nauki ścisłe
Autor: Tim Folger | dodano: 2018-07-30
Przekraczanie kwantowej granicy

 Ilustracja Maria Corte

Świat mechaniki kwantowej jest dziwny i probabilistyczny, podczas gdy w naszej rzeczywistości zdarzenia są dobrze określone. Nowe eksperymenty mają pomóc odkryć, gdzie i dlaczego pojawia się granica dzieląca obydwa te światy

Większość przyrządów, które powstają w laboratorium simona gröblachera w Technische Univesiteit Delft w Holandii, jest zbyt mała, aby podziwiać je gołym okiem. Jeden z nich ma długość zaledwie kilku milionowych metra, niewiele więcej niż bakteria, i grubość 250 nm, czyli jest tysiąc razy cieńszy niż kartka papieru. Bez wątpienia Gröblacher mógłby wykonywać jeszcze mniejsze instrumenty, ale nie to jest jego celem: wolałby raczej, aby były one jak największe. „W rzeczywistości nasze struktury są naprawdę bardzo, bardzo duże” – przekonuje, ilustrując swoje słowa obrazami na monitorze komputerowym. Trzeba jednak pamiętać, że dla Gröblachera, fizyka doświadczalnego, coś „bardzo, bardzo dużego” to obiekt ledwo dostrzegalny bez mikroskopu, mniej więcej o „o rozmiarach milimetr na milimetr”.

Dzięki eksperymentom w tej skali, Gröblacher chciałby uzyskać odpowiedź na niezwykłe pytanie: Czy obiekt makroskopowy może znajdować się równocześnie w dwóch różnych miejscach? Czy cokolwiek o rozmiarach główki od szpilki może być w tym samym czasie tu i gdzie indziej? To, co nam wydaje się niemożliwe, jest stanem normalnym w świecie atomów, fotonów i innych cząstek. Zgodnie z surrealistycznymi prawami mechaniki kwantowej zjawiska w najmniejszej skali są sprzeczne z naszymi zdroworozsądkowymi oczekiwaniami: cząstki nie mają określonego położenia, energii ani innych właściwości, przynajmniej tak długo, dopóki nikt na nie nie patrzy. Istnieją równocześnie w wielu różnych stanach.

Jednak z przyczyn, których fizycy nie rozumieją, rzeczywistość, którą widzimy, jest inna. Nasz świat, nawet te jego obszary, których nie możemy obserwować, są zdecydowanie niekwantowe. Naprawdę duże obiekty, o rozmiarach porównywalnych z wirusami lub od nich większe, zawsze widzimy w jednym i tylko w jednym położeniu – jest tylko jeden Gröblacher, który rozmawia z niewyspanym dziennikarzem, zmęczonym wielogodzinną podróżą do laboratorium w Delft. W tym tkwi tajemnica. Dlaczego my nie doświadczamy kwantowej natury świata, skoro nasze otoczenie tworzą cząstki kwantowe? Gdzie leży granica rozdzielająca świat kwantowy i tzw. klasyczną fizykę newtonowską? Czy jest to dobrze zdefiniowana granica, poza którą wszystkie zjawiska kwantowe po prostu znikają? Czy może mechanika kwantowa obowiązuje wszędzie, a tylko my jesteśmy na nią ślepi?

„Wiemy, że mikroświat jest kwantowy, a my z tego czy innego powodu jesteśmy klasyczni, cokolwiek przez to rozumieć – wyjaśnia Angelo Bassi, fizyk teoretyk z Università degli Studi di Trieste w Włoszech. – Jesteśmy ignorantami, jeżeli chodzi o prawdziwą naturę materii pomiędzy mikro- i makroświatem.” Ta ziemia niczyja wprawia w zakłopotanie fizyków od samych początków fizyki kwantowej, czyli mniej więcej od 100 lat. Jednak w ostatnim czasie Gröblacher i inni fizycy zaczęli prowadzić niezmiernie czułe eksperymenty, które pewnego dnia być może wyjaśnią, jak obiekty zmieniają swoje właściwości z kwantowych na te dla nas zwyczajne. Na razie nikt nie potrafi przewidzieć, czy te prace pozwolą rozwikłać tajemnice teorii kwantowej, czy wręcz przeciwnie, tylko je pogłębią. Jednak w poznawaniu granic teorii kwantowej badacze upatrują szansę odkrycia zupełnie nowych obszarów fizyki.

 

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 08/2018 »
Drukuj »
Komentarze
Dodany przez: Klient74789 | 2018-11-13
Do tej pory fizycy jądrowi niskich energii nie uwzględniali tunelowania. Uwzględnienie tego zjawiska daje nowy wgląd w nano-mikro-świat. Tunelowanie zmienia też opis reakcji jądrowych i generuje nietermodynamiczną strzałkę czasu. Teorie oparte o symetrie stają się tylko pewnym przybliżeniem po uśrednieniu w czasie.
Aktualne numery
09/2019
10/2018 - specjalny
Kalendarium
Październik
16
W 1978 r. Wanda Rutkiewicz jako trzecia kobieta na świecie oraz pierwsza Europejka weszła na szczyt Mount Everestu (8848 m n.p.m.)
Warto przeczytać
14 września 2015 roku zaczęła się era nowej astronomii, która przez najbliższe stulecia kształtować będzie naszą wizję świata, opartą na obserwacji nie światła, lecz fal grawitacyjnych emitowanych przez ruchy i drgania ciał niebieskich.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Tim Folger | dodano: 2018-07-30
Przekraczanie kwantowej granicy

 Ilustracja Maria Corte

Świat mechaniki kwantowej jest dziwny i probabilistyczny, podczas gdy w naszej rzeczywistości zdarzenia są dobrze określone. Nowe eksperymenty mają pomóc odkryć, gdzie i dlaczego pojawia się granica dzieląca obydwa te światy

Większość przyrządów, które powstają w laboratorium simona gröblachera w Technische Univesiteit Delft w Holandii, jest zbyt mała, aby podziwiać je gołym okiem. Jeden z nich ma długość zaledwie kilku milionowych metra, niewiele więcej niż bakteria, i grubość 250 nm, czyli jest tysiąc razy cieńszy niż kartka papieru. Bez wątpienia Gröblacher mógłby wykonywać jeszcze mniejsze instrumenty, ale nie to jest jego celem: wolałby raczej, aby były one jak największe. „W rzeczywistości nasze struktury są naprawdę bardzo, bardzo duże” – przekonuje, ilustrując swoje słowa obrazami na monitorze komputerowym. Trzeba jednak pamiętać, że dla Gröblachera, fizyka doświadczalnego, coś „bardzo, bardzo dużego” to obiekt ledwo dostrzegalny bez mikroskopu, mniej więcej o „o rozmiarach milimetr na milimetr”.

Dzięki eksperymentom w tej skali, Gröblacher chciałby uzyskać odpowiedź na niezwykłe pytanie: Czy obiekt makroskopowy może znajdować się równocześnie w dwóch różnych miejscach? Czy cokolwiek o rozmiarach główki od szpilki może być w tym samym czasie tu i gdzie indziej? To, co nam wydaje się niemożliwe, jest stanem normalnym w świecie atomów, fotonów i innych cząstek. Zgodnie z surrealistycznymi prawami mechaniki kwantowej zjawiska w najmniejszej skali są sprzeczne z naszymi zdroworozsądkowymi oczekiwaniami: cząstki nie mają określonego położenia, energii ani innych właściwości, przynajmniej tak długo, dopóki nikt na nie nie patrzy. Istnieją równocześnie w wielu różnych stanach.

Jednak z przyczyn, których fizycy nie rozumieją, rzeczywistość, którą widzimy, jest inna. Nasz świat, nawet te jego obszary, których nie możemy obserwować, są zdecydowanie niekwantowe. Naprawdę duże obiekty, o rozmiarach porównywalnych z wirusami lub od nich większe, zawsze widzimy w jednym i tylko w jednym położeniu – jest tylko jeden Gröblacher, który rozmawia z niewyspanym dziennikarzem, zmęczonym wielogodzinną podróżą do laboratorium w Delft. W tym tkwi tajemnica. Dlaczego my nie doświadczamy kwantowej natury świata, skoro nasze otoczenie tworzą cząstki kwantowe? Gdzie leży granica rozdzielająca świat kwantowy i tzw. klasyczną fizykę newtonowską? Czy jest to dobrze zdefiniowana granica, poza którą wszystkie zjawiska kwantowe po prostu znikają? Czy może mechanika kwantowa obowiązuje wszędzie, a tylko my jesteśmy na nią ślepi?

„Wiemy, że mikroświat jest kwantowy, a my z tego czy innego powodu jesteśmy klasyczni, cokolwiek przez to rozumieć – wyjaśnia Angelo Bassi, fizyk teoretyk z Università degli Studi di Trieste w Włoszech. – Jesteśmy ignorantami, jeżeli chodzi o prawdziwą naturę materii pomiędzy mikro- i makroświatem.” Ta ziemia niczyja wprawia w zakłopotanie fizyków od samych początków fizyki kwantowej, czyli mniej więcej od 100 lat. Jednak w ostatnim czasie Gröblacher i inni fizycy zaczęli prowadzić niezmiernie czułe eksperymenty, które pewnego dnia być może wyjaśnią, jak obiekty zmieniają swoje właściwości z kwantowych na te dla nas zwyczajne. Na razie nikt nie potrafi przewidzieć, czy te prace pozwolą rozwikłać tajemnice teorii kwantowej, czy wręcz przeciwnie, tylko je pogłębią. Jednak w poznawaniu granic teorii kwantowej badacze upatrują szansę odkrycia zupełnie nowych obszarów fizyki.