MARKUS KLUTE: Bun venit din nou la 8.701. Deci aceasta este a cincea secțiune a introducerii noastre. Aș vrea să vorbesc despre istoria timpurie și despre oamenii implicați în fizica nucleară și a particulelor. Acoperă perioada de la 1820 până la începutul celui de-al Doilea Război Mondial. alte elemente ale istoriei ulterioare a dezvoltării modelului standard-- încălcarea parității, încălcarea CP-- aceste aspecte vor fi acoperite atunci când vorbim despre fizica reală implicată. Dar aș vrea să vă ofer mai multe informații. Mai ales că începem discuția cu fizica particulelor, este bine să înțelegem care a fost punctul de plecare, pe ce umeri stăteau oamenii atunci. Important de realizat aici, în acest moment, nu sunt istoric. Îmi place să citesc despre istorie. Tocmai am terminat o carte interesantă despre Einstein. Îmi place să înțeleg cum au interacționat oamenii vremii, timpul însuși și descoperirea fizicii. Mă ajută să înțeleg procesul de a fi științific. Când te uiți la istorie, găsești o mulțime de locuri în care progresul a fost făcut prin curiozitate și făcând lucruri care nu sunt o modalitate obișnuită de a proceda. Și așa se învață acest lucru uitându-se la istorie. Și aș putea să vă dau și aici o serie de exemple. Deci, scufundarea într-una dintre întrebările de atunci, întoarcerea, din nou, aproape 200 de ani este câți ani avea Pământul? Câți ani are Pământul? Și acum aproximativ 200 de ani, oamenii au început să se certe dacă cei 10.000 de ani, despre care s-a crezut mult timp a fi vârsta Pământului, sunt sau nu corecte. Și în special geologii și biologii au susținut că acest lucru nu poate fi adevărat. Ei au observat cât de încet apar procesele geologice și biologice, cum ar fi eroziunea și evoluția. Și dacă doar încerci , prin observație, să pui toate acele rațe la rând, dacă vrei, vei descoperi că Pământul trebuie să fie mult, mult mai vechi decât cei 10.000 de ani. Dimpotrivă, unii fizicieni au susținut că Pământul nu poate fi la fel de vechi ca câteva sute de milioane de ani, deoarece ar fi, până acum, un loc foarte rece și întunecat. Unul dintre oponenții evoluției a fost Lord Kelvin sau William Thompson. Și a argumentat cu calculele termodinamicii clasice că Pământul nu poate fi la fel de vechi ca cei 300 de milioane de ani, așa cum scrie Darwin în tipărirea inițială a Originii speciilor. Herman Helmholtz, câțiva ani mai târziu, a încercat să folosească principiile de compensare a energiei pentru a calcula cât de multă căldură de la soare ar radia dacă energia provine dintr-o contracție lentă. Și el, transformând energia potențială gravitațională în căldură, vârsta calculată nu poate depăși 18 milioane de ani. Deci, punându-le împreună, găsiți, pe de o parte, fizicienii, teologia ar putea fi o dimensiune diferită a acestei discuții și apoi geologii și biologii. Și o întrebare complicată. Adică, într-adevăr era ceva de învățat. Ceva nu s-a înțeles prea bine. Și așa revenim la această întrebare. Următorul slide. Dar apoi s-au făcut progrese în înțelegerea fizicii. Și aici trebuie numiți Henri Becquerel, de exemplu, pentru descoperirea radiațiilor din uraniu și Ernest Rutherford pentru descoperirea, prin studierea acestei radiații, că trebuie să existe cel puțin două surse diferite de radiații. Și le-a numit, pur și simplu urmând alfabetul grecesc, raze alfa și beta. În același an, J. J. Thompson a descoperit o particulă, particula încărcată cu electroni sau electronul. Povestea lui Becquerel este destul de interesantă, deoarece încerca să înțeleagă materialul studiat de Roentgen. Și era interesat să descopere ce poate face materialul fluorescent. Și din nou, acesta este unul dintre exemplele în care el, din întâmplare, a descoperit că de fapt nu este faptul că ai un material, îl expui la lumina soarelui, aștepți puțin și încă radiază lumină. Deci, acest lucru a întârziat fluorescența materialului. Nu este povestea completă a unor materiale fluorescente. Așa că a descoperit acest lucru întâmplător, punând mineralul