Gradivo dijela

GRADIVO 1. DIJELA

• GRADIVO 1. DIJELA

• 1. U-I mjerenje otpora

• 2. Wheatstonoeov most

• 3. Spojevi izvora (struja izjednačenja)

• 4. Proširenje mjernog područja ampermetra i voltmetra

• 5. Brodske kabeli i rasvjeta

• 6. Korisne primjene Jouleovog zakona (žarulje, osigurači, bimetali, grijači)

• 7. Kemijski izvori, namjena na brodu

• 8. Izvod izraza za strujno ili naponsko djelilo

• GRADIVO 2. DIJELA

• 1. Polarizacija dielektrika.

• 2. Električna influencija

• 3. Atmosferski elektricitet

• 4. Punjenje i pražnjenje kondenzatora

• 5. Elektrostatičke pojave u prirodi

• 6. Zakon protjecanja, polje unutar i izvan vodiča

• 7. Sile u magnetskom polju

• 8. Energija magnetskog polja

• 9. Napon rotacije i pomicanja

• 10. Samoindukcija i međuindukcija

• 11. Feromagnetski materijali (histereza)

Mjeriti znači eksperimentalnim putem odrediti pravu vrijednost mjerene veličine, s određenom točnošću. Mjerenje predstavlja uspoređivanje fizikalne veličine s njenom jedinicom uz određenu točnost.

• Mjeriti znači eksperimentalnim putem odrediti pravu vrijednost mjerene veličine, s određenom točnošću. Mjerenje predstavlja uspoređivanje fizikalne veličine s njenom jedinicom uz određenu točnost.

Poznatiji vodiči su:

• Poznatiji vodiči su:

• Bakar, aluminij,srebro i dr. metali...

• Poznatiji poluvodiči su:

• - silicij, germanij, galij-arsenid...

• Poznatiji izolatori su:

• - guma, drvo, PVC, papir, zrak, destilirana voda...

Pod električnom strujom podrazumijeva se usmjereno gibanje električnih naboja. Karakteriziraju je smjer, jakost i njihova ovisnost o vremenu. Električna struja ostvaruje se gibanjem elektrona u metalima, a gibanjem pozitivnih i negativnih iona u tekućinama i plinovima. Pri gibanju elektrona u biti ne dolazi do prijenosa materije, a pri gibanju iona dolazi. Električna struja iskazuje se svojim učincima. To su:

• Pod električnom strujom podrazumijeva se usmjereno gibanje električnih naboja. Karakteriziraju je smjer, jakost i njihova ovisnost o vremenu. Električna struja ostvaruje se gibanjem elektrona u metalima, a gibanjem pozitivnih i negativnih iona u tekućinama i plinovima. Pri gibanju elektrona u biti ne dolazi do prijenosa materije, a pri gibanju iona dolazi. Električna struja iskazuje se svojim učincima. To su:

• - toplinski učinak,

• - kemijski učinak,

• - magnetski učinak.

• Poneki autori među osnovne učinke električne struje ubrajaju još i fiziologijski i svjetlosni učinak, mada su oni posredno iskazani u kemijskom, odnosno toplinskom učinku.

Toplinski učinak je fizikalna pojava zagrijavanja vodiča kojim prolazi elek-trična struja. Do zagrijavanja dolazi zbog sudaranja električnih naboja u gibanju s česticama tvari kroz koju se gibaju, čime joj povećavaju toplinsku energiju. Stječe se utisak da električna struja nailazi na otpor okolne tvari.

• Toplinski učinak je fizikalna pojava zagrijavanja vodiča kojim prolazi elek-trična struja. Do zagrijavanja dolazi zbog sudaranja električnih naboja u gibanju s česticama tvari kroz koju se gibaju, čime joj povećavaju toplinsku energiju. Stječe se utisak da električna struja nailazi na otpor okolne tvari.

Kemijski učinak očituje se u razdvajanju pojedinih vodiča na sastavne dijelove pri prolasku električne struje. Radi se o elektrolizi. Ovdje električna struja prolazi kroz elektrolite - vodiče druge vrsti. Vodiči prve vrsti su metali, i oni se ne mijenjaju na takav način prolaskom električne struje. Vodiči druge vrsti su otopine raznih soli, kiselina i lužina.

• Kemijski učinak očituje se u razdvajanju pojedinih vodiča na sastavne dijelove pri prolasku električne struje. Radi se o elektrolizi. Ovdje električna struja prolazi kroz elektrolite - vodiče druge vrsti. Vodiči prve vrsti su metali, i oni se ne mijenjaju na takav način prolaskom električne struje. Vodiči druge vrsti su otopine raznih soli, kiselina i lužina.

