Wrzesień 20 2019 07:12:02
Nawigacja
STRONA GŁÓWNA
WSZYSTKO
KONTAKT
LINKI
SZUKAJ

PROGRAMY
GALERIE
Fizyka-Filozofia
Stephen Hawking
NOBLIŚCI
FILOZOFIA
MECHANIKA KWANTOWA
APLETY
POMOCNE PREZENTACJE
Aktualnie online
Gości online: 1

Użytkowników online: 0

Łącznie użytkowników: 108
Najnowszy użytkownik: maciejk
ZADANIA

MATURA

MATURA EINSTEINA




PRAWIE WSZYSTKO O NEUTRINACH

ATLAS
EXPERIMENT


CERN
Informacja dla użytkownika

Ta strona używa plików cookies i innych technologii ułatwiających komunikację z serwerem. Pliki te nie są wykorzystywane przez właściciela strony do żadnych celów reklamowych lub marketingowych. Wymagane są wyłącznie do logowania się zarejestrowanych użytkowników. Jeżeli nie akceptujesz cookies możesz zmienić ustawienia swojej przeglądarki tutaj !

Einstein ratuje kota Schrödingera
Fizyka atomowa i jądrowaźródło - Nauka w Polsce




W świecie kwantowym cząstki mogą szaleć i być w więcej niż jednym miejscu na raz. Ale to, że podobnych szaleństw nie widzimy w skali makro, może być sprawką grawitacji. Ona może demaskować cząstki i zabraniać im kwantowych zabaw.
Niezwykłe związki między mechaniką kwantową i teorią względności ukazali fizycy z międzynarodowego zespołu, kierowanego przez Časlava Bruknera. Badania, których współautorką jest Polka, dr Magdalena Zych, ukazały się w czerwcu w prestiżowym czasopiśmie "Nature Physics”.

W POSZUKIWANIU TEORII WSZYSTKIEGO

Naukowcy w swoich badaniach zajęli się zjawiskami, które obejmują dwie teorie: mechanikę kwantową (opisującą świat cząstek elementarnych) i ogólną teorię względności (opisuje m.in. efekty dotyczące grawitacji i czasu). Połączenie tych dwóch wielkich teorii i pełne opisanie grawitacji kwantowej to jedno z większych wyzwań w fizyce. Wyniki zespołu są krokiem w stronę poznania zależności między mechaniką kwantową a grawitacją.

"Jeżeli chcemy przejść całą drogę od obecnego stanu fizyki eksperymentalnej, do momentu, w którym będziemy w stanie badać efekty kwantowej grawitacji, musimy najpierw zbadać reżim, w którym widoczne są i efekty mechaniki kwantowej, i ogólnej teorii względności. Taki reżim właśnie w swojej pracy opisujemy" - powiedziała w rozmowie z PAP dr Magdalena Zych, absolwentka Międzywydziałowych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych Uniwersytetu Łódzkiego, obecnie na stażu w australijskim Uniwersytecie w Queensland.

"Niewiele jest opisanych zjawisk, które łączą obie teorie, jedno z nich to promieniowanie czarnych dziur opisane przez Stephena Hawkinga" - zaznaczyła fizyk. Podkreśliła jednak, że efekt, który wspólnie z kolegami opisali, obserwowany mógłby być znacznie łatwiej, już w ziemskich warunkach i z cząstkami o niskich energiach. Zespół opracował teorię dotyczącą tego zjawiska.

UMRZEĆ - TEGO NIE ROBI SIĘ KOTU SCHRÖDINGERA

Aby zrozumieć, na czym polegają badania zespołu, trzeba wyjaśnić efekt zachodzący w świecie cząstek elementarnych - tzw. kwantową superpozycję. Gdyby świat był całkowicie klasyczny, każda cząstka byłaby zawsze w jakimś konkretnym położeniu. „Jeśli jednak cząstka jest w stanie superpozycji położenia A i B, możemy ją znaleźć i w A i w B — z pewnym prawdopodobieństwem" - powiedziała dr Zych. Superpozycja to nie jest jednak bycie w dwóch miejscach na raz. "To bardziej jak dodawanie kolorów niż jak bilokacja: jeśli połączę żółtą farbę z niebieską, powstanie farba w nowym kolorze, będzie zielona, a nie i żółta, i niebieska jednocześnie. Superpozycja to zupełnie nowy stan cząstki" — podkreśliła. Słynny jest eksperyment myślowy dotyczący superpozycji, z udziałem kota Schrödingera: jeśli mechanika kwantowa faktycznie opisuje przyrodę w każdej skali, możliwa jest sytuacja, w której kot będzie w superpozycji bycia żywym i martwym. „To obrazuje, jak odmienny byłby nasz świat, gdybyśmy mogli na co dzień obserwować dowolne efekty kwantowe” – zaznaczyła fizyk.

"I tu rodzi się pytanie: dlaczego takich efektów nie obserwujemy na co dzień? Często przecież obserwujemy koty żywe, rzadziej - martwe, ale nigdy nie obserwujemy kotów w superpozycji. A o cząstkach, które są w superpozycji – wiemy jedynie dzięki specjalnie zaaranżowanym eksperymentom, i to z cząstkami składającymi się z co najwyżej kilku tysięcy atomów” - stwierdziła dr Zych.

Okazuje się bowiem, że jeśli informacja o stanie cząstki wycieknie do otoczenia, superpozycja znika, a układ przyjmuje stan zgodny z naszym codziennym doświadczeniem. Cząstki bowiem „nie chcą” być zaobserwowane w superpozycji. Dr Zych przyznała, że chociaż dużo już wiadomo na temat tego, jak np. oddziaływania elektromagnetyczne przyczyniają się do degradacji kwantowych superpozycji, fizycy wciąż badają, dlaczego właściwe stany superpozycji są takie delikatne, a stany z dobrze określonym położeniem - już mniej, i mogą przetrwać w skali makroskopowej, np. w obiektach wielkości kota.

PRZYZIEMNI STARZEJĄ SIĘ WOLNIEJ

"My spojrzeliśmy na problem od innej strony. Badaliśmy, jak z mechaniką kwantową łączy się tzw. dylatacja czasu uwzględniona w ogólnej teorii względności" - stwierdziła.

Wyjaśniła, że według ogólnej teorii względności Alberta Einsteina grawitacja jest efektem tego, że masy powodują zakrzywienie czasoprzestrzeni. "Tu pomoże analogia z rozpięta membraną. Jeśli położy się na niej ciężką kulę, membrana się ugnie, a inne obiekty umieszczone na membranie będą zakrzywiać swoje tory ruchu w stronę kuli. Podobnie grawitacja powoduje zakrzywienie czasoprzestrzeni, a więc i czasu" - powiedziała fizyk. Dodała, że w konsekwencji czas płynie wolniej w pobliżu dużej masy niż z dala od niej – to właśnie jest efekt zwany grawitacyjną dylatacją czasu. "Lepiej więc mieszkać na parterze niż na ostatnim piętrze wieżowca, bo gdy jesteśmy bliżej Ziemi starzejemy się wolniej" - zażartowała badaczka. Dodała jednak, że to są różnice rzędu kilkunastu nanosekund w skali roku.

CZASY SIĘ ZMIENIAJĄ. POZYCJE TEŻ

W swoich wcześniejszych badaniach (opublikowanych w czasopiśmie „Nature Communications”) dr Zych i koledzy postawili sobie pytanie: co stanie, jeśli w superpozycji znajdzie się cząstka "z zegarkiem", np. atom którego stan energetyczny oscyluje w czasie i jeśli taki atom będzie w superpozycji w różnych odległościach od masy - np. na różnych wysokościach nad Ziemią. W skutek grawitacyjnej dylatacji czasu „zegarek” zdradziłby położenie cząstki. A superpozycje utrzymują się tylko wtedy, kiedy nie ma żadnej możliwości, aby poznać, gdzie była cząstka. „Pokazaliśmy, że im bardziej >>zegarek<< może zdradzić cząstkę, tym bardziej superpozycja niknie...” – opowiedziała badaczka.

Najnowsza praca rozszerza te badania w zaskakującym kierunku: zajmuje się efektami dylatacji czasu dla cząstek, które nie mają wewnętrznych „zegarków". "Wydawałoby się, że dylatacja czasu nie powinna tam prowadzić do żadnych nowych efektów. Ale tak nie jest" - opowiada naukowiec.

Fizycy badali, co dzieje się w całych strukturach cząstek takich jak molekuły lub jeszcze większe, makroskopowe obiekty. "Tam atomy nie siedzą spokojnie. Wibrują. A im większa jest temperatura obiektu, tym te wibracje są szybsze. Nie zmierzymy czasu za pomocą tych wibracji, czyli za pomocą temperatury, ale fakt, że te wibracje występują i że dylatacja czasu działa na nie tak, jak i na każdy inny proces w przyrodzie, sprawia, że cząstka zaczyna się zachowywać w sposób klasyczny" - przyznała i dodała: "Z im większej liczby cząstek zbudowany jest obiekt i im wyższą ma temperaturę, tym dylatacja czasu szybciej jest w stanie zdegradować superpozycję".

Przyznała, że w temperaturze pokojowej już w przypadku obiektu ważącego jeden gram, superpozycja z różnicą wysokości 1 mm przetrwa zaledwie jedną mikrosekundę: „To było dla nas najbardziej zaskakujące - że już tak słaba grawitacja, jak ta na Ziemi, może powodować tak znaczący efekt” – dodała.

Prace zespołu rzucają nowe światło na reżim, gdzie mechanika kwantowa spotyka się z ogólną teorią względności.

"Jesteśmy w kontakcie z grupami, które są zainteresowane realizacją eksperymentów, których teorię opisaliśmy" - zaznaczyła badaczka i przyznała, że jeśli taki eksperyment uda się wykonać, będzie to krok milowy dla fizyki eksperymentalnej. Żadnej grupie nie udało się jeszcze przetestować reżimu, gdzie rolę grają zarówno mechanika kwantowa jak i teoria grawitacji Einsteina.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala





Komentarze
Brak dodanych komentarzy. Może czas dodać swój?
Dodaj komentarz
Zaloguj się, aby móc dodać komentarz.
Oceny
Tylko zarejestrowani użytkownicy mogą oceniać zawartość strony

Zaloguj się lub zarejestruj, żeby móc zagłosować.

Brak ocen. Może czas dodać swoją?
SKALA KOSMOSU
Logowanie
Nazwa użytkownika

Hasło



Nie masz jeszcze konta?
Zarejestruj się

Nie możesz się zalogować?
Poproś o nowe hasło
SONDA
NA CZASIE



ZAJRZYJ TUTAJ...

LAUREACI NAGRODY NOBLA
HYPERPHYSICS
E-FIZYKA
POMOCNE PREZENTACJE
NewTimes.pl
Na niebie...



GŁOGOWSKI INFORMATOR KOSMICZNY

CO WIDAĆ W GŁOGOWIE?

OBSERWATORIUM
II LO W GŁOGOWIE






PRAWIE WSZYSTKO O NEUTRINACH

PRZYGODA Z CZĄSTKAMI

ATLAS
EXPERIMENT


CERN
Copyright Roman Bochanysz © 2008-2015