De ce este nevoie de tensori?
Miscarea unui subiect este usor de observat atata timp cat observatorul nu se misca, dar devine mai dificil de observat cand observatorul este in miscare.
Categorie: Fizica
Autor: Valentin Curtef
Miscarea ni se dezvaluie in fiecare zi intr-o multitudine de feluri: mersul spre munca, calatoria cu trenul, alergatul prin parc, curgerea raului, zborul pasarilor si multe altele. Dar oricat de felurita ar fi miscarea, ea depinde de cel care o observa, mai exact, miscarea unui subiect este usor de observat atata timp cat observatorul nu se misca, dar devine mai dificil de observat sau chiar imposibil cand observatorul este in miscare. Sa ne imaginam de exemplu ca observatorul este intr-un tren, care se afla intre alte doua trenuri, toate trei miscandu-se cu aceeasi viteza. Doar privind spre celelalte trenuri ii este imposibil observatorului sa se pronunte daca acestea sunt in miscare sau nu.
Pentru a clarifica cat mai bine posibil efectul relativ al miscarii, sa consideram urmatoarea situatie: observatorul se indreapta cu masina spre Cluj-Napoca, dar inaintarea ii este ingreunata de o alta masina care se deplaseaza mai incet. Pentru a o putea depasi cu proxima ocazie observatorul ramane aproape de masina, adaptandu-se la viteza ei. Astfel apare urmatorul fenomen: caldirile si copacii de langa sosea se misca pe cand masina din fata ramane la aceeasi distanta de masina observatorului. Faptul ca se patreaza o distanta fixa intre cele doua masini inseamna ca observatorul este in repaus relativ la masina din fata, care este chiar efectul miscarii relative: miscandu-se sa fie totusi in repaus. Evident ca reperele raportat la care observatorul se misca sunt diferite de cele raportat la care observatorul este in repaus. In cazul cand reperele coincid (exemplul trenurilor) nu mai este posibil ca observatorul sa distinga daca se misca sau nu. Asadar, faptul ca ne miscam nu inseamna ca nu pot exista repere fata de care sa ramanem sau sa ajungem in rapaus.
Caracterul relativ al miscarii ofera posibilitatea de a alege orice subiect in miscare ca reper fata de care observatorul sa fie in repaus. Nu conteaza daca subiectul ales ca reper este un tren, o masina, o minge, un fluviu, ci doar ca observatorul sa poata imita miscarea reperului. Este usor de imitat miscarea reprerul cand acesta nu-si modifica structura pe parcursul miscarii (cazul trenului, masinii, mingii), insa cand structura se modifica (cazul fluviului) imitarea devine aproape imposibila.
In fizica, obiectele care nu-si modifica structura in timp pot fi reduse la un singur punct reprezentativ, putand fi oricare dintre partile obiectlului. In general, ca punct reprezentativ se alege centrul geometric al obiectului, care contine intreaga masa a obiectului, motiv pentru care se numeste si centrul de masa al acestuia. Pentru a descrie miscarea unui obiect ce nu-si modifica structura in timp, abstract, fizica foloseste conceptul de vector, care leaga un reper fixat de centrul de masa al obiectului. Prin intermediul vectorului se poate determina distanta centrului de masa al obiectului fata de reper, directia si sensul in care se deplaseaza obiectul.
Dar cum se procedeaza in cazul obiectelor care isi modifica structura in timp, cum ar fi exemplul fluviului? Incercand sa ajunga in repaus fata de fluviu, observatorul se poate deplasa in sensul cursului fluviului cu o viteza egala cu viteza apelor fluviului. Insa, privind mai atent portiuni ale apelor fluviului, se pot observa vartejuri, curenti, etc., miscari imposibil de imitat de catre observator.
Pentru aceste obiecte, care isi schimba structura in timp, nu mai este posibila descrierea miscarii lor prin intermediul vectorilor, deoarece nu mai pot fi reduse la un singur punct reprezentativ. Pe cand pentru obiectele care nu-si modifica structura in timp, centrul de masa nu mai contine informatii despre structura acestuia putand reprezenta atat trenul, masina sau mingea, pentru cele care isi modifica structura in timp este nevoie sa se introduca o noua notiune care sa pastreze si informatia despre structura obiectului. Tensorul este notiunea care permite descrierea nu doar a traiectoriei obiectului, ci si a structurii obiectului pe parcursul miscarii sale. Sa presupunem o activitate usor de realizat, cum ar fi mersul pe bicicleta. Petntru a ramane in echilibru este suficient sa pedalam si sa tinem drept ghidonul. Acum sa ne gandim ca trebuie sa ne mentinem echilibrul si sa parcurgem o distanta pe o bicicleta cu o roata. Pe cand in cazul bicicletei normale era suficienta doar coordonarea bibicletei (pedaland si tinand drept ghidonul), in cazul bicicletei cu o roata, pentru a ne mentine in echilibru, este nevoie sa coordonam nu doar bicicleta, ci si pe noi. Deci, pentru a descrie miscarea realizata pe o bicicleta cu o roata nu mai este suficient un vector, ci este nevoie de un tensor.
