Τα φυσικά φαινόμενα και η επιστημονική ερμηνεία τους, Τόμος ΙΙ by Εκδόσεις Οσελότος

210 × 280 SPINE: 19 FLAPS: 0

— Μύρωνας Καπετανάκης, Μεταδιδακτορικός Ερευνητής, University of Alabama, Birmingham

Είναι συγκινητικό να βλέπεις τέτοιο βιβλίο από ελληνικά χέρια. Μεστό περιεχόμενο, με ανάπτυξη σπάνιων θεμάτων που δεν βρίσκεις εύκολα στην βιβλιογραφία και καταπληκτικές φωτογραφίες. Χαίρομαι ιδιαιτέρως που έχει βοηθήσει και η ελληνική μετεωρολογική κοινότητα. Εύχομαι ο συγγραφέας να συνεχίσει να εμπνέεται από την διαδικτυακή ελληνική μετεωρολογική -και όχι μόνο- κοινότητα και ταυτόχρονα να εμπνεύσει και να κινητοποιήσει νέο αίμα που θα επανδρώσει τις δημιουργικές αυτές κοινότητες ώστε να γίνουν μήτρα νέων δημιουργών. — Γιώργος Κουιμιντζής, Commercial Director στην εταιρεία NSS

Τα φυσικά φαινόμενα και η επιστημονική ερμηνεία τους είναι ένα βιβλίο καλογραμμένο, ευανάγνωστο και με πλούσιο φωτογραφικό υλικό, καταφέρνοντας με απλό αλλά συνάμα επιστημονικό τρόπο να εξηγήσει στον αναγνώστη σύνθετες έννοιες και φαινόμενα. Μόνο από το εξώφυλλο, καταλαβαίνεις ότι το περιεχόμενο αναμένεται να είναι συναρπαστικό. Μην το χάσετε! Mια εγκυκλοπαίδεια της φύσης για νέους και μεγαλύτερους που θα δίνει πάντα απαντήσεις στις απορίες που είχατε ή θα αποκτήσετε, καθώς όλοι κάτω από τον ίδιο ουρανό μεγαλώσαμε και μεγαλώνουμε, και όλους ο ίδιος ήλιος μας ζεσταίνει. — Δημήτρης Σαγιάκος, Φωτογράφος

Έστω και ελάχιστη περιέργεια να έχεις για τον κόσμο που ζεις και για το τι συμβαίνει στην φύση γύρω σου, αυτό το βιβλίο είναι για σένα. — Αλέξανδρος Φιλιππόπουλος, Φωτογράφος

Το βιβλίο αυτό με βοήθησε πάρα πολύ όχι μόνο να αναγνωρίζω φαινόμενα που δεν ήξερα, αλλά μαθαίνοντας τον μηχανισμό δημιουργίας τους να τα αναζητώ!

— Παναγιώτης Τσούρας, Φωτογράφος – kopaida.gr

Στο βιβλίο Τα φυσικά φαινόμενα και η επιστημονική ερμηνεία τους, οι περιγραφές και οι εξηγήσεις είναι άρτιες αλλά και απολύτως κατανοητές ακόμη και για όσους δεν έχουν τις αντίστοιχες γνώσεις! — Χριστίνα Φόρτου, Paketakia.gr – Air & Plo Travel E-Services

ΙI

ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

— Θανάσης Παπαθανασίου, Μηχανικός Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων

ΤΟΜΟΣ

ΧΡΗΣΤΟΣ Γ. ΝΤΟΥΝΤΟΥΛΑΚΗΣ

Ο τόμος αυτός έρχεται να καλύψει ένα σημαντικό κενό στην Ελληνική βιβλιογραφία. Ο Χρήστος Ντουντουλάκης, δίνει ολοκληρωμένες και πειστικές απαντήσεις σε ερωτήσεις που σπάνια διατυπώνονται αλλού ή που ο αναγνώστης θα έπρεπε να αναζητήσει σε περισσότερα από ένα βιβλίο. Οι απαντήσεις αυτές δεν ικανοποιούν απλά και μόνο την περιέργεια του αναγνώστη αλλά κυρίως αποδεικνύουν ότι ο φυσικός κόσμος διέπεται από απλούς νόμους. Στην εποχή των «fake news» και των «hoaxes» ένα τέτοιο βιβλίο αξίζει μια θέση στη βιβλιοθήκη του καθενός από εμάς.

ISBN 978-960-564-812-1

ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΔΙΑΘΕΣΗ Βατάτζη 55, 114 73 Αθήνα | ΤΗΛ.: 210 64 31 108 ocelotos@ocelotos.gr | www.ocelotos.gr

0_cover_fysika_fainomena_II_vagelis.indd 1

ΕΚΔΟΣΕΙΣ

ο σ ε λ ότ ο ς

7/12/2019 2:08:45 PM

ΤΙΤΛΟΣ

Τα φυσικά φαινόμενα και η επιστημονική ερμηνεία τους Τόμος ΙΙ ΣΥΓΓΡΑΦΈΑΣ

Χρήστος Γ. Ντουντουλάκης ΣΕΙΡΑ

Επιστημονικά [5358] 0719/02 ΕΠΙMΕΛΕΙΑ - ΔΙΟΡΘΩΣΗ

Αθήνα, Ιούλιος 2019 ISBN 978-960-564-812-1

Σημαντική σημείωση για τις φωτογραφίες του βιβλίου: Κάτω από κάθε φωτογραφία, αναφέρονται ρητά, εκτός των άλλων, το όνομα του δημιουργού και οι όροι χρήσης. Όσες είναι με copyright, φέρουν το σήμα © δίπλα από το όνομα του δημιουργού, οπότε θα πρέπει να ζητηθεί η άδεια από εκείνον για επαναχρησιμοποίηση. Οι περισσότερες είναι με κατάλληλη άδεια χρήσης Creative Commons, η οποία αναφέρεται σε κάθε περίπτωση (για περισσότερες πληροφορίες, βλέπε http://creativecommons.gr/). Όσο αφορά τις φωτογραφίες του συγγραφέα Χρήστου Γ. Ντουντουλάκη, περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την άδεια χρήσης τους, μπορείτε να βρείτε στη φωτογραφική του σελίδα: https://doudoulakis.blogspot.com ή να ρωτήσετε τον ίδιο μέσω του e-mail που θα βρείτε εκεί. Τα παραπάνω αφορούν φωτογραφίες και μόνο. Προφανώς τα διάφορα σχήματα, γραφήματα, σχεδιαγράμματα κ.λπ., αποτελούν μέρος του βιβλίου με ό,τι αυτό συνεπάγεται.

Το παρόν έργο πνευματικής ιδιοκτησίας προστατεύεται κατά τις διατάξεις της ελληνικής νομοθεσίας, (Ν. 2121/1993, όπως έχει τροποποιηθεί και ισχύει σήμερα) καθώς και από τις διεθνείς συμβάσεις περί πνευματικής ιδιοκτησίας. Απαγορεύεται η καθ’ οιονδήποτε τρόπο ή μέσο (ηλεκτρονικό, μηχανικό ή άλλο) αντιγραφή, φωτοανατύπωση και γενικώς αναπαραγωγή, μετάφραση, διασκευή, αναμετάδοση στο κοινό σε οποιαδήποτε μορφή και η εν γένει εκμετάλλευση του συνόλου ή μέρους του έργου χωρίς τη γραπτή άδεια του δικαιούχου συγγραφέα.

ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΔΙΑΘΕΣΗ:

Βατάτζη 55, 114 73 Αθήνα ΤΗΛ.: 210 6431108 ocelotos±ocelotos.gr www.ocelotos.gr

00_soma_fysika_fainomena_II.indd 2

7/12/2019 2:10:39 PM

Αφιερωμένο σε όλους εκείνους που ονειρεύτηκαν έναν κόσμο, διαφορετικό από τον σημερινό

00_soma_fysika_fainomena_II.indd 3

7/12/2019 2:10:39 PM

00_soma_fysika_fainomena_II.indd 4

7/12/2019 2:10:39 PM

Λίγα λόγια για τον συγγραφέα

Γεννήθηκε στην Αθήνα το 1978. Εισήχθη στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης στο Ηράκλειο το 1996, από όπου πήρε το πτυχίο του το 2000 με βραβεία από το Ι.Κ.Υ. Εισήχθη με υποτροφία στο μεταπτυχιακό πρόγραμμα σπουδών της ίδιας σχολής και έλαβε το μεταπτυχιακό δίπλωμα ειδίκευσης στη «Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων» το 2002 και το διδακτορικό του δίπλωμα το 2007 με έρευνα και δημοσιεύσεις περί δινών και σολιτονίων στο μοντέλο Goldstone και σε αβελιανά μοντέλα Higgs. Ως βοηθός καθηγητή, στα πλαίσια των μεταπτυχιακών σπουδών του και της διδακτορικής του διατριβής, έκανε μαθήματα διαφορικών εξισώσεων, συναρτήσεων πολλών μεταβλητών και γενικής Φυσικής στο τμήμα Φυσικής αλλά και στο τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης. Εκτός αυτού, είναι ερασιτέχνης μετεωρολόγος όπως και αυτοδίδακτος φωτογράφος με έμφαση στη καιρική φωτογραφία και την αστροφωτογραφία.

00_soma_fysika_fainomena_II.indd 5

7/12/2019 2:10:40 PM

00_soma_fysika_fainomena_II.indd 6

7/12/2019 2:10:40 PM

Μια μικρή εισαγωγή…

παρών τόμος, έρχεται σε συνέχεια του πρώτου τόμου και πραγματεύεται φαινόμενα που, κατά κανόνα, εξάπτουν την περιέργεια, τον θαυμασμό ή το δέος. Φαινόμενα που περιστρέφονται γύρω από την Πυρηνική Φυσική, τη Σχετικότητα, την Κβαντομηχανική, την Κοσμολογία, και άλλα πολλά.

Αν και οι παραπάνω τομείς της Φυσικής προκαλούν «τρόμο» και μόνο στην ανάγνωση του ονόματός τους, στη πραγματικότητα ο μέσος αναγνώστης είναι εφικτό να κατανοήσει την ουσία των φαινομένων που πραγματεύονται, σχετικά εύκολα και γρήγορα. Δυστυχώς όμως, ο στρεβλός τρόπος με τον οποίο διδάσκεται το μάθημα της Φυσικής στα σχολεία μας, το μετατρέπει από το πιο εύκολο, στο πλέον δύσκολο και μισητό. Με αυτόν τον τρόπο, πολλοί μαθητές σταδιακά αποθαρρύνονται και απομακρύνονται από τη θετική γνώση και τη λογική. Η θετική γνώση και σκέψη, είναι τρόπος ζωής και όχι απλά κάποιοι μαθηματικοί τύποι και φυσικοί νόμοι. Η απομάκρυνση από αυτές, στερεί από τον σύγχρονο άνθρωπο την ευελιξία στην επίλυση των προβλημάτων κάθε είδους, τη κριτική σκέψη και το «φιλτράρισμα» των πληροφοριών, την οξυδέρκεια και άλλα πολύ σημαντικά «εφόδια» για τη ζωή, με τις συνέπειες που, δυστυχώς, όλοι γνωρίζουμε.

Έτσι, φτάνουμε στη σημερινή εποχή που, ο μέσος άνθρωπος «περιμένει» να ενημερωθεί για καθετί που συμβαίνει, από πηγές αμφιβόλου ποιότητας, στην καλύτερη περίπτωση, χωρίς να έχει τη γνώση ή έστω τη δυνατότητα να κρίνει λογικά. Επιστημονικοί όροι και έννοιες, σε αρκετές περιπτώσεις διαστρεβλώνονται, καθώς χρησιμοποιούνται με λάθος τρόπο, αφήνοντας λάθος εντυπώσεις. Συνήθως στα ΜΜΕ, διάφοροι, όταν αναφέρονται σε επιστημονικά θέματα, και όχι μόνο, χρησιμοποιούν για εντυπωσιασμό, υπερβολικούς τίτλους που περιέχουν τέτοιους όρους δημιουργώντας παρεξηγήσεις.

Από την άλλη, ερχόμαστε συνεχώς, σε επαφή με πράγματα που τα θεωρούμε δεδομένα, αλλά δεν έχουμε ιδέα για το πώς λειτουργούν. Βλέπουμε απλά ή πιο σύνθετα φυσικά φαινόμενα, είτε ως τηλεθεατές είτε όντας αυτόπτες μάρτυρες, γνωρίζοντας για αυτά μόνο όσα έχουμε διαβάσει από μη-επιστημονικές, προκατειλημμένες ή/και κατευθυνόμενες πηγές. Πολλές φορές έχουμε αναρωτηθεί «γιατί» και «πως» συμβαίνουν πολλά πράγματα γύρω μας, είτε αυτά αφορούν το έδαφος κάτω από τα πόδια μας, τον κόσμο γύρω μας, εμάς τους ίδιους, τον ουρανό από πάνω μας ή τα αστέρια και το Σύμπαν.

