0. Wstępniak Okolicznościowy.
Witajcie!
Ośmielam się napisać jeszcze jednego posta, dzień po dniu. Nie chcę was zamęczać, ale cóż na to poradzę - lubię to ;) Wiem, że tematy są coraz trudniejsze dla naszych Laickich głów, ale postaram się być zwięzły, konkretny i oczywisty dla moich Tłuczków ;) Oczywiście na tyle, na ile pozwoli mi mechanika kwantowa.
Świat Kwantów jest pełen niezwykłości. Dziś zajmiemy się jednym z nich - kwantowym splątaniem. Nie mam jednak zamiaru męczyć Was utartym schematem - bardzo dużo jest w sieci o kwantowym splątaniu - łatwych oraz trudniejszych, bardzo fachowych tekstów, do wyboru.
Zamiast tego przedstawię pewne doświadczenie i wynikające z niego wnioski. Nie będzie tego dużo, w sam raz, aby dwie kuleczki, które każdy z nas ma w głowie, mogły, zderzając się raz od czasu, coś tam zatrybiły ;) Tytuł tematu na pewno przerażający, ale nic nie jest tak straszne na jakie wygląda. Chyba! to się okaże.
Zapraszam!
1. Tym razem bez wstępniaka naukowego - wszystkiego, co nam potrzebne, dowiemy się po drodze. Przepraszam - na naszej trajektorii ;)
Fizycy i matematycy długo poszukiwali (i robią to nadal) Teorii Wszystkiego. Takiej, która w jakiś magiczny niemal sposób połączy teorię względności (grawitacja, duże skale, na przykład jak opisać ruch planet i Słoneczek) z mechaniką kwantową (zachowanie cząstek elementarnych, skale nano). W skrócie rzecz ujmując - problemem jest grawitacja.
Jak opisać ją, podobnie, jak w przypadku trzech innych sił fundamentalnych (oddziaływanie słabe, silne i elektromagnetyzm), za pomocą teorii kwantów? Kwantowa Grawitacja. Grawitacja jest opisana za pomocą teorii relatywistycznej i, w skrócie i w stylu Tłuczka do Fizyki - jest 'analogowa'. Ciągła. Trzy inne siły zaś można przedstawić w postaci 'cyfrowej'. Co to oznacza? Ano to, że w cyfrowym świecie istnieje coś takiego jak najmniejsza, niepodzielna jednostka, która tworzy większe struktury. To tak zwane kwanty - najmniejsze, fizycznie dozwolone porcje czegoś - materii, energii, itp. Mamy fotony, elektrony kwarki - i z tego, co wiemy, są one niepodzielne na mniejsze fragmenty. Same stanowią najbardziej podstawową formę energii bądź materii. Wiemy na przykład, że obraz telewizyjny składa się z pikseli - różnokolorowych prostokącików. Te prostokąciki są widoczne jedynie w powiększeniu - normalnie oglądamy sobie Klan czy inne tam Jak Oni Tańczą ze Zwierzętami na Lodzie w postaci 'analogowego' (z naszej perspektywy), ciągłego i spójnego obrazu. Można obraz zbliżyć, nos przysunąć i wtedy widać te piksele - a z daleka wszystko jest OK i Rysiek gada sobie z Grażynką.
Przestrzeń analogową natomiast można przybliżać do woli, w nieskończoność, i nigdy nie dobrniemy do najmniejszego możliwego skrawka, odcinka, porcji, kwantu, piksela.
Podobnie jest z siłami fundamentalnymi (oprócz grawitacji) - znaleźliśmy ich najmniejsze, niepodzielne, elementarne cząstki - kwanty. Kiedyś już gdzieś to tłumaczyłem Tłukom drogim. Kwantem elektromagnetyzmu jest foton, bezmasowa cząstka, oddziaływań silnych i słabych odpowiednio - gluon (spaja kwarki) i bozony W i Z. Znowu mi te skwarki i bizony wracają, nie wiem co z nimi zrobić, chyba tylko zjeść ;)
Grawitacja nie ma opisu kwantowego. Nie znaleźliśmy hipotetycznego grawitonu, najmniejszej cegiełki grawitacji, cząstki przenoszącej to oddziaływanie. Za to grawitacja jest opisana przez teorię Einsteina - jawi się tam jako zakrzywienie czasoprzestrzeni, a nie siła - masa zakrzywia czasoprzestrzeń i wymusza pewien ruch - np. można wyobrazić sobie, jak Księżyc okrąża Ziemię. Masa Ziemi zakrzywia czasoprzestrzeń i formuje ją tak, że Księżyc porusza się niczym w leju. Po prostu nie ma innej drogi dla niego, masa Ziemi wyznaczyła kształt i wymusza ruch Księżyca po orbicie swojej.
