Premii Nobel 2012: Fizica   2 comments

Francezul Serge Haroche, reprezentand „Collège de France/ École Normale Superieure” din Paris, Franţa, si americanul David J. Wineland reprezentand „National Institute of Standards and Technology (NIST)/ University of Colorado Boulder”,  USA – ambii în vârstă de 68 de ani – sunt laureatii pe 2012 ai Premiului Nobel, pentru dezvoltarea unor metode revolutionare care permit masurarea si manipularea sistemelor cuantice individuale.

Principiul experimentului Wineland

Si acum, haideti sa deslusim un pic ce va sa insemne asta:

– primul lucru de subliniat este ca vorbim de misterioasa lume cuantica – adica de structura intima a Lumii, a Universului. Universul in care traim, care este construit ca un joc de Lego din niste piese infinitezimale ale caror comportamente sunt inca putin cunoscute ! Se pare ca TOTUL este construit din piese discrete, chiar si spatiul-timp – desi el pare continuu la scara noastra de observatie !

principala problema in studierea lumii cuantice este dimensiunea infinitezimala a caramizilor componente, caramizi despre care s-a stabilit ca au simultan caracteristici de corpuscul si de unda – fara sa fie de fapt nici una nici alta in termenii fizicii clasice. Pentru a putea masura fenomenele cuantice este nevoie de un instrument – numai ca instrumentul (oricare ar fi el, fie si ochiul uman) este format la randul lui din colectii de particule cuantice care vor interfera inevitabil cu fenomenul cuantic studiat ! Aceasta este problema pe care au reusit sa o depaseasca in mare masura cei doi premianti Nobel !

– ca lucrurile sa fie si mai complicate, se adauga strania caracteristica a particulelor cuantice de a se afla in mai multe stari simultan (superpozitie cuantica – vibratie intre stari), situatie in care fizicienii evalueaza fenomenele cuantice utilizand probabilitati. Chestiunea asta este foarte greu de transpus in acceptiunea curenta a realitatii tangibile cu care suntem obisnuiti, iar un exemplul celebru este Pisica lui Schroedinger – care vibreaza si ea intre doua stari posibile, fiind in acelasi timp vie si moarta, iar daca deschidem cutia sa o observam producem asa-numitul colaps al functiei de unda (si a probabilitatii corespunzatoare), interferand cu procesul cuantic observat. Evitarea acestui efect nedorit a fost preocuparea celor doi fizicieni amintiti.

Foarte pe scurt, iata care sunt principiile tehnicilor pe care le-au utilizat cei doi fizicieni pentru a masura caracteristicile unor particule de dimensiuni cuantice fara a le perturba:

Principiul experimentului Haroche

 1.Wineland a capturat ioni de beriliu intr-o capcana electromagnetica , asigurand conditii de vid si temperaturi apropiate de zero absolut (prag imposibil de atins, atunci chiar si vibratiile particulelor inceteaza). Utilizand fascicule laser de mare precizie pentru a suprima vibratia termica a ionilor, echipa lui Wineland a adus particulele fix intre doua stari energetice, in superpozitie/suprapunere cuantica (probabilitati egale de a ocupa cele doua stari energetice), efectuand masuratori asupra acestora fara a le deranja starea cuantica.

Cu metoda folosită de Wineland s-ar putea construi un ceas extrem de precis, folosind oscilatia a 2 atomi capturati in capcana pusa la punct de cercetatorul american; unul dintre ioni ar fi folosit ca mecanism de ceas iar celalalt, prin cuplaj cuantic, ar fi folosit ca cititor al ceasului. Acest orologiu cuantic s-ar abate cu doar 5 secunde in masurarea timpului scurs de la Big Bang pana astazi, fiind de o suta de ori mai precis decat ceasurile cu cesiu pe care le folosim la ora actuala.

Masurarea ultraprecisa a timpului nu este un moft, ci are aplicatii extrem de importante in determinarea caracteristicilor spatiului-timp, cum sunt de pilda efectele relativiste si undele gravitationale – ultimele inca nedepistate experimental.

2. Haroche si echipa sa au capturat fotoni intre doua super-oglinzi de niobiu supraracite pana in apropiere de zero absolut. Fotonii au suferit reflexii repetate timp de o zecime de secunda (record absolut) inainte de a fi pierduti sau absorbiti de materialul oglinzilor, timp in care parcurg 40.000 de km ! Aceasta „gaselnita” tehnologica ofera timpul necesar cercetatorilor pentru a masura caracteristicile fotonului, utilizand ca „traductor” atomi de un tip special (atomi Rydberg) cu stare cuantica cunoscuta. In situatia in care acestia s-au ciocnit cu fotonul, se produce o modificare in starea cuantica a atomului, deci pot fi masurate caracteristicile fotonului fara a-l distruge, asa cum se intampla in multe din experimentele cuantice anterioare.

Una din cele mai importante aplicatii ale experimentelor lui Haroche ar putea fi perfectionarea promitatorului computer cuantic – o sa dezvolt ideea in alt post, dar cel mai important este ca deschide poarta masuratorii obscurelor fenomene cuantice.

In incheiere, as vrea sa-mi manifest satisfactia ca experimentele celor doi cercetatori mi-au confirmat o impresie personala – interferentele care produc colapsul functiei de unda (iesirea din superpozitie) sunt de natura fizica si n-au nimic ezoteric, cum vehiculau diversi exaltati pe unele forumuri. A bantuit o vreme ideea caraghioasa ca cica „constiinta” observatorului uman ar produce colapsul functiei de unda – mai fratilor, „constiinta” asta nu este ceva absolut, este doar o proiectie a functiilor creierului uman, iar noi suntem doar o biata creatura primitiva locuind o stanca pierduta intr-o periferie a Universului !

Anunțuri

2 responses to “Premii Nobel 2012: Fizica

Subscribe to comments with RSS.

  1. Interesant expozeul tau, in parte argumentat stiintific, in parte intuit doar. E interesant, de asemenea, ca pui accent pe faptul ca fenomenele din Univers sunt guvernate de legitati si nu de “ratiuni” si mai adaugi urmatoarele: „iar daca vorbim de un Univers de dimensiuni subatomice, trebuie sa-i aplicam legile mecanicii cuantice ! Aici nimic nu este intuitiv, de pilda particulele subatomice apar si dispar fara vreo cauza aparenta iar echilibrele au baze statistice. Exact acesta este efectul care ne permite sa afirmam ca UNIVERSUL A APARUT DIN “NIMIC”, dintr-o fluctuatie cuantica, iar TIMPUL SI SPATIUL (asa cum le percepem noi) AU FOST INITIATE LA MOMENTUL BIG-BANG !”

    Desi constructia ta logica pare „continua”, totusi, o analiza la nivel mai „cuantic” arata ca e de fapt formata din pachetele care la un moment dat nu sunt legate logic si prezinta o versiune reductionista a realitatii sau cel putin a capacitatii mintii umane de a rationa. Sau poate ca explicatiile tale raman la un nivel mai simplist, tocmai pentru a proteja aceasta construcite logica.

    Fii atent:

    – Incluzi in „Nimic” particulele subatomice, care de fapt sunt „ceva” ce se supune acelor legitati de care vorbesti. Particulele subatomice inseamna existenta atomilor iar o fluctuatie cuantica este este o reactie asupra a „ceva ce exista” si e ceva „ce exista in sine”. E o contradictie in termeni – ceva ce exista nu e nimic, ci e cu mult mai mult decat nimic, e „existenta”. Prezumi faptul ca particulele subatomice sunt un dat dintotdeauna, chiar din momentul existentei nimicului. Nimicul a existat (sau mai bine zis n-a existat, nimicul nu poate „exista”, pentru ca ce nu exista nu poate exista), evident, inainte ca ceva sa existe, inainte de existenta continuumului spatiu-timp. Evident, nimicul este atemporal si nu contine nici macar „legitatile” de care vorbesti, legitati care guverneaza ceva… existent. Nimicul nu poate fi guvernat de legitati, el e lipsit de orice. Asadar, cineva a introdus legitatile in interiorul nimicului pentru a genera o schimbare? Cine sa fi adus o fluctuatie cuantica si mai ales cine sa fi adus particula cunatica asupra careia fluectuatia cuantica sa-si produca efectul?… cin’sa fie, cin’sa fie ?

    – pe de alta parte, legitatile pe care le cunoastem noi pana in prezent asigura un echilibru, sau mai degraba o evolutie a universului pe care-l stim. Crezi ca pot exista universuri care se supun unor legitati diferite? Ok, stiu ca poti! Prin urmare, universul despre care vorbesti este doar unul dintre cele multe, care se pot supune unor legitati diferite, care-i asigura evolutia (in sensul expansiunii sau dimpotriva). In acest concept, universul nostru este doar unul dintre ele, cine stie al catulea, cu legi diferite de ale oricarui altuia. Oare cine sa poata fixa aceste legi prorii, diferite? cin’sa fie, cin’sa fie ?

    – In final, crezi ca Nimicul, pe care il aduci in discutie pentru a elimina relatia de cauzalitate intre fenomene exista in acest moment pe undeva pe la marginile
    universului, tocmai pentru a permite universului sa se extinda? Raspunde cu „DA”, pentru ca altfel va trebui sa raspunzi la intrebarea „Este universul nostru infinit?” si n-ai vrea sa dai raspunsul la intrebarea ce este infinitul… Dar daca raspunzi cu „DA”, accepti faptul ca Nimicul este lipsit de orice – fara fluctuatii cuantice si fara particule cuantice, ceea ce inseamna ca exista o forta care le guverneaza pe toate, inclusiv Nimicul, si care a generat fluctuatia cuantica originara, intr-un ciclu continuu de Nimicuri si Universuri cu legitati, de ce nu, diferite.

    – si, in plus, daca vrei sa-mi povestesti despre fotonii captati din nimic, experiment recent pe care niste baieti cercetatori l-au reusit, ei bine, fotonii aia nu veneau din Nimic, ci din ceva existent: ei au reusit acest lucru din continuumul spatiu-timp existent si nu din Nimicul originar. Nu mai vorbim ca nimicul din care au captat fotonii este de fapt materie – materie neagra.. esti de acord??? Bravo!!!

    La final, zici asa: „Desigur, ramane de explicat care este originea energiei initiale – provine din ciocnirea a doua “brane” cum zice Teoria M sau este una din etapele unui Univers Oscilant cu cicluri intre Big-Bang si Big-Crunch.” Cum, dupa ce ai facut apologia noncauzalitatii, nu stii care e Cauza energiei initiale? Hmmm…

    Hai, sa fii sanatos !

    • Salut „Mari G.” si multumesc de comentariu !

      Intai de toate, ti-o spun pe sleau: nu am pretentia ca produc aici demonstratii la nivel de cercetator stiintific, mai ales in spete atat de pretentioase cum sunt cele cosmogonice, sper doar sa contribui la informarea preliminara a celor care stiu mai putin decat mine.

      Sunt de acord cu mare parte din afirmatiile tale – dar atentie, in niciun caz nu am folosit termenul „nimic” in sens propriu, ca nonexistenta, (am pus si in ghilimele) ci numai ca o replica la naivele intrebari teiste care se doresc capcana, gen „-Ia zi maestre, cum a aparut Totul din Nimic ?”. Intr-adevar, in interiorul Universului nostru nu exista „nimic”, iar privind „in afara” Universului nostru este probabil sa existe un „nimic” guvernat de alte legitati, basca un Univers de Universuri, fiecare cu setul lui de variabile. Dar nu stim inca nimic cu siguranta, si trebuie a acceptam ca nu stim, deocamdata.

      Sustin noncauzalitatea pentru ca in sens uman cauzalitatea presupune scurgerea timpului (timpul fiind una din variabilele specifice acestui Univers), dar n-am pretentia ca stiu si ce a produs Big-Bang, dupa stiinta mea asta ramas o chestiune controversata.

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s