0. Wstęp.
Dzień dobry! Ptaszki śpiewają, że dziś poznacie drugi odcinek kwantowej sagi na @diesphys. A co się będę ograniczał! Zamierzam, jakimś cudem... może uzdrowię sobie kwantowo świadomość? ... pisać więcej. Nie wiem, czy to dobrze, czy źle, pewnie część z Was powie że źle, bo takich bzdurek w Internecie pełno, poza tym, nie lubimy cię, idź spać. Na drzewo, korniki doić z takim pisaniem. A ja co? Im bardziej mnie nie lubicie, tym więcej będę pisał. Ale może już dość, bo jeszcze się okaże, że piszę Wam na złość, a tak przecież nie jest.
Tudzież zapowiadam więcej czasu na pisanie, może się uda wytrzymać owo szaleńcze tempo, liczę na Wasze zaangażowanie i lajkowanie, bo nic tak nie cieszy bloggera, jak porządny Lajk. Laik. Fizyczny Laik. O, takich proszę więcej. Lajki które czytają - Laiki z @diesphys. Pożartowałem, trochę bzdetów, i od razu człowiek weselszy.
1. Rozdział pierwszy.
Mały wibrujący kryształ, ważący nieco więcej niż ziarnko piasku, stał się najcięższym obiektem w historii, który znajdował się w stanie superpozycji.
Fizycy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurychu podłączyli mechaniczny rezonator do pewnego rodzaju nadprzewodnikowego obwodu. Przyznajcie, robi się ciekawie ;) Żartowałem. Obwód ten jest powszechnie używany w informatyce kwantowej w celu wykonania słynnego eksperymentu myślowego Erwina Schroedingera. Tym razem skala, w jakiej udało się przeprowadzić doświadczenie, była bezprecedensowa.
O ironio, Schroedinger byłby pewnie sceptycznie nastawiony do faktu, że coś tak dużego, a właściwie cokolwiek mogłoby istnieć w tego rodzaju mglistym stanie rzeczywistości.
Stany superpozycji nie mają odpowiednika w naszej codzienności. Rzućmy piłką tenisową, a na pewno uda się powiedzieć kiedy upadła, ponieważ, całkiem niespodziewanie i zupełnie przypadkowo mieliśmy ze sobą stoper. Jej końcowa pozycja jest jasna jak Słońce, a nawet to, jak sie obraca, jest oczywiste. W koło, no przecież.
Jeśli zamkniesz oczy, kolega na pewno rzuci cię w głowę tą piłką... ok, żarty się skończyły; jeśli zamkniesz oczy, kiedy piłka upada na Ziemię, nie ma powodu myśleć, że te stany położenia i zachowanie piłki mogłyby być inne, niż gdybyśmy mieli oczy otwarte. Jednak w fizyce kwantowej, własności takie jak położenie, spin i moment pędu nie istnieją w żaden inny znaczący sposób, dopóki nie ujrzysz piłki spoczywającej na podłożu.
2. Rozdział drugi - jest jeszcze lepszy niż pierwszy.
Wraz z innym zawodnikiem klasy superciężkiej jeśli chodzi o fizykę teoretyczną - Albertem Einsteinem - Erwin Schroedinger niezbyt wierzył w interpretację, która mówiła, że cząstki elementarne nie mają precyzyjnie określonych właściwości, dopóki akt obserwacji im ich nie nadał. Aby pokazać, jak absurdalną wydawała mu się ta idea, austriacki laureat Nagrody Nobla opisał scenariusz, niezaobserwowane położenie było powiązane z nieobserwowanym kotem.
Proszę sobie wyobrazić cząstkę losowo wystrzeliwaną (jak zamkniemy oczy, dostaniemy cząstką w głowę, od kota, oczywiście ;)) z rozpadającego się promieniotwórczo atomu, która uderza w licznik Geigera (taki przyrząd do mierzenia radioaktywności), powodując uwolnienie trucizny do pudełka, w którym znajduje się kot. Kot umiera od razu. Jako, że wszystko odbywa się w zamkniętym pudełku, wydarzenia i czas ich zaistnienia pozostają poza zasięgiem jakiejkolwiek obserwacji.
Interpretacja Kopenhaska (jest to rozumienie fizyki kwantowej, takie tłumaczenie z języka matematyki na język filozofii, zaoferowanej i nadal obowiązującej w podręcznikach - autorem Niels Bohr) mówi, że system, którego nikt nie obserwuje istnieje w stanie wszystkich możliwych konfiguracji, dopóki nie zostanie poddany aktowi obserwacji. Cząstka z rozpadu promieniotwórczego jest jednocześnie wyemitowana jak i niewyemitowana, dla kogoś, kto nie widzi atomu. Tak samo - kot jest żywy i martwy jednocześnie.
Ta koniunkcja życia i śmierci jest niejako niemożliwa do opisania, ale ma swoje uzasadnione miejsce w równaniu funkcji falowej, wymyślonej właśnie przez Erwina Schroedingera. Prawie wiek później, kot Schroedingera nie jest już dowcipem. Efekt superpozycji został zaobserwowany nie tylko dla maleńkich cząstek, ale także całych molekuł (nie wspominając o zlepkach tysięcy atomów). Podobnie jest, kiedy dużo się napijecie alkoholu - wtedy też widzimy w superpozycji, drzwi po lewej i prawej jednocześnie. Należy wtedy dokonać aktu pomiarowego i przywalić w nie głową lub obok, w ścianę. Wtedy się okazuje, że drzwi były otwarte a w progu czeka żona z tłuczkiem. Albo z Tłukiem! To ostatnie to żart, ha, ha. Można manipulować pudełkiem z kotem (wracamy do rzeczywistości czyli do kaca) aby upewnić się, że kot nie umiera nigdy. Można także majstrować w opcjach eksperymentu tak, że osiągniemy rozerwanie kota na dwie części. A wszystko przez pieszczenie kotka za pomoca młotka ;) (buuuuu, ale śmieszne). Właściwie to całe technologie oparte są na tych samych zasadach superpozycji, w jakich znajdują się cząstki z eksperymentu myślowego Schroedingera.
Nic się nigdy żadnemu kotu nie stało - odnośnie eksperymentu myślowego Schroedingera, ponieważ istnieje coś takiego jak etyka (cała wina z rozrywaniem kotów na części spada na psy). Poza tym, obiekty takie jak koty, ludzie, słonie i dinozaury mogą istnieć w stanie superpozycji, tak samo jak elektrony, kwarki i fotony. Tak myśleć nakazuje nam matematyka, jednakże obseracja rozmytych istnień w dużej skali to zupełnie inna historia.
Na poziomie atomowym, rozmaz niezrealizowanych scenariuszy może być obserwowany przy użyciu dość prymitywnych przyrządów. Jednak, kiedy obiekty robią się większe, ślady superpozycji stają się coraz trudniejsze do wykazania eksperymentalnie.
3. Rozdział trzeci - trochę lepszy niż pierwszy ale nieco gorszy niż drugi.
W ostatnim doświadczeniu wybrano {High-overtone bulk acoustic-wave resonator} w skrócie HBAR, jest to swego rodzaju rezonator fal akustycznych. Jeśli ktoś ma propozycję tłumaczenia - proszę walić śmiało, byłaby niezła zabawa z takim tłumaczeniem. Oczywiście, nagrodą jest lizak. Kiedyś był zegarek, ale od kiedy zrobiono nalot na pobliską giełdę, zegarki się skończyły ;)
Ten rezonator posłużył jako 16.2 mikrogramowy kot Schroedingera. Brakowało mu wąsów i oddechu zalatującego rybą. W zamian za to, może on wytwarzać szumy wzdłuż krótkiego zasięgu częstotliwości, kiedy jest zasilany prądem elektrycznym. I oto - udało się ustawić dwa stany oscylacji kryształu w superpozycję i w zasadzie stworzono kota Schroedingera ważącego 16 mikrogramów. W roli atomu radioaktywnego, licznika Geigera i trucizny, zespół badaczy umieścił transmon - nadprzewodnikowy obwód, który był źródłem mocy w doświadczeniu, czujnik i superpozycję.
Podłączenie tych dwóch urządzeń do siebie pozwoliło wprawić w ruch HBAR tak, (nawiasem mówiąc, h-bar to inaczej zredukowana stała Plancka, uczeni lubią takie dwuznaczne skróty) aby oscylacje drgały w dwóch fazach jednocześnie.
Otwartym pytaniem pozostaje - jak daleko mogą zajść kolejne eksperymenty. Zwiększenie skali i osiąganie kolejnych limitów wielkości obiektów, na których obserwuje się superpozycję może doprowadzić do, m.in., utrwalenia i swego rodzaju ustabilizowania technologii kwantowej, albo produkowania coraz bardziej czułych przyrządów używanych do badania materii i Kosmosu. Sama superpozycja materii to nawet dziś zjawisko zagadkowe, uczeni zadają sobie pytania, czym jest superpozycja dla obiektów posiadających masę.
Oni zadają pytania, a ja odpowiem - ale to już w następnym odcinku bloga pt. 'Fizyka dla Laika czyli Nauka dla Tłuka'! :)
I koniec...
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! ^_^
Czyli może i nie ma wąsów, ale mruczy
OdpowiedzUsuńMruczy, i to jak - podwójnie 😉
OdpowiedzUsuń