Żyjemy w wirtualnej rzeczywistości? Nauka rzuca nowe światło na hipotezę symulacji
Czy świat to symulacja komputerowa? Hipoteza symulacji zakłada, że nasz świat może być wirtualną rzeczywistością stworzoną przez wyższą cywilizację. Jakie są na to dowody?
W tym artykule: Czym jest hipoteza symulacji Co nam grozi? Dowody na symulacje „Od dawna przyjmujemy za pewnik, że grawitacja jest jedną z podstawowych sił natury – jedną z niewidzialnych nici, które utrzymują Wszechświat w całości. Ale załóżmy, że to nieprawda. Załóżmy, że prawo grawitacji jest po prostu echem czegoś bardziej fundamentalnego: produktem ubocznym wszechświata działającego jak komputer” – pisze fizyk Melvin M. Vopson z Uniwersytetu w Portsmouth. Jego praca na ten temat została opublikowana w czasopiśmie „AIP Advances”. Uczony przekonuje, że zachowanie materii pod wpływem grawitacji wcale nie musi być wynikiem oddziaływania siły. Być może jest to sposób, w jaki Wszechświat kompresuje informacje, z którymi musi pracować. Zdaniem Vopsona dokładniejsze analizy sugerują, że nasza rzeczywistość wydaje się zachowywać jak proces obliczeniowy. To wpisuje się w tzw. hipotezę symulacji, którą w 2003 roku przedstawił szwedzki filozof Nick Bostrom. Zajmuje się on głównie tematami związanymi z transhumanizmem, m.in. klonowaniem ludzi, sztuczną inteligencją czy krioniką. Sama koncepcja kojarzy się też z wizjami science fiction, takimi jak w filmach z serii „Matrix”. Czym jest hipoteza symulacji Ogólnie rzecz biorąc, hipoteza symulacji zakłada, że rozwijający się gatunek ludzki – a więc nasi potomkowie – osiągną tak zaawansowaną technologię i będą dysponować tak dużą mocą obliczeniową, że będą w stanie stworzyć skomplikowaną „symulację przodków”. Zrobią to, aby zobaczyć, jak wyglądało przeszłe życie na Ziemi, a być może nawet w całym Wszechświecie. „Byłyby one [postacie w symulacji – przyp. red] dokładnymi symulacjami poprzedników istot, które dokonały symulacji. Dokładnymi na tyle, żeby symulowane umysły były świadome i posiadały te same rodzaje doświadczeń, którymi my dysponujemy. Spróbuj pomyśleć o tej symulacji jak o bardzo realistycznie urządzonym środowisku wirtualnym, ale takim, w którym mózgi zamieszkujące ten świat same stanowią część symulacji” – wyjaśniał Bostrom w artykule, który ukazał się na łamach magazynu „Filozofuj”. Bostrom uważa, że jeśli istnienie symulacji przodków jest możliwe, to bardziej prawdopodobne jest, że znajdujemy się we wnętrzu jednej z takich symulacji (choć nie jesteśmy tego świadomi), niż że jesteśmy rzeczywistymi biologicznymi ludźmi. Co nam grozi? W swojej hipotezie symulacji Bostrom przedstawia trzy twierdzenia. Pierwsze głosi, że prawie wszystkie cywilizacje znajdujące się na naszym poziomie rozwoju technologicznego wyginęły, zanim osiągnęły pułap pozwalający na stworzenie symulacji przodków. Drugie, że liczba technologicznie dojrzałych cywilizacji, które są zainteresowane symulowaniem przodków jest niemal równa zeru. Innymi słowy – że te zaawansowane społeczności nie chcą tworzyć takich symulacji. A trzecie twierdzenie głosi, że „prawie na pewno żyjemy w symulacji komputerowej”. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/teoria-symulacji-czy-swiat-w-ktorym-zyjemy-jest-wirtualny-elon-musk-wsrod-zwolennikow-tej-idei-d696e8e.jpg" width="1000" height="562" alt="Teoria symulacji. Czy świat, w którym żyjemy jest wirtualny? Elon Musk wśród zwolenników tej idei" title="Teoria symulacji. Czy świat, w którym żyjemy jest wirtualny? Elon Musk wśród zwolenników tej idei" /> Przyjmując za filozofem, że wszystkie twierdzenia nie mogą być fałszywe, mamy do wyboru dwa główne scenariusze: Jesteśmy częścią symulacji, ale o tym nie wiemy. Nie jesteśmy w symulacji, ale za to wyginiemy, zanim będziemy mogli taką stworzyć. Zdaniem zwolenników hipotezy symulacji, obecny poziom rozwoju technologii cyfrowych i sztucznej inteligencji wskazuje, że pierwszy scenariusz wcale nie jest nieprawdopodobny. Ale skąd mamy wiedzieć, czy żyjemy w sztucznie zaprogramowanym świecie? Dowody na symulacje W 2017 roku grupa fizyków pod kierunkiem Toma Campbella zaproponowała kilka eksperymentów, które mogłyby zweryfikować prawdziwość hipotezy symulacji. Ich pomysł opiera się na założeniu, że symulacja – jeśli istnieje – ma ograniczone zasoby, a więc nie symuluje wszystkiego we Wszechświecie równocześnie. Mówiąc prościej, w symulacji podobnie jak w grze komputerowej, wczytywane są tylko te fragmenty świata, na które właśnie patrzy „gracz”, a w symulacji – każdy z nas. Kluczem do ustalenia, czy znajdujemy się w symulowanym czy w rzeczywistym świecie, byłoby więc ustalenie, kiedy informacja staje się dostępna dla nas, obserwatorów, a następnie wychwycenie momentu, w którym się „wczytuje” (swoistego błędu Matriksa). Przetestowanie tego – twierdzi zespół – nie jest bardzo skomplikowane i pozostaje w naszym zasięgu. Doświadczenie – wykorzystujące tzw. eksperyment z podwójną szczeliną, pokazujący dwoistą naturę światła– miałoby polegać na zmuszeniu „silnika wirtualnej rzeczywistości do stworzenia nieciągłości w renderowaniu symulacji lub błędu w wytwarzaniu zdarzenia charakterystycznego dla naszej rzeczywistości”. Wyłapanie takiego błędu miałoby być dowodem na to, że nasz świat to tylko symulacja. Kolejnym punktem badań mogłaby być próba uszkodzenia bądź zniszczenia danych dotyczących symulacji. Pytanie tylko, czy wtedy nie wyłączylibyśmy samych siebie? Źródło: The Conversation
Piekło u Dantego to opis uderzenia planetoidy w Ziemię? Pisarz wyprzedził naukę o 500 lat
Wielopoziomowe piekło Dantego mogło być czymś więcej niż alegorią. Timothy Burbery z Marshall University przekonuje, że poeta opisał fizykę uderzenia planetarnego. „Upadek Szatana” to planetoida, która przebiła skorupę ziemską aż do jądra, tworząc strukturę piekła i górę Czyśćca.
„Boska komedia” Dantego znów trafia pod lupę naukowców, ale tym razem nie jako tekst o teologii czy literackiej wyobraźni. prof. Timothy Burbery, filolog z Marshall University proponuje odczytanie upadku Szatana w części „Piekło” jako eksperymentu myślowego z zakresu fizyki. Obiekt o ogromnej prędkości miał uderzyć w półkulę południową i „przewiercić się” aż do centrum Ziemi, a skutkiem byłyby jednocześnie piekielny lej i góra Czyśćca. Nad „Boską komedią” Dante Alighieri pracował od 1308 roku aż do śmierci w 1321 r. To poemat o podróży przez piekło, czyściec i raj, zawierający kwintesencję średniowiecznej myśli kulturalnej i filozoficznej. Współczesna nauka o uderzeniach ciał niebieskich i geologii zaczęła powstawać dopiero pięć stuleci później. Szatan jako impaktor, a piekło jako krater W interpretacji filologa klucz nie leży w moralnym ciężarze sceny, lecz w jej mechanice. Prof. Burbery opisuje Szatana jako impaktor: ciało niebieskie poruszające się z wysoką prędkością, które po uderzeniu nie zatrzymuje się płytko pod powierzchnią Ziemi, tylko przebija się przez kolejne warstwy planety aż do jądra. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/jak-powstal-ksiezyc-jedna-z-teorii-mowi-o-katastrofie-na-niewyobrazalna-skale-fot-nasa-jpl-caltech-243993f.jpeg" width="3000" height="2400" alt="Jak powstał Księżyc? Jedna z teorii mówi o katastrofie na niewyobrażalną skalę (fot. NASA/JPL-CALTECH)" title="Jak powstał Księżyc? Jedna z teorii mówi o katastrofie na niewyobrażalną skalę (fot. NASA/JPL-CALTECH)" /> Badacz łączy ten ruch z geograficzną asymetrią opowieści: do uderzenia ma dojść na półkuli południowej, a północna część globu ma w reakcji ulec znacznej deformacji. W efekcie „piekło” nie powstaje jako zwykłe zagłębienie w miejscu uderzenia, tylko jako struktura krateru tworząca się oddolnie, zorganizowana wokół osi przebicia. Jednocześnie materiał wypchnięty po przeciwnej stronie miałby utworzyć górę Czyśćca, rozumianą tu jako centralne wyniesienie, znane geologom z dużych kraterów uderzeniowych. Dziewięć kręgów jako mapa pierścieni uderzenia Najbardziej sugestywny element tej propozycji dotyczy architektury piekła. Dziewięć kręgów przestaje być wyłącznie literackim porządkiem win i kar, a zaczyna przypominać morfologię basenów wielopierścieniowych: koncentrycznych, tarasowych struktur, które obserwuje się na innych ciałach Układu Słonecznego, np. na Księżycu. W takim ujęciu kolejne kręgi można czytać jako odpowiedniki pierścieni i progów, które powstają, gdy energia uderzenia modeluje skały na ogromnym obszarze. Prof. Burbery zestawia rozmach tego hipotetycznego zdarzenia ze skalą impaktu Chicxulub, związanego z globalnymi konsekwencjami dla życia na Ziemi, takimi jak wymarcie dinozaurów. To porównanie ma podkreślać nie tyle dosłowność sceny z poematu, ile możliwość użycia literatury do myślenia o zjawiskach skrajnych: nagłych, globalnych i trudnych do wyobrażenia bez odpowiednich modeli. Hipoteza wykracza poza literaturoznawstwo Badacz proponuje także, by impaktor miał kształt podłużny, podobny do obiektu międzygwiezdnego ‘Oumuamua. Wspomina również 60-tonowy meteoryt Hoba w Namibii jako przykład dużej masy, która nie uległa całkowitemu odparowaniu podczas przejścia przez atmosferę. W tym modelu Szatan pozostaje obiektem fizycznym, który trwale przebudowuje architekturę planety. W tle pojawia się jeszcze jeden trop: elementy geometrii nieeuklidesowej, które prof. Burbery dostrzega w części „Raj” dzieła Dantego i traktuje jako intuicyjne wyprzedzenie późniejszych narzędzi opisu przestrzeni. Całość ma wspierać tezę, że opowieści kultury mogą pełnić rolę „geomitologii literackiej” i budować wrażliwość na realne zagrożenia. Ten wątek badacz wiąże z obroną planetarną: świadomość, że ciała niebieskie potrafią być sprawcami zmian geologicznych stoi w kontrze do dawnych, arystotelejskich wyobrażeń o „niezmiennych” niebiosach. Nawet jeśli taka lektura „Boskiej komedii” pozostaje propozycją interpretacyjną, przenosi uwagę z samej symboliki na pytanie, jak ludzka wyobraźnia od wieków próbuje opisać energię zdarzeń, które w jednej chwili mogą zmienić oblicze świata. Źródło: EGU General Assembly 2026
Fizycy z CERN na tropie nieznanego. Rozpady „pingwinowe” kluczem do wielkiego odkrycia
Naukowcy z CERN analizujący dane z eksperymentu LHCb natrafili na ślad zjawisk wykraczających poza Model Standardowy. Badanie „rozpadów pingwinowych” mezonów B wykazało anomalie w kątach lotu cząstek. To jedno z najważniejszych odkryć ostatnich lat, które może zrewidować naszą wiedzę o fundamentach materii.
Od pewnego czasu wiadomo, że tzw. Model Standardowy, czyli teoria opisująca cząstki i oddziaływania, musi być niepełna, ponieważ istnieje szereg zjawisk, których wciąż nie potrafimy wyjaśnić. Chociaż model jest niepełny, pozostaje niezwykle precyzyjny. Dlatego poszukiwania „nowej fizyki” często polegają nie na bezpośrednim odkrywaniu nowych cząstek, lecz na wykrywaniu subtelnych odchyleń w znanych procesach. Naukowcy z CERN zdołali wykryć takie odchylenia w zbiorze 650 miliardów rozpadów zaobserwowanych w eksperymencie LHCb. Odstępstwo od Modelu Standardowego Przyjęty do publikacji w „Physical Review Letters artykuł zawierający analizę z eksperymentu w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN – europejskim laboratorium fizyki cząstek nieopodal Genewy – sugeruje, że doszło do postępu w pomiarze jednego z odstępstw od Modelu Standardowego. Dotyczy ono rozpadu cząstek zwanych mezonami B na inne cząstki. Wynik stanowi jedną z ostatnich pozostałych anomalii dla fizyków cząstek, którzy poszukują nowej fizyki w szczątkach zderzeń proton–proton, które zamieniają energię w materię. Czy jest Mezon B? Mezon B jest cząstką złożoną z kwarka dolnego (bottom) i innego, lżejszego kwarka. Rozpada się na inny mezon zawierający kwark dziwny, znany jako kaon, oraz dwa miony (cięższe odpowiedniki elektronu). Naukowcy stwierdzili, że kąty, pod jakimi produkty końcowe powstają w wyniku rozpadu, nie zgadzają się z przewidywaniami Modelu Standardowego. Dowody na tę anomalię narastają od 2015 roku. Pytanie, jak mierzy się wspomniane kąty? – Wyprodukowane cząstki przelatują przez materiał detektora i jonizują go, wytwarzając sygnały elektryczne, które są następnie odczytywane poprzez układy elektroniczne. Wiedząc, którędy przeszła cząstka, można wyliczyć kąt jej trajektorii. Ogólnie sprawa jest trochę bardziej skomplikowana, bo te interesujące kąty są zdefiniowane w układzie własnym mezonu B, więc należy jeszcze przeprowadzić zmianę układu współrzędnych – tłumaczy dr Rafał Staszewski z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, naukowiec pracujący przy eksperymencie ATLAS w LHC. Przewidywania kontra rzeczywistość – Mamy więc do czynienia z rozkładem kątowym (gęstością prawdopodobieństwa produkcji pod różnymi kątami). Tyle, że Model Standardowy przewiduje pewien rozkład, a obserwowany jest trochę inny – dodaje dr Staszewski. Fizycy uważają, że rozpad mezonu B – znany jako tzw. rozpad pingwinowy – powinien być szczególnie wrażliwy na dotąd nieodkrytą fizykę. Sama nazwa rozpadu ma zabawną historię. Powstała w 1977 roku, gdy brytyjski teoretyk John Ellis przegrał zakład i musiał użyć słowa „pingwin” w artykule naukowym. Analiza wykonana przez ekspertów z CERN opierała się na ogromnym zbiorze danych — około 650 miliardów rozpadów zarejestrowanych w latach 2011–2018. Aby wyodrębnić rzadkie przypadki interesującego rozpadu (ok. 1 na miliard), stosowano zaawansowane metody selekcji danych i rekonstrukcji torów cząstek w detektorze. Następnie wyniki porównano z bardzo precyzyjnymi przewidywaniami Modelu Standardowego. Zmierzone rozkłady kątowe nie zgadzają się z teorią – z istotnością ok. 4 sigma, co oznacza małe prawdopodobieństwo, że to przypadek. Podobny sygnał, choć słabszy, widzi też eksperyment CMS. Najważniejsze wyniki ostatnich lat – Sigma oznacza odchylenie standardowe. Każdy wynik pomiaru jest, z matematycznego punktu widzenia, liczbą losową. Jeśli taki pomiar zostałby powtórzony całkowicie niezależnie, wynik byłby inny. Wpływają na to zarówno błędy systematyczne jak i statystyczne – wyjaśnia dr Staszewski. Dodaje, że aby móc wyciągnąć wnioski z pomiaru, należy wziąć pod uwagę możliwość, że wynik jest efektem błędu pomiaru. – Rozważmy przykładową sytuację, w której teoria przewiduje wartość jakiegoś parametru równą 0, a mój pomiar daje wartość 1. Jeśli niepewność pomiaru wynosi 1, to istotność statystyczna wynosi 1 sigma. Jeśli natomiast mój błąd wynosiłby 0.1, to istotność statystyczna wynosi 10 sigma. Ma to znaczenie, ponieważ fluktuacje statystyczne na poziomie 1 sigma zdarzają się w ok 30% pomiarów. 2 sigma to niecałe 5%. 3 sigma – poniżej procenta. 4 sigma – 1 / 16000. Tradycyjnym progiem pozwalającym na mówienie o odkryciu nowego efektu jest 5 sigma (1 na niecałe 2 miliony) – mówi ekspert z IFJ PAN. Kluczowe wyniki. Co przyniesie przyszłość? – To jeden z najważniejszych wyników ostatnich kilku lat badań prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Szczególnie ekscytujące jest to, że wynik wydaje się być wstępnie potwierdzony przez inny eksperyment LHC, CMS, który również zaobserwował rozbieżność w tym rozpadzie mezonu B, choć z mniejszą istotnością statystyczną – mówi William Barter, fizyk cząstek z Uniwersytetu w Edynburgu, pracujący przy LHCb. Fizycy z LHCb nie przeanalizowali jeszcze ogromnej ilości danych dotyczących rozpadów pingwinowych zgromadzonych od 2018 roku. Teraz, gdy wstępna analiza została wykonana, proces ten powinien przyspieszyć, jednak nowych wyników nie należy się spodziewać wcześniej niż w przyszłym roku. Źródło: Nature Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Ten obiekt z Układu Słonecznego ma atmosferę, choć nie powinien. Astronomowie zaskoczeni
Obiekt transneptunowy 2002 XV93 otacza cienka atmosfera. Odkrył to zespół zawodowych i amatorskich astronomów z Japonii. To sensacja, bo obiekt ma zaledwie ok. 500 km średnicy.
Atmosfera to coś, co kojarzy nam się głównie z planetami. Warstwa gazów może otaczać także mniejsze ciała niebieskie, takie jak księżyce czy obiekty transneptunowe (TNO). Te ostatnie to odłamki skalne krążące poza orbitą Neptuna – w obszarze, gdzie panują niskie temperatury. Najbardziej znanym z nich jest Pluton, niegdyś uznawany za planetę, a potem pozbawiony tego miana (choć Amerykanie ostatnio znów próbują przywrócić mu status planety). To, że Pluton o średnicy 2377 km ma atmosferę, nikogo nie dziwi. Szokiem było jednak odkrycie jej wokół kilkukrotnie mniejszego TNO. Naturalny eksperyment ujawnił subtelny ślad 10 stycznia 2024 roku w Japonii dało się obserwować rzadkie zjawisko. Niewielki obiekt transneptunowy (612533) 2002 XV93 przesunął się na tle odległej gwiazdy. Zespół zawodowych i amatorskich astronomów, pracujący w wielu lokalizacjach w kraju, zarejestrował przebieg zjawiska, zwanego okultacją. Uzyskane w ten sposób dane sugerują, że obiekt ten ma cienką atmosferę. A nie powinien, bo przy średnicy około 500 km jego grawitacja jest bardzo słaba. Okultacje w astronomii pozwalają wydobyć detale, których nie widać podczas zwykłej obserwacji. Gdy ciało Układu Słonecznego przechodzi przed gwiazdą, można śledzić, jak zmienia się jasność punktu świetlnego. Jeśli obiekt ma tylko twardą powierzchnię, blask zazwyczaj zanika gwałtownie. Jeżeli jednak otacza go choćby bardzo rozrzedzona warstwa gazów, gwiazda może przygasać bardziej stopniowo, bo światło jest tłumione w trakcie przejścia przez atmosferę. W przypadku 2002 XV93 właśnie taki scenariusz okazał się zgodny z zebranymi danymi. Mały świat, który nie pasuje do reguł Obliczenia wskazują, że atmosfera wokół 2002 XV93 powinna przetrwać mniej niż 1000 lat, o ile nie jest uzupełniana. W skali kosmicznej to mgnienie oka, co sugeruje, że jeśli rzeczywiście mamy do czynienia z atmosferą, musiała ona powstać niedawno albo być świeżo „podtrzymywana”. To prowadzi do kolejnego problemu: jakie było źródło takiej powłoki gazowej w zimnych peryferiach Układu Słonecznego? W przypadku wielu obiektów zewnętrznych rezerwuar stanowią zamarznięte gazy, które mogą sublimować, czyli przechodzić bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy. Jednak obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba nie pokazują oznak takich zamarzniętych gazów na powierzchni 2002 XV93, które mogłyby łatwo zasilać atmosferę. Właśnie ta zagadka sprawia, że atmosfera 2002 XV93 staje się tak ważna. Jeżeli faktycznie istnieje, to znaczy, że nawet niewielkie światy za Neptunem mogą przechodzić epizody aktywności lub przemian, które wymykają się prostemu obrazowi „martwych, lodowych brył” na obrzeżach systemu. Dwie hipotezy Badacze rozważają dwa główne scenariusze, które mogłyby wyjaśnić obecność tej atmosfery. Pierwszy zakłada zdarzenie, które wyniosło na powierzchnię gazy z wnętrza obiektu, w stanie zamarzniętym lub ciekłym. Taki impuls mógłby na pewien czas zapewnić „paliwo” dla atmosfery, nawet jeśli wcześniej powierzchnia nie zdradzała jego obecności. Druga możliwość jest bardziej gwałtowna: zderzenie z kometą, które uwolniło z niej gaz i wytworzyło tymczasową otoczkę. Oba wyjaśnienia pozostają hipotezami, a ich rozróżnienie wymaga kolejnych pomiarów i lepszego scharakteryzowania samej atmosfery. Źródło: Nature Astronomy
Jesteśmy coraz bliżej kwantowego internetu. Naukowcy teleportowali stan fotonu między kropkami kwantowymi
Naukowcom udało się teleportować stan fotonu pomiędzy dwiema oddzielnymi kropkami kwantowymi, na odległość 270 metrów. To dowód, że informacja może podróżować między niezależnymi urządzeniami. Jest to kamień milowy w kierunku budowy sieci kwantowych do bezpiecznej komunikacji.
Prace nad tzw. teleportacją kwantową trwają od wielu dekad. Co pewien czas pojawiają się informacje o kolejnym przełomie. Właśnie w ten nurt wpisuje się nowy eksperyment, przeprowadzony m.in. na Uniwersytecie w Paderborn. Teleportacja stanu kwantowego: odległość to nie wszystko Wszystko zaczęło się w 1997 roku, gdy zespół kierowany przez prof. Antona Zeilingera na Uniwersytecie w Innsbrucku po raz pierwszy zademonstrował przeniesienie stanu kwantowego fotonu na niewielką odległość w warunkach laboratoryjnych. Dalsze eksperymenty stopniowo zwiększały dystans do kilku kilometrów w światłowodach i w wolnej przestrzeni. Prawdziwy przełom nastąpił w 2017 roku dzięki chińskiej misji satelitarnej Micius, która pozwoliła przeprowadzić teleportację na odległość około 1400 km między Ziemią a orbitą. Jednak w pewnym momencie odległość przestała by kluczowa. Teraz zaczęto kłaść nacisk na praktyczne zastosowania. Czym są kropki kwantowe? W eksperymencie w Paderborn, stan fotonu teleportowano między niezależnymi kropkami kwantowymi na dystansie 270 metrów. Kropki kwantowe to ekstremalnie małe fragmenty półprzewodnika, których rozmiar wynosi zaledwie kilka nanometrów (czyli milionowe części milimetra). Na tym poziomie zaczyna działać mechanika kwantowa, a nie zwykła fizyka. – Eksperyment w imponujący sposób pokazuje, że źródła światła kwantowego oparte na półprzewodnikowych kropkach kwantowych mogą służyć jako kluczowa technologia dla przyszłych sieci komunikacji kwantowej. Udana teleportacja kwantowa pomiędzy dwoma niezależnymi emiterami kwantowymi to istotny krok w kierunku skalowalnych przekaźników kwantowych i praktycznej realizacji internetu kwantowego — wyjaśnia prof. Klaus D. Jöns, kierownik grupy badawczej „Hybrid Photonics Quantum Devices” oraz członek zarządu Instytutu Fotonicznych Systemów Kwantowych (PhoQS) na Uniwersytecie w Paderborn. Interdyscyplinarność kluczem do sukcesu Prace nad wykorzystaniem kropek kwantowych jako źródeł splątanych par fotonów w systemach komunikacji i teleportacji, rozpoczęły się mniej więcej dekadę temu. Prowadziły je zespoły kierowane przez profesora Jönsa oraz profesora Rinaldo Trottę z Uniwersytetu Sapienza w Rzymie. – Nasz wynik pokazuje, że planowanie przyniosło efekty. Połączenie nauki o materiałach, nanofabrykacji oraz optycznej technologii kwantowej było kluczem do sukcesu — skomentował profesor Jöns. Dlaczego efekt eksperymentu jest tak ważny? Zacznijmy od tego, że układy splątane, złożone z wielu cząstek kwantowych, oferują znaczące korzyści dla technologii komunikacyjnych. Zamiast polegać na pojedynczym stanie określonym przez jeden foton, tworzą powiązane stany obejmujące wiele cząstek. To podejście jest kluczowe dla zastosowań w bezpiecznej komunikacji, przetwarzaniu danych oraz obliczeniach kwantowych. Splątanie łączy określone właściwości fotonów, umożliwiając im współdzielenie informacji. Wspólny stan reprezentuje jednostkę informacji podlegającą przetwarzaniu. Najwazniejszy przełom: dwa różne źródła fotonów – Wcześniej te fotony pochodziły z jednego i tego samego źródła, czyli tego samego emitera. Chociaż w ostatnich latach poczyniono znaczące postępy, wykorzystanie odrębnych emiterów kwantowych do realizacji przekaźnika kwantowego między niezależnymi stronami pozostawało wcześniej poza zasięgiem — zauważył profesor Jöns. Badacze mają już nowy cel. Pracują nad demonstracją „zamiany splątania” (entanglement swapping) między dwiema kropkami kwantowymi. Osiągnięcie tego pozwoliłoby stworzyć pierwszy przekaźnik kwantowy wykorzystujący dwa deterministyczne źródła splątanych par fotonów. Źródła takie mogą niezawodnie generować pojedyncze fotony niemal na żądanie, choć ich opracowanie stanowiło duże wyzwanie. Potęga internetu kwantowego Chociaż do realnego internetu kwantowego wciąż długa droga, to warto nią iść. Da on nam gwarancję bezpieczeństwa – każda próba podsłuchu zostawi ślad, co ma ogromne znaczenie dla bankowości, wojska czy ochrony danych. Ponadto internet kwantowy będzie bazą dla przyszłych technologii obliczeniowych. Umożliwi łączenie komputerów kwantowych w sieci, co może prowadzić do powstania rozproszonych systemów o nieosiągalnej dziś mocy obliczeniowej. To z kolei może przyspieszyć rozwój medycyny, chemii czy sztucznej inteligencji. Źródło: Nature Communications Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Rozpad fałszywej próżni: chińscy fizycy odtworzyli koniec Wszechświata w laboratorium
Wszechświat wydaje się nam stabilny. Jednak fizycy kwantowi twierdzą, że może on znajdować się w tymczasowym stanie pozornego spokoju, który może zostać przerwany w mgnieniu oka. Tzw. rozpad fałszywej próżni to jedna z najbardziej przerażających koncepcji teorii kwantowej. Teraz udało się odtworzyć ją w laboratorium.
Spis treści: Czym jest próżnia? Prawdziwa a fałszywa próżnia: metafora połączonych jezior Mikrowszechświat w laboratorium - pierścień atomów Rydberga – W kwantowej teorii pola „próżnia” nie jest po prostu pustą przestrzenią, lecz stanem o najniższej energii pola kwantowego. Jeśli krajobraz energetyczny ma wiele lokalnych minimów, lokalne stany podstawowe stanowią tzw. fałszywą próżnię (FV), która może tunelować w kierunku globalnego stanu podstawowego (prawdziwej próżni, TV). Proces ten wykazuje cechy podobne do klasycznych przemian w przechłodzonym gazie oraz tunelowania wielu cząstek w układach kwantowych. W tej pracy badamy rozpad fałszywej próżni oraz nukleację bąbli w pierścieniu atomów Rydberga – napisali w artykule opublikowanym na łamach Physical Review Letters uczeni z Uniwersytetu Tsinghua w Chinach. Co konkretnie mieli na myśli? Czym jest próżnia? Zacznijmy od próżni. Fizyka kwantowa uznaje próżnię za stan o najniższej energii we Wszechświecie. Jednak możliwe jest, że istnieje bardziej stabilny stan o jeszcze niższej energii. Jeśli fragment przestrzeni przeszedłby do tego stanu, mógłby się rozszerzać i pochłonąć cały Wszechświat z prędkością światła, nadpisując po drodze prawa fizyki. Na całe szczęście rozpad fałszywej próżni prowadzi do zniszczenia Wszechświata tylko w niektórych scenariuszach teoretycznych. Samo zjawisko leży na styku teorii kwantowej i teorii względności – co czyni je potencjalnie użytecznym narzędziem do próby rozwiązania dotychczas nieusuwalnych różnic między tymi dwoma podejściami. Równania teorii względności bardzo dobrze opisują, jak działa fizyka we Wszechświecie w dużych skalach i przy wysokich prędkościach. Niestety, gdy schodzimy do niezwykle małych rozmiarów (świata kwantowego na poziomie atomowym i subatomowym) teoria względności przestaje wystarczać do opisu zachowania materii. Najlepszym narzędziem, którym współcześnie dysponujemy jest tzw. kwantowa teoria pola. Opisuje ona sposób oddziaływania pól kwantowych i cząstek. Prawdziwa a fałszywa próżnia: metafora połączonych jezior Gdy teorie te działają w swoich zakresach, wszystko przebiega poprawnie. Jednak w pewnych ekstremalnych warunkach ich zakresy się nakładają, co wywołuje katastrofalne problemy. Nie istnieje jeszcze teoria, która łączyłaby oba te światy, dlatego fizycy badają obszary ich styku. Jeśli krajobraz energetyczny pola kwantowego ma wiele lokalnych minimów (czyli „dołków”), odpowiadają one fałszywym próżniom. Mogą przejść do prawdziwej próżni, czyli jeszcze niższego stanu energii. Można to wytłumaczyć metaforą pojezierza: niektóre jeziora są głębsze niż inne – jeśli na dnie jednego z jezior powstanie tunel, woda spłynie do głębszej niecki. Gdyby coś takiego wydarzyło się w próżni kosmicznej, nie mielibyśmy do czynienia ze zmianą wyłącznie lokalną. Zamiast odpływu wody, niewielki obszar przestrzeni przeszedłby do niższego stanu energii, tworząc coś w rodzaju bańki. Bańka ta nie pozostałaby w miejscu. Po osiągnięciu krytycznego rozmiaru, zaczęłaby rozszerzać się z prędkością bliską prędkości światła, przekształcając wszystko czego dotknie, w nowy stan. To początkowe „tunelowanie” do niższego stanu jest procesem kwantowym – ale jego konsekwencje rozgrywają się w największych możliwych skalach, zmieniając cały Wszechświat. Mikrowszechświat w laboratorium - pierścień atomów Rydberga W eksperymencie laboratoryjnym uczeni użyli modelu zastępczego – pierścienia atomów Rydberga. W zwykłym atomie mamy jądro otoczone chmurą elektronów. Jeśli dostarczymy atomowi niewielką ilość energii, chmura elektronowa nieco się rozszerza. Naukowcy ułożyli parzystą liczbę wzajemnie odpychających się atomów Rydberga w pierścień. W takiej konfiguracji każdy atom przyjmuje spin przeciwny do swoich sąsiadów, tworząc symetryczny, naprzemienny układ. Następnie pobudzili atomy laserami, łamiąc tę symetrię. Dzięki temu pierścień mógł istnieć w dwóch różnych konfiguracjach o nieco różnych energiach – jednej odpowiadającej fałszywej próżni, a drugiej prawdziwej. Układ ten „zanikał” w kierunku preferowanego stanu podstawowego, z szybkością zależną od siły działania lasera. Jest to zgodne z najczęściej akceptowanym mechanizmem rozpadu fałszywej próżni – powstawaniem kwantowej bańki zawierającej prawdziwą próżnię. Warunki sprzyjające powstaniu takiej bańki zwiększają prawdopodobieństwo przejścia. Eksperyment potwierdził przewidywania teoretyczne. Czy pewnego dnia pomoże nam też odpowiedzieć na pytanie, jak bardzo powinniśmy się obawiać nagłej przemiany Wszechświata w coś zupełnie innego? Źródło: Physical Review Letters Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
W Polsce uruchomiono nowy radioteleskop monitorujący Słońce. Sfinansowała go Europejska Agencja Kosmiczna
W Obserwatorium Astronomicznym w Białkowie uruchomiono stację badawczą wyposażoną w sześciometrową antenę radiową. Jej celem jest nieustanne monitorowanie pogody kosmicznej. Za tą inwestycją stoi Europejska Agencja Kosmiczna, a za wykonaniem – polscy eksperci z Uniwersytetu Wrocławskiego oraz z firmy ITTI.
– ROSIE (Radio Observations of the Solar Indicative Emissions) podkreśla rosnącą rolę, jaką Polska odgrywa w europejskich działaniach na rzecz monitorowania pogody kosmicznej – napisał w komunikacje ESA Juha-Pekka Luntama, dyrektor Biura Pogody Kosmicznej ESA. Polscy eksperci ds. pogody kosmicznej Zdaniem eksperta polski przemysł kosmiczny i środowisko akademickie odgrywają również wiodącą rolę w nadchodzącej misji satelitarnej SAWA. Zapewni ona dodatkowe źródło danych w czasie zbliżonym do rzeczywistego na temat stanu atmosfery z orbity. Juha-Pekka Luntama odnosił się tutaj do opracowywanego w Polsce m.in. przez Centrum Badań Kosmicznych PAN nanosatelity mającego badać termosferę Ziemi. Dane zbierane przez SAWA będą zasilać modele i usługi dostarczające alerty dotyczące pogody kosmicznej, narzędzia prognostyczne oraz inne produkty bazujące na danych solarnych. Jednak to dopiero opracowywana misja, natomiast ROSIE działa aktywnie od 10 marca. Antena radioteleskopu skierowana jest w stronę Słońca. Dwa szybkie spektrografy radiowe filtrują napływające fale radiowe w celu monitorowania dwóch konkretnych częstotliwości, które stanowią użyteczne wskaźniki aktywności słonecznej. Częstotliwości te są często nazywane „wskaźnikami radiowymi Słońca”. Służą jako wiarygodne przybliżenia emisji promieniowania ekstremalnego ultrafioletu, którego nie można obserwować bezpośrednio z powierzchni Ziemi, a które odgrywa istotną rolę w jonizacji oraz ogrzewaniu górnych warstw atmosfery ziemskiej. Jak ochronić satelity? W związku z tym, że ocieplenie klimatu powoduje rozszerzanie się atmosfery, dochodzi do wypychania satelitów znajdujących się na niskiej orbicie ziemskiej z ich ustalonych trajektorii. Uwzględnienie tych zakłóceń ma kluczowe znaczenie dla bezpiecznego zarządzania ruchem kosmicznym oraz zapobiegania kolizjom na orbicie. Istotne jest również to, że wywołana promieniowaniem słonecznym jonizacja zachodząca w górnych warstwach atmosfery może osłabiać, opóźniać lub zakłócać sygnały przesyłane z satelitów na Ziemię. W naszym stechnicyzowanym świecie skutki tego mogą być poważne i prowadzić do niebezpiecznych zakłóceń usług pozycjonowania i nawigacji w takich branżach jak transport, lotnictwo i rolnictwo precyzyjne. Skutki błędów mogą być katastrofalne. Pomiary przeprowadzone przez ROSIE pomogą monitorować te zakłócenia i ograniczać ich wpływ na aplikacje oparte na systemie GNSS. – Obserwacje prowadzone przez ROSIE można również dostosować i rozszerzyć w celu wykrywania intensywnej aktywności słonecznej, takiej jak rozbłyski i koronalne wyrzuty masy (CME). To pozwoli ostrzegać przed ich potencjalnym wpływem na ważne częstotliwości radiowe wykorzystywane w telekomunikacji i geolokalizacji – komentuje profesor Paweł Rudawy z Uniwersytetu Wrocławskiego. Zarządzanie teleskopem i analiza danych Ważny udział w projekcie ma polska spółka ITTI. – Jesteśmy liderem konsorcjum, które we współpracy z Uniwersytetem Wrocławskim realizuje projekt ROSIE. Pełnimy kluczową rolę w zakresie rozwoju systemów informatycznych, odpowiadając za udostępnianie danych poprzez portal internetowy ROSIE oraz integrację z portalem ESA – mówi dr Joanna Baksalary, kierująca działem kosmicznym w ITTI Sp. z o.o. Ekspertka wyjaśnia, że do głównych zadań firmy należy opracowanie oprogramowania do dystrybucji danych oraz ich prezentacji, a także automatyzacja procesów związanych z ich przetwarzaniem. – Wspólnie z Uniwersytetem Wrocławskim zaimplementowaliśmy również algorytmy umożliwiające wykrywanie wybuchów słonecznych oraz dystrybucję informacji o tych zjawiskach. W kolejnych etapach projektu planowane jest wdrożenie algorytmów sztucznej inteligencji wspierających zarządzanie i analizę danych pozyskiwanych z radioteleskopu, a także budowa długoterminowego archiwum danych, które zapewni ich przechowywanie i dostępność przez kolejne 50 lat – dodaje dr Baksalary. Źródło: ESA Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Dlaczego kawa stygnie, a gwiazdy kiedyś zgasną? Poznaj jedną z podstawowych zasad fizyki
W fizyce istnieje koncept, który przenika każdą warstwę rzeczywistości: od stygnącej filiżanki kawy na kuchennym stole, przez skomplikowane procesy spalania w silniku, aż po ostateczny, mroźny los galaktyk i tajemnicze, grawitacyjne wnętrza czarnych dziur. To entropia. Co to takiego? Na to i inne pytania odpowiadamy poniżej.
Spis treści: Definicja entropii Aspekt fizyczny Ostateczny spokój Energia, choć niezniszczalna, nieustannie degraduje się do form mniej użytecznych. Czas jest zasobem wyczerpywalnym. To wszystko mówi nam entropia. Gdy we Wszechświecie osiągnie maksimum, a jest to nieuniknione, nie będzie już niczego. Ustanie każdy proces, jaki zachodzi w niekończącej się przestrzeni. Jednak paradoksalnie, to właśnie dążenie do wzrostu entropii napędza procesy życiowe. W ostatecznym rozrachunku miara ta nie jest wrogiem. Jest ceną, jaką płacimy za to, że we Wszechświecie w ogóle cokolwiek się dzieje. Bez niej świat byłby statycznym obrazem, wiecznym „teraz”, bez przeszłości i bez przyszłości. Definicja entropii Mówiąc o entropii na myśli trzeba mieć termodynamiczną funkcję stanu, określającą kierunek przebiegu procesów spontanicznych w odosobnionym układzie termodynamicznym. Należy ją rozpatrywać jako miarę stopnia nieuporządkowania układu i rozproszenia energii. Przemysłowa konieczność i geniusz Rudolfa Clausiusa Korzenie entropii tkwią nie w abstrakcyjnych rozważaniach kosmologicznych, a w bardziej przyziemnym problemie. W połowie XIX wieku w Europie rozrastała się sieć kolei, fabryki włókiennicze pracowały pełną parą, a inżynierowie i fizycy głowili się nad sprawnością silników cieplnych. Był to czas, gdy nauka musiała nadążyć za przemysłem. Wiedziano już, że energia jest zachowana. Mówiła o tym pierwsza zasada termodynamiki. James Prescott Joule pokazał, że praca mechaniczna i ciepło są równoważne. Jednak coś w tym obrazie było niekompletne. Mianowicie inżynierowie zauważyli, że w każdym procesie zamiany ciepła na pracę część energii zdawała się „uciekać”. Nie znikała ona w sensie bilansu energetycznego. Byłoby to naruszeniem zasady zachowania energii. Stawała się jednak niedostępna do dalszego wykorzystania, czyli po prostu – bezużyteczna. Ciepło ma naturalną tendencję do rozpływania się – uciekania z miejsc gorących do zimnych, a odzyskanie go wymaga nakładu pracy, co wówczas czyniło proces nieopłacalnym. Istniała ukryta asymetria w naturze, której ówczesna fizyka newtonowska, symetryczna w czasie, nie potrafiła wyjaśnić. Poszukiwanie nowej zmiennej stanu Ferment ten spróbował uporządkować Rudolf Julius Emanuel Clausius, niemiecki fizyk. W latach 1850–1865 podjął on tytaniczną pracę nad pogodzeniem intuicji Nicolasa Léonarda Sadi Carnota z nowymi odkryciami Joule’a na temat natury energii. Clausius zrozumiał, że aby opisać zachowanie silników cieplnych potrzebna jest nie jedna, a dwie fundamentalne zasady. Pierwsza mówiła o ilości energii. Druga musiała wskazywać na jej jakość i kierunek przepływu. Clausius sformułował obserwację, którą wówczas można było określić mianem przełomowej. Zauważył, że ciepło nie może samoistnie przejść z ciała zimniejszego do cieplejszego bez zachodzenia innych zmian w otoczeniu. Żeby móc ująć to w ramy matematyczne, potrzebował nowej wielkości fizycznej. W 1854 roku sformułował to, co początkowo nazwał „wartością równoważną transformacji”. Dostrzegł pewną prawidłowość w cyklach termodynamicznych. Dla procesów idealnych, odwracalnych, suma ilorazów ciepła wymienionego przez układ do temperatury, w której ta wymiana zachodziła, zawsze równała się zeru. Matematycznie zapisywał to jako całkę po cyklu zamkniętym, w której wielkość dQ/T jest różniczką zupełną nowej funkcji stanu. Funkcji, która zależy tylko od aktualnego stanu układu (jego ciśnienia, temperatury, objętości), a nie od historii tego, jak układ do tego stanu dotarł. Dlaczego „entropia”? W 1865 roku nadał nazwę nowej funkcji. Będąc purystą językowym i człowiekiem o głębokiej świadomości wagi swojego odkrycia, szukał słowa, które brzmiałoby uniwersalnie i korespondowało z już istniejącym pojęciem energii. Chciał podkreślić, że są to dwie fundamentalne wielkości fizyczne, rządzące Wszechświatem. W swoim przełomowym artykule z 1865 roku pisał, że nazwę woli zaczerpnąć z języków starożytnych, by mogła ona oznaczać to samo we wszystkich żywych językach. Ukuł więc słowo „entropia”, gdzie greckie „tropē” oznacza „zwrot” lub „transformację”, a przedrostek „en” – „wewnątrz” lub „zawartość”. Zatem w jego zamyśle entropia miała być miarą „zawartości transformacji” układu. Clausius zakończył swoją pracę dwoma zdaniami, które stały się jednymi z najczęściej cytowanych słów w historii nauki: „Energia świata jest stała” i „Entropia świata dąży do maksimum”. To drugie stało się fundamentem drugiej zasady termodynamiki w jej najbardziej ogólnej formie. Przewiduje ono, że Wszechświat nieuchronnie zmierza ku stanowi ostatecznej równowagi, co później zyskało mroczną i pobudzającą wyobraźnię nazwę śmierci cieplnej Wszechświata. Aspekt fizyczny W ujęciu klasycznym, entropia jest definiowana operacyjnie poprzez zjawisko wymiany ciepła. To podejście inżynierskie, fenomenologiczne, które nie wymaga wiary w istnienie atomów (to nadeszło dopiero wraz z odkryciem dokonanym przez Ludwiga Boltzmanna), by być skutecznym narzędziem obliczeniowym. Kluczowym aspektem jest jakość energii. Dodając określoną wartość energii cieplnej (np. 100 dżuli) do wnętrza rozgrzanego pieca hutniczego, gdzie temperatura absolutna, w której następuje przepływ, jest bardzo wysoka, zmiana entropii będzie znikoma, bo układ jest „schaotyzowany” wysoką temperaturą i dodanie energii niewiele zmienia. Jeżeli jednak owe 100 dżuli doda się do kryształu lodu, zmiana entropii będzie znacznie większa, a do uporządkowanego układu wkradnie się chaos. Wynika z tego, że entropia mierzy stopień degradacji energii. Energia skoncentrowana (wysoka temperatura) ma niską entropię i jest wysoce użyteczna. Energia rozproszona ma wysoką entropię i jest praktycznie bezużyteczna do celów technicznych. Strażnik rzeczywistości Druga zasada termodynamiki, w ujęciu entropowym, jest jednym z najsurowszych praw fizyki. Stwierdza ona, że w układzie izolowanym entropia nigdy nie maleje. To prawo definiuje tzw. strzałkę czasu dla procesów fizycznych, odróżniając przeszłość od przyszłości. Przykładowo, łącząc dwa bloki metalu – gorący A i zimny B – ciepło popłynie spontanicznie z A do B. A straci ciepło, więc jego entropia zmaleje. B zyska ciepło, więc jego entropia wzrośnie. Zysk entropii w ciele zimnym góruje nad stratą w ciele gorącym. Całkowita entropia układu wzrosła. Ostateczny spokój Na koniec warto wrócić do twierdzenia Clausiusa, według którego entropia świata dąży do maksimum. Jaki jest ostateczny cel tej „podróży”? Odpowiedź jest tylko jedna – jest nim stan termodynamicznej równowagi, znany w nauce jako śmierć cieplna. W tym scenariuszu wszystkie gwiazdy wypalą swoje paliwo nuklearne i zgasną. Procesy gwiazdotwórcze ustaną, gdy gaz w galaktykach zostanie rozproszony lub zużyty. Czarne dziury, będące ostatnimi magazynami energii, powoli wyparują. Temperatura wyrówna się w całym kosmosie, zbliżając się asymptotycznie do zera absolutnego, ale nigdy go nie osiągając w pełni w sensie energetycznej użyteczności. W stanie maksymalnej entropii nie będzie różnic temperatur. Bez tego nie będzie przepływu ciepła. Bez przepływu ciepła nie można wykonać żadnej pracy. Życie, myślenie, działanie maszyn, czy nawet ruch planet stanie się niemożliwy w sensie termodynamicznym. Będzie to stan wiecznej, niezmiennej „ciszy” – koniec historii Wszechświata. Źródło: National Geographic Polska Nasz autor Artur Białek Współpracownik National-Geographic.pl. Wcześniej związany m.in. z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. Pisał dla tytułów takich jak: „Kulisy Powiatu”, „AndroidNow” (gdzie pełnił także funkcję redaktora naczelnego) i „Bezpieczna Podróż”. Z wykształcenia jest ekonomistą, ale bardziej z przypadku niż zamiłowania. Jego największą pasją są podróże, zwłaszcza do miejsc wysokich, stromych i skalistych. Niewiele brakuje mu do zdobycia Korony Gór Polski, ale jego ambicje sięgają dalej. Lepiej niż w otoczeniu betonu i wielkopłytowej zabudowy czuje się wśród drzew i gór, które są jego największą miłością (zaraz obok ekosystemów leśnych), a obiektyw jego aparatu woli architekturę zabytkową niż nowoczesną. Najbardziej interesuje go historia współczesna, jako ta najlepiej poznana i pozostawiająca najmniej znaków zapytania. Wszystkie zwierzęta uważa za równorzędnych mieszkańców Ziemi. Zgodnie ze swoimi zainteresowaniami, w „National-Geographic.pl” pisze przede wszystkim o przyrodzie i historii. Zagorzały przeciwnik betonozy. Prywatnie opiekun dwóch wspaniałych gryzoni.
Teleportacja to już nie tylko science fiction – przynajmniej na poziomie kwantowym
Choć teleportacja ludzi wydaje się nieosiągalna, teleportacja kwantowa staje się kluczową technologią przyszłości. Może zapoczątkować nową erę komputerów i zmienić nasze rozumienie świata subatomowego.
Spis treści: Teleportacja w laboratorium Teleportacja kwantowa może pomóc rozwiązywać złożone problemy Jak działa teleportacja kwantowa? Czy teleportacja kwantowa pozwoli kiedyś przenosić ludzi? Sześćdziesiąt lat temu serial Star Trek wprowadził technologię, która stała się jedną z najbardziej rozpoznawalnych w historii science fiction: transporter. Maszyna, umożliwiająca natychmiastową teleportację z miejsca na miejsce, zrodziła się z czystej oszczędności – twórcy chcieli uniknąć wysokich kosztów renderowania lądowań statku. Technologia „przesyłania” załogi na pokład Enterprise i z powrotem stała się od tego czasu znakiem rozpoznawczym serii. Teleportacja w laboratorium W świecie Star Treka transporter przekształca materię w strumień energii, który następnie przesyłany jest do wybranego miejsca, gdzie zostaje odtworzony atom po atomie. Choć serial ten nie był pierwszym dziełem ukazującym teleportację, to właśnie ta koncepcja najmocniej rozpaliła wyobraźnię odbiorców, dając początek trwałym motywom kulturowym i licznym inspiracjom technologicznym. A potem… teleportacja stała się rzeczywistością. Ponad 30 lat temu grupa fizyków poszukiwała nazwy dla swojej radykalnej i nowatorskiej koncepcji. Chcieli opisać sposób przekazywania stanów kwantowych atomów lub cząstek subatomowych do innych, oddalonych cząstek bez jakiejkolwiek fizycznej interakcji między nimi. Stan kwantowy to pojęcie matematyczne, opisujące informacje o atomie lub cząstce subatomowej – na przykład poziom energii elektronu czy polaryzację fotonu. Zainspirowani science fiction, badacze nazwali to zjawisko „teleportacją kwantową”. Od tego czasu idea ta ewoluowała z koncepcji teoretycznej w eksperymentalnie zweryfikowaną rzeczywistość. Pierwsze doświadczenia z końca lat 90. wykazały, że stany kwantowe można przesyłać na krótkie dystanse. Kolejne badania udowodniły, że proces ten działa na coraz większe odległości – nawet między Ziemią a niską orbitą okołoziemską, co w 2017 roku zademonstrowali chińscy naukowcy. Teleportacja kwantowa jest możliwa dzięki wykorzystaniu splątania kwantowego – naturalnego zjawiska, w którym maleńkie cząstki mogą zostać ze sobą powiązane na niemal nieskończonych dystansach. Teleportacja kwantowa znacząco różni się od teleportacji materii, którą znamy z filmów i seriali. Polega ona na przenoszeniu stanu kwantowego, a nie samej materii. I choć eksperci podkreślają, że nie doprowadzi to do „przenoszenia” ludzi jak w Star Treku, może otworzyć drogę do nowej ery obliczeń kwantowych, która zrewolucjonizuje nasze rozumienie świata subatomowego – a tym samym także natury wszechświata i wszystkiego, co w nim istnieje. – U podstaw natura ma charakter kwantowy – mówi Jason Orcutt, główny naukowiec badawczy w IBM Quantum. – Ty sam jesteś informacją kwantową. Teleportacja kwantowa może pomóc rozwiązywać złożone problemy W życiu codziennym obiekty zdają się podlegać znanym nam zasadom fizyki klasycznej. Jednak na poziomie atomów i cząstek subatomowych zaczyna obowiązywać zupełnie inny, często trudny do wyobrażenia zestaw reguł. To właśnie królestwo fizyki kwantowej, w którym cząstki mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie, dopóki nie zostaną poddane pomiarowi, a obiekty mogą zostać ze sobą powiązane na niemal nieskończonych dystansach. Wiele zjawisk w świecie kwantowym wymyka się intuicji – i możliwościom opisu przez tradycyjne komputery. Podczas gdy klasyczne komputery przechowują i przetwarzają dane w postaci bitów (0 lub 1), stan układu kwantowego nie zawsze da się sprowadzić do tak prostego podziału. Dlatego potrzebny jest inny sposób zapisu informacji – informacja kwantowa, czyli kubity (qubits). Podczas gdy bit może przyjmować tylko wartość 0 albo 1, kubit może jednocześnie reprezentować oba stany, aż do momentu pomiaru – zjawisko to nazywa się superpozycją. Kubity mogą również ulegać splątaniu, co oznacza, że pomiar jednego natychmiast wpływa na wynik pomiaru drugiego. W efekcie powstaje bardzo złożona forma informacji, która stanowi fundament ogromnych możliwości komputerów kwantowych. – Istnieją problemy tak trudne, że ich rozwiązanie zajęłoby czas równy wiekowi Wszechświata – i klasyczne komputery nigdy im nie podołają – twierdzi dr Jason Orcutt. Komputery kwantowe mogą w przyszłości umożliwić precyzyjne symulowanie świata molekularnego, w tym złożonych reakcji chemicznych. Dzięki temu moglibyśmy projektować wydajniejsze procesy przemysłowe – na przykład bardziej energooszczędną produkcję syntetycznych nawozów dla rolnictwa – a także tworzyć zupełnie nowe materiały. Choć komercyjne komputery kwantowe już istnieją, ich możliwości są wciąż ograniczone. Jednym z kluczowych wyzwań w budowie większych i bardziej zaawansowanych maszyn – zdolnych do korygowania błędów i prowadzenia długotrwałych obliczeń – jest opracowanie skutecznych metod przesyłania informacji kwantowej. – Problem polega na tym, że gdy mierzymy stan kwantowy, automatycznie go zmieniamy – wyjaśnia Simone Portalupi, badacz komunikacji kwantowej. – Nie da się więc po prostu skopiować informacji kwantowej. Jak działa teleportacja kwantowa? Potrzebne są więc inne sposoby przekazywania informacji – i właśnie tu pojawia się teleportacja kwantowa. Jako metoda umożliwiająca przenoszenie stanów kwantowych bez przemieszczania materii, może stać się standardowym sposobem komunikacji w świecie technologii kwantowych. Dzięki niej możliwe będzie łączenie odległych komputerów kwantowych, a w przyszłości nawet stworzenie kwantowego internetu. Splątanie kwantowe jest zjawiskiem naturalnym, ale można je również wywołać sztucznie. Gdy dwa układy kwantowe zostaną splątane, ich stany pozostają ze sobą powiązane niezależnie od dzielącej je odległości. To właśnie dlatego splątanie może być wykorzystywane do przesyłania informacji. Procedura teleportacji stanów kwantowych została po raz pierwszy opisana w publikacji z 1993 roku, a następnie potwierdzona w serii eksperymentów. Do lat 2010. naukowcy nauczyli się teleportować różne typy stanów kwantowych, w tym stany nadprzewodzących obwodów. Badania wykazały także, że możliwe jest przesyłanie stanów kwantowych między miastami, a nawet między Ziemią a przestrzenią kosmiczną i z powrotem. Dziś – jak podkreśla Daniel Orcutt – dziedzina ta wychodzi poza etap czysto naukowy i wkracza w fazę inżynieryjną, której celem jest łączenie i skalowanie komputerów kwantowych. Czy teleportacja kwantowa pozwoli kiedyś przenosić ludzi? Choć teleportacja kwantowa może odegrać kluczową rolę w rozwoju przyszłych komputerów kwantowych, eksperci podkreślają, że raczej nie doprowadzi do powstania urządzeń zdolnych do „transportowania” ludzi, jak w Star Treku. – Porównania do Star Treka są trudne – mówi Tim Strobel, doktorant zajmujący się komunikacją kwantową i członek projektu QR.N. – W naszym przypadku chodzi o przenoszenie stanów kwantowych, a nie materii czy energii. Oblak przyznaje, że aby teleportować człowieka, należałoby przenieść całą informację kwantową dotyczącą atomów i cząstek, z których jest zbudowany. Konieczne byłoby także posiadanie w miejscu docelowym „zestawu atomów gotowych do złożenia człowieka”, a następnie przekazanie stanu kwantowego do każdego z nich z osobna. – Trudno sobie wyobrazić, by kiedykolwiek było to możliwe – mówi. Pozostaje też odwieczna debata filozoficzna: czy osoba, która pojawia się po teleportacji, to ta sama osoba, czy jedynie jej kopia? W mechanice kwantowej obowiązuje tzw. twierdzenie o zakazie klonowania, które mówi, że nie da się skopiować nieznanego stanu kwantowego. Teleportacja omija ten problem, ponieważ oryginalny stan zostaje najpierw zmierzony i zniszczony, zanim zostanie odtworzony w innym miejscu. W efekcie – na poziomie kwantowym – przeniesiony stan można uznać raczej za ten sam, a nie jego kopię. Jeśli okaże się, że to, co czyni cię tym, kim jesteś – twoje wspomnienia, osobowość, a nawet poczucie własnego „ja” – sprowadza się do informacji kwantowej, wówczas być może mógłbyś przeteleportować się w nowe miejsce. Jeśli jednak tak nie jest, taka „teleportacja” mogłaby oznaczać jedynie śmierć oryginału i powstanie jego kopii gdzie indziej. – To wszystko opiera się wyłącznie na spekulacjach – mówi Orcutt. – Na razie pytanie, czy można teleportować człowieka, a nawet pojedynczy atom, pozostaje zdecydowanie w sferze science fiction – podobnie jak wszelkie odpowiedzi na to pytanie. Źródło: National Geographic
Udało się przetransportować antymaterię ciężarówką! Eksperyment BASE w CERN zakończył się sukcesem
Kriogeniczna pułapka Penninga zawierająca chmurę 92 antyprotonów została przetransportowana ciężarówką przez teren Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). To wyjątkowe wydarzenie, które w przyszłości pozwoli na transportowanie antymaterii do europejskich laboratoriów.
Antymateria to naturalnie występująca klasa cząstek, niemal identyczna ze zwykłą materią – z tą różnicą, że ładunek elektryczny i moment magnetyczny są odwrócone. Każda cząstka ma swoją „lustrzaną wersję”: elektron (–) → pozyton (+), proton (+) → antyproton (–), neutron → antyneutron . Zgodnie z prawami fizyki Wielki Wybuch powinien wygenerować równe ilości materii i antymaterii. Te równe, lecz przeciwne cząstki szybko by się wzajemnie anihilowały, pozostawiając pusty Wszechświat. Tymczasem to, co nas otacza, składa się głównie z materii, a ta nierównowaga od dziesięcioleci zastanawia naukowców. Fizycy podejrzewają, że istnieją ukryte różnice, które mogą wyjaśniać, dlaczego materia przetrwała, a antymateria niemal całkowicie zniknęła. Od pomysłu Diraca po eksperymenty w CERN Samo istnienie antymaterii przewidział genialny fizyk i noblista Paul Dirac w swojej pracy opublikowanej w 1928 roku. Pierwsze antyprotony zaczęto wytwarzać w akceleratorach już w latach 50. XX wieku. W 1995 w CERN po raz pierwszy stworzono atomy antywodoru. Niemal wiek po artykule Diraca naukowcy potrafią nie tylko wytwarzać, ale też przechowywać antymaterię przez dłuższy czas. A jak się właśnie okazało – także ją transportować. 24 marca 2026 roku zapisze się w historii nauki jako wyjątkowo ważny moment. Właśnie wczoraj zespół naukowców eksperymentu BASE w CERN z powodzeniem przetransportował pułapkę zawierającą antyprotony przez teren laboratorium. W przenośnej, kriogenicznej pułapce Penninga znajdowała się chmura 92 antyprotonów. Po przewiezieniu pułapki urządzenie zostało z powodzeniem podłączone w innym laboratorium, a eksperyment kontynuowano. Fabryka antymaterii Dlaczego to takie ważne? Ponieważ antymateria ulega anihilacji przy kontakcie ze zwykłą materią, co powoduje, że bardzo trudno jest ją utrzymać. Do tej pory antymateria mogła być badana tylko w CERN, gdzie znajduje się jedyne na świecie laboratorium nazywane fabryką antymaterii. Fabryka ta to tak naprawdę kompleks urządzeń badawczych zdolnych wytwarzać antyprotony w procesie zderzania cząstek przy bardzo dużych energiach i spowalniać je, by mogły służyć naukowcom oraz nadawały się do przechowywania. Wyrażenie „fabryka” sugeruje ilości przemysłowe, jednak wytworzenie antymaterii jest bardzo trudne i kosztowne. Przy obecnej technologii wyprodukowanie jednego grama antymaterii zajęłoby miliony lat. – Celem projektu BASE-STEP jest wychwytywanie antyprotonów i dostarczanie ich do wyspecjalizowanych europejskich laboratoriów, w tym do laboratorium Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie, Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze, a być może także do innych ośrodkaów zdolnych do prowadzenia bardzo precyzyjnych pomiarów antyprotonów, które nie są możliwe w fabryce antymaterii – wyjaśnia Christian Smorra, kierownik projektu BASE-STEP. – W zeszłym roku potwierdziliśmy wykonalność projektu na protonach, ale to, co osiągnęliśmy dziś z antyprotonami, jest prawdziwym kamieniem milowym – podkreśla naukowiec. Eksperyment BASE-STEP jest na tyle mały, że można go załadować na ciężarówkę i przenieść przez standardowe drzwi laboratoryjne. Urządzenie jest również odporne na wstrząsy i drgania podczas transportu. Aparatura – obejmująca nadprzewodzący magnes, kriogeniczne chłodzenie ciekłym helem, rezerwy zasilania oraz komorę próżniową – więzi antycząstki za pomocą pól magnetycznych i elektrycznych. Całość waży tonę i jest znacznie bardziej kompaktowa niż inne istniejące systemy do badania antymaterii. Popkultura o antymaterii Gautier Hamel de Monchenault, dyrektor ds. badań i obliczeń CERN, podkreślił, że transport antymaterii jest pionierskim i wyjątkowo ambitnym projektem. – Gratuluję zespołowi BASE tego imponującego osiągnięcia. Znajdujemy się na początku ekscytującej drogi naukowej, która pozwoli nam jeszcze głębiej zrozumieć antymaterię – powiedział uczony. Natomiast my dodajmy, że wytwarzana w CERN antymateria nie jest niebezpieczna i nie może być przekształcona w broń. Oczywiście Dan Brown w powieści „Anioły i demony” (i filmie na jej podstawie) wykorzystał pojemnik z antymaterią do stworzenia bomby, która miała wysadzić Watykan, a torpedy fotonowe statku Enterpise z uniwersum Star Treka wyposażone są głowice z antymaterii. Jednak przy współczesnej technologii wytworzenie takiej broni jest niemożliwe. Przede wszystkim produkcja antymaterii jest niezwykle kosztowna. Szacunkowo jest to około 6 miliardów dolarów za każde 100 nanogramów. W dodatku wytwarzane ilości są bardzo małe. Innymi słowy, antymateria służy przede wszystkim nauce i poznaniu tajemnic Wszechświata. Źródło: CERN Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czas nie jest fundamentalną częścią rzeczywistości? Być może jest czymś, co tworzy się spontanicznie
Pytanie o naturę czasu jest jednym z podstawowych i najgłębszych problemów nauki. Od ruchów planet, po ludzką pamięć – wszystko wydaje się rozwijać tylko w jednym, nieodwracalnym kierunku. Gdy jednak fizycy próbują połączyć różnorodne teorie w jedną, spójną całość, czas często zachowuje się w specyficzny sposób. Raz się rozciąga. Innym razem zwalnia. Czasami nawet całkowicie znika.
Spis treści: Różne traktowanie czasu Teoria informacji Czasoprzestrzeń jako nośnik informacji Perspektywa czasu „Czas wydaje się najbardziej podstawową cechą rzeczywistości. Sekundy tykają, dni mijają, a wszystko (…) zdaje się rozwijać w jednym, nieodwracalnym kierunku. Rodzimy się i umieramy, dokładnie w tej kolejności. Planujemy nasze życie wokół czasu, obsesyjnie go mierzymy i doświadczamy go jako nieprzerwanego przepływu od przeszłości do przyszłości. Wydaje się tak oczywiste, że czas płynie naprzód, iż jego kwestionowanie może wydawać się niemal bezcelowe. A jednak od ponad wieku fizyka zmaga się z pytaniem, czym właściwie jest czas. Ta walka legła u podstaw jednych z najgłębszych problemów w nauce” – napisał w artykule opublikowanym na łamach „The Conversation” fizyk dr Florian Neukart, adiunkt na Uniwersytecie w Lejdzie. Różne traktowanie czasu Współczesna fizyka opiera się na kilku ramach teoretycznych. Ogólna teoria względności Alberta Einsteina opisuje grawitację i ruch dużych obiektów, takich jak planety. Mechanika kwantowa rządzi mikroświatem atomów i cząstek. Tak zwany model standardowy kosmologii opisuje narodziny i ewolucję całego Wszechświata. Wszystkie opierają się na czasie, a jednak traktują go w różny sposób. Już teoria względności wybija nas z intuicyjnego postrzegania uniwersalności czasu. Bo według niej czas płynie z różną prędkością w zależności od grawitacji i ruchu. Einstein pokazał, że czas jest spleciony z przestrzenią w czterowymiarową strukturę zwaną czasoprzestrzenią. Mechanika kwantowa uczyniła sytuację jeszcze dziwniejszą. W teorii kwantowej czas jest po prostu założony. Równania mechaniki kwantowej opisują, jak układy ewoluują względem czasu, ale sam czas pozostaje zewnętrznym parametrem, tłem – zegarem znajdującym się poza teorią. Ta niezgodność staje się szczególnie wyraźna, gdy fizycy próbują opisać grawitację na poziomie kwantowym, co jest kluczowe dla stworzenia upragnionej teorii wszystkiego – łączącej główne teorie fundamentalne. Pomimo ogromnych postępów w kosmologii i fizyce cząstek nadal brakuje nam jasnego wyjaśnienia, dlaczego czas w ogóle płynie. Ciekawe odpowiedzi daje teoria informacji rozwijana przez Claude’a Shannona w latach 40. ubiegłego wieku. Teoria informacji W ciągu ostatnich kilku dekad w fizyce zaszła cicha, ale dalekosiężna rewolucja. Informacja, wcześniej traktowana jako abstrakcyjne narzędzie do śledzenia stanów lub prawdopodobieństw, coraz częściej uznawana jest za wielkość fizyczną samą w sobie, podobnie jak materia czy promieniowanie. Podczas gdy entropia mierzy liczbę możliwych stanów mikroskopowych, informacja mierzy, jak interakcje fizyczne ograniczają i zapisują te możliwości. Gdy Stephen Hawking wykazał, że czarne dziury emitują promieniowanie, pojawił się problem zachowania informacji. Bo jeśli uzna się teorię Hawkinga, to trzeba zaakceptować, że informacja o wszystkim, co wpada do czarnej dziury, może zostać na zawsze utracona jako ciepło. Wniosek ten był sprzeczny z mechaniką kwantową, która wymaga zachowania informacji. Rozwiązanie tego problemu zmusiło fizyków do przyznania, że informacja nie jest opcjonalna. Jeśli chcemy pełnego opisu Wszechświata uwzględniającego mechanikę kwantową, informacja nie może po prostu znikać bez podważenia podstaw fizyki. Stało się jasne, że informacja ma koszt termodynamiczny, że usuwanie jej rozprasza energię, a przechowywanie wymaga zasobów fizycznych. Te idee prowadzą do radykalnej zmiany perspektywy. Zamiast traktować czasoprzestrzeń jako coś pierwotnego, a informację jako coś, co w niej istnieje, możliwe jest, że to informacja jest bardziej fundamentalnym składnikiem, z którego sama czasoprzestrzeń się wyłania. Czasoprzestrzeń jako nośnik informacji – Opierając się na tych badaniach, moi współpracownicy i ja opracowaliśmy ramy teoretyczne, w których sama czasoprzestrzeń działa jako nośnik informacji. A to ma istotne konsekwencje dla tego, jak postrzegamy czas – wyjaśnia Florian Neukart. Jeśli czasoprzestrzeń zapisuje informację, to jej obecny stan odzwierciedla nie tylko to, co istnieje teraz, ale także wszystko, co wydarzyło się wcześniej. Obszary, które doświadczyły większej liczby oddziaływań, niosą inny ślad informacyjny niż te, które doświadczyły ich mniej. Wszechświat, w tym ujęciu, nie tylko ewoluuje zgodnie z bezczasowymi prawami stosowanymi do zmieniających się stanów. On pamięta i wcale nie jest to metafora. Każde oddziaływanie fizyczne pozostawia ślad informacyjny. Gdy informacja rozprzestrzeni się w szerszym środowisku, jej odzyskanie wymagałoby odwrócenia nie tylko jednego zdarzenia, ale każdej zmiany fizycznej, którą ono wywołało po drodze. W praktyce jest to niemożliwe. Dlatego właśnie informacja nie może być usunięta, a rozbite filiżanki nie składają się z powrotem. Ale konsekwencje sięgają głębiej. Każde oddziaływanie zapisuje coś trwałego w strukturze Wszechświata – niezależnie od tego, czy chodzi o zderzenia atomów, czy formowanie się galaktyk. Perspektywa czasu – Niedawno rozszerzyliśmy tę informacyjną perspektywę na sam czas. Zamiast traktować czas jako fundamentalny parametr tła, pokazaliśmy, że porządek czasowy wyłania się z nieodwracalnego zapisywania informacji. W tym ujęciu czas nie jest czymś, co dodaje się do fizyki „z zewnątrz”. Powstaje, ponieważ informacja jest zapisywana w procesach fizycznych i – zgodnie ze znanymi prawami termodynamiki i mechaniki kwantowej – nie może zostać globalnie usunięta. Idea jest prosta, ale dalekosiężna – mówi naukowiec. To, czy ten model okaże się ostateczną odpowiedzią, czy jedynie krokiem pośrednim, pozostaje do ustalenia. Jak wiele idei w fizyce fundamentalnej, będzie on oceniany na podstawie tego, jak dobrze łączy teorię z obserwacją. Już teraz jednak sugeruje uderzającą zmianę perspektywy. Wszechświat nie istnieje w czasie. To czas jest czymś, co Wszechświat nieustannie zapisuje w samym sobie. Źródło: The Conversation Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Wielki Zderzacz Hadronów pozwolił odnaleźć nową cząstkę subatomową – ogłosili naukowcy z CERN
Niedawno rozpoczął się nowy, ostatni przed wielką modernizacją sezon badań w Wielkim Zderzaczu Hadronów – największym i najpotężniejszym akceleratorze cząstek na świecie. Tymczasem naukowcy z CERN ogłosili, że eksperyment LHCb wykrył nową cząstkę subatomową przypominającą proton, lecz czterokrotnie cięższą.
Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider, LHC) jest jednym z najbardziej niezwykłych urządzeń badawczych na świecie. Zbudowany przez Europejską Organizację Badań Jądrowych (CERN) akcelerator cząstek to naszpikowany czułą aparaturą 27-kilometrowy podziemny pierścień, w którym rozpędza się protony do prędkości bliskiej prędkości światła i zderza je ze sobą. Dzięki tym zderzeniom naukowcy badają podstawowe składniki materii i prawa rządzące Wszechświatem. To właśnie w LHC odkryto m.in. bozon Higgsa w 2012 roku. Jednak na tym lista się nie kończy. LHC pozwolił odkryć dziesiątki nowych hadronów, w tym egzotyczne układy, takie jak tetrakwarki i pentakwarki. Dzięki zderzeniom ciężkich jonów naukowcy odtworzyli także plazmę kwarkowo-gluonową – stan materii istniejący tuż po Wielkim Wybuchu. Dwa kwarki powabne Teraz fizycy wysokich energii z CERN ogłosili, że eksperyment LHCb pozwolił wykryć cząstkę zawierającą dwa kwarki powabne (doubly charmed particle). Przypomina proton, lecz jest czterokrotnie cięższa. Atomy wodoru, najprostszego i najpowszechniejszego pierwiastka w obserwowalnym Wszechświecie, zawierają jedynie proton i elektron. Protony, wraz z neutronami w cięższych atomach, składają się z elementarnych cząstek subatomowych zwanych kwarkami. Proton zawiera dwa kwarki górne (up) i jeden kwark dolny (down). Istnieją jednak cięższe, niestabilne odmiany kwarków, znane jako powabne (charm), dziwne (strange), górne (top) i dolne (bottom). W ciężkim protonie wykrytym w CERN oba kwarki górne zostały zastąpione kwarkami powabnymi. Cząstka o nazwie Xi-cc-plus, została zidentyfikowana dzięki charakterystycznemu rozpadowi na inne cząstki. Po pojawieniu się nie istnieje długo: naukowcy przypuszczają, że przetrwa krócej niż jedną milionową część milionowej części sekundy, zanim ulegnie rozpadowi. Jednak sama wiedza o jej istnieniu – oraz znajomość jej masy – może pomóc fizykom lepiej zrozumieć strukturę materii. Silne oddziaływania jądrowe – Jest to pierwsza nowa cząstka zidentyfikowana po modernizacji detektora LHCb zakończonej w 2023 roku – napisał w komunikacie prasowym rzecznik eksperymentu dr Vincenzo Vagnoni. Nowo odkryta cząstka pomoże fizykom lepiej zrozumieć silne oddziaływanie jądrowe, które spaja składniki wszystkich jąder atomowych. Oddziaływanie to jest nietypowe, ponieważ zachowuje się jak gumowa taśma – staje się silniejsze wraz ze wzrostem odległości między cząstkami subatomowymi. Zagadka sprzed 25 lat Odkrycie wiąże się również zagadką sprzed niemal 25 lat. W 2002 roku fizycy z amerykańskiego ośrodka Fermilab w Illinois zaobserwowali ślady cząstki, która mogła być Xi-cc-plus. Jednak była ona znacznie lżejsza niż przewidywała teoria, a poziom pewności oszacowania jej masy nie osiągnął standardu 5 sigma wymaganego dla odkrycia cząstki subatomowej. Po 15 latach, w 2017 roku zespół LHCb w CERN odkrył podobny typ barionu, znany jako Ξcc++ („Xi-cc-plus-plus”). Fizycy spodziewali się, że Xi-cc-plus będzie miał zbliżoną masę. Najnowsze obserwacje potwierdzają te oczekiwania z poziomem pewności 7 sigma. CERN poinformował, że nowa cząstka zwiększa łączną liczbę hadronów odkrytych w eksperymentach LHC do 80. Odkrycie Xi-cc-plus nie jest tak przełomowe, jak to z 2012 roku, gdy LHC pozwolił odnaleźć bozon Higgsa, jednak – jak zaznaczył Vagnoni – poszerzy granice fizyki. Wielka modernizacja LHC – Wynik ten pomoże teoretykom testować modele chromodynamiki kwantowej – teorii silnego oddziaływania, które wiąże kwarki nie tylko w konwencjonalne bariony i mezony, ale także w bardziej egzotyczne hadrony, takie jak tetrakwarki i pentakwarki – wyjaśnił włoski naukowiec. To jeszcze nie koniec zadań stojących przez Wielkim Zderzaczem Hadronów. Obecna tura testów zakończy się w czerwcu tego roku. Następnie urządzenie zostanie wyłączone na kilka lat. Przejdzie w tym czasie potężną modernizację znaną jako projekt High-Luminosity Large Hadron Collider. Modernizacja ma zwiększyć zdolność akceleratora do zderzeń cząstek dziesięciokrotnie w porównaniu z pierwotnymi założeniami. Po jej zakończeniu, około 2030 roku, fizycy uzyskają jeszcze większe możliwości prowadzenia badań. Źródło: CERN Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Skala Richtera odeszła do historii. Naukowcy zastąpili ją dokładniejszą metodą
Skala Richtera to bez wątpienia najsłynniejsza miara geofizyczna. Warto jednak podkreślić, że w swojej pierwotnej formie jest w zasadzie martwa od dziesięcioleci. Współczesna nauka odeszła od oryginalnej metody Richtera i Gutenberga, zastępując ją bardziej wyrafinowaną fizyką momentu sejsmicznego. Jednak nazwisko ekscentrycznego fizyka przetrwało jako synonim trzęsienia ziemi.
Spis treści: Skala Richtera to nieistniejące pojęcie Wykres Richtera Skutki trzęsień ziemi Zmierzch skali Richtera Najsilniejsze trzęsienia ziemi w nowożytnej historii Kiedy ziemia zaczyna drżeć, a budynki kołyszą się niczym targane wiatrem drzewa, pojawia się pytanie: „Ile w skali Richtera?”. Ta jedna wartość, najczęściej mieszcząca się w przedziale od 1 do 9, stała się ostatecznym wyznacznikiem skali katastrofy. Zaczęło się od próby uporządkowania danych w laboratorium w Kalifornii, a skończyło na systemie, który monitoruje puls całej planety. Skala Richtera to nieistniejące pojęcie Gdy gdzieś na świecie zadrży ziemia, nagłówki gazet i portali internetowych „krzyczą” o sile wstrząsów, wyrażonej w skali Richtera. Czy to zwykłe przyzwyczajenie, czy raczej celowo używane uproszczenie? Trudno powiedzieć, jednak oczywiste jest, że używanie nazwiska sławnego sejsmologa w kontekście miary siły kataklizmu jest ewidentnym błędem – z dwóch powodów. Po pierwsze, Charles Richter nigdy nie nazwał swoim nazwiskiem skali, którą opracował wspólnie z Beno Gutenbergiem. Po drugie, oryginalna skala miała poważne ograniczenia, które dla nauki były niedopuszczalne. Z tego powodu od kilkudziesięciu lat nie jest stosowana. Przed opracowaniem magnitudy Zanim Richter nakreślił swoje słynne krzywe, świat polegał na skalach intensywności. Najczęściej stosowana była skala Mercalliego i jej późniejsze modyfikacje. Problem w tym, że nie mierzyły one trzęsienia ziemi jako zjawiska fizycznego u źródła, a jedynie jego skutki na powierzchni. Oznacza to, że wstrząsy, które nawiedzały obszary niezurbanizowane i niezamieszkane, właściwie były ignorowane. W tej sytuacji, nie można było zrozumieć zjawiska tektoniki płyt i dynamiki wnętrza Ziemi. Nauka potrzebowała miary bezwzględnej. Wykres Richtera W 1935 roku Charles Richter opublikował przełomową pracę, w której zdefiniował to, co dziś nazywamy „skalą Richtera”, a co naukowo określane jest mianem magnitudy lokalnej. Swoją metodę pomiarową oparł na konkretnym instrumencie – sejsmografie torsyjnym Wooda-Andersona. Jej definicja była ściśle empiryczna – magnituda to logarytm dziesiętny z maksymalnej amplitudy fali (mierzonej w mikrometrach), zarejestrowanej przez standardowy sejsmograf Wooda-Andersona, znajdujący się w odległości 100 km od epicentrum. Skala Richtera jest więc skalą logarytmiczną o podstawie 10. Oznacza to, że każdy pełny stopień magnitudy odpowiada dziesięciokrotnemu wzrostowi amplitudy fali sejsmicznej na zapisie sejsmografu: trzęsienie o magnitudzie 5,0 kreśli na papierze linię 10 razy wyższą niż trzęsienie 4,0; trzęsienie o magnitudzie 6,0 kreśli linię 100 razy wyższą niż trzęsienie 4,0; trzęsienie o magnitudzie 7,0 kreśli linię 1000 razy wyższą niż trzęsienie 4,0. Chcąc narysować wstrząsy na jednej kartce papieru w skali liniowej i przyjmując, że trzęsienie o magnitudzie 3 to 1 mm, wstrząsy o magnitudzie 9 wymagałyby kartki o długości… 1 km. Logarytm kompresuje te dane do zarządzalnych cyfr od 1 do 9. Amplituda a energia W tym miejscu należy jednak podkreślić, że amplituda, czyli wychylenie gruntu, nie jest równoznaczna z energią, czyli mocą niszczącą. Relacja między tymi wartościami nie jest liniowa. Energia jest proporcjonalna do amplitudy podniesionej do potęgi 1,5. Zwiększenie magnitudy o 1 stopień to ok. 32 razy więcej energii. O 2 stopnie – ok. 1000 razy więcej energii. Jak to wygląda w praktyce? Implikacje są iście porażające: trzęsienie 6,0 jest 32 razy silniejsze od 5,0; trzęsienie 7,0 jest 1000 razy silniejsze od 5,0; trzęsienie 9,0 jest 1000000 razy silniejsze od 5,0. To dlatego trzęsienia o magnitudzie 5,0 są często uważane za „umiarkowane” i rzadko powodują zawalenia budynków, podczas gdy trzęsienia 8,0 potrafią zrównać z ziemią całe regiony. Cichy współtwórca Mówiąc o skali Richtera, nie można nie wspomnieć o Beno Gutenbergu. To właśnie niemiecki sejsmolog, patrząc na dane zebrane przez Richtera, zasugerował kluczowe rozwiązanie matematyczne – użycie skali logarytmicznej. Richter początkowo oponował. Ostatecznie jednak pragmatyzm zwyciężył. Bez logarytmów skala byłaby niemożliwa do graficznego przedstawienia. Skutki trzęsień ziemi Co oznaczają poszczególne stopnie na skali? Wstrząsy o magnitudzie z pierwszej połowy skali nie są szczególnie niebezpieczne, ale te z przeciwległego końca oznaczają kataklizm o sile, którą trudno sobie wyobrazić: <2,0 – to najmniejsze wstrząsy, które najczęściej są niewyczuwalne; 2,0-3,4 – takie wstrząsy odczuje tylko niewielka grupa ludzi; 3,5-4,2 – te wstrząsy odczuje większość ludzi na danym obszarze, ale wciąż są one niewielkie; 4,3-4,8 – są odczuwalne przez wszystkich, ale nadal nieszkodliwe; 4,9-5,4 – to wstrząsy powodujące niewielkie zniszczenia; 5,5-6,1 – to średnie wstrząsy, mogące doprowadzić do uszkodzenia budynków; 6,2-6,9 – to duże wstrząsy, powodujące znaczne zniszczenia; 7,0-7,3 – takie wstrząsy wywołują już znaczne zniszczenia; 7,4-8,0 – w tym przypadku należy już mówić o ogromnych zniszczeniach; 8,1-8,9 – takie wstrząsy wywołują katastrofalne skutki; ≥9,0 – takie trzęsienie ziemi generuje energię, która może zburzyć wszystkie miasta na obszarze większym niż kilkanaście tysięcy kilometrów kwadratowych. Zmierzch skali Richtera Mimo swojej genialnej prostoty, oryginalna skala Richtera miała poważne ograniczenia. Została skalibrowana dla geologii Kalifornii i konkretnego typu sejsmografu. Gdy naukowcy zaczęli stosować ją do trzęsień w innych częściach świata i – co ważniejsze – do trzęsień potężniejszych niż te, które Richter obserwował w latach 30., napotkali na poważny problem. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/co-to-znaczy-sejsmologia-i-czym-zajmuja-sie-sejsmolodzy-trzesienia-ziemi-pod-lupa-naukowcow-fot-adhitya-hendra-pacific-press-lightrocket-via-getty-images-cbc6431.jpeg" width="938" height="623" alt="Co to znaczy „sejsmologia” i czym zajmują się sejsmolodzy? Trzęsienia ziemi pod lupą naukowców (fot. Adhitya Hendra/Pacific Press/LightRocket via Getty Images)" title="Co to znaczy „sejsmologia” i czym zajmują się sejsmolodzy? Trzęsienia ziemi pod lupą naukowców (fot. Adhitya Hendra/Pacific Press/LightRocket via Getty Images)" /> Skala autorstwa Richtera i Gutenberga opierała się na falach o stosunkowo wysokiej częstotliwości. Przy trzęsieniach powyżej magnitudy 6,5–7,0 ich amplituda przestaje rosnąć proporcjonalnie do energii uwalnianej w ognisku. Dzieje się tak, ponieważ przy bardzo dużych pęknięciach energia jest emitowana w postaci fal o bardzo długim okresie, których sejsmografy Wooda-Andersona „nie słyszały” poprawnie. Efekt? Trzęsienia o rzeczywistej sile 8,0 i 9,0 dawały na starej skali niemal ten sam wynik – około 7,0 lub nieco więcej. Rewolucja momentu sejsmicznego W latach 70. XX wieku sejsmolodzy Hiroo Kanamori i Thomas Hanks wprowadzili skalę znaną jako magnituda momentu sejsmicznego. W przeciwieństwie do metody Richtera, która była tylko pomiarem amplitudy fali, magnituda momentu jest miarą samej przyczyny – fizycznej pracy wykonanej podczas pękania skał. Metoda ta ma kluczową zaletę – w przeciwieństwie do skali Richtera, nie ulega nasyceniu, czyli może rosnąć tak długo, jak długo rośnie trzęsienie ziemi. Pozwoliła ona precyzyjnie odróżnić trzęsienie 8,8 od 9,0, co ma kluczowe znaczenie dla szacowania ryzyka tsunami. Dziś, gdy USGS lub inne agencje podają „magnitudę trzęsień ziemi”, w większości przypadków dla silnych wstrząsów (powyżej 4,0) jest to właśnie magnituda momentu sejsmicznego, choć media najczęściej wciąż dodają „w skali Richtera”. Jest to naukowo niepoprawne, ale kulturowo i historycznie – całkowicie zrozumiałe. Najsilniejsze trzęsienia ziemi w nowożytnej historii W XX i XXI wieku nie brakowało tragicznych momentów, gdy skala została „przetestowana” do górnych wartości: Valdivia, Chile (1960 rok) – 9,5; Prince William Sound, Alaska (1964 rok) – 9,2; Sumatra, Indonezja (2004 rok) – 9,1; Tohoku, Japonia (2011 rok) – 9,1; Kamczatka, Rosja (1952 rok) – 9,0. Źródło: National Geographic Polska Nasz autor Artur Białek Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.
Teraz wiemy, czemu buty sportowe piszczą. Dosłownie produkują miniaturowe pioruny
Wyobraź sobie ciszę na boisku, na którym toczy się walka o ostatni punkt. Sekundy mijają, niemalże słychać bicie serc, a wielką chwilę przerywa… przenikliwy pisk butów. Ich akompaniament bezapelacyjnie kojarzy nam się z meczami siatkówki, koszykówki czy piłki ręcznej, a naukowcy z Harvardu wreszcie znaleźli wytłumaczenie zjawiska, które zna każdy sportowiec. Stało się pretekstem do eksperymentów… z piorunami.
Naukowcy z Harvardu udowodnili, że za irytujący pisk butów na parkiecie odpowiadają miniaturowe wyładowania elektryczne powstające pomiędzy gumą a twardą powierzchnią boiska. Ale jak to możliwe? Sekret piszczących butów – impulsy tarcia szybsze niż dźwięk To wcale nie takie proste. Inżynierowie odkryli, że ruch gumowej podeszwy pod twardej powierzchni nie jest równomierny. Zamiast tego energia koncentruje się w błyskawicznych, lokalnych impulsach (ang. opening slip pulses), które pojawiają się, przemieszczają i znikają szybciej niż… rozchodzi się dźwięk! Każdy taki impuls generuje drobne wibracje, które ucho rejestrowało jako charakterystyczny pisk. – Wykazaliśmy, że skrzypienie buta może rozprzestrzeniać się tak szybko, jak pęknięcie uskoku geologicznego, a nawet szybciej. Ich fizyka jest uderzająco podobna – powiedział prof. Shmuel Rubinstein, fizyk i współautor badania. Czy można regulować „brzmienie” buta? Wszystko zależy od budowy podeszwy. Jej rowki i ranty „stroją” buty: nadają ton i częstotliwość dźwięku. Naukowcy udowodnili, że zmieniając kształt gumy można zagrać nawet „Marsz Imperialny” z Gwiezdnych Wojen. To z pewnością sprawiłoby, że mecze stałyby się jeszcze ciekawsze. Pioruny pod butami istnieją naprawdę To jednak nie koniec zadziwiających odkryć. Tarcie pod butami to jedno, ale naukowcy odkryli, że w jego wyniku powstają… miniaturowe wyładowania elektryczne, dosłownie mikroskopijne „pioruny”, które błyskają podczas tarcia gumy. To efekt nagromadzenia ładunków elektrostatycznych podczas gwałtownego ślizgu. W niektórych przypadkach te mikropioruny wręcz „wyzwalały” kolejne impulsy ruchu i wzmacniały efekt skrzypienia. Pod naszymi stopami rozgrywa się fascynująca walka energii. Nowe spojrzenie na tarcie i nowa era projektowania obuwia Wyniki tych badań mają potencjał wykraczający poza zwykłe obuwie sportowe. Mechanizm opening slip pulses przypomina zjawiska towarzyszące trzęsieniom ziemi. Zrozumienie tego procesu może pomóc inżynierom w projektowaniu podeszew o regulowanym tarciu – od superśliskich po ultraprzyczepne: do zadań specjalnych. To, co zaczęło się od irytacji podczas oglądania meczu, zakończyło się naukową rewolucją. Odtąd, słysząc pisk na parkiecie, możesz pomyśleć: pod moimi stopami właśnie rodzi się miniaturowa burza! To fascynujące, jak mikroświat buta może perfekcyjnie odbijać makroświat całej naszej planety. Źródło: Nature Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.
Jedno zdanie uczyniło go nieśmiertelnym. Tak Kartezjusz zmienił myślenie o świecie
„Myślę, więc jestem” – napisał René Descartes, znany jako Kartezjusz. Ten XVII wieczny matematyk, fizyk i filozof należał do grona najbardziej wpływowych intelektualistów ówczesnej Europy. Zapoczątkował nurt XVII-wiecznego racjonalizmu, a jego sposób postrzegania rzeczywistości stał się fundamentem dla późniejszych filozoficznych systemów, m.in. Spinozy i Leibniza.
Spis treści: Edukacja jezuicka Między matematyką a filozofią Rozprawa o metodzie Kartezjusz – fizyk i matematyk Śmierć uczonego René Descartes, zwany Kartezjuszem urodził się we francuskim miasteczku La Haye en Touraine 31 marca 1596. W XIX wieku, pragnąc oddać hołd uczonemu, nazwę miasteczka zmieniono na Descartes. Przyszły filozof urodził się w zamożnej, lecz naznaczonej tragedią rodzinie. Jeanne Brochard, matka Kartezjusza, zmarła zaledwie rok po jego narodzinach, natomiast zajęty sprawami urzędowymi ojciec Joachim Descartes nie interesował się potomstwem i po śmierci żony oddał dzieci na wychowanie swojej matce. Edukacja jezuicka Kartezjusz miał około dziesięciu lat, gdy w 1606 roku, został wysłany do kolegium jezuitów w La Flèche. Pozostał tam przez kolejne osiem lat. Doktryna i szkolnictwo jezuickie miało na niego ogromny wpływ. Wpływ często przez niego nieuświadomiony, jednak mający swoje odbicie w jego poglądach. W 1615 René Descartes wstąpił na Uniwersytet w Poitiers, gdzie rok później uzyskał tytuł bakałarza oraz licencjat z prawa kanonicznego i cywilnego. Wydawało się, że jego ścieżka naukowa jest już pewna, jednak zamiast niej wybrał karierę wojskową. W 1618 roku Kartezjusz zaciągnął się do armii księcia Maurycego Nassau. Należał do korpusu inżynieryjnego, gdzie zajmował się praktycznymi zastosowaniami matematyki, projektując różnorodne maszyny mające chronić i wspierać żołnierzy w walce. W pewnym sensie można powiedzieć, że podążył ścieżką wytyczoną przez Leonarda da Vinci, który również parał się inżynierią wojskową i budował machiny wojenne na potrzeby kampanii Cezarego Borgii. Między matematyką a filozofią W okresie służby wojskowej poznał Isaaca Beeckmana, niderlandzkiego filozofa, matematyka i fizyka uważanego za jednego z prekursorów mechanicyzmu w nauce. Przyjacielska relacja z Beeckmanem rozbudziła w Kartezjuszu intensywne zainteresowanie naukami ścisłymi. Filozof opuścił szeregi armii w 1619 roku, ponownie kierując się ku nauce. Kolejna dekada naznaczona była licznymi podróżami, pracami matematycznymi i filozoficznymi zainspirowanymi spotkaniami z wybitnymi postaciami ówczesnej nauki. W 1630 Kartezjusz przeprowadził się do Amsterdamu, gdzie pracował nad szkicami „Dioptrique” i „Meteors”, które prawdopodobnie miały być częścią większego dzieła „Le Monde” (Świat). W 1632 przeprowadził się do Deventer, by nauczać Henrego Reneriego (1593–1639) swojej fizyki. Reneri stanie się jednym z największych propagatorów filozofii kartezjańskiej. W 1633, gdy traktat „Le Monde” był gotowy do publikacji Kartezjusz, usłyszawszy o potępieniu Galileusza przez Kościół, zdecydował się go nie wydawać. System kosmologiczny Kartezjusza przyjmował, podobnie jak Galileusza, heliocentryczny model Kopernika. René Descartes jest też autorem jednego z najsłynniejszych zdań w historii filozofii: cogito ergo sum – „myślę, więc jestem”. Stanowi ono fundament jego koncepcji Res Cogitans, co dosłownie tłumaczy się jako „rzecz myśląca”. W jego ujęciu oznaczało substancję myślącą – sferę czystej myśli oddzieloną od świata fizycznego, czyli świadomość. Natomiast Res Extensa oznacza „rzecz rozciągłą” i reprezentuje świat materialny. Te dwa pojęcia stanowią według filozofii Kartezjusza podstawę dualizmu umysł–ciało. Zaproponowany przez niego dualizm ukształtował całe stulecia rozwoju nauki, utrwalając ideę, że nasza zdolność do myślenia jest właśnie tym, co powołuje nas do istnienia lub czyni nas realnymi. Dla Kartezjusza sam akt kwestionowania rzeczywistości był dowodem, że coś musi owo kwestionowanie wykonywać – jakaś myśląca rzecz (Res Cogitans). Na tej podstawie wysnuł wniosek, że umysł (Res Cogitans) i ciało (Res Extensa) są oddzielne, przy czym umysł stanowi prawdziwą istotę człowieka. Prowadząc rozważania szedł ścieżką wyznaczoną wcześniej przez św. Augustyna. Ten wczesnośredniowieczny filozof w rozprawie „O państwie Bożym i O Trójcy Świętej” opisał podobną ideę. Stwierdził: „jeśli się mylę, to jestem” (si fallor, sum). Oznacza to: nawet jeśli błądzę lub się mylę, to i tak muszę istnieć, skoro mogę się mylić. Wychowany przez jezuitów Kartezjusz musiał znać tę ideę. W 1635 Helena, służąca Kartezjusza, urodziła dziewczynkę, której nadała imię Francine. Według aktu chrztu z 28 lipca 1635 ojcem dziewczynki był właśnie Kartezjusz. Rozprawa o metodzie Najważniejsze prace René Descartesa powstały podczas jego pobytu w Holandii. W 1637 roku opublikował zbiór „Essais”, w którym znalazła się zarówno filozoficzna „Rozprawa o metodzie” (Rozprawa o metodzie dobrego kierowania rozumem i poszukiwania prawdy w naukach), jak też trzy traktaty poświęcone matematyce i fizyce. W jednym z nich, w „La Géométrie”, po raz pierwszy połączył geometrię z algebrą. Argumentował, że geometria nie posiada własnej ścisłej procedury, natomiast algebra jest zbyt abstrakcyjna bez odniesienia do intuicyjnych figur. W „La Géométrie” pojawiło się wiele nowych koncepcji. Wśród nich definicja funkcji i zmiennej, zapis dodatnich i ujemnych liczb znakami „+” i „–”, oznaczenia niewiadomych literami x, y, z, a stałych a, b, c, a także symbol potęgi i idea liczby nieskończenie wielkiej. Kartezjusz proponował, by całą naturę opisywać za pomocą pojęć mechaniki i geometrii. Zaproponował również sposób przedstawiania punktu na płaszczyźnie za pomocą pary liczb, co stało się podstawą opracowania układu współrzędnych. Kartezjusz – fizyk i matematyk Możliwość opisywania krzywych równaniami matematycznymi dała początek geometrii analitycznej, a wykorzystanie metod algebraicznych do badania właściwości krzywych przygotowało grunt pod rozwój rachunku różniczkowego i całkowego, a później także geometrii różniczkowej. Kartezjusz zapoczątkował również systematyczne badania nad teorią równań algebraicznych. Opracował regułę pozwalającą oszacować liczbę pierwiastków równania na podstawie jego stopnia oraz stworzył nowe metody rozwiązywania równań trzeciego i czwartego stopnia. Zajmował się także analizą krzywych, wśród których najsłynniejszą jest tzw. liść Kartezjusza. Jego prace z zakresu fizyki sprawiły, że uznaje się go za jednego z prekursorów fizyki klasycznej. Skoncentrował się głównie na mechanice i optyce geometrycznej. Wprowadził pojęcie pędu oraz sformułował zasadę jego zachowania, choć nie traktował pędu jako wielkości wektorowej. Twierdził również, że ciśnienie atmosferyczne maleje wraz z wysokością. Niewykonana pozostała jego próba skonstruowania urządzenia do szlifowania soczewek o kształcie hiperbolicznym. Śmierć uczonego W 1649 roku Kartezjusz przeniósł się do Sztokholmu na osobiste zaproszenie królowej Krystyny. Królowa chciała, by filozof został jej osobistym nauczycielem i doradcą. Niestety, wyznaczyła mu dość niefortunne godziny spotkań. Zajęcia miały odbywać się o godz. 6 rano. Dla nienawykłego do szwedzkiego chłodu Kartezjusza było to nie lada wyzwanie. Wyzwanie, które niestety zakończyło się ciężkim zapaleniem płuc. Zmarł 11 lutego 1650 roku. Szesnaście lat później jego szczątki przewieziono z powrotem do Francji. Źródło: National Geographic Polska Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Jesteśmy świadkami śmierci jednej z największych gwiazd? Astronomowie zauważyli nietypowe sygnały
Gwiazda WOH G64, która jest 1500 razy większa od naszego Słońca, w ostatnich latach zaczęła się gwałtownie zmieniać. Autorzy najnowszego badania twierdzą, że to ciało niebieskie ewoluowało w fazę żółtego hiperolbrzyma, co przybliża je do „śmierci”.
Ewolucję gwiazdy można porównać do ludzkiego życia. Tak samo jak noworodek, który przychodzi na świat, gwiazda rodzi się w obłoku gazu i zaczyna „oddychać” dzięki fuzji jądrowej. Następnie przez większość życia to ciało niebieskie pozostaje stabilne, równoważąc ciśnienie promieniowania siłą grawitacji. Zaczyna umierać, gdy paliwo wodorowe się wyczerpuje, podobnie jak człowieka opuszczają siły witalne. Różnica jest taka, że u ludzi długość życia zależy od biologii i środowiska, a u gwiazd niemal wszystko determinuje masa – im jest większa, tym szybciej ciało niebieskie umiera. Czym jest śmierć gwiazdy? Jednak w wymiarze ziemskim śmierć jest najczęściej postrzegana jako zjawisko nagłe, w przypadku gwiazd jest to proces trwający miliardy lat, często znacznie przekraczający istnienie naszej planety. Ponadto koniec takiego ciała niebieskiego to początek życia innych obiektów we Wszechświecie. W pewnym uproszeniu można powiedzieć, że kresem masywnej gwiazdy jest eksplozja supernowej. To jedno z najpotężniejszych zjawisk w całym kosmosie. Podczas wybuchu powstają ciężkie pierwiastki, m.in. żelazo, złoto, czy uran, które później tworzą planety i nowe życie. To właśnie z materii po dawnych supernowych powstała Ziemia. Najnowsze badanie opublikowane właśnie na łamach czasopisma naukowego „Nature Astronomy” wykazało, że możemy być świadkami umierania jednej z największych znanych nam gwiazd. Chodzi o WOH G64. To czerwony hiperolbrzym znajdujący się w Wielkim Obłoku Magellana w odległości około 168 tys. lat świetlnych od Układu Słonecznego. Jego promień jest o ok. 1540 razy większy niż promień Słońca, czyli ma nieco ponad miliard kilometrów. Gdyby umieścić tego kolosa w centrum naszego układu gwiezdnego, sięgałby po orbitę Jowisza. „Czerwone nadolbrzymy to chłodne, masywne gwiazdy, które znajdują się w końcowej, krótkotrwałej i niestabilnej fazie ewolucji, tuż przed eksplozją jako supernowe. Jednak ich los wciąż pozostaje niejasny” – napisali we wstępie swojej pracy badacze z Grecji, Chile, ale także z Polski. Współautorami są bowiem Andrzej Udalski i Igor Soszyński z Uniwersytetu Warszawskiego. Czy WOH G64 zmienia się w żółtego hiperolbrzyma? Naukowcy wskazują, że od lat 80. XX wieku WOH G64 jest uważana za najbardziej ekstremalnego czerwonego nadolbrzyma w Wielkim Obłoku Magellana. To przede wszystkim ze względu na swoje duże zaciemnienie, wyjątkowy rozmiar, jasność i tempo utraty masy. W ostatnich latach stało się jednak coś zaskakującego. Doszło do nagłej, ale też płynnej zmiany widocznej natury gwiazdy. „Fotometria szeregów czasowych i późniejsza spektroskopia ujawniają ekstremalną zmianę w optycznych cechach widmowych. Uważamy, że zmiany zachodzące w WOH G64 przypominają przejście z czerwonego nadolbrzyma w rzadki etap żółtego hiperolbrzyma” – twierdzą naukowcy. Tę transformację można wyjaśnić na dwa sposoby. Albo częściowym wyrzuceniem pseudoatmosfery podczas fazy wspólnej otoczki (krytycznego, krótkiego etapu ewolucji), albo powrotem do stanu spoczynku po niezwykłej erupcji trwającej ponad 30 lat. W układzie podwójnym dochodzi do nietypowych zmian Żółty hiperolbrzym to jedna z najrzadszych i najbardziej niestabilnych faz w życiu bardzo masywnej gwiazdy. Wówczas ciało niebieskie jest ekstremalnie jasne, bardzo gorące, ale też gwałtownie traci masę. To właściwie etap przejściowy tuż przed przejściem w supernową. Po raz pierwszy ta transformacja została uchwycona w 2013 i 2014 roku, ale wówczas nie było jasne, co te nietypowe sygnały mogą oznaczać. Najnowsza analiza wykazała, że zmiany te obejmowały wzrost temperatury, zmniejszenie rozmiaru do około 800 promieni Słońca oraz zmiany w składzie chemicznym atmosfery. Badacze zidentyfikowali także gorącą gwiazdę towarzyszącą w układzie podwójnym. Równolegle odbywały się jednak badania innego zespołu naukowców. Jacco van Loon z Uniwersytetu Keele w Wielkiej Brytanii i Keiichi Ohnaka z Universidad Andrés Bello w Chile prowadzili obserwacje za pomocą Południowoafrykańskiego Dużego Teleskopu (SALT). Doszli do wniosku, że kolosalna gwiazda z Wielkiego Obłoku Magellana mogła nigdy nie przestać być czerwonym nadolbrzymem. Dwie różne interpretacje Swoje wnioski opisali w ubiegłym miesiącu na łamach „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Naukowcy stwierdzili, że atmosferze WOH G64 odkryli tlenek tytanu. Związek ten tworzy się i pozostaje w widocznej atmosferze gwiazdy tylko wtedy, gdy powierzchnia jest stosunkowo chłodna, typowa dla czerwonych nadolbrzymów. To oznacza, że żółty hiperolbrzym jest zbyt gorący, aby mógł wciąż występować tam tlenek tytanu. – Uważa się, że WOH G64 przekształcił się w żółtego hiperolbrzyma, co może sygnalizować ewolucję przed supernową. Jednak nasze nowe badanie uzyskane za pomocą SALT pokazują obecność gorącego towarzysza w układzie podwójnym, ale także wyraźne pasma absorpcji molekularnej tlenku tytanu – mówi van Loon i twierdzi, że WOH G64 jest wciąż czerwonym nadolbrzymem. To wszystko oznacza jednak, że z gwiazdą coś się dzieje, ale na razie nie wiadomo dokładnie, jak to zinterpretować. Interakcje między dwiema gwiazdami w układzie podwójnym mogły nieco namieszać w otaczającym je środowisku, powodując zmiany, które mogą przypominać ewolucję ciała niebieskiego, ale niekoniecznie nią być. Pewne jest jedno. Potrzebna jest dalsza obserwacja WOH G64, bo może w przyszłości dostarczy nam kluczowych informacji o śmierci gwiazd. Źródło: Nature Astronomy Nasz autor Jakub Rybski Dziennikarz i reporter, miłośnik kina niezależnego, literatury, ramenu, motocykli i dobrego rocka. Wcześniej związany z telewizją TVN24, obecnie pracuje w RMF FM. W National-Geographic.pl pisze regularnie o historii, nauce i przyrodzie. Publikował m.in. w „Viva! Man” i National Geographic Traveler”.
Nasila się anomalia grawitacyjna pod Antarktydą. Nowe analizy zjawiska wykonano wykorzystując fale sejsmiczne
Nasza planeta nie jest idealną kulą. Ruch obrotowy wywołuje spłaszczenie na biegunach i wybrzuszenie na równiku. Ziemskie pole grawitacyjne również nie ma kształtu idealnej sfery. Bardziej przypomina ziemniaka z wybrzuszeniami i zagłębieniami. Najsilniejsze tego typu zagłębienie – obszar, w którym pole grawitacyjne jest słabsze – znajduje się pod Antarktydą.
Antarktyczne Minimum Geoidy (AGL) – tak określa się leżący pod Antarktydą obszar, na którym przyciąganie ziemskie jest słabsze i tworzy coś w rodzaju dziury grawitacyjnej. Tam powierzchnia geoidy, czyli opartego na grawitacji modelu Ziemi, znajduje się poniżej tzw. elipsoidy odniesienia. Ten termin odnosi się do uproszczonego matematycznego modelu kształtu Ziemi – spłaszczonej kuli. Anomalia ta jest tłumaczona przez specyficzne procesy zachodzące w płaszczu Ziemi oraz wpływ zmian w masie lądolodu na przestrzeni tysiącleci. Dziura grawitacyjna Nowe modele, zaproponowane przez dr. Petara Glišovicia i prof. Alessandra M. Fortego z Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) pokazują, jak Antarktyczne Minimum Geoidy ewoluowało w czasie i staje się coraz silniejsze. Zjawisko to napędza powolny, długotrwały ruch skał głęboko pod powierzchnią Ziemi. Zdaniem ekspertów zbadanie tej długoterminowej ewolucji anomalii geoidy jest kluczowe dla zrozumienia dynamiki wnętrza Ziemi. – Podczas gdy większość badań koncentruje się na współczesnych „migawkach” geoidy, my rekonstruujemy zależną od czasu ewolucję najsilniejszego zagłębienia geoidy na Ziemi – Antarktycznego Minimum Geoidy – w ciągu kenozoiku. Ery rozpoczętej około 70 milionów lat temu i trwającej do dziś – napisali badacze we wstępie do artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Scientific Reports”. Wyboista jak ziemniak Zacznijmy od tego, dlaczego wspomniana geoida Ziemi ma wyboisty „ziemniaczany” kształt pola grawitacyjnego. Wynika to z faktu, że grawitacja jest związana z masą, a ta nie jest jednorodna wewnątrz planety. Skały tworzące Ziemię mają różny skład i odmienną gęstość. Różnice te są mierzalne, aczkolwiek nie na tyle duże, byśmy mogli odczuć je na powierzchni planety. Gdyby ktoś chciał przeprowadzić eksperyment i zważył się w miejscach o niskiej i wysokiej wartości grawitacji na Ziemi, różnica wyniosłaby maksymalnie kilka gramów. Nie zmienia to faktu, iż geoida stanowi okno na procesy zachodzące głęboko we wnętrzu Ziemi. Procesy, których nie możemy obserwować bezpośrednio. Fale sejsmiczne jak tomografia komputerowa planety Francuscy naukowcy zdecydowali się opracować nową mapę Antarktycznego Minimum Geoidy, wykorzystując do tego trzęsienia ziemi. Rozchodzące się przez planetę fale sejsmiczne, napotykając materiały o różnym składzie, zmieniają swoją prędkość i kierunek. Przypomina to nieco tomografię komputerową (CT), która wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie w połączeniu z matematyczną rekonstrukcją obrazu. Ludzkie tkanki pochłaniają promieniowanie rentgenowskie w różnym stopniu. Specjalne detektory mierzą ilość promieniowania, jaka dotarła do nich po przejściu przez ciało, a komputer przelicza te dane, tworząc obrazy. Tutaj sytuacja była analogiczna, tylko zamiast promieni X użyto fal sejsmicznych. Na ich podstawie badacze skonstruowali trójwymiarowy model gęstości płaszcza Ziemi i przekształcili go w nową mapę geoidy całej planety. Następnie porównali ją ze standardowymi danymi grawitacyjnymi zebranymi przez satelity. Zgodność obu pomiarów była wyjątkowo duża. Powrót do przeszłości Kolejnym krokiem była swego rodzaju inżynieria wsteczna, czyli metodyczne cofanie się aż do wczesnego kenozoiku, by sprawdzić, w jaki sposób geoida ewoluowała do dzisiejszego stanu. Proces badawczy przypominał przewijanie filmu, by ocenić, czy zaproponowane początkowe warunki faktycznie mogły rozwinąć się w to, co obserwujemy dzisiaj. Wyniki? Zdaniem ekspertów Antarktyczne Minimum Geoidy istnieje od co najmniej 70 milionów lat. Około 50 milionów lat temu jego położenie i siła zaczęły gwałtownie się zmieniać. Sama anomalia powstała w wyniku tzw. subdukcji płyt tektonicznych, czyli procesu, w którym jedna płyta tektoniczna wsuwa się pod drugą i zapada w głąb płaszcza Ziemi. Zjawisko to zmienia pole grawitacyjne planety na powierzchni. Jednocześnie rozległy obszar gorącego, wypornego materiału unosił się ku górze w płaszczu i w ciągu ostatnich 40 milionów lat coraz silniej wpływał na wzmocnienie niskiej wartości geoidy. Francuscy badacze sądzą, że może to mieć związek ze zlodowaceniem Antarktydy, które na dobre rozpoczęło się około 34 milionów lat temu. To na razie spekulacja, ale warto zauważyć jedną rzecz: geoida kształtuje poziom mórz. Gdy więc geoida obniżyła się wokół Antarktydy, lokalna powierzchnia oceanu również się obniżyła – co potencjalnie mogło wpłynąć na rozwój pokrywy lodowej. Źródło: Scientific Reports Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czym jest zjawisko Leidenfrosta – definicja i kontekst fizyczny
Efekt Leidenfrosta to szczególny przypadek wrzenia cieczy. Mamy z nim do czynienia, gdy ciecz styka się z powierzchnią ciała stałego o temperaturze znacznie wyższej niż temperatura wrzenia cieczy. W takich okolicznościach nie dochodzi do gwałtownego parowania całej objętości cieczy, lecz do wytworzenia cienkiej, stabilnej warstwy pary oddzielającej płyn od gorącego podłoża. Ta warstwa działa niczym izolator, istotnie ograniczając dalszy transfer ciepła.
Spis treści: Na czym polega efekt Leidenfrosta? Punkt Leidenfrosta – kluczowa rola temperatury Dlaczego kropla „tańczy” na rozgrzanej powierzchni? Jakie są zastosowania efektu Leidenfrosta? Czy efekt Leidenfrosta może być niebezpieczny? Zjawisko to zostało opisane po raz pierwszy w 1756 roku przez Johanna Gottloba Leidenfrosta, który zauważył, że krople wody na silnie rozgrzanych powierzchniach utrzymują się zaskakująco długo i poruszają się, zamiast natychmiast odparować. W ujęciu fizycznym zjawisko Leidenfrosta należy do obszaru badań nad wrzeniem, wymianą ciepła i dynamiką fazy ciekłej w pobliżu rozgrzanych powierzchni stałych. Ma ono znaczenie zarówno teoretyczne, jak i praktyczne – od inżynierii cieplnej, po nowoczesne technologie materiałowe. Na czym polega efekt Leidenfrosta? Efekt Leidenfrosta polega na tym, że dolna część kropli cieczy, stykając się z bardzo gorącą powierzchnią, niemal natychmiast ulega odparowaniu. Powstała w ten sposób para tworzy cienką poduszkę gazową, która unosi pozostałą część kropli nad podłożem. W rezultacie ciecz nie ma bezpośredniego kontaktu z gorącą powierzchnią, a proces dalszego ogrzewania zostaje znacząco spowolniony. Kluczową rolę odgrywa tu niska przewodność cieplna pary w porównaniu z metalem lub innym materiałem stałym. Warstwa gazowa działa jak bariera termiczna, ograniczając dopływ energii do wnętrza kropli. Efekt zanika dopiero wtedy, gdy temperatura powierzchni spadnie poniżej tzw. punktu Leidenfrosta. Efekt Leidenfrosta może początkowo wydawać się zjawiskiem przeczącym intuicji, podobnie jak efekt Mpemby. Jednak dokładne zapoznanie się ze schematem jego powstawania pozwala zrozumieć, że jest to w pełni przewidywalny proces fizyczny, wynikający z właściwości cieczy, pary i przewodnictwa cieplnego powierzchni. Punkt Leidenfrosta – kluczowa rola temperatury Punkt Leidenfrosta to minimalna temperatura powierzchni, przy której tworzy się stabilna warstwa pary oddzielająca ciecz od gorącego podłoża. Poniżej tej wartości obserwuje się wrzenie przejściowe lub bąbelkowe, natomiast powyżej – charakterystyczne „unoszenie się” kropli. Dla wody na równych metalowych powierzchniach punkt Leidenfrosta wynosi zwykle około 200°C, choć jego dokładna wartość może się znacząco różnić. Na położenie punktu Leidenfrosta wpływa wiele czynników: rodzaj cieczy, jej napięcie powierzchniowe, lepkość, gęstość, a także właściwości powierzchni stałej, takie jak chropowatość, czystość czy przewodność cieplna. Istotne znaczenie mają również zanieczyszczenia obecne w cieczy. Z tego powodu punkt Leidenfrosta nie jest jedną uniwersalną wartością, lecz parametrem zależnym od konkretnego układu ciecz-powierzchnia. Dlaczego kropla „tańczy” na rozgrzanej powierzchni? Charakterystyczny ruch kropli w warunkach efektu Leidenfrosta wynika z połączenia kilku zjawisk fizycznych. Warstwa pary pod kroplą nie jest jednorodna – lokalne różnice ciśnienia i temperatury powodują, że para wydostaje się nierównomiernie, generując mikroskopijne siły odrzutu. To właśnie one wprawiają kroplę w ruch ślizgowy, obrotowy lub drgający. Dodatkowo brak bezpośredniego kontaktu z podłożem oznacza minimalne tarcie. Kropla może więc poruszać się niemal swobodnie, reagując na niewielkie nachylenia powierzchni lub zaburzenia strumienia pary. W efekcie obserwowany ruch przypomina „taniec”, choć w rzeczywistości jest to dynamiczna równowaga pomiędzy siłami grawitacji, ciśnieniem pary i napięciem powierzchniowym cieczy. Jakie są zastosowania efektu Leidenfrosta? Efekt Leidenfrosta znajduje zastosowanie w wielu obszarach nauki i techniki. W inżynierii cieplnej jest istotny przy projektowaniu kotłów, wymienników ciepła oraz systemów chłodzenia, ponieważ może znacząco obniżać efektywność przekazywania ciepła. Zrozumienie tego zjawiska pozwala unikać niepożądanych strat energii lub – przeciwnie – celowo je wykorzystywać. W nowoczesnych badaniach efekt Leidenfrosta stosuje się m.in. w spektrometrii mas. Zjawisko to odgrywa również rolę w pracy z cieczami kriogenicznymi, takimi jak ciekły azot. Coraz częściej bada się je także w kontekście zaawansowanych powierzchni hydrofobowych i materiałów funkcjonalnych. Test kuli rtęciowej Efekt Leidenfrosta bywa wykorzystywany w kuchni jako prosty, orientacyjny sposób oceny temperatury patelni. Metoda ta bywa potocznie nazywana „testem kuli rtęciowej”, choć w rzeczywistości nie ma nic wspólnego z rtęcią i polega wyłącznie na obserwacji zachowania niewielkiej kropli wody. Kroplę nanosi się na suchą, rozgrzaną powierzchnię patelni i ocenia jej reakcję. Jeśli woda natychmiast zaczyna intensywnie parować i „skwierczeć”, oznacza to, że temperatura powierzchni jest zbyt niska do smażenia i jedzenie może łatwo przywrzeć do patelni. Gdy natomiast kropla przyjmuje kulisty kształt i swobodnie porusza się po patelni, mamy do czynienia z efektem Leidenfrosta. W kontekście smażenia oznacza to, że patelnia osiągnęła temperaturę sprzyjającą szybkiemu ścinaniu powierzchni żywności, co ogranicza jej przywieranie i pozwala na równomierną obróbkę termiczną. Test ten ma jednak charakter wyłącznie orientacyjny i nie zastępuje kontroli temperatury w bardziej wymagających zastosowaniach kulinarnych. Czy efekt Leidenfrosta może być niebezpieczny? Choć efekt Leidenfrosta bywa postrzegany jako efektowna ciekawostka, w praktyce może stwarzać realne zagrożenie. Szczególnie niebezpieczne są sytuacje, w których bardzo gorący obiekt zostaje zanurzony w cieczy o znacznie niższej temperaturze wrzenia. Początkowo dochodzi wówczas do gwałtownego wrzenia wynikającego z bezpośredniego kontaktu cieczy z rozgrzaną powierzchnią. Następnie tworzy się stabilna warstwa pary, która ogranicza wymianę ciepła i prowadzi do chwilowego osłabienia lub zaniku wrzenia. Stan ten jest jednak przejściowy. Wraz ze spadkiem temperatury powierzchni poniżej punktu Leidenfrosta film parowy gwałtownie się zapada, co powoduje nagły powrót intensywnego wrzenia. Może to skutkować rozpryskiem cieczy i ryzykiem poparzeń. Z tego powodu w praktyce laboratoryjnej i przemysłowej gorące elementy zanurza się stopniowo, umożliwiając ich kontrolowane ochładzanie i bezpieczne wygaszanie efektu Leidenfrosta. Zrozumienie mechanizmu efektu Leidenfrosta jest więc kluczowe nie tylko z punktu widzenia fizyki, lecz także bezpieczeństwa pracy w warunkach wysokich i niskich temperatur. Nasza autorka Marzena Wardyn-Kobus Autorka tekstów z pogranicza przyrody, kultury i podróży. W serwisie tworzy artykuły popularnonaukowe o otaczającym nas świecie, łącząc rzetelną wiedzę z przystępnym językiem i dbałością o szczegóły. Pisze, by zachęcać innych do uważnego kontaktu z przyrodą – nawet tą najbliższą, tuż za domem. Kaszubka mieszkająca na Kujawach, zakochana w górskich szlakach i leśnych bezdrożach. Jej przydomowy ogródek to strefa zrównoważonego eksperymentowania – dąży do tego, by uprawiać rośliny ekologicznie, z szacunkiem dla natury. Wolne chwile spędza z książką, wędrując po lesie lub tworząc makramy.
Astronomowie odsłaniają „rusztowanie” Wszechświata. Czym są mosty materii łączące gromady galaktyk?
FAST – 500-metrowy, największy na świecie radioteleskop z pojedynczą czaszą – umożliwił chińskim astronomom odnalezienie kosmicznej nici składającej się z szesnastu galaktyk różnego typu oraz pięciu pozbawionych gwiazd skupisk gazu. Struktura rozciąga się na niemal 3 miliony lat świetlnych i jest tylko jednym z włókien olbrzymiego rusztowania Wszechświata.
W jednej z książek napisałam, że jesteśmy mniej niż pyłkiem na bucie Wszechświata, gdyby oczywiście Wszechświat nosił buty. Faktem jest, że ogrom kosmicznych struktur jest często trudny do pojęcia. Co, w mojej opinii, najlepiej pokazuje kosmiczna sieć – gargantuiczna trójwymiarowa struktura stworzona z nici galaktyk. Kosmiczna sieć Gdy patrzymy na rozmieszczenie galaktyk w bardzo dużej skali, okazuje się, że nie są one rozrzucone przypadkowo. Zamiast tego tworzą ogromną, trójwymiarową strukturę przypominającą sieć lub rusztowanie. Składa się ona z: cienkich, długich nici zbudowanych z galaktyk i gazu zwanych filamentami, węzłów, czyli miejsc przecinania się filamentów; to właśnie tam znajdują się wielkie gromady galaktyk, pustki – obszarów pozbawionych galaktyk. Większość galaktyk znajduje się wzdłuż filamentów. A astronomowie z Chińskiej Akademii Nauk właśnie wyciągnęli jedno takie włókno z ogromnego, trójwymiarowego gobelinu Wszechświata. Galaktyczna autostrada Opublikowane w serwisie preprintów arXiv badanie dotyczy ułożonych w niemal równej linii galaktyk będących częścią Supergromady Wielkiej Niedźwiedzicy. Linia ta rozciąga się na niemal trzy miliony lat świetlnych. Dla lepszego zrozumienia tej wielkości warto dodać, że nasza, wcale nie mała galaktyka Drogi Mlecznej ma od 100 do 120 lat świetnych średnicy, a odległość między Ziemią a Słońcem to nieco ponad 8 minut świetlnych. Odkrycie chińskich naukowców odsłania delikatny, cienki filament – kosmiczną autostradą kierującą przepływem gazu, który zasila nowe pokolenia gwiazd i galaktyk. Ścieżkę zdominowaną przez ciemną materię, w której galaktyki rodzą się i ewoluują w zsynchronizowanym kosmicznym tańcu. – Co istotne, ten konkretny filament jest niezwykle cienki — jego grubość jest porównywalna ze średnicą pojedynczej galaktyki. Zaobserwowaliśmy zgodność orientacji spinów galaktyk z osią filamentu oraz gradient prędkości wzdłuż jego struktury. Wyniki te silnie wskazują na obecność zimnego przepływu akrecyjnego wzdłuż filamentu, który może przyczyniać się do powstawania i wzrostu galaktyk – napisali badacze we wstępie do artykułu. Najnowszą obserwację umożliwił chiński teleskop FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope). Jego niezwykła czułość pozwoliła astronomom zajrzeć w wyjątkowo słabo widoczne lub rozproszone regiony. Korzystając z obserwacji neutralnego wodoru atomowego wykonanych przez FAST, zespół zidentyfikował grupę 16 galaktyk o niemal liniowym rozmieszczeniu, rozciągającym się z północnego wschodu na południowy zachód. Galaktyczna kolebka Nowo zidentyfikowany filament stanowi przykład kosmicznej „kolebki”, w której grawitacja ciemnej materii tworzy warunki do łączenia się galaktyk i rozpoczęcia ich drogi przez Wszechświat. Sugeruje to, że nawet te słabe struktury odgrywają kluczową rolę w rozwoju kosmicznym. Dopiero zaczynamy pojmować ich pełny zasięg i długoterminową rolę w ewolucji galaktyk. Tego typu liniowe układy nie są przypadkowe. Wskazują na istnienie niewidzialnej kosmicznej sieci i pokazują, jak wciąż tajemnicza ciemna materia kieruje formowaniem się galaktyk. Jej grawitacyjne oddziaływanie w obrębie filamentów przypomina kosmiczny lejek, przyciągając gaz i pył oraz dostarczając surowca do powstawania nowych gwiazd i galaktyk. Bo, podobnie jak organizmy żywe, galaktyki nie są statyczne. Rodzą się, rosną, zmieniają swój wygląd, a czasem nawet łączą się z innymi galaktykami w ciągu miliardów lat. Źródło: ArXiv Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czy coś mogło istnieć przed początkiem wszystkiego? Choć brzmi to paradoksalnie, kilkoro fizyków próbuje się dowiedzieć
Znany nam świat narodził się w wyniku Wielkiego Wybuchu około 14 miliardów lat temu. Cała materia i energia Wszechświata były wtedy skupione w jednym punkcie o nieskończonej gęstości i temperaturze. Do dziś jednak fizyka nie potrafi w pełni opisać samego aktu narodzin kosmosu: w pobliżu tej granicy przestają działać znane prawa przyrody, a pojęcia czasu i przestrzeni tracą swoje zwykłe znaczenie. Mimo to grono fizyków chce sprawdzić co działo się przed początkiem wszystkiego.
Gdy w filmach popularnonaukowych pokazywany jest początek Wszechświata, zwykle obrazy prezentują ogrom i piękno gromad i supergromad galaktyk, które w przyspieszonym tempie zwijają się do coraz mniejszych i mniejszych, aż do punktu znanego wszystkim jako Wielki Wybuch. Teoria Wielkiego Wybuchu, która w przyszłym roku będzie obchodziła stulecie istnienia, jest najlepszym i popartym obserwacjami wytłumaczeniem tego, skąd wzięło się wszystko, co nas otacza. Pierwotny atom i przejście między wszechświatami W 1927 roku Georges Lemaître, belgijski ksiądz i fizyk jako pierwszy zaproponował, że Wszechświat się rozszerza. To on wysunął hipotezę, że wszystko zaczęło się od „pierwotnego atomu” – zalążka późniejszej koncepcji Wielkiego Wybuchu. To również Lemaître stworzył matematyczne podstawy tej teorii. Dwa lata później Edwin Hubble wykazał obserwacyjnie, że galaktyki oddalają się od siebie. Jego odkrycie, znane jako prawo Hubble’a, potwierdziło, że Wszechświat się rozszerza – co silnie wsparło ideę Lemaître’a. Wreszcie w 1964 roku Arno Penzias i Robert Wilson odkryli kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), co stanowiło kluczowy dowód na to, że Wszechświat był kiedyś gorący i bardzo gęsty. Niedawno głośno było o rewizjonistycznych hipotezach Rogera Penrose’a. Noblista nie zgadza się z poglądem, że czas „po prostu zaczął się” w Wielkim Wybuchu. Sugeruje też, że to ekstremalne zdarzenie mogło być „mostem” między kolejnymi Wszechświatami. Jego zdaniem Wielki Wybuch nie był początkiem, lecz przejściem pomiędzy stanami. Innymi słowy, nim zaistniało to, co uznajemy za początek wszystkiego, musiało istnieć coś innego Numeryczna teoria względności: jak naukowcy próbują zajrzeć przed Wielki Wybuch W ostatnich latach kilkoro fizyków dopracowało sposób, by uchylić kurtynę Wielkiego Wybuchu i zajrzeć poza nią. Uświadomili sobie, że choć nie potrafimy dokładnie rozwiązać równań opisujących tę epokę, możemy czasem zrobić to w przybliżeniu – a to w wielu przypadkach wciąż może być pouczające. Profesor kosmologii i fizyki teoretycznej Eugene Lim z King’s College London, jeden z czołowych zwolenników tych idei, mówi, że dziedzina zwana numeryczną teorią względności zaczyna przynosić odpowiedzi na pytania dotąd uznawane za nierozwiązywalne. Prace Lima i innych dostarczają zaskakujących wskazówek o istnieniu innych wszechświatów, które mogły poprzedzać nasz, a nawet zderzyć się z nim. A to dopiero początek. Wszechświat z superkomputera – Myślę, że ta metoda stanie się coraz powszechniejsza, gdy coraz więcej osób odkryje, jak jest potężna – powiedział Lim w rozmowie z News Scientist. Plan Lima polegał na wprowadzeniu określonych warunków początkowych do równań i wykorzystanie superkomputera do ich przybliżonego rozwiązanie, a następnie powtarzania symulacji z nieco zmienionymi warunkami. Pozwoliłoby to zrozumieć, jak zachowywałaby się czasoprzestrzeń w trudnych do ustalenia okolicznościach. Początkowo Lim sądził, że wystarczy prosty kod, ale ostatecznie stworzył do tych obliczeń ambitny model. – Lubię mówić, że chcieliśmy zbudować mały, jednoosobowy myśliwiec, by zniszczyć Gwiazdę Śmierci, a skończyliśmy budując samą Gwiazdę Śmierci – żartuje naukowiec. Teoria Wielkiego Odbicia Analizy obejmowały również tak kluczowe zagadnienia jak teorię inflacji, kształt pola inflatonowego oraz mikrofalowe promieniowanie tła. Jeśli teoria ta poważnie podważy inflację, istnieje alternatywa: wszechświat mógł rozpocząć się nie od wybuchu, lecz od odbicia. Zgodnie z tą hipotezą nie było osobliwości ani inflacji. Zamiast tego istniał wcześniejszy wszechświat, który kurczył się do bardzo małych rozmiarów, po czym odbił się i zaczął rozszerzać, tworząc nasz własny. Czy Wszechświat może się kiedyś skurczyć? Nowe dane z projektu DESI Te obiecujące wyniki dotyczące odbijających się wszechświatów współgrają z innym ważnym odkryciem fizycznym. W marcu 2025 roku dane z projektu Dark Energy Spectroscopic Instrument wskazały, że tempo rozszerzania się wszechświata wydaje się spowalniać. Gdyby było stałe, jak wcześniej sądzono, byłoby niezwykle mało prawdopodobne, by wszechświat kiedykolwiek zaczął się kurczyć. Daleko jeszcze do twierdzenia, że żyjemy w świecie cyklicznym. A chociaż sam pomysł wyjaśnia skąd mógł wziąć się znany nam Wszechświat, wciąż nie ma jak odpowiedzieć na pytanie o pochodzenie poprzedniego. Źródło: New Scientist Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Nowojorscy naukowcy zbudowali „lewitujące” kryształy czasu. Użyli styropianu i dźwięku
Zespół fizyków z Uniwersytetu Nowojorskiego zaobserwował nowy typ kryształu czasu – taki, którego cząstki lewitują na „poduszce” dźwięku, oddziałując ze sobą poprzez wymianę fal akustycznych. Ten konkretny kryształ czasu zbudowany jest ze styropianowych kulek „zawieszonych” w falach dźwiękowych, które działają jak lewitator akustyczny. A chociaż z pozoru odkrycie to ma niewielkie przełożenie na rzeczywistość, to stan materii zwany kryształem czasu legnie u podstaw przyszłej, zaawansowanej nauki i technologii.
Kryształ czasu to niedawno odkryty stan materii, w którym układ cząstek wykonuje regularny, powtarzający się ruch w czasie, bez bodźców z zewnątrz. Choć badania nad kryształami czasu dopiero raczkują, już teraz to naturalne i zadziwiająco stabilne źródło rytmu w pełnym chaosu świecie uznawane jest za przyszłość komputerów kwantowych, przechowywania danych i zaawansowanych badań biologicznych. Zanim przejdziemy do odkrycia naukowców z Uniwersytetu Nowojorskiego, przyjrzyjmy się samym kryształom czasu. Czym są kryształy czasu? Dla wielu z nas kryształy czasu to stworzony przez Artura Szyndlera system gier fabularnych, a dla innych, zanurzonych w uniwersum Star Treka to minerał z planety Boreth pozwalający przemieszczać się w czasie. W fizyce jest to egzotyczna faza materii, zaproponowana przez noblistę i profesora MIT Franka Wilczka w 2012 r. Atomy w krysztale czasu wykazują periodyczne zmiany w czasie, a nie tylko w przestrzeni, łamiąc przy tym symetrię translacji w czasie. W zwykłym krysztale, na przykład w diamencie albo w kryształku soli, atomy tworzą uporządkowaną, periodyczną sieć. Jeśli przesunie się taki uporządkowany wzór w przestrzeni o odpowiednią odległość, wygląda identycznie. W krysztale czasu zachodzi podobne zjawisko, jednak zamiast przesunięcia w przestrzeni wykonuje się przesunięcie w czasie. Złamanie symetrii przesunięcia w czasie Wszystko, co oscyluje w czasie, wymaga swoistego napędu. Wahadło czy huśtawkę należy pchnąć, prąd zmienny wymaga użycia generatora. Tylko kryształ czasu wpada w cykliczny rytm sam z siebie, a częstotliwość tego cyklu wynika z wewnętrznych oddziaływań między cząstkami. Fizycy mówią, że dochodzi tu do złamania symetrii przesunięcia w czasie. W zwykłej, intuicyjnej sytuacji, gdy coś wprawiamy w ruch, po pewnym czasie ruch ten powinien zanikać. A w przypadku kryształów czasu rytm pojawia się niejako samoistnie, utrzymuje się i nie wymaga sterowania. Na przestrzeni lat obserwowano lub tworzono różne typy kryształów czasu, a ich odmienne właściwości sugerują szeroki wachlarz potencjalnych zastosowań. Natomiast fizycy z Uniwersytetu Nowojorskiego zaobserwował właśnie kryształ czasu, którego cząstki lewitują na „poduszce” dźwięku, oddziałując ze sobą poprzez wymianę fal akustycznych. W tym procesie cząstki te łamią trzecią zasadę dynamiki Newtona. Mówi ona, że każdej akcji towarzyszy równa i przeciwnie skierowana reakcja – czyli że siły zawsze występują w zrównoważonych parach tej samej wartości, lecz przeciwnych kierunków. W odkryciu NYU kulki oddziałują bardziej niezależnie i nie muszą podlegać takim zrównoważonym siłom. Styropian i akustyczny lewitator Co istotne, te kryształy czasu można zobaczyć gołym okiem, ponieważ cały układ jest zawieszony na urządzeniu o wysokości około 30 centymetrów, które można trzymać w dłoni. Ten konkretny kryształ czasu składa się ze styropianowych kulek – podobnych do tych używanych w opakowaniach – zawieszonych w falach dźwiękowych, które działają jak „lewitator akustyczny”, początkowo utrzymując kulki nieruchomo w powietrzu. Jak wyjaśniają eksperci, fale dźwiękowe wywierają siły na cząstki – tak jak fale na powierzchni stawu mogą oddziaływać na pływający liść. – Możemy unosić obiekty wbrew grawitacji, zanurzając je w polu dźwiękowym zwanym falą stojącą – napisali badacze. – Kryształy czasu są fascynujące nie tylko ze względu na możliwości, ale także dlatego, że wydają się tak egzotyczne i skomplikowane. Nasz system jest niezwykły, ponieważ jest niesamowicie prosty – powiedział profesor fizyki David Grier, dyrektor NYU’s Center for Soft Matter Research i starszy autor pracy. W przyszłości kryształy czasu mogą służyć do wyjątkowo precyzyjnego odmierzania czasu niezbędnego w rozbudowanej elektronice, systemach satelitarnym, GPS czy nawet na giełdzie. Mogę też wesprzeć stabilne przechowywanie informacji i służyć do ochrony stanów kwantowych. Źródło: Physical Review Letters Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Tajemnica prędkości panczenistów. Jak powstaje lód, na którym padają rekordy świata?
Nie każda tafla lodu oferuje takie same szanse na historyczny wynik. Specjaliści z Calgary i Salt Lake City opanowali do perfekcji sztukę minimalizowania tarcia. To właśnie tam natura i technologia współpracują, by umożliwić sportowcom osiąganie zawrotnych prędkości.
Spis treści: Lodowiska, na których bije się rekordy świata Sekret idealnego lodu Optymalne warunki dla łyżwiarstwa szybkiego Gdzie kończy się sprzęt, a zaczyna talent Panczeniści długodystansowi trenują latami, by opanować technikę odpychania, płynny ślizg oraz utrzymanie równowagi przy średniej prędkości około 56 km/godz. Jednak w najszybszym na świecie sporcie napędzanym wyłącznie siłą ludzkich mięśni o sukcesie nie decyduje tylko forma zawodnika. Na „medale” zasługiwałyby również dwa konkretne tory: lodowiska w Calgary i Salt Lake City – oba powszechnie uznawane za najszybsze na świecie. Lodowiska, na których bije się rekordy świata Łyżwiarze szybcy ustanowili w Salt Lake City oraz Calgary odpowiednio 15 i 7 aktualnych rekordów świata – to wynik bezkonkurencyjny w skali całego globu. Naukowcy oraz lodomistrzowie upatrują sukcesu tych aren w ich wysokogórskim położeniu oraz skrupulatnych metodach minimalizowania oporu powietrza i tarcia lodu. – W łyżwiarstwie szybkim istnieją tylko dwa czynniki, które cię spowalniają: lód i powietrze. To wszystko – mówi Sean Maw, profesor z Saskatchewan specjalizujący się w inżynierii sportów zimowych. Opór aerodynamiczny spowalnia łyżwiarzy na lodzie w taki sam sposób, jak kolarzy czy narciarzy na lądzie. To właśnie to zjawisko częściowo wyjaśnia, dlaczego tory w Calgary i Salt Lake City pozwalają na osiąganie tak zawrotnych prędkości. – Im wyżej się znajdujesz, tym rzadsze jest powietrze – wyjaśnia Mark Messer, lodomistrz toru w Calgary i siedmiu igrzysk zimowych, w tym podczas tegorocznych igrzysk Mediolan-Cortina. Calgary położone jest na wysokości 1045 m n.p.m., natomiast Salt Lake City wznosi się na około 1425 m n.p.m. „Brązowy medal” pod względem liczby aktualnych rekordów świata w łyżwiarstwie szybkim przypada niemieckiej Max Aicher Arena w Inzell. Obiekt, położony na wysokości 690 m n.p.m., ma obecnie na koncie jeden rekord, ustanowiony w listopadzie 2025 roku. Choć wysokość nad poziomem morza działa na korzyść zawodników, tarcie lodu odgrywa w łyżwiarstwie szybkim równie istotną rolę – i to niezależnie od lokalizacji toru. Zasada jest pozornie prosta: jak podkreśla prof. Edward Lozowski, niższe tarcie lodu umożliwia rozwijanie większych prędkości. Zwraca on jednak uwagę na istotny paradoks – gdyby tarcia nie było wcale, panczenista nie mógłby nawet ruszyć z miejsca. Właśnie dlatego lodomistrzowie z niezwykłą precyzją kontrolują temperaturę tafli i całego obiektu, czystość wody oraz szereg innych czynników fizycznych. Celem tych działań jest odnalezienie idealnego, naukowo uzasadnionego punktu równowagi, który pozwala panczenistom osiągać maksymalne prędkości przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej przyczepności do lodu. Sekret idealnego lodu Znalezienie takiego złotego środka nie jest łatwym zadaniem. Jednoczesne, choć przeciwstawne wymagania dotyczące tarcia zmuszają lodomistrzów do mierzenia się z naturalnymi właściwościami lodu, które ujawniają zaskakującą i pozornie sprzeczną prawdę o łyżwiarstwie: – Kiedy ślizgasz się po lodzie, tak naprawdę nie ślizgasz się po lodzie – mówi prof. Edward Lozowski. – Ślizgasz się po warstwie cieczy. Połączenie chemii i fizyki wyjaśnia, dlaczego łyżwiarze są, technicznie rzecz biorąc, „łyżwiarzami wodnymi”. Z chemicznego punktu widzenia powierzchnia lodu nie zachowuje się tak samo jak cząsteczki znajdujące się głęboko wewnątrz zamarzniętej bryły, ponieważ na powierzchni nie ma nic (poza powietrzem), co utrzymywałoby je na miejscu. – Mając swobodę ruchu, cząsteczki te zachowują się jak woda i ułatwiają poślizg – wyjaśnia prof. Edward Lozowski. Fizyka tłumaczy obecność wody zarówno ciśnieniem, jak i ciepłem tarcia. Gdy łyżwiarz styka się z lodem, nacisk płozy oraz masa ciała powodują miejscowe topnienie powierzchni, wytwarzając więcej cieczy. Według prof. Edwarda Lozowskiego to właśnie ciepło powstające w wyniku tarcia ma zazwyczaj największy wpływ na ten proces. Niezależnie od naukowego pochodzenia tej cieczy, obecna na powierzchni lodu warstwa wody ma kluczowe znaczenie. Jej grubość wynosi od jednego do trzech mikrometrów – czyli około jedną setną grubości ludzkiego włosa – mówi prof. Edward Lozowski. To wystarcza, by stworzyć śliską powierzchnię, dzięki której jazda na łyżwach w ogóle jest możliwa Bez śliskiej powłoki jazda na łyżwach przypomina ślizganie się po betonie, czego prof. Sean Maw doświadczył osobiście podczas treningów na zewnątrz przy temperaturze -35°C. Z drugiej strony, zbyt duża ilość wody powoduje wzrost tarcia, co spowalnia zawodników. – To niezwykle subtelna sztuka balansowania – podsumowuje prof. Sean Maw. Optymalne warunki dla łyżwiarstwa szybkiego Lodomistrz Mark Messer dostraja tor w Calgary, tak aby spełniał wymagania jazdy na maksymalną prędkość. Łyżwiarze figurowi preferują miększy i cieplejszy lód, niezbędny przy wykonywaniu skoków. Z kolei panczeniści dążą do uzyskania twardszej i chłodniejszej nawierzchni o temperaturze od –8 do –9°C, przy jednoczesnym utrzymaniu temperatury powietrza w hali na poziomie 15–16°C. Tory do łyżwiarstwa szybkiego korzystają również z odpowiedniej jakości wody – czystej, lecz nie całkowicie pozbawionej domieszek. Zanieczyszczenia na powierzchni lodu mogą spowalniać zawodnika, natomiast niewielka ilość nieczystości w samej wodzie pomaga utrzymać lód w spójnej i stabilnej strukturze. Wilgotność również zwiększa tarcie na lodzie – ale w niekorzystny sposób. Nadmiar wilgoci może prowadzić do powstawania szronu, który niszczy taflę, tworząc kryształki spowalniające jazdę. To środowiskowe wyzwanie szczególnie utrudnia pracę lodomistrzom, ponieważ w hali mieszczącej tysiące ludzi nie da się z góry przewidzieć, ile wilgoci przedostanie się do budynku. – Uzyskanie optymalnych parametrów dla każdego lodowiska osobno to niezwykle trudna sztuka – mówi Mark Messer. Systemy klimatyzacji i chłodzenia mogą ograniczać problemy wynikające z wilgotności. Jednak nawet te rozwiązania obrazują powracający w lodomistrzostwie dylemat „złotego środka”. Powietrze musi być na tyle chłodne, by zapobiec powstawaniu szronu, ale nie tak zimne, by stało się zbyt gęste – co skutkowałoby większym oporem aerodynamicznym – wyjaśnia prof. Edward Lozowski. – Stworzenie optymalnych warunków do łyżwiarstwa szybkiego na olimpijskim owalu jest w równym stopniu sztuką, co nauką – dodaje. Gdzie kończy się sprzęt, a zaczyna talent Nie tylko lód jest kwestią kompromisów – łyżwy również. Modele przeznaczone do łyżwiarstwa szybkiego są cieńsze, dłuższe i bardziej płaskie niż łyżwy hokejowe czy figurowe, ponieważ priorytetem jest w nich prędkość, a nie zwrotność. Mniej zapadają się w lód, dzięki czemu pozwalają na ślizg z mniejszym tarciem. Przyszłe innowacje w konstrukcji łyżew – czy to poprzez lepsze dopasowanie płóz do budowy ciała zawodnika, czy też opracowanie specjalnych powłok (podobnych do tych zakazanych w bobslejach czy skeletonie) – mogłyby potencjalnie jeszcze bardziej zredukować tarcie na lodzie. Ostatecznie jednak o prędkości decyduje najważniejszy element tego sportu: to łyżwiarze generują siłę odepchnięcia i nadają tempo, niezależnie od bazowego poziomu tarcia na danym torze. – Jako osoby przygotowujące lód nie chcemy być czynnikiem decydującym – mówi lodomistrz Mark Messer – Rekordy świata wciąż są bite, ale to nie lód jest tego powodem. To zasługa sportowców. Źródło: National Geographic
„Biały beton”: dlaczego olimpijskie trasy są dziś szybsze i groźniejsze niż kiedykolwiek?
Sztuczny śnieg zmienił narciarstwo. Choć dla kibiców trasy wyglądają tak samo jak dawniej, dla sportowców oznaczają zupełnie inne – i znacznie groźniejsze – warunki. Wszystko przez fizyczne właściwości kryształków „przemysłowego” śniegu.
W obliczu postępujących zmian klimatu naturalny śnieg w kurortach narciarskich staje się luksusem, a nie standardem. Naukowcy z University of Colorado Boulder, Keith Musselman i Agnes Macy, zwracają uwagę na coś, co dla przeciętnego widza przed telewizorem jest niewidoczne, ale dla zawodników kluczowe: transformację nawierzchni tras narciarskich. Dzisiejsze Igrzyska i zawody Pucharu Świata opierają się niemal w 100% na sztucznym śniegu. Choć z oddali trasy wyglądają naturalnie, w rzeczywistości są przemysłowym produktem, o właściwościach drastycznie odbiegających od naturalnego śniegu. Dla sportowców oznacza to, niestety, większe niebezpieczeństwo. Fizyka „białego betonu”: czym sztuczny śnieg różni się od naturalnego? Najważniejsza różnica między śniegiem naturalnym a sztucznym tkwi w budowie płatków. Naturalny śnieg formuje się w chmurach z pary wodnej, tworząc skomplikowane, sześcioramienne gwiazdki o dużej powierzchni i małej gęstości. Pomiędzy takimi kryształkami „mieści się” mnóstwo powietrza, co sprawia, że nawierzchnia jest miękka i podatna na nacisk. Tymczasem śnieg z armatek powstaje poprzez wyrzucanie wody pod ciśnieniem na zimnym powietrzu. Wynikiem tego procesu nie są płatki, lecz małe, gęste grudki, bardziej zbliżone do lodu niż śniegu. Trasa przygotowana z takiego materiału także ma gęstość bliższą lodu. Dla narciarzy oznacza to jazdę po nawierzchni ekstremalnie twardej, nazywanej potocznie „betonem”. Taka trasa mniej się niszczy pod wpływem przejazdu wielu zawodników, co zapewnia teoretycznie równe szanse startowe. Ale jednocześnie staje się szybsza i bardziej niebezpieczna. Nowe niebezpieczeństwa w narciarstwie alpejskim Zastosowanie sztucznego śniegu wyraźnie zwiększa prędkości osiągane na trasach zjazdowych. Dzięki mniejszemu tarciu i braku zapadania się nart zawodnicy jadą szybciej niż kiedykolwiek wcześniej. I ma to swoją mroczną stronę: ogromne przeciążenia dla stawów i więzadeł. Aby utrzymać krawędź narty w skręcie, na lodowatej tafli i przy ogromnej prędkości, zawodnik musi wygenerować i wytrzymać siły, które często przekraczają granice fizjologiczne. Naukowcy – a także zawodnicy – wskazują, że współczesne narciarstwo alpejskie stało się sportem o znacznie mniejszym marginesie błędu. Na sztucznym śniegu narta „trzyma” doskonale, ale kiedy „puści” – zawodnik ma małe szanse by skorygować błąd. Ryzyko kontuzji jest wyższe nie tylko z powodu prędkości – także twardości podłoża. Upadek na zbity, sztuczny śnieg, jest niemal identyczny z uderzeniem w asfalt, co sprawia że urazy stają się poważniejsze. Na Igrzyskach Olimpijskich Cortina-Mediolan 2026 widać to od pierwszego dnia. Narciarstwo traci kontakt z naturą Chociaż technologia naśnieżania pozwala na organizację zawodów tam, gdzie śniegu praktycznie nie ma (jak podczas zimowych Igrzysk w Pekinie w 2022 roku), to jednocześnie sprawia, że każda zmiana pogody staje się jeszcze większym wyzwaniem. Na przykład świeży śnieg który spadnie na sztuczny, tworzy warstwę o zupełnie innych właściwościach. Z wyzwaniami mierzą się nie tylko narciarze zjazdowi – także biegi narciarskie wymagają zupełnie innego przygotowania nart na sztuczny śnieg. Zarówno zawody, jak i treningi wyczynowych narciarzy mają dziś miejsce w absolutnej większości na sztucznym śniegu. Armatki i lance do naśnieżania stały się „systemem podtrzymywania życia” dla narciarstwa, ale wymaga to od ludzi coraz większych poświęceń, akceptacji coraz wyższego ryzyka oraz zmiany technik i sprzętu. Źródło: The Conversation Nasza autorka Magdalena Rudzka Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (ukończyła MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.
Czy to koniec paneli fotowoltaicznych? Złote „suprakule” pochłaniają nawet dwa razy więcej energii słonecznej
Czy panele fotowoltaiczne to szczyt naszych marzeń o wykorzystywaniu energii ze Słońca? Okazuje się, że można zrobić to lepiej – nowa technologia wykorzystująca złote „suprakule” pozwala na niemal dwukrotne zwiększenie absorpcji prądodajnych promieni. Jak to działa?
Promienie słoneczne zawierają mnóstwo energii. Jednak obecna technologia jej pozyskiwania nie wychwytuje jej tak dużo, jak by mogła. To może się wkrótce zmienić: naukowcy stworzyli „suprakule” – rozwiązanie, które osiągnęło niezwykłą skuteczność pochłaniania energii słonecznej. Pobiło na głowę tradycyjne rozwiązania, które znajdują się na dachach wielu polskich domów. I jest tanie. Jak działają złote „suprakule”? Suprakule (z ang. supraballs) to samoorganizujące się sferyczne nanostruktury, składające się z setek, a nawet tysięcy złotych nanocząstek o precyzyjnie kontrolowanym rozmiarze. Średnica pojedynczej suprakuli sięga około 2100 nanometrów. Ich innowacyjność polega na zdolności do pochłaniania niemal całego spektrum światła słonecznego, w tym także długości fal z zakresu bliskiej podczerwieni, które są słabo absorbowane przez klasyczne panele fotowoltaiczne. W tradycyjnych panelach słonecznych, bazujących najczęściej na krzemie lub cienkowarstwowych półprzewodnikach, absorpcja światła ograniczona jest do części widma, głównie w zakresie światła widzialnego. Złote suprakule zostały zaprojektowane tak, aby wykorzystywać efekt plazmoniczny, który znacząco zwiększa efektywność pochłaniania fotonów o różnych energiach. Plazmony to skorelowane drgania elektronów w materiale przewodzącym, wywołane przez padające światło. Dzięki ich wykorzystaniu suprakule maksymalizują efektywność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną i cieplną. Rekordowa absorpcja światła i łatwość wdrożenia Zgodnie z wynikami testów, suprakule osiągają średnią absorpcję światła słonecznego na poziomie około 89%. Dla porównania absorpcja pojedynczych nanocząsteczek złota wynosi zaledwie 45%. Dodatkową zaletą suprakul jest prostota procesu produkcyjnego. Powłoki z suprakul można nanosić na komercyjnie dostępne generatory termoelektryczne w warunkach pokojowych, bez konieczności stosowania zaawansowanych technologii czy wysokich temperatur. To czyni tę metodę nie tylko efektywną, ale także potencjalnie tanim rozwiązaniem dla przyszłych zastosowań przemysłowych. Czy to energetyczny przełom? Opracowana przez Jaewona Lee, Seungwoo Lee i Kyunga Hun Rho technologia może sprawić, że wysokowydajne systemy solarne i fototermiczne staną się zdecydowanie bardziej dostępne. Dzięki taniej metodzie produkcji i imponującej skuteczności może być przyszłością nie tylko dla przemysłowych elektrowni, ale także instalacji domowych. Czy to przyszłość czystej energii? W przeciwieństwie do wielu innowacji wymagających budowy całkowicie nowych instalacji, suprakule można zastosować jako powłokę na już istniejące panele fotowoltaiczne. Nowoczesne materiały powstają także w Europie Rozwój suprakul wpisuje się w szerszy nurt badań nad nanomateriałami o ekstremalnych właściwościach pochłaniania światła. Naukowcy z Hiszpanii opracowali ultraczarny materiał, który absorbuje aż 99,5% promieniowania słonecznego. Składa się on z nanorurek węglowych oraz tzw. czarnego krzemu, charakteryzującego się wysoką stabilnością termiczną. Tego typu materiały mają ogromny potencjał w zastosowaniach wymagających maksymalnego pochłaniania energii, np. w wieżach słonecznych, gdzie promienie słoneczne są skupiane na niewielkim obszarze. Źródło: ACS Applied Materials & Interfaces Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.
Bazinga! Fizycy z MIT rozwiązują problem ciemnej materii, nad którym głowił się Sheldon Cooper w „Teorii Wielkiego Podrywu”
Oglądaliście „Teorię Wielkiego Podrywu”? Serial w komediowy sposób opisywał życie młodych naukowców z Los Angeles. Jednym z głównych bohaterów był Sheldon Cooper, który lwią część swojej pracy poświęcił ciemnej materii – zagadce, której rozwiązanie nigdy się nie udało. Aż do dzisiaj: teraz to Jure Zupan może krzyczeć: „Bazinga!”, do tej pory przypisywane jedynie ekscentrycznej serialowej postaci.
Zagadka ciemnej materii z „Teorii Wielkiego Podrywu” rozwiązana – naukowcy po latach znaleźli sposób na produkcję aksjonów w nowoczesnych reaktorach fuzyjnych. To potencjalny przełom w badaniach nad najbardziej tajemniczym składnikiem Wszechświata. Nowa teoria rodem z serialu – czym są aksjony i ciemna materia? Prof. Jure Zupan z University of Cincinnati przy współpracy naukowców z MIT opracował teorię dotyczącą możliwości produkcji aksjonów w reaktorach fuzyjnych. Czym są aksjony? To hipotetyczne cząstki subatomowe, które mogą odgrywać kluczową rolę w zrozumieniu ciemnej materii. Chociaż ciemna materia nie została zaobserwowana bezpośrednio, jej obecność da się „odczuć” – grawitacyjnie oddziałuje na galaktyki i gwiazdy. Uważa się, że stanowi większość masy we Wszechświecie, podczas gdy widoczna materia to jedynie ułamek tej wartości. Według nowej teorii opracowanej przez Zupana potencjalnym źródłem aksjonów mogą być reakcje zachodzące we wnętrzu reaktora fuzyjnego, w którym powstają intensywne strumienie neutronów. Te neutrony oddziałują z materiałami ścian reaktora, wywołując reakcje jądrowe, które mogą prowadzić do powstania egzotycznych cząstek z „ciemnego sektora”, takich jak aksjony. Reaktor fuzyjny w południowej Francji może pomóc produkować ciemną materię Gdzie dokładnie można by produkować aksjony? Punktem odniesienia dla opracowanej teorii stał się nowoczesny reaktor fuzyjny ITER budowany właśnie w pobliżu miejscowości Saint-Paul-lez-Durance w południowej Francji, w którym udział ma także Polska – dostarczamy do niego kluczowych komponentów. Ma on służyć do symulacji procesu fizycznego, który zachodzi wewnątrz Słońca i jest zdolny m.in. do generowania dużych ilości neutronów. „Teoria Wielkiego Podrywu” i naukowy żart z prawdziwym rozwiązaniem Serial „Teoria Wielkiego Podrywu” odegrał ogromną rolę w popularyzacji współczesnych dylematów fizyki teoretycznej. Sheldon Cooper i Leonard Hofstadter, fikcyjni naukowcy, zmierzyli się w jednym z odcinków właśnie z problemem produkcji aksjonów w reaktorach fuzyjnych. Prof. Jure Zupan zauważa, że w serialu pojawiają się nawet szczegółowe wzory na tablicach, które stanowią ukłon w stronę prawdziwych naukowców. Bohaterom nie udało się jednak rozwiązać tej zagadki, co symbolizuje słynna „smutna buźka” pod obliczeniami. Serialowe nawiązania stały się inspiracją dla rzeczywistych badaczy i pokazały, jak popkultura może wpływać na naukowe ambicje. W rzeczywistości zespół profesora Zupana przeanalizował procesy zachodzące w reaktorach fuzyjnych na znacznie głębszym poziomie niż serialowi bohaterowie. Obliczenia wykazały, że choć produkcja aksjonów w Słońcu jest znacznie efektywniejsza, reaktory fuzyjne oferują alternatywne procesy, niedostępne dla naturalnych źródeł. Co się zmieni, gdy odkryjemy aksjony? Weryfikacja istnienia aksjonów mogłaby mieć fundamentalne znaczenie dla naszej wiedzy o Wszechświecie. Udowodnienie, że ciemna materia składa się z tych cząstek, zmieniłoby nasze podejście do astrofizyki, kosmologii, a nawet energetyki. Wywróciłoby to do góry nogami naukowy porządek i powinniśmy się zastanowić, czy na pewno jesteśmy na to gotowi. Źródła: Journal of High Energy Physics, University of Cinncinati Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.