Światło – cud nieożywiony?

(1)

Cykl wykładów popularno-naukowych Rok akademicki 2004/2005

Światło – cud nieożywiony?

Dr hab. inż. Włodzimierz Salejda, profesor nadzwyczajny PWr

Instytut Fizyki PWr

E-mail: wlodzimierz.salejda@pwr.wroc.pl

Strona WWW

Strona WWW http://www.if.pwr.wroc.pl/~wsalejda/

(2)

Plan wykładu 1. O znaczeniu słów

2. Historia światła

3. Wybrane zastosowania 4. Monitorowanie Słońca 5. Zakończenie

© W.Salejda

(3)

1. Terminologia (1)

CUD to – według słownika j. polskiego PWN – pojęcie religijne oznaczające

niezwykłe zjawisko widziane przez religie jako wyraz ingerencji sił nadprzyrodzonych; pojęcie znane

wszystkim religiom, które upatrywały cudu w samym powstaniu oraz istnieniu

Świata i rzeczy, a szczególnie

w zjawiskach nie dających się wyjaśnić

znanymi prawami przyrody [...]

(4)

1. Terminologia (2)

CUD to – według encyklopedii GW–

zjawisko naruszające prawa przyrody, wyjaśniane w religiach jako ingerencja

sił nadprzyrodzonych [...]

Zjawisko?

Wyjaśniane? (Interpretowane)

© W.Salejda

(5)

1. Terminologia (3)

1) Na początku Bóg stworzył niebo i ziemię.

2) Ziemia zaś była bezładem i pustkowiem:

ciemność była nad powierzchnią bezmiaru wód, a Duch Boży unosił się nad wodami.

3) Wtedy Bóg rzekł: Niechaj się stanie światłość!

I stała się światłość.

4) Bóg widząc, że światłość jest dobra, oddzielił ją od ciemności.

5) I nazwał Bóg światłość dniem, a ciemność

nazwał nocą. I tak upłynął wieczór i poranek - dzień pierwszy.

BIBLIA TYSIĄCLECIA; Księga Rodzaju

(6)

1. Terminologia (4)

Cud – rzecz, zjawisko niepospolite, niezwykłe, wywołujące zdumienie,

podziw; także osoba lub rzecz doskonała, bardzo piękna.

Cud gospodarczy, cud-dziewczyna, cuda przyrody, cuda techniki.

Niech nad martwym wzlecę światem w rajską dziedzinę ułudy: kędy zapał tworzy cudy.

(Mickiewicz)

pot. Cuda wyrabiać, wyczyniać « robić rzeczy dziwaczne, osobliwe ».

Słownik j. polskiego PWN

© W.Salejda

(7)

1. Terminologia (5)

Ożywiony imiesł. przym. bierny czas. ożywić (p.) – odznaczający się żywotnością, żywym tempem;

burzliwy, gorący, intensywny.

Np. ożywiona działalność, dyskusja, rozmowa, stosunki towarzyskie, korespondencja

(8)

1. Terminologia (6)

Nieożywiony

1. nie będący istotą żywą, nie dotyczący istot żywych; martwy.

Np. materia, przyroda nieożywiona.

2. pozbawiony żywości; powolny, nudny.

Np. rozmowa była nudna i nieożywiona.

Martwy

1. taki, który nie żyje; o roślinie: zwiędły, uschnięty; o przedmiocie: nieżywotny, nieożywiony

To jak martwa opoka nie zwróci w stronę oka, to strzela wkoło oczyma, to się łzami zaleje. (Mickiewicz)

© W.Salejda

(9)

2. Historia... Natura światła w czasach antycznych

OKO TO LATARNIA

Promienie światła powstają w oku, które wysyła je na zewnątrz

(oko – latarnia morska)

Wedle Empedoklesa –

twórcy czterech żywiołów: ziemi, powietrza, ognia i wody (antycznych kwarków)

– ludzkie oko

uformowała Afrodyta z 4 żywiołów:

podczas stworzenia świata rozpaliła ogień oka, który jest

wysyłany na zewnątrz, co pozwala widzieć rzeczy.

(10)

2. Historia... Natura światła w średniowieczu

Poglądy antyczne przetrwały do końca pierwszego tysiąclecia naszej ery.

Alhazen (Abu Ali al-Hassan ibn al-Haytham) Arab, żył od około 965 do 1038 r. n.e.

Najwybitniejszy uczony średniowiecza.

© W.Salejda

(11)

2. Historia...

Natura światła w średniowieczu Alhazen (Abu Ali al-Hassan ibn al-Haytham)

Był przekonany, że światło to strumień cząsteczek wytwarzanych przez Słońce lub płomienie ognia na Ziemi, poruszających się prostoliniowo

i odbijanych od obiektów spotykanych na swej drodze.

