#61 Gdy powiedziało się B, Trzeba Rzec A, czyli Nowe Dziwactwa Kwantowe

0. Wstępnie, słowo na niepogodę.

Jeśli się nie dziwicie kwantom, jesteście z innej planety. Sprawię, że po raz kolejny kolejny część z Was nie zdziwi się  mechaniką kwantową, a to będzie oznaczać, że jej nie rozumie. Po korepetycje zapraszam do poprzednich tematów, trochę tego jest, dla każdego coś miłego, od fizyki cząstek, przez astrofizykę, do 'aż tutaj' :) Pewnie znajdziecie coś, co Was zszokuje (tu ją rozumiecie), albo przejdzie bez echa (w tym miejscu nie rozumiecie), a może to i to jednocześnie? Rozumienie w superpozycji, tylko tego mi brakowało :)

1. Kwantowy przełącznik, polaryzacja i inne trudności.

Nowe urządzenie kwantowe zaprzecza pojęciom 'przed' i 'po'. To taka zaprzeczajka naszej codziennej intuicji, ten cały świat kwantowy. Ten sprzęt umieszcza cząstki światła poprzez serię dwóch operacji. 

Naukowcy poddali sekwencję wydarzeń działaniu kwantowego świata. Dwa wydarzenia, A i B, dzieją się jednocześnie - A przed B, oraz B przed A.

Na razie nie ma nic w tym dziwnego, że jedno wydarzenie ma miejsce przed drugim, albo zamieniamy ich kolejność. Ani mnie, ani Was do tej pory nic nie zdziwiło, możemy spokojnie wylegiwać się w słońcu popijając drinki z palmami i jeść banany. W końcu blisko nam do małp. Czy małpy piją drinki z palmami? Nie wiem, trzeba by którejś zapytać ;))) 

Jedna sprawa prowadzi do drugiej. Brzmi to naturalnie, ale w świecie kwantów wypowiedzieć owo zdanie nie zawsze prowadzi do prawdy, czasem może się z nią nieźle minąć. Nowe urządzenie kwantowe może mieszać sekwencje dwóch wydarzeń tak, aby mogły się dziać jednocześnie, i to w dwóch różnych kolejnościach.

W codziennym życiu myślimy o wydarzeniach, które mają miejsce w określonej kolejności. Na przykład, rano możesz umyć zęby przed umyciem włosów, albo odwrotnie. Ale w kwantowym światku oba wydarzenia mogą dziać się jednocześnie.

Kwantowy przełącznik. To urządzenie działa na zasadzie umieszczania cząstek światła przez serię operacji - oznaczone A i B - zmienia ono sam kształt światła. Fotony mogą podróżować wzdłuż dwóch oddzielnych ścieżek, A i B. Wzdłuż jednej ścieżki A dzieje się przed B, na drugiej ścieżce kolejność oznaczona jest B przed A. 

2. Superpozycja, polaryzacja, co to dla Nas :)

Którą ścieżkę obierze foton - to zagadnienie jest określone przez polaryzację fotonu. Kierunki są dwa -fala elektromagnetyczna porusza się horyzontalnie czyli w prawo i lewo, albo pionowo - w górę i w dół. Fotony, które mają polaryzację horyzontalną przeprowadzają działanie A pierwsze, a fotony z polaryzacją góra-dół - tu B bierze górę przed A. Proste? Na razie, mam nadzieję - tak :)

Ale - dzięki nieintuicyjnej właściwości świata kwantów zwanej superpozycją foton może być spolaryzowany pionowo i poziomo jednocześnie! To fajne, bo pozwala na niezłą sztuczkę, która ma kolosalnie zadziwiające właściwości w naszym świecie, jeśliby tak przełożyć kwantowy świat i zastosować jego zasady w urządzeniach i dołożyć je do określonej sytuacji w codzienności nam bliższej...

Dzięki superpozycji światło doświadcza obu kierunków polaryzacji - A przed B i B przed A.

