Po co zrzucać kapsułę zawierającą chmurę atomów rubidu, zestaw laserów i pułapkę magnetyczną w dół 110-metrowego szybu? Odpowiedź: by sprawdzić fundament słynnej teorii Alberta Einsteina! Od niemal stu lat fizyka cierpi na coś w rodzaju rozdwojenia jaźni. Współcześnie opiera się bowiem na dwóch bardzo solidnych, ale wzajemnie niekompatybilnych fundamentach: ogólnej teorii względności oraz mechanice kwantowej. Można [...]
Po co zrzucać kapsułę zawierającą chmurę atomów rubidu, zestaw laserów i pułapkę magnetyczną w dół 110-metrowego szybu? Odpowiedź: by sprawdzić fundament słynnej teorii Alberta Einsteina!
Od niemal stu lat fizyka cierpi na coś w rodzaju rozdwojenia jaźni. Współcześnie opiera się bowiem na dwóch bardzo solidnych, ale wzajemnie niekompatybilnych fundamentach: ogólnej teorii względności oraz mechanice kwantowej. Można powiedzieć, że pierwsza z nich bezbłędnie radzi sobie z opisem Wszechświata w skali makro (włącznie z Wszechświatem jako całością), podczas gdy druga doskonale odzwierciedla skalę mikro – w tym własności podstawowych składników materii.
Już sam Einstein, a po nim kolejne generacje fizyków próbowali i wciąż próbują połączyć te dwie zwaśnione teorie w jedną spójną strukturę teoretyczną. Jak dotąd ten ambitny projekt nie został uwieńczony sukcesem, co w dużej mierze spowodowane jest brakiem danych eksperymentalnych. O ile bowiem każda z dwu wspomnianych powyżej teorii zwycięsko przechodzi kolejne testy w opisywanych przez siebie skalach Wszechświata, o tyle trudno jest przeprowadzić dobre doświadczenie na pograniczu tych skal. Mowa tu o układach rozmiarów milimetrowych, w których zarówno zjawiska kwantowe, jak i relatywistyczne (tj. opisywane przez teorię względności) są praktycznie niezauważalne.
Od 15 lat naukowcy są jednak w stanie tworzyć taki układ fizyczny, który mimo swoich makroskopowych rozmiarów wciąż przejawia niezwykłe kwantowomechaniczne właściwości. Mowa tu o tzw. BEC, czyli kondensacie Bosego-Einsteina (wym. bozego-ajnsztajna). Kondensat ten można wyobrażać sobie jako gaz, którego cząstki ulegają tak silnemu kwantowemu rozmyciu, iż w ogóle przestaje być sensowne mówienie o poszczególnych cząstkach – układ stanowi pojedynczą falę materii.
Tworzenie i badanie tego układu wymaga niestety wiele zachodu. Przeważnie polega to na wzięciu zwykłego gazu atomowego (np. rubidu-87), uwięzieniu go w pułapce magnetycznej i schłodzeniu – np. za pomocą lasera – do ultraniskich temperatur (w wyższych efekty kwantowe przegrywają z chaotycznymi ruchami termicznymi). Potem pułapka jest wyłączana, a kondensat po rozdęciu się do milimetrowych rozmiarów chmurki jest poddawany laserowym pomiarom. Nic dziwnego, że potrzebna jest tu zaawansowana aparatura rozłożona na stabilnym, laboratoryjnym stole.
No, z tym stołem to już nieaktualne. Ostatnio uczonym z Uniwersytetu w Hanowerze (Niemcy) udało się zapakować cały opisany w poprzednim akapicie zestaw doświadczalno-pomiarowy do specjalnej kapsuły, w której BEC jest otrzymywany i badany podczas 4,7-sekundowego spadku w dół 110-metrowego szybu. Na koniec kapsuła ląduje bezpiecznie w głębokim na 8 metrów zbiorniku wypełnionym styropianowymi kuleczkami. Dostępny jest krótki materiał filmowy z przebiegu eksperymentu.
Można spytać: “No dobrze, ale co tu ma do rzeczy ogólna teoria względności?”. Otóż ma – i idzie tu nawet o kwestie zasadnicze. Słynna teoria Einsteina opiera się bowiem na tzw. zasadzie równoważności, która stanowi, że siła grawitacji jest lokalnie nieodróżnialna od sił bezwładności. Mówiąc obrazowo, dla człowieka w spadającej (i nieprzeźroczystej) windzie nie istnieje sposób, aby dowiedział się, czy spada, czy po prostu grawitacja się “wyłączyła” (pomijamy tu końcowe uderzenie o grunt jako potencjalne źródło wiedzy).
Choć zasada ta wydaje się (?) rozsądna, to wciąż nie wiadomo, czy podlegają jej także układy kwantowe. To właśnie niemiecki kondensat, postawiony w sytuacji nieszczęśnika z poprzedniego akapitu, ma pozwolić ustalić to raz na zawsze. Jeśli zasada okaże się spełniona, podpowie to sposób na rozszerzenie mechaniki kwantowej o efekty relatywistyczne. Jeśli nie, wskaże to miejsca, w których trzeba poprawić Einsteina. W obu przypadkach, dostarczy to tak potrzebnych empirycznych wskazówek dla teoretyków poszukujących głębszego, jednolitego opisu rzeczywistości.
Źródło: gadzetomania.pl
Pobierz ebook "Social media marketing dla firm i agencje się w nim specjalizujące"
Zaloguj się, a jeśli nie masz jeszcze konta w Interaktywnie.com - możesz się zarejestrować albo zalogować przez Facebooka.
1stplace.pl to profesjonalna agencja SEO/SEM, specjalizująca się w szeroko pojętym marketingu internetowym. Firma oferuje …
Zobacz profil w katalogu firm
»
Projektujemy i wdrażamy strony internetowe - m.in. sklepy, landing page, firmowe. Świadczymy usługi związane …
Zobacz profil w katalogu firm
»
W 1999 roku stworzyliśmy jedną z pierwszych firm hostingowych w Polsce. Od tego czasu …
Zobacz profil w katalogu firm
»
Pomagamy markom odnosić sukces w Internecie. Specjalizujemy się w pozycjonowaniu stron, performance marketingu, social …
Zobacz profil w katalogu firm
»
Pozycjonujemy się jako alternatywa dla agencji sieciowych, oferując konkurencyjną jakość, niższe koszty i większą …
Zobacz profil w katalogu firm
»
\"Jeśli zasada okaże się spełniona, podpowie to sposób na \'rozszerzenie mechaniki kwantowej o efekty relatywistyczne\' \" Autor tego artykułu trochę się pogubił. Mechanika kwantowa już zawiera w sobie poprawkę relatywistyczną. Nie trzeba jej tu zmieniać - równanie Diraca uwzględnia efekty relatywistyczne i wpływ spinu. Tylko równanie Schrödingera nie uwzględnia takich efektów, a nie cała mechanika kwantowa. Jedyne, o co można by było rozszerzyć ją, to o grawitację. W wydaniu OTW oczywiście.