ВСЯ ФИЗИКА объяснена за 14 минут

В бескрайнем космосе фундаментальные законы управляют движением камней, газа и небесных тел. Уравнение Ньютона, F = ma, показывает, что любое воздействие на неподвижную массу приводит к предсказуемому ускорению - принцип, который применим к падающим яблокам и движущимся по орбите планетам. Закон всемирного тяготения гласит, что любая масса притягивает любую другую массу с силой, которая уменьшается пропорционально квадрату расстояния, определяя эллиптические траектории планетарных тел. Это понимание отличает постоянную массу от переменной, определяемой интенсивностью гравитационных полей.

Энергия существует в двух основных формах: кинетическая, энергия движения, и потенциальная, запасенная энергия, обусловленная положением объекта, например телефона, поднятого над землей. Работа - это процесс приложения силы на расстояние, преобразующий накопленную энергию, например, при поднятии яблока химическая энергия преобразуется в потенциальную гравитационную энергию. Энергия сохраняется, то есть она меняет только форму, как показано, когда кинетическая энергия движущегося автомобиля превращается в тепло за счет трения и рассеивается в окружающем воздухе. Температура непосредственно отражает среднюю кинетическую энергию атомов, при этом увеличение движения приводит к более горячему состоянию.

Термодинамика показывает, что природные системы эволюционируют от организованных состояний с низкой энтропией к неупорядоченным состояниям с высокой энтропией, что видно, когда кубик льда под солнцем превращается в воду с бесчисленными конфигурациями. Показатель энтропии количественно определяет этот беспорядок и объясняет, почему энергия после преобразования становится менее полезной для выполнения работы. Общая тенденция Вселенной к повышению энтропии также лежит в основе однонаправленного течения времени, и даже локальные сокращения энтропии, такие как замерзание воды, в конечном счете способствуют увеличению общего беспорядка.

Электромагнетизм основан на потоке электронов, при котором напряжение перемещает отрицательно заряженные частицы через резистивную среду, создавая токи и свет. Закон Кулона объясняет, что противоположные заряды притягиваются, в то время как аналогичные заряды отталкиваются, принцип, схожий с гравитационными взаимодействиями. Уравнения Максвелла показывают, что неподвижные заряды создают электрические поля, а движущиеся заряды или магниты индуцируют магнитные поля, которые постоянно влияют друг на друга посредством индукции. Это сложное взаимодействие статических и динамических полей генерирует электромагнитные волны, распространяющие видимый свет в невидимый спектр, используемый в современных средствах связи.

Молекулы построены из атомов, которые состоят из ядра с протонами и нейтронами, сопровождаемыми вращающимися по орбитам электронами. Сами протоны и нейтроны состоят из кварков, образуя ядро стандартной модели, которая объясняет мельчайшие компоненты Вселенной. Различия в количестве протонов и нейтронов приводят к появлению различных элементов и изотопов, причем нестабильные изотопы распадаются и выделяют ионизирующее излучение в соответствии с периодом их полураспада.

Свет распространяется в вакууме с поразительной скоростью 299 792 458 метров в секунду, проявляя свою волновую природу через интерференцию, а частичную - через дискретные фотоны. Постоянная скорость света требует, чтобы время адаптировалось к различным системам отсчета, объединяя восприятие независимо от движения. Гравитация, переосмысленная как искривление пространства-времени массой, показывает, что объекты движутся по естественным прямым траекториям в искривленной структуре. Это открытие меняет наше понимание Вселенной, связывая поведение света с фундаментальной геометрией пространства и времени.

Энергия и масса эквивалентны, то есть даже крошечная доля массы может высвободить огромное количество энергии. Ядерное деление приводит к расщеплению атомного ядра на более мелкие фрагменты в результате нейтронной бомбардировки, превращая небольшую потерю массы в огромный выброс энергии. Ядерный синтез объединяет два более легких ядра в одно более тяжелое, при этом высвобождаемая энергия возникает из-за дефекта массы между исходным и результирующим ядрами. Эти процессы подчеркивают потенциал и опасность атомных реакций, связанных с высвобождением концентрированной энергии.

Понимание Эйнштейном того, что свет ведет себя как частица, в сочетании с открытием Планка о том, что энергия поступает в виде дискретных пакетов, заложили основу квантовой механики. Электроны существуют в суперпозиции состояний, и их вероятные положения описываются облачным распределением, пока измерения не сведут их в одно место. Принцип неопределенности Гейзенберга исключает возможность одновременного определения точного положения и импульса частицы. Эксперимент с двойной щелью показывает, что отдельные фотоны создают интерференцию, проходя оба пути в виде волн, пока наблюдение не заставит их выбрать определенную траекторию.