1. Wstęp - Czym zajmuje się fizyka?

Skala przestrzenno-czasowa zjawisk fizycznych

W celu przedstawienia skali, w jakiej zachodzą zjawiska fizyczne, popatrzmy na zakres w jakim mieszczą się podstawowe wielkości charakteryzujące ich przebieg - czas i przestrzeń. Podobny przegląd można byłoby zrobić dla wielu innych wielkości takich jak masa, temperatura, ciśnienie itp.

Zacznijmy od charakterystycznych rozmiarów w skali makroskopowej. Wymieńmy (w kilometrach) przybliżone wartości kilku z nich: długość równika - 40 tysięcy km, odległość do Księżyca - 384 tysiące km, odległość do Słońca - 150 milionów km, odległość do najbliższych gwiazd - \( 4 \times 10^{13} \) km, promień dostępnej do obserwacji części Wszechświata - \( 1,5 \times 10^{23} \) km.

Popatrzmy też na skalę czasu wyrażoną w latach: okres obrotu Ziemi wokół Słońca 1 rok, okres obrotu Ziemi wokół własnej osi - 1/366 roku, okres obrotu Słońca wokół środka Galaktyki - 240 milionów lat, wiek Ziemi - 4.6 miliarda lat, wiek Wszechświata - około 13,8 miliarda lat.

Zajmijmy się teraz zakresem rozmiarów i czasów mikroskopowych.

Wymieńmy rzędy wielkości kilku typowych rozmiarów: grubość włosa – \( 10^{-4} \) m, średnica wirusa ospy – \( 10^{-7} \) m, promień atomu – \( 10^{-9} \) m, promień jądra atomowego – \( 10^{-14} \), rozmiar elektronu - poniżej \( 10^{-22} \) m.

Zróbmy to samo dla typowych wartości czasów wyrażonych w sekundach: mrugnięcie okiem - \( 0.15 \) s, najkrótsze błyski laserowe - \( 10^{-15} \) s, czas zderzeń jądrowych - \( 10^{23} \) s.

Pokazaliśmy przykłady rozpiętości obiektów i zjawisk fizycznych w czasie i przestrzeni. Te największe stanowią domenę astronomii, a najmniejsze - fizyki cząstek elementarnych. Nie bez powodu wybraliśmy dwie skrajności. Demonstrują one bowiem jedność fizyki. Badania w dziedzinie cząstek elementarnych mogą w zasadniczy sposób przyczynić się do zrozumienia wielu zagadnień dotyczących ewolucji Wszechświata poczynając od pierwszych chwil po Wielkim Wybuchu. Jedność fizyki oznacza również uniwersalność praw fizycznych.