3. Rezultaty i nowy porządek.

Inna grupa badaczy zbudowała wcześniej coś podobnego do kwantowego przełącznika z naszej wersji. Nowe urządzenie wykłada precyzyjnie fakty, które w poprzedniej z maszyn mogły być intepretowane dwuznacznie. W pierwszej wersji urządzenia jeśli A występowało przed B, światło przechodziło przez odrobinę inną ścieżkę niż gdy B występowało przed A. Ta różnica powodowała, że objęcie dwóch ścieżek jednocześnie, czyli przeprowadzenie w urządzeniu dwóch identycznych operacji w dwóch odwrotnych kierunkach było mniej wyraźne.

Kwantowy przełącznik mógłby być przydatny w kwantowej komunikacji i komputerach kwantowych. Jedną z niesamowicie potężnych właściwości kwantowego przełącznika to zdolność komunikowania przez kanały, w których jakakolwiek informacja przechodzi jako zaszyfrowana przez niedogodności.

Wyobraźcie sobie wykonanie telefonu na linii, która zupełnie zniekształca twój głos. Jeśli przesyłasz tę wiadomość, która jest nieczytelna, przez inną linię, która również zniekształca informację, twój przekaz również wydałby się tylko niezrozumiałym hałasem. 

Co innego w przypadku naszego kwantowego przełącznika...

Naukowcy wykazali, że jeśli fotony przeszłyby przez dwie zniekształcające linie w superpozycji - przejście przez A przed B i B przed A jednocześnie, można by wydobyć jakąś informację!

Wniosek - nieczytelna informacja, dwa kanały przesyłu, w jednym A przed B, w drugim B przed A. Przesyłamy dwie zniekształcone wiadomości jednocześnie, o polaryzacją pionowej i poziomej, na dwóch ścieżkach przełącznika, i gotowe - dwie nieczytelne informacje magicznie się reperują, mamy część bądź cały przekaz zdatny do odczytania...

Czytajmy bloga, ale nie kwantowo, choć blog wydaje się kwantowy. Gdybyśmy czytali, jednocześnie myśląc o kwantach, moglibyście dojść do wniosku, że jakaś nieczytelna informacja stałaby się czytelna. To nie magia cyfr, to nie magia kwantów, to nie spisek międzynarodowych agencji. W nauce wszystko jest proste, brakuje drugiego dna. Na tym właśnie polega zabawa z nauką - powinna być dla Wszystkich taka sama. W odbiorze. Bez podtekstów i tajemniczych organizacji.

Tymczasem... Przełączam kanał na odbiór, czekam na Wasze komentarze :) 

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys

#60 Rubid Spada Raz Po Raz, czyli 1000 razy Dokładniej, Proszę Was

 

0. Wstępniak.

Wstępniak, wstępniak, a co w nim?

Jest zimno. Wieje. Wszyscy umrzemy. Już zza drzwi wychyla się koronawirus. A tu jeszcze ta zimnica. I wieje.

Powiało optymizmem. Skoro tak się dzieje na świecie, że setki bądź tysiące z Nas chorują lub łapią koronawirusa za czułki (bo wirusy maja czułki, chyba ;)), to po co nam jeszcze jakaś fizyka? Uciekać trzeba, a nie leniwie spoglądać na komputer i na kolejny odcinek melodramatu w Kosmosie. Co nas obchodzi, że wytworzono bąbel WARP, który może nas ponieść do Gwiazd, stworzyć napęd czasoprzestrzenny (poważnie o_O)? A tu się siedzi po domach bo na dworze straszno? Aż strach za klamkę łapać, myć ręce trzeba nawet przed posiłkiem. Maseczki nosić, strasznie mi zawsze parują okulary, i zapominam zdjąć, idę przed siebie po chodniku i nic nie widzę, zatrzymuje mnie dopiero ściana budynku ;) Straszno mamy od łohoho, dwóch lat z hakiem, a, powiecie, ten mi tu z jakimś Galileuszem wyjeżdża?! 

Macie rację, Towarzysze. Co ja Wam tu z Fizyką, kiedy na świecie jak po wojnie atomowej. Serio, nie śmieję się. No, ale... 

