Światło – cud nieożywiony?

Prezentacja na temat: "Światło – cud nieożywiony?"— Zapis prezentacji:

1 Światło – cud nieożywiony?
Cykl wykładów popularno-naukowych Rok akademicki 2004/2005 Światło – cud nieożywiony? Dr hab. inż. Włodzimierz Salejda, profesor nadzwyczajny PWr Instytut Fizyki PWr Strona WWW

2 Plan wykładu O znaczeniu słów Historia światła Wybrane zastosowania
Monitorowanie Słońca 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 [...] ©W. Salejda

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 BIBLIA TYSIĄCLECIA; Księga Rodzaju
1. Terminologia (3) Na początku Bóg stworzył niebo i ziemię. Ziemia zaś była bezładem i pustkowiem: ciemność była nad powierzchnią bezmiaru wód, a Duch Boży unosił się nad wodami. Wtedy Bóg rzekł: Niechaj się stanie światłość! I stała się światłość. Bóg widząc, że światłość jest dobra, oddzielił ją od ciemności. I nazwał Bóg światłość dniem, a ciemność nazwał nocą. I tak upłynął wieczór i poranek - dzień pierwszy. BIBLIA   TYSIĄCLECIA; Księga Rodzaju ©W. Salejda

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 Słownik j. polskiego PWN
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 Słownik j. polskiego PWN ©W. Salejda

8 Słownik j. polskiego PWN
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) Słownik j. polskiego PWN ©W. Salejda

9 OKO TO LATARNIA Promienie światła powstają w oku,
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. ©W. Salejda

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 ©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. ©W. Salejda

12 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
Johann Kepler ( ), 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 ( ) 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 Natura światła w czasach nowożytnych
2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych Galileusz ( ) 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: Światło jest strumieniem maleńkich cząsteczek, poruszających się z ogromną prędkością – Pierre Gassendie (1592–1655). 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. ©W. Salejda

14 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
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. ©W. Salejda

16 idei i hipotez z obserwacjami i eksperymentem.
2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych 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.” ©W. Salejda

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. ©W. Salejda

20 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
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 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
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”. ©W. Salejda

22 a) astygmatyzm (nieregularność krzywizny rogówki oka);
2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych 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 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
T. Young wymyślił i przeprowadził podstawowe doświadczenie interferencyjne z dwoma szczelinami oraz zinterpretował otrzymane wyniki w ramach falowej natury światła. ©W. Salejda

24 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
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 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
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 nich się m.in. Pierre Laplace, Jean Biot i Simeon Poisson. ©W. Salejda

26 Teorię dyfrakcji światła sformułował A. Fresnel.
2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych Teorię dyfrakcji światła sformułował A. Fresnel. ©W. Salejda

27 2. Historia... Natura światła w czasach nowożytnych
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 ©W. Salejda

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. ©W. Salejda

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. ©W. Salejda

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). ©W. Salejda

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). ©W. Salejda

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. ©W. Salejda

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” ©W. Salejda

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. ©W. Salejda

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 ». ©W. Salejda

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, nie pije piwa, choć wymienia energię z otoczeniem. ©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. ©W. Salejda

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 3. Wybrane zastosowania... dywagacje, uwagi, metafizyka etc.
Służy m.in. do: Podtrzymania życia na Ziemi (fotosynteza) Obrazowania układu kostnego, tkanek i narządów (w medycynie), Diagnozowania (w medycynie) Poprawy jakości życia (medycyna) 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) ©W. Salejda

48 3. Wybrane zastosowania... Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a
©W. Salejda

49 3. Wybrane zastosowania... Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a
©W. Salejda

50 3. Wybrane zastosowania... Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a
©W. Salejda

51 3. Wybrane zastosowania... Zdjęcia z obserwatorium Hubble’a
©W. Salejda

52 3. Wybrane zastosowania... ©W. Salejda

53 ©W. Salejda 3. Wybrane zastosowania...

54 3. Wybrane zastosowania... 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 3. Wybrane zastosowania... Fotosynteza
Struktura chemiczna ATP – adenozynotrójfosforan; paliwo roślin. ©W. Salejda

56 3. Wybrane zastosowania... 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 3. Wybrane zastosowania... Metody diagnozowania
Naświetlanie promieniami X Termografia Tomografia komputerowa Rezonans magnetyczny ©W. Salejda

58 zaczerpnięto z fizyki ciała stałego, gdzie używane były do
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)
©W. Salejda

60 3. Wybrane zastosowania... Metody diagnozowania – termografia
©W. Salejda

61 Metody diagnozowania (naświetlanie światłem niewidzialnym; pr
Metody diagnozowania (naświetlanie światłem niewidzialnym; pr. X) Tomografia komputerowa 3. Wybrane zastosowania ... ©W. Salejda