Magnetski učinak je neizbježan pratitelj električne struje. Iskazuje se stvaranjem magnetskih sila u vodiču i oko njega, jakost kojih je veća u blizini vodiča, a s udaljenošću opada. Prostor u kojem se pojavljuju i osjećaju te sile naziva se magnetskim poljem.

• Magnetski učinak je neizbježan pratitelj električne struje. Iskazuje se stvaranjem magnetskih sila u vodiču i oko njega, jakost kojih je veća u blizini vodiča, a s udaljenošću opada. Prostor u kojem se pojavljuju i osjećaju te sile naziva se magnetskim poljem.

Električna struja velika je potencijalna opasnost za ljude i životinje. Temelj opasnosti koja prijeti ljudima leži u činjenici da čovjek nema nikakvo osjetilo za elektricitet.

• Električna struja velika je potencijalna opasnost za ljude i životinje. Temelj opasnosti koja prijeti ljudima leži u činjenici da čovjek nema nikakvo osjetilo za elektricitet.

• Fiziologijski učinak vezan je uz način prijenosa podražaja u ljudskom organizmu, od osjetila k mozgu, ili moždanih signala k mišićima. Posebno je opasno ako vanjska električna struja prolazi kroz srce, u kojem se nalazi i centar za upravljanje njegovim radom. Prolaskom vanjske izmjenične struje od npr. 50 Hz srčani mišić bi se trebao stegnuti 100 puta u sekundi - otprilike 80 puta brže od uobičajenog ritma. Dolazi do površinskog rada srca, koje više ne tlači krv. To je treperenje srca, posljedica kojega je prestanak rada srca. Prolaskom električne struje kroz mozak dolazi do paraliziranja centra za disanje, što takođe može izazvati smrt.

• Zagrijavanjem tkiva dolazi do zgušnjavanja bjelančevina, do rasprskavanja eritrocita, i sl.

• Posljedica kemijskog učinka električne struje je razgradnja stanične tekućine.

Tri su osnovna dijela svakog električnog strujnog kruga:

• Tri su osnovna dijela svakog električnog strujnog kruga:

• - izvor,

• - vodiči,

• - trošilo.

• Da bi električna struja tekla između spomenutih elemenata, svi dijelovi strujnog kruga trebaju biti dobro vodljivi i nigdje ne smije biti prijekida.

• Električni izvori su uređaji u kojima se stvara električna energija pretvorbom iz nekog drugog oblika energije, npr. mehaničke (u generatorima), kemijske (u galvanskim člancima i akumulatorima), itd.

Kada je strujni krug otvoren, to jest kada je negdje u strujnom krugu uključen izolator (npr. zrak, kada se otvori sklopka), kaže se da je krug u neopterećenom stanju ili praznom hodu. Ako su slučajno stezaljke izvora neposredno spojene jedna s drugom, govori se o kratkom spoju.

• Kada je strujni krug otvoren, to jest kada je negdje u strujnom krugu uključen izolator (npr. zrak, kada se otvori sklopka), kaže se da je krug u neopterećenom stanju ili praznom hodu. Ako su slučajno stezaljke izvora neposredno spojene jedna s drugom, govori se o kratkom spoju.

Tijekom 19. stoljeća vodila se rasprava kako svjetlost putuje kroz vakuum. Pokusi su pokazali da je svjetlost val. Zvuk treba zrak koji će talasati, vodeni val vodu, a što talasa svjetlost? Fizičari su izmislili tvar – eter, koja ispunjava vakuum. Pokusi su pokazali da eter ne postoji. Taj problem rješila je Kaluza-Kleinova teorija: svjetlost titra u petoj dimenziji. No teorija je imala puno problema pa je odbačena. Naprednija inačica je teorija supergravitacije te, najnojvija, teorija superstruna. Ta teorija je jednoznačno utvrdila da ima 10 dimenzija prostor-vremena. Ona pretpostavlja da se sva materija sastoji od sićušnih titrajući struna. Mnošto elementarnih čestica objašnjava se kao jednostavno titranje struna. Više dimenzije se ne mogu vidjeti, jer su se „savile“ u sićušnu loptu tako malenu da je se ne može opaziti, a njihove dimenzije su Planckove duljine, a to je 1019 puta manja od protona.