A z czym mam wyjechać? Z lekarstwem na wirusa? 

A skąd wiecie, że oderwanie myśli od strasznych, apokaliptycznych warunków, i skupienie ich na facecie zrzucającym kule z jakiejś tam nierównej wieży we Włoszech cztery stówy lat temu nie przyniesie efektu podobnego jak lekarstwo?

Specjalnie opisałem Wam sytuację z pandemią, żebyście nie myśleli, że jestem oderwany od rzeczywistości. Jestem, ale to dobrze, bo jakbym się budził z myślą o epidemii a nie o atomach Rubidu spadających swobodnie w dół, to nie miałby kto pisać. A jak nie miałby kto pisać, to by się nie napisałoby się, i nie byłoby co czytać. Co? Kto, co, czytać jeszcze? Po moim trupie. Ale wtedy nie miałby kto czytać. A, było już 'kto', to 'kto' oznacza Was, nie byłoby komu pisać, nie było co czytać, nie byłoby komu czytać. Mówię, wszyscy byśmy pomarlibyśmy. A co! 

Jestem lepszy niż pandemia, oczywiście w post-apokaliptycznym rozumowaniu. (ciąg logiczny zachowałem, przynajmniej ;)).

1. Walę prosto z mostu. Lecimy!

Chodzą słuchy, że Galileusz kiedyś zrzucał ciężary z Krzywej Wieży w Pizie, pokazując, że grawitacja powoduje, iż obiekty o różnych masach spadają zawsze z tym samym przyspieszeniem. W ostatnich latach naukowcy postanowili powtórzyć ów eksperyment. Jednak z małą różnicą. Nie zrzucali mebli, krzeseł, poduszek, tylko... pojedyncze atomy Rubidu. Jak można zrzucić atom danego pierwiastka? Trzeba chwycić za elektron i rzucić przed siebie ;) Żartuję, a co na to dzisiejsi badacze?

Nowe badania opisują najbardziej precyzyjny i wrażliwy test zrzucania atomu. Okazuje się, że prawa wynikające z założeń Galileusza co do grawitacji są zachowane nie tylko dla fortepianów, ale także dla pojedynczych atomów! Dwa różne typy atomów posiadały to samo przyspieszenie, zmierzono ów fakt z dokładnością jednej części na trylion...

Poprzednie testy, podobne w swoich założeniach, było 1000 razy mniej dokładne. W zasadzie, test Galileusza zachodzi dla pojedynczych atomów Rubidu, dokładność badań na przestrzeni lat wzrosła 1000 razy, aha, nie trzeba nawet łapać atomów za elektrony :) Jest okej!

2. Opis doświadczenia i ciekawostki.

Naukowcy porównali atomy dwóch różnych izotopów Rubidu, izotop to także np. Rubid, Węgiel, Cyna, jednak różni się od nie-izotopu tym, że ma inną liczbę neutronów w jądrze, obok oczywiście protonów i hulających naokoło elektronów.

Izotopy to rodzaje, różne typy danego pierwiastka. Zostały one zrzucone z wysokości 8.6 metra w próżniowym cylindrze. Atomy przyspieszały tak samo.

Test Galileusza został powtórzony, wynik podtrzymał zasadę równoważności - podstawę teorii grawitacji Einsteina - ogólną teorię względności. Zasada ta głosi, iż masa inercyjna (masa bezwładna, decyduje ona jak ciało przyspiesza przy przyłożeniu siły) obiektu i masa grawitacyjna (oddziaływanie grawitacyjne - określa, jak mocno ciało odczuwa siłę grawitacji) są tożsame. Przyspieszenie ciała w obszarze działania grawitacji nie zależy od jego masy ani od kompozycji w przestrzeni.

3. Pojawia się fizyka kwantowa, która mogła nieźle namieszać.

Jak dotąd, zasada równoważności przetrwała wszystkie testy. Jednak atomy, które przecież poddane są nie do końca intuicyjnym prawom mechaniki kwantowej, mogły podać inny wynik testu zasady równoważności.

