Zwykła sól, kosmiczny kształt. Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wyrósł niezwykły kryształ
Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej doszło do niezwykłej transformacji chlorku potasu. W warunkach mikrograwitacji kryształy tej soli przybrały formy przypominające misterne rzeźby. Takie kształty nie byłyby możliwe do uzyskania w ziemskich laboratoriach.
Niezwykłe zdjęcia i nagrania wideo przedstawiające wzrost kryształów chlorku potasu udostępnił astronauta NASA, Don Pettit. Zamiast formować typowe sześciany, w kosmosie chlorek potasu wykrystalizował w dziwne, puste w środku piramidy o schodkowych kształtach. Dlaczego kryształy w kosmosie przybierają dziwne kształty? Na Ziemi hodowla kryształów jest ograniczona przez masę samej substancji – gdy stają się one zbyt ciężkie, mają tendencję do osiadania na dnie naczynia, uginania się lub pękania pod własnym ciężarem. Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie grawitacja jest około milion razy słabsza niż na powierzchni naszej planety, te ograniczenia znikają, pozwalając kryształom na swobodny wzrost we wszystkich kierunkach. Chlorek potasu (jedna z naturalnie występujących na Ziemi soli) dąży do formy sześcianu. Jednak w mikrograwitacji proces ten ulega fascynującemu zaburzeniu: kryształ narasta głównie na krawędziach i w narożnikach. Efektem jest powstawanie pustych przestrzeni wewnątrz struktury i tworzenie się charakterystycznych, schodkowych warstw, układających się w misterne formacje. Ponieważ każdy nowy narożnik staje się potencjalnym punktem zmiany kierunku wzrostu, kryształ zaczyna się zwijać, tworząc widoczne na zdjęciu eleganckie „ozdobniki”. Siły molekularne przejmują kontrolę Kluczem do zrozumienia tego kosmicznego fenomenu jest zmiana hierarchii sił fizycznych oddziałujących na cząsteczki. Jak wyjaśnia prof. Anne Wilson z Butler University, w mikrograwitacji siły przyciągania cząsteczkowego oraz polarność cząsteczek stają się znacznie bardziej zauważalne. To właśnie te subtelne oddziaływania dyktują, w jaki sposób ciecze i kryształy formują swoje struktury. Brak zniekształceń wywołanych ciężarem sprawia, że kryształy rosną w sposób niemal idealnie uporządkowany, co nadaje im wygląd tak regularny, że aż nierzeczywisty. Dla badaczy to rzadka okazja, by zobaczyć, jak wygląda „idealna” struktura krystaliczna, pozbawiona defektów, które na Ziemi są nieuniknione przez wpływ grawitacji. Za tym pięknym obrazem kryje się ogromna wartość badawcza. Zrozumienie mechanizmów tworzenia się struktur z minimalną liczbą defektów może zrewolucjonizować procesy produkcyjne na Ziemi, szczególnie w branży półprzewodników i nowoczesnych materiałów elektronicznych. Źródło: Live Science Nasza autorka Magdalena Rudzka Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.
Naukowcy zamknęli „czarną dziurę” w laboratorium. Przełomowy eksperyment fizyków
Czarna dziura stworzona w laboratorium zaczęła „parować”. Wykorzystując ultrakrótkie impulsy lasera i zaawansowaną matematykę, naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali odpowiednik procesu, który w 1974 roku opisał prof. Stephen Hawking. Ten przełomowy eksperyment nie tylko upraszcza dotychczasowe modele fizyczne, ale też otwiera drzwi do zrozumienia mechanizmów rządzących najbardziej tajemniczymi obiektami we Wszechświecie.
Spis treści: Czym jest promieniowanie Hawkinga Laboratoryjne czarne dziury Parowanie czarnych dziur Fizycy z zespołu kierowanego przez dr. Lorenza M. Procopio z Uniwersytetu w Paderborn w Niemczech wykorzystali w laboratorium analog czarnej dziury. Stworzono go, co wydaje się w tej sytuacji paradoksalnie, ze światła. Laboratoryjna czarna dziura zaczęła „parować”, co pozwoliło naukowcom zaobserwować odpowiednik procesu sprzężenia zwrotnego promieniowania Hawkinga. Aby całkowicie uwolnić się od przyciągania grawitacyjnego Ziemi bez dalszego użycia napędu, należy nadać obiektowi tzw. prędkość ucieczki (drugą prędkość kosmiczną). Na poziomie morza wynosi ona około 11,2 km/s, co daje około 40 300 km/godz. Prędkość ucieczki z Ziemi to zaledwie około 0,00374% prędkości światła (w przybliżeniu 1/26 800 prędkości światła). Grawitacja czarnej dziury jest tak potężna, że nawet światło nie jest w stanie się z niej wyrwać. Odległość od centrum czarnej dziury wyznaczająca granicę, poza którą światło nie może już się wydostać, nazywana jest horyzontem zdarzeń. Jest to tylko jeden z powodów, dla których czarne dziury są tak fascynujące oraz dlaczego tak trudno je badać. Czym jest promieniowanie Hawkinga W roku 1974 profesor Stephen Hawking po raz pierwszy zaproponował, że czarne dziury promieniują. To promieniowanie ciała doskonale czarnego powstaje wskutek efektów kwantowych w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Jednak mimo że promieniowanie Hawkinga jest solidnym i powszechnie akceptowanym przewidywaniem kwantowej teorii pola w zakrzywionej czasoprzestrzeni, dokładny sposób przekazywania energii z czarnej dziury do emitowanego promieniowania pozostaje nierozwiązanym problemem. Największa trudność jest taka sama w przypadku czarnych dziur: bezpośrednia obserwacja promieniowania Hawkinga jest obecnie niemożliwa. Co więcej, przewiduje się, że jego sygnał jest tak słaby, że być może nigdy nie uda się go oddzielić od promieniowania tła, które wypełnia cały Wszechświat. Laboratoryjne czarne dziury Dlatego zamiast badać prawdziwe czarne dziury, fizycy budują laboratoryjne układy działające zgodnie z tymi samymi prawami fizyki. Te analogi czarnych dziur rządzą się tą samą matematyką co czarne dziury. W eksperymencie użyto bardzo krótkich impulsów lasera przelatujących przez specjalne włókno światłowodowe. Pierwszy impuls zmienia właściwości optyczne szkła, spowalniając światło biegnące tuż za nim. Dla drugiego impulsu tworzy się w ten sposób „sztuczny horyzont zdarzeń” – sytuacja przypomina ucieczkę przed goniącą nas falą, która ostatecznie nas dogania i zamyka w pułapce. Właśnie to zjawisko naśladuje zachowanie światła w pobliżu prawdziwej czarnej dziury. Wcześniej ten sam układ posłużył do odtworzenia samego promieniowania Hawkinga. Tym razem badacze szukali czegoś subtelniejszego – sprzężenia zwrotnego pokazującego, jak energia przechodzi z analogowej czarnej dziury do promieniowania. Pomaga tu trzecia zasada dynamiki Newtona, czyli prawo akcji i reakcji. Mówi ona, że każdej akcji towarzyszy równa co do wartości i przeciwnie skierowana reakcja. Jeśli ciało A działa na ciało B pewną siłą, to ciało B działa na ciało A siłą o takiej samej wartości, ale przeciwnie skierowaną. Parowanie czarnych dziur Sprzężenie zwrotne to właśnie taki „odrzut” w analogu czarnej dziury: skoro promieniowanie Hawkinga unosi energię, układ, który je stworzył, musi tę energię oddać. Naukowcy nie patrzyli więc na samo promieniowanie, lecz na maleńkie przesunięcie impulsu laserowego, który je wygenerował – czyli na „odpychającego”, nie na „odepchniętego”. Tu pojawiła się niespodzianka. Dotąd sądzono, że promieniowanie Hawkinga w takich analogach powstaje przez złożoną kaskadę zjawisk optycznych. Nowe wyniki pokazują jednak, że wystarczy jeden, bezpośredni proces, który tłumaczy zarówno promieniowanie, jak i sprzężenie zwrotne – pod warunkiem, że oddziaływanie między promieniowaniem a odpowiednikiem pola grawitacyjnego ma charakter bikwadratowy. Autorzy sugerują, że prawdziwe czarne dziury mogą promieniować w równie prosty sposób, a mechanizm ten opisywałby, jak dokładnie „parują”. Zaobserwowanie takiego zjawiska wokół realnej czarnej dziury pozostaje niemożliwe. Jeśli jednak podobny mechanizm potwierdzi się w innych analogach, będzie można mówić o odkryciu fundamentalnym. To z kolei pomogłoby rozwiązać paradoks informacji – problem, nad którym Hawking pracował do końca życia. Źródło: Nature Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i pisarka zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Absolwentka Uniwersytetu Warszawskiego, przygodę z mediami rozpoczęła ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” współpracuje m.in. z „Wysokimi Obcasami” i kilkoma magazynami premium. Współautorka trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Pracuje w Centrum Badań Kosmicznych PAN i współpracuje z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN.
Megastruktury obcych wokół największych czarnych dziur? Fascynująca teoria fizyka z Oksfordu
Największa znana czarna dziura ma masę około 36 miliardów Słońc. Jest gargantuicznie wielka, ale to i tak nic w porównaniu z obiektami, jakich poszukuje Brian Lacki – fizyk teoretyczny, który na co dzień poluje na sygnały obcych cywilizacji, a przy okazji zaproponował, jak wytropić czarne dziury większe niż całe galaktyki.
Niezależnie od typu, żadna czarna dziura nie jest mała. Nawet najmniejsze zarejestrowane czarne dziury mają masę wielokrotnie większą od Słońca, a rekordzistki, jak Kosmiczna Podkowa (Cosmic Horseshoe), mają masę nawet 36 miliardów Słońc. Ale na tym nie koniec. Obecnie mówi się o typie czarnej dziury, która przyćmiewa wszystkie pozostałe: niewiarygodnie ogromnych czarnych dziur, znanych również jako SLAB (stupendously large black holes). Te mroczne potwory mogłyby mieć masę dorównującą całym galaktykom. Czy czarna dziura rzuca cień? Koncepcja SLAB-ów narodziła się kilka lat temu, po części jako efekt uboczny poszukiwań ciemnej materii – tajemniczej substancji odpowiadającej za około 85 procent materii we wszechświecie. Naukowcy próbowali wykryć te giganty, tropiąc emitowane przez nie światło lub zniekształcenia czasoprzestrzeni, jakie powodują. Na początku tego roku astronom Brian Lacki z oksfordzkiego projektu Breakthrough Listen (SETI) zaproponował jednak inne podejście: szukanie cieni, jakie SLAB-y rzucają na kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła – światło uwolnione tuż po Wielkim Wybuchu, które do dziś wypełnia cały kosmos. Odniesienie do programu poszukiwania inteligencji pozaziemskiej jest w tym wypadku kluczowe. Jak wyjaśnił Brian Lacki w rozmowie z portalem „New Scientist”, zastanawianie się nad tym, co mogłoby istnieć we wszechświecie pomaga określić jakich sygnałów warto szukać. – Od dawna pojawiają się hipotezy, że zaawansowane cywilizacje nie musiałyby ograniczać się do swoich planet. Mogłyby budować olbrzymie konstrukcje wielkości całych układów planetarnych, a nawet jeszcze większe – powiedział astronom. Galaktyczny rój Dysona czyli sposób Obcych na energię Lacki odniósł się w ten sposób do koncepcji tzw. roju Dysona: struktury otaczającej gwiazdę ogromną liczbą elementów pochłaniających jej promieniowanie i wykorzystujących energię do zasilania wszystkiego, czego dana cywilizacja potrzebuje: od habitatów po systemy obliczeniowe. Jednak kto powiedział, że rój musiałby ograniczać się do jednej gwiazdy? Niektórzy teoretycy zastanawiają się, czy takie roje mogłyby istnieć w skali całej galaktyki. Czy obcy mogli zmusić czarne dziury do pracy? – Zaproponowałem, że zamiast budować roje wokół gwiazd, bardzo zaawansowane cywilizacje mogłyby rozpraszać w przestrzeni międzygwiazdowej sztuczne ziarenka pyłu, z których każde zawierałoby mikroskopijny komputer – powiedział Lacki. Wyjaśnił, że takie drobiny nadal pochłaniałyby światło gwiazd, ale ponieważ znajdowałyby się znacznie dalej od nich, miałyby bardzo niską temperaturę – niewiele wyższą od temperatury kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, około 3–4 kelwinów. – Powód, dla którego inteligentna cywilizacja mogłaby się na to zdecydować, jest prosty: im niższa temperatura, tym więcej obliczeń można wykonać przy użyciu tej samej ilości energii. Później poszedłem o krok dalej i zasugerowałem, że jeśli naprawdę chce się osiągnąć absolutne maksimum możliwości i wykorzystać jak największą liczbę mikroskopijnych komputerów, można byłoby zaprząc do tego ogromną czarną dziurę o masie biliarda mas Słońca. Służyłaby ona do chłodzenia tych miniaturowych komputerów, ponieważ w przestrzeni wokół niej można byłoby zmieścić ich niewiarygodnie wiele – wyjaśnia ekspert. Energia na kosmiczną skalę: silnik cieplny w czarnej dziurze W swoich rozważaniach poszedł nawet dalej. Innym zaproponowanym przez niego pomysłem jest stworzenie silnika cieplnego, w którym ciepło przepływałoby z kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła do czarnej dziury. Taki przepływ energii cieplnej można byłoby wykorzystać do wytwarzania energii na skalę kosmiczną. – Większość ludzi uważa, że supermasywne czarne dziury są największymi, jakie mogą istnieć. Kiedy gaz zbliża się bardzo blisko czarnej dziury, emituje ogromne ilości promieniowania. Powstają również dżety cząstek oraz potężne wiatry, które wywierają ciśnienie wypychające materię na zewnątrz. Przez długi czas sądzono więc, że z powodu tego efektu „zadławienia” czarna dziura nie może urosnąć do masy większej niż około 100 miliardów mas Słońca. Nie wiemy jednak tego z całkowitą pewnością – mówi astronom. Źródło: New Scientist Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Jestem dziennikarką, redaktorką i pisarką zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Ukończyłam Uniwersytet Warszawski, a swoją przygodę z mediami rozpoczęłam ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” tworzę także artykuły dla magazynów premium, w tym dla Onet.pl oraz Gazeta.pl. Jestem współautorką trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Zostałam również wyróżniona funkcją ambasadorki Śląskiego Festiwalu Nauki. Na co dzień pracuję w Centrum Badań Kosmicznych PAN, a także współpracuję z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN. Mam wielkie szczęście, ponieważ wykonuję pracę, która jest jednocześnie moją ogromną pasją i stanowi dużą część mojego życia. Resztę czasu poświęcam rodzinie oraz moim ukochanym psom. Jestem po prostu Trekkie w niekończącej się misji odkrywania nowych technologii, planet i osobliwości.
Espresso pod lupą fizyków. Coś dziwnego dzieje się po 30 sekundach parzenia kawy w ekspresie ciśnieniowym
Ciśnienie w espresso nie działa tak po prostu. Badacze z Uniwersytetu Warszawskiego, parząc setki kaw w ekspresie klasy baristycznej i mierząc parametry odkryli, dlaczego przy typowych dla espresso wysokich ciśnieniach porcja kawy zmienia nagle swe właściwości.
– Jako fizycy codziennie pijemy kawę, by móc prowadzić badania. Tym razem jednak nie potraktowaliśmy jej jak paliwo, lecz uczyniliśmy z niej przedmiot badań – mówi dr hab. Maciej Lisicki z Uniwersytetu Warszawskiego. Ten nietypowy projekt zaczął się od tego, gdy student fizyki zagadnął baristów podczas Warsaw Coffee Conference: jakie jest ich najważniejsze pytanie do naukowców? Odpowiedź brzmiała: jak zatrzymać channeling podczas parzenia espresso? To zjawisko polega na tym, że woda, zamiast równomiernie przesączać się przez sprasowaną kawę w kolbie ekspresu, wybiera drogę najmniejszego oporu. Efekt bywa fatalny. Channeling łatwo prowadzi do nieprzyjemnie gorzkiego posmaku espresso. Zespół z UW postanowił opisać problem językiem mechaniki płynów i materiałów porowatych. W praktyce oznaczało to serię kontrolowanych prób. Fizycy zaparzyli setki espresso przy zmienianym ciśnieniu, za każdym razem rejestrując parametry dzięki czujnikowi ciśnienia. Celem nie było znalezienie „jednego złotego ustawienia”, lecz zbudowanie matematycznego opisu relacji między ciśnieniem a natężeniem przepływu wody przez zmieloną kawę. Wysokie ciśnienie zmienia kawę Przy niższych ciśnieniach zachowanie kawy jest intuicyjne i zgodne z klasycznym opisem ośrodka porowatego: większe ciśnienie daje proporcjonalnie większy przepływ. Espresso powstaje jednak zwykle przy wartościach rzędu około 6–9 razy większych od ciśnienia atmosferycznego. W takiej sytuacji, jak pokazują pomiary, układ przestaje reagować liniowo, a zależność ciśnienie–przepływ staje się nieprzewidywalna. Kluczowy moment pojawia się po około 30–40 sekundach. Wtedy, wraz z postępującym rozpuszczaniem składników kawy, to, co pozostaje w kolbie, można sklasyfikować jako materiał poroelastyczny. To nie jest zwykła „gąbka” ani prosty zbiór ziaren z pustymi przestrzeniami. Poroelastyczność oznacza, że struktura jednocześnie przepuszcza ciecz i sprężyście reaguje na jej napór. W takim układzie zmiana ciśnienia potrafi wywołać odpowiedź nieliniową: dalsze zwiększanie ciśnienia w ekspresie nie musi już zwiększać tempa przepływu przez kawę. W tym miejscu warto jednak zwrócić uwagę na kwestię czasu. Klasyczny przepis na espresso zakłada, że przez kawę przepuszcza się wodę o temperaturze 88 stopni Celsjusza pod ciśnieniem 9 barów, tak by uzyskać około 25 ml naparu w ciągu 25 sekund. Innymi słowy, zajmuje to tak mało czasu, że opisany wyżej efekt nie zdąży wystąpić. Alternatywne sposoby parzenia espresso skracają ten czas nawet poniżej 15 sekund. To zresztą czas ekstrakcji typowy dla ristretto, czyli „skróconego” espresso. Model teoretyczny a praktyka baristy Dla osób, które próbują „okiełznać” espresso w domu lub w kawiarni, ta informacja ma wymiar praktyczny. Skoro porcja kawy w pewnym momencie zaczyna zachowywać się jak materiał poroelastyczny, to sama strategia polegająca na podnoszeniu ciśnienia może nie tylko nie pomóc, ale też utrudnić kontrolę procesu. – W środowisku kawowym wspominano o tym zagęszczeniu poroelastycznym, ale bez konkretnych dowodów. Jako pierwsi scharakteryzowaliśmy ten efekt, co skłoniło nas do sformułowania jego opisu teoretycznego – powiedział Lisicki. Model fizyczny nie zastąpi doświadczenia baristy, ale może podpowiadać, kiedy zwiększanie ciśnienia w ekspresie mija się już z celem. Kolejny krok ma dotyczyć obserwacji tego, co na co dzień pozostaje ukryte w metalowym wnętrzu kolby ekspresu. Zespół planuje wykorzystać szklane kulki do obrazowania przepływu kawy, aby przeanalizować jego dynamikę. – Fizyka polega na szukaniu odpowiedzi na nierozwiązane zagadki. Okazało się, że kawa dostarcza takich zagadek równie dobrze, jak galaktyki – podsumowuje dr Lisicki. Źródło: Physics of Fluids
Teoretycznie księżyce mogłyby mieć własne naturalne satelity. Dlaczego zatem ich nie obserwujemy?
