Skip to main content

Εισαγωγή στη Σχετικότητα και την Κοσμολογία (E) Φυσική

Περιγραφή του μαθήματος

Με αφετηρία τη διαπίστωση ότι πληθώρα φαινομένων γύρω μας είναι ασυμβίβαστα με τη μηχανική του Νεύτωνα, θα προχωρήσουμε βήμα-βήμα στη διατύπωση της Σχετικιστικής Μηχανικής, που αφ' ενός περιγράφει σωστά όλα τα φαινόμενα και αφ' ετέρου οδηγεί σε ριζική αναθεώρηση την αντίληψή μας για τον Κόσμο.

Θα ανακαλύψουμε ότι ο χώρος και ο χρόνος αποτελούν ενιαία οντότητα, τον χωροχρόνο Minkowski. Θα δούμε ότι ο χρόνος κυλάει διαφορετικά και πως οι χωρικές αποστάσεις διαφέρουν για παρατηρητές σε σχετική κίνηση. Θα ανακαλύψουμε ακόμα τους σωστούς τύπους για την ενέργεια και την ορμή ελεύθερου σώματος, που εκτός των άλλων συνεπάγονται ότι ένα ακίνητο σώμα έχει ενέργεια -την ενέργεια ηρεμίας του- η οποία δίνεται από τον διάσημο τύπο:

E=mc2

Θα εφαρμόσουμε τη Σχετικιστική Μηχανική στον υπολογισμό της ενέργειας που εκλύεται σε πυρηνικές διασπάσεις, στη μελέτη κρούσεων σωματιδίων, στη μελέτη των φαινομένων Compton και Doppler και, τέλος, θα συμμετάσχουμε -έστω και νοερά- σε διαστημικά ταξίδια προς τα πέρατα του Σύμπαντος.

Στο δεύτερο μέρος του μαθήματος, μετά από μια μικρή αναφορά στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Einstein, θα γίνει μια σύντομη εισαγωγή στις τελευταίες εξελίξεις στη μελέτη του Σύμπαντος και τη Θεωρία της Μεγάλης 'Εκρηξης. Τί περιέχει το Σύμπαν; Υπάρχει και τί μπορεί να είναι η Σκοτεινή 'Υλη και η Σκοτεινή Ενέργεια; Πώς είναι η γεωμετρία του Σύμπαντος; Κατέχουμε κάποια προνομιακή θέση σε αυτό; Πώς περιγράφουμε τη χρονική του εξέλιξη; Πώς ήταν το Σύμπαν στα πρώτα στάδια της ζωής του; Τί είναι το Υπόβαθρο Κοσμικής Ακτινοβολίας και τί μυστικά κρύβει; Τί μας περιμένει στο μέλλον;

Τι θα μάθετε

Η Σχετικότητα είναι παντού γύρω μας. Η Σχετικιστική Μηχανική δεν είναι κεφάλαιο της φυσικής για ειδικούς, αλλά βασική γνώση απαραίτητη για την πλήρη κατανόηση της καθημερινής μας εμπειρίας. Θα μάθουμε οτι δεν είναι τυχαία η διασημότητα της σχέσης E=mc2, αφού για παράδειγμα χωρίς αυτήν είναι ακατανόητες όλες οι διεργασίες που εμπεριέχουν μεταβολές στο είδος ή/και στο πλήθος των σωματιδίων. Θα απαντηθούν ερωτήματα όπως: πώς είναι δυνατόν μια χούφτα ραδιενεργό υλικό να είναι αρκετό να βράσει χιλιάδες τόνους νερό, ή ακόμα πώς ενώ η ταχύτητά μας δεν μπορεί να ξεπεράσει αυτή του φωτός, μπορούμε να ταξιδέψουμε μέχρι τα πέρατα του Σύμπαντος δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά;

Θα συνειδητοποιήσουμε ότι οι αστέρες και οι γαλαξίες αποτελούν μόλις το ένα εκατοστό του περιεχομένου του Σύμπαντος, με τη φύση του υπόλοιπου -του Σκοτεινού Σύμπαντος- να αποτελεί το μεγαλύτερο μυστήριο της σύγχρονης φυσικής. Τέλος, θα δούμε ποιά είναι η απάντηση που δίνει η φυσική σήμερα στο αγωνιώδες ερώτημα: "... Από πού ερχόμαστε και πού πηγαίνουμε;...". Πώς θα μοιάζει ο Κόσμος στο απώτερο μέλλον;

Προαπαιτούμενα

Φυσική και μαθηματικά λυκείου.

Διδάσκων

Course Staff Image #1

Θεόδωρος Τομαράς

Ο Θεόδωρος Τομαράς έχει πτυχίο Φυσικής από το Πανεπιστήμιο Αθηνών και διδακτορικό από το Harvard University. Από το 1988 κατέχει καθηγητική θέση στο Πανεπιστήμιο Κρήτης, όπου τα τελευταία χρόνια διδάσκει Σύγχρονη Φυσική, Θεωρία Βαρύτητας, Κοσμολογία, Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων και Κβαντική Θεωρία Πεδίων. ‘Εχει εργαστεί ως ερευνητής στην ομάδα του καθηγητή M. Gell-Mann στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας, ως επίκουρος καθηγητής στο Rockefeller University της Νέας Υόρκης και ως επισκέπτης καθηγητής στην Ecole Normale Superieure του Παρισιού και στο CERN. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα περιλαμβάνουν τη Φυσική Υψηλών Ενεργειών, την Κοσμολογία και την μελέτη σολιτονίων στη σωματιδιακή φυσική και τη φυσική συμπυκνωμένης ύλης. Το τελευταίο διάστημα στο επίκεντρο της έρευνάς του είναι η προσπάθεια επίλυσης του μυστηρίου του Σκοτεινού Σύμπαντος.

Συντελεστές

Βιντεοσκόπηση, μοντάζ, και προγραμματισμός ασκήσεων μαθήματος: Μηνάς Θεοδωράκης

Η βιντεοσκόπηση έγινε αρχικά στον χώρο του βιβλιοπωλείου των ΠΕΚ στο Ηράκλειο και ολοκληρώθηκε στο στούντιο του Mathesis στην ίδια πόλη, το φθινόπωρο του 2015.

ΕΓΓΡΑΦΗ