Αυτό το τρίτομο έργο, τον 2ο τόμο του οποίου κρατάτε στα χέρια σας, φιλοδοξεί να καλύψει, αυτό ακριβώς το τεράστιο κενό στην ελληνική βιβλιογραφία, δίνοντας επιστημονική γνώση στον καθένα που ενδιαφέρεται να μάθει περισσότερα για τον κόσμο γύρω του με έγκυρο, σοβαρό αλλά και απλό τρόπο. Για τον αναγνώστη που θέλει να ξεκαθαρίσει τι ισχύει και τι δεν ισχύει. Αυτό το βιβλίο έχει γραφτεί, ώστε να είναι χρήσιμο τόσο για έναν αναγνώστη μη-εξοικειωμένο με επιστημονική ορολογία που θα ήθελε να αποκτήσει τη δύναμη της Γνώσης, ώστε να ξεχωρίζει το σωστό από το λάθος, το υπερβολικό από το πραγματικό στις πληροφορίες που λαμβάνει, όσο και για έναν φοιτητή θετικών επιστημών που θα ήθελε να κατανοήσει περισσότερο κάποιες έννοιες και να προχωρήσει ακόμη παραπέρα: στη σύνδεση των γνώσεων που λαμβάνει από το πανεπιστήμιο, απευθείας με τον πραγματικό κόσμο, όπως και να αποτελέσει «τροφή για σκέψη» για όλους ανεξαιρέτως. Όλα τα κεφάλαια παρέχουν γνώση με τον απλούστερο δυνατό τρόπο, ενώ για όποιον επιθυμεί να λάβει περισσότερες και πιο εξειδικευμένες πληροφορίες, αυτές, στα περισσότερα κεφάλαια, παρέχονται με μικρότερη γραμματοσειρά, ώστε να ξεχωρίζουν. Εκ των πραγμάτων, δεν γίνεται να εξηγηθούν τα πάντα σε τρία βιβλία, ωστόσο έχουν επιλεγεί θέματα και φαινόμενα που, είτε έχουν προκαλέσει ή προκαλούν το παγκόσμιο ενδιαφέρον, είτε είναι σπάνια και εντυπωσιακά ή καθημερινά αλλά ελάχιστοί γνωρίζουν ή έχουν αναρωτηθεί ποια είναι η αρχή λειτουργίας τους (αν πρόκειται για αντικείμενα) ή πως συμβαίνουν (αν πρόκειται για φυσικά φαινόμενα).

7 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 7

7/12/2019 2:10:40 PM

Η επιστημονική διανόηση στις μέρες μας, έχει φτάσει σε ένα επίπεδο που ναι μεν δεν είναι αρκετό για να εξηγήσει τα πάντα, αλλά μπορεί να δώσει απαντήσεις σε πολλά ερωτήματα που παλαιότερα πιστεύαμε πως ίσως και να μην μπορούν να απαντηθούν. Από πολλούς διανοητές, η Φυσική, ως κορωνίδα των Επιστημών, αποκαλείται και «Σύγχρονη Φιλοσοφία». Αυτό διότι η ώθηση που δόθηκε στη Γνώση, μέσω της Κβαντικής επανάστασης αλλά και της βαθύτερης κατανόησης θεμελιωδών εννοιών όπως εκείνες του χώρου και του χρόνου μέσω της Σχετικότητας, μας οδήγησαν σε μία άνευ προηγουμένου ανάπτυξη και τεχνολογική εξέλιξη ενώ, έδωσαν τη δυνατότητα να καταλάβουμε καλύτερα από ποτέ, τον τρόπο λειτουργίας του Κόσμου μας. Η Χημεία, η Βιολογία και κατ’ επέκταση, ως ένα βαθμό και η Ιατρική, στηρίζονται στις αρχές της Κβαντομηχανικής και του Ηλεκτρομαγνητισμού, ενώ η παραπάνω τεχνολογική επανάσταση, έδωσε «σάρκα και οστά» στην επιστήμη των Υπολογιστών σε μία κοινωνία όπου, η (χρήσιμη) πληροφορία πλέον έχει τεράστια αξία. Εκτός αυτών, αυτές οι επαναστατικές θεωρίες (Κβαντομηχανική και Σχετικότητα) της Φυσικής κυρίως στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα, έδωσαν τη δυνατότητα ανάπτυξης, σε βάθος χρόνου, νέων επιστημονικών κλάδων όπως π.χ. η Πυρηνική Ιατρική, Τηλεϊατρική, Αεροδιαστημική, Ραδιοαστρονομία, Μικροηλεκτρονική, Νανοτεχνολογία, Ρομποτική, αλλά έφεραν στο προσκήνιο και νέα «εργαλεία» όπως π.χ. τη μαγνητική τομογραφία (MRI), το laser, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, τους υπολογιστές, το GPS, τους δορυφόρους, το διαδίκτυο και πολλά άλλα που σήμερα θεωρούμε δεδομένα, αλλά ένα αιώνα πριν δεν διανοούμασταν καν την ύπαρξη των περισσοτέρων. Πολλά από αυτά τα λίγο πιο «προχωρημένα», αλλά πολύ ενδιαφέροντα θέματα, όπως και διάφορα άλλα, θα αναλυθούν σε αυτό το τόμο. Από τα παραπάνω, μπορεί να αντιληφθεί κάποιος, για μία ακόμη φορά, πως «η Γνώση είναι δύναμη». Γνωρίζοντας τους νόμους με τους οποίους λειτουργεί η Φύση, μπορούμε να εξελίξουμε τη ζωή μας με τρόπο θαυμαστό, αρκεί ο στόχος να είναι η πρόοδος προς όφελος της Κοινωνίας και όχι η αυτοκαταστροφή. Το κίνητρο να είναι η Γνώση και όχι η απληστία. Αυτό ανέκαθεν ήταν το έργο της Φυσικής αλλά και των Επιστημών γενικότερα: η αποκρυπτογράφηση των νόμων με τους οποίους λειτουργεί η Φύση. Γνωρίζοντας τους, μπορούμε να απαντήσουμε σε πάμπολλα ερωτήματα όπως αυτά που θα δούμε μέσα σε αυτό το τρίτομο έργο.

Χρήστος Γ. Ντουντουλάκης Αθήνα, Απρίλιος 2019

8 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 8

7/12/2019 2:10:40 PM

Περιεχόμενα Λίγα λόγια για τον συγγραφέα Μια μικρή εισαγωγή… Περιεχόμενα τόμου ΙΙ Εξήγηση βασικών εννοιών και όρων Κύματα, ταλαντώσεις, φως, ηλεκτρομαγνητικό κύμα, ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, πόλωση, πολωμένο φως, μονάδες μέτρησης, κλίμακες, μεγέθη, διέγερση, αποδιέγερση και ιονισμός ατόμων, βασικές έννοιες πυρηνικής φυσικής, σύμβολα.

5 7 9 15

Πως λάμπει ο Ήλιος; Τι είναι η ακτινοβολία μέλανος σώματος και γιατί ο Ήλιος φαίνεται ελαφρώς κίτρινος; • Υπολογισμός θερμοκρασίας πυρήνα του Ήλιου • Ποια είναι η αλυσίδα πυρηνικών αντιδράσεων σύντηξης του υδρογόνου προς ήλιο; • Γιατί ο Ήλιος δεν εκρήγνυται;

Ποια είναι η προέλευση των στοιχείων του Περιοδικού Πίνακα; Από πού προήλθε το υδρογόνο;

Τι είναι οι υπερκαινοφανείς (supernova) και οι «μαύρες τρύπες»; Τι είναι το φάσμα απορρόφησης; • Τι είναι ο «ορίζοντας γεγονότων» μιας μελανής οπής; • Πως βλέπουμε τη μαύρη τρύπα αφού ούτε το φως δεν ξεφεύγει από αυτήν; • Είμαστε όλοι φτιαγμένοι από «αστρόσκονη»; • Ακτινοβολία Hawking και «εξάτμιση» μελανών οπών • Λίγα ακόμη εντυπωσιακά στοιχεία για τις μελανές οπές

Τι είναι οι λευκοί και καφέ «νάνοι», οι «ερυθροί γίγαντες» και οι «αστέρες νετρονίων»; Όριο Chandrasekhar • Πίεση εκφυλισμού • Τι αποτρέπει τον «λευκό νάνο» από το να καταρρεύσει βαρυτικά; • Τι αποτρέπει τον «αστέρα νετρονίων» από το να καταρρεύσει βαρυτικά; • Τι είναι φερμιόνια; • Τι είναι το «σπιν»; • Η απαγορευτική αρχή του Pauli

Τι είναι οι pulsars και οι quasars; Τι σχέση έχει ο pulsar με τον αστέρα νετρονίων;

Γιατί τα περισσότερα ουράνια σώματα είναι σφαιρικά; Το ηλιακό μας σύστημα και η εξέλιξη των άστρων. Αστρική εξέλιξη και τύποι άστρων • Φασματικός τύπος • Άστρα Wolf-Rayet • Διάγραμμα Hertzsprung-Russell • Κύρια ακολουθία.