• Tijekom 19. stoljeća vodila se rasprava kako svjetlost putuje kroz vakuum. Pokusi su pokazali da je svjetlost val. Zvuk treba zrak koji će talasati, vodeni val vodu, a što talasa svjetlost? Fizičari su izmislili tvar – eter, koja ispunjava vakuum. Pokusi su pokazali da eter ne postoji. Taj problem rješila je Kaluza-Kleinova teorija: svjetlost titra u petoj dimenziji. No teorija je imala puno problema pa je odbačena. Naprednija inačica je teorija supergravitacije te, najnojvija, teorija superstruna. Ta teorija je jednoznačno utvrdila da ima 10 dimenzija prostor-vremena. Ona pretpostavlja da se sva materija sastoji od sićušnih titrajući struna. Mnošto elementarnih čestica objašnjava se kao jednostavno titranje struna. Više dimenzije se ne mogu vidjeti, jer su se „savile“ u sićušnu loptu tako malenu da je se ne može opaziti, a njihove dimenzije su Planckove duljine, a to je 1019 puta manja od protona.

• Geometrija koja je omogućila razvoj suvremene misli o svemiru i biti materije rođena je 10. lipnja 1854. Tvorac je bio Georg Bernhard Riemann, koji je teoriju viših dimenzija objavio na poznatom predavanju održanom pred fakultetskim zborom Sveučilišta u Göttingenu, Njemačka. Rieman je bio Gaussov student i on ga je pustio da razvije alternativnu geometriju euklidskoj.

Njegov fundamentalni esej „O temeljnim postavkama geometrije“ srušio je stupove klasične grčke geomatrije i Euklidskog pojimanja trodimenzionalnog svijeta. Šezdeset godina kasnije, Einstein će njegovom četverodimenzinalnom geometrijom objasniti nastanak i razvoj svemira. Riemann je stvorio novu predodžbu sile. Dok se od Newtona smatralo da je sila trenutačno djelovanje dvaju udaljenih tijela, Riemann je smatrao da je sila posljedica geometrije (to je kasnije iskoristio Einstein). On je zaključio da su elektricitet, magnetizam i gravitacija posljedica zakrivljenja našeg trodimenzionalnog svemira u nevidljivoj četvrtoj dimenziji. Zato sila ne postoji sama za sebe, nego je riječ o prividnoj pojavi uzrokovanoj izobličenjem geometrije. Riemann je postavio jednu od najvažnijih tema suvremene fizike – prirodni zakoni izgledaju vrlo jednostavno kad ih se izrazi u višedimenzionalnom prostoru. Uveo je i metrički tenzor koji sadržava sve informacije potrebne za matematički opis zakrivljenog prostora s N dimenzija. Svaku točku 4-D prostora opisuje metrički tenzor od 16 brojeva:

• Njegov fundamentalni esej „O temeljnim postavkama geometrije“ srušio je stupove klasične grčke geomatrije i Euklidskog pojimanja trodimenzionalnog svijeta. Šezdeset godina kasnije, Einstein će njegovom četverodimenzinalnom geometrijom objasniti nastanak i razvoj svemira. Riemann je stvorio novu predodžbu sile. Dok se od Newtona smatralo da je sila trenutačno djelovanje dvaju udaljenih tijela, Riemann je smatrao da je sila posljedica geometrije (to je kasnije iskoristio Einstein). On je zaključio da su elektricitet, magnetizam i gravitacija posljedica zakrivljenja našeg trodimenzionalnog svemira u nevidljivoj četvrtoj dimenziji. Zato sila ne postoji sama za sebe, nego je riječ o prividnoj pojavi uzrokovanoj izobličenjem geometrije. Riemann je postavio jednu od najvažnijih tema suvremene fizike – prirodni zakoni izgledaju vrlo jednostavno kad ih se izrazi u višedimenzionalnom prostoru. Uveo je i metrički tenzor koji sadržava sve informacije potrebne za matematički opis zakrivljenog prostora s N dimenzija. Svaku točku 4-D prostora opisuje metrički tenzor od 16 brojeva:

Kako je g12 = g21 i dr, ostaje svega 10 parametara koje je potrebno znati. Sa svojom matematikom, Riemann je pokazao da zbroj kutova u pravokutnom trokutu nije uvijek 180, nego ovisi o zakrivljenosti prostora.

• Kako je g12 = g21 i dr, ostaje svega 10 parametara koje je potrebno znati. Sa svojom matematikom, Riemann je pokazao da zbroj kutova u pravokutnom trokutu nije uvijek 180, nego ovisi o zakrivljenosti prostora.

• Drugi problem koji se stavljao pred fiziku bio je problem širenja svjetlosti kroz vakuum. Naime, za vodeni val medij titranja je voda, za zvučni zrak i sl. Što je, analogno tome, medij titranja svjetlosti? U početku su znanstvenici vjerovali da je riječ o eteru – tajanstvenom plinu koji ispunjava vakuum. Eter nije eksperimentalno otkriven. Einstein je kasnije pokazao da eter nije niti potreban i o njemu se prestalo spekulirati. Međutim, dio znanstvenika koji je računao s više dimenzija svemira tvdrio je da se svjetlost kroz vakuum širi titranjem u petoj dimenziji.

• Prvi koji je valjano primjenio više dimenzija bio je Einstein. Uz 3 prostorne, koje su tada smatrane jedinima, dodao je četvrtu – vrijeme. Ako je vrijeme četvrta dimenzija, tada se rotacijom prostor može pretvoriti u vrijeme i obrnuto. Bit Einsteinovog viđenja svemira je u načelu ekvivalencije, shvaćanju da je materija koncentracija energije i relacijom da novi pojmovi (uveo je energomateriju, jer su povezani s E=mc2 i prostor-vrijeme, jer su to samo dimenzije svemira) određuju zakrivljenost prostorvremena.

Drugim riječima, masa, a to je energija ili energomaterija, zakrivljuje prostor-vrijeme. To znači da je sila samo naše viđenje geometrije više dimenzija. Zakrivljenost prostor-vremene znači i da postoje prostorni nabori koji otežavaju ili olakšavaju kretanje. Kada se svjetlost giba kroz prazan prostor, njeno širenje je pravocrtno, po načelu najkraćeg vremena. Međutim, kad se nađe u blizini izobličenja (gravitacija), giba se po zakrivljenoj putanji (jer je to najkraća udaljenost između točaka).

• Drugim riječima, masa, a to je energija ili energomaterija, zakrivljuje prostor-vrijeme. To znači da je sila samo naše viđenje geometrije više dimenzija. Zakrivljenost prostor-vremene znači i da postoje prostorni nabori koji otežavaju ili olakšavaju kretanje. Kada se svjetlost giba kroz prazan prostor, njeno širenje je pravocrtno, po načelu najkraćeg vremena. Međutim, kad se nađe u blizini izobličenja (gravitacija), giba se po zakrivljenoj putanji (jer je to najkraća udaljenost između točaka).

• Theodr Kaluza sa Sveučilišta u Könisbergu (Kalingrad), nepoznati matematičar, predložio je Einsteinu da uvede petu dimenziju u teoriju gravitacije i tako je poveže s Maxwellovom teorijom svjetlosti. Kaluza je smatrao da je svjetlost smetnja uzrokovana nabiranjem više dimenzije. Dok je Riemannov pogled bio striktno matematički, Kaluza je predložio izvornu teoriju polja. Kaluza je postavio Riemannovu metriku u pet dimenzija te je postigao ujedninjenje elektromagnetske i gravitacijske sile:

Prema Kaluzu, peta dimenzija se urušila u tako mali krug da u njega ne stanu atomi. Klein je usavršio Kaluzu izračunavši a je veličina pete dimenzije 10-35 metara. Teorija nazvana Kaluza-Kleinovom nije se dugo održala: nije ujedinjavala nuklearne sile, a fizičari su prešli na kvantnu teoriju. Kaluza-Klein, Riemann i Einstein zacrtali su jedan smjer suvremene fizike koji je težio tumačiti prirodu geometrijom. Da li je taj put bio pogrešan? S druge strane, kvantna teorija privukla je novu generaciju fizičara koji su krenuli potpuno drugim smjerom.

• Prema Kaluzu, peta dimenzija se urušila u tako mali krug da u njega ne stanu atomi. Klein je usavršio Kaluzu izračunavši a je veličina pete dimenzije 10-35 metara. Teorija nazvana Kaluza-Kleinovom nije se dugo održala: nije ujedinjavala nuklearne sile, a fizičari su prešli na kvantnu teoriju. Kaluza-Klein, Riemann i Einstein zacrtali su jedan smjer suvremene fizike koji je težio tumačiti prirodu geometrijom. Da li je taj put bio pogrešan? S druge strane, kvantna teorija privukla je novu generaciju fizičara koji su krenuli potpuno drugim smjerom.