Małe cząstki zostały przebadane z użyciem interferometrii, która wykorzystuje mechanikę kwantową w celu przeprowadzenia bardzo dokładnych pomiarów. Podczas lotu atomów uczeni doprowadzili je do stanu superpozycji, kiedy to okazuje się, że cząstki nie mają jednego, ściśle określonego położenia. Superpozycja odsłania ciekawą zależność: pojedyncze cząstki nie mają jednej określonej lokalizacji. Za to - każdy atom istnieje w superpozycji dwóch miejsc, oddzielonych od siebie o około 7 centymetrów. Kiedy dwie lokalizacje atomów zostały ponownie złożone, interferowały one ze sobą tak, że ujawniły ich przyspieszenie względem siebie. Podkreślam, że słowo 'interferować' w tym wypadku nie oznacza nic związanego z firmą Interferie, i nie nie oznacza ono ferii poza granicami kraju, interferii :)

4. Wnioski straszne i mniej straszne.

Spora liczba naukowców uważa, że zasada równoważności w końcu zawiedzie. Możemy spodziewać się, że obecnie nie posiadamy teorii fizycznych w wersji ostatecznej. Dlaczego? Ponieważ mechanika kwantowa i jej dziwne właściwości stosują się do świata małych rozmiarów i wielkości, nie idzie w parze z ogólną teorią względności. Podejrzewa się, że nawet kwantowa grawitacja, coś co miałoby zespolić dwie teorie z początku ubiegłego wieku w całość, mogłaby pogwałcić zasadę równoważności ilościowo o zbyt małą wielkość dla naszych eksperymentów. Nie zarejestrowalibyśmy złamania zasady równoważności, jednym zdaniem mówiąc.

Próbuje się myśleć o innych doświadczeniach, bazujących na obecnych, czyli, np. przeprowadzanie zrzucania atomów w przestrzeni, gdzie obiekty te mogą spadać swobodnie przez dłuższe interwały czasowe. Na razie mamy metalowe cylindry. I w tym miejscu chciałbym was zostawić sam na sam z własnymi myślami, piszcie o fajnych pomysłach, jakie przychodzą Wam do głowy w związku z tekstem, pogadamy, zobaczymy, nie musi być strasznie śmiesznie, może być nawet tylko trochę ;)

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys

^60 Patronite i Cele, czyli Krok do Przodu, Przyjaciele!

0. Wstęp, rozwinięcie i zakończenie :)

To nie będzie rozprawka, wypracowanie ani inna ze szkolnych form pisactwa.

Ponieważ, jeśli chcę Wam przybliżyć powody, zamysł i cele owego posta, trzeba trochę wyjść ze szkoły.

Pomysł założenia konta na Patronite.pl powstał jakieś 3 lata temu. Bosz, jak ten czas leci. Ale w zasadzie w tym miejscu mógłbym zakończyć. Jednak się trochę naprodukuję, abyście znali szczegóły, sam proces jak i kulisy tego wydarzenia.

Pomysł przyszedł z zewnątrz, od mojego Kolegi, który od początku mi kibicował i nawet czytał wpisy dość często :) On otworzył mi klapkę w mózgu, pomyślałem: fajny pomysł, ale po co mi to, w końcu moją pasją jest pisanie i fizyka, i niezbyt widziałem to wtedy w połączeniu z czymś o nazwie 'pieniądze' oraz 'społeczność'. Potem przyszedł wirus i pandemia, na jakiś czas przestałem żyć sprawami komputerowymi i jakież było moje zdziwienie, gdy po miesiącu, czy nawet dwóch bez... włączania komputera (tak, dobrze widzicie), okazało się, że liczebność naszej Społeczności wynosi coś ponad tysiąc. Tysiąc to okrągła rocznica, także otworzyła mi się klapka w głowie, ta sama która rok temu się otworzyła, a potem zamknęła.

W połączeniu z pomysłem o Patronite.pl wywołało to burzę, mózgów, na szczęście. Co dalej? Przecież nie można teraz tego zostawić! Trzeba wykonać krok do przodu...