51 54

Τι είναι τα «πεφταστέρια» στη πραγματικότητα; Τι προκαλεί τη λάμψη τους; • Έχει χρώμα το ίχνος ενός μετεώρου και τι το προκαλεί; • Dark flight • Τι είναι η «βροχή» μετεώρων;

Τι είναι οι κομήτες και οι αστεροειδείς; Από που έρχονται; • Τι είναι εκκεντρότητα; • Από πού προκύπτει το χρώμα τους; • Πόσες ουρές έχουν οι κομήτες και γιατί; • Τι είναι «φαινόμενο μέγεθος»; • Σε τι διαφέρουν οι αστεροειδείς από τους κομήτες; • Γιατί λέγονται «αστεροειδείς»; • Μπορούν να συγκρουστούν με τη Γη;

Γιατί «τρεμοπαίζουν» τα άστρα στον νυχτερινό ουρανό; Οι πλανήτες «τρεμοπαίζουν»;

9 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 9

7/12/2019 2:10:40 PM

Πως βρίσκουμε την ηλικία αρχαίων αντικειμένων; Ποια η ηλικία της Γης και του ηλιακού συστήματος; Τι είναι ραδιοχρονολόγηση με βάση τον άνθρακα; • Τι είναι ραδιοχρονολόγηση με βάση το ουράνιο;

Τι είναι η πυρηνική βόμβα, η υδρογονοβόμβα και η βόμβα νετρονίων; Τι είναι σχάση; • Σχάση ουρανίου • Υπολογισμός ενέργειας σχάσης ουρανίου • Τι είναι το εμπλουτισμένο ουράνιο; • Τι είναι το απεμπλουτισμένο ουράνιο; • Πως δημιουργείται το «μανιτάρι»; • Τι είναι «πυρηνικός χειμώνας» και «υπεριώδης άνοιξη»; • Ο «ψυχρός πόλεμος» και ο «πόλεμος των άστρων» • Η συνθήκη ΑΒΜ • Τι είναι οι πύραυλοι ICBM;

Πως συνέβησαν τα πυρηνικά ατυχήματα στο Chernobyl και τη Fukushima; Πως δουλεύουν οι πυρηνικοί αντιδραστήρες; • Μπορεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας να εκραγεί ως πυρηνική βόμβα; • Ποιες είναι οι «δικλείδες ασφαλείας»; • Πως μπορεί να καταστραφεί το περίβλημα του αντιδραστήρα; • Σύγκριση Fukushima– Chernobyl • Από που προέρχεται το μπλε φως στον πυρήνα των πυρηνικών αντιδραστήρων;

102

Τι είναι ο ηλεκτρομαγνητικός παλμός (EMP); Τι είναι ο κλωβός Faraday και πως λειτουργεί;

113

Τι είναι η ραδιενέργεια και γιατί μας κάνει κακό; Χρόνος ημιζωής • Ραδιενέργεια τύπου α, β, γ • Πως πήραν το όνομα τους οι τύποι ραδιενέργειας; • Από τι εξαρτάται το βάθος διείσδυσης της ακτινοβολίας σε ένα υλικό; • Πως μας βλάπτει η ραδιενέργεια; • Τι είναι τα χάπια ιωδίου;

Μπορούμε να προστατευτούμε στη περίπτωση πυρηνικής βόμβας, υδρογονοβόμβας ή βόμβας νετρονίων;

Τι είναι φωσφορισμός; Είναι ραδιενεργά τα αντικείμενα που φωσφορίζουν;

112

Τι ηλικία έχει και πόσο μεγάλο είναι το Σύμπαν; Τι είναι το κοσμολογικό μοντέλο ΛCDM; • Σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια • Τι είναι το Big Bang; • Τι είναι και πως υπολογίζεται η ερυθρά μετατόπιση z; • Πως γνωρίζουμε ότι το Σύμπαν έχει επίπεδη γεωμετρία; • Πόσο μεγάλο είναι το Σύμπαν και τι βλέπουμε εμείς;

116

Από που προήλθε η ύλη που βλέπουμε σήμερα στο Σύμπαν; Ύλη και αντιύλη • Γιατί ένα Σύμπαν με ύλη αποτελεί «μυστήριο»; • Βαρυονική ασυμμετρία • Συνθήκες Sakharov • Η ιστορία του Σύμπαντος σε μία εικόνα • Πως γνωρίζουμε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενο;

123

Πως μεταδίδεται η φωνή μας μέσω του τηλεφώνου; Γιατί ψηφιακό σήμα; • Γιατί δεν μπορώ να ακούσω μουσική μέσα από το τηλέφωνο; • Με τα κινητά που δεν υπάρχει καλώδιο, πως γίνεται η μετάδοση; • Σε τι συχνότητες δουλεύουν τα κινητά; • Γιατί έχει αυτό το μέγεθος η κεραία τους; • Μπορώ να πάθω ηλεκτροπληξία από τη πρίζα του σταθερού τηλεφώνου; • Ο κακός καιρός επηρεάζει την ποιότητα του σήματος κινητής τηλεφωνίας;

131

Πως δουλεύει η τηλεόραση; CRT • Interlacing και Progressive scanning • Σε τι συχνότητες λειτουργεί; • Μήκος κεραίας και λήψη σήματος • Ποια η διαφορά της ψηφιακής τηλεόρασης; • Οθόνες τηλεόρασης • Ποιες οθόνες περιέχουν υδράργυρο;

135

10 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 10

7/12/2019 2:10:40 PM

Υπάρχει κίνδυνος από την ακτινοβολία των κινητών και των κεραιών κινητής τηλεφωνίας; Τι είναι το SAR; • Που βρισκόμαστε αυτή τη στιγμή όσο αφορά τα Η/Μ πεδία ELF; • Πως μπορούμε να προστατευτούμε; • Νόμος αντιστρόφου τετραγώνου.