într-un sertar, împreună cu o farfurie foto, și a constatat că există doar o dovadă foarte scurtă și limitată de la acea placă foto care ar fi radiată de soare. Dar practic era ceață din cauza faptului că era în același sertar cu un mineral. Dar aceasta a fost o descoperire destul de accidentală. Marie și Pierre Curie au propus noul termen, radioactivitate, pentru materialele care emit în general lumină. Și au descoperit materiale suplimentare față de uraniul care a fost descoperit de Becquerel. Așa că au descoperit toriu, de exemplu, și mai târziu și elementele de poloniu și radiu. Și au descoperit că acele elemente radiază multă radioactivitate. Așadar, Marie Curie a putut măsura energia radiată și a descoperit că un gram de radiu poate emite până la 140 de calorii pe oră. Așa că descoperiți că un gram de radiu este capabil să alimenteze, practic, energia de care aveți nevoie pentru a supraviețui - să furnizeze energia. Așa că mișcându-se puțin înainte, apoi au fost studiate uraniul în mod specific, dar alte materiale radioactive . Și Paul Villard a descoperit că trebuie să existe o a treia componentă a radiației care se comportă diferit de celelalte două. Și a numit aceste raze gamma, din nou, pur și simplu urmând alfabetul și trecând la a treia literă. Rutherford conectează apoi aceste descoperiri mai întâi la întrebarea vârstei Pământului. Și pur și simplu sugerează că acele elemente radioactive care se află în minereurile din miezul Pământului oferă o sursă suplimentară de hrană suficientă, datorită conectivității Pământului, pentru a menține Pământul activ din punct de vedere geologic. Și ajunge la concluzia că Pământul ar putea avea la fel de bine câteva miliarde de ani, așa cum știm acum că este. Așa că punând acest lucru în context, în același timp, în Berna, Elveția, un funcționar pe nume Albert Einstein are un an fantastic. El, într-un an, vine cu o succesiune de descoperiri teoretice. Una este relativitatea specială. Și folosește descoperirile relativității speciale pentru a deduce că există o echivalență între energie și masă. Și această echivalență, așa cum vom vedea mai târziu, când am discutat în mod specific despre fizica nucleară, este foarte importantă pentru a înțelege dezintegrarea nucleară, fisiunea nucleară și fuziunea nucleară și pentru a ne da seama de ce, dacă aveți o stare a componentei care pare a fi mai ușoară decât suma componentelor individuale care formează această particulă. Rutherford a fost un pionier în experimentele de coliziune, în sensul că a folosit multe alte particule pentru a bombarda tot felul de materiale. Așa că ceea ce a găsit primul este că, dacă particulele alfa, atunci când sunt oprite, se transformă în heliu. Deci particula alfa însăși se apucă de electronii din materialul în care se ciocnește. A fost o problemă tehnică. Voi continua. Și asta se transformă în heliu. Elevii săi, Marsden și Geiger, efectuează apoi un experiment foarte faimos cu folie de aur. Deci probabil că ați auzit cu toții despre asta, luând o sursă de particule alfa și o străluciți pe o folie de aur. Și apoi te uiți la distribuția unghiulară a particulelor, care trec prin sau care au fost împrăștiate din această folie. Și apoi Rutherford ia acele măsurători și le transformă într-un model de atomi asemănător sistemului solar, care sunt formați în esență din spațiu gol și nuclee foarte mici și intense. Deci Rutherford continuă cu acest experiment și este capabil să producă, bombardând azot cu alte particule, protoni și oxigen. Și aceasta este, de fapt, prima reacție nucleară creată de om . Așa că acum suntem în anul 1919, imediat după încheierea Primului Război Mondial. Pe partea teoretică, acesta este momentul în care este dezvoltată mecanica cuantică. Și apoi Dirac combină relativitatea cu mecanica cuantică, ceea ce duce apoi la așa-numita ecuație Dirac, pe care o vom analiza foarte curând și în această clasă. Această ecuație este destul de interesantă deoarece prezice existența stărilor de energie negativă . Și atunci asta iese doar din ecuații. Și apoi te întrebi, ce se întâmplă aici? Poți avea o interpretare ca, pentru un electron, a electronului care a călătorit înapoi în timp, sau îi interpretezi ca electroni cu energii negative. Și astfel acest lucru duce apoi la predicția antimateriei. Pauli și Fermi, sunt nedumeriți de o problemă de conservare a energiei în al doilea caz. Și așadar, acesta este ceva destul de ciudat și este o mare provocare pentru fizica vremii. Și au rezolvat această provocare propunând o nouă particulă care este destul de ușoară și nu interacționează cu detectoarele pe care le aveau la dispoziție în acel moment. Așa că scapă pur și simplu nedetectat. Ei numesc această particulă neutrino. Un an mai târziu, neutronii sunt detectați direct în experimentele lui Chadwick cu beriliu și alte particule din nou. Și apoi antielectronii preziși, pozitronii, au fost descoperiți de Anderson în tracturi de plăci fotografice care arătau ca niște electroni, dar se curbează în direcția greșită. Deci fie au sarcina opusă, fie călătoresc înapoi în timp. Nu aveau o rezoluție în timp suficientă pentru a [INAUDIBIL]. În regulă, tot din punct de vedere teoretic, trebuia să se înțeleagă cum neutronii și protonii se leagă de fapt împreună în nuclee. Așa că Hideki Yukawa propune existența unei forțe puternice care este cu adevărat, cu adevărat puternică și leagă acele nucleare împreună într-o măsură în care nu le poți despărți cu ușurință. Și apoi Bethe calculează modul în care fuziunea nucleară, mai degrabă decât procesul de fisiune, poate fi folosită pentru a alimenta soarele. Deci, pentru aceasta, el propune un proces în trei etape, așa-numitul lanț proton-proton, despre care nu voi discuta aici, dar cu siguranță îl vom discuta mai târziu în această clasă. Și apoi sunt mai multe evoluții în domeniul fizicii nucleare. Și acest progres este realizat prin, din nou, folosind tot felul de materiale și bombardându-se între ele. Deci, de exemplu, prin ciocnirea neutronilor cu uraniul, se descoperă un proces de fisiune nucleară. Acest lucru a fost făcut de Lise Meitner și Otto Hahn la sfârșitul anilor 1930. Deci, de aici încolo, există evoluții ulterioare interesante, în sensul că mulți fizicieni de la acea vreme din Europa sunt mai degrabă preocupați de evoluțiile Partidului Nazist din Germania. În anii '40, deja după începutul celui de-al Doilea Război Mondial, Albert Einstein i-a scris o scrisoare lui Theodore Roosevelt subliniind că există o amenințare reală ca naziștii să dezvolte o bombă bazată pe procese nucleare. Și astfel, acest lucru a condus apoi la Programul Manhattan în SUA și la dezvoltarea primelor bombe nucleare sau bombe atomice. Și în august 1945, primele două bombe au fost aruncate asupra Japoniei, ceea ce a dus atunci la capitularea imperiului japonez și la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial. Cu asta, opresc discuția despre acele evoluții timpurii. Sper că ați avut o primă privire și să folosiți asta ca punct de plecare pentru a citi mai departe. Acele personaje, Lise Meitner, de exemplu -- mă uit la poza ei chiar acum -- foarte, foarte interesant de văzut cum au fost conectați acei oameni, cum au comunicat acei oameni și în ce mediu au trebuit să lucreze. Lise Meitner, de exemplu, era evreică. Și ea a părăsit Europa, a fost nevoită să fugă de naziști în anii '30, în timp ce făcea astfel de descoperiri. Interesantă este poate și introducerea istorică în particulele elementare. Am asta aici în cartea lui David Griffiths. Aceasta începe cu acest tip de eră clasică și apoi depășește cel de-al Doilea Război Mondial și introduce descoperirile în fizica particulelor dincolo de ceea ce am explicat până acum. Așa că sper că ți-a plăcut asta. Aceasta este practic ultima dintre aceste prelegeri introductive care nu vine cu un set de probleme, cu un set de lucruri cu care ar trebui să interacționați. Deci următorul va face deja asta. Și vom folosi acest lucru în recitarea de joi a primei săptămâni pentru a avea o discuție.