Poprawnie wytłumaczył działanie camera obscura (ciemny pokója kamera).

Analizując powidoki argumentował, że światło wnika z zewnątrz do oka.

Wiedział, że prędkość światła zależy od rodzaju ośrodka.

Właściwie zinterpretował zjawisko refrakcji (załamania), obserwując widok zgiętej łyżki zanurzonej w szklance wody.

(12)

2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych

Johann Kepler (1571-1630), pod wpływem dzieł Alhazena, wyobrażał sobie oko, jako kamerę, do

której światło wpada przez źrenicę i tworzy obraz na siatkówce.

Dlaczego jednak nie widzimy rzeczy do góry nogami?

Zagadkę tę rozwiązał doświadczalnie

Kartezjusz (1596-1650).

Wyjął oko z martwego wołu, uczynił tylną

ściankę przeźroczystą i zobaczył rzeczywisty odwrócony obraz wytworzony na siatkówce.

Dzisiaj wiemy, że dzięki obróbce przez mózg człowieka obrazy powstałe na siatkówce są widziane poprawnie

(tj. są ponownie obracane). © W.Salejda

(13)

2. Historia...

Natura światła w czasach nowożytnych

Galileusz (1564-1642) za pomocą własnoręcznie skonstruowanego teleskopu odkrywa (1610) cztery największe księżyce Jowisza.

Ole Rømer dokonuje (po 1670 r.) pierwszego pomiaru prędkości światła.

W latach 60-tych XVII wieku istniały dwie koncepcje światła:

1. Światło jest strumieniem maleńkich cząsteczek, poruszających się z ogromną prędkością – Pierre Gassendie (1592–1655).

2. Nie ma żadnego fizycznego ruchu światła z jednego do drugiego miejsca; świat jest wypełniony materiałem zwanym plenum, który wywiera ciśnienie na gałki oczne; Słońce jest rozpierane przez wewnętrzne ciśnienie, które jest przenoszone przez plenum i odczuwane przez oko – Kartezjusz.

(14)

Wokół jasnego przedmiotu występuje pulsujące ciśnienie, które rozchodzi się w przestrzeni wokół niego – taka koncepcja

falowej natury światła była przedmiotem prac Roberta Hooke’a (Anglia) i

Christiana Huygensa (1629–1695, Holandia) – twórcy zegara wahadłowego (1657), zegarka (1674)

napędzanego sprężyną, odkrywcy Tytana

(największego księżyca Saturna), zamkniętej falowej teorii światła, gotowej w 1678 r,

a opublikowanej dopiero w 1690 r.

© W.Salejda

(15)

2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych

Według Christiana Huygensa światło to ruch cząsteczek, rozpychających i potrącających się nawzajem, co pozwala im rozprzestrzeniać się

ze źródła w postaci sferycznej fali ciśnieniowej.

Teoria ta wyjaśniała:

 odbicie od lustra,

 zjawisko załamania światła (refrakcję) przy założeniu, że prędkość światła jest mniejsza w ośrodku gęstszym.

Ch. Huygens miał w życiu pecha – żył i pracował w

latach, w których autorytet naukowy Isaaka Newtona

był niepodważalny.

(16)

Isaac Newton (1642–1727) – jeden z największych geniuszy nauki; jako pierwszy sformułował kanon

naukowej metody badawczej, będącej połączeniem

idei i hipotez z obserwacjami i eksperymentem.

Był zwolennikiem korpuskularnej natury światła.

© W.Salejda

(17)

2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych Isaac Newton (1642–1727) i kanon metodologii nauk twardych.

Cytat z listu do jednego z krytyków korpuskularnej natury światła:

„Wydaje się, że najlepsza i najbezpieczniejsza metoda filozofowania polega na pracowitym badaniu

właściwości rzeczy, ustalaniu tych właściwości poprzez eksperymenty, a następnie poszukiwaniu

wyjaśniających je hipotez. Hipotezy powinny być formułowane wyłącznie w celu wyjaśnienia

właściwości rzeczy, a nie założone przy ich ustalaniu –

oraz w celu dostarczania eksperymentów.”

(18)

2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych I. Newton

Jego koncepcje na temat światła, podobnie jak prawa ruchu i teoria grawitacji, były traktowane przez współczesnych mu jak naukowa ewangelia.

Stworzył poprawną teorię koloru – eksperymentując jednym i dwoma pryzmatami doszedł do słusznego wniosku, że światło jest mieszaniną wszystkich kolorów; wyróżnił 7 kolorów w świetle białym.

© W.Salejda

(19)

2. Historia...

Natura światła w czasach nowożytnych I. Newton

I. Newton skonstruował teleskop zwierciadlany.

(20)

2. Historia...

Isaac Newton i Robert Hooke

Dzielił ich wielki konflikt naukowy i osobisty.

R. Hooke (1635–1703) był szefem eksperymentatorów

królewskiej akademii nauk (Royal Society) i zwolennikiem falowej natury światła.

Na list I. Newtona odpowiedział w bardzo kąśliwy sposób, sugerując, że to co w teorii Newtona uchodzi za oryginalne – jest błędne, a to, co wydaje się być poprawne – nie jest oryginalne.

Skutkiem tego było wycofanie się Newtona ze świata nauki, aż do śmierci Hooke’a.

Być może dlatego nie zachował się żaden portret R. Hooke’a.

© W.Salejda

(21)

Leonhard Euler (1707–1783) –

zwrócił uwagę (w pracy opublikowanej w

1746 r.) na analogię między dźwiękiem (falą akustyczną) a drgającą falą świetlną.

Nośnikiem materialnym fali świetlnej jest eter.

Napisał: „Światło słoneczne jest w stosunku do eteru tym, czym dźwięk w stosunku do powietrza.”

Słońce określił jako „dzwon dzwoniący światłem”.

(22)

Thomas Young (1773–1829) –

cudowne dziecko brytyjskiej fizyki,

w wieku 16 lat rozumiał 12 języków; w wieku 21 lat został członkiem Royal Society; doktorat z medycyny.

Wyjaśnił:

a) astygmatyzm (nieregularność krzywizny rogówki oka);

b) rozróżnianie kolorów przez oko, to wynik oddziaływania 3 podstawowych kolorów (RGB) na receptory oka

c) wymyślił i przeprowadził podstawowe doświadczenie

interferencyjne z dwoma szczelinami oraz wyjaśnił otrzymane wyniki w ramach falowej natury światła,

d) uważał słusznie, że światło jest falą poprzeczną.

© W.Salejda

(23)

T. Young wymyślił i przeprowadził podstawowe doświadczenie interferencyjne z dwoma szczelinami oraz zinterpretował otrzymane wyniki w ramach falowej natury światła.

(24)

T. Young – nie przekonał współczesnych do falowej natury światła. Pomysł, że dodanie dwóch promieni

światła może dać ciemność wydawała się być – na przełomie XVIII i XIX w. – piramidalną bzdurą.

Śmiertelny cios korpuskularnej teorii światła zadał francuski

inżynier Augustin Fresnel (1788–1827), który będąc znakomitym matematykiem opracował falową teorię dyfrakcji.

Uwaga! Ciemne i jasne prążki interferencyjne możemy zobaczyć za pomocą jednej szczeliny – wystarczy podnieść palce dłoni na wysokość twarzy i spojrzeć między palcami na jasne źródło światła. Stopniowo zbliżając do siebie palce

zmniejszamy szerokość szczeliny między nimi. Tuż przed

zetknięciem się palców można zobaczyć jeden dwa lub więcej ciemnych prążków! Potrzebna jest jednak wytrwałość i

ostrożność. © W.Salejda

(25)

W 1817 r. Francuska Akademia Nauk ogłosiła konkurs na teorię opisującą w zadowalający sposób zachowanie się światła w zjawisku dyfrakcji i interferencji.

Teorię dyfrakcji światła podał Fresnel. Jego

podejściem zainteresował się Simeon Poisson, który pokazał, że teoria Fresnela przewiduje absurdalny

wynik: promienie światła uginając się wokół krawędzi okrągłego przedmiotu ustawionego na drodze biegu

promieni powinny dawać jasną plamkę w środku cienia za przedmiotem!

Doświadczenie wykonał w 1819 r. Francois Arago i potwierdził istnienie jasnej plamki Fresnela!

Zwolennicy korpuskularnej natury światła musieli skapitulować. Byli wśród

.

(26)

Teorię dyfrakcji światła sformułował A. Fresnel.

© W.Salejda

(27)

2. Historia...

Michael Faraday (1791–1867)

twórca koncepcji pola, odkrywca

zjawiska indukcji elektromagnetycznej,

sugerował, że światło to drgania linii sił pola elektrycznego.

Na lewo: demonstracja zjawiska indukcji elektromagnetycznej; po prawej jego zastosowania

(28)

2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych

James Clerk Maxwell (1831–1879) prekursor fotografii kolorowej, twórca dynamicznej teorii pola elektromagnetycznego; jej postać matematyczną stanowią

równania pola zwane równaniami Maxwella.

Potwierdzeniem było odkrycie w 80-tych latach XIX w. fal elektromagnetycznych przez Heinricha Hertza (1857–1894).

Zdjęcie górne: J.C.Maxwell dolne: H. Hertz

© W.Salejda

(29)

2. Historia... Natura światła w czasach współczesnych (od XX wieku)

Albert Einstein

(14 III 1879 – 18 IV 1955)

Zdemistyfikował, tj. uśmiercił, eter.

Potwierdzeniem są negatywne wyniki doświadczeń Alberta Michelsona

(1852–1931), który urodził się w Strzelnie na Kujawach, rodzina

wyemigrowała w 1855 r. do USA, gdzie przybyli 1856 r.; był najwybitniejszym mierniczym prędkości światła.

(30)

2. Historia...

Natura światła

w czasach współczesnych (od XX w.)

Albert Einstein (14 III 1879 – 18 IV 1955)

Zadawał sobie pytania: Co by się

stało, gdyby ktoś potrafił poruszać się obok promienia światła z

prędkością światła? Czy widziałby wówczas swe odbicie w lustrze

trzymanym w ręce?

Rozwiązanie: prędkość światła nie

zależy ani od prędkości źródła ani od prędkości odbiorcy; jest stała względem dowolnego inercjalnego układu odniesienia.

© W.Salejda

(31)

2. Historia...

Natura światła w czasach współczesnych (od XX w.)

Albert Einstein

(14 III 1879 – 18 IV 1955) Twórca STW; jej konsekwencje:

 jednoczesność i czas jest pojęciem względnym,

 E = mc²,

 niecodzienne dodawanie prędkości,

 czas i przestrzeń są nierozerwalnie związane ze sobą tworząc

czasoprzestrzeń.

(32)

2. Historia... Natura światła w

czasach współczesnych (od XX w.)

Max Planck (1858–1947) – twórca fizyki kwantowej.

Podał (zgadł) poprawną teorię promieniowania ciała doskonale czarnego (X i XII 1900).

Podstawowe założenie teorii:

Elektromagnetyczna energia cieplna jest

emitowana/absorbowana przez CDC w porcjach zwanych

kwantami.

Nie uważał, że światło to strumień kwantów – cząsteczek światła!

Dolne zdjęcie przedstawia M. Plancka i A. Einsteina.

© W.Salejda

(33)

2. Historia...

Natura światła w czasach współczesnych (od XX w.)

M. Planck

(1858–1947) – twórca fizyki kwantowej.

Podał (zgadł) poprawną teorię promieniowania ciała doskonale czarnego (X i XII 1900).

(34)

2. Historia... Natura światła w czasach współczesnych (od XX w.)

Albert Einstein

– w 1905 r.

publikuje sławne 3 prace.

Jedna z nich zawiera wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego.

Podstawowe założenie:

kwanty energii światła to cząstki, korpuskuły, a wybijanie elektronów z

powierzchni metalu, to wynik zderzenia cząstek-kwantów światła z elektronami.

Schemat stanowiska do pomiaru fotoefektu.

Nazwa foton, na określenie kwantu światła, została

wprowadzona w 1926 r.

© W.Salejda

(35)

2. Historia... Natura światła w

czasach współczesnych (od XX w.) Satyendranath Bose (1894–1974) – poprawnie wyprowadził funkcję rozkładu Plancka, traktując

fotony jako gaz identycznych cząstek kwantowych

wypełniających pewną objętość.

Odkrył nowy rodzaj statystyki nazwanej statystyką Bosego–

Einsteina. Dotyczy ona cząsteczek kwantowych o spinie całkowitym.

Takimi są fotony, których liczba nie jest zachowana, a spin jest równy stałej Diraca (ħ).

(36)

2. Historia... Natura światła w czasach współczesnych (od XX w.)

Kondensacja Bosego–

Einsteina

(1996)

Szwedzka Królewska Akademia Nauk przyznała w 2001 r. nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki dla Erica A. Cornella, Wolfganga Ketterle i Carla E. Wiemana „za osiągnięcia w zakresie kondensacji Bosego–

Einsteina atomów pierwiastków alkalicznych i za fundamentalne badania nad właściwościami

kondensatu”.

Eric A. Cornell

JILA and National Institute of Standards and Technology (NIST), Boulder, Colorado, USA.

Carl E.

Wieman JILA and University of Colorado, Boulder, Colorado, USA.

Wolfgang Ketterle

Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, Massachusetts, USA.

© W.Salejda

(37)

2. Historia... Natura światła w czasach współczesnych

Louis de Broglie (1892–1987) W roku 1924 wysunął

hipotezę korpuskularno- falowej natury cząsteczek materialnych, co było

uogólnieniem właściwości fotonów na cząsteczki

materialne.

(38)

2. Historia... Natura światła w czasach współczesnych

Erwin Schrödinger (1887–

1961)

Rozwinął hipotezę de Broglie’a i stworzył

mechaniką falową, jedną z wersji mechaniki kwantowej – jednej z najważniejszych teorii fizycznej XX wieku.

© W.Salejda

(39)

2. Historia... Natura światła w czasach współczesnych (od XX wieku)

Richard Feynman (1918–1988 ). Współtwórca elektrodynamiki kwantowej, najdokładniejszej teorii naukowej, jaka kiedykolwiek powstała.

Opisuje oddziaływania elektronów z elektronami i z promieniowaniem elektromagnetycznym

(także ze światłem). Takie oddziaływania decydują nieomal o wszystkim wokół nas.

Elektrony oddziaływują ze sobą wymieniając fotony.

Twórca nowego sformułowania mechaniki kwantowej za pomocą całek po trajektoriach.

Prekursor nanotechnologii „There is Plenty of Room at the Bottom”

(40)

2. Historia... Natura światła w XX i XXI wieku Fizyka współczesna narodziła się w eksperymencie Younga z dwoma szczelinami. Został on współcześnie przeprowadzony nad pojedynczymi elektronami,

protonami, neutronami, atomami sodu.

Eksperyment Younga z elektronami

© W.Salejda

(41)

2. Historia... Natura światła w XX i XXI wieku

Próba zrozumienia wyników tych doświadczeń prowadzi do m.in.

następujących stwierdzeń:

1)

„światło podróżuje jak fala, lecz przybywa jako cząstka” ,

2) atomy i cząstki elementarne – obiekty

materialne – podróżują podobnie jak światło,

3) wydaje się, że atomy i cząstki elementarne mogą być jednocześnie w dwóch miejscach,

4) atomy i obiekty subatomowe nie znają dokładnie

swego położenia i pędu, innymi słowy nie wiedzą gdzie

w danej chwili znajdują się i dokąd zdążają.

(42)

2. Historia... Natura światła w XX i XXI wieku

Cytaty R. Feynmana pod adresem doświadczenia Younga (z pojedynczymi fotonami lub cząsteczkami elementarnymi)

1. Fotony zachowują się w sposób nie mający żadnego odpowiednika klasycznego.

2. [...] elektrony i fotony zachowują się dokładnie tak samo; ich zachowanie jest wariackie [....]

3. [...] mogę bezpiecznie stwierdzić, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej.

4. [...] próba zrozumienia zachowania się cząstek w małej skali przybiera postać nieustannych cierpień, powodowanych przez powtarzanie pytania „ale jak to jest możliwe?”, będące wyrazem niekontrolowanego, lecz całkowicie bezskutecznego pragnienia zrozumienia zjawisk kwantowych przez odwołanie się do czegoś znanego.

5. Nie powtarzajcie sobie, o ile to jest możliwe, „ale jak to jest możliwe?”, ponieważ wpadniecie w przepaść, w ślepą uliczkę, z której nikomu nie udało się uciec. Nikt nie wie jak to jest możliwe.

© W.Salejda

(43)

2. Historia... Natura światła w XX i XXI wieku

Światło w eksperymencie Younga jawi się nam jako zjawisko:

zadziwiające, czarujące, zachwycające, zaskakujące, tajemnicze

i wciąż niezrozumiałe (także współcześnie) w kategoriach tzw. zdrowego rozsądku.

Jest to zjawisko niepospolite, niezwykłe, wywołujące zdumienie i podziw – w tym sensie można je określić słowem cudu.

Przypomnienie: wg sł. j. pol.: Cud – rzecz, zjawisko niepospolite, niezwykłe, wywołujące zdumienie, podziw.

W sensie potocznym: Cuda wyrabiać, wyczyniać « robić rzeczy dziwaczne, osobliwe ».

(44)

2. Historia ... Natura światła w XX i XXI wieku

Jeśli zgodzimy się z twierdzeniem, że światło jest cudem (natury), to czy zasługuje na miano cudu nieożywionego?

Trudno się z tym nie zgodzić. Foton nie wykazuje podstawowych funkcji życiowych:

 nie oddycha,

 nie myśli,

 nie odżywia się,

nic nie wydala,

nie rozmnaża się,

nie rośnie,

nie jest pobudliwy,

choć wymienia energię z otoczeniem.

nie pije piwa,

© W.Salejda

(45)

2. Historia ... Natura światła w XX i XXI wieku

Zanim podejmę próbę udzielenia odpowiedzi na pytanie:

Czy światło zasługuje na miano cudu nieożywionego?

Przedstawię wybrane zastosowania światła, jego

zaskakujące nowe właściwości oraz zaprezentuję działanie

Słońca – największego i najpotężniejszego źródła światła.

(46)

3. Wybrane zastosowania...

dywagacje, uwagi, metafizyka etc.

Światło umożliwia nam wygodne życie, ożywia i powstrzymuje, jak tylko może to, co zmierza na tamtą stronę.

