Konsternacja w Sevres ;)

[dobrychemik]

Witam i zapraszam do eksperymentu myślowego.

 

Rzecz dzieje się w podziemiach Międzynarodowego Biura Miar i Wag w Sevres.

 

Wyobraźmy sobie, że posiadamy arcy-hiper-ultra-dokładną* i precyzyjną wagę. Waga ta została przymocowana do solidnego postumentu, temperatura, ciśnienie, wilgotność powietrza, oświetlenie są w pełni kontrolowane i niezmienne. Krótko mówiąc: oaza spokoju i martwoty.

 

Oprócz wagi mamy dwa jednokilogramowe odważniki aluminiowe – jeden w formie sześcianu, a drugi kuli. Oba zostały wykonane przez producenta naszej wagi z najwyższą możliwą dokładnością - zawierają identyczną liczbę atomów glinu, co do sztuki.

 

I teraz przystępujemy do właściwego eksperymentu. Zdalnie sterując stosownym robotem ważymy najpierw jeden z odważników, a następnie drugi. (Czynności odbywają się z taką delikatnością, że odważniki nie tracą ani jednego atomu, z których są zbudowane).

 

I… O zgrozo! Nasza waga pokazała różne wskazania! Trzeba to wyjaśnić!

 

Zadanie polega nie tyle na znalezieniu jakiegoś wyjaśnienia, ale znalezieniu ich jak największej liczby. Chodzi mi o efekty wynikające z realnych praw fizycznych, a nie błędów ludzkich. Przypomnę: waga jest arcy-hiper-ultra-dokładna, więc należy rozpatrywać nawet arcy-hiper-ultra-znikome efekty.

 

* chętnie dodałbym jeszcze kilka innych modnych przedrostów, jak nano, bio, eko i mega, ale jakoś mi tu nie pasują

 

Edytowane 30 Sierpnia 2019 przez dobrychemik

[Tuvoc]

Cześć, 

 

Co oznacza słowo znikowy? Bo nie wiem czy masz na myśli znikomy?

 

Eksperyment myślowy ciekawy. Za chwilę coś wymyślę

[Tuvoc]

Pomijając czynność ważenia, wszystkie inne procesy fizyczne i chemiczne są dozwolone? Np. procesy związane z dyfuzją czy utlenianie?

[dobrychemik]

Literówkę poprawiłem.

 

Tak, dopuszczalne są wszelkie efekty fizyczne/astronomiczne/chemiczne. Byle uzasadnione.

[MaciejK87]

Z doświadczenia zawodowego mogę powiedzieć, że w arcy-hiper-ultra minimalnym stopniu dochodzi do rozkalibrowania wagi, po każdorazowym nałożeniu ciężaru na szalkę.

[Izonix]

Wyporność?

[dobrychemik]

MaciejK87:

Masz oczywiście rację, ale tutaj założeniem jest niezmienna doskonałość wagi.

 

Izonix:

Musisz sprecyzować. Zastanów się czy a) objętość odważników jest taka sama?, b) siła wyporu jest taka sama? 

[Izonix]

Kula jest ,,wyższa,, jej środek jest bardziej odległy od środka Ziemi (czyli jest lżejsza).

[dobrychemik]

OK, efekt zaliczony. Proszę o kolejne.

[MaciejK87]

Na różnice może wpłynąć anomalia grawitacyjna spowodowana oddaleniem lub zbliżeniem księżyca, w czasie zmiany odważników?

[dobrychemik]

Masz rację, Księżyc powoduje realne zmiany, przy czym efekt trzeba uogólnić również na inne obiekty. Przede wszystkim ruch obrotowy Ziemi powoduje zmiany kierunku i wartości siły pochodzącej od Słońca. Swój wkład, choćby niemal infinitezymalny (nasza waga i tak to wykryje), będą miały też wszelkie inne obiekty, kolejno Układu Słonecznego, Drogi Mlecznej itd.

 

Zatem na razie mamy dwa zaliczone efekty, oba newtonowskie. Czekam na kolejne

[Tuvoc]

Eh, mamy teraz rozkminę z kumplami z roboty

 

Na początek zmiana może wyniknąć z bombardowania neutrinami, statystycznie przelatuje tyle samo, ale różne kształty mają rożne przekroje czynne.

 

Pytanie jeszcze czy pomiędzy atomami glinu a postumentem mogą zachodzić procesy dyfuzyjne? I jaki mamy czas na zajście zmian - tzn od pierwszego pomiaru (czy ustawienia próbek) do drugiego pomiaru?

[astrokarol]

Neutrina słoneczne lub podane cząsteczki przelatujące przez odważniki (ich ewentualna masa) ?

Tuvoc mnie uprzedził.

 

Fale grawitacyjne ? 

Edytowane 30 Sierpnia 2019 przez astrokarol

[Tuvoc]

Kolejne pytanie - czy mamy do czynienia jedynie z trwałym izotopem 27Al? Może są jeszcze jakieś? Jeśli tak to oczywiście będzie warunkować to zmiany w masach.

[MaciejK87]

Różnice mogą wynikać ze zmian pola grawitacyjnego. Zmiany te mogą wynikać z utraty lub zwiększenia masy naszej planety.

[astrokarol]

Nieregularne zmiany w ruchu (np. obrotowym) Ziemi co skutkuje różną energią kinetyczną ?

Edytowane 30 Sierpnia 2019 przez astrokarol

[Tom78]

Skoro "najpierw" super-ultra doskonaly robot waży jeden a "następnie" drugi to hiper-nano- ultra itd. warunki uległy zmianie. Czas

Edytowane 30 Sierpnia 2019 przez Tom78

[astrokarol]

Przekazanie ciepła (energii kinetycznej): odważnik-waga będzie różne, ze względu na styczność ich do płyty wagi. 

 

Odważniki nie mogą być identycznej objętości (niedokładność liczby Pi). W takim razie, różna gęstość. Tylko czy ilość atomów a niedokładności Pi w 1kg ma znaczenie ?

[szuu]

zagadka jest od dobrego chemika więc odważniki pokryją się dobrą warstwą tlenku a że mają niejednakowe pole powierzchni to masa warstwy też będzie się różnić.

[dobrychemik]

Fajnie kombinujecie. Po kolei skomentuję Wasze propozycje.

 

1. Neutrina. Obawiam się, że ten efekt akurat będzie niezauważalny, gdyż prawdopodobieństwo, że w trakcie pomiaru zostanie zaabsorbowane chociaż jedno neutrino jest niezwykle małe. Teoretycznie jednak może się zdarzyć że jedno akurat zostanie zaabsorbowane... Niemal zerowe prawdopodobieństwo niemal zerowego efektu

 

2. Dyfuzja. Glin w normalnych warunkach nie będzie dyfundował. Zerowe prawdopodobieństwo.

 

3. Fale grawitacyjne. Dość ogólnikowe stwierdzenie, ale rzeczywiście fale te mogą zaburzyć pomiary. Ponieważ nie sposób przewidzieć skąd, kiedy jaka fala nadleci, o jakieś częstości (nawet faza byłaby istotna) efekt absolutnie nieprzewidywalny.

 

4. Izotopy. Chemia - to lubię. Bardzo dobry pomysł, ale... glin ma tylko jeden trwały izotop  Jest co prawda znany izotop o okresie połowicznego rozpadu ok. 740000 lat, ale wytwarzany tylko sztucznie. Źródła podają, że jego zawartość procentowa na Ziemi jest zerowa. Zatem chyba ten efekt trzeba wykluczyć.

 

5. Nieregularności ruchu obrotowego Ziemi. OK, efekt realny, ale raczej nie chodzi tu o energię kinetyczną. Waga mierzy ciężar, a nie masę. Szybkość obrotowa nie wpływa na masę, ale na ciężar już jak najbardziej.

 

6. Przekazywanie ciepła. Warunki mamy izotermiczne, więc nie ma jakiegokolwiek przepływu ciepła do  lub od odważników. Efektu brak.

 

7. Objętość odważników. Pomysł dobry, ale wytłumaczenie trochę inne. Przede wszystkim realna "kula" z glinu nie jest kulą w sensie matematycznym, a jedynie jej przybliżeniem. Nie warto zastanawiać się na niewymiernością liczby Pi. Tak samo "sześcian" z glinu nie jest prawdziwym sześcianem matematycznym. Trzeba dokładniej przeanalizować które ułożenie atomów tej samej liczby atomów glinu da łącznie większą objętość. Wnętrza obu brył będą miały identyczną gęstość. Ale różnica tkwi w warstwie powierzchniowej. Im atom metalu ma więcej sąsiadów, innymi słowy im więcej wiązań metalicznych tworzy, tym odległości między atomami są mniejsze. Sześcian będzie miał więcej atomów glinu na powierzchni, zatem powinien mieć minimalnie większą objętość i mniejszą gęstość. Ale uwaga, jest jeszcze jeden efekt: każdy przedmiot z tego metalu bardzo szybko ulega pasywacji polegającej na pokryciu się monowarstwą tlenku glinu. Ta warstwa zwiększa objętość obu odważników ale i ich masę. Ten drugi efekt również będzie zmniejszał gęstość obu odważników, w większym stopniu dla tego sześciennego. A różna objętość to różna siła wyporu. Archimedes...

 

8. Zmiana masy Ziemi. Jak najbardziej, masa naszej Planety cały czas się zmienia, więc pomiary wykonane w innym czasie będą też zmienne. Efekt zaliczony.

 

Mam jeszcze kilka efektów w głowie. Mógłbym podpowiedzieć pewne znane nazwiska, ale na pewno sami wykombinujecie

[ZbyT]

3 minuty temu, dobrychemik napisał:

Fajnie kombinujecie. Po kolei skomentuję Wasze propozycje.

 

1. Neutrina. Obawiam się, że ten efekt akurat będzie niezauważalny, gdyż prawdopodobieństwo, że w trakcie pomiaru zostanie zaabsorbowane chociaż jedno neutrino jest niezwykle małe. Teoretycznie jednak może się zdarzyć że jedno akurat zostanie zaabsorbowane... Niemal zerowe prawdopodobieństwo niemal zerowego efektu

niestety pomysł jest błędny. Przekrój czynny na oddziaływanie z neutrinami nie zależy od przekroju bryły metalu ale od przekroju czynnego dla pojedynczego jądra pomnożonego przez ilość jąder, a ta jest z założenia taka sama w obu przypadkach

 

pozdrawiam

[dobrychemik]

Tu chodzi o coś innego: ilość pochłoniętych neutrin jest skwantowana - musi być liczbą naturalną. Niemal na pewno będzie zerowa. Ale istnieje niezerowe prawdopodobieństwo, że akurat jednak w którymś z nich nastąpi absorpcja. Dlatego właśnie pisałem o "niemal zerowym prawdopodobieństwie niemal zerowego efektu".

A poza tym zapewne podczas pomiarów jeden z odważników był nieco bliżej Słońca (ruch obrotowy Ziemi). Im bliżej źródła tym większy strumień neutrin. Zatem jeden z odważników miał większą szansę na oberwanie.

 

[TomaszP1977]

Zakładam że przetrzymywane są pod kloszami, ale w momencie ważenia klosze są zdejmowane a w warunkach nie podano że powietrze w pomieszczeniu jest filtrowane więc na jednym osiadł paproch na przykład włosek z tkaniny albo trzy bakterie albo pyłek kwiatowy co spowodowało różnicę mas.

[ryszardo]

- różne ciśnienie na ścianki próbek ( ze względu na ich geometrię) - wpływ na tensor energii pędu

- różnice w położeniach środka masy, oprócz efektów newtonowskich - wleczenie układów inercjalnych

jeżeli waga jest nieskończenie dokładna to nawet efekty bliskie zeru z dowolną liczbą zer po przecinku dają skończone, mierzalne efekty.

Tego wszystkiego można wymyślić chyba bardzo dużo...w każdym razie biorąc pod uwagę efekty kwantowe - jedynym ograniczeniem jest to, że "operatory na ogół nie komutują" - podoba mi się to stwierdzenie...  

Edytowane 31 Sierpnia 2019 przez ryszardo

[ZbyT]

przy przyjętych założeniach wszelkiej maści fluktuacje kwantowe będą miały jakiś wpływ na pomiar masy. Pewnie da się wymyślić dziesiątki takich fluktuacji

 

fajny jest pomysł z tlenkiem glinu. Z powodu różnej powierzchni obu ciężarków ilość tlenków będzie różna, a więc i masa. Ponadto tlenek glinu ma strukturę polikrystaliczną więc atomy tlenu będą stale dyfundować przez warstwę tlenku i ciągle zmieniać masę wzorców. Te efekty będą znacznie większe od pozostałych

 

pozdrawiam