Przestrzeń i ruch.

Lubię Teorię Leukipposa z Miletu, który 2500 lat temu uznał, że cała natura jest zbudowana ze struktur powstałych w oparciu o jeden tylko element – niepodzielny atom. Atomy poruszają się w pustej przestrzeni. Przestrzeń jest wyłącznie miejscem bez żadnych fizycznych właściwości. “Poruszają się” jest terminem niedokładnym, gdyż każdy atom w pustej przestrzeni jest w stanie spoczynku. Ruch jest zmianą miejsca w przestrzeni w jakimś odstępie czasu, W pustej i nieograniczonej przestrzeni każde miejsce jest równoważne innemu, więc nie można wyznaczyć zmiany miejsca. Jeśli chcemy umieścić współrzędne, to także nie można oznaczyć ich miejsca. Ruch i jego parametry są względne. Jeśli można stwierdzić zmianę miejsca jakiegoś atomu względem innego, to ta zmiana odniesiona do czasu, w którym zaistniała, będzie jego względną prędkością. Ruch atomu jest postrzegany przez domniemanego obserwatora, atom nie doświadcza niczego. Względny ruch każdego z atomów jest jednostajny i prostoliniowy.

Celem myślowego rozwiązania zadania opisu ruchu atomów uznajemy się za zewnętrznego obserwatora i wydzielamy ograniczony obszar przestrzeni, który definiujemy przez ustawienie układu współrzędnych. Ich pozycja jest nieoznaczona w nieograniczonej przestrzeni, natomiast w wydzielonej, ograniczonej przestrzeni współrzędne wyznaczają jej odległości i kierunki. Jako zewnętrzny obserwator uznajemy, że współrzędne nie obracają się i wszystkie obserwowane atomy poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym. 

Ruch atomów w przestrzeni o oznaczonych współrzędnych staje się opisywalny. Znane będą kierunki ruchu i wartości prędkości. Zaistnieją kierunki kolizyjne i dojdzie do zderzeń. W procesie zderzenia ujawnia się dodatkowa wartość, względny pęd, który jest produktem masy i prędkości. Wszystkie zderzenia będą powielały ten sam schemat:

1. Kontakt. Do momentu kontaktu ruch atomów jest jednostajny prostoliniowy.
2. Ugięcie sprężyste wskutek wzajemnego parcia oraz “toczenie się” po sobie wskutek parcia wzdłuż niecentrycznych kierunków ruchu. W trakcie procesu odbicia atomy są zespolone a ich wspólny ruch jest krzywoliniowy i zmienny wynikający z kątów uderzenia, wartości prędkości, mas, kątów wirowania oraz wibracji.
3. Sprężyste odbicie wskutek odbudowy kształtu. Po odbiciu kierunki ruchu i prędkość atomów są zmienione i ich ruch jest jednostajny prostoliniowy. Zostaje zmieniona rotacja i wibracja.

Matematyczny opis wszystkich zderzeń jest niemożliwy. Parametry ruchu i stanu atomów są przypadkowe. Można próbować zrobić matematyczny model dla zderzenia dwóch atomów. Trzeba założyć położenie początkowe, kierunki ruchu, prędkości, rotacje i ich osie, oscylacje i ich osie, współczynnik sprężystości, masy, a potem sformułować zależności położeń w czasie i dynamicznych oddziaływań w czasie kolizji. Wynikiem byłoby to, co już zostało stwierdzone, że po odbiciu kierunki ruchu i prędkość atomów są zmienione i ruch jest jednostajny prostoliniowy, zostaje zmieniona rotacja i wibracja.

Co wynika ze zderzeń atomów?

O tym potem.