Służy człowiekowi od wieków i będzie jeszcze długo mu pomagać i sprzyjać.

P. Coelho ... świat Tobie sprzyja... – misję tę w naszym świecie wypełnia światło.

© W.Salejda

(47)

dywagacje, uwagi, metafizyka etc.

Służy m.in. do:

 Podtrzymania życia na Ziemi (fotosynteza)

Obrazowania układu kostnego, tkanek i narządów (w medycynie),

Diagnozowania (w medycynie)

Przesyłania informacji (radiostacje, telewizja naziemna i sate- litarna, telefonia komórkowa, telekomunikacja, światłowody)

Zapisywania i odtwarzania informacji (CD, DVD, odtwarzacze laserowe), jest jej nośnikiem

Akwizycji (pozyskiwania) informacji (medycyna, teleskop Hubble’a)

Poprawy jakości życia (medycyna)

(48)

Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a

© W.Salejda

(49)

Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a

(50)

Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a

© W.Salejda

(51)

Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a

(52)

© W.Salejda

(53)

© W.Salejda

(54)

Fotosynteza

Proces chemiczny zachodzący w

roślinach, które wykorzystują energię słoneczną do produkcji cukru (w chloroplastach), który komórki oddychając przekształcają w ATP (adenozynotrójfosforan) będącym paliwem napędowym wszystkich istot żywych.

Konwersja energii słonecznej w chemiczną zachodzi w chloroplastach) jest związana z działaniem chlorofilu – zielonego pigmentu .

6H₂O + 6CO₂ + energia słoneczna --->

C₆H₁₂O₆+ 6O₂

6 cząsteczek wody + 6 cząsteczek

dwutlenku węgla + energia słoneczna

daje jedną cząsteczkę cukru (glukozy) i 6 cząsteczek tlenu.

© W.Salejda

(55)

Fotosynteza

Struktura chemiczna ATP –

adenozynotrójfosforan; paliwo roślin.

(56)

Fotosynteza

Światło słoneczne odgrywa w naszej ziemskiej egzystencji kluczową rolę, z której nie do końca zdajemy sobie sprawę:

cała żywność spożywana przez

człowieka i zwierzęta oraz kopalne paliwa są produktem fotosyntezy.

W tym sensie można stwierdzić, że

• węgiel kamienny jest skamieniałym światłem słonecznym,

• ropa naftowa jest płynną formą światła słonecznego,

• a gaz ziemny to gazowa postać energii słonecznej.

© W.Salejda

(57)

Metody diagnozowania

• Naświetlanie promieniami X

• Termografia

• Tomografia komputerowa

• Rezonans magnetyczny

(58)

3. Wybrane zastosowania... Metody diagnozowania za pomocą pr. X zaczerpnięto z fizyki ciała stałego, gdzie używane były do

badań struktury kryształów

© W.Salejda

(59)

3. Wybrane zastosowania... Metody diagnozowania (pr. X)

(60)

3. Wybrane zastosowania... Metody diagnozowania – termografia

© W.Salejda

(61)

Metody diagnozowania (naświetlanie światłem niewidzialnym; pr. X)

Tomografia komputerowa

3. Wybrane zastosowania ...

(62)

Tomografia komputerowa – pacjenci z rakiem okrężnicy

© W.Salejda

(63)

3. Wybrane zastosowania... Metody diagnozowania (naświetlanie światłem niewidzialnym; pr. X). Tomografia komputerowa – pacjenci

z rakiem płuc.

(64)

Tomografia komputerowa

© W.Salejda

(65)

Metody diagnozowania (analiza niewidzialnego światła emitowanego)

Magnetyczny rezonans jądrowy

(66)

Metody diagnozowania (analiza niewidzialnego światła emitowanego)

3. Wybrane zastosowania... Magnetyczny rezonans jądrowy

(67)

Obrazowanie magnetycznym rezonansem jądrowym

(68)

3. Wybrane zastosowania... Obrazowanie magnetycznym rezonansem jądrowym

(69)

3. Wybrane zastosowania... Obrazowanie magnetycznym rezonansem jądrowym

(70)

4. Monitorowanie Słońca

SŁOŃCE – DOBROCZYŃCA LUDZKOŚCI

Kilka danych podstawowych o Słońcu

Masa 2·10³⁰kg, 75% wodór, 25% hel

Moc promieniowania elektromagnetycznego: 4·10²⁶watów W jednej sekundzie 700 mln ton wodoru w fuzji lekkich jąder zamienia się w 695 mln ton helu, a 5 mln ton masy wodoru jest zamieniane w energie promieniowania gamma.

Dotychczasowy czas życia: około 4,5 mld lat Przewidywany czas życia Słońca: 4 mld lat

(71)

4. Monitorowanie Słońca

SŁOŃCE – DOBROCZYŃCA LUDZKOŚCI

Strumień świetlny na powierzchni Ziemi: 1,4 kW/m².

Całkowita ilość energii energii fal EM docierająca w czasie jednej sekundy do Ziemi: około 10¹⁶ dżuli.

Takie samego rządu energia jest promieniowana przez naszą planetę w przestrzeń kosmiczną pod postacią

promieniowania cieplnego

(72)

4. Monitoring Słońca

SOHO – Solar and Heliospheric Observator

http://sohowww.nascom.nasa.gov/

Początek misji: 2 grudnia 1995;

zakończenie: 2007 r.

SOHO jest umieszczony w odległości 1,5 mln km od Ziemi, gdzie krąży po orbicie wokół tzw. punktu Lagrange’a.

Cele misji:

Monitorowanie i badanie jądra oraz zewnętrznej atmosfery

(zwanej koroną) Słońca i wiatru słonecznego na odległościach do 1,5 mld km od pow. Słońca, co 10- krotnie przewyższa promień orbity Ziemi (150 mln km); promień

Słońca – 700 tys. km.

(73)

4. Monitoring Słońca...SOHO – Solar and Heliospheric Observatory

SOHO to wspólne przedsięwzięcie European Space Agency (ESA) i National Aeronautics and Space Administration (NASA).

Obserwatorium bada jądro Słońca oraz przestrzeń okołosłoneczną na odległościach do 32 promieni Słońca (około 22 mln km).

Monitoruje Słońce i heliosferę przez 24 godziny.

Za pomocą przyrządów realizuje szczegółowe cele misji, którymi są zbadanie:

- fizyki wnętrza Słońca,

- mechanizmów nagrzewania się korony słonecznej,

- wiatrów słonecznych oraz procesów wywołujących ich przyspieszania.

Instrument LASCO składa się z 3 koronografów (C1, C2, & C3)

umożliwiających obserwacje korony na odległościach od 1,1R do 1,3R; od 2,5R do 6R oraz od 4R do 32R, gdzie R – promień Słońca: 700 tys. km.

(74)

4. Monitoring Słońca

SOHO – Solar and Heliospheric Observator

(75)

4. Monitoring Słońca... SOHO – Solar and Heliospheric Observatory http://sohowww.nascom.nasa.gov/

Początek misji: 2 grudnia 1995;

zakończenie: 2007 r.

SOHO jest umieszczony w odległości 1,5 mln km od Ziemi, gdzie krąży po orbicie wokół tzw. punktu

Lagrange’a.

Osiągnięcia/dokonania/odkrycia:

– dynamika prądów gazów płynących pod widoczną powierzchnią Słońca,

– zaobserwowano gwałtowne zmiany pola magnetycznego, – zebrano szczegółowe dane o właściwościach powierzchni Słońca,

– najbardziej płodny w historii astronomii odkrywca komet.

(76)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory http://sohowww.nascom.nasa.gov/

Są dwa rodzaje burz słonecznych:

– wyrzuty masy z korony słonecznej (coronal mass ejections – CMEs),

– wybuchy magnetyczne (solar flares).

Zdjęcia pokazują dwa CMS – miliardy ton cząstek jest wyrzucanych w

przestrzeń.

Docierając do Ziemi powodują burze magnetyczne i zorze polarne.

(77)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; zdjęcie

Zdjęcie obok wykonano używając danych zebranych przez 3 instrumenty. Widoczny w środku dysk tarczy Słońca sporządził Extreme Ultraviolet Imaging Telescope (EIT); temperatura równoważna rejestrowanemu promieniowaniu ultrafioletowemu odpowiada od 2 do 2,5 mln kelwinów.

Nisko położone warstwy korony słonecznej

„sfotografowano” używając Ultraviolet Coronagraph Spectrometer

(UVCS).

Zewnętrzne obszary korony, zaznaczone kolorem białym, zaobserwował Large Angle Spectrometric

Coronagraph (LASCO) 23 grudnia 1996 przu użyciu koronografu C3.

Widoczne są liczne strumienie materii (streamers) wyrzucanej z powierzchni Słońca, rozciągające się daleko w

przestrzeń okołosłoneczną.

Pojedynczy strumień jest widoczny po lewej stronie, a dwa dalsze po prawej.

Na zdjęciu jest widoczna kometa SOHO-6 (C/1996 Y1) znajdująca się po lewej dolnej części Słońca.

Zaznaczona jest także Droga Mleczna

(78)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; wiatr słoneczny

(79)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; ^{film o}

aktywności Słońca w marcu/kwietniu 1999 r.

(80)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; 5 lat z życia Słońca (1996-2001)

(81)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; dwa dni z życia Słońca 8-10 stycznia 2000 r.

(82)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; ^półroczny

film aktywności Słońca od VIII 2003 r. do II 2004 r.; Halloween 17 X – 3 XII 2003

(83)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; Maj 1997 r.

wyrzuty strumienia gazów.

(84)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; Maj 1998 r.

wyrzuty strumienia gazów.

(85)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; kwiecień 2000 r. wyrzuty strumienia gazów.

(86)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; kwiecień 2001 r. wyrzuty strumienia gazów.

(87)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory;

przejście komety NEAT w 2003 r.

(88)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; wyrzuty strumienia gazów marzec 1999 r.

(89)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; wyrzuty strumienia gazów kwiecień 2000 r.

(90)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; ogromny wyrzut strumienia protonów 8 listopada 2000 r.

(91)

4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; wyrzuty strumieni gazów w październiku 2003 r.

(92)

burze na Słonću

(93)

Halloween na Słońcu i w przestrzeni wokół niego 28 X 2003

(94)

4. Monitoring Słońca Skutki wiatrów słonecznych: zorze polarne

Cząstki wyrzucone ze Słońca oddziałują z ziemskim polem magnetycznym (magnetosferą), dając w wyniku zorze polarne.

Cząsteczki górnych warstw powietrza nad biegunami są wzbudzane i świecą.

(95)

4. Monitoring Słońca Skutki wiatrów słonecznych: zorze polarne

Silny wiatr słoneczny może powodować awarie linii przesyłowych prądu elektrycznego, przerwy w komunikacji radiowej, awarie

urządzeń satelitarnych i napromieniowanie astronautów.

(96)

4. Monitoring Słońca Tęcza

Tęcza i fizyczny mechanizm jej powstawania

(97)

5. Podsumowanie

Odkryto materiały/ośrodki z ujemnym

współczynnikiem załamania; nazywane są one ośrodkami lewoskrętnymi lub metamateriałami

Prawo załamania na granicy ośrodka normalnego

i lewoskrętnego ma bardzo podobną postać, ale promień załamany leży po tej samej stronie, co promień padający.

Światło wciąż zaskakuje. Jego właściwości są intrygujące.

Wytwarzane są półprzewodniki światła, zwane kryształami fotonicznymi.

(98)

5. Podsumowanie Światło ciągle zaskakuje

Zastosowania ośrodków lewoskrętnych: można konstruować idealne soczewki, których zdolność rozdzielcza nie podlega ograniczeniom wynikającym z falowej natury światła?!

Zastosowania: Płytka

płaskorównoległa z idealnego materiału lewoskrętnego

działa jak soczewka

skupiająca, która nie ma płaszczyzny ogniskowej.

Płytka z takiego materiału daje rzeczywisty i idealny obraz pozbawiony wad odwzorowań.

(99)

5. Podsumowanie Natura światła w XX i XXI wieku

Jeśli zgodzimy się z twierdzeniem, że światło jest cudem (natury), to czy zasługuje na miano cudu

nieożywionego?

 foton żyje głównie w środowisku naukowym (niestety),

 problem natury światła wciąż ożywia dyskusje naukowe,

 światło słoneczne podtrzymuje życie na Ziemi, jest jego aktywnym elementem będąc w przeszłości i obecnie

źródłem życiodajnej i darmowej energii, Trudno się z tym zgodzić, ponieważ:

(100)

5. Podsumowanie Natura światła w XX i XXI wieku

Jeśli zgodzimy się z twierdzeniem, że światło jest cudem (natury), to czy zasługuje na miano cudu nieożywionego?

 światło jest podstawowym nośnikiem informacji, co w społeczeństwie informacyjnym jest fundamentem jego istnienia i rozwoju.

 światło jest obecnie podstawowym narzędziem diagnostyki medycznej,

Trudno się z tym zgodzić, ponieważ:

Co z odpowiedzią na tytułowe pytanie?

(101)

THE END

Udzielenie odpowiedzi na pytanie zawarte w tytule mojego wystąpienia „Światło – cud nieożywiony?” pozostawiam

uczestnikom dzisiejszego spotkania.

(102)

KONKURS

Prof. zw. dr hab. inż. Tadeusz Luty, Rektor PWr, ogłosił konkurs pt.

Prezentacja multimedialna odkrycia fizycznego.

Nagrody:

 I nagroda – 1 500 zł,

 II nagroda – 1 000 zł,

 III nagroda – 500 zł.

Indywidualna praca konkursowa powinna dotyczyć wybranego odkrycia lub wynalazku dokonanego przez fizyków lub przy ich udziale oraz zawierać opis jego zastosowania/zastosowań.

Regulamin konkursu dostępny jest na stronie:

http://www.pwr.wroc.pl/festiwal/.

(103)

(104)