62 Tomografia komputerowa – pacjenci z rakiem okrężnicy
Metody diagnozowania (naświetlanie światłem niewidzialnym; pr. X) Tomografia komputerowa – pacjenci z rakiem okrężnicy 3. Wybrane zastosowania... ©W. Salejda

63 3. Wybrane zastosowania... Metody diagnozowania (naświetlanie światłem niewidzialnym; pr. X). Tomografia komputerowa – pacjenci z rakiem płuc. ©W. Salejda

64 Tomografia komputerowa
Metody diagnozowania (naświetlanie światłem niewidzialnym; pr. X) Tomografia komputerowa 3. Wybrane zastosowania... ©W. Salejda

65 Magnetyczny rezonans jądrowy
Metody diagnozowania (analiza niewidzialnego światła emitowanego) Magnetyczny rezonans jądrowy 3. Wybrane zastosowania... ©W. Salejda

66 Metody diagnozowania (analiza niewidzialnego światła emitowanego)
3. Wybrane zastosowania... Magnetyczny rezonans jądrowy ©W. Salejda

67 Obrazowanie magnetycznym rezonansem jądrowym
©W. Salejda

68 3. Wybrane zastosowania... Obrazowanie magnetycznym rezonansem jądrowym
©W. Salejda

69 3. Wybrane zastosowania... Obrazowanie magnetycznym rezonansem jądrowym
©W. Salejda

70 4. Monitorowanie Słońca SŁOŃCE – DOBROCZYŃCA LUDZKOŚCI
Kilka danych podstawowych o Słońcu Masa 2·1030 kg, 75% wodór, 25% hel Moc promieniowania elektromagnetycznego: 4·1026 watów 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 ©W. Salejda

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 ©W. Salejda

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. ©W. Salejda

73 mechanizmów nagrzewania się korony słonecznej,
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. ©W. Salejda

74 4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observator http://sohowww.nascom.nasa.gov/
©W. Salejda

75 – zaobserwowano gwałtowne zmiany pola magnetycznego,
4. Monitoring Słońca... SOHO – Solar and Heliospheric Observatory 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. ©W. Salejda

76 Są dwa rodzaje burz słonecznych:
4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory 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. ©W. Salejda

77 SOHO odkrył ponad 800 nowych komet.
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 rozciągająca się od góry do dołu zdjęcia. SOHO odkrył ponad 800 nowych komet.

78 4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; wiatr słoneczny
©W. Salejda

79 4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; film o aktywności Słońca w marcu/kwietniu 1999 r. ©W. Salejda

80 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 ©W. Salejda

81 4. Monitoring Słońca SOHO – Solar and Heliospheric Observatory; Halloween na Słońcu i w przestrzeni wokół niego 28 X 2003 ©W. Salejda

82 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. ©W. Salejda

83 4. Monitoring Słońca Skutki wiatrów słonecznych: zorze polarne
©W. Salejda Silny wiatr słoneczny może powodować awarie linii przesyłowych prądu elektrycznego, przerwy w komunikacji radiowej, awarie urządzeń satelitarnych i napromieniowanie astronautów.

84 4. Monitoring Słońca Tęcza
©W. Salejda Tęcza i fizyczny mechanizm jej powstawania

85 Światło wciąż zaskakuje. Jego właściwości są intrygujące.
5. Podsumowanie Światło wciąż zaskakuje. Jego właściwości są intrygujące. Wytwarzane są półprzewodniki światła, zwane kryształami fotonicznymi. 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. ©W. Salejda

86 5. Podsumowanie Światło ciągle zaskakuje
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. Zastosowania ośrodków lewoskrętnych: można konstruować idealne soczewki, których zdolność rozdzielcza nie podlega ograniczeniom wynikającym z falowej natury światła?! ©W. Salejda

87 Trudno się z tym zgodzić, ponieważ:
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? Trudno się z tym zgodzić, ponieważ: 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, ©W. Salejda

88 Trudno się z tym zgodzić, ponieważ:
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? Trudno się z tym zgodzić, ponieważ: światło jest obecnie podstawowym narzędziem diagnostyki medycznej, światło jest podstawowym nośnikiem informacji, co w społeczeństwie informacyjnym jest fundamentem jego istnienia i rozwoju. Co z odpowiedzią na tytułowe pytanie? ©W. Salejda

89 Udzielenie odpowiedzi na pytanie zawarte w tytule mojego wystąpienia „Światło – cud nieożywiony?” pozostawiam uczestnikom dzisiejszego spotkania. THE END ©W. Salejda

90 Prezentacja multimedialna odkrycia fizycznego.
KONKURS Prof. zw. dr hab. inż. Tadeusz Luty, Rektor PWr, ogłosił konkurs pt. Prezentacja multimedialna odkrycia fizycznego. Nagrody: ·         I nagroda – zł, ·         II nagroda – 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: ©W. Salejda

91 ©W. Salejda

92 ©W. Salejda