Jak widzimy, grawitacja ma opis geometryczny i nie jawi się jako siła. Ale poszukują panowie fizycy - jednak - kwantu grawitacji i jej kwantowego opisu. Może grawitacja nie jest kwantowa? A może jest jednak inna niż trzy pozostałe siły? Kto wie. Chętnie bym poznał tego Pana Kto, żeby stać się wielkim fizykiem ;)
2. A jednak był to Wstępniak Naukowy. Przepraszam ;) Teraz sprawa doświadczenia i inne bajery ;)
Chodzi o to, że Teoria Wszystkiego połączy teorię kwantów i względności. I teraz - bum! Prosto w szczegóły, które są dość kosmiczne. Mam nadzieję, że nie komiczne ;)
Istnieje coś takiego, jak zasada holograficzna. Jest ona uważana za niezbędny składnik potencjalnej Teorii Wszystkiego. Utrzymuje ona, ta zasada holograficzna, że grawitacja w trójwymiarowej objętości może być opisana przez mechanikę kwantową na dwuwymiarowej powierzchni okrążającej tę objętość. I, co lepsze, ta trójwymiarowa objętość niejako wyłania się z dwóch wymiarów tej płaszczyzny.
To coś jak gdybyśmy patrzyli na film w telewizji. Obraz, ekran, jest dwuwymiarowy, ale my odbieramy go jako trójwymiarowy - na pewno nie płaski! Widzimy głębię, choć to cały czas dwuwymiarowy obraz.
W jaki sposób trzeci wymiar wyłania się z dwóch wymiarów, tego niestety jeszcze panowie fizycy nie wiedzą. Myślę, że zwykły, szary człowiek wie więcej o tym, jak to możliwe, że obraz na ekranie TV wydaje się trójwymiarowy, niż niejeden fizyk. Dlaczego? Bo ogląda więcej telewizji ;)
I teraz analogia. Czasoprzestrzeń wyłania się z dwuwymiarowego splątania kwantowego. Cząstki elementarne są traktowane jako punktowe, czyli zerowymiarowe. Splątanie kwantowe (co to i jak to, opowiem później) można uważać jako dwuwymiarowe - rozciąga się ono po przestrzeni.
Odkryli to Hirosi Ooguri (nie wiem dlaczego, ale nazwisko kojarzy mi się z Ogórkiem; ciekawe, czy Ooguri to po japońsku 'ogórek'? Chyba tak ;)) z Tokyo Kavli IPMU (ten skrót to zapewne nazwa uczelni), matematyk z Caltech - Matilda Marcolli i studenci Jennifer Lin i Bogdan Stoica (chciałbym być takim studentem ;)) i ogłosili w Physical Review Letters.
Oogurek i jego współpracownicy odkryli, że kwantowe splątanie jest kluczem do zrozumienia kwestii czasoprzestrzeni. Używając teorii kwantów (która nie zawiera grawitacji) ukazali, jak obliczyć gęstość energii, która jest źródłem interakcji grawitacyjnych w trzech wymiarach, używając danych splątania kwantowego na płaszczyźnie. 3D wyłania się z 2D! To tak samo, jak przy zdjęciach rentgenowskich. Mamy obraz dwuwymiarowy, który przedstawia nasze ciało, skądinąd trójwymiarowe.
Artykuł naszych bohaterów-fizyków wskazał, że istnieje z pewnością jakiś związek między splątaniem kwantowym a grawitacją.
Co to jest to kwantowe splątanie? To coś jakby komunikacja natychmiastowa między cząstkami, bez względu na odległość. Cząstki przekazują sobie, w nieznany dotąd sposób, informacje o swoich właściwościach, takich jak spin czy polaryzacja. Pomiar dokonany na jednej cząstce wymusza konsekwencje na drugiej cząstce - natychmiastowo. I znowu to samo. Einstein powiedział o tym zjawisku 'upiorne działanie na odległość'. Rzygać mi się już chce od tego powiedzonka, a wszyscy je tłuką do znudzenia, więc i my, jako Tłucy, tłuczemy je ;) Praca Oogurasa i jego wesołych przyjaciół potwierdza, że owo splątanie generuje dodatkowe wymiary w teorii grawitacji. Spoko, ale jak? Niestety nie wiem, ale jak się dowiem, to Was powiadomię. Staram się stać na pierwszym froncie kwantowomechanicznych nowinek.
3. No i dobrnęliśmy do wniosków naszej myślowej podróży :)
Hirosi Ooguri mówi: 'Wiadomo było nie od dziś, że splątanie kwantowe jest głęboko powiązane z kwestią unifikacji mechaniki kwantowej i teorii względności - na przykład w tzw. paradoksie informacyjnym (żądnych wiedzy odsyłam wiadomo gdzie ;)) oraz paradoksie ściany ognia. Nasza praca rzuciła nowe światło na związek między splątaniem kwantowym i mikroskopową strukturą czasoprzestrzeni, a musieliśmy się naobliczać [kwestia po przecinku to parafraza Autora]. Powiązanie między Teorią Kwantowej Grawitacji a technologią informacyjną (przepraszam wszystkich technologów informacyjnych za to, że napisałem nazwę ich branży małą literą. Może kiedyś to odszczekam ;)) staje się coraz ważniejsze dla obydwu dziedzin. Sam współpracuję z naukowcami z teorii informacji (przepraszam drugi raz, odszczekam w następnym dogodnym terminie ;)) i owoce naszej kolaboracji są znaczące.'
4. Koniec. Dobranocka się skończyła, czas iść do łóżeczka.
Kwantowych snów!
Do usłyszenia i przeczytania w kolejnym odcinku Fizyki dla Laika czyli Nauki dla Tłuka :)
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz