#63 Dziw Nad Dziwy, czyli Nowy Obiekt Kwantowy i Prawdziwy

0. Wstęp.

Co my tu dzisiaj mamy... Śniadanie już było, obiad też, na kolację za wcześnie, hmmm. Może zmienię nawyki żywieniowe albo zacznę przesypiać dzień, żebym mógł napisać, że: na śniadanie - oto mamy nowy temat.

Niestety, nie na śniadanie. Coś mi się wydaje, że to nadprogramowa przekąska, wyjęta spod prawa tłusta gąska, ale nie na kolację, ani na obiad.

Chcę przez powyższą paralelę zakomunikować Wam, żebyście nie traktowali @diesphys jako wyrocznię ostateczną w czasach ostatecznych, w ostatecznej prawdziwej dziedzinie nauki jaką jest fizyka. Może trochę przedrwiłem z tą ostatnią prawdziwą nauką, bo - hej - dziś wszystko jest kwantowe, a pojęcie kwantów ma korzenie w fizyce ;) Na dodatek, już poważniej - na marginesie pseudonauki z kwantową świadomością na czele, w korpusie 'kwantowego uzdrawiania wody' i na nogach z siłowni 'quantum fitness' - fizyka stosuje metodę doświadczenia i teorii. Nie ma doświadczenia - nie ma teorii, eksperyment weryfikuje teorię. Dlatego nie wierzę w teorię strun, ale to już na dygresja. W obecnych czasach święto-tomaszowe 'nie uwierzę, póki nie dotknę' może mieć wydźwięk nawet w fizyce.

O, widzicie. Popuszczam wodze fantazji pisarskiej, i od razu lecę po bandzie - nie chcę i nie będę mieszał religii, żadnej, po równo dla każdej - aby resztkami sił zachować obiektywizm. To co się dzieje na świecie i w mediach - to proces odwrotny. Dość.

Polityka była, religia była - nie czepiajcie się, że jestem takim oderwanym od świata szaleńcem :) Lecim!

Może lepiej, żeby @diesphys została przekąską po obiedzie? ;)

1. Mechanika kwantowa. Jak zawsze zaskakująca.

I tym razem odwołuję się do aspektu dziwności mechaniki kwantowej. Jako ktoś, kto już trochę poczytał o tej dziedzinie, mogę przestać mydlić oczy, że to dziwne, brrrr. Ale i magiczne. Jak matematyka dla jednorożców.

Powinienem napisać, że ją doskonale rozumiem i wyjaśnić Wam wszystko po kolei. Ale uwierzcie mi - osiągnąłbym jedynie efekt TL;DR (Too Long;Didn't Read - za długie, nie czytałem). Poza tym, nie trzeba wielkiego geniuszu, żeby stwierdzić, że trzeba się ku odbiorcy pochylić i mówić jego językiem, a nie unosić się ponad Czytelników. Takiego fruwającego balona pychy łatwo zestrzelić.

W warunkach laboratoryjnych udało się stworzyć nowy obiekt kwantowy - ściankę domenową. Choć pojęcie znane już od czasów romansu fizyków z magnetyzmem, był to obiekt, jeśli traktujemy świat - ten w najmniejszej skali - o pochodzeniu naturalnym. Myślę że warto choć rzucić okiem na wyjaśnienie. Uwaga, leci monolog, wykładam fizykę na uni.dies.phys.małpa! :)

1.a) Ścianka domenowa.

W rozumieniu magnetyzmu jest to kilkaset atomów rozdzielająca tzw. magnetyczne domeny - ma to miejsce w materiałach aktywnych magnetycznie, czyli np. w ferromagnetykach. Ferromagnetyków jest pełno w Ziemi, wszelkie skały z domieszkami dobrze znanych pierwiastków chemicznych, dalej - w związkach chemicznych (i dalej - małżeństwie ;)). Domena magnetyczna to ukierunkowane porządkowo atomy, uporządkowane tak, że mogą wyjść do ludzi jako ściśle ukierunkowany biegun dipolu. Zaś ścianka domenowa to przestrzeń między domenami - miejsce, gdzie momenty magnetyczne atomów przestawiają się, aby utworzyć odpowiedni biegun. Verte.

1. b) Wracam, gdzie skończyłem...

...ten w najmniejszej skali. Po raz pierwszy mogły zostać stworzone w laboratorium na zasadzie VOD - włączyć telewizor, a tam kominek - taki firewall właśnie. Kto uwierzył, ten trąba ;)

Ale prawdą jest, że wytworzono na zawołanie ściankę domenową po raz pierwszy, w warunkach laboratoryjnych. Musiało się to wydarzyć w ekstremalnie niskiej temperaturze, takiej jak przy tzw. Kondensacie Bosego-Einsteina.

Kondensat Bosego Einsteina - w skrócie - jest to kolejny ze znanych stanów skupienia materii. Poniżej temperatury krytycznej bozony (spin całkowity) zostają uwięzione. Większość atomów osiąga wtedy najniższy możliwy stan energetyczny - podstawowy.

Mechanika kwantowa to przede wszystkim dualizm korpuskularno falowy, istnieją w nim tzw. fale materii - jest to jeden z możliwych opisów stanów cząstki. Zależnie od temperatury - fale materii atomów mogą być dużo mniejsze niż fizyczne rozmiary cząstek albo równe - wtedy cząstki osiągają ten sam stan kwantowy, co ich fale materii. To oznacza, że temperatura wymusiła zerowy stan pędowy bozonów. Cząstki mają wtedy identyczny pęd, a to oznacza, że stan podstawowy jest 'okupowany' przez większą liczbę cząstek, niż pozwala na to zasada Pauliego. Efekt - cząstki w materiale zachowują się jak jedna, wielka, pojedyncza cząstka. Nasyceni? :)

Ściany stają się wtedy węzłami pomiędzy domenami. Tzn., że cząstki tworzą domenę, a ściany to ich węzły.

Kreując ściany domenowe, można zyskać rzut nowego światła na takie obszary, jak: elektronika kwantowa, pamięć kwantowa oraz zachowanie się egzotycznych cząstek kwantowych.

To taka wydma na pustyni. Jest z piasku, jednak jako całość działa na innych zasadach fizyki, niż jedno ziarenko piasku. Ziarenko leci w lewo, drugie w prawo, trzecie na oazowe drzewo - a wydma stoi pewnie na gruncie, chociaż tworzą ją te trzy ziarenka ;)

Co do ścian domen - dawno temu udawało się je badać, jednak teraz można je wytwarzać w kółko i, bazując na możliwości częstego powtarzania eksperymentu, odkryć nowe prawa nimi rządzące. Podobno zachowują się jak osobny obiekt kwantowy, wyobrażacie to sobie? Np. 100 cząstek, zachowujących się jak jedna wielka. Jednak, prawa rządzące kwantowymi dużymi cząstkami nie musi oznaczać, że będziemy te praw rozumieć. Innymi słowy - prawa te mogą być całkowicie nieintuicyjne.

2. Zjawiska Emergentne.

Niespotykane dotąd zachowanie ścian domenowych prowadzi do tego, że klasyfikujemy je jako zjawiska emergentne. Cząstki, które łączą się w jedno, zachowują się i i działają według innych zasad fizycznych, niż pojedyncze.

Dotychczas udało się jedynie powielać i tworzyć nowe ścianki domenowe, jednak zauważono, że reagują one na pole elektryczne. Fantastyczne w ich odkryciu jest to, że wydają się dobrym kandydatem na pomocnika w dziedzinie tłumaczenia zachowywania się cząstek w pierwszych okresach historii Wszechświata. Przecież fakt, że z pojedynczych klastrów cząsteczek powstały gwiazdy i planety, nie jest tak prosty w wyjaśnieniu. Za to biorą się badacze, a zachowanie ścianek domenowych, ich traktowanie jako jedną cząsteczkę gdy jest ich wiele, oraz podążanie w nieintuicyjnym kierunku jeśli chodzi o przestrzeganie drogowskazów Przyrody (innym niż cząstki w temperaturze pokojowej) - pomagają w rozumieniu praw, którymi rządził się młody Wszechświat.

Owoż odkrycie pomoże w rozgryzieniu 'cechowania' (dynamika związków między cząstkami fundamentalnymi), z możliwością testowania i obliczania dynamiki zjawisk kwantowych w laboratorium!

Dodatkowo, zjawiska emergentne - czyli wszystko ponad fundamentalnymi zjawiskami, coś w rodzaju uogólnienia zjawisk zamiast wyszczególnienia - mogą zostać opisane z niespotykaną dotąd precyzją. Tyczy się to wszystkich typów zjawisk emergentnych - od zachowań w materiałach po pierwsze chwile młodego uniwersum.

3. Koniec. Buuu.

Jako że fizyka lubi patrzeć w przyszłość, w przyłożeniu tej zasady do naszych ścianek domenowych - mamy następująco: możliwość kontrolowania samych ścianek,; co za tym idzie, rozwoju nowych technologii kwantowych. Takich jak programowalny materiał kwantowy, procesor informacji kwantowych.

Zapomniałem o najlepszym. Jeśli tak dalej pójdzie, badacze rozwiną także proces uzdrawiania w kwantowym procesie uzdrawiania wody oraz uzyskają więcej fitnessu w 'quantum fitnessie'... :)