• Nova teorija nazvana je kvantna mehanika, a omogućila je otkrivanje tajni atoma. Kvantna teorija je okrenula Einsteinovu naglavačke: Einstein je razmišljao o svemiru, protoku vremena i prostora koji drži galaksije i zvijezde na okupu. Kvantna teorija se bavi mikrosvemirom u kojem se subatomske čestice okupljaju silama u praznom prostoru. Ključne razlike su te što kvantna teorija tvrdi da:

• - sile nastaju razmjenom zasebnih paketa energije (kvantima),

• - različite sile su posljedica razmjene različitih kvanata,

• - ne može se istodobno znati brzinu i položaj subatomske čestice (Heisenbergovo načelo neodređenosti) i

• - postoji konačna vjerojatnost da se čestice mogu probiti kroz zapreku, točnije načiniti kvantni skok (to se primjenjuje u npr. tunel-diodama).

Šezdesetih godina dvadesetog stoljeća kvantna fizika je počela gubiti dah, otkrivene su stotine zagonetnih čestica, a modeli koji su ih nastojali objasniti padali su u vodu. Na temelju analogije s elektromagnetskim poljem, Yang i Mills su izvršili poopćenje kako bi objasnili slabu i jaku nuklearnu silu, a polje je nazvano Yang-Millsovim. Kvant u slaboj interakciji koji odgovara Yang-Millsovom polju je W čestica, a može imati naboje +1, - 1 i 0. Yang-Millsov kvant jake interakcije je gluon (ljepilo). Problem tog polja je bilo da se za jednostavne interakcije ne dobiva smislene rezultate (tzv. problem renormalizacije). Yang-Millsovo polje danas je temelj sveobuhvatne teorije materije. Ispravnost teorije je toliko velika da je nazvana standardnim modelom. S pomoću standardnog modela može se objasniti svaki eksperimentalni podatak u svezi sa subatomskim česticama. Po njemu protoni, neutroni i druge teške čestice nisu elementarne čestice, nego se sastoje od kvarkova, koji mogu imati 3 boje i 6 okusa. Postoje i antimaterijski parnjaci, antikvarkovi. To ukupno daje 36 kvarkova. Kvarkove na okupu drži Yang-Millsovo polje koje se kondenzira u ljepljivu žitku masu koja gluone trajno povezuje. U jakim interakcijama učestvuju i mezoni.

• Šezdesetih godina dvadesetog stoljeća kvantna fizika je počela gubiti dah, otkrivene su stotine zagonetnih čestica, a modeli koji su ih nastojali objasniti padali su u vodu. Na temelju analogije s elektromagnetskim poljem, Yang i Mills su izvršili poopćenje kako bi objasnili slabu i jaku nuklearnu silu, a polje je nazvano Yang-Millsovim. Kvant u slaboj interakciji koji odgovara Yang-Millsovom polju je W čestica, a može imati naboje +1, - 1 i 0. Yang-Millsov kvant jake interakcije je gluon (ljepilo). Problem tog polja je bilo da se za jednostavne interakcije ne dobiva smislene rezultate (tzv. problem renormalizacije). Yang-Millsovo polje danas je temelj sveobuhvatne teorije materije. Ispravnost teorije je toliko velika da je nazvana standardnim modelom. S pomoću standardnog modela može se objasniti svaki eksperimentalni podatak u svezi sa subatomskim česticama. Po njemu protoni, neutroni i druge teške čestice nisu elementarne čestice, nego se sastoje od kvarkova, koji mogu imati 3 boje i 6 okusa. Postoje i antimaterijski parnjaci, antikvarkovi. To ukupno daje 36 kvarkova. Kvarkove na okupu drži Yang-Millsovo polje koje se kondenzira u ljepljivu žitku masu koja gluone trajno povezuje. U jakim interakcijama učestvuju i mezoni.

U standardnom modelu slaba nuklearna sila upravlja leptonima. Ova sila se stvara razmjenom W i Z bozona. Dio standardnog modela koji se bavi interakcijom elektrona i svjetlosti naziva se kvantna elektrodinamika. Ona je tehnički najtočnija teorija u povijesti i provjerena je do jedne desetmilijuntinke.

• U standardnom modelu slaba nuklearna sila upravlja leptonima. Ova sila se stvara razmjenom W i Z bozona. Dio standardnog modela koji se bavi interakcijom elektrona i svjetlosti naziva se kvantna elektrodinamika. Ona je tehnički najtočnija teorija u povijesti i provjerena je do jedne desetmilijuntinke.