Jak to zwykle bywa, odkładałem, czytałem książki popularnonaukowe o fizyce, znowu odkładałem, parę razy zrywem ruszyłem do przodu, ale człowiek to leniwa maszyna. Zanim zatrybiło, minęło 6 lat, odkąd zacząłem pisać, interesować się fizyką na poziomie pozaszkolnym, a wszystko ze zwykłej pasji. Teraz już nie takiej zwykłej.

Obecnie planuję parę małych ulepszeń, jeśli tylko wesprzecie mnie i moje dzieło, które stworzyłem sam od podstaw, od pierwszego tematu, od pierwszego lajka, od pierwszego wpisu na fanpage. Kiedyś wymarzyłem sobie, że będę mógł poświęcić się bez reszty i bez oglądania się na okoliczności przyrody i inne pandemie wstrząsające niejednym losem ludzkim, swojej pasji. I że może ona mi się odwdzięczy w postaci jakichś tam wymiernych korzyści. Pisać, myśleć i czytać o fizyce - to był mój cel. Teraz jest nas 2,5 tysiąca. To co robimy? :)

P.S. Resztę motywacji, opisów i wyjaśnień znajdziecie na www.Patronite.pl/diesphys. 

>>>patronite/diesphys<<<

#59 Pozytonium, czyli Cząsteczka Na Plus

0. Wstęp.

Nic dziwnego, że znowu się widzimy/piszemy. Mój wyjazd na Wyspy Hula się nie udał, dlatego jeszcze poklikam, nazbieram lajków, żeby z pozytoniumowym, to znaczy z pozytywnym, humorem w końcu tam pojechać. Banany, małpy, drinki z parasolkami, pomarańcze, palmy. Ech. Ale za oknem tylko 2 na plusie. Skoro nie można się pozytywnie naładować pogodą, pomyślałem, że warto zająć się pozytonium. Też ma w nazwie coś pozytywnego, także, hmm, może jakieś plusy zawiera? Obawiam się, że muszę się spieszyć, bo plusy w tym całym wyjeździe mogą zostać przysłonięte przez minusy. Albo odwrotnie, jeśli już oglądamy film 'Miś'. Co to za pozytonium?

1. Poziom energetyczny.

Aby nie znaleźć się w temacie z przysłowiową ręką w nocniku, proponuję wprowadzenie dwóch definicji znanym wielu żakom nauk fizycznych. 

Wpierw poziom energetyczny. Atom składa się sobie z jądra atomowego i błąkających, tj. okrążających go po orbitalach elektronów. Jednakże elektrony nie mogą wybrać sobie orbitala. Nie. Muszą zachowywać się w myśl zasady: Wchłaniam foton (energię) - jestem wzbudzony, oddaję energię - spadam na niższy poziom, tj. na inny orbital. Każdy orbital ma tak jakby swój ogranicznik energetyczny - jeśli energia zwiększa się powyżej pewnej ilości, określonej dla każdego orbitala osobno,  atom wzbudza się. Potrafi nawet wypaść sobie ze wszystkich orbitali, będąc już wcześniej na każdym. Ha! Tyle mam energii, widziałem wszystkie orbitale, będzie mi lepiej samemu. I poszedł w świat, z określoną przez pakiety energetyczne ilością fotonów, stając się elektronem zjonizowanym.

Co jeszcze? Elektrony długo nie mogą wytrzymać na orbitalach wzbudzonych. Po pewnym czasie emitują fotony i spadają na poziom najniższy. To tak jakby uczeń zbierał wiedzę, tyle już jej ma, że może iść śmiało na egzamin doktorski. Jednak po drodze emituje się mu wiedza z głowy tak, że spada na poziom zerówki, nie docierając i nie donosząc gmachu wiedzy, na raz, na salę egzaminacyjną. Do zerówki! (tam, gdzie jego miejsce ;)).

Do tego dochodzi fakt, że elektron może zachować tylko wskazane przez orbital ilości energii. Tylko i wyłącznie.

2. Pozyton.

Aby dowiedzieć się czegokolwiek o pozytonium, wypadałoby zahaczyć o pozyton. Nic wielkiego, to, w dużym skrócie, odpowiednik elektronu w 'zwierciadle' antymaterii. Elektron o ładunku dodatnim. Inna nazwa to antyelektron. Ma masę elektronu jednak przeciwny znak ładunku elektrycznego, jest antycząstką elektronu.

3. Dacie coś powiedzieć? Pozytonium (i powiedział ;)).

Czy czuliście się, jakby walili Was encyklopedią po głowach? Ja trochę tak. To znaczy, to ja dokonywałem aktu uderzania.

Teraz, jeśli pozwolicie wprowadzę Was w niesamowity świat... pozytonium.

Co to takiego? Co za dziwadło nowe? Dobrze, że nie da się zmienić kanału z @diesphys na coś innego. Tylko nie wciskajcie iksa w prawym górnym! A jednak da się! :)

Pozytonium to układ quasi-atomowy składający się z elektronu i antyelektronu, czyli z pozytonu. Krążą sobie po orbicie, elektron i pozyton, i mają właściwości zbliżone do atomu wodoru! Na dodatek, brak tu problemów wynikających z obecności jądra atomowego. Problemów? No wiecie, łepek od szpilki na środku olbrzymiego stadionu piłkarskiego to jądro atomowe, a elektrony krążyłyby po końcach trybun... Tak sprawa ma się z rozkładem materii w zwykłym atomie. (I to ma być materia, marnotrawstwo, nie prawdaż?)

Pozytonium powstaje w wyniku podróży antyelektronu poprzez materię, w materii nasz antyelektroniczny zbieg zostaje przechwycony przez elektron.

Ale co dalej? Pozytonium pomaga w kreowaniu i testowaniu nowych zagadnień i teorii w ramach elektrodynamiki kwantowej dla układu dwucząsteczkowego, której to słuszność jej założeniom nasze pozytonium potwierdza. Ładnie, ładnie.

4. Nowe, zaskakujące w wynikach doświadczenie.

Nowe pomiary egzotycznego atomu - pozytonium - okazały się bardzo rozbieżne z teorią. Nie należy brać pod uwagę błędu w obliczeniach, ani w przeprowadzeniu samego eksperymentu. Nowe zjawisko, choćby takie, które wiąże się z z odkryciem nowej cząstki, nie dostarcza łatwych odpowiedzi. Zagadnienie owej rozbieżności stanowi dlatego dziś wielką niewiadomą.

Fizycy z Anglii zmierzyli rozkład pomiędzy określonymi poziomami energetycznymi pozytonium. Rozkład ów opisuje się mianem struktury subtelnej. Badacze stworzyli te quasi-atomy poprzez zderzenie pozytonów z celem, gdzie napotkały elektrony. Po manipulacji atomami naszych quasi-atomów wodoru za pomocą lasera, nastąpiło ułożenie ich na odpowiedni poziom energetyczny. Następnie, zespół skierował na układ promieniowanie podczerwone. aby sprawić, by część z nich wskoczyła na kolejny poziom energetyczny.

Naukowcy dostroili częstotliwość promieniowania potrzebnego do tego, aby atom wskoczył na pożądany poziom energetyczny. Dzięki temu udało się odkryć rozmiar luki między kolejnymi stanami energii. Różnica między częstotliwościami: przewidywaną i zmierzoną, wynosiła 0.003 MHz, to znaczy 0.02 %. Oszacowany wcześniej margines błędu wynosił 0.003 %, rozbieżność przewidywana okazała się o wiele większa niż rozbieżność realna.

Co to oznacza?

Być może chodzi o nową cząstkę, podobnej do aksjonu, hipotetyczną, ale... To kolejny kandydat na cząstkę ciemnej materii, czegoś, co wydaje się przenikać cały Wszechświat. Jednakże, hola, Hula... :) Jeszcze nie Hula, ale już, aż 'hola': jeśli miałoby chodzić o tę lekką cząstkę hipotetyczną, ów efekt musiałby zostać uwidoczniony w magnetycznych właściwościach elektronu i jego cięższego kuzyna, bizonu, to znaczy, mionu ;)

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys