#34 Na Pograniczu, czyli Mechanika Klasyczna vs. Kwantowa

0. Dobrydzień.

Dzień jest dobry. Ale noc bywa ciekawsza.

Fizyka klasyczna jest dobra, bo pomaga nam zrozumieć otaczający świat, daje chleb i solidne podstawy istnienia.

Fizyka kwantowa jest w codziennym życiu niemal bezużyteczna, nie włączając może tylko komputerów kwantowych, które i tak jeszcze nie istnieją. Jestem trochę w błędzie, bo przecież tranzystory i cała sfera szeroko pojętych zagadnień związanych z komputerami oparta jest na mechanice kwantowej (ale tylko tzw. hardware), jednakże tak na chłopski rozum, rozumiecie przesłanie - ogólnie rzecz ujmując.

Ale za to jest ciekawsza. Ta kwantowa. Mechanika.

Natomiast jeszcze bardziej interesujące jest zagadnienie: gdzie znajduje się granica tych dwóch jakże odmiennych światów? Kto i co decyduje, odkąd mamy do przewidywań np. trajektorii ruchu obiektów używać mechaniki klasycznej, a kiedy już kwantowej?

To pytanie jest bardzo nurtujące, i dziś chciałem o tym Was poinstruować. W końcu jestem Diesphys, czyli - ordnung i baczność ;)

1. Na pograniczu normalności, czyli piękne angielskie słowo 'blurred'.

'Blurred' oznacza 'rozmyte'.

Natura jest skomplikowana, może to generalizowanie, ale jakże istotne.

Naukowcy z Instytutu Nielsa Bohra przeprowadzili proste doświadczenie, które dowodzi, że natura zaprzecza zdrowemu rozsądkowi. Eksperyment dotyczy istoty zachowania się światła - okazuje się, że nie zachowuje się ono zgodnie z zasadami mechaniki klasycznej, a kwantowej.

Użyto nowej metody, która pozwoli w przyszłości określić, czy układ zachowuje się kwantowomechanicznie, czy poddaje się regułom klasycznej mechaniki newtońskiej.

W dalszej części zaprezentuję Wam, jak naukowcy starają się wyznaczyć linię prostą, konkretną granicę światów: kwantowego i klasycznego, bo 'rozmytą' granicą nikt się nie zadowala.

A teraz - od ogółu do sedna.

2. Klasyka i Kwanty.

W fizyce klasycznej obiekty, takie jak samochód czy piłka, bądź też ogryzek jabłka, albo mrówka czy słoń, mają konkretne umiejscowienie i prędkość. Tak postrzegamy świat: słoń stoi na mrówce wypluwając ogryzek, który trafia w piłkę, piłka toczy się pod samochód i mamy kabałę gotową ;)

Chciałem tylko powiedzieć, że wszystkie obiekty, jakie obserwujemy w naszej małej tragedii mają prędkość i położenie.

Ale kiedy zejdziemy schodami w dół w stronę świata mechaniki kwantowej, tragedia zmienia się w… komedię!

W świecie kwantów obiekty także mają pewne określone położenie i swoją prędkość ruchu, jednak tam, na dole strony, przy gwiazdce i drobnym maczkiem stoi napisane: 'ale nie jednocześnie...' :)

Już tłumaczę.

Na poziomie atomowym, mechanika kwantowa decyduje, że natura rzeczy jest inna, niż dyktuje nam to nasza codzienna, oparta na doświadczeniu, intuicja.

To nie tak, że nie znamy prędkości cząstki bądź jej położenia. Znamy. Ale nie możemy znać tych dwóch wartości w tym samym czasie z dowolną dokładnością, jak dzieje się to w realiach mechaniki klasycznej.

Te dwie wartości: prędkość i położenie, w świecie mechaniki kwantowej jednocześnie... nie istnieją.

Szokujące?

Nie dlatego, że nie posiadamy precyzyjnych instrumentów pomiarowych i coś nam umyka. Taka jest natura rzeczywistości w świecie kwantów. Gdy istnieje prędkość, nie istnieje położenie, i odwrotnie.

Skąd znamy powyższą zależność? I gdzie jest granica świata dziwnych zachowań obiektów i zwyczajnych zachowań obiektów?

3. Doświadczenie naukowców z Instytuty Nielsa Bohra na świetle widzialnym.

Eran Kot (miau miau ;)), doktorant z grupy badawczej, pisze:

'Naszym celem jest spojrzenie na mechanikę kwantową w innym... świetle (ha, ha, ha). To ważny, aby być stuprocentowo pewnym, że układ zachowuje się w ten sposób, że nie ma ;klasycznej' metody na wyjaśneinie jego 'modus operandi'. Uniwersytet Kopenhaski, wydział Optyki Kwantowej ma wspaniałego naukowca w swoich szeregach, to doktorant, ciekawe, co mogliby powiedzieć profesorzy... aż bałbym się zapytać =]

Badano zachowanie się światła, w dużym skrócie. W fizyce klasycznej, światło ma właściwości zarówno elektryczne jak i magnetyczne.

Eran Pies... yyy, Kot (poranny suchar! dla głodnych kawalarstwa, psotnictwa i figlarstwa ;)):

'Nasze badania wskazują na fakt, że światło posiada cechy związane zarówno z polem magnetycznym i elektrycznym, ale nie obie jednocześnie. W powyższy sposób udowadniamy, że nasze doświadczenie łamie zasady mechaniki klasycznej. I oto wniosek: światło ma własności kwantowe, dlatego wykonujemy krok naprzód i próbujemy zastosować opisane w eksperymencie metody do innych układów'.

4. Klasyka i Kwanty vol.2.

Celem doświadczenia jest w pierwszej kolejności zrozumienie natury rzeczywistości, ale przede wszystkim - jak wykorzystać mechanikę kwantową do praktycznych rozwiązań. To nie żadne novum, że światło ma naturę kwantową, ale za pomocą metod z opisywanego przeze mnie eksperymentu można badać inne systemy.

Profesor fizyki kwantowej Anders S. Sorensen (a, co mi tam! ;)):

'Potrzebowaliśmy znaleźć sposoby na rozwój informatyki kwantowej. Dlatego bardzo ważne jest, aby w końcu znaleźć rozwiązanie zagadki: gdzie przebiega granica między światem kwantów i klasycznym.'

Ta wypowiedź pozornie nie wnosi nic nowego do tematu, ale - chwilunia.

Oznacza ona, że do skonstruowania komputerów kwantowych, tak wyczekiwanych przez żądny nowinek technicznych świat, musimy koniecznie rozwinąć technologię budowania układów rządzących się prawami mechaniki kwantowej.

W jednym zdaniu: układ zawierający w sobie elementy mechaniki kwantowej ma tworzyć komputer kwantowy.

W drugim zdaniu: musimy nauczyć się konstruować systemy nieklasyczne, czyli kwantowomechaniczne, aby móc skonstruować pierwszy działający na skalę komercyjną komputer kwantowy.

Opisane powyżej przeze mnie doświadczenie to sposób na badanie natury światła, ale może zostać zastosowany do badania, bądź też tworzenia, innych układów.

Pierwszy taki w Kosmosie. W roku 2012. Jestem opóźniony, bo się tylko dogrzebałem starocia, prawda? ;) Stare, ale jare, bo dziś mamy już zalążki informatyki kwantowej i to całkiem pokaźne, jednak w 2012 to był istny Piorun z Nieba.

Interesujące, nieprawdaż?

5. Konie(c), które(y) mów(i)ą, że...

Dziwne zakończenie. Nadal nie znamy dokładnej granicy kwantowo-klasycznej, tak jak nie znamy dokładnego okresu i sposobu, jak z materii nieożywionej powstało życie na Ziemi. Te dwie granice spędzają sen z oczu fizyków i biologów (badaczy skwarków, bi(o)zonów - a jednak mamy płynną, wyraźną granicę, bez przeskoków kwantowych, tunelowania, itp. ;)) - i to nas z nimi łączy! Granice! Granice łączą, także ten, teges... ;)

Jeden wniosek jest bardzo ważny. Jednoczesność zachodzenia pewnych zjawisk.

Nie można być jednocześnie tu i tam, to wiemy. I dlatego, czasami, pewne własności nie mogą zachodzić, pojawiać się symultanicznie - i tego uczy fizyka kwantowa nas, żyjących w świecie klasycznym.

Pozdrawiam i posyłam strumień fotonów wiedzy! =]

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

#33 Dwa Wymiary i Nowy Stan Skupienia Materii, czyli 'Amerykańscy Naukowcy...'

0. Wstępniak.

No, hej, dziewczęta i chłopcy, żądni wiedzy i nowinek ze świata kwantów.

To, co dziś zaprezentuję, nie jest jakimś mega kosmosem, który otworzy Wam oczy i zmieni światopogląd.

Nie będę wypisywał o czarnych jak czarne dziury dziurach, mysich norach, w których myszy potajemnie przeprowadzają doświadczenia fizyczne, tudzież rozszczepiają atomy młotkiem.

Wiem, że to, co napisałem, to trochę brednie, ale takie mamy Internety i ja też muszę trochę pobredzić, zanim przejdę do rzeczy.

Chciałem Wam tylko zakrzywić mózgi, bo za chwilę będę je Wam prostował.

A żeby coś naprostować, trzeba najpierw to wykrzywić. Mózgi macie proste i chłonne jak gąbka, więc-dlatego-jednakowoż trochę gnoju na podkładkę, coby lepiej rosło.

Pieczarki też tak mają ;)

1. Odkryto nowy stan skupienia materii...

… dzięki dwuwymiarowemu materiałowi. Co to takiego?

To bardzo cienki materiał, o grubości około jednego atomu. Płaszczyzna, taka bardzo cienka kartka papieru, która w praktyce... nie ma grubości. Zachowuje się, jakby miała dwa wymiary, a nie trzy, jak cała inna materia w naszym Wszechświecie. Wszystko ma szerokość, wysokość i grubość, a taki grafen, który też jest materiałem dwuwymiarowym, ma tylko szerokość i długość. W praktyce, bo teoretycznie wszystko ma trzy wymiary, oprócz niektórych cząstek elementarnych. Zima w głowie, prawda?

Teraz będzie już z górki.

Międzynarodowy zespół badaczy dostarczył dowodu na niecodzienny nowy stan skupienia materii.

Jego istnienie przewidziano w teorii 40 lat temu, a dziś mamy go naprawdę. Stan ten nosi nazwę 'kwantowej cieczy spinowej'.

Fajna nazwa, już mam w połowie zryty beret :)

A jeszcze fajniejsza jest jej właściwość: powoduje, że elektrony, które z założenia są cząstkami elementarnymi i nie podlegają dalszej kwantyzacji, czyli rozłożenia na dalsze czynniki pierwsze, rozpadają się... Do roku 2016 wydawało się całemu naukowemu światu, że elektrony są niepodzielnymi budulcami materii, jednak eksperyment dowiódł, że tak nie jest.

Zespół naukowców, włączając fizyków z Uniwersytetu w Cambridge (no i gdzie ci amerykańscy naukowcy? No gdzie, pytam?) dokonał pomiarów i wykrył pierwsze oznaki podzielonych elektronów, nazywane od teraz 'fermionami Majorany' na dwuwymiarowym materiale, o strukturze podobnym do grafenu.

Wyniki eksperymentu doskonale wpasowały się w dość już leciwą teorię kwantowej cieczy spinowej, nazywaną także modelem Kitaeva. Kwantowa ciecz spinowa to niezbadany dotąd stan skupienia materii, które rzekomo są ukryte w pewnych materiałach posiadających własności magnetyczne, ale...

… nie zostały dotąd odkryte w naturze.

2. Rozdzieranie elektronów.

Przełomem jest odkrycie rozbicia elektronów. To tak zwana frakcjonalizacja. Zaobserwowanie jej w prawdziwym, realnym  materiale to nie lada przełom w nauce. To gigantyczna niespodzianka i krok milowy w fizyce cząstek. Dlaczego?

Ponieważ fermiony Majorany, produkt rozbicia elektronów, mogą być użyte jako budulec, a właściwie podstawowe części składowe komputerów kwantowych. Komputery kwantowe to melodia niedalekiej przyszłości, będą one szybsze niż tradycyjne komputery i będą mogły rozwiązywać zadania poza zasięgiem naszych obecnych blaszaków. Pecetów. Ok, i tak wiem, że wolicie konsole ;)

'To nowy stan skupienia materii, który został przewidziany ale dotąd niezaobserwowany', rzecze dr Johannes Knolle z Laboratorium Cavendisha w Cambridge, jeden ze współautorów publikacji.

W zwykłym materiale o własnościach magnetycznych elektrony zachowują się jak małe magnesy sztabkowe. Kiedy schłodzi się materiał do odpowiednio niskiej temperatury, 'magnesiki' zachowują porządek, na przykład - wszystkie bieguny magnetyczne północne zwracają się w jednym kierunku.

Jednakże w materiale zawierającym  kwantową ciecz spinową, nawet jeśliby schłodzić ją do zera absolutnego, sztabki magnesowe nie ułożyłyby się w symetryczny wzór, tylko stworzyłyby splątaną kwantową zupę, rządzącą się prawami fluktuacji kwantowych: losowych 'eksplozji' energii, rządzących się zasadą nieoznaczoności Heisenberga.

Moi biedni Laicy, jak mi Was szkoda, że to czytacie. Broń Boże ze zrozumieniem jeszcze ;)

3. Eksperymenty na kwantowej cieczy spinowej.

Do tej pory nie wiadomo było, jak wyglądałyby eksperymenty na kwantowej cieczy spinowej.

Jakie pozostawiłaby 'odciski palców' (coś w rodzaju śladu na ekranie testowym, kiedy podda się ją bombardowaniem neutronami).

Fizycy o nazwach, to znaczy imionach, czy tam nazwiskach, kto ich tam wie - Knolle i Kovrizhin (a widzicie? brzmią jak nazwy czegoś) z Laboratorium Oak Ridge użyli technik zw. rozproszenia neutronowego, aby otrzymać dowód na frakcjonalizację elektronów w kryształach chlorku rutenu (RuCl3)
.
Oświetlano ten rutenek, chlorek, czy coś tam (jesteśmy fizykami a nie chemikami więc możemy z nich drwić) za pomocą neutronów i obserwowano wzór zmarszczek na ekranie, jaki powstał w efekcie ostrzeliwania biednego chlorku.

Zwykły magnes dałby efekt w postaci ostrych kropek, ale nikt nie wiedział, jaki wzór ukazałby się na ekranie, jeśli w grę wchodziłyby fermiony Majorany z kwantowej cieczy spinowej. To te rozdarte elektrony. A jednak...

4. Wnioski końcowe i dobranoc!

Przewidywania teorii sprzed 40 lat sprawdziły się, dostarczając dowodu na istnienie, po raz pierwszy, kwantowej cieczy spinowej i frakcjonalizacji elektronów w dwuwymiarowym materiale. To nowy kwantowy stan skupienia materii i milowy krok w dziedzinie zrozumienia tych stanów. Nigdy wcześniej nie zaobserwowany.

Pozostaje tylko pytanie. Jaki wzór pokazał się na ekranie?

To proste. Skwarki i bizony ;)

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

#32 Nagim Okiem na Mechanikę Kwantową Spoglądając

0. Słowo wstępne.

Dziś opiszę eksperyment, w którym naukowcy osiągnęli niespotykany dotąd efekt.

Okazało się, że można dostrzec efekty kwantowe gołym okiem, bez potrzeby sięgania po mikroskop elektronowy, a nawet taki z lekcji biologii, gdzie ogląda się rozjechaną żabę, ślimaka bez skorupki czy inne paskudztwa.

Dobra, koniec tej ściemy, zabieramy się do rzeczy.

1. Kto, kiedy, potem będzie - ‘jak’.

Zespół naukowców z Cambridge (na szczęście nie są to słynni amerykańscy naukowcy, którzy przecież wiedzą już wszystko) zbudował chip półprzewodnikowy, który przetwarza elektrony w stan kwantowy. Stan ten ma to do siebie, że emituje światło, jednakże cały ten układ nie jest jak dotychczas dostępny jedynie na poziomie mikroskopu, i to elektronowego, czyli w niedostępnej dla pani czy pana z biologii skali; światło można dostrzec gołym, nieuzbrojonym okiem (nieuzbrojone oko to oko bez przyrządów pomiarowych, niestety nie oznacza to oka rodem bohaterów z X-Men, takiego Cyclopsa czy innego Supermana. Wiem, szkoda.)

Kieruje się promień lasera na urządzenie zawierające nadciekły płyn w stanie kwantowym. Odkrycie owo może kierować w stronę wynalezienia bardzo czułych detektorów.

Sytuacja miała miejcie we wspomnianym Cambridge w roku 2012 więc jest to świeża sprawa (oczywiście, biorąc pod uwagę dinozaury czy epokę lodowcową ;)).

Dlaczego płyn nadciekły? Ponieważ mechanika kwantowa działa szczególnie dobrze wtedy, gdy temperatura jest ekstremalnie niska, a cząstki bardzo małe. Nadciekły płyn w stanie kwantowym to już skala bliska zera bezwzględnego (~ -272 st. C).

Zespół badaczy dokonał swoistego zmieszania elektronów z fotonami, aby uzyskać cząstki kwantowe o wielkościach, jak na skalę cząstek elementarnych, olbrzymich. Grubości ludzkiego włosa. Na domiar złego, cząstki te zachowywały się jak nadprzewodniki, czyli przewodziły prąd (możemy powiedzieć, w dużym przybliżeniu, bo tak naprawdę definicji, czym jest prąd elektryczny, jest wiele – strumień wolnych elektronów) bez oporu…

Wiem, że to dużo, jak na jeden akapit, ale pomyślcie w ten sposób.

Elektrony i fotony grubości ludzkiego włosa? Cząstki ze świata nano, gdzie logika jest zupełnie inna niż w naszej codzienności, a intuicja wykształcona na bazie doświadczeń z naszego świata zupełnie zawodzi?

Tak.

2. Opis doświadczenia.

Zbudowano mikroskopijne jamy, w których, w obrębie mikrochipu, sąsiadowały elektrony i fotony.

Efekt był dość dziwny.

Powstały nowe cząstki – tzw. ‘polaritony’, bardzo lekkie, aczkolwiek mogące się poruszać bardzo swobodnie w obrębie paszczy. Jaskini. No, tej jamy.

Dr Gab Christmann, prof. Jeremy Baumberg i dr Natalia Berloff z Uniwersytetu w Cambridge, wraz z ekipą badaczy z Krety (Kretyni?) wyprodukowali nowe próbki, które pozwoliły polaritonom poruszać się swobodnie w obrębie jam bez blokowania się nawzajem. Swobodny przepływ cząstek, bo to przecież nadciekłość.

Wstrzeliwano je w taki sposób, że tworzyły dwie tzw. ‘plamki laserowe’. Efektem był nadciekły płyn o właściwościach kwantowych.

Co najciekawsze, płyn zaczął spontanicznie oscylować (czyli, po prostu, płynąć naprzemiennie w dwóch przeciwnych kierunkach) do przodu i do tyłu. Ruch ten spowodował, że całość zaczęła przejawiać najbardziej znane cechy świata kwantów: superpozycję, splątanie kwantowe, i wiele innych, o których możecie przeczytać u Wujostwa Gu.

Jednakże wielkość, skala tych kwantowych zjawisk daleko wykroczyła poza zwykłą sobie normę: ze świata tak małego, jak 10^-15 metra, do grubości ludzkiego włosa.

Wyobrażacie sobie, że patrzycie na włos, a on jest rozdwojony? Nie! Nie mówię o rozdwajających się końcówkach. Jedynie o tym, że włos naprawdę jest podwójny, pomimo tego, że to jeden włos…

I też nie dlatego, że mamy jakieś dioptrie na minusie…

Trudno powyższe zdanie zrozumieć, ale w świecie kwantów takie zachowania to norma. Cząstka jest w dwóch miejscach jednocześnie ale realnie, naprawdę. To sprzeczne z naszą logiką, ale zapewne niejeden elektron zdziwiłby się, że krzesło ma cztery nogi a nie osiem i że stoi w jednym miejscu a nie w dwóch.

Albo – trochę łatwiej – wyobraźcie sobie członka jakiegoś plemienia z dżungli amazońskiej, którego złapano, zawiązano oczy i wywieziono do igloo w na Grenlandii. Śnieg byłby dla Indianina czymś bardzo dziwnym, wręcz sprzecznym z czymkolwiek, co kiedykolwiek widział, nienormalnym.

To dobre słowo. Dla nas elektrony są nienormalne, dla elektronów – my.

3. Doświadczenie w opisie rozleglejszym.

Polaritony z nadciekłego płynu, te duże cząstki kwantowe, objawiały nam całą dziwną własność mechaniki kwantowej. Dokonywały splątania, ale -nie tylko.

Jeszce dziwniejszym był fakt, że płyn próbował się odpychać… od samego siebie. Mógł także wirować jedynie w określonych ilościach… wiem, brzmi to absurdalnie, ale rezultatem były wiry o liniach regularnych, nie owalnych czy okrągłych. To tak jakby odległości były skwantowane, a my to widzieli gołym okiem. Czy wyobrażacie sobie wiry złożone z kresek, takie trochę… kanciaste? Kwadratowe wiry? Odległości uległy skwantowaniu, na naszych oczach!

Poprzez rozdzielenie promieni laserowych dr Christmann i jego współpracownicy bezpośrednio kontrolowali rozchlapywanie się płynu kwantowego, formując wahadło gibające się milion razy szybciej od bicia ludzkiego serca.

Dr Christmann dodaje: ‘To nie są zjawiska, która można oglądać na co dzień. A drugim cudem jest perfekcyjnie dobranie parametrów doświadczenia, musieliśmy być bardzo precyzyjni. Mogliśmy sterować naszym polaritonowym płynem kwantowym poprzez przemieszczanie wiązek laserowych, które go wytwarzały.’

4. Wnioski z naukowej wioski.

Zwiększenie liczby wiązek laserowych jedynie dodawało kolejnych niespodzianek, a raczej komplikowało stany kwantowe. Mnożyło je.

Długofalowym celem doświadczeń było stworzenie podobnych stanów kwantowych za pomocą baterii elektrycznej w temperaturze pokojowej. Jakby im było mało.

Jednakże, gdyby ów cel został osiągnięty, stałoby się możliwe zbudowanie nowej generacji hiperczułych żyroskopów (to takie urządzenia stosowane w awionice, pomagające utrzymać pion. Przydałyby się po Sylwestrze, prawda, Laicy? ;)) do pomiarów grawitacji, pola magnetycznego oraz do tworzenia obwodów kwantowych… Zupełnie nowa technika, człowiek się gubi.

Ale zanim człowiek się zgubi, chciałby tylko dodać, że eksperyment był sponsorowany przez Radę Badań Nauk Fizycznych i Inżynieryjnych oraz Unię Europejską.

To tak jakbym zakończył w stylu Ulicy Sezamkowej:

‘Dzisiejszy program sponsorowany był przez literki ‘G’, ‘K’ oraz cyfrę…

=].

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

#31 Kwanty do Przedszkola, czyli Jak Uproszczono Fizykę

0. Wstępniak także uproszczony.

Fizyka kwantowa.

Na sam dźwięk tego pojęcia siwieją włosy dwudziestolatkom, wypadają zęby trzydziestolatkom, a czterdziestolatkowie w popłochu wspinają się na drzewa, banany się prostują.

Dlaczego?

Dualizm korpuskularno-falowy, zasada nieoznaczoności Heisenberga, Wielki Zderzacz Hadronów, doświadczenie z dwiema szczelinami (czyli Doświadczenie Younga. A, zapomniałem. Młodzi starzeją się o co najmniej sto lat), superpozycja...

Można wymieniać i wymieniać, a siwych włosów przybywa, ubywa zębów, rosną brody i przybywa lasek. Tych kijkowych.

Jak to ogarnąć? Jak to zrozumieć nie wpędzając się do grobu? Chciałbym powiedzieć: czytajcie Fizykę dla Laika... Ale, niestety, nie mogę, bo na pewno część z moich początkowych odbiorców już nie żyje...

Dobra, żarty na bok. Oto sposób.

1. Requiem, czyli miłe złego początki. Chciałbym napisać 'dobrego', ale muszę uhonorować moich pierwszych czytelników.

Niespodzianka. Fizyka kwantowa okazuje się mniej skomplikowana, niż można sądzić. Międzynarodowe grono badaczy wykazało, że dwa z pojęć, które są flagowymi okrętami flotylli o nazwie 'Fizyka Kwantowa' to tak naprawdę manifestacja jednej cechy, ujęta w dwojaki sposób.

Ha! Czyli mamy superpozycję! Jedna rzecz jako dwie! Niestety! =]

To był ostatni żart, obiecuję ;)

Wyniki zostały ogłoszone 19.12.2014 roku czasopiśmie 'Nature Communications'. Grupa badaczy: Patrick Coles, Jędrzej Kaniewski (Polak w Singapurze, brawo nasi) oraz Stephanie Wehner dokonali epokowego odkrycia, które zapisało się na konto 'Ośrodka Technologii Kwantowych' Uniwersytetu Narodowego w Singapurze (brawo Jędrek, przede wszystkim).

Wykazano, że dualizm korpuskularno-falowy i zasada nieoznaczoności Heisenberga są manifestacją tej samej cechy świata kwantów. Oto, jak tłumaczy owo odkrycie Stephanie Wehner:

'Związek między zasadą nieoznaczoności Heisenberga a dualizmem falowo-korpuskularnym [kojarzy się z muskularnym, wiem, ale zmilczę] jest zupełnie naturalny, kiedy potraktuję się oba zagadnienia jako pytania dotyczące informacji, jakie możemy zebrać o układzie. Naszym sukcesem jest spojrzenie na fizykę jako na dziedzinę, która zajmuje się właśnie informacją. To jej najsilniejszy aspekt.' Wehner to holenderka z QuTech, ma stopień profesora nadzwyczajnego na Politechnice Delft w Holandii. Możemy jej wierzyć.

 2. Ale co tak naprawdę jest grane i dlaczego mamy wierzyć?

Zanim rozpieję się na temat, jakie to wspaniałe odkrycie, bo tak jest w istocie - może ono rzucić światło na mroki fizyki kwantowej o której wiemy, że działa, wiemy też jak, ale już nie bardzo - dlaczego działa... Parę słów objaśniających. Na razie wiedzmy tyle, iż dzięki wesołemu gronu badaczy z Uniwersytetu w Singapurze dualizm korpuskularno-falowy może zyskać nowe zastosowania.

Okej, rzucam tymi nazwami: muskularny, nieoznaczony, Hajzerberg, ale co to toto?

2a. Dualizm korpuskularno-falowy. Dla Laików.

To pojęcie oznacza, w sporym uproszczeniu, że obiekt kwantowy, taki jak np. atom, cząsteczka węgla lub pojedynczy elektron (oraz wiele innych) może zachować się jak fala (wyobraźcie sobie siebie samych, wpisujących w Google słowo 'sinusoida' - to właśnie jest fala w ujęciu kwantowym. Nie wy, tylko ta 'sinusoida';)), ale nagle ta cząstka przestaje być falą, kiedy próbujecie określić jej dokładne położenie! To czysta magia, ale taka prawdziwa, bo właśnie tak, jak opisałem, zachowują się cząstki podlegające prawom fizyki kwantowej :)

Nieźle obrazuje ów aspekt tzw. Doświadczenie Younga (link), kiedy pojedyncze cząstki są wystrzeliwane jedna po drugiej w kierunku ekranu zawierającego dwie wąskie szczeliny. Następnie, cząstki wpadają na coś, co możemy nazwać 'detektorem'. Najlepsze w tym wszystkim jest to, że kiedy próbujemy podejrzeć, przez którą szczelinę przeszła cząstka, na detektorze otrzymujemy obraz w postaci dość losowo rozstrzelonych kulek. Czyli - kiedy chcemy wykryć cząstkę, elektron 'mówi nam' - "tak, przeszedłem przez szczelinę nr 1 i zachowałem się jak cząstka". Jednakże kiedy nie próbujemy zobaczyć, którą drogę obrał obiekt kwantowy, na detektorze pokazuje się tzw. obraz interferencyjny, a taki powstaje, kiedy fale [te sinusoidy] się na siebie nakładają. A to oznacza, że elektron przeszedł przez szczelinę jako... fala. A teraz - jeszcze jeden rzut oka na ekran, bo jakże to tak, raz jak cząstka, raz jak fala, w zależności od tego, czy patrzymy? A skąd, do ciężkiej cholery, elektron 'wie', że patrzyliśmy? Zaczynamy obserwować ekran z dwiema szczelinami - obraz interferencyjny na detektorze... znika. Znowu jak cząstka.

Wiemy, że działa. Wiemy jak działa. Nie wiemy dlaczego działa. Fizyka kwantowa.

2b. Zasada nieoznaczoności Heisenberga.

Ta zasada mówi, że niemożliwe jest, aby poznać dwie specyficzne ze sobą skorelowane cechy obiektu kwantowego jednocześnie, z dowolną dokładnością.

Chociażby - im bardziej precyzyjnie znamy położenie atomu, tym mniej dokładnie możemy określić jego prędkość, gdy się porusza (link).

To ograniczenie jest nałożone nie przez dokładność naszych przyrządów pomiarowych, tylko, niejako, na poziomie fundamentalnych aspektów natury...

To dziwne, prawda? Fizyka kwantowa mówi nam po prostu, że najbardziej podstawowe prawa przyrody są ulotne i z zasady... niepoznawalne.

3. Upragnione uproszczenie. Dzięki, Jędrek i s-ka! =]

Nowe opracowania dwóch przedstawionych przeze mnie aspektów fizyki kwantowej wprowadzają nowe pojęcie:

'Wiedza, jaką możemy uzyskać o tym, czy obiekt kwantowy jest cząstką czy falą, jest tak samo skorelowana, jak w klasycznej zasadzie nieoznaczoności Heisenberga'.

Czyli - im lepiej poznajemy aspekt korpuskularny cząstki, tym mniej informacji mamy o jego falowej naturze.

Kolejne czyli - no, w dużym skrócie, bardzo prosto - im bardziej obiekt kwantowy jest falą, tym mniej cząstką. I na odwrót!

Coles: 'Byliśmy wiedzieni od początku XX wieku pewnym przeczuciem, że coś podobnego może być prawdą' [mowa oczywiście o pracy zespołu Coles/Kaniewski/Wehner]. Coles pochodzi z kraju Klonowego Liścia i zajmuje się Informatyką Kwantową.

Można stworzyć równania, które bardzo dokładnie opisują, jaka ilość informacji jest dostępna o konkretnej cesze, gdy mowa o zasadzie nieoznaczoności Heisenberga. Zespół Coles/Kaniewski/Wehner odkryli także, że cały aparat matematyczny stosowany do opisu dualizmu korpuskularno-falowego może być użyty w kontekście obliczeń wielkości skorelowanych w zasadzie nieoznaczoności!

Fajnie, fajnie. Ale co to oznacza dla nas, Laików i Tłuków?

Całe doświadczenie mówi, że dokonano niejako syntezy zasady nieoznaczoności i dualizmu falowo-korpuskularnego, że to dwa aspekty tego samego zjawiska przyrody i że można użyć matematyki z zasady Heisenberga do dualizmu.

4. Konieczny koniec.

Bo już późno, otwiera się noc, a sen podchodzi pod drzwi ;)

Zespół badaczy twierdzi, że ich odkrycie może zdziałać wiele w zastosowaniu  tworzenia nowych protokołów kryptograficznych, czyli po prostu zostać użyte w technologii informatyki kwantowej, jeśli chodzi o kodowanie i zabezpieczanie danych komputerowych.

Co ciekawe, we wcześniejszych pracach Wehner i s-ka przedstawili dowody na związek między zasadą nieoznaczoności i innymi działami fizyki - tzw. zjawiskiem nielokalności drugą zasadą termodynamiki...

Łojoj! Toż niedługo okaże się, że wszystkie podręczniki do fizy w kosz bo mamy jedno prawo fizyki!

To żart, oby się nie sprawdził, ale ja jestem zszokowany. No, bo... jak sobie poradzą z tym nasi wydawcy elementarzy szkolnych, których wersje zmieniają się co rok! Będzie jedna książka. I będzie miała jedną stronę. I będzie na niej jedno Równanie.

Teoria, Kurde, Wszystkiego.

Dobrej! Bo nadchodzi czas ucieczki na out.

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

#30 Fale Grawitacyjne i Dodatkowe Wymiary - Komiczny Kosmos

0. Na dzień dobry.

Witam.

Trochę wody w rzece czasu upłynęło, ale nic nie szkodzi, prawda? Dalej głodni wiedzy?
Ja jestem głodny lania wody w tej rzece, mam nadzieję, że wy też macie ochotę na trochę humoru, fizyki i... to wszystko. To wszystko, co mam do zaoferowania. Mam nadzieję, że wystarczy.

Nie będę Was męczył hipotezami. Miałem zamiar pisać o gwiazdach hipotetycznych, jakichś tam czarnych karłach, gwiazdach żelaznych i innych pierdoletach, ale postanowiłem postawić na coś konkretniejszego.

Fizyka doświadczalna. Oczywiście, będzie mnóstwo o kwantach, liźniemy też lizaka astrofizyki, ale wszystko oparte na doświadczeniach, badaniach prawdziwych fizyków, a nie wodolejstwo z różnych szemranych źródeł. Źródeł czasu. Wody czasu. Rzeki czasu. Ale się poeta ze mnie zrobił. Ale to nie jest takie najgorsze, wiecie? Poeta też czasem dobrze o fizyce plecie ;)

I do tego rymuje.

Dobra, żarty na bok, lecimy z koksem.

1. Fale grawitacyjne - oto w jaki sposób mogą dostarczyć informacji na temat dodatkowych wymiarów przestrzennych.

No, nie tak od razu.

Oczywiście, na początek trochę od rzeczy, potem do rzeczy. Do tego przecież jesteście przyzwyczajeni ;)

Nie będę zdradzał już na początku, czy zabił leśniczy... To znaczy, czy fale grawitacyjne dostarczyły dowodu na istnienie dodatkowych wymiarów. Bo wtedy nie musielibyście czytać wszystkiego, tylko zatrzymalibyście się tutaj i zrobili mnie w konia. Ja chcę trochę napleść od rzeczy, żeby się i Was zabawić. To znaczy, bawimy się  w kotka i myszkę. I leśniczego. Leśniczy poluje na mnie, ja na Was, a Wy... Macie przechlapane! Czytać, leniwi Laicy ;)

No i teraz ja robię Was w konia, nie powiem, nie powiem! Powiem w ostatnim rozdziale tej epopei fizycznej, ale uprzedzam, że warto. Wciągniecie się w tę opowieść jak w najlepszy thriller, zdradzę tylko, że będzie o grawitacji, oraz o tym, dlaczego jest najsłabszą z sił fundamentalnych.

Mnie temat grawitacji zawsze ekscytuje, zboczeństwo matematyczno-fizyczne, wiem, ale do sedna.

2. Zderzenie dwóch gwiazd neutronowych i co za tym idzie.

Pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych zdarzyło się naukowcom z LIGO (link) w roku 2015. Doniosłe wydarzenie, nie ma co. Prawie jak śmierć Hanki z Klanu, czy tam z innego em jak miłość. Prawie.

Trzech fizyków dostało wtedy za to nagrodę Nobla. Bo to właśnie trzech fizyków zabiło Hankę z em jak miłość. Ja bym im dał nawet złoty medal olimpijski.

Ha. Tu Was mam. Dostali nagrodę za odkrycie fal. Na pewno daliście się nabrać z tą Hanką.

W roku 2017 zderzyły się dwie gwiazdy neutronowe, w przeciwieństwie do roku 2015, kiedy kolidowały dwie czarne dziury. Różnica polega na tym, że rok 2017 i gwiazdy neutronowe dostarczyły także danych z teleskopu konwencjonalnego, a nie tylko z interferometru LIGO.

Już tłumaczę. LIGO to interferometr i pozwala on wykryć fale grawitacyjne, zmarszczki czasoprzestrzeni. Zwykły teleskop wykrywa obraz bardziej bliski temu, co widzą nasze piękne oczęta. Fale elektromagnetyczne - światło widzialne.

Można porównać interferometr do czegoś w rodzaju podsłuchu Wszechświata, podczas gdy teleskop to zwykli podglądacze i ich narzędzia zbrodni. LIGO to ucho na Wszechświat, teleskop oko.

Myślę - Oko. Dlaczego Oko? Czemu nie nos zamiast oka? Co jest nosem na Wszechświat? No, tego moi Drodzy Laikowie nam jeszcze brakuje, ale przecież to my mamy nosa i intuicję, żeby czytać dalej, po tym, jak wyżyłem się na Was moimi suchymi jak nos chorego pieska żartami. Ale musiałem! Dawno nie pisałem, stąd te pierdolety.

3. Jednoczesność informacji oknem na dalsze i bogatsze niż dane z samego LIGO rezultaty obserwacji.

2017 - to pierwsze takie wydarzenie, kiedy otrzymano jednocześnie dane grawitacyjne i elektromagnetyczne, z dwóch teleskopów - konwencjonalnego i interferometru.

Trochę teorii i przejdziemy do wisienki na torcie - czyli kwestii słabej grawitacji.

Teoria względności Einsteina świetnie opisuje nasz system słoneczny, jednak w miarę, jak poznawaliśmy dalsze rejony Wszechświata, pojawiały się kolejne niewiadome. Dwie z nich są gigantycznie niepokojące, bo nijak nie da się znaleźć na nie odpowiedzi, dopiero LIGO, czyli detektor fal grawitacyjnych, dał cień szansy na wyjaśnienie owych kwestii.

Te kwestie to ciemna energia - rzekoma siła, któa napędza ekspansję (rozszerzanie się Wszechświata), oraz ciemna materia - główny składnik budowy Wszechświata, procentowo znacznie przewyższająca udział zwykłej materii.

Naukowcy gryźli się z opisanymi wyżej pojęciami jak pies z czarnymi kotami. I to z dwoma! A my, małe fizyczne myszki, spijamy śmietankę i czytamy sobie o owych perypetiach.

Na początek wielka bomba. Alternatywa była potrzebna, bo teoria względności Einsteina nie uwzględniała ciemnej materii i energii, które, wiemy to prawie na pewno, brakuje jedynie bezpośrednich dowodów, istnieją; dlatego...

Co zrobili fizycy? Dodali sobie dodatkowy wymiar przestrzenny. A co! Nie wolno im? Im wolno, my mamy ubaw. Bo dodatkowy wymiar przestrzenny, proszę Państwa, to jest to, co Laicy i Tłukowie lubią najbardziej (link).

4. Słaba grawitacja i dodatkowy wymiar przestrzenny.

Istnieje teoria, która tłumaczy, dlaczego grawitacja jest tak słaba w porównaniu do trzech pozostałych sił fundamentalnych.

Niestety, teoria ta zakłada istnienie dodatkowego wymiaru przestrzennego, na co z kolei nie ma dowodów. Dlatego to tylko teoria ;) Ale jest świetna! Czyż cztery wymiary przestrzenne nie są super? Zawsze to lepiej, niż tylko trzy, bo więcej ;)

Grawitacja, rzekomo, jako jedyna siła ma możliwość przemieszczania się między trzema wymiarami kartezjańskiego układu współrzędnych (wyskość, szerokość i długość - (x,y,z)) a czwartym, hipotetycznym. Ona po prostu 'wycieka' do czwartego wymiaru!

Możemy ową sytuację porównać do czterech rzek. Płyną sobie równolegle, prosto przed siebie, rzeka obok rzeki. Jednak jedna z nich, nazwijmy ją Grawitazonką, ma odnogę, która płynie na lekko na ukos.

Trzy rzeki pozostałych sił fundamentalnych mają (załóżmy, dla uproszczenia) jednakowo silny nurt, ponieważ płyną prosto przed siebie, trzy równolegle do każdej. Jednakże Grawitazonka oddaje część nurtu w poboczny odpływ, który ma kierunek skośny do jej nurtu.

I, mimo że Grawitazonka płynie także równolegle, jej nurt jest znacznie osłabiony przez oddanie części pływu do nurtu pobocznego, tego skośnego. Skośnookiego, nazwijmy ją nawet Grawitangcy, nieważne. Ważne, że nurt grawitacji oddaje część swojej intensywności w inny wymiar.

Zauważcie, że istnieje świetna analogia do wymiarowości w tych trzech rzekach równoległych, równoległej Grawitangcyzonki i skośnego nurtu. One wszystkie, oprócz odnogi ostatniej rzeki, płyną w jednym wymiarze - długości. Ponieważ płyną prosto przed siebie! Tylko odnoga grawitacji porusza się w dodatkowym wymiarze - szerokości.

Grawitacja ma rzekomo te zdolność poruszania się w dodatkowym wymiarze przestrzennym, przez co jest słabsza niż pozostałe siły fundamentalne. To bardzo ciekawa hipoteza.

5. Kolizja gwiazd neutronowych i dalsze wnioski z obserwacji.

Panowie Holz i Fishbach z Uniwersytetu w Chicago postanowili przetestować teorię dodatkowego wymiaru przestrzennego i słabej grawitacji na bazie zderzenia gwiazd neutronowych i dwóch źródeł danych - detektora fal grawitacyjnych i konwencjonalnego teleskopu.

Fale grawitacyjne z LIGO to jedno źródło danych, fale elektromagnetyczne to całe spektrum fali elektromagnetycznej: fale gamma, promienie X (niestety, nie mają związku z X-men, czego osobiście bardzo żałuję ;)) fale radiowe, oraz zwykłe fale optyczne i podczerwone.

Poprzez porównanie obu źródeł danych można było wyliczyć, jak silne powinny być fale grawitacyjne, aby zgadzała się teoria o dodatkowym wymiarze przestrzennym i słabej grawitacji. A wszystko dzięki jednoczesnej detekcji fal elektromagnetycznych, które były podstawą do wyliczeń oczekiwanej intensywności fal grawitacyjnych...

No, i... wielkie rozczarowanie. Okazało się, że fale grawitacyjne były silniejsze, niż oczekiwano, a to oznacza, że upadła teoria o dodatkowym wymiarze przestrzennym i grawitacji 'wyciekającej' do niego. Słaba grawitacja nadal pozostaje zagadką.

Dlaczego można być pewnym? Ponieważ na długości 100 milionów lat świetlnych, jakie dzielą nas od zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, grawitacja musiałaby puścić farbę. To znaczy... =]

To za duża odległość, aby 'wyciek' do innych wymiarów nie mógłby zostać odkryty, jeśliby miał miejsce.

Wyobraźcie sobie dwie linie, na przykład linie boiska do piłki nożnej. Jedna linia boczna jest prosta, jak w mordę strzelił. Druga jest lekko krzywa, nie całkiem równoległa do drugiej... A teraz - w przypadku boiska do piłki nożnej ta 'nierównoległość' uszłaby płazem, bo boisko ma jakieś 100 metrów długości. Ale gdyby miało długość 100 kilometrów, dwie linie na pewno złączyłyby się i powstałoby... trójkątne boisko do piłki nożnej =]

Po prostu, im większa odległość, tym cecha bardziej wyraźna. Mały błąd przeistacza się w widoczną anomalię. Na krótkiej odległości jest niemal nie do wykrycia - grawitacja jest tak słaba, że za pomocą przyrządów pomiarowych na Ziemi nie jesteśmy, praktycznie, w stanie jej badać. Dość powiedzieć, że przy wyliczaniu efektów oddziaływań cząstek w LHC w Genewie jest pomijana! Dopiero w olbrzymiej skali, jaką dostarczyło LIGO i kolizja gwiazd neutronowych można było mówić o mierzalnych danych.

Niestety, przewidywania nie zostały potwierdzone. Grawitacja nadal jest zagadką. Do jej opisu muszą nam wystarczyć teorie Einsteina i Newtona.

I koniec =]. Zostajemy w trzech wymiarach przestrzennych i jednym czasowym.

I kropka.

A zabił leśniczy.

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

#29 RailGun, czyli 'Działo Kolejowe' =] Wakacyjnie!

0. Wstępniak bardzo mało naukowy.

Naszła mnie ochota na pisanie.

Mam labę od nauki, więc zaserwuję Wam coś lekkiego, ale pysznego jak koktajl bananowy. Mam nadzieję, że banan się pojawi na Waszych Laikowo-Naukowych Twarzach. Chcecie Banana? Nie? 

To dostaniecie =]

1. The Mthafuckin' RailGun.

Skąd wziąłem pomysł? Z gry Quake2!!! =D

To nie są żarty. Taka Broń istnieje naprawdę. Oczywiście w fazach testów. W 1999 roku, gdy ukazał się Quake 2, dam sobie głowę uciąć, że ta broń była już w planach wojska. Wiecie jak to jest. Tajne przez poufne, super secret, wojsko nas oszukuje, teorie spiskowe, wirujące UFO za oknem ;)

Zaczniemy od gry, a potem zaprezentuję prawdziwego RailGuna.

W Quake2 rilgun to po prostu taki karabin snajperski. zdejmuje 100HP, czyli właściwie, kiedy zostaniesz trafiony 'na golasa', bez żadnej zbroi, masz dzwona na gębę, zgon =]

Promień RailGuna leci w nieskończoność. Nie ma przybliżenia, więc, teoretycznie, można kogoś zdjąć z dowolnej odległości.

Zostawia po sobie bardzo ciekawie wyglądający ślad. Zobaczycie na fotosach =D

RailGun pojawił się także w Quake3 i QuakeLive, jednak został osłabiony, ze względu na zabójczą skuteczność. Powiadam Wam, oglądałem niesamowite prezentacje umiejętności pro graczy, robi wrażenie.

2. Bam! Teraz do Rzeczy. Prawdziwy RailGun.

Jest o niebo lepszy niż ten z gry. To prawdziwie Zabójcza Broń, nie 1, nie 2, (do 3 nie wolno zliczyć ;)), a 888 ;]

W iNecie i i w prasie informacje o RailGunie zalęgły się około roku 2016 [ mogę mieć niedokładne dane, no przecież. Komu udało się ściągnąć cały Internet ;) ]. Stosunkowo niedawno.

Ta broń znajduje sie w fazie testów. To działo Elektromagnetyczne. Broń eksperymentalna. Wiadomo na kogo. Na Ruskich i Koreańczyków, tych z Północy! Chyba. A może na Polskę? Za to, że chcemy wiz? ;)

RailGun został stworzony z myślą o US Navy. Umiejscowiony ma być na lotniskowcach, do zdejmowania celów ziemia [woda?] - powietrze. 

Pocisk RailGuna, któy jest relatywnie tani w produkcji, porusza się z prędkością Mach 8 (8x prędkość dźwięku, około 7,000 km/h). Do wystrzelenia tego pocisku nie potrzeba prochu, chemikaliów, czarów-marów, hokusów-pokusów, czy oczu ślimaka, łez żaby i psiego łoju, wymieszanych razem w podczas 1 kwadry Księżyca po nocy świętojańskiej. Potrzeba tylko i wyłącznie - pola elektromagnetycznego.

Pomysł jest taki:

Ładunki prądu elektrycznego po obu stronach tzw. 'Szyn'. Prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne. Oczywiście, płynący prąd elektryczny. Elektromagnetyzm. Ładunki pola elektrycznego znajdują się po obu stronach lufy.

RailGun zazywany jest także działem szynowym', bo pocisk porusza się po szynach, niczym 'The Freight Train coming your way' [ponglish rulz].

Wiemy jedno. Wirujące pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne. I odwrotnie.

Kiedy ładunki pola elektrycznego się nie poruszają, mamy do czynienie z polem elektrostatycznym.

Ale. Ale, ale, ale. Zawsze jest jakieś ale. Ruchome pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne i to napędza nasz pocisk! Nic szczególnego się nie dzieje, tyko siła elektromagnetyczna wypycha pocisk [ no, pociska zdrowo ten pocisk ;) ] do przodu.

Szyna-pocisk-szyna. Siłą elektrodynamiczna stara się rozsunąć szyny i wyrzucić pocisk. Szyny są twarde jak adamantium [pozdro Wolverine], więc cała energia idzie w pocisk.

3. Wisienka na torcie czyli -100hp.

Pocisk. Nie ma w nim żadnego ładunku wybuchowego. Nic! To nawet nie jest kapiszon. Wystarcza...  energia kinetyczna, czyli energia ruchu! 8x prędkość dźwięku. To tak, jak Maślana we Włatcach Móch zabił pana Saaito drewnianym mieczem. Ale samuraj! ;)

Pocisk waży 2kg, a energia rzędu 2 MJ [dwóch mega żuli, jeden kupuje bułkę, drugi denaturat, kładą się na torach i mają działo kolejowe. Działają panowie. Kierowniku... ;) ] wystarczałaby do niszczenia celów.

Pocisk. W momencie zderzenia z celem uwalniałby chmurę  kul, dewastując cel/ Putina, Kim-Ir-syna, Konfucjusza, Aleksandra Macedońskiego i cholera wie kogo. Prezydenta Burkina Faso?? Bez oszustw. Kto wie, jaka jest stolica Burkina Faso? Bez iNetu.

I tak wiem, że oszukacie =] Rozwiązanie zagadki na końcu popłuczyn nauki ;)

Zasięg Działa? 300 mil morskich [Pińcet kilometrów około]

Jedno ale - zasilanie... 15MW mocy. To dużo. Więcej, niż dużo. To jeden z problemów działa kinetycznego, problemów, któy uniemożliwia stosowanie go na Kim-Ir-Senach. I Lechach Wałęsach. Prezydentach Władców Galaktyki. Tyranów, którzy mają sny o potędze [A co tam, panie, w polityce? ;) ]

4. Wisienka zjedzona. Warto było.

Jeden strzał i marynarze nie mają światłą w kajutach. Czytają przy świeczce. Co? Oczywiście Fizykę dla Laika, czyli Naukę dla Tłuka.

Wagadugu! =]

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

#28 Słońce na Ziemi, czyli Zimna Fuzja

0. Wstępniak. Energetyczny!

Witam wszystkich darmozjadów. Tylko darmozjady mają czas na czytanie kosmicznych, wątpliwej przydatności nowinek, jakie, niemal już co dzień, serwuje 'Fizyka dla Laika czyli Nauka dla Tłuka'.

Chciałem tylko napomknąć, że na fejsie jest Nas już równo 160, a wyświetleń mamy ~6000. Powoli stajemy się potęgą Internetu, już niedługo, jak przewiduję, zasypiemy świat wirtualny naszymi bzdetami, a cały Net będzie myślał kwantowo, tak jak my. Oczywiście oznacza to zagładę ludzkości, bo kto będzie wtedy robił obiady, pracował w fabrykach, sprzedawał bułki w sklepie, karmił gołębie?

Ano nikt. I do tego właśnie dążę, ja, mój blog, do zapanowania...

Przepraszam, rozpędziłem się. I zdradziłem plan zawładnięcia światem. Nieważne ;)

Tak naprawdę chodzi mi o poszerzanie horyzontów myślowych. Abyście, Drodzy Tłukowie i Laicy, nie tyle wiedzieli wszystko o kwantach, fizyce relatywistycznej czy gwiazdach neutronowych, tylko o to, abyście wiedzieli, że istnieje także niesamowity świat oprócz tego, który widujemy na co dzień. Nie sposób stać się fizykiem tylko z czytania bloga, bo ja też do tego miana nie aspiruję - brakuje mi akademickiej wiedzy. Ale za to, mamy przyjemność z czytania o rzeczach kosmicznych, a, jak pewnie wiecie, to, co staje się pracą, obowiązkiem, przestaje być już tak atrakcyjne. 

Jednym słowem - chcę rozczapierzyć Wasze mózgi i wnieść iskierkę zainteresowania fizyką :) Która jest świetna, ale w formie pasji - być może studenci fizyki nie są już tak entuzjastycznie do niej nastawieni. Radość maleje odwrotnie proporcjonalnie do ilości egzaminów ;)

Dziś będzie o Zimnej Fuzji. To coś, co daje olbrzymią ilość energii, działa na takiej samej zasadzie jak Słońce - łączy atomy wodoru w hel. Wodoru mamy pod dostatkiem - np. w postaci wody w oceanach. Energii z fuzji powstaje więcej (oczywiście udziałem procentowym masa -> energia) niż w reaktorach atomowych - jest to proces bardziej wydajny niż rozszczepianie atomów.

A więc - do rzeczy.

1. Źródła energii jako takie. Czyli - czym się obecnie karmimy.

Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna lub pochodząca od wiatru, ma coraz większy udział w ogólnej produkcji światowej energii. To nie nowina, bo źródła klasyczne, takie jak elektrownie węglowe, wykorzystujące paliwa kopalne, są bardzo szkodlwie dla środowiska. Potrzebujemy alternatywy. Stąd wiatraki i panele słoneczne.

Dlatego, kiedy udało się skonstruować elektrownie atomowe, wszyscy oszaleli ze szczęścia. Energia atomowa posiada wiele zalet i przewag nawet nad odnawialnymi źródłami energii. Kiedy nie świeci Słońce i wiatr nie wieje, zawsze możemy sobie rozszczepić atom czy dwa, i - bum! Jest prąd ;) Jednakże do rozszczepiania atomów potrzebny sa rzadkie metale, takie jak uran. Cały proces zrzuca nam na barki problem składowania radioaktywnych odpadów - produktów ubocznych w elektrowniach atomowych. Jest także kwestia kontroli nad całym systemem, czasem dochodzi do tragedii - i są to Tragedie przez duże Te, jak w Czarnobylu lub, niedawno, w Fukushimie.

Innym źródłem energii jądrowej jest tak zwana Fuzja Jądrowa. Łączenie, zamiast rozszczepiania, i do tego wodoru, a nie rzadkich metali, to praktycznie nieograniczone źródło czystej, a tak potrzebnej ludzkości masy pomnożonej przez prędkość światła (słynne E=m c ^2 = energia!).

Fuzja zasila Słońce od miliardów lat. I co? Świeci dalej! Energia słoneczna leci do nas 8 minut, pokonuje około 150 milionów kilometrów i daje nam życiodajne zasilanie. Jednakże, pomimo wielu wysiłków, nie udało się jeszcze stworzyć zamiennika Słońca na Ziemi - elektrowni fuzyjnej.

Jest taki żart, wymyślony dawno temu: 'ludzkość dzieli od zimnej fuzji 50 lat, i zawsze będzie dzielić' :)

Jednakże, obecnie, mamy powody sądzić, że już niedługo uda się dopiąć swego. Komercyjna Zimna Fuzja jest już w zasięgu ręki. Jak to możliwe?

2. Dlaczego Fuzja i dlaczego Zimna.

Zimna Fuzja to, na razie, hipotetyczna metoda połączenia dwóch jąder atomowych, którą dałoby się uzyskać w temperaturze o wiele niższej niż w znanych dzisiaj reakcjach termojądrowych.

Aby zfuzjownować dwa jądra atomowe, należy pokonać siłę elektrostatyczną (odpychającą) protonów. Potrzebna jest do tego spora dawka energii. Kiedy dwa jądra są dostatecznie blisko, silne oddziaływania jądrowe (jedna z sił fundamentalnych) zaczynają dominować nad elektrostatyką. Jądra muszą zetknąć się powierzchniami. Takie akcje są obecnie uzyskiwane jedynie w LHC (akcelerator cząstek - Wielki Zderzacz Hadronów w CERNie, Genewa), albo właśnie w tokamakach, gdzie wytworzona plazma ma parametry podobne do materii słonecznej.

Do takiego procesu niezbędna jest energia rzędu milionów stopni Celsjusza. I dlatego, jeśli uda się dokonać fuzji w warunkach znacznie chłodniejszych, będzie nazywać się Zimną.

Zimna Fuzja przewyższa wydajnością spalanie węgla... milion razy! Syntezuje się deuter, trwały izotop wodoru. Co to jest izotop? To sytuacja, kiedy mamy dziewczynę o imieniu Iza. Iza idzie na basen, ale nie umie pływać i się topi. Izotop. Google! ;) W reakcji jako produkt uzyskuje się izotopy helu lub tryt - inny izotop wodoru. Nie powiem, co to jest izotop. Nie. Jesteśmy Laikami i Tłukami, a nie Leniwcami i Ślimakami.

Synteza deuteru zachodzi w Słońcu. Chcemy jej na Ziemi! Wtedy wszystkie problemy energetyczne znikną jak makiem zasiał, pies pogrzebany, baba z wozu, zającom lżej. Przysłowia mieszają mi się z radości, że być może wszyscy zostaniemy uratowani i nie będziemy musieli produkować napędu warp {([klik]}) , aby zamieszkać na innej planecie ;)

3. A tak, to możliwe... ;) ITER!

Jednym z najjaśniejszych źródeł nadziei na Zimną Fuzję na Ziemi to reaktor ITER w południowo-wschodniej Francji. Mówi się, że zacznie on produkować energię z fuzji już około 2040 roku.

Działanie ITER opiera si ę na tzw. 'tokamaku' - komorze próżniowej w kształcie torusa. Czyli pączka. Oponki, z dziurą w środku. Faworka już nie ;) Nie idźmy tym tropem, bo robię się głodny ;)

Jego konstrukcja osiągnęła już połowę drogi. Ma rozmiar około 20 metrów. Wyobraźcie sobie, ile czasu można by jeść takiego pączka! (jak tak dalej pójdzie, idę do sklepu. Albo zacznę produkować Tokamączki - 20 metrowe pączki ;))

Nadal istnieje wiele problemów inżynieryjnych związanych z ITER i jego w pełni wydajnym działaniem. Kłopotem jest m.in. to, jak zbudować ściany reaktora, które wytrzymałyby temperaturę obecną w tokamaku - 150 milionów stopni Celsjusza. To 10 razy goręcej, niż w środku Słońca.

Nadal nie rozwiązano także kwestii wytworzenia nadprzewodnikowych materiałów (czyli takich, które przewodzą prąd bez oporu elektrycznego; ciężka sprawa, mówię Wam. Ostatnio próbowałem stworzyć nadprzewodnik w piwnicy i wróciłem do domu z nową fryzurą ;) to żart, oczywiście ;)), które mogłyby wytworzyć potężne pole magnetyczne, potrzebne do utrzymania reakcji fuzji w jednym miejscu.

ITER to przedsięwzięcie międzynarodowe o budżecie > 14 miliardów dolców... Ale nie jest on jedynym projektem, który ma sprowadzić Słoneczko na Ziemię.

4. Inne Ziemskie Gwiazdki.

Jest parę innych reaktorów Zimnej Fuzji na planecie Ziemia, trochę mniejszych niż ITER, ale równie interesujących. Na przykład: Lockheed Martin (to firma od samolotów) w USA (ci dzielni, wszystkowiedzący i wszystkoumiejący amerykańscy naukowcy... ;)), General Fusion w Kanadzie (chyba nie ma nic wspólnego z wojskiem i generałami) i Tokamak Energy w Wielkiej Brytanii (żeby Brytole mieli na czym smażyć frytki i rybę ;)).

Facet od Tokamak Energy w UK - David Kingham - rzecze 'Naszym celem jest stworzenie sieci energetycznej opartej na fuzji do roku 2030'. Odważnie rzecze.

Oddział Skunk Works (skunksy...) z Lockheed Martin mówi z kolei (oczywiście - cały oddział mówi, jednym chórem ;)), że pracują nad reaktorem fuzyjnym, który używa cylindrycznych pól magnetycznych, aby uzyskać reakcję fuzyjną - zamiast pączkowatego reaktora fuzyjnego, tego w ITER.

Również, planuje się zastąpienie zwykłych reaktorów jądrowych w okrętach wojennych i łodziach podwodnych (w żółtych też, jak najbardziej) - oraz, uwaga, w ciężarówkach - żeby mogły dowozić energię tam, gdzie jest potrzebna. Taki kramik z energią na kółkach ;) 100 megawatowy reaktor, który mieści się na tyłach ciężarówki (na pewno tam, gdzie przeważnie śpi kierowca ;)), może dostarczyć energii wystarczającej dla 100,000 ludzi. Całe moje miasto miałoby prąd z jednego tira :)

Inne projekty z Zimną Fuzją na czele, jak Wendelstein 7-X w Niemczech, używają alternatywy dla tokamaków - tzw. stellaratory (gwiazdaki? ;))Na razie, podobnie jak ITER, niemiecki reaktor jest wspierany przez międzynarodowe konsorcjum i jest w fazie eksperymentalnej.

5. I tyle o naszych agregatach.

Nie wiadomo jeszcze, który z projektów wychyli się na czoło i osiągnie sukces, cel - produkcję taniej energii elektrycznej dla całych rzesz zgłodniałych prądu ludzi. Jeśliby zadziałał, rozwiązałby problemy energetyczne całej planety, przy okazji będąc przyjaznym środowisku.

Miejmy nadzieję, że pozostałe zmiany i wyzwania dla inżynierów są już tylko kwestią czasu - wszystko na to wskazuje.

I czy nie lepiej pompować dolce w rozwój takich technologii, zamiast w zbrojenia? Wielu śmieje się, że pieniądze na naukę przeznaczane z budżetu to jak krew w piach, idą na marne. Jednakże czym jest nowy model śmigłowca wobec rozwiązania problemu energii na całym świecie, na całe lata?
Ale chłopcy, jak to chłopcy. Wolą kupić pistolet i bawić się w żołnierzy, niż przyczyniać się do rozwoju cywilizacji ludzkiej. 'Fizyka dla Laika czyli Nauka dla Tłuka' apeluje, aby chłopcy pozostali ze swoimi pistoletami na podwórku ;) Inwestujmy raczej w kujonów ;)

Słyszałem kiedyś ciekawe zdanie: 'Dzień, w którym naukowcy staną się popularni tak samo, jak celebryci, będzie dniem zwycięstwa rodzaju ludzkiego'.

Trafiony, zatopiony. Pif-paf! ;)

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