• Sva se, dakle, materija sastoji od kvarkova i leptona koji stupaju u interakcije različith vrsta opisanih Yang-Millsovim poljem. Pa što sad nije uredu?! Naizgled je sve rješeno, teorija je potpuno potvrđena svakim eksperimentom. Zašto onda još fizičari postoje?! Naime, zaboravili smo gravitaciju. Sam standardni model nijedan fizičar ne smatra točnom teorijom, jer je preobimna i previše „ružna“. Ta ružnoća se može izraziti popisom čestica i sila koje su nužne za objašnjavanje svega ostalog:

• - 36 kvarkova,

• - 8 Yang-Millsovih polja za opisivanje gluona,

• - 4 Yang-Millsova polja za slabe i elektromagnetske sile,

• - 6 vrsta leptona za slabe interakcije (elektron, muon, tau lepton i odgovarajući neutrini),

• - Higgsove čestice potrebne za računanje mase i konstanti drugih čestica i

• - najmanje 19 proizvoljnih konstanti za opisivanje masa čestica i jačine interakcija, a koje ne sljede iz teroije niti su po njoj određene.

Ovaj dugačak popis može se razdijeliti na tri obitelji kvarkova i leptona koji su međusobno neraspoznatljivi te stvaraju trostruku zalihost (redudanciju) tzv. elementarnih čestica. U odnosu na Einsteinove jednostavne i učinkovite jednadžbe, ovo je katastrofalno! Teorija kakvu fizičari priželjkuju treba imati jedinstvanu simetriju i sposobnost objašnjavanja golemih količina eksperimentalnih podataka sa što manje matematičkih izraza.

• Ovaj dugačak popis može se razdijeliti na tri obitelji kvarkova i leptona koji su međusobno neraspoznatljivi te stvaraju trostruku zalihost (redudanciju) tzv. elementarnih čestica. U odnosu na Einsteinove jednostavne i učinkovite jednadžbe, ovo je katastrofalno! Teorija kakvu fizičari priželjkuju treba imati jedinstvanu simetriju i sposobnost objašnjavanja golemih količina eksperimentalnih podataka sa što manje matematičkih izraza.

• Nakon ovakvog fijaska kvantne teorije, fizičari su se vratili Kaluza-Kleinovoj teoriji, ali ovaj put s N dimenzija. Jednadžbe dobijene tako razdvajaju se na dva dijela: Einsteinove jednadžbe i Yang-Millsovu teoriju polja. Prijeđe li se u N dimenzija, metrički tenzor izgleda:

Ujedinjenje gravitacije tumači se supergravitacijom i kvantnom gravitacijom. Po kvantnoj teoriji trebali bi postojati gravitoni, koji su paketići gravitacijske energije, ali nisu otkriveni. Kvantna teorija je nastavljena s uvođenjem multipleta, koji se sastoje od jednakog broja bozona i fermiona. Raspoređivanje bozona i fermiona unutar istog multipleta dobijaju se supersimetrične jednadžbe. Supergravitacijska teorija bio je pokušaj vraćanja Einsteinovim tragovima i ima supersimetriju. Predvidila je tzv. s-čestice i samo 2 polja: gravitona (bozona) sa spinom dva i polja njegova parnjaka sa spinom 3/2, tzv. gravitina. Budući da se s tim ne mogu stvoriti sve složenije čestice, najjednostavnije je uključivanje materije u 11-dimenzionalnom prostoru. Da bi se takva super Laluza-Lleinova teorija napisala u 11 dimenzija potreban je odgovarajući Riemannov tenzor:

• Ujedinjenje gravitacije tumači se supergravitacijom i kvantnom gravitacijom. Po kvantnoj teoriji trebali bi postojati gravitoni, koji su paketići gravitacijske energije, ali nisu otkriveni. Kvantna teorija je nastavljena s uvođenjem multipleta, koji se sastoje od jednakog broja bozona i fermiona. Raspoređivanje bozona i fermiona unutar istog multipleta dobijaju se supersimetrične jednadžbe. Supergravitacijska teorija bio je pokušaj vraćanja Einsteinovim tragovima i ima supersimetriju. Predvidila je tzv. s-čestice i samo 2 polja: gravitona (bozona) sa spinom dva i polja njegova parnjaka sa spinom 3/2, tzv. gravitina. Budući da se s tim ne mogu stvoriti sve složenije čestice, najjednostavnije je uključivanje materije u 11-dimenzionalnom prostoru. Da bi se takva super Laluza-Lleinova teorija napisala u 11 dimenzija potreban je odgovarajući Riemannov tenzor:

No još uvijek nije jasno što je to čestica? Einstein je držao da je to kondenzirana energija. Na ovo pitanje odgovara teorija superstruna, koja objedinjuje Einsteinovu teoriju gravitacije s kvantnom teorijom. Bit teroije struna je objašnjavanje naravi i materije i prostorvremena. Struna je stotinu trilijuna puta manja od protona i titra. Svaki način titranja jest posebna rezonancija ili čestica. Titranjem strune u prostorvremenu ona izvodi složeno gibanje. Struna može puknuti ili se sudariti s drugim strunama i povezati ih. U povijesti fizike ovo je prva kvantna teorija gravitacije s konačnim i smislenim kvantnim ispravcima. Kad su fizičari izračunali ograničenja koja se postavljaju u prostorvremenu na njih, dobili su Einsteinove jednadžbe – više nisu bile fundamentalne, nego su izvedene iz teorije struna. Također je izračunato da ne može biti proizvoljan broj dimenzija prostor-vremena, nego samo 10 ili 26. Iz ovoga se može reći da su simetrije subatomskog svijeta ostaci simetrije prostora viših dimenzija. Stoga je opća relativnost doživjela logičan razvitak iz geometrije, preko teorije polja u kvantnu teoriju. Teorija superstruna slučajno je otkrivena 1968. (Gabriel Veneziano i Mahiko Suzuki) i napredovala je unazad te se još traga za njezinim temeljnim načelom.

• No još uvijek nije jasno što je to čestica? Einstein je držao da je to kondenzirana energija. Na ovo pitanje odgovara teorija superstruna, koja objedinjuje Einsteinovu teoriju gravitacije s kvantnom teorijom. Bit teroije struna je objašnjavanje naravi i materije i prostorvremena. Struna je stotinu trilijuna puta manja od protona i titra. Svaki način titranja jest posebna rezonancija ili čestica. Titranjem strune u prostorvremenu ona izvodi složeno gibanje. Struna može puknuti ili se sudariti s drugim strunama i povezati ih. U povijesti fizike ovo je prva kvantna teorija gravitacije s konačnim i smislenim kvantnim ispravcima. Kad su fizičari izračunali ograničenja koja se postavljaju u prostorvremenu na njih, dobili su Einsteinove jednadžbe – više nisu bile fundamentalne, nego su izvedene iz teorije struna. Također je izračunato da ne može biti proizvoljan broj dimenzija prostor-vremena, nego samo 10 ili 26. Iz ovoga se može reći da su simetrije subatomskog svijeta ostaci simetrije prostora viših dimenzija. Stoga je opća relativnost doživjela logičan razvitak iz geometrije, preko teorije polja u kvantnu teoriju. Teorija superstruna slučajno je otkrivena 1968. (Gabriel Veneziano i Mahiko Suzuki) i napredovala je unazad te se još traga za njezinim temeljnim načelom.

• Izvor frustracija današnjih fizičara je u tome da imaju teoriju iz koje se sve izvlači, a ne znaju kako ona radi. Jedna od najvećih tajni je zašto baš 10 dimenzija. Teorija struna postoji, ali nas frustrira jer nismo dovoljno pametni da je riješimo. Današnje mogućnosti našeg tehnologije ne omogućuju eksperimente koji su potrebni za dokazivanje ove teorije. Zna se da se na bilijardu kelvina stapaju elektromagnetska i slaba nuklearna sila, na 1028 K elektroslaba i jaka nuklearna, a na 1032 K ujedinjuje se i sa gravitacijom pa se pojavljuje ujedinjenje svih simetrija desetdimenzionalnih superstruna i nastaje plin superstruna.

U tom trenutku se počeo izobličavat prostor-vrijeme pa se može promijeniti i njeova dimenzionalnost. Tako nastaje i pukotina u prostor-vremenu, koja se naziva crvotočinom.

• U tom trenutku se počeo izobličavat prostor-vrijeme pa se može promijeniti i njeova dimenzionalnost. Tako nastaje i pukotina u prostor-vremenu, koja se naziva crvotočinom.

• Spekulacije oko crvotočina populariziraju se u ZF serijama i filmovima, jer omogućuju međuzvjezdana putovanja. Postoji više teorija gdje završava i kako se otvara crvotočina. No sa superstrunama smo zavirili u trenutak stvaranja do 10-43 sekundu od početka vremena kod temperature 1032 K. U tom trenutku se raspada 10-dimenzionalni svemir u 4-dimenzionalni i 6-dimenzionalni. Ovaj drugi se urušava na veličinu 10-34 metara, dok se prvi brzo širi. U 10-35 sekundi raspada se sila velike jedinstvene teroije, tj. odvaja se jakoa nuklearna sila.

• Mali djelić 4-D svemira napuhuje se i postaje naš vidljivi svemir. Na kraju prve nanosekunde, temperatura svemira je 1015 K, a elektroslaba sila se raspada. Na kraju prve milisekunde kvarkovi se kondenziraju u neutrone i protone. Nakon 3 minute nastaju jezgre atoma. Nakon 300000 godina oko jezgre se skupljaju elektroni i nastaju atomi. Svjetlost se više ne raspršuje i ne apsorbira i svemir postaje proziran i crn. Nakon 3 milijarde godina pojavljuju se kvazari, nakon 5 galaksije, a nakon 10 do 15 milijardi nastaje Sunčev sustav.

Kozmolog Stephen Hawking utemeljitelj je nove znanstvene discipline nazvane kvantna kozmologija. Polazište kvantne teorije je valna funkcija koja opisuje sva moguća stanja čestice. Hawking je uveo valnu funkciju svemira. Ona se širi po svim mogućim svemirima.

• Kozmolog Stephen Hawking utemeljitelj je nove znanstvene discipline nazvane kvantna kozmologija. Polazište kvantne teorije je valna funkcija koja opisuje sva moguća stanja čestice. Hawking je uveo valnu funkciju svemira. Ona se širi po svim mogućim svemirima.

• Cilj ove grane je pokazati da je valna funkcija svemira velika za naš svemir i zanemarivo mala za ostale. To bi objasnilo npr. zašto su prirodne konstante baš onolikog iznosa kojeg jesu. Npr. vrijeme raspada protona je 1032 godina ili veće, što je puno više od starosti svemira. Ako postoji beskonačno svemira u kojima je ta konstanta različita, postojat će i oni u kojima je ta konstanta malo različita od našeg, tj. paralelni svemiri.

• Zašto je to važno? Kako nikad neće biti dovoljno energije za kvantni skok jednog svemira u drugi, logično je za pretpostaviti da se druge svemire ne može posjetiti. Ako bi išli u svemir gdje je vrijeme raspada protona 1 sekundu, ne bi niti sekunu u njemu preživjeli, jer bi se svi protoni u našem tijelu raspali. Tu se javljaju dva pitanja koja raspaljuju maštu i pisaca i znanstvenika – putovanje kroz vrijeme i crvotočine. Crvotočine su izvorno trebale povezivati daleke djelove našeg svemira, međutim da li je to tako? Ili povezuju paralelne svemire? Ako bi putovali u prošlost, morali bi otvoriti crvotočinu, a da li bi nas ona odvela u prošlost našeg svemira ili nekog drugog, paralelnog svemira? To su pitanja na koja se još pouzdano neznaju odgovori.

Danas sve više prevladava mišljenje različito od materijalističkog shvaćanja svemira, a to spada u teoriju holografskog svemira. Kako elementarne čestice imaju pridružen val, a nastaju titranjem struna (iz energije titranja!), znači da su one samo privid koji ostavlja val, tj. hologrami stvarne prirode – valova. Valovi interferiraju stvarajući privid materijalnog svijeta kojeg percepira naš mozak. Ali stvaran svijet je šuma valova (energije). Kako se valovi gibaju brzinom svjetlosti, vrijeme stoji (Einstein), tj. ne postoji. Kako se energija ne može niti stvoriti niti uništiti (zakon o očuvanju energije) znači da se ne može umrijeti u apsolutnom smislu riječi – samo se transformira iz jednog oblika u drugi (možda je to prostor za više razine svijesti?). Pošto se valovi šire u beskonačnost, oni interferiraju sa svim drugim valovima uzrokujući međuzavisnost svega u svemiru. Stoga neodgovornim ponašanjem prema prirodi utječemo na cijeli svemir, a ne samo na naš planet.

• Danas sve više prevladava mišljenje različito od materijalističkog shvaćanja svemira, a to spada u teoriju holografskog svemira. Kako elementarne čestice imaju pridružen val, a nastaju titranjem struna (iz energije titranja!), znači da su one samo privid koji ostavlja val, tj. hologrami stvarne prirode – valova. Valovi interferiraju stvarajući privid materijalnog svijeta kojeg percepira naš mozak. Ali stvaran svijet je šuma valova (energije). Kako se valovi gibaju brzinom svjetlosti, vrijeme stoji (Einstein), tj. ne postoji. Kako se energija ne može niti stvoriti niti uništiti (zakon o očuvanju energije) znači da se ne može umrijeti u apsolutnom smislu riječi – samo se transformira iz jednog oblika u drugi (možda je to prostor za više razine svijesti?). Pošto se valovi šire u beskonačnost, oni interferiraju sa svim drugim valovima uzrokujući međuzavisnost svega u svemiru. Stoga neodgovornim ponašanjem prema prirodi utječemo na cijeli svemir, a ne samo na naš planet.