#73 Fuzja Kontra Nowoczesne Śmigłowce, czyli Znowu o Reakcji Termojądrowej

 0. Wstęp.

Bardzo lubię pisać o fuzji jądrowej. Może aż tak tego nie widać po postach w moim blogu, więcej jest samych głupot niźli fachowych artykułów (ależ panie doktorze inżynierze profesorze zwyczajny, jak pan śmie być takim fałszywym skromnisiem), ale lubię dywagować nad tym, co by sie stało, kiedy ludzkość zostałaby obdarzona całkowicie czystą (nie wódką) i zieloną (wódka na glonach?) energią... Ba, źródłem tak wydajnym, jak nasze Słonce. No, po prostu gwiazdka z nieba! Co Wy o tym myślicie? Czy sodówa nie uderzyłaby do głowy biednej ludzkości? Lubię też porównywać rozwój zbrojeniowy (który też jednak wpływa na rozwój szeroko pojętej technologii) do rozwoju w pracach nad alternatywnym źródłem energii, jakim jest fuzja. Zamiast strzelać do siebie z kałacha, bierzemy fuzję do ręki... To też nie to! Gdyby ludzkość skupiła się na rozwiązywaniu problemów globalnych, nie było by potrzeby strzelać do siebie z pistoletów. Walka np. o złoża ropy naftowej utraciłaby całkowicie sens. A jakie jest Wasze zdanie?

1. Krótka historyjka o zasilaniu.

Nie będę Was torturował opowiadaniami o reakcji fuzyjnej, niewiele nam trzeba wiedzieć, poza tym rozmawiam oczytanymi ludźmi. Inni tego bloga nie czytają ;) Przysłodziłem sobie i Wam, ale tak ma być, szef w pracy warczy to po co ja miałbym być złośliwy? ;) Po co mam kopiować wikipedię? Swego czasu już pisałem o zimnej fuzji, gdzieś w odmętach bloga znajdę ten temat.

Amerykański Departament Energii niedawno ogłosił, że wkrótce przedstawią 'wielki naukowy przełom' w badaniach nad fuzja jądrową. Po kolei. Financial Times zakomunikował, że w tym roku (2023, dla żyjących przeszłością) naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory osiągnęli upragnioną nadwyżkę w reaktorze fuzyjnym.

Taki news oznaczałby, że nic nie zmieniło się od czasów (bo takie osiągnięcie to już nic nowego), kiedy udawało się uzyskać z reakcji więcej energii, niż w nią włożono, taki dodatni bilans netto. Na Słońcu już dawno wiedzą, jak to się robi. Ale był to, tak czy inaczej, spory sukces w poszukiwaniu paliwa niewęglowego.

Departament Energii i LLNL wypowiedziały się za pośrednictwem rzeczników, że Sekretarz US Energy, Jennifer Granholm, ogłosi wkrótce 'wielki naukowy przełom', jednak nie ustosunkowali się do artykułu z Financial Times. Czyżby Amerykanie cieszyli się jak głupi do sera z czegoś, co Chińczycy i Europejanie mają już dawno za sobą? Nadrabiamy przedszkole, czyżby nie było ich na lekcji, kiedy była literka 'N' i teraz musza wracać w pieluchy?

No przecież, że nie. Bo od czego są w końcu Amerykańscy naukowcy? ;)

Okazało się, że choć trwa jeszcze analiza wyników, udało się uzyskać 120% energii netto! :)

Fuzja jądrowa jest uważana przez niektórych naukowców za potencjalną energię przyszłości, szczególnie, że mało jest po niej odpadów i zero gazów cieplarnianych.

'Jeśli wiadomość o 120% zysku energetycznym jest prawdziwa, oznacza to wielki przełom i zmianę gry w wyścigu po czystą energię dla całego świata', pisał członek Kongresu z Kalifornii. Fuzja różni się od reakcji rozszczepiania, która jest obecnie używana w reaktorach jądrowych. Zamiast rozdzielać jedno jądro atomowe, łączy się dwa ze sobą. Obiekt fuzyjny LLNL składa się z 200 laserów rozmiaru trzech boisk do futbolu amerykańskiego. Lasery te bombardują maleńki punkt wysokimi poziomami energii w celu zapoczątkowania reakcji fuzyjnej.

No to bierz pan tę fuzję i na Komuchów! ;)

#72 Elektron Cząsteczkowy czy Rozmyty, czyli Jak Rozpaćkać Cząstkę Elementarną

0. Wstęp.

Witam ponownie. W wymowie polskiej oznaczałoby to fakt, że mówię do Was wesoło: 'Cześć, to znowu ja!', albo 'Czołem, opacie!' ('nienawidzę tego gościa...'), cytując znany i, skądinąd, stary już film 'Robin Hood - Faceci w Rajtuzach'.

Kurde, miałem powiedzieć 'Czołem!', a wyszło jak zawsze. Od dziś będę specjalizował się wymyślnych i abstrakcyjnych powitaniach, lepiej mi to wychodzi, niż ta cała Fizyka. Kto ja mózgiem obejmie? Trzeba by wyciągnąć słynny mózg Einsteina ze słoika i rozpaćkać go na wszystkich książkach do fizyki. Brrr.

Jednak idea rozmycia nie jest mi obca, szczególnie w dzisiejszym temacie, w którym zastanawiać się będziemy, czy elektron jako cząstka ma więcej racji bytu niż zmarszczka w kwantowej teorii pola. Nie bójcie się, nie będzie bolało. 

Tylko trochę ;)

1. Obrót elektronu w fizyce kwantowej.

'Spin' to fundamentalna własność cząstek elementarnych takich jak elektron. Odwołuje się ona do obrazu małych kulek, które obracają się bardzo szybko wokół własnej osi. Coś jak planety w pomniejszonym Układzie Słonecznym. Przypomniało mi się, a propos układów, że na pracy technice miałem oddać pracę końcową w postaci Układu Słonecznego na takich obracających się wysięgnikach. Pozdrawiam panią od prac technicznych, jeszcze nie oddałem, ale kiedyś tego dokonam! 

Jednak, po prawdzie, obraz ten jest błędny. Po prostu, nie może tak być. Elektron to nie kulka materii ale punkt opisany przez matematykę prawdopodobieństwa. Ale...

Filozof fizyki Charles T. Sebens z Kalifornijskiego Instytutu Technologii uważa, że podejście bazujące na podstawie cząsteczkowej, zastosowane do jednej z najbardziej precyzyjnych teorii w fizyce, może wygenerować wiele niepotrzebnych błędów. Poprzez sformułowanie podstaw teorii materii na bazie pól, twierdzi Sebens, paradoksy i nieścisłości znikają. 'Filozofowie często lubią problemy, które pozostają nierozwiązane od dawna' - twierdzi Sebens. Ok, niech zrobi mi pracę zaliczeniową na technikę; problem sprzed 25 lat! ;) 'W mechanice kwantowej mamy sposoby, aby przewidzieć wyniki eksperymentów, które działają dobrze dla elektronów. Liczą się one za spin, ale fundamentalne pytanie nadal nie jest rozwiązane: Dlaczego te metody działają? Co się dzieje we wnętrzu atomu?

Przez dłuższy okres stulecia fizycy zmagali się z rezultatami eksperymentów, które wskazywały, że fundamentalne cząstki materii nie zachowują się jak żadne z obiektów, które napotykamy w codzienności.

Jedną z takich właściwości jest spin. Jak obracająca się bila, która zderza się z wewnętrzną krawędzią stołu, przenosi on kątowy moment pędu i wpływa na kierunek poruszania się cząstki. Jednakże, inaczej już niż bila, spin cząsteczki nie może zmaleć ani się zwiększyć - spin jest czymś w rodzaju przypisanej do cząstki wielkości.

2. Niestety, sprawy się komplikują. Ale my jesteśmy twardzi jak kula bilardowa i jedziemy dalej.

Co gorsza, zrozumienie podstawowych właściwości materii robi się jeszcze trudniejsze. Bo rozmiar elektronu jest tak mały, że w zasadzie brak mu objętości. Jeśli byłby wystarczająco duży, aby móc posiadać objętość, ujemny ładunek elektryczny rozłożony na przestrzeni zacząłby napierać sam na siebie, rozdzierając elektron na kawałeczki. 

Nawet, gdybyśmy byli tak milusińscy i nadali elektronowi jako cząstce największy z możliwych, dozwolony przez eksperyment promień, jego prędkość obrotu przekroczyłaby prędkość światła. Ograniczenia prędkości światła, jednak w środowisku mikroskopowym - to inna kwestia, jednak dla wielu fizyków ów argument wystarczy, aby nie zajmować się obrotem elektronów.

Jednym ze sposobów, jak lepiej wyobrazić sobie obraz fundamentalnej fizyki jest określenie punktów materialnych jako działanie wpisane w splot pola i wtedy dopiero interpretowanie tych działań jako cząstki.

Kwantowa Teoria Pola - robi to wyśmienicie tak, że aż palce lizać! Elektrony to w niej rodzynki w cieście. Żartowałem. QFT splata jednocześnie aspekty teorii względności Einsteina, klasyczną teorię pola i kwantowe podejście do cząstek elementarnych. Nie jest to jakaś kontrowersyjna teoria. Jednak istnieje mała rozbieżność w interpretacji. Pytanie brzmi: czy pola istnieją nawet, kiedy wygasłyby punkciki, które powodują powstanie na im zmarszczek?; czy może jednak to cząstki są głównymi aktorami, które nadają tym polom niezbędne właściwości, a pola to tylko wygodne uproszczenie? Rozumiecie, pole a za nim las... o kurde. To takie uproszczenie zaczerpnięte z rodzimej kinematografii ;)

Dla przeciętnych, czyli takich jak my, fizyków, to błahe rozróżnienie. Jednakże dla wielu filozofów, a wśród nich dla Sebensa, otwiera się pole do dyskusji. W 2019 roku,  w swoim artykule w czasopiśmie 'Aeon', wyjaśnia on: 'Czasem w fizyce postęp oznacza powrót do istniejących teorii, ich zrewidowania i przeanalizowania z innej perspektywy'.

3. Kwantowa Teoria Pola w natarciu. Bu!

Ponowne przeanalizowanie kwantowej teorii pola wskazuje na kilka korzyści, które ukazują się, gdy uczynimy pola czymś fundamentalnym. Cząsteczkowe podejście, nawet z dogodnymi dla nas, obserwatorów, warunkami, może nie wytrzymać konkurencji.

'W atomie, elektron często jest opisywany jako chmura, która pokazuje, gdzie elektron może się znajdować. Ja jednak myślę, że elektron jest fizycznie rozprzestrzeniony na całej objętości takiej chmury' - to słowa Sebensa.

Poprzez bycie fizycznie rozłożonym na całym polu, zamiast istnienia jako punkt, elektron może obracać się tak, że zrozumielibyśmy go lepiej, jako fizyczny opis, a nie jak gdyby był matematycznym konstruktem.

Pomimo, że obrazowi temu daleko do planet poruszających się po orbitach w Układzie Słonecznym, taki rotujący elektron nie łamałby zakazów dotyczących prędkości. Sebens niestety nie ma odpowiedzi na pytanie, jak rozproszony ładunek ujemny wytrzymałby, ani jak to robi, że nie jest rozerwany na strzępy. Jednakże wyniki są lepsze niż dla cząstek o nieskończenie małej objętości, tak sprawę załatwia podejście, kiedy pole jest bardziej fundamentalne niż cząstka.

4. Dobranocka się skończyła, czas iść do łóżeczka... ;)

Jest takie powiedzenie, które krąży w salach pracowni teoretyków kwantowych - 'zamknij się i licz'. To dobre określenie dla kwantowego świata, gdzie obrazowanie i metafory wypadają gorzej niż niezawodna precyzja czystej matematyki.

Jednakże, zawsze warto się zatrzymać, aby móc lepiej przyjrzeć się starym założeniom - i może wtedy dokonać znaczącej zmiany w obrazie fizyki fundamentalnej :)

#71 Podróże w Czasie - da się? A, da się!

0. Wstęp.

Dzień dobry bardzo, jak mawiają tubylcy Mount Everestu. Czy tacy istnieją? Oczywiście. Wystarczy wejść i zobaczyć. Dziś w temacie mamy podróże w czasie, szczególnie te wstecz są interesujące. Bo jak tu uniknąć przeróżnych paradoksów? Zabicie własnego dziadka, żeby mój czy twój ojciec mnie nie spłodził, tudzież nie złapał twojej mamy za rękę i nie krzyknął 'hej, maleńka!', co kiedyś było równoznaczne ze ślubem. Oczywiście trochę błaznuję, szczególnie z tym ślubem, jak wiemy ślubu nie było, a dziecko jest. I hyc. Dajcie się trochę wyżyć, zaraz będzie mądrzej bo już mniej od siebie będę dodawał ;) Taka jest rzeczywistość, moi Drodzy. Nie każdy rodzi się fizykiem.

Na szczęście ja tak, do rzeczy! ;)

1. Paradoksy, szczególnie kina, nie mego, lecz zagranicznego.

Miało być bez żartów, wcześniej zapowiadałem, że żarty się skończyły, postaram się jak mogę.

Otóż fizycy w 2020 roku zaproponowali matematykę, która usuwa paradoksy w podróży w czasie. Tej do tyłu. Nikt jeszcze nie podróżował w czasie - przynajmniej z tego, co donoszą nasze rodzime media - jednak pozostaje zagadka. Otóż pytanie brzmi - czy taka podróż mogłaby odbyć się chociaż w teorii, bo, jak wiadomo, na wehikułach czasu ludzkości nie zbywa. Co najwyżej w piosenkach - tylko nocą do klubu 'Puls'... Puls czy pójść?

Pytanie owo (nie 'pójść', już do tego doszli ;)) dręczy naukowców od dawien dawna. W filmach nie mych, ale ambitnego kina islandzkiego, takich jak "Terminator', 'Donnie Darko', 'Powrót do Przeszłości' i wielu innych ukazana jest podróż w czasie. Wiąże się ona z problemami, które są często związane z fundamentalnymi zasadami rządzącymi Wszechświatem. Np., jeśli podróżujesz w czasie i powstrzymasz swoich rodziców przed poznaniem się (to jest to 'hej, Maleńka'), to w jaki sposób ty sam możesz istnieć? To znany paradoks, zwany 'paradoksem dziadka'. Jednakże, kilka lat temu, student fizyki na Uniwersytecie Queensland w Australii Germain Tobar opracował sposób, który polega mniej więcej na wzięciu pewnych liczb z równań i podniesienia ich do kwadratu, tak w wielkim skrócie. Poprowadziło go to do uzyskania wzorów na podróż w czasie, gdzie brak jest paradoksów czasowych. Oto jak się rzecz przedstawia.

2. Przedstawienie rzeczy. 

'Dynamika klasyczna mówi, że jeśli możesz poznać stan pewnego układu w określonym czasie, możliwe jest wnioskowanie o całej historii systemu.' - mówi Germain Tobar. 'Jednakże ogólna teoria względności przewiduje podróże w czasie i pętle czasowe. Tam wydarzenie może zaistnieć zarówno w swojej przeszłości jak i przyszłości, co powoduje, iż cała dynamika systemu staje na głowie'.

Obliczenia Tobara pokazały, że czasoprzestrzeń może potencjalnie zaadoptować się, aby uniknąć paradoksów! Jak to możliwe, zapytacie? Pewnie trzeba by zapytać czasoprzestrzeni, jak to robi... Niestety, moje machinacje fizyką i słowem nie przewidują odpowiedzi na owo pytanie ;)

Jednak wyobraźmy sobie podróżnika w czasie, który przemieszcza się przeszłość. Np. po to, aby zapobiec wybuchowi zarazy. Tak było z COVIDEM, mówię Wam ;) Próbowaliśmy...

Jeśli misja powiedzie się, podróżnik w czasie nie miałby żadnej zarazy do zwalczenia w swoim czasie teraźniejszym. Nie musiałby zatem podróżować wstecz w czasie, aby powstrzymać rozwój epidemii. Ale prace Tobara sugerują, że tak, czy inaczej, zaraza 'wymknie się' pokonaniu w taki czy inny sposób, znajdzie metodę, choć niekoniecznie taką samą, jak stało się 'w oryginale'. W jakikolwiek sposób, paradoksy zostaną usunięte. Gdzieś przeczytałem ciekawe zdanie: 'Natura nie lubi zamkniętych pętli czasowych'. Cokolwiek podróżnik w czasie by nie uczynił, choroba nie zostanie powstrzymana przed rozprzestrzenieniem się.

Praca Tobara to nie prosta matematyka. Możemy jednak wiedzieć, że daje ona wgląd we wpływ procesów deterministycznych (wykluczając jakiekolwiek przypadkowości) na z góry założone liczby obszarów kontinuum czasoprzestrzennego. Pokazuje, jak dwie zamknięte pętle czasowe (takie, jak przewidział Einstein) mogą wpasować się w zasady wolnej woli i fizyki klasycznej. Dlaczego także wolnej woli?

3. Końcówka i trochę od rzeczy.

Badanie owo 'wygładziło' problem innej hipotezy mówiącej, że podróż w czasie jest możliwa, ale podróżnicy nie mogą uczynić pewnych określonych rzeczy, aby nie powodować wyłanianiu się paradoksów. Wiadomo, liczby nie kłamią, i w modelu Tobara również: podróżnicy mogą robić co chcą, a paradoksy są niemożliwe. Jednakże, wróćmy trochę na ziemię. Naginanie czasoprzestrzeni aby dostać się w przeszłość jest o tyle niemożliwie, o ile dotąd wynalezione maszyny do podróży w czasie są tak skomplikowane, że na razie istnieją tylko jako obliczenia na kartce papieru...

Stephen Hawking uważał, że kiedyś uda nam się odbyć podróż w czasie, a nowe obliczenia i praca naukowa Germaina Tobara z 2020 roku mówią nam, że będziemy mogli robić co nam się żywnie podoba ze światem przeszłości: on się wtedy odpowiednio przekomponuje! Wystarczy spróbować wykreowania paradoksu, a wydarzenia zawsze odpowiednio się dostosują, aby uniknąć jakichkolwiek nieścisłości. 

Fabio Costa, naukowiec nadzorujący badania Tobara stwierdził: 'Procesy matematyczne, które udało nam się dostrzec pokazują, że podróż w czasie z uwzględnieniem wolnej woli jest logicznie możliwa w naszym Wszechświecie, bez żadnych paradoksów...'

Szkoda, że jeszcze nie umiemy podróżować w czasie. A może to dobrze? Bo jak Natura dostosowałaby się do populacji 8 miliardów milionerów? ;)