139

Ποια η διαφορά στις διαδικτυακές συνδέσεις dial – up και DSL; Τι είναι το modem; • Τι είναι το router; • Τι είναι το splitter; • Τι είναι το bit; • ADSL2+, VDSL/VDSL2 και οπτικές ίνες • Τι είναι το DSLAM; • Πως επηρεάζει η απόσταση από το DSLAM τη μέγιστη ταχύτητα στις συνδέσεις DSL; • Τι είναι η οπτική ίνα;

143

Πως αποθηκεύονται/διαβάζονται δεδομένα σε ένα DVD; Πέρασμα από το αναλογικό στο ψηφιακό σήμα • Πως γίνεται η εγγραφή των δεδομένων;• Πως διαβάζονται τα DVD; • Γιατί η επιφάνεια ενός DVD φαίνεται πολύχρωμη στο φως;

147

Πως δημιουργούνται οι τρισδιάστατες (3D) ταινίες; Στερεοσκοπική όραση • Πόλωση

150

Πως μας προστατεύουν τα γυαλιά ηλίου; Γιατί είναι απαραίτητη η προστασία των ματιών μας από την υπεριώδη ακτινοβολία; • UV index • Πόσο λαμπερό είναι το «λαμπερό»; • Υπάρχουν κίνδυνοι από τα γυαλιά ηλίου κακής ποιότητας; • Γιατί κάποια γυαλιά έχουν χρωματιστούς φακούς;

152

Πως λειτουργεί ο φούρνος μικροκυμάτων; Τι είναι τα πολικά μόρια; • Πως και γιατί περιστρέφονται τα πολικά μόρια στον φούρνο μικροκυμάτων; • Μπορούμε να πούμε ότι η θέρμανση προκύπτει από συντονισμό λόγω σύμπτωσης της συχνότητας μικροκυματικής ακτινοβολίας με τη συχνότητα ταλάντωσης του μορίου του νερού; • Τι υλικά δεν πρέπει να τοποθετούνται εντός του φούρνου μικροκυμάτων; • Η χρήση του φούρνου μικροκυμάτων κάνει κακό στην υγεία μας; • Πως παράγονται τα μικροκύματα στο φούρνο μικροκυμάτων; • Τι είναι ο κυματοδηγός;

155

Πως λειτουργεί το GPS; Πως ακριβώς καθορίζεται η θέση και το υψόμετρο και γιατί είναι απαραίτητοι τουλάχιστον 4 δορυφόροι; • Σχετικότητα και GPS

160

Πως λειτουργούν τα radar; Εμβέλεια και τεχνικά χαρακτηριστικά ενός τυπικού radar • Γιατί χρησιμοποιούνται ραδιοκύματα; • Πως μπορεί ένα αντικείμενο να αποφύγει τον εντοπισμό από radar; • Μπορεί ένα αεροσκάφος που πετά χαμηλά να μην ανιχνευτεί από τα radar; • Υπάρχουν «ανεπιθύμητες» καταγραφές; • Μετεωρολογικά radar • Ραντάρ διπλής πόλωσης • Ορολογία • Τι είναι το sonar και το lidar;

164

Γιατί το δέρμα μας αποκτά ρυτίδες μετά από λίγη ώρα μέσα στο νερό;

174 175

Γιατί δακρύζουμε όταν καθαρίζουμε κρεμμύδια; Τα δακρυγόνα της αστυνομίας περιέχουν τέτοια αέρια; Πως γίνονται οι ακτινογραφίες και οι μαγνητικές τομογραφίες; Γιατί τα κόκκαλα απορροφούν τις ακτίνες Χ; • Τι μπορεί να διαγνωστεί με μία ακτινογραφία; • Πόσο βλαβερές είναι οι ακτίνες Χ κατά την ακτινογραφία; • Ποιοι δεν πρέπει να κάνουν MRI; • Πως προκύπτει η απεικόνιση; • Τι μπορεί να διαγνωστεί με μία μαγνητική τομογραφία;

176

11 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 11

7/12/2019 2:10:40 PM

Πως λειτουργεί ένας ανιχνευτής ψεύδους; Ποιες είναι οι υπό έλεγχο λειτουργίες του σώματος και γιατί; • Γιατί αμφισβητούνται τα αποτελέσματα του; • Μπορεί η fMRI να αποτελέσει αξιόπιστο ανιχνευτή ψεύδους;

181

Υπάρχει εξωγήινη ζωή; Εξίσωση Drake • Εξωπλανήτες • SETI • Τι είναι η απόκλιση και η ορθή αναφορά και πως χρησιμοποιούνται για να βρεθεί η θέση ενός αντικειμένου στον ουρανό; • Πως ανιχνεύουμε εξωπλανήτες; • Είναι αληθινές όλες αυτές οι αναφορές περί UFO; • Τι μπορεί να είναι αυτό το παράξενο αντικείμενο στον ουρανό; • Τεχνολογική εξέλιξη πολιτισμών και κλίμακα Kardashev • Ποια στοιχεία θεωρούνται βασικά για την ύπαρξη ζωής; • Είναι ο άνθρακας και το νερό οι μόνες λύσεις; • Το «παράδοξο» Fermi.

187

Τι είναι τα όνειρα; Ποια είναι τα στάδια του ύπνου; • Τι είναι η φάση REM και τα εγκεφαλικά κύματα; • Τι είναι η μυϊκή ατονία; • Πως εξηγείται η υπνοβασία; • Γιατί, συνήθως, δεν μπορούμε να συνειδητοποιήσουμε ότι βλέπουμε όνειρο; • Μπορούμε να ελέγξουμε τα όνειρα μας; • Είναι ασπρόμαυρα ή έγχρωμα; • Οι τυφλοί εκ γενετής βλέπουν όνειρα; • Τα ζώα βλέπουν όνειρα; • Επιστημονικός ονειροκρίτης • Υπάρχουν προφητικά όνειρα; • Τι μας προσφέρουν τα όνειρα; • Τι είναι η ασθένεια FFI;

210

Τι είναι η Σχετικότητα; Τι οδήγησε στην ειδική θεωρία της Σχετικότητας; • Ποιες είναι οι αρχές της και τι συνέπειες έχουν; • Το «παράδοξο των διδύμων» • Η θεωρία έχει ελεγχθεί; • Οπότε η Κλασική Φυσική ήταν λάθος; • Τι είναι η γενική Σχετικότητα; • Ποιες είναι οι συνέπειες της θεωρίας; •Έχουν ελεγχθεί; • Ταξίδια στο χωροχρόνο και «γέφυρες» Einstein–Rosen • Τι είναι η «αρνητική μάζα»; • Τι είναι το φαινόμενο Casimir;

225

Τι είναι τα «μεταϋλικά»; Ποιες είναι οι εξελίξεις ως τώρα;

240

Υπάρχουν «φαντάσματα»; Υπόηχοι • Ηλεκτρομαγνητικά κύματα • Παρειδωλία.

183

Τι είναι η συνείδηση; Η έννοια της «πληροφορίας» • Θεωρία ολοκληρωμένης πληροφορίας • Θα μπορούσε να έχει συνείδηση το internet; • Έχουν συνείδηση τα ζώα; • Γιατί θυμόμαστε ελάχιστα από τη παιδική μας ηλικία; • Πόσο μακριά βρισκόμαστε από την τεχνητή νοημοσύνη;

206

Τι είναι η Κβαντομηχανική και η «Κβαντική επανάσταση»; Με τι ασχολείται και γιατί είναι «επανάσταση»; • Πως ξεκίνησε; • Ποιες είναι οι βασικές αρχές και έννοιες της; • Παράλληλοι κόσμοι και η γάτα του Schrodinger • Ερμηνεία της Κοπεγχάγης και κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης • Το φαινόμενο της σήραγγας.

215

Τι είναι οι επιταχυντές σωματιδίων; Στους κυκλικούς πως «στρίβει» η δέσμη σωματιδίων; • Πως εστιάζεται η δέσμη σωματιδίων; • Ποιος ήταν ο σκοπός κατασκευής του LHC; • Υπάρχει κίνδυνος από τη λειτουργία των επιταχυντών; • Τι προσφέρουν οι επιταχυντές σε άλλους τομείς;

234

Τι είναι η νανοτεχνολογία; Ποιες είναι οι εξελίξεις ως τώρα; • Με ποια «εργαλεία» δουλεύουμε στη κλίμακα της νανοτεχνολογίας; • Υπάρχουν κίνδυνοι;

242

12 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 12

7/12/2019 2:10:41 PM

Τι είναι η υπεραγωγιμότητα; Ποιες είναι οι εξελίξεις ως τώρα; • Τραίνα μαγνητικής αιώρησης.

246

Τι είναι το HAARP και η γεωμηχανική; Μπορεί να ελεγχθεί ο καιρός; Τι υποστηρίζουν οι θεωρίες συνωμοσίας γύρω από το HAARP; • Μπορεί το HAARP να επηρεάσει τον καιρό κατά βούληση; • Γεωμηχανική • Το πρόβλημα της παγκόσμιας θέρμανσης • Η «συνετή» λύση • Η «ανάγκη» της γεωμηχανικής και οι κίνδυνοι • Μπορεί γενικότερα να ελεγχθεί ο καιρός; • Συνθήκη ENMOD.

252

Τι είναι και πως δουλεύει το laser; Χαρακτηριστικά δέσμης laser • Χρήσεις laser.

Αντί επιλόγου…

Ψευδοεπιστήμες και σύγχρονες πλάνες. Γιατί ο κόσμος παρασύρεται με τόση ευκολία από αυτές; Μελλοντολογία • Ιερά αντικείμενα • Ηλεκτρομαγνητικά αντικείμενα • Πολύτιμοι λίθοι • Αντί-εμβολιαστές • Θεωρίες συνωμοσίας κ.α. Βιβλιογραφία τόμου ΙΙ Γλωσσάρι όρων τόμου ΙΙ

Χρωματικό υπόμνημα περιεχομένων

249

262

273 281

Ουρανός – Μετεωρολογία – Κλίμα – Ατμόσφαιρα Διάστημα – Σύμπαν – Αστρονομία – Αστροφυσική «Καθημερινές» απορίες Πυρηνική φυσική Προχωρημένα θέματα – Εξέλιξη τεχνολογίας

13 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 13

7/12/2019 2:10:41 PM

14 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 14

7/12/2019 2:10:41 PM

ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ | ΤΟΜΟΣ IΙ

Εξήγηση βασικών εννοιών και όρων Σε αυτό το εισαγωγικό κεφάλαιο, εξηγούνται κάποιες βασικές έννοιες και όροι, που θα συναντήσει σχετικά συχνά ο αναγνώστης. Στην εισαγωγή αυτού του τόμου, έχει προστεθεί και ένα υποκεφάλαιο για τις βασικές έννοιες της Πυρηνικής Φυσικής.

Κύματα – Ταλαντώσεις Είτε πρόκειται για ηχητικό κύμα είτε για ηλεκτρομαγνητικό κύμα είτε για θαλάσσιο κύμα είτε για οποιοδήποτε άλλο, έννοιες όπως «μήκος κύματος», «συχνότητα», κ.λπ. θα τις συναντάμε σε όλα. Στα επόμενα σχήματα απεικονίζονται οι έννοιες αυτές.

Το μήκος κύματος λ για ένα κύμα, είναι η απόσταση από μέγιστο σε μέγιστο ή από ελάχιστο σε ελάχιστο ή, γενικότερα, από ένα τυχαίο σημείο ως το επόμενο «ίδιο» σημείο (σχήμα 1). Το μήκος κύματος μετριέται σε εκατοστά, μέτρα, ή οποιαδήποτε άλλη μονάδα μέτρησης μήκους βολεύει, ανάλογα με το σύστημα που ταλαντώνεται. Παρατηρήστε στα σχήματα 1 και 2, ότι το μήκος κύματος λ1 του πρώτου κύματος, είναι μεγαλύτερο από εκείνο του δεύτερου, δηλαδή λ1 > λ2.

Η συχνότητα f ενός κύματος, είναι ο αριθμός επαναλήψεων της κυματομορφής μέσα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα t. Π.χ. αν είστε παρατηρητής στην άκρη του πρώτου κύματος, τότε βλέπετε 2 κυματομορφές (ή 2 «κύκλους») σε δεδομένο χρόνο t. Αυτή είναι η συχνότητα f1 του πρώτου κύματος. Αν είστε παρατηρητής στην άκρη του δεύτερου κύματος, τότε βλέπετε 6 κυματομορφές (ή 6 «κύκλους») στον ίδιο χρόνο t. Επομένως, η συχνότητα f2 του δεύτερου κύματος είναι μεγαλύτερη από τη συχνότητα του πρώτου: f2 > f1. Η συχνότητα μετριέται σε αριθμό «κύκλων» (επαναλήψεων) ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή η μονάδα μέτρησης της είναι 1/s το οποίο ονομάζεται Hz (Χερτζ, δηλαδή «κύκλοι» ανά δευτερόλεπτο).

2 Περισσότερες κυματομορφές (κύκλοι) στον ίδιο χρόνο, σημαίνει εξ’ορισμού μεγαλύτερη συχνότητα f, μικρότερη περίοδο T και μικρότερο μήκος κύματος λ για το δεύτερο (κάτω) κύμα στο παραπάνω σχήμα.

Η περίοδος Τ ενός κύματος, είναι το αντίστροφο μέγεθος της συχνότητας, δηλαδή ισχύει: T=1/f, οπότε η μονάδα μέτρησης της είναι τα δευτερόλεπτα (s) ή οποιαδήποτε άλλη χρονική μονάδα μέτρησης βολεύει (π.χ. ώρες, χρόνια, κ.λπ.), ανάλογα με το σύστημα που έχουμε. Η περίοδος μετρά πόσο χρόνο (π.χ. πόσα δευτερόλεπτα) διαρκεί ένας «κύκλος» (μία «κυματομορφή»). Π.χ. στα σχήματα 1 και 2, στο πρώτο κύμα, η περίοδος, έστω T1 είναι μεγαλύτερη από τη περίοδο T2 στο δεύτερο κύμα, διότι η κυματομορφή χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να ολοκληρωθεί (εμείς είμαστε οι ακίνητοι παρατηρητές στη δεξιά άκρη του κύματος). Αυτό εξάγεται και από τις συχνότητες που βρήκαμε πριν και την αντίστροφη σχέση τους με τις περιόδους:

15 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 15

7/12/2019 2:10:42 PM

ΧΡΗΣΤΟΣ Γ. ΝΤΟΥΝΤΟΥΛΑΚΗΣ

f 2 > f1

→

1 f2

1 f1

→

T2 < T1

Θεμελιώδης κυματική εξίσωση. Είναι μία απλή εξίσωση που συνδέει το μήκος κύματος λ με τη συχνότητα f και τη ταχύτητα διάδοσης υ του κύματος. Στις παραπάνω κυματομορφές, υποθέστε ότι τα κύματα διαδίδονται από αριστερά προς τα δεξιά, δηλαδή προς τον παρατηρητή, με ταχύτητα υ. Τότε, για κάθε κύμα ισχύει: υ = λf

Ουσιαστικά μας «λέει» πως, αν αυξηθεί η συχνότητα του κύματος, τότε θα πρέπει να μειωθεί το μήκος κύματος του, ώστε να διατηρηθεί σταθερή η ταχύτητα διάδοσης του (δηλαδή το γινόμενο τους). Πράγματι αυτό συμβαίνει στο δεύτερο κύμα (αύξηση συχνότητας με παράλληλη μείωση του μήκους κύματος). Η εξίσωση αυτή, όπως και κάθε εξίσωση της Φυσικής, δεν είναι τυχαία. Έχει προκύψει μετά από παρατήρηση των φυσικών φαινομένων (εδώ των κυμάτων).

Πλάτος ενός κύματος, είναι η μέγιστη απομάκρυνση από τη θέση ισορροπίας (θέση ισορροπίας είναι η οριζόντια γραμμή στα σχήματα 1, 2, 3 και αντιστοιχεί στη μορφή που έχει το σκοινί όταν δεν ταλαντώνεται). Δηλαδή, πρακτικά, είναι η απόσταση των μεγίστων ή ελαχίστων από την οριζόντια γραμμή. Υπάρχουν δύο είδη κυμάτων.

Εγκάρσια κύματα: Ταλαντώνονται κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος. Αποτελούνται από «όρη» και «κοιλάδες» ή «μέγιστα» και «ελάχιστα». Εγκάρσια ήταν και τα κύματα των παραπάνω σχημάτων. Παράδειγμα εγκάρσιων κυμάτων αποτελούν τα μηχανικά κύματα όπως το κύμα που δημιουργούμε ταλαντώνοντας, με το χέρι μας, την άκρη ενός σκοινιού ή τα σεισμικά κύματα S (βλ. κεφάλαιο περί σεισμών στον τόμο Ι).

Διαμήκη κύματα: Ταλαντώνονται παράλληλα στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος. Αποτελούνται από «πυκνώματα» και «αραιώματα». Παράδειγμα διαμήκων κυμάτων αποτελούν τα ηχητικά κύματα ή τα σεισμικά κύματα P (βλ. κεφάλαιο περί ήχου στο διάστημα και περί σεισμών αντίστοιχα στον τόμο Ι).

16 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 16

7/12/2019 2:10:47 PM

ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ | ΤΟΜΟΣ ΙI

Τι είναι οι υπερκαινοφανείς (supernova) και οι «μαύρες τρύπες»; Οι υπερκαινοφανείς, είναι η πιο εκρηκτική κατάληξη που μπορεί να έχει ένα άστρο. Πρόκειται για μία κατακλυσμιαία αστρική έκρηξη, που χαρακτηρίζεται από λαμπρότητα, η οποία μπορεί να επικρατήσει ακόμη και της λαμπρότητας ενός ολόκληρου γαλαξία, ενώ εκπέμπει ποσότητα ακτινοβολίας τόση όση αναμένεται να εκπέμψει ένα άστρο καθ’ όλη τη διάρκεια της «ζωής» του.

Υπόλειμμα από έκρηξη υπερκαινοφανούς, στο Μεγάλο Μαγγελανικό Νέφος. ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Στο φάσμα των ακτίνων Χ το μπλε υπέρθερμο αέριο από NASA / CXC / Rutgers / J. Hughes και στο οπτικό φάσμα τα άστρα και το ερυθρό σύνορο της έκρηξης από NASA / STScI (Public Domain).

Κατά την έκρηξη αυτή, αποβάλλεται ένα μεγάλο μέρος ή και όλη η μάζα του άστρου προς το διάστημα με ταχύτητες συγκρίσιμες με εκείνη του φωτός (π.χ. ως και 30000 km/s δηλαδή 0.1c ή το 10% της ταχύτητας του φωτός).

Το γεγονός αυτό μπορεί να διαρκέσει από μερικές βδομάδες ως μερικούς μήνες. Αυτό που απομένει μετά την έκρηξη, είναι ένα διαρκώς διαστελλόμενο νεφέλωμα αποτελούμενο από σκόνη και αέρια, το οποίο περικυκλώνει τη περιοχή της έκρηξης.

31 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 31

7/12/2019 2:11:14 PM

ΧΡΗΣΤΟΣ Γ. ΝΤΟΥΝΤΟΥΛΑΚΗΣ

Οι παύλες στη κάτω εικόνα, επισημαίνουν τη θέση της υπερκαινοφανούς SN 2014J που έγινε αντιληπτή στις αρχές του 2014 και ήταν αρκετά λαμπρή, ώστε να ξεχωρίζει μέσα στον γαλαξία Μ82. Στην άνω εικόνα είναι ο ίδιος γαλαξίας πριν την έκρηξη, για σύγκριση. Αυτός ο γαλαξίας απέχει 11.4 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Η έκρηξη αυτή ήταν σχετικά λαμπρή, φτάνοντας σε φαινόμενο μέγεθος +10, δίνοντας μία πρώτης τάξεως ευκαιρία στους αστροφυσικούς να την ερευνήσουν. ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: UCL/University of London Observatory/Steve Fossey/ Ben Cooke/Guy Pollack/Matthew Wilde/ Thomas Wright - UCL Mathematical & Physical Sciences (CC BY 3.0 μέσω Wikimedia Commons).

Η έκρηξη αυτή μπορεί να προκληθεί με δύο βασικούς τρόπους:

Παράδειγμα λευκού νάνου (μικροσκοπικός στο κέντρο του «δαχτυλιδιού» μάζας δεξιά), που απορροφά μάζα, λόγω της βαρύτητας του, από αστέρα «συνοδό» (αριστερά). Μόλις η μάζα του λευκού νάνου υπερβεί ένα όριο που είναι 1.4 ηλιακές μάζες, τότε θα μετατραπεί σε supernova τύπου Ιa. ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: NASA / JPL – Caltech (Public Domain).

• Είτε ένα αστέρι που είναι πλέον «ανενεργό» (π.χ. «λευκός νάνος», βλέπε επόμενο κεφάλαιο) να απορροφήσει ικανή μάζα από κάποιο άστρο «συνοδό», ώστε η αυξανόμενη βαρυτική δύναμη, λόγω της αυξανόμενης μάζας να οδηγήσει σε θερμοκρασίες στον πυρήνα του, που θα εκκινήσουν ανεξέλεγκτη θερμοπυρηνική σύντηξη (του άνθρακα προς βαρύτερα στοιχεία) και θα διαλύσουν το άστρο (βλέπε ακόλουθη εικόνα)

32 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 32

7/12/2019 2:11:14 PM

ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ | ΤΟΜΟΣ ΙI

Το νεφέλωμα που απέμεινε μετά την υπερκαινοφανή του Tycho Brahe, όπως αυτή αποκαλείται, λαμβάνοντας το όνομα της από τον Δανό αστρονόμο που την παρατήρησε το 1572. Η επιστημονική ονομασία της είναι SN 1572. Βρίσκεται στον Γαλαξία μας και απέχει περίπου 9000 έτη φωτός από τη Γη. ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: NASA / CXC / Rutgers / J.Warren and J.Hughes et al. (Public Domain).

• Είτε, εάν το αστέρι έχει αρκετά μεγάλη μάζα, αρκετές φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, να οδηγήσει τον πυρήνα του σε σύντηξη μέχρι τη παραγωγή σιδήρου. Ωστόσο, ο σίδηρος δεν μπορεί να συντηχθεί περαιτέρω σε κάτι βαρύτερο, καθώς δεν συμφέρει ενεργειακά να προχωρήσει η διαδικασία αυτή. Η σύντηξη σιδήρου απαιτεί περισσότερη ενέργεια για να πραγματοποιηθεί, από όση θα αποδώσει, κάτι που δεν συνέβαινε με τα άλλα στοιχεία των οποίων η σύντηξη απέδιδε περισσότερη ενέργεια από όση απαιτούσε.

Έτσι, σταματά η παραγωγή ενέργειας που μπορούσε να αντισταθμίσει τη βαρύτητα των υπερκείμενων στρωμάτων του άστρου και αυτά καταρρέουν υπό την επίδραση του βάρους τους ταχύτατα (με ταχύτητες συγκρίσιμες με αυτή του φωτός), ανακρούουν στη κεντρική περιοχή και εκτινάσσονται ακτινικά προς τα έξω. Στο μεταξύ, η κεντρική περιοχή γίνεται τόσο πυκνή, ώστε πρωτόνια και ηλεκτρόνια συντήκονται μεταξύ τους, μετατρεπόμενα σε νετρόνια και νετρίνα. Τα νετρίνα, ενώ αρχικά διέφευγαν μαζί με το μεγαλύτερο ποσό ενέργειας του πυρήνα, τώρα με την ύλη να έχει πυκνότητες της τάξης των 1011 g/cm3, προσωρινά δεν διαφεύγουν με αποτέλεσμα να συσσωρεύεται τεράστια ενέργεια η οποία δημιουργεί ένα εκρηκτικό σοκ που κινείται ακτινικά προς τα έξω με ταχύτητα της τάξης των 30000 km/s!

33 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 33

7/12/2019 2:11:17 PM

ΧΡΗΣΤΟΣ Γ. ΝΤΟΥΝΤΟΥΛΑΚΗΣ

Αν η τελική μάζα του πυρήνα είναι χοντρικά κάτω από 3 ηλιακές μάζες (Ηλιακή μάζα: Η μάζα του Ήλιου σήμερα, χρησιμοποιείται ως μέτρο σύγκρισης μαζών στην Αστροφυσική), τότε τελικά θα παραμείνει μία κεντρική πολύ μικρή και υπέρπυκνη περιοχή αποτελούμενη από νετρόνια (λέγεται αστέρας νετρονίων). Αν η μάζα του πυρήνα είναι αρκετά μεγάλη, τότε τη βαρυτική κατάρρευση του δεν μπορεί να τη σταματήσει τίποτα, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μία «μαύρη τρύπα» στη περιοχή που ήταν ο πυρήνας του άστρου.

Ένα άστρο μεγάλης μάζας (άνω των 8 – 10 ηλιακών μαζών αρχικά), λίγο πριν τη κατάρρευση του πυρήνα του, όπως αυτή εξηγήθηκε παραπάνω, μπορούμε να το φανταστούμε όπως στο σχήμα 1. Θερμοπυρηνικές αντιδράσεις συμβαίνουν σε διάφορα «στρώματα» ή «φλοιούς» αν προτιμάτε, με τη κεντρική περιοχή στην οποία παράγεται σίδηρος.

Το φάσμα απορρόφησης του Ήλιου. Οι μαύρες κάθετες γραμμές, είναι στις συχνότητες του (ορατού) φάσματος που απορροφήθηκαν από στοιχεία της ανώτερης ηλιακής αλλά και της γήινης ατμόσφαιρας, όπως οξυγόνο, άζωτο, κ.λπ. (Public Domain).

Οι εκρήξεις supernova ταξινομούνται σε διάφορους τύπους, π.χ. Ι, ΙΙ, Ια, ΙΙb, κ.λπ., ανάλογα με τις γραμμές που εμφανίζονται στα φάσματα απορρόφησης τους και τη μορφή των διαγραμμάτων της λαμπρότητας τους συναρτήσει του χρόνου. Γενικά, οι υπερκαινοφανείς τύπου ΙΙ έχουν γραμμές απορρόφησης υδρογόνου στο φάσμα τους, ενώ οι αντίστοιχες τύπου Ι όχι.

Τι είναι το φάσμα απορρόφησης; Είναι το διάγραμμα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (π.χ. από το ουράνιο σώμα που μας ενδιαφέρει), συναρτήσει της συχνότητας. Το διάγραμμα αυτό παρουσιάζει ελάχιστα ή μαύρες κάθετες γραμμές (αν πρόκειται για το ορατό φάσμα που απεικονίζεται ως πολύχρωμη ταινία εκκινώντας από το κυανό και φτάνοντας ως το βαθύ κόκκινο – βλ. και σχήμα 2 – ), στις συχνότητες όπου η εκπεμφθείσα ακτινοβολία απορροφήθηκε από διάφορα αέρια, κ.λπ.

34 00_soma_fysika_fainomena_II.indd 34

7/12/2019 2:11:17 PM

Διαβάστε επίσης...

00_soma_fysika_fainomena_II.indd 298

7/12/2019 2:15:17 PM

210 × 280 SPINE: 19 FLAPS: 0

— Μύρωνας Καπετανάκης, Μεταδιδακτορικός Ερευνητής, University of Alabama, Birmingham

— Παναγιώτης Τσούρας, Φωτογράφος – kopaida.gr

ΙI

ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

— Θανάσης Παπαθανασίου, Μηχανικός Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων

ΤΟΜΟΣ

ΧΡΗΣΤΟΣ Γ. ΝΤΟΥΝΤΟΥΛΑΚΗΣ

ISBN 978-960-564-812-1

ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΔΙΑΘΕΣΗ Βατάτζη 55, 114 73 Αθήνα | ΤΗΛ.: 210 64 31 108 ocelotos@ocelotos.gr | www.ocelotos.gr

0_cover_fysika_fainomena_II_vagelis.indd 1

ΕΚΔΟΣΕΙΣ

ο σ ε λ ότ ο ς

7/12/2019 2:08:45 PM