Prawa fizyki pozwalają na istnienie naturalnych satelitów księżyców. Mimo to nie zaobserwowano takich ciał niebieskich nawet wokół bardzo masywnych księżyców. Ten brak subksiężyców jest ciekawą zagadką naukową. Nie dlatego, że subksiężyce nie mogą istnieć, lecz dlatego, że w kilku przypadkach powinny być możliwe, a mimo to ich nie widzimy.
Niektóre księżyce planet Układu Słonecznego są ogromne. Księżyc Jowisza Ganimedes, największy naturalny satelita Układu Słonecznego, ma średnicę 5268 km, czyli jest 1,5 razy szerszy od naszego Księżyca i ponaddwukrotnie odeń masywniejszy. Księżyc Saturna Tytan ma średnicę 5149 km – jest o 6% większy od Merkurego i o 50% większy od ziemskiego Księżyca. Natomiast Kallisto, drugi co do wielkości księżyc Jowisza, ze średnicą 4821 km jest mniej więcej o jedną trzecią większy od Księżyca. Nie tylko masa ma znaczenie Pod względem masy i rozmiarów Ganimedes, Tytan i Kallisto są wystarczająco duże, aby móc utrzymywać satelity, gdyby krążyły samodzielnie wokół Słońca jako planety. Jednak astronomowie nie zarejestrowali żadnych satelitów krążących wokół masywnych księżyców. Dlaczego? Zacznijmy od tego, że każde ciało niebieskie ma wokół siebie obszar, w którym dominuje jego grawitacja. Obszar ten zwany jest sferą Hilla. Aby księżyc mógł utrzymać własnego satelitę, musi posiadać odpowiednio dużą sferę Hilla. Im bliżej planety znajduje się księżyc, tym mniejsza jest jego sfera Hilla, a zatem trudniej utrzymać subksiężyc na stabilnej orbicie. Ponadto aby zapewnić dynamiczną stabilność, układ księżyc-gospodarz musi mieć sferę Hilla większą niż jego własny promień fizyczny oraz większą niż limit Roche’a. Limit Roche’a jest to minimalna odległość, w której satelita może krążyć, nie zostając rozszarpanym przez siły pływowe. Grawitacja planety (lub księżyca-gospodarza) ciągnie mocniej w stronę bliższego boku satelity niż dalszego – to rozciąganie. Gdy satelita jest zbyt blisko, rozciąganie przewyższa jego własną grawitację i obiekt się rozpada. Właśnie tak powstały pierścienie Saturna. Grawitacja planety Jak wyjaśnia w artykule opublikowanym na łamach „New Scientist” dr Russell Sceats z Uniwersytetu w Essex w Wielkiej Brytanii, księżyce zazwyczaj nie mają własnych księżyców, ponieważ planeta, wokół której krążą, wywiera znacznie silniejszy wpływ grawitacyjny niż sam księżyc. – Każdy obiekt próbujący krążyć wokół księżyca byłby silnie zakłócany przez grawitację planety, co z czasem prowadziłoby do niestabilności jego orbity. W rezultacie taki obiekt albo spadłby na księżyc, albo przeszedł na orbitę wokół planety, albo został całkowicie wyrzucony z układu. Dlatego nie obserwujemy stabilnych naturalnych układów subksiężyców – przekonuje badacz. Ciekawy przypadek Księżyca Biorąc pod uwagę powyższe rozważania, warto przyjrzeć się naszemu Księżycowi. Znajduje się wystarczająco daleko od Ziemi, aby móc utrzymać subksiężyc, ponadto jest całkiem masywny. Mimo to nie ma subksiężyców. Zdaniem badaczy wiąże się to z ewolucją naszego naturalnego satelity. Po powstaniu Księżyc krążył znacznie bliżej Ziemi i stopniowo oddalał się na obecną odległość. Subksiężyce mogłyby stać się stabilne dopiero wtedy, gdy Księżyc znalazł się dalej niż około 30 promieni Ziemi, co miało miejsce dość późno w historii układu Ziemia–Księżyc. – Ziemia i jej Księżyc tworzą układ dwóch ciał grawitacyjnych, w którym oba obiekty krążą wokół wspólnego środka masy, zwanego barycentrum. Ziemia nie pozostaje nieruchoma, gdy Księżyc ją okrąża – oba ciała poruszają się pod wpływem wzajemnego przyciągania grawitacyjnego – twierdzi naukowiec. Układ quasi-podwójny Dodaje, że Księżyc jest niezwykle duży w porównaniu z Ziemią, zwłaszcza na tle większości układów planeta–księżyc. W rezultacie barycentrum jest wyraźnie przesunięte względem środka Ziemi, a ruchy obu ciał są silnie ze sobą sprzężone. Barycentrum znajduje się na linii łączącej środek Ziemi z Księżycem, około 1700 kilometrów pod powierzchnią Ziemi. Patrząc na ten układ dynamicznie, Ziemia i Księżyc nie są po prostu planetą i jej satelitą, lecz parą ciał krążących wokół wspólnego barycentrum. Chociaż Księżyc jest tradycyjnie klasyfikowany jako naturalny satelita Ziemi, Międzynarodowa Unia Astronomiczna (IAU) nie ustanowiła powszechnie akceptowanej definicji „planety podwójnej”. Z tego powodu niektórzy naukowcy określają układ Ziemia–Księżyc jako mający charakter „quasi-podwójny” (binary-like). Nawet jeśli oficjalnie nie jest on uznawany za układ planety podwójnej, stanowi jeden z najbliższych przykładów takiej konfiguracji w całym Układzie Słonecznym. Źródła: newscientist.com, academic.oup.com 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”.
Zapomnij o zegarach atomowych. Europejscy fizycy uruchomili pierwszy na świecie zegar jądrowy
Niezwykle precyzyjne zegary atomowe działają od lat 50. XX wieku i wydawało się, że w chronometrii osiągnęliśmy już technologiczny sufit. Tymczasem fizykom udało się pokonać barierę, która wydawała się niemożliwa do pokonania – niezależne zespoły z Europy i Chin skonstruowały pierwsze na świecie, w pełni funkcjonalne zegary jądrowe.
Zegary atomowe, choć genialne w swojej konstrukcji (potrafią nie spóźnić się nawet o sekundę przez miliardy lat), opierają się na analizie „tykania” – skoków energetycznych elektronów pobudzanych przez światło lasera. Z metrologicznego punktu widzenia ma to jedną wadę: elektrony (w uproszczeniu) krążą na obrzeżach atomu, przez co są narażone na subtelne zakłócenia z otoczenia. Zaproponowana jeszcze w 2003 roku idea zegara jądrowego zakładała odrzucenie tej metody na rzecz pomiaru energii w samym jądrze atomowym. Ponieważ jądro znajduje się głęboko w centrum atomu, jest ono dobrze chronione przed zewnętrznymi zakłóceniami, co w teorii może zapewnić niespotykaną dotąd stabilność pomiaru. Tajemnicze kryształy z torem-229 Zbudowanie takiego urządzenia było jednak gigantycznym wyzwaniem. Zmiany stanów wewnątrz jądra atomowego zazwyczaj wymagają dostarczenia ekstremalnie dużej dawki energii. Było to całkowicie poza zasięgiem współczesnych laserów. Rozwiązaniem okazał się tor-229. Tor to naturalnie występujący pierwiastek chemiczny (radioaktywny metal), a liczba 229 oznacza jego konkretną odmianę, zwaną izotopem. Wyróżnia się czymś wyjątkowym – jego jądro potrzebuje wyjątkowo niewiele energii, by „przeskoczyć” w wyższy stan, co umożliwia wybicie taktu zegara. Zamiast potężnej dawki energii (dostarczonej np. promieniami rentgenowskimi), do jego wzbudzenia wystarczy precyzyjne światło specjalnego lasera emitującego tzw. próżniowy ultrafiolet. W przełomowych badaniach oba zespoły osadziły jądra tego specyficznego izotopu wewnątrz przezroczystych kryształów fluorku wapnia, tworząc z nich serce nowego zegara. Od tego momentu podejścia chińskiej i europejskiej grupy badawczej zaczęły się jednak od siebie różnić. Dwa zespoły = podwójny triumf nauki Zespół z Europy skupił się na stworzeniu w pełni samodzielnego urządzenia. Aby upewnić się, że nowy zegar jądrowy odmierza czas poprawnie, badacze na bieżąco porównywali jego pracę z tradycyjnym zegarem atomowym. Wyniki potwierdziły, że nowa technologia działa bardzo stabilnie. Co więcej, fizycy od razu wykorzystali wyjątkową precyzję swojego wynalazku do poszukiwań ciemnej materii. Zakłada się, że ta nieuchytna substancja mogłaby minimalnie zakłócać pracę niezwykle czułego zegara. Choć naukowcy jeszcze jej nie wykryli, to precyzja sprzętu pozwoliła im wykluczyć część błędnych teorii na temat właściwości ciemnej materii, co już teraz jest wielkim krokiem naprzód dla astrofizyki. Z kolei badacze z Chin postanowili sprawdzić, czy samo otoczenie fizyczne – czyli struktura kryształu – nie zaburza pracy zegara. W tym celu zamknęli atomy toru w dwóch niezależnie wyprodukowanych kryształach. Okazało się, że w obu przypadkach osiągnięto dokładnie taką samą częstotliwość „tykania”. To odkrycie jest niezwykle ważne, ponieważ udowadnia, że kryształ nie zmienia w losowy sposób pracy jądra atomowego. Dzięki temu wiemy, że w przyszłości zegary jądrowe będą mogły być produkowane seryjnie jako wysoce precyzyjny, niezawodny sprzęt, a nie tylko pełnić rolę wyjątkowych eksperymentów zarezerwowanych dla nielicznych laboratoriów. Czas na nową fizykę Na ten moment nowe konstrukcje nie biją jeszcze pod względem dokładności rekordów ustalonych przez najlepsze zegary atomowe (które miały aż 70 lat na stały rozwój i udoskonalenia). Są jednak kolejnym dowodem na to, że fizyczna teoria może działać w praktyce. Jeśli prognozy wysunięte przez fizyków z Uniwersytetu Wiedeńskiego się sprawdzą, te zaskakująco kompaktowe urządzenia przewyższą starszą technologię w ciągu zaledwie kilku lat. Dadzą nam również potężne narzędzie w fizyce pomiarowej do sprawdzania, czy fundamentalne stałe naszego Wszechświata ulegają jakimkolwiek zmianom w czasie. Źródła: Cornell University, arXiv Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.
Chiński detektor coraz bliżej rozwiązania zagadki neutrin. Pomogło wyjątkowo precyzyjne urządzenie
Chińskiemu eksperymentowi JUNO wystarczyły dwa miesiące zbierania danych, by osiągnąć precyzję pomiarów, na jaką poprzednicy potrzebowali dekad. Opublikowane 10 czerwca w prestiżowym „Nature” wyniki przybliżają fizyków do odpowiedzi na jedno z najistotniejszych pytań współczesnej fizyki: skąd biorą się masy neutrin i który z trzech typów tych cząstek jest najcięższy.
Neutrina to jedne z najdziwniejszych obiektów we Wszechświecie. Każdy centymetr sześcienny przestrzeni zawiera około 112 neutrin każdego rodzaju, czyli ponad 300 łącznie, co czyni je drugimi pod względem liczebności cząstkami w kosmosie po fotonach mikrofalowego promieniowania tła – tych jest 411 na cm³. Dla porównania, elektronów czy protonów, które przetrwały anihilację materii i antymaterii, jest około miliarda razy mniej. Rozpaczliwy środek zaradczy Istnienie neutrin zaproponował w 1930 roku Wolfgang Pauli. Chciał w ten sposób wytłumaczyć „brakującą” energię w procesie zwanym rozpadem beta. Sam nazwał to „rozpaczliwym środkiem zaradczym”, bo cząstka wydawała się niemożliwa do wykrycia. Do pierwszej detekcji tego „środka zaradczego” doszło w 1956 r. Dokonali jej Clyde Cowan i Frederick Reines. Wykryli antyneutrino elektronowe w eksperymencie przy reaktorze jądrowym (Cowan-Reines neutrino experiment). Reines otrzymał za to Nobla dopiero w 1995. Neutrina są praktycznie pozbawione masy, nie mają ładunku elektrycznego i oddziałują z materią tak rzadko, że przez nasze ciała co sekundę przelatują biliony tych cząstek, nie zostawiając żadnego śladu. Przez długi czas sądzono nawet, że w ogóle nie mają masy – standardowy model fizyki cząstek nie przewiduje dla nich żadnej. Problem w tym, że neutrina mają masę – tylko ekstremalnie małą. I tu zaczyna się zagadka, którą od ćwierć wieku próbują rozwiązać fizycy na całym świecie. Trzy smaki neutrin Zacznijmy od tego, że neutrina występują w trzech „zapachach” (ang. flavours) – elektronowym, mionowym i taonowym. Żaden zapach nie ma jednej, określonej masy. Każdy jest kwantową mieszanką trzech różnych „stanów masy”, które ewoluują z różną prędkością. Sprawia to, że neutrino w locie zmienia zapach: elektronowe neutrino powstałe w Słońcu może po drodze stać się mionowym, a potem znów elektronowym. Fizycy wiedzą już, że spośród trzech możliwych mas dwie muszą być sobie bardzo bliskie, a trzecia wyraźnie od nich odstaje. Nie wiadomo jednak, czy ta „inna” masa jest największą, czy może najmniejszą z trzech. Ta hierarchia mas określana jest przez naukowców jednym z kluczy do zrozumienia, dlaczego neutrina w ogóle mają masę, a także do wyjaśnienia mechanizmów wybuchów supernowych czy ewolucji całego Wszechświata. Chiński detektor neutrin Detektor JUNO – Jiangmen Underground Neutrino Observatory w prowincji Guangdong – powstał, aby odpowiedzieć na to pytanie. Sercem eksperymentu jest akrylowa kula o średnicy 35 metrów wypełniona 20 tysiącami ton tzw. cieczy scyntylacyjnej. Kulę otaczają 43 tysiące fotopowielaczy – urządzeń tak czułych, że zespół musiał zbudować własną fabrykę, by je produkować, bo żadne dostępne na rynku nie spełniały wymagań. Detektor wychwytuje antyneutrina elektronowe emitowane przez osiem reaktorów jądrowych oddalonych o 53 kilometry. Gdy taka cząstka uderzy w proton w cieczy, powstaje pozyton (antyelektron), który przelatuje około 10 centymetrów, emitując błysk światła. Jego energia zdradza energię neutrina, z którego powstał. To właśnie kształt widma energii niesie informację o hierarchii mas. Neutrina opuszczające reaktor mają widmo z szerokim szczytem przy energii około 3 megaelektronowoltów. Po drodze do JUNO oscylacje między dwoma bliskimi sobie stanami masy spłaszczają ten szczyt. Na to nakładają się drobne, gęsto upakowane „zmarszczki” – ich kierunek przesunięcia zależy właśnie od tego, czy trzecia masa jest tą większą, czy mniejszą. To już tylko kwestia czasu W ciągu zaledwie 59 dni zbierania danych zespół JUNO zmniejszył niepewność dwóch kluczowych parametrów oscylacji o jedną trzecią – osiągając lepszy wynik niż wcześniejsze eksperymenty działające przez dekady. Co więcej, poszukiwane zmarszczki w widmie są już – jak mówi fizyczka Patricia Vahle z College of William & Mary – wyraźnie widoczne. – Osiągnięcie takiej precyzji już po dwóch miesiącach działania pokazuje, że JUNO działa dokładnie tak, jak go zaprojektowano. Z tym poziomem dokładności JUNO wkrótce ustali porządek mas neutrin, przetestuje schemat oscylacji trzech zapachów i będzie szukać śladów nowej fizyki wykraczającej poza ten schemat – skomentował Wang Yifang, inicjator i rzecznik projektu z Instytutu Fizyki Wysokich Energii w Pekinie. Droga do ostatecznej odpowiedzi może być jeszcze długa, ale jak mówi teoretyk Patrick Huber z Virginia Tech: „to teraz tylko kwestia czasu i zbierania danych”. Źródło: Nature Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Tu przyszłość może wpływać na przeszłość. Fizyka przestaje działać i wszystko staje się możliwe
Czarne dziury są bardzo tajemniczymi obiektami. O tym, co dzieje się za tzw. horyzontem zdarzeń, możemy dyskutować tylko teoretycznie, opierając się na równaniach matematycznych. Ale niektóre czarne dziury, mogą mieć też drugi, wewnętrzny horyzont – tzw. horyzont Cauchy’ego. Jest on hipotetyczną granicą, za którą przyczynowość przestaje działać.
W dyskusjach o czarnych dziurach zawsze pojawia się termin „horyzont zdarzeń”. Odnosi się on do granicy wokół czarnej dziury, poza którą nic – nawet światło – nie może się już wydostać z powodu ogromnej siły grawitacji. Dla zewnętrznego obserwatora wszystko, co zbliża się do tej granicy, wydaje się zwalniać i stopniowo zanikać. Gdybyśmy jednak jakimś trafem przelecieli przez tę granicę i nie poddali się procesowi spaghettifikacji, czyli rozciąganiu wszystkiego w cienkie włókna, a potem rozerwaniu na strzępy, moglibyśmy trafić w wyjątkowo tajemnicze miejsce. Tam czas i przestrzeń zamieniają się miejscami. Ta druga granica to horyzont Cauchy’ego, nazwany od nazwiska francuskiego matematyka. Augustin-Louis Cauchy zajmował się problemami dotyczącymi przewidywalności równań matematycznych. Najdziwniejsze miejsce we Wszechświecie Jeśli horyzonty Cauchy’ego istnieją wewnątrz czarnych dziur, to ich wnętrza są najdziwniejszymi miejscami we Wszechświecie. Zacznijmy od tego, że cała klasyczna fizyka opiera się na przyczynowości. Bazuje na tym, że jedno zdarzenie prowadzi do kolejnego – przeszłość prowadzi do przyszłości, a teraźniejszość znajduje się pomiędzy nimi – i właśnie dlatego wszystko, co się dzieje, ma w naszym odczuciu sens. Mając pełną informację o danym układzie w chwili obecnej, jesteśmy w stanie przewidzieć jego zmianę. I odwrotnie: znając stan obecny możemy określić przyczynę jego powstania. Weźmy prosty przykład: możemy dokładnie obliczyć, gdzie spadnie rzucony kamień lub wystrzelona kula armatnia, znając wcześniej ich dokładną masę oraz kształt, a także wszystkie działające na nie siły. To się świetnie sprawdza, ale nie w dwóch specyficznych sytuacjach: w mechanice kwantowej oraz we wnętrzach pewnych czarnych dziur. Czarne dziury, bez względu na typ, mają masy tak ogromne, że sama struktura czasoprzestrzeni zaczyna się załamywać. Ale jeśli czarna dziura obraca się i posiada ładunek elektryczny (pierwsze jest w rzeczywistym świecie bardzo prawdopodobne, drugie – bardzo mało prawdopodobne), sytuacja może stać się jeszcze dziwniejsza. Gdzie przeszłość staje się przyszłością W normalnym życiu możemy poruszać się w dowolnym kierunku w przestrzeni, ale tylko w jednym kierunku w czasie. Jednak po przekroczeniu horyzontu zdarzeń czarnej dziury role te się odwracają. Możemy poruszać się tylko w jednym kierunku w przestrzeni – ku centrum czarnej dziury – natomiast pojęcie czasu, jakie znamy, niemal zanika. Zewnętrzny obserwator nadal widziałby nas zastygłych na granicy czarnej dziury z powodu dylatacji czasu wymaganej przez prawa ogólnej teorii względności, ale dla podróżujących przez czarną dziurę czas płynąłby normalnie. Przynajmniej do momentu przekroczenia horyzontu Cauchy’ego. Obszar za tą granicą jest pełen dziwnych struktur pojęciowych, zwanych zamkniętymi krzywymi czasopodobnymi. Są one trochę podobne do wstęgi Möbiusa, ale dotyczą czasu zamiast przestrzeni. Oznacza to, że podróżując naprzód w przyszłość – co wszyscy robimy nieustannie – możemy trafić z powrotem do przeszłości, potem znów do teraźniejszości i tak dalej. Te niezwykłe pętle czasowe zostały uznane za teoretycznie możliwe w ramach praw teorii względności, dlatego tak często pojawiają się w dyskusjach o podróżach w czasie. Problem z zamkniętymi krzywymi czasopodobnymi polega jednak na tym, że całkowicie niszczą one samo pojęcie przyczynowości: wydarzenia z przeszłości nie muszą powodować skutków w przyszłości – może być dokładnie odwrotnie. Napęd Nieskończonego Nieprawdopodobieństwa W takich miejscach tkanka czasoprzestrzeni byłaby tak zakrzywiona i splątana, że nie dałoby się przewidzieć, co wydarzy się dalej. Przywołajmy poprzedni przykład z rzutem kamieniem. Za horyzontem Cauchy’ego rzucony przed siebie kamień mógłby trafić nas w tył głowy albo zamienić się w banana lub w stokrotki. Nawet mając wszystkie dostępne informacje o kamieniu w chwili rzutu, nie bylibyśmy w stanie przewidzieć ani wyjaśnić jego następnego ruchu. Wszystko całkowicie wymknęłoby się spod kontroli. Można powiedzieć, że przypomina to nieco Napęd Nieskończonego Nieprawdopodobieństwa (Infinite Improbability Drive) z „Autostopem przez Galaktykę” Douglasa Adamsa. W książce ten fikcyjnym napędem statku kosmicznego „Heart of Gold” pozwalał podróżować szybciej niż światło poprzez manipulowanie prawdopodobieństwem. Zamiast „normalnie” przemieszczać statek przez przestrzeń, napęd sprawiał, że skrajnie nieprawdopodobne rzeczy stawały się chwilowo prawdopodobne. Innymi słowy: skoro istnieje choć minimalna szansa, że statek nagle znajdzie się w odległym punkcie Galaktyki, napęd wymuszał zaistnienie właśnie tej możliwości. Tylko jak to wszystko pogodzić z naszym rozumieniem fizyki? Istnieje koncepcja zwana kosmiczną cenzurą, która zakłada, że każda astrofizyczna osobliwość – punkt nieskończonej gęstości, który według teorii znajduje się w centrum czarnej dziury – musi być ukryta przed zewnętrznym Wszechświatem, aby załamanie praw fizyki w osobliwości nie było obserwowalne. Tym samym przetestowanie hipotezy mówiącej, iż niektóre czarne dziury zawierają horyzonty Cauchy’ego, jest w tej chwili niemal niewykonalne. Jednak kto wie, co przyniosą kolejne lata? 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”.
Żyjemy w wirtualnej rzeczywistości? Nauka rzuca nowe światło na hipotezę symulacji
Czy świat to symulacja komputerowa? Hipoteza symulacji zakłada, że nasz świat może być wirtualną rzeczywistością stworzoną przez wyższą cywilizację. Jakie są na to dowody?
W tym artykule: Czym jest hipoteza symulacji Co nam grozi? Dowody na symulacje „Od dawna przyjmujemy za pewnik, że grawitacja jest jedną z podstawowych sił natury – jedną z niewidzialnych nici, które utrzymują Wszechświat w całości. Ale załóżmy, że to nieprawda. Załóżmy, że prawo grawitacji jest po prostu echem czegoś bardziej fundamentalnego: produktem ubocznym wszechświata działającego jak komputer” – pisze fizyk Melvin M. Vopson z Uniwersytetu w Portsmouth. Jego praca na ten temat została opublikowana w czasopiśmie „AIP Advances”. Uczony przekonuje, że zachowanie materii pod wpływem grawitacji wcale nie musi być wynikiem oddziaływania siły. Być może jest to sposób, w jaki Wszechświat kompresuje informacje, z którymi musi pracować. Zdaniem Vopsona dokładniejsze analizy sugerują, że nasza rzeczywistość wydaje się zachowywać jak proces obliczeniowy. To wpisuje się w tzw. hipotezę symulacji, którą w 2003 roku przedstawił szwedzki filozof Nick Bostrom. Zajmuje się on głównie tematami związanymi z transhumanizmem, m.in. klonowaniem ludzi, sztuczną inteligencją czy krioniką. Sama koncepcja kojarzy się też z wizjami science fiction, takimi jak w filmach z serii „Matrix”. Czym jest hipoteza symulacji Ogólnie rzecz biorąc, hipoteza symulacji zakłada, że rozwijający się gatunek ludzki – a więc nasi potomkowie – osiągną tak zaawansowaną technologię i będą dysponować tak dużą mocą obliczeniową, że będą w stanie stworzyć skomplikowaną „symulację przodków”. Zrobią to, aby zobaczyć, jak wyglądało przeszłe życie na Ziemi, a być może nawet w całym Wszechświecie. „Byłyby one [postacie w symulacji – przyp. red] dokładnymi symulacjami poprzedników istot, które dokonały symulacji. Dokładnymi na tyle, żeby symulowane umysły były świadome i posiadały te same rodzaje doświadczeń, którymi my dysponujemy. Spróbuj pomyśleć o tej symulacji jak o bardzo realistycznie urządzonym środowisku wirtualnym, ale takim, w którym mózgi zamieszkujące ten świat same stanowią część symulacji” – wyjaśniał Bostrom w artykule, który ukazał się na łamach magazynu „Filozofuj”. Bostrom uważa, że jeśli istnienie symulacji przodków jest możliwe, to bardziej prawdopodobne jest, że znajdujemy się we wnętrzu jednej z takich symulacji (choć nie jesteśmy tego świadomi), niż że jesteśmy rzeczywistymi biologicznymi ludźmi. Co nam grozi? W swojej hipotezie symulacji Bostrom przedstawia trzy twierdzenia. Pierwsze głosi, że prawie wszystkie cywilizacje znajdujące się na naszym poziomie rozwoju technologicznego wyginęły, zanim osiągnęły pułap pozwalający na stworzenie symulacji przodków. Drugie, że liczba technologicznie dojrzałych cywilizacji, które są zainteresowane symulowaniem przodków jest niemal równa zeru. Innymi słowy – że te zaawansowane społeczności nie chcą tworzyć takich symulacji. A trzecie twierdzenie głosi, że „prawie na pewno żyjemy w symulacji komputerowej”. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/teoria-symulacji-czy-swiat-w-ktorym-zyjemy-jest-wirtualny-elon-musk-wsrod-zwolennikow-tej-idei-d696e8e.jpg" width="1000" height="562" alt="Teoria symulacji. Czy świat, w którym żyjemy jest wirtualny? Elon Musk wśród zwolenników tej idei" title="Teoria symulacji. Czy świat, w którym żyjemy jest wirtualny? Elon Musk wśród zwolenników tej idei" /> Przyjmując za filozofem, że wszystkie twierdzenia nie mogą być fałszywe, mamy do wyboru dwa główne scenariusze: Jesteśmy częścią symulacji, ale o tym nie wiemy. Nie jesteśmy w symulacji, ale za to wyginiemy, zanim będziemy mogli taką stworzyć. Zdaniem zwolenników hipotezy symulacji, obecny poziom rozwoju technologii cyfrowych i sztucznej inteligencji wskazuje, że pierwszy scenariusz wcale nie jest nieprawdopodobny. Ale skąd mamy wiedzieć, czy żyjemy w sztucznie zaprogramowanym świecie? Dowody na symulacje W 2017 roku grupa fizyków pod kierunkiem Toma Campbella zaproponowała kilka eksperymentów, które mogłyby zweryfikować prawdziwość hipotezy symulacji. Ich pomysł opiera się na założeniu, że symulacja – jeśli istnieje – ma ograniczone zasoby, a więc nie symuluje wszystkiego we Wszechświecie równocześnie. Mówiąc prościej, w symulacji podobnie jak w grze komputerowej, wczytywane są tylko te fragmenty świata, na które właśnie patrzy „gracz”, a w symulacji – każdy z nas. Kluczem do ustalenia, czy znajdujemy się w symulowanym czy w rzeczywistym świecie, byłoby więc ustalenie, kiedy informacja staje się dostępna dla nas, obserwatorów, a następnie wychwycenie momentu, w którym się „wczytuje” (swoistego błędu Matriksa). Przetestowanie tego – twierdzi zespół – nie jest bardzo skomplikowane i pozostaje w naszym zasięgu. Doświadczenie – wykorzystujące tzw. eksperyment z podwójną szczeliną, pokazujący dwoistą naturę światła– miałoby polegać na zmuszeniu „silnika wirtualnej rzeczywistości do stworzenia nieciągłości w renderowaniu symulacji lub błędu w wytwarzaniu zdarzenia charakterystycznego dla naszej rzeczywistości”. Wyłapanie takiego błędu miałoby być dowodem na to, że nasz świat to tylko symulacja. Kolejnym punktem badań mogłaby być próba uszkodzenia bądź zniszczenia danych dotyczących symulacji. Pytanie tylko, czy wtedy nie wyłączylibyśmy samych siebie? Źródło: The Conversation
Piekło u Dantego to opis uderzenia planetoidy w Ziemię? Pisarz wyprzedził naukę o 500 lat
Wielopoziomowe piekło Dantego mogło być czymś więcej niż alegorią. Timothy Burbery z Marshall University przekonuje, że poeta opisał fizykę uderzenia planetarnego. „Upadek Szatana” to planetoida, która przebiła skorupę ziemską aż do jądra, tworząc strukturę piekła i górę Czyśćca.
„Boska komedia” Dantego znów trafia pod lupę naukowców, ale tym razem nie jako tekst o teologii czy literackiej wyobraźni. prof. Timothy Burbery, filolog z Marshall University proponuje odczytanie upadku Szatana w części „Piekło” jako eksperymentu myślowego z zakresu fizyki. Obiekt o ogromnej prędkości miał uderzyć w półkulę południową i „przewiercić się” aż do centrum Ziemi, a skutkiem byłyby jednocześnie piekielny lej i góra Czyśćca. Nad „Boską komedią” Dante Alighieri pracował od 1308 roku aż do śmierci w 1321 r. To poemat o podróży przez piekło, czyściec i raj, zawierający kwintesencję średniowiecznej myśli kulturalnej i filozoficznej. Współczesna nauka o uderzeniach ciał niebieskich i geologii zaczęła powstawać dopiero pięć stuleci później. Szatan jako impaktor, a piekło jako krater W interpretacji filologa klucz nie leży w moralnym ciężarze sceny, lecz w jej mechanice. Prof. Burbery opisuje Szatana jako impaktor: ciało niebieskie poruszające się z wysoką prędkością, które po uderzeniu nie zatrzymuje się płytko pod powierzchnią Ziemi, tylko przebija się przez kolejne warstwy planety aż do jądra. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/jak-powstal-ksiezyc-jedna-z-teorii-mowi-o-katastrofie-na-niewyobrazalna-skale-fot-nasa-jpl-caltech-243993f.jpeg" width="3000" height="2400" alt="Jak powstał Księżyc? Jedna z teorii mówi o katastrofie na niewyobrażalną skalę (fot. NASA/JPL-CALTECH)" title="Jak powstał Księżyc? Jedna z teorii mówi o katastrofie na niewyobrażalną skalę (fot. NASA/JPL-CALTECH)" /> Badacz łączy ten ruch z geograficzną asymetrią opowieści: do uderzenia ma dojść na półkuli południowej, a północna część globu ma w reakcji ulec znacznej deformacji. W efekcie „piekło” nie powstaje jako zwykłe zagłębienie w miejscu uderzenia, tylko jako struktura krateru tworząca się oddolnie, zorganizowana wokół osi przebicia. Jednocześnie materiał wypchnięty po przeciwnej stronie miałby utworzyć górę Czyśćca, rozumianą tu jako centralne wyniesienie, znane geologom z dużych kraterów uderzeniowych. Dziewięć kręgów jako mapa pierścieni uderzenia Najbardziej sugestywny element tej propozycji dotyczy architektury piekła. Dziewięć kręgów przestaje być wyłącznie literackim porządkiem win i kar, a zaczyna przypominać morfologię basenów wielopierścieniowych: koncentrycznych, tarasowych struktur, które obserwuje się na innych ciałach Układu Słonecznego, np. na Księżycu. W takim ujęciu kolejne kręgi można czytać jako odpowiedniki pierścieni i progów, które powstają, gdy energia uderzenia modeluje skały na ogromnym obszarze. Prof. Burbery zestawia rozmach tego hipotetycznego zdarzenia ze skalą impaktu Chicxulub, związanego z globalnymi konsekwencjami dla życia na Ziemi, takimi jak wymarcie dinozaurów. To porównanie ma podkreślać nie tyle dosłowność sceny z poematu, ile możliwość użycia literatury do myślenia o zjawiskach skrajnych: nagłych, globalnych i trudnych do wyobrażenia bez odpowiednich modeli. Hipoteza wykracza poza literaturoznawstwo Badacz proponuje także, by impaktor miał kształt podłużny, podobny do obiektu międzygwiezdnego ‘Oumuamua. Wspomina również 60-tonowy meteoryt Hoba w Namibii jako przykład dużej masy, która nie uległa całkowitemu odparowaniu podczas przejścia przez atmosferę. W tym modelu Szatan pozostaje obiektem fizycznym, który trwale przebudowuje architekturę planety. W tle pojawia się jeszcze jeden trop: elementy geometrii nieeuklidesowej, które prof. Burbery dostrzega w części „Raj” dzieła Dantego i traktuje jako intuicyjne wyprzedzenie późniejszych narzędzi opisu przestrzeni. Całość ma wspierać tezę, że opowieści kultury mogą pełnić rolę „geomitologii literackiej” i budować wrażliwość na realne zagrożenia. Ten wątek badacz wiąże z obroną planetarną: świadomość, że ciała niebieskie potrafią być sprawcami zmian geologicznych stoi w kontrze do dawnych, arystotelejskich wyobrażeń o „niezmiennych” niebiosach. Nawet jeśli taka lektura „Boskiej komedii” pozostaje propozycją interpretacyjną, przenosi uwagę z samej symboliki na pytanie, jak ludzka wyobraźnia od wieków próbuje opisać energię zdarzeń, które w jednej chwili mogą zmienić oblicze świata. Źródło: EGU General Assembly 2026
Fizycy z CERN na tropie nieznanego. Rozpady „pingwinowe” kluczem do wielkiego odkrycia
Naukowcy z CERN analizujący dane z eksperymentu LHCb natrafili na ślad zjawisk wykraczających poza Model Standardowy. Badanie „rozpadów pingwinowych” mezonów B wykazało anomalie w kątach lotu cząstek. To jedno z najważniejszych odkryć ostatnich lat, które może zrewidować naszą wiedzę o fundamentach materii.
Od pewnego czasu wiadomo, że tzw. Model Standardowy, czyli teoria opisująca cząstki i oddziaływania, musi być niepełna, ponieważ istnieje szereg zjawisk, których wciąż nie potrafimy wyjaśnić. Chociaż model jest niepełny, pozostaje niezwykle precyzyjny. Dlatego poszukiwania „nowej fizyki” często polegają nie na bezpośrednim odkrywaniu nowych cząstek, lecz na wykrywaniu subtelnych odchyleń w znanych procesach. Naukowcy z CERN zdołali wykryć takie odchylenia w zbiorze 650 miliardów rozpadów zaobserwowanych w eksperymencie LHCb. Odstępstwo od Modelu Standardowego Przyjęty do publikacji w „Physical Review Letters artykuł zawierający analizę z eksperymentu w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN – europejskim laboratorium fizyki cząstek nieopodal Genewy – sugeruje, że doszło do postępu w pomiarze jednego z odstępstw od Modelu Standardowego. Dotyczy ono rozpadu cząstek zwanych mezonami B na inne cząstki. Wynik stanowi jedną z ostatnich pozostałych anomalii dla fizyków cząstek, którzy poszukują nowej fizyki w szczątkach zderzeń proton–proton, które zamieniają energię w materię. Czy jest Mezon B? Mezon B jest cząstką złożoną z kwarka dolnego (bottom) i innego, lżejszego kwarka. Rozpada się na inny mezon zawierający kwark dziwny, znany jako kaon, oraz dwa miony (cięższe odpowiedniki elektronu). Naukowcy stwierdzili, że kąty, pod jakimi produkty końcowe powstają w wyniku rozpadu, nie zgadzają się z przewidywaniami Modelu Standardowego. Dowody na tę anomalię narastają od 2015 roku. Pytanie, jak mierzy się wspomniane kąty? – Wyprodukowane cząstki przelatują przez materiał detektora i jonizują go, wytwarzając sygnały elektryczne, które są następnie odczytywane poprzez układy elektroniczne. Wiedząc, którędy przeszła cząstka, można wyliczyć kąt jej trajektorii. Ogólnie sprawa jest trochę bardziej skomplikowana, bo te interesujące kąty są zdefiniowane w układzie własnym mezonu B, więc należy jeszcze przeprowadzić zmianę układu współrzędnych – tłumaczy dr Rafał Staszewski z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, naukowiec pracujący przy eksperymencie ATLAS w LHC. Przewidywania kontra rzeczywistość – Mamy więc do czynienia z rozkładem kątowym (gęstością prawdopodobieństwa produkcji pod różnymi kątami). Tyle, że Model Standardowy przewiduje pewien rozkład, a obserwowany jest trochę inny – dodaje dr Staszewski. Fizycy uważają, że rozpad mezonu B – znany jako tzw. rozpad pingwinowy – powinien być szczególnie wrażliwy na dotąd nieodkrytą fizykę. Sama nazwa rozpadu ma zabawną historię. Powstała w 1977 roku, gdy brytyjski teoretyk John Ellis przegrał zakład i musiał użyć słowa „pingwin” w artykule naukowym. Analiza wykonana przez ekspertów z CERN opierała się na ogromnym zbiorze danych — około 650 miliardów rozpadów zarejestrowanych w latach 2011–2018. Aby wyodrębnić rzadkie przypadki interesującego rozpadu (ok. 1 na miliard), stosowano zaawansowane metody selekcji danych i rekonstrukcji torów cząstek w detektorze. Następnie wyniki porównano z bardzo precyzyjnymi przewidywaniami Modelu Standardowego. Zmierzone rozkłady kątowe nie zgadzają się z teorią – z istotnością ok. 4 sigma, co oznacza małe prawdopodobieństwo, że to przypadek. Podobny sygnał, choć słabszy, widzi też eksperyment CMS. Najważniejsze wyniki ostatnich lat – Sigma oznacza odchylenie standardowe. Każdy wynik pomiaru jest, z matematycznego punktu widzenia, liczbą losową. Jeśli taki pomiar zostałby powtórzony całkowicie niezależnie, wynik byłby inny. Wpływają na to zarówno błędy systematyczne jak i statystyczne – wyjaśnia dr Staszewski. Dodaje, że aby móc wyciągnąć wnioski z pomiaru, należy wziąć pod uwagę możliwość, że wynik jest efektem błędu pomiaru. – Rozważmy przykładową sytuację, w której teoria przewiduje wartość jakiegoś parametru równą 0, a mój pomiar daje wartość 1. Jeśli niepewność pomiaru wynosi 1, to istotność statystyczna wynosi 1 sigma. Jeśli natomiast mój błąd wynosiłby 0.1, to istotność statystyczna wynosi 10 sigma. Ma to znaczenie, ponieważ fluktuacje statystyczne na poziomie 1 sigma zdarzają się w ok 30% pomiarów. 2 sigma to niecałe 5%. 3 sigma – poniżej procenta. 4 sigma – 1 / 16000. Tradycyjnym progiem pozwalającym na mówienie o odkryciu nowego efektu jest 5 sigma (1 na niecałe 2 miliony) – mówi ekspert z IFJ PAN. Kluczowe wyniki. Co przyniesie przyszłość? – To jeden z najważniejszych wyników ostatnich kilku lat badań prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Szczególnie ekscytujące jest to, że wynik wydaje się być wstępnie potwierdzony przez inny eksperyment LHC, CMS, który również zaobserwował rozbieżność w tym rozpadzie mezonu B, choć z mniejszą istotnością statystyczną – mówi William Barter, fizyk cząstek z Uniwersytetu w Edynburgu, pracujący przy LHCb. Fizycy z LHCb nie przeanalizowali jeszcze ogromnej ilości danych dotyczących rozpadów pingwinowych zgromadzonych od 2018 roku. Teraz, gdy wstępna analiza została wykonana, proces ten powinien przyspieszyć, jednak nowych wyników nie należy się spodziewać wcześniej niż w przyszłym roku. Źródło: Nature Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Ten obiekt z Układu Słonecznego ma atmosferę, choć nie powinien. Astronomowie zaskoczeni
Obiekt transneptunowy 2002 XV93 otacza cienka atmosfera. Odkrył to zespół zawodowych i amatorskich astronomów z Japonii. To sensacja, bo obiekt ma zaledwie ok. 500 km średnicy.
Atmosfera to coś, co kojarzy nam się głównie z planetami. Warstwa gazów może otaczać także mniejsze ciała niebieskie, takie jak księżyce czy obiekty transneptunowe (TNO). Te ostatnie to odłamki skalne krążące poza orbitą Neptuna – w obszarze, gdzie panują niskie temperatury. Najbardziej znanym z nich jest Pluton, niegdyś uznawany za planetę, a potem pozbawiony tego miana (choć Amerykanie ostatnio znów próbują przywrócić mu status planety). To, że Pluton o średnicy 2377 km ma atmosferę, nikogo nie dziwi. Szokiem było jednak odkrycie jej wokół kilkukrotnie mniejszego TNO. Naturalny eksperyment ujawnił subtelny ślad 10 stycznia 2024 roku w Japonii dało się obserwować rzadkie zjawisko. Niewielki obiekt transneptunowy (612533) 2002 XV93 przesunął się na tle odległej gwiazdy. Zespół zawodowych i amatorskich astronomów, pracujący w wielu lokalizacjach w kraju, zarejestrował przebieg zjawiska, zwanego okultacją. Uzyskane w ten sposób dane sugerują, że obiekt ten ma cienką atmosferę. A nie powinien, bo przy średnicy około 500 km jego grawitacja jest bardzo słaba. Okultacje w astronomii pozwalają wydobyć detale, których nie widać podczas zwykłej obserwacji. Gdy ciało Układu Słonecznego przechodzi przed gwiazdą, można śledzić, jak zmienia się jasność punktu świetlnego. Jeśli obiekt ma tylko twardą powierzchnię, blask zazwyczaj zanika gwałtownie. Jeżeli jednak otacza go choćby bardzo rozrzedzona warstwa gazów, gwiazda może przygasać bardziej stopniowo, bo światło jest tłumione w trakcie przejścia przez atmosferę. W przypadku 2002 XV93 właśnie taki scenariusz okazał się zgodny z zebranymi danymi. Mały świat, który nie pasuje do reguł Obliczenia wskazują, że atmosfera wokół 2002 XV93 powinna przetrwać mniej niż 1000 lat, o ile nie jest uzupełniana. W skali kosmicznej to mgnienie oka, co sugeruje, że jeśli rzeczywiście mamy do czynienia z atmosferą, musiała ona powstać niedawno albo być świeżo „podtrzymywana”. To prowadzi do kolejnego problemu: jakie było źródło takiej powłoki gazowej w zimnych peryferiach Układu Słonecznego? W przypadku wielu obiektów zewnętrznych rezerwuar stanowią zamarznięte gazy, które mogą sublimować, czyli przechodzić bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy. Jednak obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba nie pokazują oznak takich zamarzniętych gazów na powierzchni 2002 XV93, które mogłyby łatwo zasilać atmosferę. Właśnie ta zagadka sprawia, że atmosfera 2002 XV93 staje się tak ważna. Jeżeli faktycznie istnieje, to znaczy, że nawet niewielkie światy za Neptunem mogą przechodzić epizody aktywności lub przemian, które wymykają się prostemu obrazowi „martwych, lodowych brył” na obrzeżach systemu. Dwie hipotezy Badacze rozważają dwa główne scenariusze, które mogłyby wyjaśnić obecność tej atmosfery. Pierwszy zakłada zdarzenie, które wyniosło na powierzchnię gazy z wnętrza obiektu, w stanie zamarzniętym lub ciekłym. Taki impuls mógłby na pewien czas zapewnić „paliwo” dla atmosfery, nawet jeśli wcześniej powierzchnia nie zdradzała jego obecności. Druga możliwość jest bardziej gwałtowna: zderzenie z kometą, które uwolniło z niej gaz i wytworzyło tymczasową otoczkę. Oba wyjaśnienia pozostają hipotezami, a ich rozróżnienie wymaga kolejnych pomiarów i lepszego scharakteryzowania samej atmosfery. Źródło: Nature Astronomy
Jesteśmy coraz bliżej kwantowego internetu. Naukowcy teleportowali stan fotonu między kropkami kwantowymi
Naukowcom udało się teleportować stan fotonu pomiędzy dwiema oddzielnymi kropkami kwantowymi, na odległość 270 metrów. To dowód, że informacja może podróżować między niezależnymi urządzeniami. Jest to kamień milowy w kierunku budowy sieci kwantowych do bezpiecznej komunikacji.
Prace nad tzw. teleportacją kwantową trwają od wielu dekad. Co pewien czas pojawiają się informacje o kolejnym przełomie. Właśnie w ten nurt wpisuje się nowy eksperyment, przeprowadzony m.in. na Uniwersytecie w Paderborn. Teleportacja stanu kwantowego: odległość to nie wszystko Wszystko zaczęło się w 1997 roku, gdy zespół kierowany przez prof. Antona Zeilingera na Uniwersytecie w Innsbrucku po raz pierwszy zademonstrował przeniesienie stanu kwantowego fotonu na niewielką odległość w warunkach laboratoryjnych. Dalsze eksperymenty stopniowo zwiększały dystans do kilku kilometrów w światłowodach i w wolnej przestrzeni. Prawdziwy przełom nastąpił w 2017 roku dzięki chińskiej misji satelitarnej Micius, która pozwoliła przeprowadzić teleportację na odległość około 1400 km między Ziemią a orbitą. Jednak w pewnym momencie odległość przestała by kluczowa. Teraz zaczęto kłaść nacisk na praktyczne zastosowania. Czym są kropki kwantowe? W eksperymencie w Paderborn, stan fotonu teleportowano między niezależnymi kropkami kwantowymi na dystansie 270 metrów. Kropki kwantowe to ekstremalnie małe fragmenty półprzewodnika, których rozmiar wynosi zaledwie kilka nanometrów (czyli milionowe części milimetra). Na tym poziomie zaczyna działać mechanika kwantowa, a nie zwykła fizyka. – Eksperyment w imponujący sposób pokazuje, że źródła światła kwantowego oparte na półprzewodnikowych kropkach kwantowych mogą służyć jako kluczowa technologia dla przyszłych sieci komunikacji kwantowej. Udana teleportacja kwantowa pomiędzy dwoma niezależnymi emiterami kwantowymi to istotny krok w kierunku skalowalnych przekaźników kwantowych i praktycznej realizacji internetu kwantowego — wyjaśnia prof. Klaus D. Jöns, kierownik grupy badawczej „Hybrid Photonics Quantum Devices” oraz członek zarządu Instytutu Fotonicznych Systemów Kwantowych (PhoQS) na Uniwersytecie w Paderborn. Interdyscyplinarność kluczem do sukcesu Prace nad wykorzystaniem kropek kwantowych jako źródeł splątanych par fotonów w systemach komunikacji i teleportacji, rozpoczęły się mniej więcej dekadę temu. Prowadziły je zespoły kierowane przez profesora Jönsa oraz profesora Rinaldo Trottę z Uniwersytetu Sapienza w Rzymie. – Nasz wynik pokazuje, że planowanie przyniosło efekty. Połączenie nauki o materiałach, nanofabrykacji oraz optycznej technologii kwantowej było kluczem do sukcesu — skomentował profesor Jöns. Dlaczego efekt eksperymentu jest tak ważny? Zacznijmy od tego, że układy splątane, złożone z wielu cząstek kwantowych, oferują znaczące korzyści dla technologii komunikacyjnych. Zamiast polegać na pojedynczym stanie określonym przez jeden foton, tworzą powiązane stany obejmujące wiele cząstek. To podejście jest kluczowe dla zastosowań w bezpiecznej komunikacji, przetwarzaniu danych oraz obliczeniach kwantowych. Splątanie łączy określone właściwości fotonów, umożliwiając im współdzielenie informacji. Wspólny stan reprezentuje jednostkę informacji podlegającą przetwarzaniu. Najwazniejszy przełom: dwa różne źródła fotonów – Wcześniej te fotony pochodziły z jednego i tego samego źródła, czyli tego samego emitera. Chociaż w ostatnich latach poczyniono znaczące postępy, wykorzystanie odrębnych emiterów kwantowych do realizacji przekaźnika kwantowego między niezależnymi stronami pozostawało wcześniej poza zasięgiem — zauważył profesor Jöns. Badacze mają już nowy cel. Pracują nad demonstracją „zamiany splątania” (entanglement swapping) między dwiema kropkami kwantowymi. Osiągnięcie tego pozwoliłoby stworzyć pierwszy przekaźnik kwantowy wykorzystujący dwa deterministyczne źródła splątanych par fotonów. Źródła takie mogą niezawodnie generować pojedyncze fotony niemal na żądanie, choć ich opracowanie stanowiło duże wyzwanie. Potęga internetu kwantowego Chociaż do realnego internetu kwantowego wciąż długa droga, to warto nią iść. Da on nam gwarancję bezpieczeństwa – każda próba podsłuchu zostawi ślad, co ma ogromne znaczenie dla bankowości, wojska czy ochrony danych. Ponadto internet kwantowy będzie bazą dla przyszłych technologii obliczeniowych. Umożliwi łączenie komputerów kwantowych w sieci, co może prowadzić do powstania rozproszonych systemów o nieosiągalnej dziś mocy obliczeniowej. To z kolei może przyspieszyć rozwój medycyny, chemii czy sztucznej inteligencji. Źródło: Nature Communications Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Rozpad fałszywej próżni: chińscy fizycy odtworzyli koniec Wszechświata w laboratorium
Wszechświat wydaje się nam stabilny. Jednak fizycy kwantowi twierdzą, że może on znajdować się w tymczasowym stanie pozornego spokoju, który może zostać przerwany w mgnieniu oka. Tzw. rozpad fałszywej próżni to jedna z najbardziej przerażających koncepcji teorii kwantowej. Teraz udało się odtworzyć ją w laboratorium.
Spis treści: Czym jest próżnia? Prawdziwa a fałszywa próżnia: metafora połączonych jezior Mikrowszechświat w laboratorium - pierścień atomów Rydberga – W kwantowej teorii pola „próżnia” nie jest po prostu pustą przestrzenią, lecz stanem o najniższej energii pola kwantowego. Jeśli krajobraz energetyczny ma wiele lokalnych minimów, lokalne stany podstawowe stanowią tzw. fałszywą próżnię (FV), która może tunelować w kierunku globalnego stanu podstawowego (prawdziwej próżni, TV). Proces ten wykazuje cechy podobne do klasycznych przemian w przechłodzonym gazie oraz tunelowania wielu cząstek w układach kwantowych. W tej pracy badamy rozpad fałszywej próżni oraz nukleację bąbli w pierścieniu atomów Rydberga – napisali w artykule opublikowanym na łamach Physical Review Letters uczeni z Uniwersytetu Tsinghua w Chinach. Co konkretnie mieli na myśli? Czym jest próżnia? Zacznijmy od próżni. Fizyka kwantowa uznaje próżnię za stan o najniższej energii we Wszechświecie. Jednak możliwe jest, że istnieje bardziej stabilny stan o jeszcze niższej energii. Jeśli fragment przestrzeni przeszedłby do tego stanu, mógłby się rozszerzać i pochłonąć cały Wszechświat z prędkością światła, nadpisując po drodze prawa fizyki. Na całe szczęście rozpad fałszywej próżni prowadzi do zniszczenia Wszechświata tylko w niektórych scenariuszach teoretycznych. Samo zjawisko leży na styku teorii kwantowej i teorii względności – co czyni je potencjalnie użytecznym narzędziem do próby rozwiązania dotychczas nieusuwalnych różnic między tymi dwoma podejściami. Równania teorii względności bardzo dobrze opisują, jak działa fizyka we Wszechświecie w dużych skalach i przy wysokich prędkościach. Niestety, gdy schodzimy do niezwykle małych rozmiarów (świata kwantowego na poziomie atomowym i subatomowym) teoria względności przestaje wystarczać do opisu zachowania materii. Najlepszym narzędziem, którym współcześnie dysponujemy jest tzw. kwantowa teoria pola. Opisuje ona sposób oddziaływania pól kwantowych i cząstek. Prawdziwa a fałszywa próżnia: metafora połączonych jezior Gdy teorie te działają w swoich zakresach, wszystko przebiega poprawnie. Jednak w pewnych ekstremalnych warunkach ich zakresy się nakładają, co wywołuje katastrofalne problemy. Nie istnieje jeszcze teoria, która łączyłaby oba te światy, dlatego fizycy badają obszary ich styku. Jeśli krajobraz energetyczny pola kwantowego ma wiele lokalnych minimów (czyli „dołków”), odpowiadają one fałszywym próżniom. Mogą przejść do prawdziwej próżni, czyli jeszcze niższego stanu energii. Można to wytłumaczyć metaforą pojezierza: niektóre jeziora są głębsze niż inne – jeśli na dnie jednego z jezior powstanie tunel, woda spłynie do głębszej niecki. Gdyby coś takiego wydarzyło się w próżni kosmicznej, nie mielibyśmy do czynienia ze zmianą wyłącznie lokalną. Zamiast odpływu wody, niewielki obszar przestrzeni przeszedłby do niższego stanu energii, tworząc coś w rodzaju bańki. Bańka ta nie pozostałaby w miejscu. Po osiągnięciu krytycznego rozmiaru, zaczęłaby rozszerzać się z prędkością bliską prędkości światła, przekształcając wszystko czego dotknie, w nowy stan. To początkowe „tunelowanie” do niższego stanu jest procesem kwantowym – ale jego konsekwencje rozgrywają się w największych możliwych skalach, zmieniając cały Wszechświat. Mikrowszechświat w laboratorium - pierścień atomów Rydberga W eksperymencie laboratoryjnym uczeni użyli modelu zastępczego – pierścienia atomów Rydberga. W zwykłym atomie mamy jądro otoczone chmurą elektronów. Jeśli dostarczymy atomowi niewielką ilość energii, chmura elektronowa nieco się rozszerza. Naukowcy ułożyli parzystą liczbę wzajemnie odpychających się atomów Rydberga w pierścień. W takiej konfiguracji każdy atom przyjmuje spin przeciwny do swoich sąsiadów, tworząc symetryczny, naprzemienny układ. Następnie pobudzili atomy laserami, łamiąc tę symetrię. Dzięki temu pierścień mógł istnieć w dwóch różnych konfiguracjach o nieco różnych energiach – jednej odpowiadającej fałszywej próżni, a drugiej prawdziwej. Układ ten „zanikał” w kierunku preferowanego stanu podstawowego, z szybkością zależną od siły działania lasera. Jest to zgodne z najczęściej akceptowanym mechanizmem rozpadu fałszywej próżni – powstawaniem kwantowej bańki zawierającej prawdziwą próżnię. Warunki sprzyjające powstaniu takiej bańki zwiększają prawdopodobieństwo przejścia. Eksperyment potwierdził przewidywania teoretyczne. Czy pewnego dnia pomoże nam też odpowiedzieć na pytanie, jak bardzo powinniśmy się obawiać nagłej przemiany Wszechświata w coś zupełnie innego? Źródło: Physical Review Letters Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
W Polsce uruchomiono nowy radioteleskop monitorujący Słońce. Sfinansowała go Europejska Agencja Kosmiczna
W Obserwatorium Astronomicznym w Białkowie uruchomiono stację badawczą wyposażoną w sześciometrową antenę radiową. Jej celem jest nieustanne monitorowanie pogody kosmicznej. Za tą inwestycją stoi Europejska Agencja Kosmiczna, a za wykonaniem – polscy eksperci z Uniwersytetu Wrocławskiego oraz z firmy ITTI.
– ROSIE (Radio Observations of the Solar Indicative Emissions) podkreśla rosnącą rolę, jaką Polska odgrywa w europejskich działaniach na rzecz monitorowania pogody kosmicznej – napisał w komunikacje ESA Juha-Pekka Luntama, dyrektor Biura Pogody Kosmicznej ESA. Polscy eksperci ds. pogody kosmicznej Zdaniem eksperta polski przemysł kosmiczny i środowisko akademickie odgrywają również wiodącą rolę w nadchodzącej misji satelitarnej SAWA. Zapewni ona dodatkowe źródło danych w czasie zbliżonym do rzeczywistego na temat stanu atmosfery z orbity. Juha-Pekka Luntama odnosił się tutaj do opracowywanego w Polsce m.in. przez Centrum Badań Kosmicznych PAN nanosatelity mającego badać termosferę Ziemi. Dane zbierane przez SAWA będą zasilać modele i usługi dostarczające alerty dotyczące pogody kosmicznej, narzędzia prognostyczne oraz inne produkty bazujące na danych solarnych. Jednak to dopiero opracowywana misja, natomiast ROSIE działa aktywnie od 10 marca. Antena radioteleskopu skierowana jest w stronę Słońca. Dwa szybkie spektrografy radiowe filtrują napływające fale radiowe w celu monitorowania dwóch konkretnych częstotliwości, które stanowią użyteczne wskaźniki aktywności słonecznej. Częstotliwości te są często nazywane „wskaźnikami radiowymi Słońca”. Służą jako wiarygodne przybliżenia emisji promieniowania ekstremalnego ultrafioletu, którego nie można obserwować bezpośrednio z powierzchni Ziemi, a które odgrywa istotną rolę w jonizacji oraz ogrzewaniu górnych warstw atmosfery ziemskiej. Jak ochronić satelity? W związku z tym, że ocieplenie klimatu powoduje rozszerzanie się atmosfery, dochodzi do wypychania satelitów znajdujących się na niskiej orbicie ziemskiej z ich ustalonych trajektorii. Uwzględnienie tych zakłóceń ma kluczowe znaczenie dla bezpiecznego zarządzania ruchem kosmicznym oraz zapobiegania kolizjom na orbicie. Istotne jest również to, że wywołana promieniowaniem słonecznym jonizacja zachodząca w górnych warstwach atmosfery może osłabiać, opóźniać lub zakłócać sygnały przesyłane z satelitów na Ziemię. W naszym stechnicyzowanym świecie skutki tego mogą być poważne i prowadzić do niebezpiecznych zakłóceń usług pozycjonowania i nawigacji w takich branżach jak transport, lotnictwo i rolnictwo precyzyjne. Skutki błędów mogą być katastrofalne. Pomiary przeprowadzone przez ROSIE pomogą monitorować te zakłócenia i ograniczać ich wpływ na aplikacje oparte na systemie GNSS. – Obserwacje prowadzone przez ROSIE można również dostosować i rozszerzyć w celu wykrywania intensywnej aktywności słonecznej, takiej jak rozbłyski i koronalne wyrzuty masy (CME). To pozwoli ostrzegać przed ich potencjalnym wpływem na ważne częstotliwości radiowe wykorzystywane w telekomunikacji i geolokalizacji – komentuje profesor Paweł Rudawy z Uniwersytetu Wrocławskiego. Zarządzanie teleskopem i analiza danych Ważny udział w projekcie ma polska spółka ITTI. – Jesteśmy liderem konsorcjum, które we współpracy z Uniwersytetem Wrocławskim realizuje projekt ROSIE. Pełnimy kluczową rolę w zakresie rozwoju systemów informatycznych, odpowiadając za udostępnianie danych poprzez portal internetowy ROSIE oraz integrację z portalem ESA – mówi dr Joanna Baksalary, kierująca działem kosmicznym w ITTI Sp. z o.o. Ekspertka wyjaśnia, że do głównych zadań firmy należy opracowanie oprogramowania do dystrybucji danych oraz ich prezentacji, a także automatyzacja procesów związanych z ich przetwarzaniem. – Wspólnie z Uniwersytetem Wrocławskim zaimplementowaliśmy również algorytmy umożliwiające wykrywanie wybuchów słonecznych oraz dystrybucję informacji o tych zjawiskach. W kolejnych etapach projektu planowane jest wdrożenie algorytmów sztucznej inteligencji wspierających zarządzanie i analizę danych pozyskiwanych z radioteleskopu, a także budowa długoterminowego archiwum danych, które zapewni ich przechowywanie i dostępność przez kolejne 50 lat – dodaje dr Baksalary. Źródło: ESA Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Dlaczego kawa stygnie, a gwiazdy kiedyś zgasną? Poznaj jedną z podstawowych zasad fizyki
W fizyce istnieje koncept, który przenika każdą warstwę rzeczywistości: od stygnącej filiżanki kawy na kuchennym stole, przez skomplikowane procesy spalania w silniku, aż po ostateczny, mroźny los galaktyk i tajemnicze, grawitacyjne wnętrza czarnych dziur. To entropia. Co to takiego? Na to i inne pytania odpowiadamy poniżej.
Spis treści: Definicja entropii Aspekt fizyczny Ostateczny spokój Energia, choć niezniszczalna, nieustannie degraduje się do form mniej użytecznych. Czas jest zasobem wyczerpywalnym. To wszystko mówi nam entropia. Gdy we Wszechświecie osiągnie maksimum, a jest to nieuniknione, nie będzie już niczego. Ustanie każdy proces, jaki zachodzi w niekończącej się przestrzeni. Jednak paradoksalnie, to właśnie dążenie do wzrostu entropii napędza procesy życiowe. W ostatecznym rozrachunku miara ta nie jest wrogiem. Jest ceną, jaką płacimy za to, że we Wszechświecie w ogóle cokolwiek się dzieje. Bez niej świat byłby statycznym obrazem, wiecznym „teraz”, bez przeszłości i bez przyszłości. Definicja entropii Mówiąc o entropii na myśli trzeba mieć termodynamiczną funkcję stanu, określającą kierunek przebiegu procesów spontanicznych w odosobnionym układzie termodynamicznym. Należy ją rozpatrywać jako miarę stopnia nieuporządkowania układu i rozproszenia energii. Przemysłowa konieczność i geniusz Rudolfa Clausiusa Korzenie entropii tkwią nie w abstrakcyjnych rozważaniach kosmologicznych, a w bardziej przyziemnym problemie. W połowie XIX wieku w Europie rozrastała się sieć kolei, fabryki włókiennicze pracowały pełną parą, a inżynierowie i fizycy głowili się nad sprawnością silników cieplnych. Był to czas, gdy nauka musiała nadążyć za przemysłem. Wiedziano już, że energia jest zachowana. Mówiła o tym pierwsza zasada termodynamiki. James Prescott Joule pokazał, że praca mechaniczna i ciepło są równoważne. Jednak coś w tym obrazie było niekompletne. Mianowicie inżynierowie zauważyli, że w każdym procesie zamiany ciepła na pracę część energii zdawała się „uciekać”. Nie znikała ona w sensie bilansu energetycznego. Byłoby to naruszeniem zasady zachowania energii. Stawała się jednak niedostępna do dalszego wykorzystania, czyli po prostu – bezużyteczna. Ciepło ma naturalną tendencję do rozpływania się – uciekania z miejsc gorących do zimnych, a odzyskanie go wymaga nakładu pracy, co wówczas czyniło proces nieopłacalnym. Istniała ukryta asymetria w naturze, której ówczesna fizyka newtonowska, symetryczna w czasie, nie potrafiła wyjaśnić. Poszukiwanie nowej zmiennej stanu Ferment ten spróbował uporządkować Rudolf Julius Emanuel Clausius, niemiecki fizyk. W latach 1850–1865 podjął on tytaniczną pracę nad pogodzeniem intuicji Nicolasa Léonarda Sadi Carnota z nowymi odkryciami Joule’a na temat natury energii. Clausius zrozumiał, że aby opisać zachowanie silników cieplnych potrzebna jest nie jedna, a dwie fundamentalne zasady. Pierwsza mówiła o ilości energii. Druga musiała wskazywać na jej jakość i kierunek przepływu. Clausius sformułował obserwację, którą wówczas można było określić mianem przełomowej. Zauważył, że ciepło nie może samoistnie przejść z ciała zimniejszego do cieplejszego bez zachodzenia innych zmian w otoczeniu. Żeby móc ująć to w ramy matematyczne, potrzebował nowej wielkości fizycznej. W 1854 roku sformułował to, co początkowo nazwał „wartością równoważną transformacji”. Dostrzegł pewną prawidłowość w cyklach termodynamicznych. Dla procesów idealnych, odwracalnych, suma ilorazów ciepła wymienionego przez układ do temperatury, w której ta wymiana zachodziła, zawsze równała się zeru. Matematycznie zapisywał to jako całkę po cyklu zamkniętym, w której wielkość dQ/T jest różniczką zupełną nowej funkcji stanu. Funkcji, która zależy tylko od aktualnego stanu układu (jego ciśnienia, temperatury, objętości), a nie od historii tego, jak układ do tego stanu dotarł. Dlaczego „entropia”? W 1865 roku nadał nazwę nowej funkcji. Będąc purystą językowym i człowiekiem o głębokiej świadomości wagi swojego odkrycia, szukał słowa, które brzmiałoby uniwersalnie i korespondowało z już istniejącym pojęciem energii. Chciał podkreślić, że są to dwie fundamentalne wielkości fizyczne, rządzące Wszechświatem. W swoim przełomowym artykule z 1865 roku pisał, że nazwę woli zaczerpnąć z języków starożytnych, by mogła ona oznaczać to samo we wszystkich żywych językach. Ukuł więc słowo „entropia”, gdzie greckie „tropē” oznacza „zwrot” lub „transformację”, a przedrostek „en” – „wewnątrz” lub „zawartość”. Zatem w jego zamyśle entropia miała być miarą „zawartości transformacji” układu. Clausius zakończył swoją pracę dwoma zdaniami, które stały się jednymi z najczęściej cytowanych słów w historii nauki: „Energia świata jest stała” i „Entropia świata dąży do maksimum”. To drugie stało się fundamentem drugiej zasady termodynamiki w jej najbardziej ogólnej formie. Przewiduje ono, że Wszechświat nieuchronnie zmierza ku stanowi ostatecznej równowagi, co później zyskało mroczną i pobudzającą wyobraźnię nazwę śmierci cieplnej Wszechświata. Aspekt fizyczny W ujęciu klasycznym, entropia jest definiowana operacyjnie poprzez zjawisko wymiany ciepła. To podejście inżynierskie, fenomenologiczne, które nie wymaga wiary w istnienie atomów (to nadeszło dopiero wraz z odkryciem dokonanym przez Ludwiga Boltzmanna), by być skutecznym narzędziem obliczeniowym. Kluczowym aspektem jest jakość energii. Dodając określoną wartość energii cieplnej (np. 100 dżuli) do wnętrza rozgrzanego pieca hutniczego, gdzie temperatura absolutna, w której następuje przepływ, jest bardzo wysoka, zmiana entropii będzie znikoma, bo układ jest „schaotyzowany” wysoką temperaturą i dodanie energii niewiele zmienia. Jeżeli jednak owe 100 dżuli doda się do kryształu lodu, zmiana entropii będzie znacznie większa, a do uporządkowanego układu wkradnie się chaos. Wynika z tego, że entropia mierzy stopień degradacji energii. Energia skoncentrowana (wysoka temperatura) ma niską entropię i jest wysoce użyteczna. Energia rozproszona ma wysoką entropię i jest praktycznie bezużyteczna do celów technicznych. Strażnik rzeczywistości Druga zasada termodynamiki, w ujęciu entropowym, jest jednym z najsurowszych praw fizyki. Stwierdza ona, że w układzie izolowanym entropia nigdy nie maleje. To prawo definiuje tzw. strzałkę czasu dla procesów fizycznych, odróżniając przeszłość od przyszłości. Przykładowo, łącząc dwa bloki metalu – gorący A i zimny B – ciepło popłynie spontanicznie z A do B. A straci ciepło, więc jego entropia zmaleje. B zyska ciepło, więc jego entropia wzrośnie. Zysk entropii w ciele zimnym góruje nad stratą w ciele gorącym. Całkowita entropia układu wzrosła. Ostateczny spokój Na koniec warto wrócić do twierdzenia Clausiusa, według którego entropia świata dąży do maksimum. Jaki jest ostateczny cel tej „podróży”? Odpowiedź jest tylko jedna – jest nim stan termodynamicznej równowagi, znany w nauce jako śmierć cieplna. W tym scenariuszu wszystkie gwiazdy wypalą swoje paliwo nuklearne i zgasną. Procesy gwiazdotwórcze ustaną, gdy gaz w galaktykach zostanie rozproszony lub zużyty. Czarne dziury, będące ostatnimi magazynami energii, powoli wyparują. Temperatura wyrówna się w całym kosmosie, zbliżając się asymptotycznie do zera absolutnego, ale nigdy go nie osiągając w pełni w sensie energetycznej użyteczności. W stanie maksymalnej entropii nie będzie różnic temperatur. Bez tego nie będzie przepływu ciepła. Bez przepływu ciepła nie można wykonać żadnej pracy. Życie, myślenie, działanie maszyn, czy nawet ruch planet stanie się niemożliwy w sensie termodynamicznym. Będzie to stan wiecznej, niezmiennej „ciszy” – koniec historii Wszechświata. Źródło: National Geographic Polska Nasz autor Artur Białek Współpracownik National-Geographic.pl. Wcześniej związany m.in. z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. Pisał dla tytułów takich jak: „Kulisy Powiatu”, „AndroidNow” (gdzie pełnił także funkcję redaktora naczelnego) i „Bezpieczna Podróż”. Z wykształcenia jest ekonomistą, ale bardziej z przypadku niż zamiłowania. Jego największą pasją są podróże, zwłaszcza do miejsc wysokich, stromych i skalistych. Niewiele brakuje mu do zdobycia Korony Gór Polski, ale jego ambicje sięgają dalej. Lepiej niż w otoczeniu betonu i wielkopłytowej zabudowy czuje się wśród drzew i gór, które są jego największą miłością (zaraz obok ekosystemów leśnych), a obiektyw jego aparatu woli architekturę zabytkową niż nowoczesną. Najbardziej interesuje go historia współczesna, jako ta najlepiej poznana i pozostawiająca najmniej znaków zapytania. Wszystkie zwierzęta uważa za równorzędnych mieszkańców Ziemi. Zgodnie ze swoimi zainteresowaniami, w „National-Geographic.pl” pisze przede wszystkim o przyrodzie i historii. Zagorzały przeciwnik betonozy. Prywatnie opiekun dwóch wspaniałych gryzoni.
Teleportacja to już nie tylko science fiction – przynajmniej na poziomie kwantowym
Choć teleportacja ludzi wydaje się nieosiągalna, teleportacja kwantowa staje się kluczową technologią przyszłości. Może zapoczątkować nową erę komputerów i zmienić nasze rozumienie świata subatomowego.
Spis treści: Teleportacja w laboratorium Teleportacja kwantowa może pomóc rozwiązywać złożone problemy Jak działa teleportacja kwantowa? Czy teleportacja kwantowa pozwoli kiedyś przenosić ludzi? Sześćdziesiąt lat temu serial Star Trek wprowadził technologię, która stała się jedną z najbardziej rozpoznawalnych w historii science fiction: transporter. Maszyna, umożliwiająca natychmiastową teleportację z miejsca na miejsce, zrodziła się z czystej oszczędności – twórcy chcieli uniknąć wysokich kosztów renderowania lądowań statku. Technologia „przesyłania” załogi na pokład Enterprise i z powrotem stała się od tego czasu znakiem rozpoznawczym serii. Teleportacja w laboratorium W świecie Star Treka transporter przekształca materię w strumień energii, który następnie przesyłany jest do wybranego miejsca, gdzie zostaje odtworzony atom po atomie. Choć serial ten nie był pierwszym dziełem ukazującym teleportację, to właśnie ta koncepcja najmocniej rozpaliła wyobraźnię odbiorców, dając początek trwałym motywom kulturowym i licznym inspiracjom technologicznym. A potem… teleportacja stała się rzeczywistością. Ponad 30 lat temu grupa fizyków poszukiwała nazwy dla swojej radykalnej i nowatorskiej koncepcji. Chcieli opisać sposób przekazywania stanów kwantowych atomów lub cząstek subatomowych do innych, oddalonych cząstek bez jakiejkolwiek fizycznej interakcji między nimi. Stan kwantowy to pojęcie matematyczne, opisujące informacje o atomie lub cząstce subatomowej – na przykład poziom energii elektronu czy polaryzację fotonu. Zainspirowani science fiction, badacze nazwali to zjawisko „teleportacją kwantową”. Od tego czasu idea ta ewoluowała z koncepcji teoretycznej w eksperymentalnie zweryfikowaną rzeczywistość. Pierwsze doświadczenia z końca lat 90. wykazały, że stany kwantowe można przesyłać na krótkie dystanse. Kolejne badania udowodniły, że proces ten działa na coraz większe odległości – nawet między Ziemią a niską orbitą okołoziemską, co w 2017 roku zademonstrowali chińscy naukowcy. Teleportacja kwantowa jest możliwa dzięki wykorzystaniu splątania kwantowego – naturalnego zjawiska, w którym maleńkie cząstki mogą zostać ze sobą powiązane na niemal nieskończonych dystansach. Teleportacja kwantowa znacząco różni się od teleportacji materii, którą znamy z filmów i seriali. Polega ona na przenoszeniu stanu kwantowego, a nie samej materii. I choć eksperci podkreślają, że nie doprowadzi to do „przenoszenia” ludzi jak w Star Treku, może otworzyć drogę do nowej ery obliczeń kwantowych, która zrewolucjonizuje nasze rozumienie świata subatomowego – a tym samym także natury wszechświata i wszystkiego, co w nim istnieje. – U podstaw natura ma charakter kwantowy – mówi Jason Orcutt, główny naukowiec badawczy w IBM Quantum. – Ty sam jesteś informacją kwantową. Teleportacja kwantowa może pomóc rozwiązywać złożone problemy W życiu codziennym obiekty zdają się podlegać znanym nam zasadom fizyki klasycznej. Jednak na poziomie atomów i cząstek subatomowych zaczyna obowiązywać zupełnie inny, często trudny do wyobrażenia zestaw reguł. To właśnie królestwo fizyki kwantowej, w którym cząstki mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie, dopóki nie zostaną poddane pomiarowi, a obiekty mogą zostać ze sobą powiązane na niemal nieskończonych dystansach. Wiele zjawisk w świecie kwantowym wymyka się intuicji – i możliwościom opisu przez tradycyjne komputery. Podczas gdy klasyczne komputery przechowują i przetwarzają dane w postaci bitów (0 lub 1), stan układu kwantowego nie zawsze da się sprowadzić do tak prostego podziału. Dlatego potrzebny jest inny sposób zapisu informacji – informacja kwantowa, czyli kubity (qubits). Podczas gdy bit może przyjmować tylko wartość 0 albo 1, kubit może jednocześnie reprezentować oba stany, aż do momentu pomiaru – zjawisko to nazywa się superpozycją. Kubity mogą również ulegać splątaniu, co oznacza, że pomiar jednego natychmiast wpływa na wynik pomiaru drugiego. W efekcie powstaje bardzo złożona forma informacji, która stanowi fundament ogromnych możliwości komputerów kwantowych. – Istnieją problemy tak trudne, że ich rozwiązanie zajęłoby czas równy wiekowi Wszechświata – i klasyczne komputery nigdy im nie podołają – twierdzi dr Jason Orcutt. Komputery kwantowe mogą w przyszłości umożliwić precyzyjne symulowanie świata molekularnego, w tym złożonych reakcji chemicznych. Dzięki temu moglibyśmy projektować wydajniejsze procesy przemysłowe – na przykład bardziej energooszczędną produkcję syntetycznych nawozów dla rolnictwa – a także tworzyć zupełnie nowe materiały. Choć komercyjne komputery kwantowe już istnieją, ich możliwości są wciąż ograniczone. Jednym z kluczowych wyzwań w budowie większych i bardziej zaawansowanych maszyn – zdolnych do korygowania błędów i prowadzenia długotrwałych obliczeń – jest opracowanie skutecznych metod przesyłania informacji kwantowej. – Problem polega na tym, że gdy mierzymy stan kwantowy, automatycznie go zmieniamy – wyjaśnia Simone Portalupi, badacz komunikacji kwantowej. – Nie da się więc po prostu skopiować informacji kwantowej. Jak działa teleportacja kwantowa? Potrzebne są więc inne sposoby przekazywania informacji – i właśnie tu pojawia się teleportacja kwantowa. Jako metoda umożliwiająca przenoszenie stanów kwantowych bez przemieszczania materii, może stać się standardowym sposobem komunikacji w świecie technologii kwantowych. Dzięki niej możliwe będzie łączenie odległych komputerów kwantowych, a w przyszłości nawet stworzenie kwantowego internetu. Splątanie kwantowe jest zjawiskiem naturalnym, ale można je również wywołać sztucznie. Gdy dwa układy kwantowe zostaną splątane, ich stany pozostają ze sobą powiązane niezależnie od dzielącej je odległości. To właśnie dlatego splątanie może być wykorzystywane do przesyłania informacji. Procedura teleportacji stanów kwantowych została po raz pierwszy opisana w publikacji z 1993 roku, a następnie potwierdzona w serii eksperymentów. Do lat 2010. naukowcy nauczyli się teleportować różne typy stanów kwantowych, w tym stany nadprzewodzących obwodów. Badania wykazały także, że możliwe jest przesyłanie stanów kwantowych między miastami, a nawet między Ziemią a przestrzenią kosmiczną i z powrotem. Dziś – jak podkreśla Daniel Orcutt – dziedzina ta wychodzi poza etap czysto naukowy i wkracza w fazę inżynieryjną, której celem jest łączenie i skalowanie komputerów kwantowych. Czy teleportacja kwantowa pozwoli kiedyś przenosić ludzi? Choć teleportacja kwantowa może odegrać kluczową rolę w rozwoju przyszłych komputerów kwantowych, eksperci podkreślają, że raczej nie doprowadzi do powstania urządzeń zdolnych do „transportowania” ludzi, jak w Star Treku. – Porównania do Star Treka są trudne – mówi Tim Strobel, doktorant zajmujący się komunikacją kwantową i członek projektu QR.N. – W naszym przypadku chodzi o przenoszenie stanów kwantowych, a nie materii czy energii. Oblak przyznaje, że aby teleportować człowieka, należałoby przenieść całą informację kwantową dotyczącą atomów i cząstek, z których jest zbudowany. Konieczne byłoby także posiadanie w miejscu docelowym „zestawu atomów gotowych do złożenia człowieka”, a następnie przekazanie stanu kwantowego do każdego z nich z osobna. – Trudno sobie wyobrazić, by kiedykolwiek było to możliwe – mówi. Pozostaje też odwieczna debata filozoficzna: czy osoba, która pojawia się po teleportacji, to ta sama osoba, czy jedynie jej kopia? W mechanice kwantowej obowiązuje tzw. twierdzenie o zakazie klonowania, które mówi, że nie da się skopiować nieznanego stanu kwantowego. Teleportacja omija ten problem, ponieważ oryginalny stan zostaje najpierw zmierzony i zniszczony, zanim zostanie odtworzony w innym miejscu. W efekcie – na poziomie kwantowym – przeniesiony stan można uznać raczej za ten sam, a nie jego kopię. Jeśli okaże się, że to, co czyni cię tym, kim jesteś – twoje wspomnienia, osobowość, a nawet poczucie własnego „ja” – sprowadza się do informacji kwantowej, wówczas być może mógłbyś przeteleportować się w nowe miejsce. Jeśli jednak tak nie jest, taka „teleportacja” mogłaby oznaczać jedynie śmierć oryginału i powstanie jego kopii gdzie indziej. – To wszystko opiera się wyłącznie na spekulacjach – mówi Orcutt. – Na razie pytanie, czy można teleportować człowieka, a nawet pojedynczy atom, pozostaje zdecydowanie w sferze science fiction – podobnie jak wszelkie odpowiedzi na to pytanie. Źródło: National Geographic
Udało się przetransportować antymaterię ciężarówką! Eksperyment BASE w CERN zakończył się sukcesem
Kriogeniczna pułapka Penninga zawierająca chmurę 92 antyprotonów została przetransportowana ciężarówką przez teren Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). To wyjątkowe wydarzenie, które w przyszłości pozwoli na transportowanie antymaterii do europejskich laboratoriów.
Antymateria to naturalnie występująca klasa cząstek, niemal identyczna ze zwykłą materią – z tą różnicą, że ładunek elektryczny i moment magnetyczny są odwrócone. Każda cząstka ma swoją „lustrzaną wersję”: elektron (–) → pozyton (+), proton (+) → antyproton (–), neutron → antyneutron . Zgodnie z prawami fizyki Wielki Wybuch powinien wygenerować równe ilości materii i antymaterii. Te równe, lecz przeciwne cząstki szybko by się wzajemnie anihilowały, pozostawiając pusty Wszechświat. Tymczasem to, co nas otacza, składa się głównie z materii, a ta nierównowaga od dziesięcioleci zastanawia naukowców. Fizycy podejrzewają, że istnieją ukryte różnice, które mogą wyjaśniać, dlaczego materia przetrwała, a antymateria niemal całkowicie zniknęła. Od pomysłu Diraca po eksperymenty w CERN Samo istnienie antymaterii przewidział genialny fizyk i noblista Paul Dirac w swojej pracy opublikowanej w 1928 roku. Pierwsze antyprotony zaczęto wytwarzać w akceleratorach już w latach 50. XX wieku. W 1995 w CERN po raz pierwszy stworzono atomy antywodoru. Niemal wiek po artykule Diraca naukowcy potrafią nie tylko wytwarzać, ale też przechowywać antymaterię przez dłuższy czas. A jak się właśnie okazało – także ją transportować. 24 marca 2026 roku zapisze się w historii nauki jako wyjątkowo ważny moment. Właśnie wczoraj zespół naukowców eksperymentu BASE w CERN z powodzeniem przetransportował pułapkę zawierającą antyprotony przez teren laboratorium. W przenośnej, kriogenicznej pułapce Penninga znajdowała się chmura 92 antyprotonów. Po przewiezieniu pułapki urządzenie zostało z powodzeniem podłączone w innym laboratorium, a eksperyment kontynuowano. Fabryka antymaterii Dlaczego to takie ważne? Ponieważ antymateria ulega anihilacji przy kontakcie ze zwykłą materią, co powoduje, że bardzo trudno jest ją utrzymać. Do tej pory antymateria mogła być badana tylko w CERN, gdzie znajduje się jedyne na świecie laboratorium nazywane fabryką antymaterii. Fabryka ta to tak naprawdę kompleks urządzeń badawczych zdolnych wytwarzać antyprotony w procesie zderzania cząstek przy bardzo dużych energiach i spowalniać je, by mogły służyć naukowcom oraz nadawały się do przechowywania. Wyrażenie „fabryka” sugeruje ilości przemysłowe, jednak wytworzenie antymaterii jest bardzo trudne i kosztowne. Przy obecnej technologii wyprodukowanie jednego grama antymaterii zajęłoby miliony lat. – Celem projektu BASE-STEP jest wychwytywanie antyprotonów i dostarczanie ich do wyspecjalizowanych europejskich laboratoriów, w tym do laboratorium Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie, Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze, a być może także do innych ośrodkaów zdolnych do prowadzenia bardzo precyzyjnych pomiarów antyprotonów, które nie są możliwe w fabryce antymaterii – wyjaśnia Christian Smorra, kierownik projektu BASE-STEP. – W zeszłym roku potwierdziliśmy wykonalność projektu na protonach, ale to, co osiągnęliśmy dziś z antyprotonami, jest prawdziwym kamieniem milowym – podkreśla naukowiec. Eksperyment BASE-STEP jest na tyle mały, że można go załadować na ciężarówkę i przenieść przez standardowe drzwi laboratoryjne. Urządzenie jest również odporne na wstrząsy i drgania podczas transportu. Aparatura – obejmująca nadprzewodzący magnes, kriogeniczne chłodzenie ciekłym helem, rezerwy zasilania oraz komorę próżniową – więzi antycząstki za pomocą pól magnetycznych i elektrycznych. Całość waży tonę i jest znacznie bardziej kompaktowa niż inne istniejące systemy do badania antymaterii. Popkultura o antymaterii Gautier Hamel de Monchenault, dyrektor ds. badań i obliczeń CERN, podkreślił, że transport antymaterii jest pionierskim i wyjątkowo ambitnym projektem. – Gratuluję zespołowi BASE tego imponującego osiągnięcia. Znajdujemy się na początku ekscytującej drogi naukowej, która pozwoli nam jeszcze głębiej zrozumieć antymaterię – powiedział uczony. Natomiast my dodajmy, że wytwarzana w CERN antymateria nie jest niebezpieczna i nie może być przekształcona w broń. Oczywiście Dan Brown w powieści „Anioły i demony” (i filmie na jej podstawie) wykorzystał pojemnik z antymaterią do stworzenia bomby, która miała wysadzić Watykan, a torpedy fotonowe statku Enterpise z uniwersum Star Treka wyposażone są głowice z antymaterii. Jednak przy współczesnej technologii wytworzenie takiej broni jest niemożliwe. Przede wszystkim produkcja antymaterii jest niezwykle kosztowna. Szacunkowo jest to około 6 miliardów dolarów za każde 100 nanogramów. W dodatku wytwarzane ilości są bardzo małe. Innymi słowy, antymateria służy przede wszystkim nauce i poznaniu tajemnic Wszechświata. Źródło: CERN Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czas nie jest fundamentalną częścią rzeczywistości? Być może jest czymś, co tworzy się spontanicznie
Pytanie o naturę czasu jest jednym z podstawowych i najgłębszych problemów nauki. Od ruchów planet, po ludzką pamięć – wszystko wydaje się rozwijać tylko w jednym, nieodwracalnym kierunku. Gdy jednak fizycy próbują połączyć różnorodne teorie w jedną, spójną całość, czas często zachowuje się w specyficzny sposób. Raz się rozciąga. Innym razem zwalnia. Czasami nawet całkowicie znika.
Spis treści: Różne traktowanie czasu Teoria informacji Czasoprzestrzeń jako nośnik informacji Perspektywa czasu „Czas wydaje się najbardziej podstawową cechą rzeczywistości. Sekundy tykają, dni mijają, a wszystko (…) zdaje się rozwijać w jednym, nieodwracalnym kierunku. Rodzimy się i umieramy, dokładnie w tej kolejności. Planujemy nasze życie wokół czasu, obsesyjnie go mierzymy i doświadczamy go jako nieprzerwanego przepływu od przeszłości do przyszłości. Wydaje się tak oczywiste, że czas płynie naprzód, iż jego kwestionowanie może wydawać się niemal bezcelowe. A jednak od ponad wieku fizyka zmaga się z pytaniem, czym właściwie jest czas. Ta walka legła u podstaw jednych z najgłębszych problemów w nauce” – napisał w artykule opublikowanym na łamach „The Conversation” fizyk dr Florian Neukart, adiunkt na Uniwersytecie w Lejdzie. Różne traktowanie czasu Współczesna fizyka opiera się na kilku ramach teoretycznych. Ogólna teoria względności Alberta Einsteina opisuje grawitację i ruch dużych obiektów, takich jak planety. Mechanika kwantowa rządzi mikroświatem atomów i cząstek. Tak zwany model standardowy kosmologii opisuje narodziny i ewolucję całego Wszechświata. Wszystkie opierają się na czasie, a jednak traktują go w różny sposób. Już teoria względności wybija nas z intuicyjnego postrzegania uniwersalności czasu. Bo według niej czas płynie z różną prędkością w zależności od grawitacji i ruchu. Einstein pokazał, że czas jest spleciony z przestrzenią w czterowymiarową strukturę zwaną czasoprzestrzenią. Mechanika kwantowa uczyniła sytuację jeszcze dziwniejszą. W teorii kwantowej czas jest po prostu założony. Równania mechaniki kwantowej opisują, jak układy ewoluują względem czasu, ale sam czas pozostaje zewnętrznym parametrem, tłem – zegarem znajdującym się poza teorią. Ta niezgodność staje się szczególnie wyraźna, gdy fizycy próbują opisać grawitację na poziomie kwantowym, co jest kluczowe dla stworzenia upragnionej teorii wszystkiego – łączącej główne teorie fundamentalne. Pomimo ogromnych postępów w kosmologii i fizyce cząstek nadal brakuje nam jasnego wyjaśnienia, dlaczego czas w ogóle płynie. Ciekawe odpowiedzi daje teoria informacji rozwijana przez Claude’a Shannona w latach 40. ubiegłego wieku. Teoria informacji W ciągu ostatnich kilku dekad w fizyce zaszła cicha, ale dalekosiężna rewolucja. Informacja, wcześniej traktowana jako abstrakcyjne narzędzie do śledzenia stanów lub prawdopodobieństw, coraz częściej uznawana jest za wielkość fizyczną samą w sobie, podobnie jak materia czy promieniowanie. Podczas gdy entropia mierzy liczbę możliwych stanów mikroskopowych, informacja mierzy, jak interakcje fizyczne ograniczają i zapisują te możliwości. Gdy Stephen Hawking wykazał, że czarne dziury emitują promieniowanie, pojawił się problem zachowania informacji. Bo jeśli uzna się teorię Hawkinga, to trzeba zaakceptować, że informacja o wszystkim, co wpada do czarnej dziury, może zostać na zawsze utracona jako ciepło. Wniosek ten był sprzeczny z mechaniką kwantową, która wymaga zachowania informacji. Rozwiązanie tego problemu zmusiło fizyków do przyznania, że informacja nie jest opcjonalna. Jeśli chcemy pełnego opisu Wszechświata uwzględniającego mechanikę kwantową, informacja nie może po prostu znikać bez podważenia podstaw fizyki. Stało się jasne, że informacja ma koszt termodynamiczny, że usuwanie jej rozprasza energię, a przechowywanie wymaga zasobów fizycznych. Te idee prowadzą do radykalnej zmiany perspektywy. Zamiast traktować czasoprzestrzeń jako coś pierwotnego, a informację jako coś, co w niej istnieje, możliwe jest, że to informacja jest bardziej fundamentalnym składnikiem, z którego sama czasoprzestrzeń się wyłania. Czasoprzestrzeń jako nośnik informacji – Opierając się na tych badaniach, moi współpracownicy i ja opracowaliśmy ramy teoretyczne, w których sama czasoprzestrzeń działa jako nośnik informacji. A to ma istotne konsekwencje dla tego, jak postrzegamy czas – wyjaśnia Florian Neukart. Jeśli czasoprzestrzeń zapisuje informację, to jej obecny stan odzwierciedla nie tylko to, co istnieje teraz, ale także wszystko, co wydarzyło się wcześniej. Obszary, które doświadczyły większej liczby oddziaływań, niosą inny ślad informacyjny niż te, które doświadczyły ich mniej. Wszechświat, w tym ujęciu, nie tylko ewoluuje zgodnie z bezczasowymi prawami stosowanymi do zmieniających się stanów. On pamięta i wcale nie jest to metafora. Każde oddziaływanie fizyczne pozostawia ślad informacyjny. Gdy informacja rozprzestrzeni się w szerszym środowisku, jej odzyskanie wymagałoby odwrócenia nie tylko jednego zdarzenia, ale każdej zmiany fizycznej, którą ono wywołało po drodze. W praktyce jest to niemożliwe. Dlatego właśnie informacja nie może być usunięta, a rozbite filiżanki nie składają się z powrotem. Ale konsekwencje sięgają głębiej. Każde oddziaływanie zapisuje coś trwałego w strukturze Wszechświata – niezależnie od tego, czy chodzi o zderzenia atomów, czy formowanie się galaktyk. Perspektywa czasu – Niedawno rozszerzyliśmy tę informacyjną perspektywę na sam czas. Zamiast traktować czas jako fundamentalny parametr tła, pokazaliśmy, że porządek czasowy wyłania się z nieodwracalnego zapisywania informacji. W tym ujęciu czas nie jest czymś, co dodaje się do fizyki „z zewnątrz”. Powstaje, ponieważ informacja jest zapisywana w procesach fizycznych i – zgodnie ze znanymi prawami termodynamiki i mechaniki kwantowej – nie może zostać globalnie usunięta. Idea jest prosta, ale dalekosiężna – mówi naukowiec. To, czy ten model okaże się ostateczną odpowiedzią, czy jedynie krokiem pośrednim, pozostaje do ustalenia. Jak wiele idei w fizyce fundamentalnej, będzie on oceniany na podstawie tego, jak dobrze łączy teorię z obserwacją. Już teraz jednak sugeruje uderzającą zmianę perspektywy. Wszechświat nie istnieje w czasie. To czas jest czymś, co Wszechświat nieustannie zapisuje w samym sobie. Źródło: The Conversation Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Wielki Zderzacz Hadronów pozwolił odnaleźć nową cząstkę subatomową – ogłosili naukowcy z CERN
Niedawno rozpoczął się nowy, ostatni przed wielką modernizacją sezon badań w Wielkim Zderzaczu Hadronów – największym i najpotężniejszym akceleratorze cząstek na świecie. Tymczasem naukowcy z CERN ogłosili, że eksperyment LHCb wykrył nową cząstkę subatomową przypominającą proton, lecz czterokrotnie cięższą.
Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider, LHC) jest jednym z najbardziej niezwykłych urządzeń badawczych na świecie. Zbudowany przez Europejską Organizację Badań Jądrowych (CERN) akcelerator cząstek to naszpikowany czułą aparaturą 27-kilometrowy podziemny pierścień, w którym rozpędza się protony do prędkości bliskiej prędkości światła i zderza je ze sobą. Dzięki tym zderzeniom naukowcy badają podstawowe składniki materii i prawa rządzące Wszechświatem. To właśnie w LHC odkryto m.in. bozon Higgsa w 2012 roku. Jednak na tym lista się nie kończy. LHC pozwolił odkryć dziesiątki nowych hadronów, w tym egzotyczne układy, takie jak tetrakwarki i pentakwarki. Dzięki zderzeniom ciężkich jonów naukowcy odtworzyli także plazmę kwarkowo-gluonową – stan materii istniejący tuż po Wielkim Wybuchu. Dwa kwarki powabne Teraz fizycy wysokich energii z CERN ogłosili, że eksperyment LHCb pozwolił wykryć cząstkę zawierającą dwa kwarki powabne (doubly charmed particle). Przypomina proton, lecz jest czterokrotnie cięższa. Atomy wodoru, najprostszego i najpowszechniejszego pierwiastka w obserwowalnym Wszechświecie, zawierają jedynie proton i elektron. Protony, wraz z neutronami w cięższych atomach, składają się z elementarnych cząstek subatomowych zwanych kwarkami. Proton zawiera dwa kwarki górne (up) i jeden kwark dolny (down). Istnieją jednak cięższe, niestabilne odmiany kwarków, znane jako powabne (charm), dziwne (strange), górne (top) i dolne (bottom). W ciężkim protonie wykrytym w CERN oba kwarki górne zostały zastąpione kwarkami powabnymi. Cząstka o nazwie Xi-cc-plus, została zidentyfikowana dzięki charakterystycznemu rozpadowi na inne cząstki. Po pojawieniu się nie istnieje długo: naukowcy przypuszczają, że przetrwa krócej niż jedną milionową część milionowej części sekundy, zanim ulegnie rozpadowi. Jednak sama wiedza o jej istnieniu – oraz znajomość jej masy – może pomóc fizykom lepiej zrozumieć strukturę materii. Silne oddziaływania jądrowe – Jest to pierwsza nowa cząstka zidentyfikowana po modernizacji detektora LHCb zakończonej w 2023 roku – napisał w komunikacie prasowym rzecznik eksperymentu dr Vincenzo Vagnoni. Nowo odkryta cząstka pomoże fizykom lepiej zrozumieć silne oddziaływanie jądrowe, które spaja składniki wszystkich jąder atomowych. Oddziaływanie to jest nietypowe, ponieważ zachowuje się jak gumowa taśma – staje się silniejsze wraz ze wzrostem odległości między cząstkami subatomowymi. Zagadka sprzed 25 lat Odkrycie wiąże się również zagadką sprzed niemal 25 lat. W 2002 roku fizycy z amerykańskiego ośrodka Fermilab w Illinois zaobserwowali ślady cząstki, która mogła być Xi-cc-plus. Jednak była ona znacznie lżejsza niż przewidywała teoria, a poziom pewności oszacowania jej masy nie osiągnął standardu 5 sigma wymaganego dla odkrycia cząstki subatomowej. Po 15 latach, w 2017 roku zespół LHCb w CERN odkrył podobny typ barionu, znany jako Ξcc++ („Xi-cc-plus-plus”). Fizycy spodziewali się, że Xi-cc-plus będzie miał zbliżoną masę. Najnowsze obserwacje potwierdzają te oczekiwania z poziomem pewności 7 sigma. CERN poinformował, że nowa cząstka zwiększa łączną liczbę hadronów odkrytych w eksperymentach LHC do 80. Odkrycie Xi-cc-plus nie jest tak przełomowe, jak to z 2012 roku, gdy LHC pozwolił odnaleźć bozon Higgsa, jednak – jak zaznaczył Vagnoni – poszerzy granice fizyki. Wielka modernizacja LHC – Wynik ten pomoże teoretykom testować modele chromodynamiki kwantowej – teorii silnego oddziaływania, które wiąże kwarki nie tylko w konwencjonalne bariony i mezony, ale także w bardziej egzotyczne hadrony, takie jak tetrakwarki i pentakwarki – wyjaśnił włoski naukowiec. To jeszcze nie koniec zadań stojących przez Wielkim Zderzaczem Hadronów. Obecna tura testów zakończy się w czerwcu tego roku. Następnie urządzenie zostanie wyłączone na kilka lat. Przejdzie w tym czasie potężną modernizację znaną jako projekt High-Luminosity Large Hadron Collider. Modernizacja ma zwiększyć zdolność akceleratora do zderzeń cząstek dziesięciokrotnie w porównaniu z pierwotnymi założeniami. Po jej zakończeniu, około 2030 roku, fizycy uzyskają jeszcze większe możliwości prowadzenia badań. Źródło: CERN Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Skala Richtera odeszła do historii. Naukowcy zastąpili ją dokładniejszą metodą
Skala Richtera to bez wątpienia najsłynniejsza miara geofizyczna. Warto jednak podkreślić, że w swojej pierwotnej formie jest w zasadzie martwa od dziesięcioleci. Współczesna nauka odeszła od oryginalnej metody Richtera i Gutenberga, zastępując ją bardziej wyrafinowaną fizyką momentu sejsmicznego. Jednak nazwisko ekscentrycznego fizyka przetrwało jako synonim trzęsienia ziemi.
Spis treści: Skala Richtera to nieistniejące pojęcie Wykres Richtera Skutki trzęsień ziemi Zmierzch skali Richtera Najsilniejsze trzęsienia ziemi w nowożytnej historii Kiedy ziemia zaczyna drżeć, a budynki kołyszą się niczym targane wiatrem drzewa, pojawia się pytanie: „Ile w skali Richtera?”. Ta jedna wartość, najczęściej mieszcząca się w przedziale od 1 do 9, stała się ostatecznym wyznacznikiem skali katastrofy. Zaczęło się od próby uporządkowania danych w laboratorium w Kalifornii, a skończyło na systemie, który monitoruje puls całej planety. Skala Richtera to nieistniejące pojęcie Gdy gdzieś na świecie zadrży ziemia, nagłówki gazet i portali internetowych „krzyczą” o sile wstrząsów, wyrażonej w skali Richtera. Czy to zwykłe przyzwyczajenie, czy raczej celowo używane uproszczenie? Trudno powiedzieć, jednak oczywiste jest, że używanie nazwiska sławnego sejsmologa w kontekście miary siły kataklizmu jest ewidentnym błędem – z dwóch powodów. Po pierwsze, Charles Richter nigdy nie nazwał swoim nazwiskiem skali, którą opracował wspólnie z Beno Gutenbergiem. Po drugie, oryginalna skala miała poważne ograniczenia, które dla nauki były niedopuszczalne. Z tego powodu od kilkudziesięciu lat nie jest stosowana. Przed opracowaniem magnitudy Zanim Richter nakreślił swoje słynne krzywe, świat polegał na skalach intensywności. Najczęściej stosowana była skala Mercalliego i jej późniejsze modyfikacje. Problem w tym, że nie mierzyły one trzęsienia ziemi jako zjawiska fizycznego u źródła, a jedynie jego skutki na powierzchni. Oznacza to, że wstrząsy, które nawiedzały obszary niezurbanizowane i niezamieszkane, właściwie były ignorowane. W tej sytuacji, nie można było zrozumieć zjawiska tektoniki płyt i dynamiki wnętrza Ziemi. Nauka potrzebowała miary bezwzględnej. Wykres Richtera W 1935 roku Charles Richter opublikował przełomową pracę, w której zdefiniował to, co dziś nazywamy „skalą Richtera”, a co naukowo określane jest mianem magnitudy lokalnej. Swoją metodę pomiarową oparł na konkretnym instrumencie – sejsmografie torsyjnym Wooda-Andersona. Jej definicja była ściśle empiryczna – magnituda to logarytm dziesiętny z maksymalnej amplitudy fali (mierzonej w mikrometrach), zarejestrowanej przez standardowy sejsmograf Wooda-Andersona, znajdujący się w odległości 100 km od epicentrum. Skala Richtera jest więc skalą logarytmiczną o podstawie 10. Oznacza to, że każdy pełny stopień magnitudy odpowiada dziesięciokrotnemu wzrostowi amplitudy fali sejsmicznej na zapisie sejsmografu: trzęsienie o magnitudzie 5,0 kreśli na papierze linię 10 razy wyższą niż trzęsienie 4,0; trzęsienie o magnitudzie 6,0 kreśli linię 100 razy wyższą niż trzęsienie 4,0; trzęsienie o magnitudzie 7,0 kreśli linię 1000 razy wyższą niż trzęsienie 4,0. Chcąc narysować wstrząsy na jednej kartce papieru w skali liniowej i przyjmując, że trzęsienie o magnitudzie 3 to 1 mm, wstrząsy o magnitudzie 9 wymagałyby kartki o długości… 1 km. Logarytm kompresuje te dane do zarządzalnych cyfr od 1 do 9. Amplituda a energia W tym miejscu należy jednak podkreślić, że amplituda, czyli wychylenie gruntu, nie jest równoznaczna z energią, czyli mocą niszczącą. Relacja między tymi wartościami nie jest liniowa. Energia jest proporcjonalna do amplitudy podniesionej do potęgi 1,5. Zwiększenie magnitudy o 1 stopień to ok. 32 razy więcej energii. O 2 stopnie – ok. 1000 razy więcej energii. Jak to wygląda w praktyce? Implikacje są iście porażające: trzęsienie 6,0 jest 32 razy silniejsze od 5,0; trzęsienie 7,0 jest 1000 razy silniejsze od 5,0; trzęsienie 9,0 jest 1000000 razy silniejsze od 5,0. To dlatego trzęsienia o magnitudzie 5,0 są często uważane za „umiarkowane” i rzadko powodują zawalenia budynków, podczas gdy trzęsienia 8,0 potrafią zrównać z ziemią całe regiony. Cichy współtwórca Mówiąc o skali Richtera, nie można nie wspomnieć o Beno Gutenbergu. To właśnie niemiecki sejsmolog, patrząc na dane zebrane przez Richtera, zasugerował kluczowe rozwiązanie matematyczne – użycie skali logarytmicznej. Richter początkowo oponował. Ostatecznie jednak pragmatyzm zwyciężył. Bez logarytmów skala byłaby niemożliwa do graficznego przedstawienia. Skutki trzęsień ziemi Co oznaczają poszczególne stopnie na skali? Wstrząsy o magnitudzie z pierwszej połowy skali nie są szczególnie niebezpieczne, ale te z przeciwległego końca oznaczają kataklizm o sile, którą trudno sobie wyobrazić: <2,0 – to najmniejsze wstrząsy, które najczęściej są niewyczuwalne; 2,0-3,4 – takie wstrząsy odczuje tylko niewielka grupa ludzi; 3,5-4,2 – te wstrząsy odczuje większość ludzi na danym obszarze, ale wciąż są one niewielkie; 4,3-4,8 – są odczuwalne przez wszystkich, ale nadal nieszkodliwe; 4,9-5,4 – to wstrząsy powodujące niewielkie zniszczenia; 5,5-6,1 – to średnie wstrząsy, mogące doprowadzić do uszkodzenia budynków; 6,2-6,9 – to duże wstrząsy, powodujące znaczne zniszczenia; 7,0-7,3 – takie wstrząsy wywołują już znaczne zniszczenia; 7,4-8,0 – w tym przypadku należy już mówić o ogromnych zniszczeniach; 8,1-8,9 – takie wstrząsy wywołują katastrofalne skutki; ≥9,0 – takie trzęsienie ziemi generuje energię, która może zburzyć wszystkie miasta na obszarze większym niż kilkanaście tysięcy kilometrów kwadratowych. Zmierzch skali Richtera Mimo swojej genialnej prostoty, oryginalna skala Richtera miała poważne ograniczenia. Została skalibrowana dla geologii Kalifornii i konkretnego typu sejsmografu. Gdy naukowcy zaczęli stosować ją do trzęsień w innych częściach świata i – co ważniejsze – do trzęsień potężniejszych niż te, które Richter obserwował w latach 30., napotkali na poważny problem. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/co-to-znaczy-sejsmologia-i-czym-zajmuja-sie-sejsmolodzy-trzesienia-ziemi-pod-lupa-naukowcow-fot-adhitya-hendra-pacific-press-lightrocket-via-getty-images-cbc6431.jpeg" width="938" height="623" alt="Co to znaczy „sejsmologia” i czym zajmują się sejsmolodzy? Trzęsienia ziemi pod lupą naukowców (fot. Adhitya Hendra/Pacific Press/LightRocket via Getty Images)" title="Co to znaczy „sejsmologia” i czym zajmują się sejsmolodzy? Trzęsienia ziemi pod lupą naukowców (fot. Adhitya Hendra/Pacific Press/LightRocket via Getty Images)" /> Skala autorstwa Richtera i Gutenberga opierała się na falach o stosunkowo wysokiej częstotliwości. Przy trzęsieniach powyżej magnitudy 6,5–7,0 ich amplituda przestaje rosnąć proporcjonalnie do energii uwalnianej w ognisku. Dzieje się tak, ponieważ przy bardzo dużych pęknięciach energia jest emitowana w postaci fal o bardzo długim okresie, których sejsmografy Wooda-Andersona „nie słyszały” poprawnie. Efekt? Trzęsienia o rzeczywistej sile 8,0 i 9,0 dawały na starej skali niemal ten sam wynik – około 7,0 lub nieco więcej. Rewolucja momentu sejsmicznego W latach 70. XX wieku sejsmolodzy Hiroo Kanamori i Thomas Hanks wprowadzili skalę znaną jako magnituda momentu sejsmicznego. W przeciwieństwie do metody Richtera, która była tylko pomiarem amplitudy fali, magnituda momentu jest miarą samej przyczyny – fizycznej pracy wykonanej podczas pękania skał. Metoda ta ma kluczową zaletę – w przeciwieństwie do skali Richtera, nie ulega nasyceniu, czyli może rosnąć tak długo, jak długo rośnie trzęsienie ziemi. Pozwoliła ona precyzyjnie odróżnić trzęsienie 8,8 od 9,0, co ma kluczowe znaczenie dla szacowania ryzyka tsunami. Dziś, gdy USGS lub inne agencje podają „magnitudę trzęsień ziemi”, w większości przypadków dla silnych wstrząsów (powyżej 4,0) jest to właśnie magnituda momentu sejsmicznego, choć media najczęściej wciąż dodają „w skali Richtera”. Jest to naukowo niepoprawne, ale kulturowo i historycznie – całkowicie zrozumiałe. Najsilniejsze trzęsienia ziemi w nowożytnej historii W XX i XXI wieku nie brakowało tragicznych momentów, gdy skala została „przetestowana” do górnych wartości: Valdivia, Chile (1960 rok) – 9,5; Prince William Sound, Alaska (1964 rok) – 9,2; Sumatra, Indonezja (2004 rok) – 9,1; Tohoku, Japonia (2011 rok) – 9,1; Kamczatka, Rosja (1952 rok) – 9,0. Źródło: National Geographic Polska Nasz autor Artur Białek Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.
Teraz wiemy, czemu buty sportowe piszczą. Dosłownie produkują miniaturowe pioruny
Wyobraź sobie ciszę na boisku, na którym toczy się walka o ostatni punkt. Sekundy mijają, niemalże słychać bicie serc, a wielką chwilę przerywa… przenikliwy pisk butów. Ich akompaniament bezapelacyjnie kojarzy nam się z meczami siatkówki, koszykówki czy piłki ręcznej, a naukowcy z Harvardu wreszcie znaleźli wytłumaczenie zjawiska, które zna każdy sportowiec. Stało się pretekstem do eksperymentów… z piorunami.
Naukowcy z Harvardu udowodnili, że za irytujący pisk butów na parkiecie odpowiadają miniaturowe wyładowania elektryczne powstające pomiędzy gumą a twardą powierzchnią boiska. Ale jak to możliwe? Sekret piszczących butów – impulsy tarcia szybsze niż dźwięk To wcale nie takie proste. Inżynierowie odkryli, że ruch gumowej podeszwy pod twardej powierzchni nie jest równomierny. Zamiast tego energia koncentruje się w błyskawicznych, lokalnych impulsach (ang. opening slip pulses), które pojawiają się, przemieszczają i znikają szybciej niż… rozchodzi się dźwięk! Każdy taki impuls generuje drobne wibracje, które ucho rejestrowało jako charakterystyczny pisk. – Wykazaliśmy, że skrzypienie buta może rozprzestrzeniać się tak szybko, jak pęknięcie uskoku geologicznego, a nawet szybciej. Ich fizyka jest uderzająco podobna – powiedział prof. Shmuel Rubinstein, fizyk i współautor badania. Czy można regulować „brzmienie” buta? Wszystko zależy od budowy podeszwy. Jej rowki i ranty „stroją” buty: nadają ton i częstotliwość dźwięku. Naukowcy udowodnili, że zmieniając kształt gumy można zagrać nawet „Marsz Imperialny” z Gwiezdnych Wojen. To z pewnością sprawiłoby, że mecze stałyby się jeszcze ciekawsze. Pioruny pod butami istnieją naprawdę To jednak nie koniec zadziwiających odkryć. Tarcie pod butami to jedno, ale naukowcy odkryli, że w jego wyniku powstają… miniaturowe wyładowania elektryczne, dosłownie mikroskopijne „pioruny”, które błyskają podczas tarcia gumy. To efekt nagromadzenia ładunków elektrostatycznych podczas gwałtownego ślizgu. W niektórych przypadkach te mikropioruny wręcz „wyzwalały” kolejne impulsy ruchu i wzmacniały efekt skrzypienia. Pod naszymi stopami rozgrywa się fascynująca walka energii. Nowe spojrzenie na tarcie i nowa era projektowania obuwia Wyniki tych badań mają potencjał wykraczający poza zwykłe obuwie sportowe. Mechanizm opening slip pulses przypomina zjawiska towarzyszące trzęsieniom ziemi. Zrozumienie tego procesu może pomóc inżynierom w projektowaniu podeszew o regulowanym tarciu – od superśliskich po ultraprzyczepne: do zadań specjalnych. To, co zaczęło się od irytacji podczas oglądania meczu, zakończyło się naukową rewolucją. Odtąd, słysząc pisk na parkiecie, możesz pomyśleć: pod moimi stopami właśnie rodzi się miniaturowa burza! To fascynujące, jak mikroświat buta może perfekcyjnie odbijać makroświat całej naszej planety. Źródło: Nature Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.
Jedno zdanie uczyniło go nieśmiertelnym. Tak Kartezjusz zmienił myślenie o świecie
„Myślę, więc jestem” – napisał René Descartes, znany jako Kartezjusz. Ten XVII wieczny matematyk, fizyk i filozof należał do grona najbardziej wpływowych intelektualistów ówczesnej Europy. Zapoczątkował nurt XVII-wiecznego racjonalizmu, a jego sposób postrzegania rzeczywistości stał się fundamentem dla późniejszych filozoficznych systemów, m.in. Spinozy i Leibniza.
Spis treści: Edukacja jezuicka Między matematyką a filozofią Rozprawa o metodzie Kartezjusz – fizyk i matematyk Śmierć uczonego René Descartes, zwany Kartezjuszem urodził się we francuskim miasteczku La Haye en Touraine 31 marca 1596. W XIX wieku, pragnąc oddać hołd uczonemu, nazwę miasteczka zmieniono na Descartes. Przyszły filozof urodził się w zamożnej, lecz naznaczonej tragedią rodzinie. Jeanne Brochard, matka Kartezjusza, zmarła zaledwie rok po jego narodzinach, natomiast zajęty sprawami urzędowymi ojciec Joachim Descartes nie interesował się potomstwem i po śmierci żony oddał dzieci na wychowanie swojej matce. Edukacja jezuicka Kartezjusz miał około dziesięciu lat, gdy w 1606 roku, został wysłany do kolegium jezuitów w La Flèche. Pozostał tam przez kolejne osiem lat. Doktryna i szkolnictwo jezuickie miało na niego ogromny wpływ. Wpływ często przez niego nieuświadomiony, jednak mający swoje odbicie w jego poglądach. W 1615 René Descartes wstąpił na Uniwersytet w Poitiers, gdzie rok później uzyskał tytuł bakałarza oraz licencjat z prawa kanonicznego i cywilnego. Wydawało się, że jego ścieżka naukowa jest już pewna, jednak zamiast niej wybrał karierę wojskową. W 1618 roku Kartezjusz zaciągnął się do armii księcia Maurycego Nassau. Należał do korpusu inżynieryjnego, gdzie zajmował się praktycznymi zastosowaniami matematyki, projektując różnorodne maszyny mające chronić i wspierać żołnierzy w walce. W pewnym sensie można powiedzieć, że podążył ścieżką wytyczoną przez Leonarda da Vinci, który również parał się inżynierią wojskową i budował machiny wojenne na potrzeby kampanii Cezarego Borgii. Między matematyką a filozofią W okresie służby wojskowej poznał Isaaca Beeckmana, niderlandzkiego filozofa, matematyka i fizyka uważanego za jednego z prekursorów mechanicyzmu w nauce. Przyjacielska relacja z Beeckmanem rozbudziła w Kartezjuszu intensywne zainteresowanie naukami ścisłymi. Filozof opuścił szeregi armii w 1619 roku, ponownie kierując się ku nauce. Kolejna dekada naznaczona była licznymi podróżami, pracami matematycznymi i filozoficznymi zainspirowanymi spotkaniami z wybitnymi postaciami ówczesnej nauki. W 1630 Kartezjusz przeprowadził się do Amsterdamu, gdzie pracował nad szkicami „Dioptrique” i „Meteors”, które prawdopodobnie miały być częścią większego dzieła „Le Monde” (Świat). W 1632 przeprowadził się do Deventer, by nauczać Henrego Reneriego (1593–1639) swojej fizyki. Reneri stanie się jednym z największych propagatorów filozofii kartezjańskiej. W 1633, gdy traktat „Le Monde” był gotowy do publikacji Kartezjusz, usłyszawszy o potępieniu Galileusza przez Kościół, zdecydował się go nie wydawać. System kosmologiczny Kartezjusza przyjmował, podobnie jak Galileusza, heliocentryczny model Kopernika. René Descartes jest też autorem jednego z najsłynniejszych zdań w historii filozofii: cogito ergo sum – „myślę, więc jestem”. Stanowi ono fundament jego koncepcji Res Cogitans, co dosłownie tłumaczy się jako „rzecz myśląca”. W jego ujęciu oznaczało substancję myślącą – sferę czystej myśli oddzieloną od świata fizycznego, czyli świadomość. Natomiast Res Extensa oznacza „rzecz rozciągłą” i reprezentuje świat materialny. Te dwa pojęcia stanowią według filozofii Kartezjusza podstawę dualizmu umysł–ciało. Zaproponowany przez niego dualizm ukształtował całe stulecia rozwoju nauki, utrwalając ideę, że nasza zdolność do myślenia jest właśnie tym, co powołuje nas do istnienia lub czyni nas realnymi. Dla Kartezjusza sam akt kwestionowania rzeczywistości był dowodem, że coś musi owo kwestionowanie wykonywać – jakaś myśląca rzecz (Res Cogitans). Na tej podstawie wysnuł wniosek, że umysł (Res Cogitans) i ciało (Res Extensa) są oddzielne, przy czym umysł stanowi prawdziwą istotę człowieka. Prowadząc rozważania szedł ścieżką wyznaczoną wcześniej przez św. Augustyna. Ten wczesnośredniowieczny filozof w rozprawie „O państwie Bożym i O Trójcy Świętej” opisał podobną ideę. Stwierdził: „jeśli się mylę, to jestem” (si fallor, sum). Oznacza to: nawet jeśli błądzę lub się mylę, to i tak muszę istnieć, skoro mogę się mylić. Wychowany przez jezuitów Kartezjusz musiał znać tę ideę. W 1635 Helena, służąca Kartezjusza, urodziła dziewczynkę, której nadała imię Francine. Według aktu chrztu z 28 lipca 1635 ojcem dziewczynki był właśnie Kartezjusz. Rozprawa o metodzie Najważniejsze prace René Descartesa powstały podczas jego pobytu w Holandii. W 1637 roku opublikował zbiór „Essais”, w którym znalazła się zarówno filozoficzna „Rozprawa o metodzie” (Rozprawa o metodzie dobrego kierowania rozumem i poszukiwania prawdy w naukach), jak też trzy traktaty poświęcone matematyce i fizyce. W jednym z nich, w „La Géométrie”, po raz pierwszy połączył geometrię z algebrą. Argumentował, że geometria nie posiada własnej ścisłej procedury, natomiast algebra jest zbyt abstrakcyjna bez odniesienia do intuicyjnych figur. W „La Géométrie” pojawiło się wiele nowych koncepcji. Wśród nich definicja funkcji i zmiennej, zapis dodatnich i ujemnych liczb znakami „+” i „–”, oznaczenia niewiadomych literami x, y, z, a stałych a, b, c, a także symbol potęgi i idea liczby nieskończenie wielkiej. Kartezjusz proponował, by całą naturę opisywać za pomocą pojęć mechaniki i geometrii. Zaproponował również sposób przedstawiania punktu na płaszczyźnie za pomocą pary liczb, co stało się podstawą opracowania układu współrzędnych. Kartezjusz – fizyk i matematyk Możliwość opisywania krzywych równaniami matematycznymi dała początek geometrii analitycznej, a wykorzystanie metod algebraicznych do badania właściwości krzywych przygotowało grunt pod rozwój rachunku różniczkowego i całkowego, a później także geometrii różniczkowej. Kartezjusz zapoczątkował również systematyczne badania nad teorią równań algebraicznych. Opracował regułę pozwalającą oszacować liczbę pierwiastków równania na podstawie jego stopnia oraz stworzył nowe metody rozwiązywania równań trzeciego i czwartego stopnia. Zajmował się także analizą krzywych, wśród których najsłynniejszą jest tzw. liść Kartezjusza. Jego prace z zakresu fizyki sprawiły, że uznaje się go za jednego z prekursorów fizyki klasycznej. Skoncentrował się głównie na mechanice i optyce geometrycznej. Wprowadził pojęcie pędu oraz sformułował zasadę jego zachowania, choć nie traktował pędu jako wielkości wektorowej. Twierdził również, że ciśnienie atmosferyczne maleje wraz z wysokością. Niewykonana pozostała jego próba skonstruowania urządzenia do szlifowania soczewek o kształcie hiperbolicznym. Śmierć uczonego W 1649 roku Kartezjusz przeniósł się do Sztokholmu na osobiste zaproszenie królowej Krystyny. Królowa chciała, by filozof został jej osobistym nauczycielem i doradcą. Niestety, wyznaczyła mu dość niefortunne godziny spotkań. Zajęcia miały odbywać się o godz. 6 rano. Dla nienawykłego do szwedzkiego chłodu Kartezjusza było to nie lada wyzwanie. