Nie ma jednej teraźniejszości. Naukowiec tłumaczy, co naprawdę „dzieje się teraz”
Czy czas płynie tylko w naszych głowach? Naukowcy i filozofowie coraz częściej kwestionują jego obiektywne istnienie. Jeden z ekspertów sugeruje, że „upływ czasu” to projekcja psychologiczna, podobna do odczuwania koloru. Co to oznacza dla naszego rozumienia rzeczywistości?
Rozważania nad naturą czasu można znaleźć już w pierwszych zachowanych dokumentach spisanych przez człowieka. Pojęcie czasu przenika absolutnie każdą myśl o sobie samym i o otaczającym świecie. Jednak od XX wieku fizycy coraz częściej kwestionują istnienie czasu jako takiego. Czy w takim razie wszyscy żyjemy w wielkim złudzeniu? Jeśli zwrócimy uwagę na liczbę idiomów dotyczących czasu – czas płynie, biegnie, leci; czas na nikogo nie czeka itd. – można śmiało wysnuć wniosek, że czas jest konstruktem, na którym opieramy nasz sposób myślenia o sobie i o świecie. Jednak to, co wydaje się czymś oczywistym, przestaje takim być, gdy zacznie się rozważać samą naturę czasu. Między przeszłością a przyszłością Co właściwie oznacza „przepływ” albo „upływ” czasu? Przepływ czego? Rzeka płynie, ponieważ woda jest w ruchu. Co znaczy powiedzieć, że czas płynie? – zastanawia się Adrian Bardon, profesor filozofii w Wake Forest University oraz autor książki „Krótka historia filozofii czasu”. – Zdarzenia są bardziej „dzianiem się” niż rzeczami, a mimo to mówimy o nich tak, jakby miały zmieniające się położenia w przyszłości, teraźniejszości i przeszłości. Ale jeśli jakieś wydarzenia są w przyszłości i zbliżają się do ciebie, a inne są przeszłe i oddalają się — to gdzie właściwie się znajdują? Przyszłość i przeszłość nie wydają się mieć fizycznej lokalizacji – napisał Bardon w artykule opublikowanym na łamach „The Conversation”. Nad tym, czym jest idea czasu, zastanawiał się już m.in. Parmenides z Elei, grecki filozof żyjący między VI a V wiekiem p.n.e. Przekonywał on, że jeśli przeszłości już nie ma, a przyszłości jeszcze nie ma, to w jaki sposób zdarzenia mogą przechodzić z przyszłości do teraźniejszości, a następnie w przeszłość? Bo przecież gdyby przyszłość była realnym konstruktem, to powinna być realna już teraz. A jeśli realne jest tylko to, co tu i teraz, to przyszłości nie można zaliczyć do tej kategorii. Podobne rozumowania można znaleźć u Arystotelesa, św. Augustyna i wielu innych. Wszystko jest względne Wiele wieków później kwestią czasu zajął się Izaak Newton. Dla niego czas to dynamiczne, fizyczne zjawisko istniejące w tle — regularny, tykający zegar wszechświata, względem którego można obiektywnie opisywać ruchy i przyspieszenia. I wszystko wydawało się grać, ale później pojawił się Albert Einstein oraz prekursorzy fizyki kwantowej… Ogłoszone przez Einsteina w 1905 i w 1915 szczególna i ogólna teoria względności wprowadzają pojęcie relatywistyki, tym samym dyskredytują wyobrażenie czasu jako uniwersalnego zjawiska fizycznego. Przede wszystkim Albert Einstein i analizujący jego teorię badacze wykazali, że prędkość światła jest stała, niezależnie od prędkości źródła. W dodatku nic nigdy nie jest naprawdę w spoczynku ani naprawdę w ruchu, bo te zależą od „układu odniesienia”. To układ odniesienia pozwala określić współrzędne przestrzenne i czasowe, ale nie będą one uniwersalne, lecz odnoszące się do obserwatora. W słynnym eksperymencie myślowym Einsteina, dwa pioruny uderzają jednocześnie w początek i koniec długiego, jadącego pociągu. Dokładnie po środku pociągu stoi pasażer. Natomiast na peronie, również w równych odległościach od początku i końca pociągu, stoi obserwator. Wydawałoby się, że obaj doświadczą piorunów w tej samej chwili. Ale pociąg porusza się w stronę jednego wyładowania i oddala od drugiego, przez co pasażer i obserwator przypiszą uderzeniom różne czasy. W dodatku obaj będą mieli rację i obaj będą w błędzie. Ponieważ to, ile czasu upływa między zdarzeniami i kiedy coś się dzieje, zależy od układu odniesienia. Obserwatorzy poruszający się względem siebie będą w danej chwili nie zgadzać się co do tego, jakie zdarzenia dzieją się „teraz”; to, co jest teraźniejsze dla jednego, może być przyszłe dla innego — i tak dalej. W teorii względności wszystkie czasy są równie realne. W dodatku wszystko, co kiedykolwiek się wydarzyło lub wydarzy, dzieje się teraz dla pewnego hipotetycznego obserwatora. Nie istnieją zdarzenia jedynie potencjalne ani takie, które są „tylko wspomnieniami”. Nie ma jednej, absolutnej teraźniejszości — a więc nie ma też „przepływu czasu”, w ramach którego zdarzenia rzekomo stają się obecne. Weźmy przykład jakiegoś kosmicznego zdarzenia, powiedzmy supernowej. Jeśli najlepsza kandydatka do supernowej, czyli Betelgeza eksploduje, my zobaczymy to zjawisko dopiero 600 – 650 lat później i dla nas będzie miało miejsce tu i teraz. Czas jako projekcja psychiczna Za to w fizyce kwantowej upływ czasu nie jest fundamentalny — jest prawdopodobnie zjawiskiem emergentnym, wynikającym z relacji między stanami kwantowymi, entropii i informacji, a nie z istnienia uniwersalnego kosmicznego zegara. – Ja proponuję, by traktować nasze poczucie upływu czasu jako przykład projekcji psychologicznej — rodzaju błędu poznawczego polegającego na niewłaściwym rozumieniu własnych doświadczeń – napisał Bardon. Jako przykład takiej projekcji podaje czerwoną różę. – Czerwona róża nie jest „naprawdę” czerwona sama w sobie. Róża odbija światło o określonej długości fali, a ta długość fali wywołuje określone wrażenie barwne. Róża nie jest naprawdę czerwona, ani też nie generuje „iluzji czerwieni”. Doświadczenie czerwieni wynika po prostu z tego, jak przetwarzamy obiektywne fakty o róży — przekonuje. Zdaniem filozofa upływ czasu nie jest ani realny, ani iluzoryczny: jest projekcją wynikającą z tego, jak ludzie porządkują świat. Nasz obraz świata jest nierozdzielny od warunków, w jakich go postrzegamy i rozumiemy. W związku z czym każdy opis rzeczywistości będzie nieuchronnie przesycony naszą perspektywą. A błąd polega przede wszystkim na utożsamieniu tej perspektywy z samą rzeczywistością. Źródło: The Conversation Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czy renifer Rudolf naprawdę mógłby świecić? Naukowcy wyjaśniają świąteczną legendę
Pędzący zaprzęg reniferów na stałe wpisał się w scenerię świąt Bożego Narodzenia. Rudolf i jego ekipa pojawiają się w bożonarodzeniowych filmach, książkach i opowieściach, a świąteczne gadżety z ssakami z północy w roli głównej można kupić na całym świecie. Czy czerwony nos Rudolfa mógłby jednak istnieć naprawdę?
Renifer Rudolf, który przewodzi zaprzęgowi Świętego Mikołaja, od lat znany jest ze swojego charakterystycznego czerwonego nosa. Świecąca część ciała rozsławiła północnego ssaka do tego stopnia, że badacze zaczęli zastanawiać się nad naukowym wytłumaczeniem tego wyjątkowego zjawiska. Dla fanów bożonarodzeniowego klimatu odpowiedź może być jednak mało satysfakcjonująca. Świecąca przyroda, czyli reakcje bioluminescencyjne W przyrodzie jesteśmy w stanie dostrzec wiele zwierząt, które do egzystencji używają świecących części ciała. Mieniący się wabik na głowie niektórych żabnic pozwala im łatwiej schwytać ofiarę w ciemnych wodach głębinowych, podczas gdy świetliki używają jarzących się odwłoków do komunikacji. Bioluminescencja jest cechą, którą niektóre gatunki zwierząt wykształciły na drodze ewolucji. Zarówno u ryb, jak i u owadów charakterystyczne świecenie było mechanizmem mającym na celu przystosowanie zwierzęcia do aktualnie panujących warunków. Charakterystyczne wytwarzanie światła jest efektem reakcji chemicznej zwanej reakcją bioluminescencyjną. Niektóre organizmy posiadają w swoim ciele lucyferyny — związki chemiczne zdolne do emitowania światła. Gdy lucyferyna reaguje z enzymem lucyferazą i tlenem, w komórkach powstaje tzw. „zimne” światło, czyli bioluminescencja. W ten sposób wiele dorosłych organizmów potrafi aktywnie regulować swoje świecenie — włączając lub wyłączając je poprzez kontrolę tlenu, enzymów lub zasłanianie narządów świetlnych. Czy renifery mogłyby świecić? Jak przyznaje biolożka morska Danielle DeLeo w rozmowie z serwisem„Science News”, szansa, aby renifery wykształciły zdolności bioluminescencyjne, jest „bardzo, bardzo mała”. U żadnego ssaka ani ptaka nigdy nie wykształciła się zdolność do takiej formy wytwarzania światła. Mimo, że szansa jest niezwykle mała, należy pamiętać, że zjawisko bioluminescencji pojawiło się w naturze ok. 500 mln lat temu i wykształciło się niezależnie co najmniej 100 razy w różnych, niespokrewnionych ze sobą grupach organizmów. Zawrotna prędkość mikołajowych sań – jak człowiek widziałby Rudolfa? W bajce „Rudolf Czerwononosy”, napisanej w 1939 roku przez Amerykanina Roberta Maya, charakterystyczny nos renifera służy mu za punkt nawigacji, dzięki któremu cały zaprzęg może poruszać się w przestworzach. Biolog Nathaniel Dominy z Dartmouth College przyznaje, że wybór akurat takiego koloru mógł nie być przypadkowy. Barwa czerwona ma bowiem najdłuższą falę, dzięki czemu światło nie rozprasza się we mgle i śniegu. Nos Rudolfa przebijałby się przez zimowe obłoki, pełniąc funkcję najbardziej praktycznej latarki. Dla osób obserwujących zaprzęg z dołu, kolor nie byłby jednak zawsze czerwony. Zmiana obserwowanego koloru światła poruszającego się obiektu wynika z tzw. efektu Dopplera. Christian Doppler, austriacki fizyk, jako pierwszy opisał teoretycznie to zjawisko w 1842 roku. Według tej zasady, jeśli obiekt porusza się w stronę obserwatora, fale świetlne ulegają ściśnięciu i przesuwają się ku barwom bardziej niebieskim. Jeśli obiekt oddala się, fale rozciągają się, powodując przesunięcie koloru ku czerwieni. Zjawisko to obserwuje się m.in. w świetle gwiazd i galaktyk poruszających się z dużymi prędkościami. W taki sposób czerwony nos Rudolfa, poruszającego się z prędkością równą 10% prędkości światła (co według fizyków byłoby konieczne, by święty Mikołaj mógł odwiedzić wszystkie domy w jedną noc), podczas zbliżania się wyglądałby na bardziej pomarańczowy, a podczas oddalania przesuwałby się ku podczerwieni, że wydawałby się niemal czarny. Źródła: Science News, Haddock, Moline & Case, Bioluminescence in the Sea, Annual Review of Marine Science Nasz autor Olaf Kardaszewski Absolwent Instytutu Stosowanych Nauk Społecznych na Uniwersytecie Warszawskim. Obecnie student magisterskiego kierunku Studiów Miejskich na tej samej uczelni. Interesuje się społecznymi i kulturowymi aspektami zmieniającego się świata, o czym chętnie pisze w swoich pracach. Współprowadzący projekt „Podziemna Warszawa” w National Geographic Polska. Uwielbia podróże, w trakcie których zawsze stara się obejrzeć mecz lokalnej drużyny piłkarskiej.
Co się stanie, gdy przez twoje ciało przeleci mikroskopijna czarna dziura? Fizycy już wiedzą
Mikroskopijna czarna dziura przelatująca przez ciało człowieka brzmi jak motyw z horroru science fiction. Okazuje się jednak, że nawet taki obiekt nie musi być groźniejszy niż pocisk. Fizycy obliczyli, co dokładnie stałoby się w takim scenariuszu – i czy mamy się czego obawiać.
Przywykliśmy myśleć o czarnych dziurach jako o największych i najpotężniejszych obiektach we Wszechświecie. Jednak zgodnie z ogólną teorią względności Alberta Einsteina, do ich powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Może to być objętość wyrażana nawet w pikometrach (jedna bilionowa metra). Temu, co by się stało, gdyby taka mikro-czarna dziura przeleciała przez ludzkie ciało, przyjrzał się Robert Scherrer, fizyk z Uniwersytetu Vanderbilta. Science fiction a rzeczywistość W 1974 roku w magazynie „Analog Science Fiction/Science Fact” ukazało się opowiadanie Larry’ego Nivena zatytułowane „The Hole Man”. Opowiada o zespole odkrywców i naukowców pracujących na Marsie. Bohaterowie odnajdują bazę Obcych, w której znajduje się wciąż działające urządzenie, prawdopodobnie służące do komunikacji poprzez oscylację fal grawitacyjnych. Jeden z naukowców sądzi, że wewnątrz urządzenia znajduje się mikroskopijna czarna dziura, lecz jego przełożony mu nie wierzy i szydzi z niego przy każdej okazji. Dochodzi do gwałtownej sprzeczki, w trakcie której przełożony wyłącza pole utrzymujące czarną dziurę, tym samym uwalniając ją. Ta spada prosto przez ciało przełożonego, raniąc go śmiertelnie wskutek sił pływowych i niezwykle małego „tunelu”, jaki czarna dziura tworzy w ciele, spadając w kierunku środka planety. Czarna dziura łagodniejsza niż pocisk z karabinu? Czy naprawdę mikroskopijna czarna dziura może zabić człowieka? Według nowych obliczeń Roberta Scherrera, fizyka z Uniwersytetu Vanderbilta, nawet czarna dziura o masie 100 miliardów ton wyrządziłaby mniej szkód niż pocisk kalibru 22. Najgorszy efekt wynikałby nie z samego obiektu, lecz z fali uderzeniowej, jaką wywoła przelot przez tkanki – podobnie jak ma to miejsce w przypadku strzału z broni palnej. Tylko skąd wziąć mikroskopijną czarną dziurę i jak mają się do tego tzw. pierwotne czarne dziury? Te mogły powstać jedynie z bardzo dużych zagęszczeń materii w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu. Jak duże mogłyby być takie obiekty, czy mogłyby uderzyć w człowieka i jakie byłyby skutki? Ułamek średnicy atomu, ogromna masa Z obliczeń Scherrera wynika, że minimalna masa pierwotnej czarnej dziury, która mogłaby spowodować istotne obrażenia przy przelocie przez ciało, to około 140 miliardów ton. Mimo tak ogromnej masy, jej rozmiar byłby mikroskopijny – tzw. średnica Schwarzschilda wynosiłaby zaledwie 0,4 pikometra. Aby lepiej zrozumieć tę wielkość dodajmy, że średnica atomu wodoru to ok. 106 pikometrów. Zakładając, że taka mikro-czarna dziura przemieszczałaby się z prędkością około 200 km/s, nie wchodziłaby w silną interakcję z otaczającą tkanką. Fala uderzeniowa wywołana jej przelotem byłaby jednak porównywalna do fali od pocisku kalibru 22. Ale czarna dziura wywiera również siły pływowe, które są silniejsze przy bliższej stronie obiektu, a słabsze po dalszej. To właśnie te różnice prowadzą do rozciągania materii, czyli tzw. spaghettifikacji. Na poziomie ciała człowieka siły te są zwykle zbyt słabe, bo oddziaływania atomowe dominują nad grawitacją. Możemy spać spokojnie Wiemy już, że mająca masę 140 miliardów ton czarna dziura nie byłaby dla nas zbyt straszna. Zatem jak masywna musiałaby być, by realnie uszkodzić ludzkie ciało? Według wyliczeń Scherrera, aby czarna dziura mogła uszkodzić ludzkie tkanki siłami pływowymi, musiałaby mieć masę co najmniej 7 trylionów ton – porównywalną z masą planetoidy Iris. Dopiero wtedy jej grawitacja mogłaby uszkodzić najbardziej wrażliwe tkanki, np. mózg. Fala uderzeniowa wynikająca z przelotu takiej czarnej dziury wyrządziłaby znaczne szkody. Czy w takim razie mamy się czego bać? Robert Scherrer wyliczył, że prawdopodobieństwo trafienia człowieka przez taką czarną dziurę to ok. raz na kwintylion lat – czyli o wiele rzadsze niż cały dotychczasowy wiek Wszechświata (13,8 mld lat). Możemy spać spokojnie. Źródło: Science Alert 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”.
Jak duże mogą być płatki śniegu? Największy miał rozmiar średniej pizzy
Jakie rozmiary mogą osiągać płatki śniegu? Historyczne relacje wspominają okazy wielkości średniej pizzy. To zjawisko zaskoczyło nawet doświadczonych obserwatorów. Gdzie i kiedy udało się je zanotować?
W tym artykule: Płatki śniegu i kryształki śniegu – co jest większe? Zimowa aura pod lupą Fascynujące jak śnieg Choć śniegu mamy w Polsce (podobnie jak innych krajach Europy) coraz mniej, warto przyjrzeć się mu z bliska. Choćby i wirtualnie. Pojedyncze kryształki śniegu nie bez powodu fascynują zarówno naukowców, jak i artystów. W końcu jest to przykład wyjątkowo estetycznego działania matki natury. Śnieżynki najczęściej charakteryzują się sześcioramienną symetrią. Są niewielkie, choć zdarzają się prawdziwi rekordziści – i to w drugą stronę. Płatki śniegu i kryształki śniegu – co jest większe? Jak można przeczytać w Księdze rekordów Guinnessa, pewnej styczniowej nocy w 1887 r. podczas gwałtownej zimowej burzy nad doliną rzeki Clark Fork, w pobliżu rancza Matta Colemana, niedaleko Missoula w Montanie w USA, zaobserwowano płatki śniegu opisane jako „większe od misek na mleko”. Miały one nawet do 38 cm szerokości. I tu warto zwrócić uwagę na rozróżnienie o, którym mówi w swoich badaniach dr Kenneth Libbrecht. Naukowiec poświęcił swoją karierą odpowiedzeniu na pytanie, dlaczego kryształy śniegu przyjmują różne kształty. I właśnie, jak zauważa, kryształy śniegu to nie to samo, co płatki śniegu. W języku polskim to rozróżnienie nie przyjęło się do mowy codziennej. Zimowa aura pod lupą Chodzi o to, że pojedyncze kryształki śniegu są maleńkie. Dopiero spadając z nieba, łączą się w większe struktury. To, co więc widzimy za oknem to najczęściej większe, uformowane w locie płatki śniegu. Kryształy śniegu powstają w wyniku zamarzania wody z gazu (pary wodnej), nie przechodząc wcześniej w ciecz. Płatek śniegu może być z kolei dowolną strukturą zamarzniętej wody spadającą z nieba. Stąd też różnice w ich rozmiarach. Zjawisko opisane w Księdze rekordów Guinnessa dotyczy więc nie kryształków śniegu, a właśnie płatków. Jak wielkie potrafią być w takim razie kryształki śniegu? To zależy od perspektywy. Śnieg na Saharze to nic nowego. Biały puch prószy na pustyni coraz częściej Choć śnieg na Saharze to wciąż rzadkość, w przeszłości największa pustynia Afryki kilkukrotnie była pokryta białą warstwą. Czy podobne anomalie pogodowe będą się zdarzać coraz czę... Fascynujące jak śnieg Rekord największego pojedynczego kryształu śniegu przypisuje się jednej z obserwacji Libbrechta. Mimo że wiele czasu spędził w laboratorium, gdzie próbował stworzyć dwa identyczne kryształki śniegi, to ten największy znalazł na wolności. Rekordzista mierzył 10 milimetrów od czubka do czubka. Może się wydawać, że to niewiele, ale weźmy pod uwagę, że typowy kryształek śniegu ma średnicę od 2 do 4 milimetrów. W swojej ponad 20-letniej karierze badacz śniegu pracuje nad modelem, który może wyjaśnić, dlaczego różne temperatury powodują powstawanie różnych struktur. Libbrecht stworzył nawet „przewodnik terenowy po płatkach śniegu”. Na jego stronie internetowej można znaleźć zdjęcia i filmy przedstawiające różnego rodzaju kryształki śniegu. Sam zainteresowany porównuje badanie śniegu do... obserwacji ornitologicznych. Nasz ekspert Mateusz Łysiak Dziennikarz zakręcony na punkcie podróżowania. Pierwsze kroki w mediach stawiał w redakcjach internetowej i papierowej magazynu „Podróże”. Redagował i wydawał m.in. w gazeta.pl i dziendobrytvn.pl. O odległych miejscach (czasem i tych bliższych) lubi pisać nie tylko w kontekście turystycznym, ale też przyrodniczym i społecznym. Marzy o tym, żeby zobaczyć zorzę polarną oraz Machu Picchu. Co poza szlakiem? Kuchnia włoska, reportaże i pływanie.
Czy w pobliżu czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki może rozwijać się zaawansowana cywilizacja?
W granicach znanej fizyki możliwe jest, że zaawansowana cywilizacja osiedli się w pobliżu supermasywnej czarnej dziury, by wykorzystać spowolnienie czasu. Potrzebuje do tego energii całej gwiazdy. Przy tym spowolnieniu dla obserwatorów zewnętrznych cywilizacja byłaby niedostrzegalna, a wysyłane przez nią sygnały mogłyby przypominać szybkie rozbłyski radiowe.
Spis treści: Poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji Imperia galaktyczne i paradoks Fermiego Życie na sferze Dysona Przyspieszenie i spowolnienie czasu Szybkie rozbłyski radiowe „Gdzie oni są?”. Takie pytanie postawił w 1950 roku genialny Enrico Fermi, fizyk, noblista i członek Projektu Manhattan. Odnosił się tym samym do obcych cywilizacji, które, patrząc na wielkość Wszechświata, powinny pojawiać się regularnie. Mimo to nie znaleźliśmy wciąż ich śladów. Poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji Poszukiwanie pozaziemskich cywilizacji jest tematem wielu rozważań, również czysto matematycznych. W latach 60. ubiegłego wieku astronom i astrofizyk, założyciel programu poszukiwania inteligencji pozaziemskiej SETI Frank Drake zaproponował równanie, którego celem jest dokładniejsze zrozumienie mechanizmów wpływająch na szanse powstania takich cywilizacji. Według jego szacunków w najbardziej pesymistycznej wersji Wszechświat powinno zamieszkiwać pięć miliardów rozwiniętych cywilizacji. Ale zarówno Fermi, jak i Drake – obaj żyjący w erze atomu – podkreślali, że rozwinięta cywilizacja nie będzie trwała w nieskończoność, ponieważ może się unicestwić przy użyciu zaawansowanej broni. „Krótki” czas istnienia cywilizacji przy odległościach w kosmosie uniemożliwiłoby realne skomunikowanie się z przedstawicielami innych cywilizacji. Czy w takim razie może istnieć cywilizacja zdolna pokonać ograniczenia prędkości światła i ludzkiego życia, nie łamiąc praw znanej fizyki? Zdaniem fizyków Chris Reissa i Justin C. Feng byłoby to możliwe, gdyby cywilizacja osiedliła się w pobliżu czarnej dziury, gdzie z powodu grawitacyjnej dylatacji czasu sekunda lokalna może odpowiadać tysiącom sekund dla obserwatora daleko w galaktyce. Najlepszym miejscem do tego są stabilne orbity wokół supermasywnej czarnej dziury, np. Sgr A* w centrum Drogi Mlecznej. Imperia galaktyczne i paradoks Fermiego W opublikowanym kilka dni temu w serwisie preprintów Arxiv.com artykule „Cywilizacje spowolnione w czasie, imperia galaktyczne i paradoks Fermiego” (Redshifted civilizations, galactic empires, and the Fermi paradox) badacze rozważają kilka scenariuszy, w których cywilizacja może migrować do tzw. ramki czasowo rozciągniętej (time-dilated frame) w ramach klasycznej teorii względności i bez naruszania tolerowalnego poziomu przyspieszenia dla biologicznej materii. Cywilizacja, która mogłaby to osiągnąć, musiałaby należeć do tzw. drugiego typu na skali Kardaszewa. W 1964 roku rosyjski astrofizyk Nikołaj Kardaszew zaproponował klasyfikację cywilizacji opartą na ilości energii, jaką może ona pozyskać. Typ pierwszy wykorzystuje całą energię dostępną na swojej planecie, typ drugi – całą energię swojej gwiazdy, a typ trzeci – całą energię galaktyki. Jeśli zastanawiacie się, do jakiego typu należymy my, Ziemianie, to nie dotarliśmy jeszcze w swoim rozwoju do typu pierwszego. Wspominany typ drugi pozwala na budowę sfery Dysona, czyli hipotetycznej megastruktury zdolnej wykorzystywać całą energię gwiazdy. Życie na sferze Dysona Również Chris Reissa i Justin C. Feng w swoich rozważaniach przyjmują, że cywilizacja potrafiąca wykorzystać spowolnienie czasu funkcjonowałaby na statkach kosmicznych. Zadaliśmy Justinowi C. Fengowi pytanie o to, co widziałby osobnik cywilizacji krążącej wokół czarnej dziury patrząc na resztę Galaktyki. I jak bardzo inaczej płynąłby dla niego czas niż dla nas na Ziemi? <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/czy-gdzies-w-kosmosie-znajduja-sie-sfery-dysona-naukowcy-twierdza-ze-znalezli-siedmiu-kandydatow-6769b91.jpg" width="1000" height="563" alt="Czy gdzieś w kosmosie znajdują się sfery Dysona? Naukowcy twierdzą, że znaleźli siedmiu kandydatów" title="Czy gdzieś w kosmosie znajdują się sfery Dysona? Naukowcy twierdzą, że znaleźli siedmiu kandydatów" /> – Wewnątrz statku czas byłby postrzegany jako płynący normalnie. Jedynym zauważalnym efektem mogłyby być łagodne siły pływowe – w jednym kierunku rozciągające, a w kierunku prostopadłym ściskające. To, że mieszkaniec odczuwa jedynie łagodne siły pływowe, jest zamierzone. Wybieramy takie orbity, które maksymalizują dylatację czasu, jednocześnie utrzymując siły pływowe w granicach tolerancji biologicznej – powiedział uczony. Dalej wyjaśnia, że orbity w pobliżu sfery fotonowej czarnej dziury mogą osiągać dowolnie duże współczynniki dylatacji czasu, ale kosztem rosnących do ekstremum sił pływowych. – Dla czarnej dziury w centrum naszej galaktyki Sgr A* stwierdziliśmy, że maksymalny współczynnik dylatacji czasu wynosi około 100, zanim siły pływowe staną się niekomfortowe dla człowieka. Większe wartości wymagałyby czarnych dziur o znacznie większej masie. Przyspieszenie i spowolnienie czasu Czyli patrząc przez „okno”, mieszkaniec zobaczyłby bardzo dziwny obraz Ziemi podczas obiegu statku wokół czarnej dziury. – Załóżmy, że Ziemia znajduje się w płaszczyźnie tej orbity. Przez większość orbity zegary na Ziemi wydawałyby się biec szybciej, a w części orbity, gdy statek porusza się niemal dokładnie w kierunku przeciwnym do Ziemi, zegary wydawałyby się zwalniać. Efektem netto byłoby ogólne przyspieszenie zegarów ziemskich – wynikające z tego samego mechanizmu, który rozwiązuje tzw. paradoks bliźniąt w szczególnej teorii względności – twierdzi naukowiec. Takie „przesunięte ku czerwieni” cywilizacje mogłyby istnieć w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Wówczas uległyby spowolnieniu czasu, a jeden rok tam byłby jak 100 lat na Ziemi. Natomiast obserwując Wszechświat widzieliby go w przyspieszeniu. W związku z tym z ich punktu widzenia podróże międzygwiezdne stałyby się krótsze. Zakładając, że czas cywilizacji płynie 100 razy wolniej, to przelot przez galaktykę trwałby dla nich zaledwie 1000 lat ich czasu własnego. Szybkie rozbłyski radiowe – Jeśli takie cywilizacje istnieją, po czym moglibyśmy je dziś rozpoznać? Jaki byłby najbardziej wiarygodny ślad w danych radiowych lub optycznych i czym różniłby się od naturalnych zjawisk, które teleskopy obserwują rutynowo? – zapytaliśmy Justina C. Fenga. – Cywilizacje znajdujące się na odpowiednio bliskich orbitach wokół czarnej dziury, jak Sgr A*, prawdopodobnie wytwarzałyby sygnały towarzyszące oczyszczaniu orbitalnych pasów z plazmy lub gazu. Spodziewalibyśmy się, że takie sygnały charakteryzowałyby się malejącą częstotliwością w czasie, powtarzającą się po każdym obiegu – twierdzi naukowiec. Takim sygnałem mogłyby być rejestrowane już tzw. szybkie rozbłyski radiowe. Jednak dr Feng zastrzega, że konieczne byłyby znacznie dokładniejsze badania, by wysunąć taką hipotezę. – Ponieważ orbity bliskie sferze fotonowej są niestabilne, naturalna akumulacja materii w takim rejonie jest bardzo mało prawdopodobna. Dlatego trwały, powtarzalny sygnał pochodzący z takiej orbity mógłby wskazywać na sztuczne źródło. Jednak jasność takich emisji, według naszych obliczeń, wynosiłaby około 10¹⁹ watów, czyli wiele rzędów wielkości mniej niż blask brązowego karła. To oznacza, że takie sygnały byłyby ekstremalnie trudne do wykrycia – mówi naukowiec. Dodaje, że istnieje też jeszcze inna możliwość. – Jeśli wokół supermasywnej czarnej dziury zgromadziłoby się wiele cywilizacji, orbitalne „pasy ruchu” stałyby się ograniczonym zasobem. W takiej sytuacji wzrosłoby prawdopodobieństwo konfliktu. Taki konflikt mógłby być bardzo jasnym wydarzeniem astronomicznym – choć o dość makabrycznych konsekwencjach. 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”.
Melissa dotarła na Jamajkę jako huragan 5 kategorii. Jak rodzą się najgroźniejsze huragany?
Co roku nad Atlantykiem rodzi się średnio 12 burz tropikalnych, z których połowa przekształca się w huragany. To właśnie jeden z nich – Melissa – uderzył w Jamajkę z niszczycielską siłą wiatru sięgającą w porywach 400 km/h. Według pierwszych oficjalnych ustaleń władz zginęło ponad 30 osób, a eksperci mówią o najpotężniejszym huraganie roku. Jak powstają żywioły o tak ogromnej mocy?
Spis treści: Od cyklonu do huraganu Jak zbudowany jest huragan? Warunki powstawania huraganów Skala siły huraganów Aby doszło do utworzenia się huraganu, musimy wyjść od tzw. cyklonu tropikalnego. Jest to wirujący, niskociśnieniowy układ pogodowy, który zawiera zorganizowane burze (chmury burzowe), ale nie posiada frontów atmosferycznych, czyli granic oddzielających masy powietrza o różnych gęstościach. Od cyklonu do huraganu Według definicji, kolejne zmiany wymusza prędkość wiatru. Cyklony tropikalne, których maksymalna prędkość wiatru przy powierzchni nie przekracza 63 km/godz., nazywane są depresjami tropikalnymi. Jednak, gdy prędkość wiatru przekroczy wspomniane 63 km/godz., układ zostaje zakwalifikowany jako burza tropikalna. Jeśli maksymalna prędkość wiatru burzy tropikalnej osiągnie 119 km/godz., układ zostaje sklasyfikowany jako huragan. Dla porównania najsilniejsze wiatry wiejące w Polsce, jak np. Orkan Ksawery z 2013 r., dochodziły w porywach do 147 km/godz. Każdego roku na Atlantyku, Morzu Karaibskim i w Zatoce Meksykańskiej powstaje średnio 10–12 burz tropikalnych. Wiele z nich nie dociera do lądu. Sześć z nich zwykle osiąga siłę huraganu. W przeciętnym trzyletnim okresie około pięć huraganów uderza w wybrzeże USA – od Teksasu po Maine. Dwa z nich to zwykle huragany dużej mocy (z wiatrami powyżej 177 km/godz.). Typowy huragan ma szerokość około 480 km, choć wielkość ta może znacznie się różnić. Aby to sobie lepiej zobrazować „szerokość” Polski licząc od najbardziej oddalonych punktów, to 689 km. Jak zbudowany jest huragan? Oko huraganu to stosunkowo spokojny i bezchmurny obszar o średnicy około 32–64 km). Dalej znajduje się tzw. eyewall – ściana oka, która składa się z gęstych chmur zawierających najsilniejsze wiatry w całym systemie. Zewnętrzne pasma deszczowe (rainbands), często niosące wiatry huraganowe lub sztormowe, tworzą gęste linie burz rozciągające się od 80 do 480 km długości. Wiatry te mogą sięgać do 40 km od centrum w małych huraganach i ponad 240 km w dużych. Prędkość i trajektoria huraganu zależą od złożonych interakcji między oceanem a atmosferą, w tym obecności lub braku innych układów pogodowych. Ta złożoność sprawia, że dokładne prognozowanie ich ruchu i intensywności jest trudne. Co ciekawe, najniebezpieczniejsza jest prawa strona huraganu (patrząc w kierunku jego ruchu). To właśnie ona przynosi największe fale sztormowe, najsilniejsze wiatry i zwiększone ryzyko tornad. Warunki powstawania huraganów Podstawowym warunkiem powstawania huraganów jest temperatura wód oceanicznych, która musi osiągnąć wartość powyżej 26°C. Poniżej tej granicy huragany nie powstają lub szybko słabną, jeśli przesuną się nad chłodniejsze wody. Podkreślmy jednak, że temperatury oceanów w tropikalnym wschodnim Pacyfiku oraz w tropikalnym Atlantyku regularnie przekraczają ten próg. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/przejscie-dwoch-cyklonow-moze-dokonac-zniszczen-porownywalnych-z-huraganem-katrina-fot-getty-images-6547d75.jpeg" width="1024" height="683" alt="Przejście dwóch cyklonów może dokonać zniszczeń porównywalnych z huraganem Katrina (fot. Getty Images)" title="Przejście dwóch cyklonów może dokonać zniszczeń porównywalnych z huraganem Katrina (fot. Getty Images)" /> Koniecznym czynnikiem jest również odpowiednia odległość od równika. Bez obrotu Ziemi i wynikającej z tego siły Coriolisa huragany nie mogłyby się tworzyć. Siła Coriolisa jest najsilniejsza przy biegunach, a najsłabsza przy równiku – dlatego huragany nie mogą powstać w pasie 5° szerokości geograficznej od równika. Siła Coriolisa powoduje, że obszary niskiego ciśnienia wirują przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej. Trzecim koniecznym warunkiem powstania huraganu jest obecność nasyconego gradientu spadku temperatury (lapse rate) w pobliżu centrum rotacji burzy. Zapewnia to intensywne uwalnianie ciepła utajonego. Huragany są burzami z ciepłym jądrem – ich energia pochodzi z kondensacji pary wodnej, która unosi się konwekcyjnie wokół ściany oka. Gradient ten musi być niestabilny, aby powietrze mogło dalej się unosić i kondensować. Jednym z najważniejszych warunków powstania huraganów jest niski pionowy uskok wiatru (wind shear), szczególnie w górnych warstwach atmosfery. Uskok to zmiana prędkości wiatru wraz z wysokością. Silne wiatry na dużych wysokościach niszczą strukturę burzy, przesuwając ciepłe powietrze znad oka i ograniczając pionowy rozwój konwekcji. Huragany nie powstają przy zbyt silnym uskoku wiatru. Innym istotnym czynnikiem jest wysoka wilgotność względna od powierzchni ziemi do środkowych warstw atmosfery. Suche powietrze w tych warstwach hamuje rozwój huraganu na dwa sposoby. Po pierwsze, powoduje parowanie kropelek wody, co obniża temperaturę i osłabia strukturę ciepłego jądra huraganu. Po drugie, może prowadzić do powstania inwersji pasatowej – warstwy ciepłego i suchego powietrza w środkowej troposferze, która działa jak „pokrywa”, hamując rozwój głębokiej konwekcji. Ostatnim warunkiem jest obecność tropikalnej fali (tropical wave). Huragany na Atlantyku często zaczynają się jako kompleks burzowy przemieszczający się znad Afryki i rozwijający się w tzw. falę środkowotroposferyczną. Jeśli fala ta napotka sprzyjające warunki opisane powyżej, może rozwinąć się w burzę tropikalną lub huragan. Na wschodnim Pacyfiku huragany mogą powstać z takiej fali lub z tzw. strefy monsunowej. Skala siły huraganów Do oceny siły huraganów służy skala Saffira-Simpsona, która przypisuje huraganowi kategorię od 1 do 5 – w zależności od maksymalnych utrzymujących się prędkości wiatru. Im wyższa kategoria, tym większy potencjał zniszczeń. Kategoria 1 Wiatry o prędkości 119–153 km/godz. Uszkodzenia obejmują głównie drzewa, krzewy i źle zamocowane obiekty. Kategoria 2 Wiatry o prędkości 154–177 km/godz. Uszkodzenia obejmują dachy, drzwi i okna, a także niektóre drzewa mogą zostać wyrywane z korzeniami. Kategoria 3 Wiatry o prędkości 178–208 km/godz. Uszkodzenia obejmują poważniejsze uszkodzenia budynków, szczególnie te słabo zbudowane, oraz powodzie przybrzeżne. Kategoria 4 Wiatry o prędkości 209–251 km/godz. Uszkodzenia obejmują rozległe zniszczenia budynków, poważne uszkodzenia dachów i ścian, oraz głębokie powodzie przybrzeżne. Kategoria 5 Wiatry o prędkości 252 km/godz. i więcej. Uszkodzenia obejmują całkowite zniszczenie budynków, ewakuację całych obszarów i głębokie powodzie przybrzeżne. Sezon huraganowy rozpoczyna się 1 czerwca i kończy 30 listopada, chociaż huragany mogą – i czasem się zdarzają – występować poza tym okresem. 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”.
Nagroda Nobla 2025: pełna lista laureatów. Kto zwyciężył w poszczególnych kategoriach?
W czyje ręce trafiła Nagroda Nobla 2025? Tradycyjnie na początku października poznajemy nazwiska laureatów w poszczególnych kategoriach. Oto lista zwycięzców.
W tym artykule: Nagroda Nobla 2025 – przewidywania Nagroda Nobla 2025: medycyna lub fizjologia Nagroda Nobla 2025: fizyka Nagroda Nobla 2025: chemia Literacka Nagroda Nobla 2025 Pokojowa Nagroda Nobla 2025 Nagroda Nobla 2025: ekonomia Polacy z Nagrodą Nobla Nagroda Nobla jest uznawana za najbardziej prestiżowe wyróżnienie w świecie nauki i nie tylko. Zgodnie z testamentem Alfreda Nobla, fundatora nagrody, od 1901 roku wyróżnienie przyznaje się w dziedzinie fizjologii lub medycyny, fizyki, chemii i literatury. Osobnymi kategoriami są Nagroda Pokojowa i Nobel z ekonomii. W czyje ręce trafi Nagroda Nobla 2025? Poniżej prezentujemy przewidywania oraz pełną listę tegorocznych zwycięzców. Nagroda Nobla 2025 – przewidywania Co roku specjaliści próbują przewidzieć, kto dostanie Nobla. Oto tegoroczne typy firmy analitycznej Clarivate, bazujące na liczbie cytowań artykułów naukowych. Medycyna lub fizjologia Andrea Ablasser, Glen N. Barber, Zhijian ‘James’ Chen – za badania nad układem odpornościowym, John E. Dick – za badania nad białaczką, Kenji Kangawa, Masayasu Kojima – za odkrycie greliny. Fizyka Ingrid Daubechies, Stéphane Mallat, Yves Meyer – za prace nad transformacją falkową, David P. DiVincenzo, Daniel Loss – za prace w dziedzinie komputerów kwantowych, Ewine F. van Dishoeck – za prace w dziedzinie astrochemii. Chemia Clifford P. Brangwynne, Anthony A. Hyman, Michael K. Rosen – za prace nad działaniem komórek, Jean-Marie Tarascon – za prace dotyczące przechowywania energii, Tao Zhang – za prace dotyczące katalizy. Ekonomia David Autor, Lawrence F. Katz – za analizy dotyczące nierówności i postępu technologicznego, Marianne Bertrand, Sendhil Mullainathan – za analizy dotyczące wpływu kultury i psychologii na ekonomię pracy, Nicholas Bloom – za analizy dotyczące wpływu niepewności na gospodarkę. Nagroda Nobla 2025: medycyna lub fizjologia Werdykt komitetu ze szwedzkiego Instytutu Karolinska poznaliśmy w poniedziałek, 6 października. Medycznego Nobla w tym roku dostali Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell i Shimon Sakaguchi. Dokonali oni przełomowych odkryć dotyczących obwodowej tolerancji immunologicznej, która zapobiega szkodliwemu wpływowi układu odpornościowego na organizm. W ubiegłym roku medyczny Nobel przypadł w udziale Victorowi Ambrosowi i Gary’emu Ruvkunowi. Uczonych nagrodzono za odkrycie tzw. mikroRNA. Nagroda Nobla 2025: fizyka Werdykt Szwedzkiej Królewskiej Akademii Nauk poznaliśmy we wtorek, 7 października. Nobla z fizyki otrzymali w tym roku John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis. Nagrodzono ich za „za odkrycie makroskopowego tunelowania mechaniki kwantowej i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym”. Laureaci wykorzystali serię eksperymentów, aby wykazać, że osobliwe właściwości świata kwantowego można urzeczywistnić w układzie na tyle dużym, że można go trzymać w dłoni. Ich nadprzewodzący układ elektryczny mógł tunelować z jednego stanu do drugiego, tak jakby przechodził prosto przez ścianę. Wykazali również, że układ absorbował i emitował energię w dawkach o określonych rozmiarach, zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej. Rok temu Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali John J. Hopfield i Geoffrey E. Hinton. Nagrodzono ich za odkrycia, będące podstawą sztucznej inteligencji (SI). Nagroda Nobla 2025: chemia Werdykt Szwedzkiej Królewskiej Akademii Nauk poznaliśmy w środę, 8 października. Chemicznego Nobla w tym roku dostali Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi. Doceniono ich za „za opracowanie struktur metaloorganicznych”. Laureaci opracowali nowy typ architektury molekularnej. Stworzone przez nich konstrukcje – metaloorganiczne struktury szkieletowe – zawierają duże przestrzenie, w których cząsteczki mogą swobodnie przepływać. Naukowcy wykorzystali je do pozyskiwania wody z pustynnego powietrza, usuwania zanieczyszczeń z wody, wychwytywania dwutlenku węgla i magazynowania wodoru. W minionym roku nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzymali David Baker, Demis Hassabis i John M. Jumper. Zajmowali się analizą i projektowaniem trójwymiarowej struktury białek. Literacka Nagroda Nobla 2025 Werdykt Akademii Szwedzkiej poznaliśmy w czwartek, 9 października. Nobla z literatury w tym roku otrzymał László Krasznahorkai. Węgierskiego pisarza i scenarzystę doceniono za „przekonujące i wizjonerskie dzieło, które w obliczu apokaliptycznego terroru potwierdza siłę sztuki”. Krasznahorkai znany jest z trudnych i wymagających powieści, często określanych mianem postmodernistycznych , które poruszają tematy dystopijne i melancholijne. Jego ważniejsze dzieła to „Szatańskie tango”, „Melancholia sprzeciwu” oraz „Wojna i wojna”. Rok temu Nobla dostała Han Kang, pisarka i poetka z Korei Południowej. Nagrodzono ją za „jej intensywną prozę poetycką, która mierzy się z historycznymi traumami i obnaża kruchość ludzkiego życia”. Pokojowa Nagroda Nobla 2025 Werdykt Norweskiego Komitetu Noblowskiego poznaliśmy w piątek, 10 października, najwcześniej o godz. 11. Pokojowa Nagroda Nobla w tym roku przypadła w udziale Maríi Corinie Machado. Doceniono ją za „jej niestrudzoną pracę na rzecz promowania praw demokratycznych dla narodu wenezuelskiego i za jej walkę o sprawiedliwe i pokojowe przejście od dyktatury do demokracji”. Pokojową Nagrodę Nobla rok temu otrzymała japońska organizacja Nihon Hidankyō. Nagrodzono ją „za wysiłki na rzecz stworzenia świata wolnego od broni jądrowej”. Nagroda Nobla 2025: ekonomia Werdykt Banku Szwedzkiego poznaliśmy w poniedziałek, 13 października. Ekonomicznego Nobla otrzymali Joel Mokyr oraz Philippe Aghion i Peter Howitt. Pierwszy z badaczy otrzymał 1/2 nagrody za „zidentyfikowanie warunków wstępnych dla zrównoważonego wzrostu poprzez postęp technologiczny”. Pozostali dwaj uczeni opracowali „teorię zrównoważonego wzrostu poprzez twórczą destrukcję”. W ubiegłym roku nagrodę otrzymali Daron Acemoglu, Simon Johnson i James A. Robinson. Nagrodzono ich za badania „nad tym, jak powstają instytucje i jak wpływają na dobrobyt”. Polacy z Nagrodą Nobla Kto w Polsce otrzymał Nagrodę Nobla? Oto pełna lista polskich noblistów: Maria Skłodowska-Curie (1903, 1911) – fizyka i chemia, Henryk Sienkiewicz (1905) – literatura, Władysław Reymont (1924) – literatura, Czesław Miłosz (1980) – literatura, Lech Wałęsa (1983) – nagroda pokojowa, Wisława Szymborska (1996) – literatura, Olga Tokarczuk (2018) – literatura. Źródła: Clarivate, Nobelprize.org
Kot Schrödingera i komputer kwantowy – tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki jest podsumowaniem 100 lat badań
Mechanika kwantowa opisuje zjawiska zachodzące w mikroświecie atomów i cząstek elementarnych. Nie daje pewnych, deterministycznych wyników, za to rozszerza fizykę klasyczną o obszar, w którym prawa Newtona przestają działać. Jednym z kluczowych pytań mechaniki kwantowej jest to o wielkość układu, który wciąż wykazuje efekty mechaniki kwantowej. I właśnie tym tematem zajmowali się tegoroczni laureaci Nagrody Nobla z fizyki. Ich praca stała się podstawą tworzenia komputerów kwantowych.
Spis treści: Eksperymenty na chipie Technologie kwantowe Komputery kwantowe Kto był typowany do Nagrody Nobla? Tegorocznymi laureatami najbardziej prestiżowego wyróżnienia świata, czyli Nagrody Nobla z fizyki, zostali amerykańscy badacze John Clarke, Michel H. Devoret oraz John M. Martinis. W latach 1984–1985 przeprowadzili serię eksperymentów z obwodem elektronicznym zbudowanym z nadprzewodników – elementów, które mogą przewodzić prąd bez oporu elektrycznego. W trakcie eksperymentów wykazali zarówno tzw. tunelowanie kwantowe, jak i kwantowanie poziomów energii – w układzie na tyle dużym, że można go trzymać w dłoni. Eksperymenty na chipie W opracowanym przez nowych noblistów obwodzie nadprzewodzące komponenty były oddzielone cienką warstwą materiału nieprzewodzącego, tworząc tzw. złącze Josephsona. Dzięki precyzyjnemu dostrojeniu i pomiarom różnych właściwości tego układu badacze byli w stanie kontrolować i badać zjawiska pojawiające się przy przepływie prądu. Poruszające się w nadprzewodniku cząstki naładowane tworzyły układ zachowujący się tak, jakby stanowiły jedną cząstkę wypełniającą cały obwód. Ten makroskopowy układ początkowo znajduje się w stanie, w którym prąd płynie bez występowania napięcia. Układ jest uwięziony w tym stanie, jakby za barierą, której nie może przekroczyć. W eksperymencie układ ujawnia swój kwantowy charakter, gdy udaje mu się „uciec” ze stanu zerowego napięcia dzięki tunelowaniu. Zmiana stanu układu jest wykrywana poprzez pojawienie się napięcia. Laureaci wykazali również, że układ zachowuje się zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej. Jest skwantowany, co oznacza, że może pochłaniać lub emitować tylko określone porcje energii. Technologie kwantowe Przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. fizyki Olle Eriksson w trakcie przemówienia podkreślił, że to wspaniałe, iż stuletnia mechanika kwantowa wciąż przynosi nowe niespodzianki. – Jest też niezwykle użyteczna, ponieważ stanowi fundament całej technologii – dodał ekspert. Do czego konkretnie nawiązywał? Przede wszystkim do rozwoju technologii kwantowych: komputerów kwantowych, kryptografii kwantowej i sensorów, które w przyszłości będę mogły zastąpić np. satelity nawigacyjne. Prace nad tymi technologiami prowadzone są również w Polsce, m.in. przez Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe (PCSS). – Tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki dobitnie pokazuje, że technologie kwantowe rozwijają się bardzo dynamicznie – komentuje dr hab. inż. Krzysztof Kurowski, koordynator EuroQCS-Poland i komputera kwantowego PIAST-Q, kierownik Działu Technologii Kwantowych w PCSS. Jak podkreśla ekspert, nagrodzeni badacze to osoby związane nie tylko ze sferą naukową, ale również ze środowiskiem technologiczno-biznesowym, szczególnie z firmą Google. Ten technologiczny gigant mocno angażuje się w rozwój technologii kwantowych podobnie jak IBM, IQM oraz wiele innych firm z sektora IT. Komputery kwantowe – Od kilku lat Google demonstruje nowe rozwiązania oraz promuje swój procesor kwantowy i układ Sycamore. Proponowany przez nich komputer kwantowy działa w oparciu o tzw. nadprzewodzące kubity, a te nie zaistniałyby, gdyby nie prace naukowe oraz eksperymenty Johna Clarke’a, Michela H. Devoreta oraz Johna M. Martinisa. Trzeba z dużą mocą podkreślić, że ci trzej badacze dzięki serii zaawansowanych eksperymentów udowodnili, że zjawiska kwantowe zachodzą nie tylko w mikroświecie, ale również w układach makroskopowych. W tym konkretnym przypadku w układzie elektrycznym i nadprzewodników, który składa się z milionów tzw. sztucznych atomów utrzymywanych w bardzo niskiej temperaturze. Udało im się stworzyć solidne naukowe podwaliny pod konkretne rozwiązania procesora kwantowego. To wyróżnienie pokazuje również, jak szybko można przejść od pracy naukowej do fazy demonstracyjnej i wdrożeniowej – mówi dr Kurowski. Dodajmy, że komputerem kwantowym bazującym na technologii nadprzewodzących kubitów, a pośrednio na wynikach badań dzisiejszych noblistów jest superkomputer kwantowy Odra 5 uruchomiony na Politechnice Wrocławskiej. Pierwsze w Polsce komputery kwantowe należące do PCSS bazują na innych technologiach, w tym dwa na fotonicznych układach kwantowych oraz ostatnio zademonstrowany komputer kwantowy działający w europejskiej infrastrukturze EuroHPC na tzw. spułapkowanych jonach. – Technologie kwantowe znajdują już zastosowania w innych obszarach, takich jak komunikacja kwantowa, metrologia czy sensory kwantowe. Dla przykładu dysponujemy w Polsce aktualnie najdłuższą w Europie, bo liczącą ponad 1700 km infrastrukturą siecią do kwantowej dystrybucji klucza (QKD), wykorzystującej istniejące światłowody naukowej sieci PIONIER. Technologia ta zwiększa bezpieczeństwo łączy komunikacyjnych, umożliwiając wymianę kluczy szyfrujących w sposób gwarantujący wykrycie każdej próby podsłuchu właśnie dzięki wykorzystaniu elementarnych zasad mechaniki kwantowej. Możliwości generowanie klucza kwantowego są niezbędne w kryptografii, a co za tym idzie dla bezpieczeństwa państwa, naszych finansów i wielu innych zagadnień. A to wciąż dopiero początek praktycznych zastosowań – podsumowuje dr. Krzysztof Kurowski. Kto był typowany do Nagrody Nobla? Co roku specjaliści próbują przewidzieć, kto dostanie Nobla. Tegoroczne typy firmy analitycznej Clarivate w dziedzinie fizyki to: Ingrid Daubechies, Stéphane Mallat, Yves Meyer – za prace nad transformacją falkową, David P. DiVincenzo, Daniel Loss – za prace w dziedzinie komputerów kwantowych, Ewine F. van Dishoeck – za prace w dziedzinie astrochemii. Źródło: Nobelprize.org 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 długiej na niemal dwa tysiące kilometrów marsjańskiej chmury wreszcie została wyjaśniona
Każdej zimy w pobliżu wulkanu Arsia Mons, położonego na południu Marsa, tworzy się chmura o długości 1800 kilometrów. Pojawia się i znika codziennie przez niemal trzy miesiące. Przez ostatnie lata chmura obserwowana jest przez marsjańskie orbitery, ale to symulacje laboratoryjne skutecznie wyjaśniły jej pochodzenie.
Spis treści: Chmury w Układzie Słonecznym Atmosfera Marsa Chmura nad Arsia Mons Czym są chmury i dlaczego ich badanie poszerza naszą wiedzę na temat miejsca, w którym występują? Zacznijmy od tego, że chmura to po prostu zbiór mikroskopijnych kropelek wody lub kryształków lodu unoszonych prądami powietrza. Pojawiają się, bo w atmosferze znajduje się para wodna, która jest wynikiem parowania wód powierzchniowych. Im wyżej w atmosferze znajduje się ta para, tym szybciej ulega ochłodzeniu i się skrapla. W trakcie tego procesu cząsteczki wody osadzają się na drobnych pyłkach w powietrzu. Określa się to mianem kondensacji pary wodnej. Właśnie to tworzy chmurę. Chmury w Układzie Słonecznym Chmury tworzą się nie tylko nad naszą planetą. Te wenusjańskie składają się z kwasu siarkowego, na Jowiszu i Saturnie głównie z amoniaku, a na Uranie z metanu. Nad Marsem też obserwujemy chmury, jednak geneza jednej wyjątkowo długiej chmury zdecydowanie wymyka się prostym rozwiązaniom. Zacznijmy od tego, że każdej zimy w pobliżu wysokiego na 20 km wulkanu Arsia Mons, położonego na południu Marsa, tworzy się chmura o długości 1800 kilometrów i szerokości 150 km. Pojawia się i znika codziennie przez niemal trzy miesiące. Co ważne, Arsia Mons to jedyne miejsce na niskich szerokościach geograficznych Marsa, gdzie w tym okresie roku widuje się chmury. A także jedyny spośród wielu podobnych wulkanów w tym regionie, nad którym tworzy się taka zasłona. Europejski orbiter Mars Express rejestrował codzienny wzrost i zanik chmury przez dwa sezony. Chmura przechodzi szybki cykl dobowy, który powtarza się każdego ranka przez kilka miesięcy. Zaczyna się tworzyć jeszcze przed wschodem słońca na zachodnim zboczu Arsia Mons, a następnie przez dwie i pół godziny rozszerza się ku zachodowi, rosnąc w niezwykle szybkim tempie – ponad 600 km/godz. – na wysokości 45 km. Potem przestaje się rozrastać, odrywa się od miejsca powstania i jest znoszona dalej na zachód przez silne wiatry na dużych wysokościach, zanim zniknie późnym rankiem, gdy wzrastają temperatury powietrza wraz ze wschodem Słońca. Atmosfera Marsa Bazujące na danych Mars Express analizy wykazały, że ta „chmura orograficzna” jest najdłuższą chmurą, jaką kiedykolwiek zaobserwowano na Marsie. Powstaje ona w wyniku wymuszania ruchu wznoszącego powietrza przez ukształtowanie terenu, w tym wypadku przez Arsia Mons. Wilgotne powietrze jest unoszone po zboczach wulkanu w prądach wznoszących i kondensuje się na wyższych, dużo chłodniejszych wysokościach Pamiętajmy jednak, że atmosfera Marsa jest wyraźnie odmienna od ziemskiej. Przede wszystkim zawiera znacznie więcej drobnych cząstek pyłu, które mogą powodować kondensację pary wodnej i powstawanie cząstek chmur. To prowadzi do powstawania wielu wzorów chmur, których nie obserwujemy na Ziemi. Jednak nawet te symulacje, które uwzględniły wysokie stężenie pyłu w marsjańskiej atmosferze, nie zdołały odtworzyć charakterystycznych cech chmury nad Arsia Mons. Chmura nad Arsia Mons Zagadce przyjrzał się Jorge Hernández Bernal z Sorbony we Francji. Badacz przekonuje, że wraz ze współpracownikami odtworzył charakterystyczne cechy długiej marsjańskiej chmury w symulacjach, Pokazują one, że w marsjańskim powietrzu musi znajdować się wyjątkowo dużo pary wodnej. Wcześniej badacze przekonywali, że taki poziom wilgoci w atmosferze Marsa jest niemożliwy ze względu na obecność dużych ilości pyłu. Ale – jak podkreśla Jorge Hernández Bernal – właśnie wysokie stężenie pary wodnej umożliwia powstawanie cząstek chmur drogą nukleacji, w której zmiana fazy (np. zamiana pary wodnej na ciecz) ma swój początek w samej fazie macierzystej, bez pomocy zanieczyszczeń lub powierzchni. Kiedy naukowcy przeprowadzili symulacje atmosfery wokół Arsia Mons z dużo większą zawartością pary wodnej w powietrzu, uzyskana chmura wyglądała uderzająco podobnie do tej rzeczywistej: z długim ogonem ciągnącym się od wulkanu, który następnie rozprzestrzenia się, tworząc formację analogiczną do tej marsjańskiej. – Proces ten wymaga w przypadku Marsa znacznie wyższego poziomu nasycenia powietrza wodą. Dlatego w zasadzie sądziliśmy, że nie jest to możliwe na Marsie, albo jest bardzo mało prawdopodobne. Ale w ostatniej dekadzie dowiedzieliśmy się, że na Marsie faktycznie występuje supersaturacja – powiedział Hernández Bernal podczas konferencji Europlanet Science Congress (EPSC) w Helsinkach. Supersaturacja na Marsie następuje, gdy w rzadkiej atmosferze gromadzi się więcej pary wodnej, niż powinno się zmieścić „normalnie”. Ponieważ nie ma wystarczająco dobrych jąder kondensacji, para „czeka” w nadmiarze – aż nagle tworzy chmury w nietypowy sposób, czasem bardzo gwałtownie i efektownie. I tak najprawdopodobniej wygląda geneza chmury nad Arsia Mons. 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”.
Zegar atomowy jest niemal nieomylny. Jaką dokładność osiągają takie urządzenia?
Zegar atomowy umożliwił przejście od prostych metod pomiaru czasu do wręcz niebywałej precyzji pomiaru czasu. Może działać bezbłędnie przez miliony lat. Jak to możliwe?
Spis treści: Najprecyzyjniejsze urządzenie do pomiaru czasu Kwantowe wahadło, czyli jak działa zegar atomowy? Początek dokładnych pomiarów czasu Najdokładniejszy zegar atomowy powstał w USA Wydaje się, że pomiar czasu jest prostą sprawą. W końcu w przypadku certyfikowanych chronometrów kwarcowych dokładność wynosi +/– 0,07 sekundy na dobę. W praktyce nie ma w tym nic łatwego. Czas stanowi jedną z najbardziej fundamentalnych wielkości fizycznych. W warunkach, w których wymagane są niezwykle precyzyjne pomiary, a średnia dzienna dokładność dla chronometrów, wymagana przez COSC (Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres) jest nie do zaakceptowania. W środowisku naukowym wykorzystywane są znacznie dokładniejsze czasomierze. Najprecyzyjniejsze urządzenie do pomiaru czasu Mówiąc o zegarze atomowym, na myśli trzeba mieć urządzenie, którego działanie opiera się na zliczaniu okresów atomowego wzorca częstotliwości. Do pomiaru czasu wykorzystuje niezmienne i niezwykle precyzyjne drgania atomów, a dokładniej – ściśle określone przejście energetyczne elektronów w atomach. W przeciwieństwie do zegarów kwarcowych i mechaniczny h, których działanie opiera się na podatnych na wpływ czynników zewnętrznych półprzewodnikowych lub makroskopowych oscylatorach, zegary atomowe cechują się niebywałą stabilnością, wynikającą z niezmiennych właściwości materii na poziomie kwantowym. To właśnie ta wewnętrzna precyzja czyni je najdokładniejszymi czasomierzami. Jak dokładny jest zegar atomowy? Co należy rozumieć pod pojęciem „najdokładniejszy”? Typowe urządzenie oparte na cezie może pomylić się o jedną sekundę raz na 100 milionów lat. Wydaje się to niewiarygodne, ale w kwestii dokładności pomiaru czasu nauka nie powiedziała jeszcze ostatniego słowa (o tym później). Najdokładniejszymi zegarami atomowymi są zegary optyczne. Urządzenia te bazują na własnościach emisyjnych atomów w zakresie optycznym fal elektromagnetycznych. Granica błędu wynosi w tym przypadku jedną sekundę na 15 miliardów lat. Oznacza to, że gdyby taki zegar ruszył w momencie Wielkiego Wybuchu, dzisiaj spóźniałby się lub spieszył najwyżej o sekundę. Kwantowe wahadło, czyli jak działa zegar atomowy? W jaki sposób naukowcom udało się osiągnąć taką precyzję? Zasada działania zegarów atomowych nie opiera się na tradycyjnych wahadłach czy drganiach kryształów, a na fundamentalnych, niezmiennych właściwościach atomów. Najczęściej wykorzystywanym pierwiastkiem chemicznym jest cez, a dokładnie – atomy cezu-133. Mają one ściśle określone poziomy energetyczne, a przejścia między nimi wiążą się z absorbcją lub emisją promieniowania elektromagnetycznego o precyzyjnej i niezmiennej częstotliwości. W przypadku zegarów cezowych, wykorzystuje się przejścia nadsubtelne w stanie podstawowym atomu. Przejścia atomowe wykazują właściwości kwantowe, w których przejścia energetyczne są fundamentalnie identyczne dla określonego izotopu. To właśnie ta niezmienna natura tworzy coś w rodzaju „naturalnego standardu”, który jest nieporównywalnie stabilniejszy i o wiele mniej podatny na zewnętrzne zakłócenia niż dowolny oscylator mechaniczny lub kwarcowy. Początek dokładnych pomiarów czasu Koncepcja zegarów używających własności atomów nie jest niczym nowym. Na ten pomysł w 1879 roku wpadli dwaj brytyjscy naukowcy – William Thomson i James Clerk Maxwell. Pierwszy zegar atomowy zbudował Harold Lyons w 1948 roku. Urządzenie to było mniej dokładne niż ówczesne zegary kwarcowe, ale nie to było priorytetem. Pierwszy zegar atomowy służył jedynie do demonstracji koncepcji. Przełom nastąpił w drugiej połowie XX wieku Pierwszy dokładny zegar atomowy skonstruował w 1955 roku Louis Essen z brytyjskiego National Physical Laboratory. Praca w pełni funkcjonalnego urządzenia, bazującego na atomach cezu, potwierdziła, że czasomierz oparty na strukturze atomowej jest dokładniejszy od wszystkich znanych urządzeń i metod. Essen wykorzystał właściwość atomów zwaną strukturą nadsubtelną, w której przejścia pomiędzy poziomami energetycznymi są niezwykle stabilne. Wybrał cez-133 ze względu na jego korzystne właściwości – jeden elektron walencyjny, pojedynczy stabilny izotop, proste i wąskie widmo i precyzyjną częstotliwość rezonansową 9,192631770 GHz, którą można było dopasować do źródeł mikrofalowych. W 1967 roku Generalna Konferencja Miar i Wag zdefiniowała jedną sekundę jako czas trwania 9192631770 cykli promieniowania, odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami nadsubtelnymi stanu podstawowego atomu cezu-133. Najdokładniejszy zegar atomowy powstał w USA Wydaje się, że w dziedzinie pomiaru czasu, nie da się osiągnąć większej precyzji, ale nic bardziej mylnego. W lipcu 2025 roku naukowcy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii opublikowali na łamach „Physical Review Letters” wyniki trwających 20 lat prac nad najdokładniejszym zegarem atomowym. Zespół z NIST opracował urządzenie bazujące na uwięzionych jonach glinu, których „tykanie” charakteryzuje się niezwykle stabilną i wysoką częstotliwością, przewyższającą stabilność cezu, pierwiastka, który obecnie definiuje sekundę. Już na wstępie badacze musieli zmierzyć się z niemałym problemem. Jony glinu są trudne do próbkowania za pomocą lasera. Żeby podołać temu wyzwaniu, badacze zastosowali innowacyjne podejście – połączyli jon glinu z jonem magnezu. To połączenie określono mianem spektroskopii logiki kwantowej. Współpraca dwóch pierwiastków Magnez nie drga tak dobrze jak glin, ale jest łatwiejszy do kontrolowania laserem. Jon tego pierwszego chłodzi jon drugiego, spowalniając go. Następnie porusza się ruchem zgodnym z ruchem swojego „partnera”, dzięki czemu możliwe stało się odczytanie stanu zegara. Mamy tu zatem do czynienia z idealną synergią fizyki kwantowej i mechaniki precyzyjnej. Jaką dokładność osiągnęli naukowcy z NIST? Czy badaczom opłaciło się poświęcić 20 lat na prace badawczo-rozwojowe? Oczywiście, że tak. Skonstruowany w USA zegar umożliwia wykonanie pomiaru sekundy z dokładnością do aż dziewiętnastu miejsc po przecinku. Co to oznacza w praktyce? Podczas gdy zegar cezowy myli się o jedną sekundę na 15 miliardów lat, urządzenie bazujące na atomach glinu może pomylić się o sekundę... na 317 miliardów lat. 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.
Obce cywilizacje są skazane na zagładę. Powód może dotyczyć także ludzkości
Dlaczego wciąż nie spotkaliśmy obcych? Naukowcy uważają, że każda cywilizacja niszczy własną planetę, zanim zdążymy ją odkryć. Postęp technologiczny może okazać się wyrokiem zarówno dla nich, jak i dla nas.
Spis treści: Potencjalne obce cywilizacje są zagrożone Technologia nie zawsze oznacza ratunek Co z obcymi cywilizacjami? Czy zahamowanie wzrostu to rozwiązanie problemu? Współcześnie większość społeczeństw na świecie nie wykazuje szczególnego zainteresowania potencjalnym istnieniem pozaziemskich form życia, choć są wyjątki. W Stanach Zjednoczonych wiara w istnienie obcych cywilizacji jest stosunkowo powszechna. Według sondażu przeprowadzonego przez Instytut Gallupa w 2021 roku, 41% Amerykanów wierzy, że UFO to w rzeczywistości pojazdy kosmiczne z innych planet. W poprzednich badaniach ten odsetek wynosił od 30% do 40%. Wiara w UFO i istoty pozaziemskie w USA jest silnie powiązana z popkulturą, szczególnie z takimi filmami jak „Bliskie spotkania trzeciego stopnia” i „Kontakt” oraz serialem „Z Archiwum X”. Produkcje te znacząco wpłynęły na rozpowszechnienie tych przekonań wśród Amerykanów. W miarę jak wiara w pozaziemskie cywilizacje staje się coraz bardziej powszechna, temat ten zaczyna przyciągać uwagę nie tylko amatorów, ale także naukowców Potencjalne obce cywilizacje są zagrożone Astrofizycy ostrzegają, że każda rozwijająca się cywilizacja, nawet taka, która w pełni przestawiła się na odnawialne źródła energii, może nieuchronnie doprowadzić do przegrzania swojej planety w ciągu 1000 lat. Taki wniosek wynika z nowego modelu opracowanego przez naukowców, którzy symulowali wzrost technologiczny oraz zużycie energii przez hipotetyczne obce cywilizacje. Wyniki są jasne: bez względu na to, jak czysta i efektywna jest energia, zawsze dochodzi do wycieku energii, który ostatecznie doprowadzi do zmian klimatu. Wnioski te można łączyć zarówno z naszą planetą, jak i poszukiwaniem życia poza Ziemią. Jeśli potencjalne obce cywilizacje napotykają te same fizyczne ograniczenia, może to wyjaśniać, dlaczego nie odkryliśmy jeszcze ich śladów. Badanie autorstwa Manasviego Lingama z Florida Tech i Amedeo Balbiego z Uniwersytetu Tor Vergata w Rzymie zostało opublikowane w bazie preprintów arXiv. Praca badaczy analizuje, jak zaawansowane cywilizacje mogą nieumyślnie doprowadzić do własnego upadku. Kluczową rolę w tej katastrofie odgrywają prawa termodynamiki, a zwłaszcza druga zasada termodynamiki, która mówi, że w każdym systemie energetycznym część energii zawsze ucieka w formie ciepła. Nawet jeśli cywilizacja w pełni przestawi się na zieloną energię, to nieuniknione straty cieplne będą kumulować się w atmosferze, powodując wzrost temperatury planety. Lingam porównuje to do nieszczelnej wanny. Jeśli wanna jest tylko częściowo wypełniona wodą, wyciek jest niewielki i nie stanowi zagrożenia. Jednak gdy wanna jest coraz bardziej napełniana — a zużycie energii rośnie wykładniczo — wyciek może szybko przekształcić się w powódź, zalewając cały dom. W tym przypadku „domem” jest planeta, a „powodzią” niekontrolowany wzrost temperatury, który z czasem doprowadzi do katastrofy klimatycznej. Technologia nie zawsze oznacza ratunek Wzrost technologiczny jest podstawą rozwoju cywilizacji, ale niesie ze sobą poważne wyzwania. Na Ziemi zużycie energii wzrosło wykładniczo od czasów rewolucji przemysłowej. W 2023 roku ludzkość zużyła około 180 000 terawatogodzin (TWh) energii. Chociaż obecnie znaczna część tej energii pochodzi ze spalania paliw kopalnych, które bezpośrednio przyczyniają się do globalnego ocieplenia, według badaczy nawet całkowite przejście na energię odnawialną nie zapobiegłoby ostatecznym problemom związanym z akumulacją ciepła. Zespół Lingama i Balbiego wykazał, że przy nieustannym wzroście zapotrzebowania na energię, każda cywilizacja w końcu napotka na barierę termiczną, której nie będzie w stanie pokonać. Chyba, że drastycznie ograniczy swoje zużycie energii. Co z obcymi cywilizacjami? Dla astrobiologów, którzy zajmują się poszukiwaniem życia poza Ziemią, wyniki tych badań mają duże znaczenie. Wzrost technologiczny obcej cywilizacji mógłby spowodować jej wyginięcie w mniej niż 1000 lat. To bardzo krótki czas w skali kosmicznej. Planety takie jak Ziemia potrzebują setek milionów lat, aby stać się nadającymi się do zamieszkania. W rezultacie jeśli cywilizacje technologiczne na innych planetach napotykają te same fizyczne ograniczenia, mogłyby wyginąć, zanim zdążymy je odkryć. Może to wyjaśniać tak zwany paradoks Fermiego, czyli pytanie, dlaczego nie znaleźliśmy śladów zaawansowanych obcych cywilizacji, mimo że statystycznie powinny one istnieć. Jeśli każda rozwijająca się cywilizacja zbyt szybko osiąga punkt, w którym jej zużycie energii niszczy planetę, może to oznaczać, że cywilizacje technologiczne są zbyt krótkotrwałe, abyśmy mieli szansę je zauważyć. Czy zahamowanie wzrostu to rozwiązanie problemu? Wyniki badań Lingama i Balbiego stawiają przed nami trudne pytania dotyczące przyszłości naszej cywilizacji. Choć technologia odgrywa kluczową rolę w rozwoju ludzkości, nieustanny wzrost zużycia energii może okazać się pułapką. Lingam sugeruje, że jednym z możliwych rozwiązań jest zahamowanie technologicznego i energetycznego wzrostu. Zamiast dążyć do nieograniczonego rozwoju, ludzkość mogłaby nauczyć się żyć w harmonii ze środowiskiem naturalnym, utrzymując stały poziom zużycia energii. – Jeśli gatunek wybrałby równowagę i nauczył się żyć w harmonii ze swoim otoczeniem, jego potomkowie mogliby przetrwać nawet miliard lat – tłumaczy Lingam. To sugeruje, że rozwiązanie problemu tkwi w znalezieniu stabilnego modelu funkcjonowania cywilizacji, który nie zakłada stałego wzrostu, lecz długotrwałą stabilność. Wyzwanie staje się jeszcze bardziej palące w kontekście zmian klimatu, z którymi ludzkość zmaga się coraz intensywniej. W długiej perspektywie pytanie o przyszłość ludzkości może sprowadzać się do wyboru: czy będziemy kontynuować rozwój, ryzykując przegrzanie planety, czy też zdecydujemy się na równowagę, rezygnując z wykładniczego wzrostu, aby zagwarantować sobie długowieczność? Niewykluczone, że przyszłość naszej cywilizacji może zależeć właśnie od tej decyzji. Źródło: NASA.
Efekt Mpemby to przeczące intuicji zjawisko. Do dziś wzbudza wiele kontrowersji
Efekt Mpemby był obserwowany już wiele wieków temu, a mimo to wciąż wzbudza niemałe kontrowersje i nie jest powszechnie uznawany za udowodnione zjawisko. Trudno się temu dziwić. Odkryty przypadkiem fenomen zdaje się przeczyć fundamentalnym prawom fizyki. Na czym polega efekt Mpemby? Wyjaśnienie zamieszczamy poniżej.
Spis treści: Ciepła woda zamarza szybciej niż zimna? Właśnie to zakłada efekt Mpemby Skąd wzięła się nazwa tego efektu? To rezultat przypadkowego ponownego odkrycia Jak naukowcy tłumaczyli efekt Mpemby? Efekt Mpemby występuje także w układach kwantowych Krytyka efektu Mpemby Elementarne reguły poprawnego rozumowania jednoznacznie podpowiadają, że im niższa temperatura cieczy, tym szybciej powinien postępować proces zamarzania. Wydaje się to absolutnie logiczne. W końcu nikt, kto chce zrobić kostki lodu, nie umieszcza w zamrażalniku ciepłej wody. Tymczasem już starożytni myśliciele sądzili, że w tym przypadku logika prowadzi nas na manowce. W drugiej połowie XX wieku przypadkowo potwierdził to pewien uczeń szkoły podstawowej z Tanzanii. Ciepła woda zamarza szybciej niż zimna? Właśnie to zakłada efekt Mpemby Choć wydaje się to stać w sprzeczności ze zdrowym rozsądkiem, efekt Mpemby odnosi się do sytuacji, w której w pewnych warunkach woda o wyższej temperaturze zamarza szybciej niż chłodniejsza. Mamy tu zatem do czynienia z absolutnym paradoksem, nad którym naukowcy głowią się do dziś. Zgodnie z podstawowymi zasadami termodynamiki, obiekt o niższej temperaturze powinien szybciej osiągnąć punkt zamarzania i zakończyć proces krzepnięcia. A jednak dzieje się inaczej. W tym miejscu należy podkreślić, że efekt Mpemby nie jest zjawiskiem uniwersalnym. Żeby zaszedł, muszą zostać spełnione specyficzne parametry, a te trudno uzyskać: musi istnieć znacząca różnica temperatur początkowych wody ciepłej i zimnej (zaobserwowano, że najkorzystniejsze efekty daje gradient temperatur na poziomie około 40 stopni Celsjusza), oba naczynia z wodą muszą być umieszczone w identycznych warunkach zamrażania, należy jasno zdefiniować „zamarznięcie” – czy chodzi o moment, w którym na powierzchni cieczy pojawia się warstwa lodu, czy o całkowite zamarznięcie całej objętości? Wiedziano o tym już w starożytności Nie wiadomo, kto jako pierwszy zaobserwował ten fenomen. Pierwszeństwo w opisie niezwykłego zjawiska przypadło w udziale Arystotelesowi, który poświęcił mu strony w swoim traktacie „Meteorologika”. Skąd wzięła się nazwa tego efektu? To rezultat przypadkowego ponownego odkrycia Należy jednak wspomnieć, że choć mówili o tym starożytni, nazwa „efekt Mpemby” ukuła się wiele wieków później. Zawdzięczamy ją pewnemu trzynastolatkowi z Tanzanii. W 1963 roku Erast B. Mpemba, uczeń szkoły podstawowej, podczas przygotowywania lodów zaobserwował, że wyższa temperatura mieszanki sprzyja jej szybszemu zamarzaniu. Dorośli jak to dorośli – zareagowali uśmiechem. Praktyka pokazała jednak, że nastolatek miał rację. W późniejszych latach jego obserwacja zainteresowała naukowców i do dziś jest przedmiotem debat i badań. Brak wsparcia ze strony nauczycieli nie zniechęcił młodego Erasta do dalszego poszukiwania wyjaśnienia tego zjawiska. Gdy szkołę, w której się uczył, odwiedził brytyjski fizyk Denis Osborne, zapytał go o ten fenomen. Ta interakcja zaowocowała wspólną publikacją, zatytułowaną „Cool?”, która wprowadziła efekt do współczesnej świadomości naukowej, nadając mu nazwę i inicjując badania w tym zakresie. Jak naukowcy tłumaczyli efekt Mpemby? Na przestrzeni lat proponowano różne wyjaśnienia efektu Mpemby. Wśród czynników, które decydują o jego wystąpieniu, najczęściej wymieniano zjawiska takie jak: parowanie (które, jako proces endoenergetyczny, przyspiesza ochładzanie wody w zbiorniku i zmniejsza jej objętość, a co za tym idzie – także pojemność cieplną), konwekcja (która przyspiesza przepływ ciepła), zmiana zawartości gazów rozpuszczonych w wodzie (będące efektem wrzenia lub nawet wcześniejszego podgrzania cieczy). W tym miejscu należy jednak wspomnieć, że w toku prowadzonych badań Osborne i Mpemba wykluczyli parowanie jako istotny czynnik. Przyczyna może leżeć w wiązaniach wodorowych Obecnie w środowisku naukowym dominuje pogląd, że za wystąpienie efektu odpowiadają wiązania wodorowe, występujące pomiędzy sąsiednimi cząsteczkami wody. W procesie podgrzewania cieczy liczba silnych wiązań ulega zwiększeniu, w następstwie czego obserwowana w lodzie struktura krystaliczna wytwarza się szybciej. Do takiego wniosku doszli naukowcy z Uniwersytetu Southern Methodist w Teksasie i chińskiego Uniwersytetu Nanjing, a swoje obserwacje opisali w artykule opublikowanym na łamach „Journal o Chemical Theory and Computation”. Efekt Mpemby występuje także w układach kwantowych Nie można nie wspomnieć, że opisywane zjawisko może być obserwowane w różnych systemach fizycznych. W kwantowym analogu klasycznego efektu Mpemby, gorące systemy chłodzą się szybciej niż zimne w tych samych warunkach. Oznacza to, że stany nierównowagowe mogą relaksować szybciej, gdy są dalekie od równowagi. Krytyka efektu Mpemby Nie można nie wspomnieć, że niektórzy badacze negują istnienie tego efektu. Najgłośniejszą krytykę wygłosili w 2016 roku Henry Birridge i Paul Linden. Naukowcy wykonali eksperyment, którego wyniki opublikowali na łamach „Scientific Reports”. Pomimo najlepszych starań, nie byli w stanie zaobserwować żadnych fizycznych efektów, które można by określić jako efekt Mpemby. 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.
Dlaczego wciąż nie spotkaliśmy kosmitów? Naukowiec wyjaśnia: Są uwięzieni na swoich planetach
Hiszpański badacz uważa, że odpowiedź kryje się w prawach fizyki. W niektórych warunkach obce cywilizacje mogą być skazane na swoje planety – nawet jeśli dysponują zaawansowaną technologią.
W tym artykule: Prędkość ucieczki kosmitów Planety-więzienia? Planety-akwaria Enrico Fermi, fizyk atomowy, noblista, w połowie XX w. zadał słynne pytanie: „Gdzie Oni są?”. Przeszło ono do historii jako paradoks Fermiego. Paradoks ten dotyczy potencjalnych kosmitów. A dokładniej tego, że skoro Wszechświat jest tak ogromny i stary, to powinno w nim istnieć wiele obcych cywilizacji. Dlaczego dotychczas nie spotkaliśmy żadnej z nich? Odpowiedzi mogą być dwie. Pierwsza – ponieważ żadnych innych inteligentnych form życia w kosmosie nie ma. I druga: ponieważ nie potrafimy nawiązać z żadną kontaktu. Dlaczego? Gdyż np. zaawansowane technologicznie cywilizacje istnieją zbyt krótko. Są rozrzucone we Wszechświecie i dzielą je ogromne odległości. Używają sposobów komunikacji niedostępnych dla nas. Do tej grupy Elio Quiroga z hiszpańskiego Universidad del Atlántico Medio dorzucił właśnie jeszcze jedno wyjaśnienie. Jego zdaniem istnieje cała grupa planet pozasłonecznych, z których zwyczajnie nie da się uciec. Niezależnie od tego, jak bardzo Obcy staraliby się to zrobić. Prędkość ucieczki kosmitów Każde ciało niebieskie ma swoją tzw. prędkość ucieczki (albo drugą prędkość kosmiczną). To prędkość, jaką musi mieć na starcie obiekt, żeby wydostać się z pola grawitacyjnego ciała niebieskiego. Dla Ziemi wynosi ona 11,2 km/s. Nie oznacza to jednak, że startując z taką szybkością dotrzemy w kosmos. W rzeczywistości trzeba jeszcze pokonać opory ruchu – np. opór atmosfery. Dlaczego kosmici nigdy nie odwiedzili Układu Słonecznego? Być może nie odpowiada im nasze Słońce Naukowcy zaproponowali nowe rozwiązanie słynnego paradoksu Fermiego. Twierdzą, że przyczyną, dla której żadna obca cywilizacja nie nawiązała z nami kontaktu, jest nasza gwiazda. A dokładn... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/dlaczego-kosmici-nigdy-nie-odwiedzili-ukladu-slonecznego-byc-moze-nie-odpowiada-im-nasze-slonce-fot-getty-images-5fbd065.jpg" width="938" height="473" alt="Dlaczego kosmici nigdy nie odwiedzili Układu Słonecznego? Być może nie odpowiada im nasze Słońce (fot. Getty Images)" title="Dlaczego kosmici nigdy nie odwiedzili Układu Słonecznego? Być może nie odpowiada im nasze Słońce (fot. Getty Images)" /> Prędkość ucieczki zależy od masy ciała niebieskiego. Quiroga zwrócił uwagę, że gdyby obca cywilizacja rozwijała się na planecie bardziej masywnej niż Ziemia, loty w kosmos byłyby dla niej znacznie trudniejsze. Dla superziemi – globu o masie równej nawet dziesięciu masom Ziemi – prędkość ucieczki byłaby bowiem znacząco większa. Planety-więzienia? Quiroga zaproponował wprowadzenie wskaźnika, który nazwał Fex (Czynnik Ucieczki Egzoplanety, ang. Exoplanet Escape Factor). Dla Ziemi wynosi on 1. Dla Proxima Centauri b – 0,85, zaś dla Keplera-100 c – 0,62. Z tych globów dałoby się polecieć w kosmos. A co z większymi planetami pozasłonecznymi? Jeśli ich Fex jest większy od 2,2, zdaniem badacza loty kosmiczne dla ich mieszkańców nie byłyby możliwe. „Nie byliby w stanie opuścić planety przy użyciu jakiejkolwiek wyobrażalnej ilości paliwa. Konstrukcja rakiety nie wytrzymałaby ciśnień zachodzących w tym procesie. Przynajmniej przy użyciu znanych nam materiałów” – napisał Elio Quiroga. Tym samym, jego zdaniem, zwyczajne prawa fizyki mogą nie dopuścić podróży kosmicznych z planet takich jak Kepler-131b czy Kepler-100b. Planety-akwaria Autor artykułu opublikowanego w czasopiśmie naukowym „Journal of the British Interplanetary Society” zawraca uwagę na jeszcze jedną rzecz. Otóż w przypadku wodnych światów systemy komunikacyjne rozwinięte tam przez potencjalnych kosmitów mogłyby być zupełnie inne niż na Ziemi. Dźwięk w wodzie rozchodzi się ze znacznie większą prędkością niż w powietrzu. Pokonuje też ogromne odległości. Na planecie całkowicie pokrytej oceanem komunikacja mogłaby nie wymagać wsparcia technologii radiowych. Tym samym zamieszkujące ją istoty nie miałaby potrzeby rozwijać zaawansowanych narzędzi komunikacyjnych. „Taka cywilizacja nie byłaby »komunikatywna« i nie byłaby uwzględniona w równaniu Drake’a” – pisze Quiroga w swojej pracy. Równanie Drake’a to wzór matematyczny pozwalający określić, ile cywilizacji powinno znajdować się we Wszechświecie. Ich liczba zależy od liczby gwiazd i planet, a także wielu innych czynników. Jednym z nich jest odsetek potencjalnych obcych cywilizacji, które chciałyby szukać kontaktu z innymi. Quiroga zwraca uwagę na jeszcze inne czynniki, które mogą sprawić, że mieszkańcy obcych planet nie będą rozglądać się za innymi cywilizacjami we Wszechświecie. Np. mogą zamieszkiwać planetę, która przez cały czas jest zachmurzona. W takiej sytuacji nigdy nie dostrzegliby gwiazd i mogłaby nie rozwinąć się u ich astronomia. Trudno również wyobrazić sobie, by za eksplorację kosmosu zabrali się mieszkańcy podpowierzchniowego oceanu. Jeśli od przestrzeni kosmicznej ich świat dzieli kilka kilometrów lodu, raczej nie mają szansy stworzyć cywilizacji technicznej zainteresowanej lotami międzygwiezdnymi. Quiroga – zajmujący się dotychczas głównie kinematografią i reżyserią – zaproponował nawet pojęcie światów-akwariów (ang. Fishbowl World). Tak określił planety, z których zwyczajnie nie da się uciec. Źródła: Universe Today, Journal of the British Interplanetary Society. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Czy świat to symulacja komputerowa? Wskazuje na to analiza grawitacji
Wyobraź sobie, że żyjesz w grze komputerowej – tylko o tym nie wiesz. Hipoteza symulacji, wspierana przez najnowsze badania naukowców, sugeruje, że nasz świat może być wirtualną rzeczywistością stworzoną przez wyższą cywilizację. Czy da się to udowodnić?
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. <h2id="2" >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
Fuzja jądrowa źródłem złota? Nowa metoda z USA to naukowa alchemia
Firma z Kalifornii opracowała nowatorski sposób syntezy złota za pomocą fuzji jądrowej. Choć brzmi to jak science fiction, projekt ma naukowe podstawy i jeden kluczowy składnik: izotop rtęci.
Spis treści Złoto w Wielkim Zderzaczu Hadronów Nowe podejście: naukowa alchemia podczas fuzji jądrowej Technologiczne przeszkody do pokonania Amerykański startup Marathon Fusion z Kalifornii twierdzi, że opracował metodę produkcji złota przy użyciu technologii fuzji jądrowej. Pomysł przypomina marzenie dawnych alchemików o przemienianiu pospolitych metali w złoto, ale tym razem opiera się na podstawach naukowych: fizyce jądrowej. Złoto w Wielkim Zderzaczu Hadronów Choć zamiana jednego pierwiastka w drugi jest możliwa, dotąd wykorzystywano do tego kosztowne i mało efektywne metody w akceleratorach cząstek, np. w CERN. Niedawny eksperyment ALICE w CERN udowodnił że możliwa jest synteza złota, ale szacunkowo, w ciągu czterech lat wyprodukowano go zaledwie 29 pikogramów. To niewyobrażalnie mało – przy tej skali produkcja jednej uncji trwałaby wielokrotnie dłużej niż istnieje Wszechświat. Nowe podejście: naukowa alchemia podczas fuzji jądrowej Marathon Fusion proponuje inne, nowatorskie podejście: wykorzystanie neutronów generowanych w reaktorze fuzyjnym do przekształcenia izotopu rtęci-198 w rtęć-197. Taka rtęć następnie spontanicznie rozpada się do stabilnego izotopu złota – to złoto-197. Kluczowe jest zastosowanie neutronów o wysokiej energii (powyżej 6 MeV), które mogą wywołać taką reakcję. Do uzyskania strumienia takich neutronów firma zamierza wykorzystać standardowe paliwo dla fuzji: deuter i tryt, czyli izotopy wodoru. Startup szacuje, że reaktor fuzyjny o mocy 1 GW mógłby w ciągu roku wytworzyć kilka ton złota. Do opracowania tych prognoz firma używa „cyfrowego bliźniaka” takiego reaktora, czyli komputerowego modelu. Problem w tym, że póki co żaden komercyjny reaktor fuzyjny jeszcze nie istnieje, więc symulacje te są na razie niemożliwe do zweryfikowania. Technologiczne przeszkody do pokonania Jak na razie nie skonstruowano żadnego reaktora zdolnego do stabilnego podtrzymania reakcji fuzji jądrowej. Na drodze do realizacji tej technologii stoi wiele przeszkód. To m.in. opracowanie nowych materiałów odpornych na ekstremalne warunki wewnątrz reaktora, rozwój zaawansowanych systemów sterowania reakcją oraz sztucznej inteligencji do podtrzymywania stabilnej fuzji. Nawet najbardziej zaawansowane projekty generują obecnie jedynie niewielkie ilości energii przez krótki czas. Fuzja termojądrowa jako źródło czystej, niewyczerpanej energii pozostaje na razie marzeniem naukowców. Jednak nadzieje są duże i wciąż podsycane. Naukowcy z Wielkiej Brytanii opracowali nową koncepcję zmniejszenia rozmiaru reaktorów fuzyjnych dzięki zmianie sposobu kontrolowania gorącej plazmy. Prototyp takiego reaktora, o nazwie STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), ma powstać do 2040 roku. Warto zaznaczyć, że każde złoto wytworzone w reaktorze fuzyjnym początkowo byłoby radioaktywne, co oznacza że musiałoby upłynąć jeszcze dużo czasu zanim stanie się bezpieczne. To dodatkowe wyzwanie technologiczne i logistyczne. Podsumowując, teoria produkcji złota przy użyciu fuzji jądrowej jest zgodna z prawami fizyki i możliwa do zrealizowania – na razie jednak tylko na papierze. Źródło: The Conversation Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.
Ten jeden dźwięk sprawiał, że muzyka Ozzy‘ego Osbourne‘a budziła grozę
Tryton – dawniej zakazany interwał muzyczny, dziś kultowy symbol metalu. Co sprawia, że ten złowieszczy dźwięk wywołuje w nas tak pierwotne emocje? I dlaczego Ozzy Osbourne uczynił z niego swój znak rozpoznawczy?
Spis treści: Historia „zgrzytu” i jego średniowieczne korzenie Kulturowy lęk przed trytonem Kulturowe różnice w postrzeganiu dysonansu Dlaczego dysonans nas fascynuje? O biologii i psychologii Tryton był obwiniany za chaos, zakazywany przez chóry i przyjmowany z entuzjazmem przez fanów metalu. Oto, co naprawdę robi „diabelski interwał” z twoim mózgiem. Pomysł, że dwa proste dźwięki — nie piosenka, a same tony — mogłyby być „zakazane”, może wydawać się absurdalny. A jednak taka właśnie legenda stoi za miażdżącym riffem otwierającym debiutancki album Black Sabbath z 1970 roku. Zaledwie trzema złowieszczymi dźwiękami gitarzysta Tony Iommi, wspólnie z pełnym cierpienia wokalem zmarłego niedawno Ozzy’ego Osbourne’a, stworzyli dźwięk tak niepokojący, że mówiło się, iż był przez wieki zakazany. – Te dźwięki były zakazane wiele lat temu – powiedział Iommi w 2014 roku dla BBC. – Podobno miały sataniczne konotacje. Historia „zgrzytu” i jego średniowieczne korzenie Chociaż rockowe legendy nie są najbardziej wiarygodne, ta zawiera ziarno prawdy. Black Sabbath sięgnęli po to, co teoretycy muzyki nazywają trytonem – dysonansowy interwał kiedyś unikany przez chóry średniowieczne, dziś znany w muzycznej mitologii jako „diabelski interwał”. Nazywany również kwartą zwiększoną lub kwintą zmniejszoną, tryton obejmuje trzy całe tony w skali, tworząc zgrzytliwy, niestabilny interwał, który od wieków wywołuje u słuchaczy niepokój. View oEmbed on the source website Mimo swojego złowieszczego przydomka tryton nigdy nie został oficjalnie zakazany w średniowieczu — choć równie dobrze mógłby być. Wśród obowiązujących wtedy zasad kompozycyjnych ten dysonansowy interwał tonalny był po prostu niesmacznym składnikiem, ale jednocześnie składnikiem o ogromnym znaczeniu. – W teorii muzyki średniowiecznej i renesansowej, która często była kształtowana przez matematyczne i filozoficzne zasady harmonii, tryton nie pasował do systemu „doskonałych” interwałów ze względu na złożone proporcje częstotliwości – mówi Christoph Reuter, profesor muzykologii systematycznej na Uniwersytecie Wiedeńskim. Kulturowy lęk przed trytonem Jednym z powodów tego stanu rzeczy jest relacja między skalami a modusami – te drugie nadają muzyce jej charakter. Skale durowe, takie jak C-dur, zaczynają się od dźwięku o tej samej nazwie. Ale zagraj tę samą skalę, zaczynając od innej nuty, a nagle zabrzmi zupełnie inaczej – ale wciąż muzycznie. Te odmiany to właśnie modusy. Zacznij skalę C-dur od dźwięku D, a otrzymasz jazzowy modus dorycki. Zacznij od E – i jesteś w egzotycznej atmosferze modusu frygijskiego. Modus eolski, zaczynający się od A, tworzy melancholijną, molową atmosferę. Ale jeden z modusów wyróżniał się negatywnie. Rzeczy stawały się problematyczne w przypadku modusu lokryckiego. Zbudowany na siódmym stopniu skali durowej – w tym przypadku, zaczynając od H w skali C-dur – kładł niezwykły nacisk na interwał między H a F. W efekcie otrzymywano skalę, która brzmiała niestabilnie i – dla wielu uszu – niepokojąco. To była kwestia nie tylko gustu. W średniowieczu modusy były fundamentem kompozycji chóralnych, używanych do harmonijnego prowadzenia głosów. Jak wyjaśnia Reuter, tryton nie tylko przeczył ideałowi muzycznego piękna, ale był też po prostu trudny do wykonania. – Był trudny do czystego zaśpiewania, szczególnie w kompozycjach a cappella, które były szeroko stosowane w kościele – mówi. To właśnie ta trudność prawdopodobnie dała początek jednemu z najbardziej złowieszczych ostrzeżeń w teorii muzyki: mi contra fa est diabolus in musica, czyli „mi przeciw fa to diabeł w muzyce”. Kulturowe różnice w postrzeganiu dysonansu Jednak niekomfortowe połączenia tonów nie były zarezerwowane wyłącznie dla muzyki zachodniej. Wiele stylów muzycznych — od Bliskiego Wschodu po Japonię — miało swoje własne „zakazane” konwencje tonalne i różne powody, by ich unikać. Podobnie jak w zachodnich modusach, niektóre indyjskie skale pomijają określone kombinacje dźwięków — varjya svaras — ponieważ niektóre nuty mogą zaburzać równowagę tej głęboko emocjonalnej muzyki. Dla kontrastu, arabski system maqam obejmuje kombinacje tonalne, które dla zachodnich uszu mogłyby być dysonansowe. Dzięki mikrotonom i ćwierćtonom buduje napięcie i rozwiązanie w zupełnie innym systemie reguł. Badanie z 2016 roku wykazało, że członkowie społeczności Tsimane’, rdzennych mieszkańców Boliwii, którzy mieli ograniczony kontakt z kulturą zachodnią, nie uznali dysonansowych akordów za mniej przyjemne niż ich bardziej harmonijne odpowiedniki. – Chociaż dysonansowe interwały, takie jak tryton, mają określone właściwości psychoakustyczne, emocjonalne i symboliczne znaczenie przypisywane im — jak utożsamienie z „złem” — jest prawdopodobnie efektem uczenia się w danej kulturze – twierdzi Isabella Czedik-Eysenberg. View Ediplayer on the source website Dlaczego dysonans nas fascynuje? O biologii i psychologii Dlaczego tryton brzmi tak niepokojąco? Jednym z powodów jest chropowatość akustyczna – nierównomierna, poszarpana jakość dźwięku, którą nasz mózg często wiąże z zagrożeniem. – Chropowatość to szczególnie interesująca cecha dźwiękowa. Badania wskazują, że może ona odgrywać rolę w komunikowaniu niebezpieczeństwa – zauważa Czedik-Eysenberg. – Chropowatość dźwięku odgrywa też bardzo ważną rolę w odbiorze ekstremalnych technik wokalnych używanych w muzyce metalowej. Ale to, jak reagujemy na dźwięk, nie wynika wyłącznie z biologii — kształtowane jest także przez doświadczenie.– Nasze reakcje na dźwięk wynikają z układu nerwowego, który mamy wszyscy, ale kontekst jest kluczowy – mówi Victoria Williamson, psycholożka muzyki. – Niektóre częstotliwości i faktury dźwiękowe są trudniejsze do przetworzenia dla ucha wewnętrznego i mózgu. W Europie XVII wieku to narażenie się zmieniało. Podczas gdy średniowieczna muzyka ceniła harmonię i porządek, okres baroku przyjął kontrast i emocje. W epoce klasycznej tryton pojawiał się już u Bacha, Beethovena i Wagnera – często w celu budowania dramatyzmu lub mroczności. Od tamtej pory „diabelski interwał” pojawiał się wszędzie – od motywu z „Simpsonów” po syreny alarmowe. A w 1970 roku Black Sabbath sięgnął po niego ponownie, budując upiorne fundamenty heavy metalu na jego dysonansowym napięciu. – Muzyka Black Sabbath aktywuje głębokie ośrodki emocjonalne w mózgu, ale zamiast wywoływać strach czy dyskomfort, przyciąga słuchacza – mówi Victoria Williamson. – Im bardziej ta muzyka wywołuje emocje i rozładowuje stres, tym mocniej aktywuje ośrodki nagrody i motywacji w mózgu. Źródło: National Geographic
Tego lata dni są najkrótsze w historii pomiarów. To dlatego, że Ziemia obraca się szybciej
Najkrótsze dni w historii nowoczesnych pomiarów zaskoczyły naukowców. Choć zmiany są mikroskopijne, ich konsekwencje mogą sięgać kluczowych technologii i prognoz klimatycznych.
Spis treść: Co powoduje przyspieszenie obrotu Ziemi? Czy kiedyś dzień był jeszcze krótszy? Jakie mogą być skutki tych zmian? Czy klimat może wpływać na długość dnia? Na całej półkuli północnej ludzie chłoną długie godziny letniego światła dziennego, nie mając pojęcia, że doświadczają jednych z najkrótszych dni od początku współczesnego pomiaru czasu – krótszych o około milisekundę. 9 lipca był najkrótszym dniem roku, ponieważ Ziemia obracała się szybciej – o 1,34 milisekundy szybciej niż standardowy, 24-godzinny obrót, według danych Międzynarodowej Służby Obrotu Ziemi i Układów Odniesienia (IERS) oraz Obserwatorium Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych. Przewiduje się, że tego lata wystąpią jeszcze dwa historycznie krótkie dni – dzisiaj, 22 lipca i 5 sierpnia. Wahania prędkości obrotu Ziemi nie są niczym niezwykłym, ale naukowcy rozważają powody stojące za niedawnym wzrostem liczby szybszych rotacji. – W ciągu ostatniej dekady średnia długość dnia w większości przypadków ulegała skróceniu. Było to szczególnie zauważalne w ciągu ostatnich pięciu lat, kiedy to czasami dzień trwał mniej niż 24 godziny – mówi Nicholas Stamatakos, astronom z Departamentu Orientacji Ziemi w Obserwatorium Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych. Co powoduje przyspieszenie obrotu Ziemi? Wariacje w rotacji Ziemi są wynikiem skomplikowanego zestawu czynników, ale naukowcy wskazują kilka z nich jako szczególnie istotne. Księżyc wpływa na Ziemię różnie w zależności od swojej pozycji na orbicie. Gdy dwa razy w miesiącu znajduje się blisko równika, jego siła grawitacyjna nieco spowalnia obrót Ziemi. Jednak Księżyc również zbliża się do biegunów dwa razy w miesiącu, a w tych momentach jego grawitacja pomaga Ziemi obracać się nieco szybciej. Nasza planeta i atmosfera obracają się synchronicznie, dzieląc moment pędu, którego nie da się zmienić, działając tylko na jeden z tych dwóch elementów. Atmosfera obraca się wolniej latem z powodu zmian w prądzie strumieniowym. Oznacza to, że planeta musi przyspieszyć, aby zrekompensować tę różnicę i utrzymać całkowity moment pędu na stałym poziomie. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/z-jadra-ziemi-wycieka-niezwykle-rzadki-i-niezwykle-cenny-pierwiastek-hel-3-to-geologiczny-cud-natury-fot-getty-images-ca0b6e3.jpeg" width="938" height="528" alt="Wewnętrzne jądro Ziemi zacznie obracać się w przeciwnym kierunku? Wiele na to wskazuje, twierdzą naukowcy (fot. Getty Images)" title="Wewnętrzne jądro Ziemi zacznie obracać się w przeciwnym kierunku? Wiele na to wskazuje, twierdzą naukowcy (fot. Getty Images)" /> Wewnątrz planety również dzieje się coś dziwnego, czego fizycy nie potrafią w pełni wyjaśnić. Z jakiegoś powodu jądro Ziemi zwalnia od ostatnich 50 lat, a żeby utrzymać moment pędu, stała część Ziemi znajdująca się powyżej jądra musi obracać się nieco szybciej. – Nie wiemy, dlaczego tak się dzieje ani co jądro może zrobić w przyszłości – mówi Duncan Agnew, geofizyk z Instytutu Oceanografii im. Scrippsa. Czy kiedyś dzień był jeszcze krótszy? Ostatnie lata przyniosły najkrótsze dni od momentu rozpoczęcia pomiarów czasu atomowego w 1955 roku, ale nie są to nawet zbliżone do najkrótszych dni w historii Ziemi. Średnio rzecz biorąc, dni na Ziemi wydłużały się przez kilka miliardów lat. Odkąd uformował się Księżyc, jego grawitacja i wpływ na pływy oceaniczne stopniowo spowalniają tempo obrotu Ziemi. Analiza starożytnych muszli małży z ery dinozaurów ujawnia, że 70 milionów lat temu rok liczył 372 dni, a dzień trwał zaledwie 23,5 godziny. Skamieniałe koralowce sprzed 430 milionów lat sugerują, że znacznie częstsze wschody i zachody słońca występowały w ciągu doby trwającej 21 godzin. Nawet jeśli długoterminowy trend prowadzi do wydłużania dni, krótkoterminowe fluktuacje powodowały wiele okresów z krótszymi dniami. – Wszystkie dni były krótsze niż te w latach 20. XIX wieku i mniej więcej od 1865 do 1880 r. Według danych IERS faktycznie krótsze dni wystąpiły w czerwcu/sierpniu 2022 roku oraz czerwcu 2024 roku – mówi Agnew. Jakie mogą być skutki tych zmian? Dni długiego światła dziennego są oczywiste, jak te wokół przesilenia letniego. Podobnie oczywiste są długie, zimne noce przed i po 21 grudnia. Ale gdyby cykl 24-godzinny Ziemi został skrócony o mrugnięcie oka, prawdopodobnie byś tego nie zauważył: mrugnięcie trwa od 100 do 400 milisekund, podczas gdy różnica w długości dnia to zaledwie około 1 milisekundy. – Pojedynczy, odosobniony krótszy dzień ma znaczenie tylko dla astronomów i innych specjalistów – mówi Judah Levine. Astronomowie potrzebują niezwykle precyzyjnych pomiarów czasu, aby zrozumieć pozycje i ruchy ciał niebieskich oraz zjawisk astronomicznych – drobne nieścisłości mogą prowadzić do poważnych błędów. Gdy utracony czas przez skrócone dni zaczyna się kumulować, mierzący czas dodają dodatkową sekundę do bieżącego zegara, by czas astronomiczny znów był zgodny z czasem atomowym. To nazywa się sekundą przestępną, która jest dodawana mniej więcej raz na półtora roku od 1972 roku – większość ludzi również tego nie zauważa. Sekundy przestępne sprawiały problemy komputerom, systemom GPS i telekomunikacji – najbardziej zauważalnie w 2012 roku. Bezprecedensowa ujemna sekunda przestępna może okazać się jeszcze bardziej problematyczna, ponieważ systemy oprogramowania mogą zakładać, że czas zawsze płynie w jednym kierunku. Czy klimat może wpływać na długość dnia? Badania sugerują, że czynniki takie jak topniejący lód, podnoszące się morza i wyczerpane zasoby wód gruntowych zmieniają masę Ziemi i spowalniają jej obrót. To spowalnia jej rotację w taki sam sposób, w jaki łyżwiarka obniża ramiona znad głowy, aby wyhamować swój obrót. Historycznie rzecz biorąc, takie zmiany były wynikiem naturalnych cykli, ale para badań finansowanych przez NASA sugeruje, że czas sam w sobie może odczuwać wpływ zmian klimatycznych na Ziemi. – Nasza analiza pokazuje, że w ubiegłym stuleciu współczesne zmiany klimatu same przyczyniły się do wydłużenia dnia o około 0,6 do 0,7 milisekundy – mówi Surendra Adhikari z Jet Propulsion Laboratory. Takie spowolnienie może być sprzeczne z czynnikami, które ostatnio przyspieszają obrót Ziemi, co uwidacznia złożoność rotacji planety. Stamatakos podkreśla, że choć obserwowaliśmy zmiany w obrocie Ziemi od wieków, skomplikowane powiązania ich różnych przyczyn wciąż stanowią wyzwanie dla naukowców — szczególnie przy prognozach na przyszłość. –Dokładne przewidywania długości dnia na okres dłuższy niż sześć miesięcy nie są możliwe” ze względu na niepełne zrozumienie wszystkich tych zjawisk geodezyjnych – ostrzega. Więc choć słońce nadal będzie wschodzić jutro, trudno powiedzieć dokładnie, jak długo potrwa dzień. Źródło: National Geographic
Rekiny błękitne jak kameleony oceanu. Naukowcy z Hong Kongu odkryli ich zdolność do zmiany koloru
Na konferencji naukowej odbywającej się w Antwerpii naukowcy zaprezentowali wyniki rewolucyjnych badań dotyczących życia podwodnych drapieżników. Rekiny błękitne dzięki zmianie barwy zwiększają swoje możliwości kamuflażu pomagającego w upolowaniu ofiary.
Spis treści: Co wykazały badania? Jak naukowcy sprawdzili zdolność rekina do zmiany koloru? Co odkrycie oznacza dla ludzi? Rekin błękitny (również znany jako żarłacz błękitny) to gatunek drapieżnej ryby, zamieszkującej praktycznie wszystkie oceany na świecie. Dorosłe osobniki tego gatunku osiągają zwykle 2–3 metry długości. Smukłe i długie ciało rekinów oraz sierpowate płetwy i wydłużony pysk sprawiają, że żarłacze są jednymi z najlepszych pływaków w oceanach. Co wykazały badania? Skórę rekina błękitnego pokrywają malutkie, twarde łuski, które działają jak naturalne filtry światła. Denticle („małe zęby”) – tak nazywane są przez naukowców – zawierają mikroskopijne warstwy specjalnych kryształów i pigmentów, dzięki którym skóra przybiera przeróżne kolory. W łuskach znajdują się: kryształy guaniny – to naturalny związek chemiczny, który działa jak lusterko. Odbija on światło, szczególnie niebieskie, dzięki czemu rekin wydaje się intensywnie niebieski w wodzie. melanina – ciemny pigment (ten sam, który mamy w skórze czy włosach). Działa jak pochłaniacz światła: „zamyka” inne kolory, więc niebieski staje się bardziej wyrazisty. W efekcie to połączenie – odbicia i pochłaniania światła – sprawia, że rekin wygląda tak, jakby jego skóra świeciła głęboką, metaliczną niebieską barwą. Co ciekawe, struktury mogą ulegać modyfikacji w zależności od warunków panujących w oceanie (np. głębokości, ciśnienie), co również wpływa na odcień, jaki przybiera skóra drapieżnika. Jak naukowcy sprawdzili zdolność rekina do zmiany koloru? Do przeprowadzenia badania naukowcy używali nie tylko żywych osobników, żyjących w wodzie. Zespół kierowany przez hongkońskiego biologia morskiego, dr. Xabiera Irigoiena, korzystał w dużej mierze ze skóry martwych egzemplarzy tego gatunku. Po zebraniu danych określających właściwości rekiniej skóry – takich jak mierzona w nanometrach (milionowych częściach milimetra) grubość i rozmieszczenie warstw kryształków – przeprowadzono komputerową symulację. Proces ten miał naśladować zachowanie światła, gdy trafia na takie struktury. Komputer pokazał, że jeśli warstwy kryształów lekko się zbliżą albo oddalą, to skóra zacznie odbijać inny kolor światła – np. zamiast niebieskiego, będzie widać zielony albo złotawy. Oznacza to, że rekiny nie posiadają specjalnych komórek z barwnikiem. Ich doskonały kamuflaż jest efektem naturalnej optycznej sztuczki, możliwej dzięki unikatowej konstrukcji łusek. Co odkrycie oznacza dla ludzi? Skóra rekina błękitnego, która może zmieniać swój kolor bez używania specjalnych barwników lub farb może zainspirować naukowców i inżynierów do stworzenia nowych materiałów o podobnych właściwościach do tej rybiej powłoki. Tkaniny, które reagowałyby na światło, temperaturę, ruch albo ciśnienie pozbawione byłyby szkodliwych dla środowiska składników chemicznych. Współcześnie w Indiach i Bangladeszu mamy do czynienia z zanieczyszczeniem rzek (np. Gangesu), którego jednym z powodów są ścieki z fabryk tekstylnych zawierających barwniki azowe. Przyczynia się to do śmierci ryb, zanieczyszczenia gleby i wody pitnej, a także problemów zdrowotnych u ludzi mieszkających w pobliżu (choroby skóry, dróg oddechowych). Skonstruowanie tkanin i materiałów niewymagających tych szkodliwych substancji mogłoby uregulować sytuację ekologiczną w krajach o wysokiej produkcji tekstylnej. Warto zwrócić również uwagę na innowacyjność technologiczną takich materiałów. Przykładowo farby posiadające kolor dzięki odbijającemu się światłu nigdy nie blakną, ponieważ nie mają barwników – tylko specjalną strukturę. Zjawiska występujące u rekinów można by również wykorzystać przy produkcji opakowań spożywczych, które przykładowo mogłyby zmieniać swój kolor wraz z utratą przydatności danego produktu do spożycia. Źródło: The Independent Nasz autor Olaf Kardaszewski Absolwent Instytutu Stosowanych Nauk Społecznych na Uniwersytecie Warszawskim. Obecnie student magisterskiego kierunku Studiów Miejskich na tej samej uczelni. Interesuje się społecznymi i kulturowymi aspektami zmieniającego się świata, o czym chętnie pisze w swoich pracach. Współprowadzący projekt „Podziemna Warszawa” w National Geographic Polska. Uwielbia podróże, w trakcie których zawsze stara się obejrzeć mecz lokalnej drużyny piłkarskiej.
Detektory fal grawitacyjnych wykryły połączenie najmasywniejszych czarnych dziur, jakie zaobserwowano tą techniką
To odkrycie jest prawdziwym wyzwaniem dla obowiązujących astrofizycznych modeli ewolucji gwiazd. Trzy detektory fal grawitacyjnych, rozmieszczone w Europie, USA i w Japonii potwierdziły detekcję połączenia się czarnych dziur, które utworzyły obiekt o masie ponad 225 razy większej niż masa naszego Słońca.
Spis treści: Masywny i wirujący układ Zderzenia czarnych dziur Detektor w kształcie L Wirujące czarne dziury Trzy detektory fal grawitacyjnych – zbudowany w USA LIGO, znajdujący się nieopodal Pizy we Włoszech Virgo oraz japoński KAGRA – wykryły połączenie najmasywniejszych czarnych dziur, jakie kiedykolwiek zaobserwowano za pomocą fal grawitacyjnych. Sygnał tegoż połączenia, oznaczony jako GW231123, został zarejestrowany podczas czwartej serii obserwacji sieci LVK 23 listopada 2023 r. Jednak odkrycie to ogłoszono dopiero teraz ze względu na długotrwałe i precyzyjne analizy sygnału. Masywny i wirujący układ Czarne dziury, które zlały się ze sobą miały masę około 103 i 137 razy większą od masy Słońca. Oprócz dużej masy charakteryzują się one również szybką rotacją, co sprawia, że sygnał ten jest wyjątkowo trudny do interpretacji i sugeruje możliwość złożonej historii powstawania. – Odkrycie tak masywnego i szybko wirującego układu stanowi wyzwanie nie tylko dla naszych technik analizy danych, ale będzie miało również znaczący wpływ na badania teoretyczne dotyczące kanałów powstawania czarnych dziur i modelowania fal przez wiele kolejnych lat. W rzeczywistości obecne modele ewolucji gwiazd nie pozwalają na istnienie tak masywnych czarnych dziur, które mogły powstać w wyniku wcześniejszych połączeń mniejszych czarnych dziur – mówi Ed Porter, badacz z laboratorium Astroparticle and Cosmology (APC) CNRS w Paryżu. Zaobserwowano już około 100 połączeń czarnych dziur za pomocą fal grawitacyjnych, które zostały przeanalizowane i udostępnione szerszej społeczności naukowej. Do tej pory najbardziej masywną parą była para GW190521, której łączna masa była znacznie mniejsza i wynosiła „tylko” 140 razy więcej niż masa Słońca. Zderzenia czarnych dziur W jaki sposób detektory fal grawitacyjnych rejestrują takie zdarzenia? Zacznijmy od tego, czym są fale grawitacyjne. Ich istnienie wynika bezpośrednio z ogólnej teorii względności (OTW) Einsteina z 1915 roku. OTW opisuje grawitację nie jako siłę, ale jako zakrzywienie czasoprzestrzeni przez masę i energię. Albert Einstein przewidział, że jeżeli masy poruszają się w sposób przyspieszony (np. dwie krążące wokół siebie czarne dziury), to będą powodować zmarszczki w strukturze czasoprzestrzeni – czyli fale grawitacyjne. Fale grawitacyjne rozchodzą się z prędkością światła, niosą energię i moment pędu. Bardzo słabo oddziałują z materią, co powoduje, że trudno je wykryć. Istnienie fal grawitacyjnych było jedną z najbardziej niezwykłych, a później potwierdzonych prognoz tej teorii, Pierwsza bezpośrednia detekcja fal grawitacyjnych nastąpiła w 2015 roku i została wyróżniona Nagrodą Nobla w 2017. Detektor w kształcie L Tej pierwszej detekcji dokonał amerykański system LIGO. Tylko jak wygląda i działa aparatura, zdolna zarejestrować tego typu zmarszczki? Przede wszystkim używa się do tego interferometru laserowego. Dwa prostopadłe ramiona (np. 4 km każde) tworzą literę „L”. W punkcie połączenia ramion umieszczony jest laser, który dzieli się na dwa promienie i biegnie wzdłuż ramion. Na końcach ramion są zawieszone swobodnie lustra. Promienie odbijają się od luster, wracają i spotykają się ponownie. Jeśli długość ramion się zmieni choćby o ułamek średnicy protonu, układ wykryje to jako interferencję – zmianę wzoru fal. Ale skąd wiemy, co wywołało tę interferencję? Astrofizycy posiadają dokładne modele dla zderzeń czarnych dziur, gwiazd neutronowych itd. Jeśli dany sygnał pasuje do takiego modelu (np. dwóch czarnych dziur o masach 30 i 35 mas Słońca), można z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić: „To było zderzenie czarnych dziur w odległości X miliardów lat świetlnych.” Wirujące czarne dziury Jednak to, co upubliczniły właśnie trzy światowe obserwatoria, przesuwa granice zarówno technologii wykrywania fal grawitacyjnych, jak i obecnych modeli teoretycznych. Aby uzyskać dokładne informacje z sygnału, konieczne było zastosowanie modeli teoretycznych uwzględniających złożoną dynamikę szybko wirujących czarnych dziur. – To wydarzenie przesuwa granice możliwości naszych instrumentów i analizy danych do granic obecnego stanu wiedzy – twierdzi dr Sophie Bini, doktorantka w Caltech, wcześniej pracująca na Uniwersytecie w Trento. Dodaje, że jest to doskonały przykład tego, jak wiele możemy się nauczyć dzięki astronomii fal grawitacyjnych – i jak wiele jeszcze pozostaje do odkrycia. – Dzięki najdłuższej jak dotąd serii nieprzerwanych obserwacji i zwiększonej czułości czwarta kampania obserwacyjna LIGO-Virgo-KAGRA dostarcza bezcennych nowych informacji, które pomagają nam lepiej zrozumieć Wszechświat – mówi Viola Sordini, badaczka z Instytutu Fizyki 2 Nieskończoności (IP2I) CNRS w Lyonie i zastępczyni rzecznika Virgo Collaboration. – To ekscytujące odkrycie otwiera nowy sezon wyników, a latem spodziewanych jest wiele kolejnych, a przez następne dwa lata – ciągły strumień nowych odkryć. Po publikacjach następuje udostępnienie danych, co wspiera szerszą społeczność naukową i otwartą naukę. Źródło: EGO 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”.
Jak zaparzyć mocniejszą kawę? Naukowcy proponują ten prosty trik
Oto optymalny sposób na zaparzenie mocnej kawy przelewowej z minimalną ilością zmielonej kawy. Opracowali go amerykańscy fizycy.
Spis treści: Efektywniejsze parzenie kawy Warto eksperymentować samemu Co roku na całym świecie spożywane są dziesiątki miliardów kilogramów kawy. Jednak ze względu na bardzo specyficzne potrzeby rolnicze kawa może być trudna w uprawie. Na dodatek jej plonom zagrażają zmiany klimatyczne. Aby sprostać wysokiemu zapotrzebowaniu na zmieloną kawę, naukowcy z University of Pennsylvania pracowali nad optymalizacją jej wykorzystania przy parzeniu metodą przelewową. Swoje sugestie przedstawili na łamach czasopisma „Physics of Fluids”. Efektywniejsze parzenie kawy Metody przelewowe, nazywane także metodami alternatywnymi, to sposoby przygotowywania kawy bez użycia ekspresu ciśnieniowego. Najpopularniejsze z nich to drip i chemex. Do kaw przelewowych wykorzystuje się jaśniej palone ziarna. Jak uzyskać mocny napar tymi metodami? – Zalecamy ustawienie wysokości nalewania tak dużej, jak to możliwe, przy jednoczesnym zachowaniu laminarnego przepływu. Wówczas strumień nie rozbija się, gdy uderza w zmieloną kawę – wyjaśnia Ernest Park, jeden z autorów badania. Jego zespół odkrył, że ​​grube strumienie wody, typowe dla standardowych czajników z wylewką typu „gęsia szyja”, są idealne do osiągnięcia tej niezbędnej wysokości i przepływu laminarnego. Silne – ale skupione – strumienie wody wywołują „lawinę” w zmielonej kawie. Fusy krążą, gdy woda wnika głębiej, umożliwiając lepsze mieszanie się z kawą. W efekcie mamy mocniejszą, bardziej aromatyczną kawę z mniejszej ilości zmielonych ziaren. Warto eksperymentować samemu Jeśli strumień wody jest zbyt cienki, nie uda ci się osiągnąć pożądanej mocy ani wrażeń sensorycznych. – Cienki strumień ma tendencję do rozpadania się na kropelki. Tego właśnie chcesz uniknąć w przelewach, ponieważ oznacza to, że strumień nie może skutecznie wymieszać zmielonej kawy – mówi Margot Young z zespołu badawczego. Oprócz parzenia prawdziwej kawy, naukowcy przeprowadzali też symulacje. Wykorzystali przezroczyste cząstki w szklanym lejku oświetlone laserem. To pomogło im dokładnie zwizualizować dynamikę mieszania i zrozumieć, jak strumień cieczy wpływa na ziarenka. Chociaż fizycy z University of Pennsylvania nie planują dalszych badań związanych z kawą, podkreślają, że jest jeszcze wiele innych parametrów do przeanalizowania. Chodzi tu zwłaszcza o wpływ grubości zmielenia kawy na wzajemne oddziaływanie fizyki i chemii procesu parzenia. Badacze radzą: eksperymentuj na własną rękę! Źródło: Physics of Fluids
Jeden z ojców bomby atomowej i laureat Pokojowej nagrody Nobla w jednej osobie – oto Józef Rotblat
Józef Rotblat był drugą osobą polskiego pochodzenia, która otrzymała Pokojową Nagrodą Nobla. Zanim utalentowanemu fizykowi przyznano to wyróżnienie, pracował nad bronią, która podczas II wojny światowej uśmierciła kilkadziesiąt tysięcy osób. Kim był fizyk, który wycofał się z prac nad najbardziej niszczycielską bombą? Za co Józef Rotblat dostał Nobla? Poniżej odpowiadamy na te pytania.
Spis treści: Wiedzą i talentem utorował sobie drogę do kariery Józef Rotblat w Projekcie Manhattan Działalność na rzecz pokoju na świecie Po udanym teście „Trinity”, Robert Oppenheimer sam siebie nazwał „niszczycielem światów”. Należy jednak pamiętać, że amerykański fizyk nie wynalazł bomby atomowej samodzielnie. Projekt Manhattan był przedsięwzięciem na ogromną skalę, przy którym pracowało wielu naukowców. W samym ośrodku Los Alamos badania prowadziło około 6 tys. ekspertów i inżynierów. Wśród nich znalazł się tylko jeden specjalista z Polski. Był nim Józef Rotblat. Wiedzą i talentem utorował sobie drogę do kariery Przyszły laureat Pokojowej Nagrody Nobla urodził się 4 listopada 1908 roku w Warszawie. Dorastał na Muranowie, w ubogiej rodzinie żydowskiej. Przyszły naukowiec nie miał łatwej drogi do wiedzy i wykształcenia. Rodziców nie było stać, by posłać go do gimnazjum, więc młody Józef uczył się w trzyletniej szkole rzemieślniczej. Po jej ukończeniu, zaczął pracować jako pomocnik elektryka, ale nie zamierzał rezygnować z dalszej edukacji. Wieczorami uczęszczał na wykłady prowadzone w Wolnej Wszechnicy Polskiej. W 1932 roku zdobył dyplom magistra fizyki. Jeszcze zanim ukończył szkołę, na jego talencie i intelekcie poznał się Ludwik Wertenstein, kierownik Katedry i Zakładu Fizyki Atomów Wolnej Wszechnicy Polskiej i Pracowni Radiologicznej im. Mirosława Kernbauma Towarzystwa Naukowego Warszawskiego. Rotblat został jego asystentem, a to otworzyło przed nim drzwi do dalszej kariery. W tym miejscu należy bowiem wspomnieć, że Wertenstein był studentem i asystentem Marii Skłodowskiej-Curie i znajomym Jamesa Chadwicka. Dysponował więc szerokimi kontaktami w środowisku naukowym, nie tylko w kraju, ale także za granicą. Sprytnym fortelem zapewnił sobie doktorat Wyniki doświadczeń przeprowadzanych prze Rotblata w Pracowni Radiologicznej z czasem stały się podstawą jego rozprawy naukowej. Problem polegał na tym, że Wolna Wszechnica Polska nie mogła przyznać stopnia doktora. Na szczęście nie był to żaden impas. Rotblat został przyjęty na Uniwersytet Warszawski. Jego promotorem został fizyk doświadczalny Stefan Pieńkowski. Józefem Rotblatem zainteresował się sam Chadwick W rzeczywistości był to jedynie sprytny wybieg – Józef Rotblat został przyjęty na UW tylko formalnie, a rozprawa doktorska faktycznie powstała w Wolnej Wszechnicy Polskiej, pod kierunkiem Wertensteina. Sama obrona musiała jednak odbyć się na Uniwersytecie Warszawskim. Niebawem na podstawie jego pracy doktorskiej powstała monografia „Badanie neutronów procesów dezintegracyjnych przy pomocy komory jonizacyjnej i elektrometru Hoffmana”, która zdobyła niemały rozgłos w środowisku naukowym. Szczególne wrażenie wywarła na Jamesie Chadwicku. Angielski fizyk mianował go wykładowcą na Uniwersytecie w Liverpoolu i uczynił swoim współpracownikiem w pracach na cyklotronem. Niebawem złożył mu kolejną propozycję, znacznie większego kalibru. Polski fizyk miał uczestniczyć w pracach nad nową bronią. Józef Rotblat w Projekcie Manhattan W 1939 roku Rotblat zajął się badaniem wykorzystania uranu w celach militarnych. Rządowi Stanów Zjednoczonych zależało na przyspieszeniu tempa prac. W tym celu stworzyli laboratorium w Los Alamos w stanie Nowy Meksyk, gdzie w ramach Projektu Manhattan miała powstać bomba atomowa. Do grupy naukowców niebawem dołączył zespół Chadwicka z Józefem Rotblatem, któremu powierzono badania nad rozpraszaniem neutronów. Polskiego naukowca zakwaterowano w tym samym domu, co Chadwicków, czyli obok domu samego Roberta Oppenheimera, który w ośrodku badawczym w Los Alamos kierował pracami najwybitniejszych umysłów. Rotblat wycofał się z prac Nie każdy spoglądał przychylnym okiem na naukowca z Polski. W Los Alamos pracowali przede wszystkim Uczeni z USA, Wielkiej Brytanii i Kanady. Józef Rotblat był jednym z niewielu uczestników badań, którzy nie mieli paszportu żadnego z tych krajów. Padły na niego podejrzenia o szpiegostwo. Żeby ukrócić spekulacje na ten temat, Brytyjczycy zaproponowali mu obywatelstwo. Ten jednak odmówił. Jak twierdził, po wojnie planował powrót do Polski. Nie to jednak sprawiło, że Rotblat postanowił porzucić swoją pracę. Szalę przeważyły rozterki natury moralnej. Przerażony skutkami nuklearnej pożogi, w grudniu 1944 roku wycofał się z projektu. Zdecydował się wrócić do Anglii Wrócił do Anglii i tam zaangażował się w prace nad brytyjską techniką jądrową. Początkowo pracował na Uniwersytecie w Liverpoolu. Po jakimś czasie wyjechał do Londynu i podjął pracę w Kolegium Medycznym Szpitala św. Bartłomieja. Skupił się przede wszystkim na badaniach nad wykorzystaniem promieniowania jądrowego w celach medycznych. Osiągał duże sukcesy w tej dziedzinie, za co w 1946 roku otrzymał brytyjskie obywatelstwo, a wiele lat później (w 1998 roku) – honorowy tytuł szlachecki. Zajmował się medycyną nuklearną, ale sprawa pokoju na świecie wciąż leżała mu na sercu. Działalność na rzecz pokoju na świecie Żeby móc publicznie mówić o skutkach bojowego użycia broni masowej zagłady, w 1946 roku założył Brytyjskie Stowarzyszenie Naukowców-Atomistów. Antywojenne nastawienie ugruntowała w nim wizyta w Hiroszimie, którą odbył 11 lat później. Stał się czołowym krytykiem niebezpiecznej koncepcji odstraszania militarnego. Przekonywał, że nowoczesna broń stanowi realne zagrożenie dla dalszego istnienia ludzkości. W 1955 roku, na łamach czasopisma „Bulletin of the Atomic Scientists”, opublikował artykuł, w którym przedstawił skutki eksplozji amerykańskiej bomby wodorowej nad atolem Bikini. Rotblat został jednym z liderów ruchu Pugwash (Konferencji Pugwash w Sprawie Nauki i Problemów Światowych) – międzynarodowej organizacji, zrzeszającej naukowców i wybitne osobistości życia publicznego. Organizacja postawiła sobie za cel redukcję zagrożenia konfliktami zbrojnymi, zwłaszcza tymi, które stwarzają realne ryzyko użycia broni masowego rażenia. Pokojowa Nagroda Nobla powędrowała do Józefa Rotblata W 1955 roku, w 50. rocznicę nuklearnego uderzenia na Hiroszimę, za swoją działalność Józef Rotblat wraz z ruchem Pugwash został wyróżniony Pokojową Nagrodą Nobla. Norweski Komitet Noblowski uzasadnił swoją decyzję staraniami organizacji na rzecz atomowego rozbrojenia. W trakcie uroczystości Rotblat wypowiedział słowa, które do dziś rezonują w środowisku naukowym i nie tylko: „Przede wszystkim pamiętajcie o swoim człowieczeństwie”. Inne odznaczenia 32 lata później przyznano mu Krzyż Komandorski Orderu Zasługi PRL. 28 sierpnia 1998 roku, postanowieniem Prezydenta RP, za wybitne zasługi dla nauki polskiej Rotblat otrzymał Krzyż Komandorski z Gwiazdą Orderu Odrodzenia Polski. Aż do śmierci działał na rzecz rozbrojenia atomowego Rotblat nigdy nie zrezygnował z pracy na rzecz pokoju. Do końca życia angażował się w działania na rzecz promowania odpowiedzialności naukowców. Wybitny fizyk zmarł w wieku 96 lat, 31 sierpnia 2005 roku w Londynie. Spoczął na cmentarzu Hampstead. 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.
Impulsy spod lodu na Antarktydzie łamią znane prawa fizyki
Podczas poszukiwania neutrin fizycy natrafili na nietypowe sygnały radiowe, emitowane z głębi antarktycznego lodu. Eksperyment ANITA zarejestrował fale, których pochodzenie wciąż pozostaje tajemnicą – być może są dowodem na istnienie nieznanych nauce cząstek subatomowych.
Spis treści Niewytłumaczalne sygnały z głębi lodu zaskoczyły fizyków Neutrina – najbardziej nieuchwytne cząstki we Wszechświecie Co to jest eksperyment ANITA i jak działa? Detektor cząstek kosmicznych na Antarktydzie zarejestrował serię dziwnych sygnałów, które przeczą obecnemu stanowi wiedzy na temat fizyki cząstek – poinformowała międzynarodowa grupa badawcza z udziałem naukowców z uniwersytetu Penn State. Nietypowe impulsy radiowe zostały wykryte przez eksperyment ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) – zestaw instrumentów umieszczanych na balonach unoszących się wysoko nad Antarktydą. Niewytłumaczalne sygnały z głębi lodu zaskoczyły fizyków ANITA ma wykrywać fale radiowe powstające podczas bombardowania atmosfery przez promieniowanie kosmiczne. Tajemnicze sygnały, zamiast odbijać się od lodu, zdawały się dochodzić spod horyzontu. Tego kierunku nie da się wyjaśnić w ramach obecnej wiedzy fizycznej. Wynik może sugerować istnienie nieznanych dotąd cząstek lub ich interakcji, jak twierdzą naukowcy. Fale radiowe dochodziły spod lodu i były emitowane w specyficznym kierunku, pod ostrym kątem. Kosmiczne cząstki, które je wywołały, musiały przebić się przez skały, zanim dotarły do detektora. Skały Antarktydy powinny spowodować pochłonięcie sygnału radiowego i uczynić go niewykrywalnym. Dlaczego tak się nie stało – pozostaje zagadką. Neutrina – najbardziej nieuchwytne cząstki we Wszechświecie Sygnały wykryto podczas poszukiwania neutrin – cząstek zdolnych do przenikania przez materię. To cząstki bez ładunku i o najmniejszej masie spośród wszystkich cząstek subatomowych, powszechnie występujące we Wszechświecie. Zazwyczaj emitowane są przez źródła o wysokiej energii, takie jak gwiazdy, supernowe czy nawet Wielki Wybuch. Problem polega jednak na tym, że bardzo trudno je wykryć. Stephanie Wissel, profesorka fizyki, astronomii i astrofizyki, współautorka odkrycia, mówi: „Neutrina mogą ujawnić więcej informacji o wydarzeniach kosmicznych niż nawet najpotężniejsze teleskopy, ponieważ podróżują one niemal z prędkością światła i nie są zakłócane przez materię”. Wissel i zespoły naukowców z całego świata pracują nad projektowaniem i budową specjalnych detektorów neutrin – takich jak np. ANITA. Co to jest eksperyment ANITA i jak działa? ANITA to m.in. zestaw anten latających 40 kilometrów nad lodami Antarktydy, szukających neutrin, które wchodzą w interakcje z lodem i generują fale radiowe. Sygnały można prześledzić do ich źródła, podobnie jak tor odbicia piłki. Jednak wykryte anomalie nie pasują do modeli – kąt ich odbicia jest znacznie ostrzejszy, niż przewidują teorie. Tajemnicze sygnały póki co nie zostały potwierdzone przez inne obserwacje, np. detektorów IceCube i Obserwatorium Pierre Auger. „Podejrzewam, że może chodzić o jakiś ciekawy efekt propagacji fal radiowych w pobliżu lodu i horyzontu, którego jeszcze nie rozumiem” – powiedziała Wissel. – „Sprawdziliśmy wiele możliwych wyjaśnień, ale na razie żadne się nie potwierdziło.” Stephanie Wissel i jej zespół pracują nad kolejnym, ulepszonym detektorem o roboczej nazwie PUEO. Być może za jego pomocą uda się rozwikłać zagadkę tajemniczych sygnałów. Źródło: Physical Review Letters Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.
Wiele wskazuje na to, że odkryliśmy pierwsze gwiazdy zasilane ciemną materią. Co o nich wiemy?
Odkąd w 2007 roku ogłoszono, że pierwsze, powstałe po Wielkim Wybuchu gwiazdy mogły być zasilane nie przez fuzję jądrową, ale przez anihilację cząstek ciemnej materii, naukowcy poszukują śladów tzw. ciemnych gwiazd. Nowe obserwacje przeprowadzone za pomocą teleskopu kosmicznego Jamesa Webba sugerują, że być może faktycznie znaleźliśmy kilka tych niezwykłych obiektów kosmicznych.
Spis treści: Ciemne gwiazdy zasilane ciemną materią Obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba Hipoteza supermasywnych gwiazd pierwotnych Zagadka tlenu Astronomowie znaleźli najsilniejsze jak dotąd dowody na istnienie ciemnych gwiazd, czyli ogromnych, zasilanych częściowo tzw. ciemną materią obiektów powstałych we wczesnym Wszechświecie. Badacze liczą, że pomoże to wyjaśnić, dlaczego w trakcie obserwacji wczesnych etapów ewolucji Wszechświata dostrzegamy tajemnicze, ogromne czarne dziury. A choć nowe dane są intrygujące, nie wszyscy astronomowie są przekonani do tego odkrycia. Ciemne gwiazdy zasilane ciemną materią Zacznijmy od tego czym są tzw. ciemne gwiazdy zasilane ciemną materią. Sam termin po raz pojawił się w literaturze naukowej wraz z opublikowaniem przez Katherine Freese z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin i jej współpracowników artykułu „Dark Matter and the First Stars: A New Phase of Stellar Evolution”. Wówczas, w 2007 roku, badacze zasugerowali, że ogromne chmury wodoru i helu we wczesnym Wszechświecie mogły zmieszać się z pewną formą ciemnej materii, tworząc masywne, stabilne gwiazdy. Bez ciemnej materii tak duże chmury gazu zapadłyby się, tworząc czarną dziurę. Jednak energia pochodząca z anihilacji ciemnej materii mogła temu zapobiec, umożliwiając ogrzanie się gazu i utworzenie obiektu podobnego do gwiazdy, mimo braku fuzji jądrowej, która ma miejsce w większości zwykłych gwiazd. Hipoteza ciemnych gwiazd bazuje m.in. na tym, że we wczesnym Wszechświecie panowała większa gęstość ciemnej materii, co umożliwiło jej gromadzenie się w centrach protogwiazd. Cząstki ciemnej materii w centrum gwiazdy, np. tzw. WIMPy – Weakly Interacting Massive Particles – anihilując, produkują energię. Ta energia „podgrzewa” materię gwiazdy, zapobiegając jej zapadaniu się i umożliwiając utrzymanie stabilnej struktury bez rozpoczęcia fuzji jądrowej. Ciemne gwiazdy byłyby znacznie większe (nawet setki razy większe od Słońca), ale stosunkowo chłodne – świecące w podczerwieni. Obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba Do 2022 roku nie było zbyt wielu dowodów na istnienie tych egzotycznych obiektów. Jednak wówczas pojawiły się prowadzone w podczerwieni obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Właśnie on pozwolił wykryć niezwykle dużą liczbę bardzo jasnych, odległych obiektów powstałych zaledwie kilka milionów lat po Wielkim Wybuchu, które astronomowie uznali za prawdopodobne galaktyki. Jednak prof. Freese i jej zespół wykazali, że trzy z tych galaktyk pasowały również do kilku właściwości symulacji ciemnych gwiazd, takich jak ich okrągły profil i podobna intensywność światła. Brakowało im tylko szczegółowych danych spektroskopowych, aby dokonać ostatecznego odkrycia. Po zebraniu kolejnych danych Freese i jej współpracownicy twierdzą, że nowe obserwacje spektroskopowe tych wczesnych galaktyk dobrze pokrywają się z teoretycznymi przewidywaniami dotyczącymi wyglądu ciemnych gwiazd. Zidentyfikowali również kolejne dwie kandydatki na ciemne gwiazdy. Jedna z nich zawiera również intrygującą wskazówkę dotyczącą określonego rodzaju helu – pozbawionego elektronu – który, jeśli zostanie potwierdzony, byłby unikatowym identyfikatorem ciemnych gwiazd. – Jeśli to wszystko się potwierdzi, to nie wiem, jak inaczej niż ciemną gwiazdą można wyjaśnić te obserwacje – twierdzi prof. Freese. Badaczka podkreśla jednak, że dowody na to są jak dotąd ograniczone. Hipoteza supermasywnych gwiazd pierwotnych Wciąż stosunkowo niewielka ilość danych sprawia, że wielu naukowców wątpi w hipotezę prof. Freese. Wśród nich jest m.in. Daniel Whalen z Uniwersytetu w Portsmouth w Wielkiej Brytanii. Badacz opowiada się za alternatywną interpretacją pozyskanych danych, argumentując, że tzw. supermasywne gwiazdy pierwotne, czyli alternatywne, teoretyczne wczesne gwiazdy pozbawione ciemnej materii, równie dobrze pasują do danych JWST. – Zespół prof. Freese ignoruje całą literaturę dotyczącą powstawania supermasywnych gwiazd pierwotnych, z których niektóre mogą dawać sygnatury bardzo podobne do tych, jakie odnalazł JWST – powiedział Whalen w rozmowie z „New Scientist”. Freese nie zgadza się jednak z tym twierdzeniem, mówiąc, że jedyną prawdopodobną drogą do powstania tak masywnych gwiazd jest anihilacja ciemnej materii. – Naprawdę nie ma innego sposobu, aby je stworzyć – podkreśla badaczka. Zagadka tlenu Potencjalnym problemem jest to, że oddzielne obserwacje obiektów badanych przez Freese i jej współpracowników, przeprowadzone z chilijskiego teleskopu Atacama Large Millimeter Array (ALMA), wskazują na obecność tlenu. Ponieważ pierwiastek ten nie występuje w ciemnych gwiazdach, sugeruje to, że ciemne gwiazdy są zmieszane z innymi gwiazdami lub posiadają innego rodzaju towarzyszy. Tak przynajmniej twierdzi Freese. Jednak Whalen uznaje detekcję tlenu za wyraźny znak, że obiekty te nie mogą być ciemnymi gwiazdami. Rozwiązanie zagadki ciemnych gwiazd lub – jeśli potwierdzi się hipoteza Whalena – supermasywnych gwiazd pierwotnych, może pomóc w rozwiązaniu kolejnej kosmicznej zagadki, jaką jest obfitość gigantycznych czarnych dziur odkrytych niedawno przez JWST. Obecnie uważa sie, że takie czarne dziury mogą istnieć tylko wtedy, gdy powstają z niezwykle dużych skupisk materii. Jednak we wczesnym Wszechświecie nie powinno być nic wystarczająco dużego, aby to umożliwić – z wyjątkiem ciemnych gwiazd. 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”.
Polski nastolatek, który zbudował prototyp telewizora. Podziwiał go Einstein
Mieczysław Wolfke to jeden z najbardziej niedocenionych polskich naukowców XX wieku. Jego prace nad holografią i telewizją wyprzedziły swoją epokę, a odkrycia w dziedzinie niskich temperatur wpłynęły na rozwój fizyki.
Spis treści: Wczesne lata i edukacja Kariera naukowa i odkrycia Życie prywatne i działalność społeczna Dziedzictwo i wpływ na naukę Urodzony w 1883 roku w Łasku Mieczysław Wolfke już jako dziecko wykazywał niezwykłe zainteresowanie nauką. W wieku 12 lat napisał rozprawę na temat podróży międzyplanetarnych, a kilka lat później opatentował urządzenie do bezprzewodowego przesyłania obrazu – prototyp telewizji. Kariera naukowa badacza rozwijała się w Polsce i za granicą, gdzie współpracował z wybitnymi uczonymi, takimi jak Albert Einstein. W czasach, gdy wiele jego koncepcji wyprzedzało możliwości technologiczne, Wolfke nie ustawał w dążeniu do popularyzacji nauki. Wczesne lata i edukacja Dzieciństwo pełne eksperymentów Mieczysław Wolfke przyszedł na świat 29 maja 1883 roku w Łasku na Ziemi Łódzkiej. Od najmłodszych lat interesował się techniką i nauką, przeprowadzając samodzielne eksperymenty w domu. Talent młodego Mietka dostrzegli nauczyciele, którzy zachęcali chłopca do dalszego rozwijania pasji. Już jako dziecko zbudował prosty aparat rentgenowski oraz pisał eseje na temat podróży kosmicznych, co w XIX wieku było wyjątkowe. Studia i pierwsze wynalazki W 1898 roku, będąc jeszcze uczniem gimnazjum, opracował i opatentował kompletny system telewizji bezprzewodowej, w którym zaproponował wykorzystanie fal elektromagnetycznych do przesyłania sygnałów telewizyjnych. Był to projekt telektroskopu bez drutów– urządzenia do przesyłania obrazów na odległość, które w istocie było prototypem dzisiejszej telewizji. Wynalazek Wolfkego był udoskonaleniem prac innego polskiego inżyniera Jana Szczepanika. Po ukończeniu szkoły średniej w Warszawie wyjechał na studia do Szwajcarii, gdzie uczęszczał do Politechniki w Zurychu (ETH Zürich), jednej z najlepszych uczelni technicznych świata. W 1909 roku obronił doktorat na temat promieniowania ciał stałych. Już wtedy jego badania spotkały się z zainteresowaniem takich autorytetów jak Max Planck. Kariera naukowa i odkrycia Prace nad holografią W 1920 roku Wolfke ogłosił teorię widzenia przestrzennego obrazów, która po latach została uznana za pierwszą koncepcję holografii. Choć wówczas technologia laserowa nie istniała, jego podejście oparte na interferencji fal świetlnych stało się podstawą późniejszych badań. Współczesne systemy holograficzne, wykorzystywane m.in. w diagnostyce medycznej i rzeczywistości rozszerzonej, są rozwinięciem jego myśli naukowej. Pośrednio między badaniom Mieczysława Wolfke możemy dzisiaj mówić o najmocniejszych laserach na świecie. Badania w dziedzinie niskich temperatur Wolfke przez wiele lat pracował w Instytucie Fizycznym Uniwersytetu Technicznego w Delft oraz na Politechnice Warszawskiej, gdzie prowadził badania z zakresu kriogeniki. Wspólnie z Kamerlingh-Onnesem badał zjawiska nadprzewodnictwa i nadciekłości. Był jednym z pierwszych naukowców, który przewidział możliwość istnienia fazy ciekłego helu II, mającej niezwykłe właściwości, jak brak lepkości. Jego prace wpłynęły na dalszy rozwój fizyki niskotemperaturowej i zastosowanie tych zjawisk w technologii, jak choćby w medycynie czy lotnictwie. Życie prywatne i działalność społeczna Rodzina i związki Mieczysław Wolfke był człowiekiem rodzinnym, choć jego życie zawodowe często dominowało nad prywatnym. Był żonaty, miał córkę, a jego wnuki do dziś dbają o popularyzację jego dorobku. Znany był z dużego zaangażowania w życie uczelni i organizowanie wydarzeń naukowych, także dla dzieci i młodzieży. Mimo pracy za granicą, zawsze czuł silny związek z Polską. Zaangażowanie w działalność masońską Wolfke był członkiem loży masońskiej „Kopernik” w Warszawie działającej na rzecz pokoju i wolności słowa. W trudnych politycznie czasach międzywojnia i wojny, angażował się w edukację młodzieży i obronę wolności nauki. Podczas II wojny światowej był prześladowany przez Niemców, a jego laboratorium zostało zniszczone. Nigdy jednak nie zrezygnował z pracy naukowej, nawet w trudnych warunkach konspiracyjnych. Dziedzictwo i wpływ na naukę Wpływ na współczesną technologię Wolfke pozostawił po sobie ponad 100 prac naukowych, z których wiele do dziś cytowanych jest w prestiżowych czasopismach. Jego wizjonerskie podejście do fizyki i technologii sprawiło, że był pionierem w wielu dziedzinach: od obrazowania przestrzennego po technologie kriogeniczne. Wielu badaczy uważa go za jednego z „ojców” nowoczesnej telewizji i holografii. Upamiętnienie i uznanie pośmiertne Mieczysław Wolfke zmarł 4 maja 1947 roku w Gliwicach. Jego grób znajduje się na cmentarzu w Zabrzu. Po latach zapomnienia, jego nazwisko coraz częściej pojawia się w kontekście wybitnych polskich uczonych. Został patronem szkół, ulic oraz sal wykładowych. W 2023 roku Polskie Towarzystwo Fizyczne zorganizowało konferencję upamiętniającą jego życie i dokonania, podkreślając jego wpływ na rozwój światowej nauki. Źródło: National Geographic Polska
Wszechświat zaczął się w czarnej dziurze, a Wielkiego Wybuchu nie było? Nowa teoria na temat początku wszystkiego
Nowa teoria fizyków podważa dominującą narrację o Wielkim Wybuchu. Według niej nasz Wszechświat mógł powstać wewnątrz czarnej dziury – bez potrzeby istnienia osobliwości czy ciemnej energii.
Spis treści: Teoria Wielkiego Wybuchu jest niewystarczająca Fizyka kwantowa kontra osobliwość: co tłumaczy teoria odbicia? Czy nowa teoria zostanie potwierdzona? Wielki Wybuch od dawna uchodzi za moment narodzin Wszechświata – chwilę, w której powstały czas, przestrzeń i materia. Jednak nowa teoria, opublikowana w czasopiśmie „Physical Review D”, podważa to założenie. Zespół fizyków sugeruje, że Wielki Wybuch wcale nie był początkiem. Teoria Wielkiego Wybuchu jest niewystarczająca? Według nowej propozycji fizyków Wielki Wybuch nie był początkiem, lecz efektem kolapsu grawitacyjnego bardzo masywnego obiektu – czarnej dziury – a następnie odbicia („bounce”) materii wewnątrz niej. Obowiązujący model kosmologiczny oparty na Wielkim Wybuchu dobrze opisuje ewolucję Wszechświata, ale wymaga wprowadzenia hipotetycznych składowych, takich jak np. ciemna energia czy osobliwość (singularity), w której załamują się prawa fizyki. Nowy model tego nie potrzebuje. Ta nowa „teoria odbicia” nie wymaga wprowadzania żadnych hipotetycznych założeń i według jej twórców jest to jej ogromną zaletą. Zamiast śledzić ekspansję Wszechświata wstecz, rozważa ona stan ultragęstej materii zapadającej się pod wpływem grawitacji. Kluczowy moment następuje, gdy zamiast osobliwości (punktu o nieskończonej gęstości), następuje „odbicie” materii i rozpoczęcie nowej fazy ekspansji – czyli narodziny Wszechświata. Fizyka kwantowa kontra osobliwość: co tłumaczy teoria odbicia? Jednak wcześniej naukowcy, w tym m.in. Stephen Hawking i Roger Penrose, udowadniali że istnienie osobliwości jest nieuchronne. Twórcy nowej teorii twierdzą, że to nieprawda. Argumentują, że poprzednie teorie nie brały pod uwagę fizyki w mikroskali i nie uwzględniały efektów kwantowych. Oni uwzględniają w obliczeniach tzw. zakaz Pauliego, mówiący, że fermiony (cząstki takie jak elektrony czy protony) nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego, co zapobiega nieskończonemu ściskaniu materii. W efekcie dochodzi do „odbicia” zamiast osobliwości. Odbicie zachodzi w ramach znanych teorii: ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej – bez potrzeby dodawania nieznanych pól czy wymiarów. Co więcej, ten mechanizm naturalnie tłumaczy dwie fazy przyspieszonej ekspansji Wszechświata – inflację i późniejsze przyspieszenie związane z ciemną energią – jako efekty fizyki odbicia, niewymagające odrębnych wyjaśnień. To bez wątpienia jedna z najciekawszych teorii kosmologicznych ostatnich lat. Czy nowa teoria zostanie potwierdzona? Według nowej teorii Wszechświat jest minimalnie zakrzywiony, jak powierzchnia kuli. Jeśli przyszłe misje kosmiczne (np. Euclid) to potwierdzą, będzie to silny dowód na poparcie teorii odbicia. Model ten może też rzucić nowe światło na: pochodzenie supermasywnych czarnych dziur, naturę ciemnej materii czy formowanie się galaktyk. Planowane misje kosmiczne, takie jak Arrakhis, mają badać trudno uchwytne struktury galaktyczne, co pomoże zweryfikować nową teorię. Najbardziej rewolucyjne jest jednak założenie, że nasz Wszechświat rozpoczął się wewnątrz czarnej dziury utworzonej w „nadrzędnym” wszechświecie-macierzy. To oznacza, że nie jesteśmy wyjątkowi – wszystko co znamy powstało w wyniku naturalnych cykli grawitacyjnych i kwantowych, a nie z „niczego”. Teoria odbicia wpisuje nasze istnienie w większy, cykliczny porządek kosmiczny. Źródło: Physical Review D Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.