Modern fizika "közérthetően"

Felhívás

A "Modern fizika közérthetően" című, ff1c9a93 kódú speciális előadásomra várom természettudományos érdeklődésű hallgatók jelentkezését. Az anyag NEM fizikus hallgatók számára optimalizált, de esetleg alacsonyabb éveseknek még lehet benne újdonság. A cél az, hogy a tudományos ismeretterjesztés szintjén (azaz matematikai levezetések és bonyolultabb fogalmak használata nélkül) megismerkedjen a hallgatóság az utóbbi 100-150 év fizikájával. Az anyag megértéséhez alapfokú fizikai ismeretekre és természettudományos szemléletre, továbbá a gondolkodásra való hajlandóságra van szükség.

Tananyag

A kurzushoz kapcsolódó jegyzet címe "Bevezetés a klasszikus és a modern fizikába" (Eötvös Kiadó, 2018.) elérhető az ELTE Readerrel. A könyv 7-9. fejezetei felelnek meg jelen kurzus anyagának, illetve a 6. fejezet is egyfajta rövid összefoglalót ad a félévhez. Ezen felül Richard Feynman, Roger Penrose, Stephen Hawking vagy Steven Weinberg ismeretterjesztő könyveit ajánlom az érdeklődők figyelmébe (néhány cím: Hat könnyed előadás, Hat majdnem könnyű előadás, Az idő rövid története, Az első három perc, A császár új elméje, A tér és az idő természete). A részecskefizika fejezethez kapcsolódóan ezen felül ajánlom a honlapomon elérhető és itt is hivatkozott ismeretterjesztő előadást, illetve ennek egy videófelvételét.

Az év végi (utolsó órán tartandó) feleletválasztós ZH-hoz példakérdések itt találhatóak:
atomfizika.elte.hu/modfiz/kerdesek

Általános tematika

A speciális relativitáselmélet és a téridő

A téridőkép fejlődése: Arisztotelész, Newton, és a Galilei-féle relativitás
Elektromágneses hullámok és a relativitás
Einstein posztulátumai, a speciális relativitás elmélete, Lorentz-transzformáció
Az energia és a tömeg ekvivalenciája
A relativitáselmélet Minkowski-diagramokon
A relativitáselmélet érdekes következményei és kísérleti bizonyítékai
Látszólagos paradoxonok

Általános relativitáselmélet: görbült téridő, fekete lyukak és kozmológia

A newtoni gravitáció problémája, gyorsulás-gravitáció ekvivalencia, a világegyetem téridőbeli szerkezete
Einstein megoldása: a görbült téridő fogalma, az Einstein-egyenletek, a kozmológiai állandó
Kísérleti bizonyítékok: a Merkúr pályája, idődilatáció, lencsehatás, gravitációs hullámok
A Schwarzschild-féle megoldás, fekete lyukak
A Hubble-törvény, a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és a világegyetem múltja
A világegyetem jövője, kozmológia

Atomfizikai bevezető

Az atomosság kémiai és makroszkopikus jelei
Az atomok szerkezete
A perdület iránykvantálása
A spin

Részecskék és hullámok: a kvantumfizika elemei

A kvantumfizika első jelei: a fény kettős természete
Anyaghullámok, az anyag kettős természete
A hullámfüggvény és a kvantummechanika értelmezése
Összefonódott állapotok, az EPR-paradoxon és a Bell-kísérlet
A kvantummechanika matematikai képe, a Schrödinger-egyenlet
A kvantummechanika érdekes következményei

Magfizika

Az atommag szerkezete
A maghasadás felfedezése
Az uránizotópok hasadási tulajdonságai
Az atombomba
Az atomreaktor
A Nap és a csillagok működése, a magfúzió és a nukleoszintézis
A termonukleáris fúzió

Részecskefizika

Részecskegyorsítók és -detektorok, hétköznapi alkalmazásaik
A proton belső szerkezetének feltárása
Mezonok, barionok és a kvark-modell
Elemi részecskék és kölcsönhatásaik: az elektromágneses, az erős és a gyenge kölcsönhatás
Részecskegyorsítókkal az ősrobbanás nyomában

A megértést segítő videók

Jakovác Antal: A kvantumvilág (Atomcsill, 2018.12.13.) [youtube]
Frei Zsolt: Új ablak az Univerzumra — gravitációs hullámok (Atomcsill, 2016.03.03.) [youtube]
Dávid Gyula: Szupernova, avagy a felrobbanó hűtőgép (Atomcsill, 2013.09.19.) [youtube]
Dávid Gyula: A csillagok fénye (Atomcsill, 2016.01.21.) [youtube]
Dávid Gyula: A csillagok fénye 2. (Atomcsill, 2017.01.12.) [youtube]
Dávid Gyula: Görbült téridő (az általános relativitáselmélet) [youtube]
Dávid Gyula: Ikrek és paradoxonok (a Minkowsi-téridő furcsaságai) [youtube]
Dávid Gyula: Tér, idő, téridő a speciális relativitáselméletben [youtube]
Horváth Ákos: "Csernobil kapcsán ..." [youtube]
Csanád Máté: Részecskegyorsítókkal az Ősrobbanás nyomában [youtube]
Csanád Máté: Mekkora a laborban létrehozott Ősrobbanás? (Atomcsill, 2014.12.11.) [youtube]
Trócsányi Zoltán: Határtalan neutrínók (Atomcsill, 2020.01.23.) [youtube]
Egyéb atomcsill videók [youtube]
Diákok pluszfeladatként készített videói:
- Hubble-törvény és a Világegyetem múltja [youtube]
- Részecskegyorsítók és detektorok, hétköznapi alkalmazásaik [youtube]
- A maghasadás felfedezése [youtube]
- A fény kettős természete [youtube]
- Az atomosság kémiai és makroszkopikus jelei [youtube]
- A téridőkép fejlődése Arisztotelész-, Newton- és Galilei-féle relativitás [youtube]

Órarendi beosztás, helyszín

A 2019/20-as tanévben az óra péntekenként délután kettőtől négyig tartott, de a koronavírus miatt a félév második felében távoktatással zajlik.

A tananyag heti beosztása a 2019/20 tavaszi félévben

Az órához kapcsolódó egyetemi jegyzet egyes fejezeteit az alábbi menetrendnek megfelelően dolgozzuk/dolzozzátok fel.

1. óra (február 14.): 7.1.1-4 szakaszok
2. óra (február 21.): 7.1.5-7 szakaszok
3. óra (február 28.): 7.2.1-2 szakaszok
4. óra (március 6.): elmaradt
5. óra (március 13.): elmaradt
6. óra (március 20.): elmaradt
7. óra, március 27.: 7.2.2-4. szakaszok
8. óra, április 3.: 8.1. szakasz
9. óra, április 10.: 8.2.1-3. szakaszok
10. óra, április 17.: 8.2.4-6. szakaszok
11. óra, április 24.: 9.1.1-4. szakaszok
12. óra, május 1.: 9.1.5-7. szakaszok
13. óra, május 8.: 9.2. szakasz
14. óra, május 15.: vizsga (Moodle)

Minden héten az óra időpontjában rendelkezésre állok, ha kérdéseitek vannak az adott anyagrészhez, de kérem, előzetesen jelezzétek ezt az igényt emailen.

Az online órákhoz kapcsolódó otthoni feladatok

Kétféle módon lehet az órákhoz kapcsolódó otthoni feladatokat elvégezni.

Az egyes szakaszok végén található ellenőrző kérdésekre írásban kidolgozhattok válaszokat.
Ugyanezen kérdésekhez kapcsolódó tömör, egyperces ismeretterjesztő videókat készíthettek, amelyeket a youtube-ra feltöltötök (nem kell nyilvánosnak lennie).

Aki minden nagy témakörhöz (7.1, 7.2, 8.1, 8.2, 9.1, 9.2) két-két egyperces ismeretterjsztő videót elkészít, az kiválthatja a vizsgát ezzel, "megajánlott" ötöst kaphat így. Aki az ellenőrző feladatokra a választ kidolgozza (legalább témakörönként 5 feladathoz), és ezt valamilyen közzétehető dokumentum (lehetőleg nem kézírásos, szkennelt, de ha igen, akkor jól olvasható) formájában elküldi nekem, az ugyanígy kiválthatja a vizsgát.

Csanád Máté

2024. január 28.