In cele ce urmeaza vor fi prezentate doua exemple (din relativitate si mecanica cuantica), care sa ne ajute sa intelegem anumite fenomene folosind notiunea de tensor. Conform relativitatii, spatiul si timpul exista ca un intreg, asa-numitul continuum spatiu-timp, si nu separat. Pentru orice centru de masa (de exemplu o planeta) care se deplaseaza in continuumul spatiu-timp este nevoie de un tensor sa se poata descrie drumul parcurs. Dar nu este aceasta o contradictie cu ce am observat pana acum, adica faptul ca toate punctele si obiectele care pot fi reduse la un punct reprezentativ se pot descrie prin intermediul unui vector? Raspunsul este nu, deoarece continuumul spatiu-timp nu este drept, ci datorita masei obiectelor se curbeaza. Atunci cand un centru de masa se deplaseaza in continuumul spatiu-timp, continuumul spatiu-timp isi modifica structura, de aceea este nevoie de un tensor si nu de un vecotr pentru a descrie miscarea centrului de masa. Tensorul nu descrie doar traiectoria centrului de masa, ci si modul in care continuumul spatiu-timp isi modifica structura in prezenta acestui centru de masa.
Cel de-al doilea exemplu este din mecanica cuantica, in care notiunea de tensor joaca un rol important. Sa consideram principiul de nedeterminare al lui Heisenberg, care spune ca cu cat masuram mai exact pozitia unui obiect, de exemplu a unui electron, cu atat mai inexact ii putem masura viteza si reciproc. Aceasta se datoreaza faptului ca masurarea pozitiei electronului influenteaza masurarea vitezei electronului, adica structura experimentului depinde de ordinea de masurare, spre deosebire de mecanica clasica unde ordinea de masuarare a caracteristicilor unui oboiect nu este importanta. Adica, masurand viteza unei masini (uitandu-ne la vitezometru) nu influentam informatia cu privire la pozitia acesteia. In mecanica clasica nu este importanta ordinea de masurare la fel cum nu este important nici la care partea a trenului sau a masinii ne raportam pentru a deduce daca ne miscam sau nu, asadar experimentul putand fi reprezentat de un vector. In mecanica cuantica datorita importantei ordinii de masurare, experimentul isi modifica structura, avand astfel nevoie de un tensor pentru a-l descrie.
Articolul este preluat de pe portalul Scipedia.ro cu permisiunea autorului.













Comentarii
-
December 31, 2009, 6:46 pm -
Jan 11
-
October 8, 2009, 6:17 pm -
angelserena
-
October 8, 2009, 1:12 pm -
cristi
-
October 8, 2009, 12:57 pm -
angelserena
Adauga un comentariuLumina este o forma de energie intrucat influienteaza mediul prin care trece sau corpurile pe care le intalneste,optic,termic,sau mecanic.Da,ati inteles bine,desi au masa proprie aprope nula,fotonii pot dezvolta un lucru mecanic.Asta inseamna ca lumina nu poate exista in lipsa unui sistem care sa o genereze.Acest sistem,atunci cand emite lumina consuma energie.Asa functioneaza chestiile in lumea reala.Daca excitam un atom cu energie,singurul mod prin care acesta isi poate mentine echilibrul energetic si,in ultima instanta integritatea structurala este emiterea unei cuante de lumina(un foton).Asta se intampla atunci cand un electron oscileaza suficient pentru a sari de pe o orbita pe alta.Este principiul care ste la baza functionarii laserilor.
Jan 11.
Da , se poate lumina in intuneric , e ca si cand ai izola un fascicol de lumina intr-un vid ceva de genul asta , adica ce doream eu mai exact , sa iau un fascicol de lumina il memorez , il izolez si il stochez undeva in intuneric sau vid dar acel fascicol de lumina sa nu se intinda mai mult de limita de spatiu pe care eu o aleg si sa ramana "viu" la infinit . Stiu ca e ceva la limita imposibilitatii , insa eu am o teorie : ca orice problema are o rezolvare si orice intrebare are si un raspuns , asa cum exista polii , negativ si pozitiv , materie si antimaterie asa exista si ceea ce vreau eu sa aflu , insa inca nu s-a descoperit , dar eu sper sa se descopere cat mai repede . cred ca daca mai stau putin sa ma gandesc mai imi vin si alte idei ......
"captarea" luminii e subiect tare... umbla baietii dupa asta ca sa faca stocare cu lumina la computerele optice, insa nu a reusit nimeni pana acum, asa ca nu cred ca se poate direct ce ceri tu. Pe mine fascineaza ideea ca stichezi lumina in intuneric, asa cum vrei tu... Pai mai e ala atunci intuneric?
Pentru ca nu am gasit nici un articol cu tema fascicolului de lumina sau electroni o sa-mi permit sa scriu aici in speranta ca cineva va citi si va si raspunde .
Cine stie cum poate sa captiveze intr-un timp infinit un fascicul de lumina in intuneric total
fara ca acel fascicul de lumina sa fie mentinut de vreo sursa cum ar fi prin ardere , electricitate sau transmisie de la o alta sursa de lumina . Se stie foarte bine ca fosforul inregistreaza lumina pe care o reda apoi in intuneric cateva minute insa nu o poate memora sau captura pentru un timp infinit . Se mai stie ca oglinda cat si ochii pot memora lumina dupa care sa o redea dar doar pentru cateva clipe . Insa eu as dori sa stiu daca ar exista un anumit mod in care poate fi captivata lumina in intuneric si sa se mentina memorata acolo la infinit . Pentru ca daca descoperim lucrul acesta cred ca vom putea intelege mai multe despre suflet , acesta fiind format din electroni si fotoni , adica din energie , lumina si magnetism. Astept urgent un raspuns ca timpul se scurge foarte repede ......
Adauga un comentariu