masywny), czas dla niego zatrzymałby się.

Odkrycie skończonej prędkości światła ma też podstawowe znaczenie dla astronomii. Dzięki temu, iż wiemy, że fotony mkną 300 000 km/s, nie szybciej, zdajemy sobie sprawę z faktu, że obserwując gwiazdy czy galaktyki widzimy w istocie ich przeszłość. Gwiazdę odległą o sto lat świetlnych od Ziemi, widzimy przez nasze teleskopy taką, jaka była wiek temu, a nie taką, jaka jest obecnie.

Oprócz szczególnej teorii względności nie mniej doniosłym osiągnięciem Einsteina była ogólna teoria względności dotycząca grawitacji. Podstawowym pojęciem dla niej jest wprowadzone już w szczególnej teorii względności pojęcie czasoprzestrzeni. Dzięki niej można określić położenie obiektu także w czasie. Rewolucyjnym stwierdzeniem teorii jest jednak wniosek, że grawitacja jest siłą zakrzywiającą czasoprzestrzeń. Można to sobie wyobrazić, jako tworzenie się wgłębień w pozornie płaskiej powierzchni. Wniosek, że grawitacja nie jest siłą przyciągającą materię a zakrzywiającą czasoprzestrzeń został potwierdzony, gdy zaobserwowano zwielokrotniony obraz kwazaru. Jeden obiekt widoczny jest jako cztery ponieważ jego światło uległo zakrzywieniu przez odległą galaktykę. Dlaczego to takie istotne? Gdyby grawitacja przyciągała masę, nie mogłaby zakrzywiać toru światła, które jest strumieniem nieposiadających masy fotonów. Liczne dowody na prawdziwość teorii Einsteina znajdowano też podczas obserwacji pulsarów czy badań czarnych dziur. Przeprowadzono także eksperyment polegający na porównaniu upływu czasu na wysłanym w przestrzeń kosmiczną zegarze atomowym, a bliźniaczym zegarem pozostającym na Ziemi. Efekty próby potwierdziły hipotezy Einsteina.

Potwierdzona licznymi badaniami teoria względności Einsteina stoi u podstaw współczesnej fizyki, która obecnie koncentruje się na próbach połączenia efektów prac genialnego fizyka z nowszymi teoriami – na przykład mechaniką kwantową. Dzięki Einsteinowi i jego następcom wiemy jednak, że żyjemy w niezwykłym świecie czasoprzestrzeni.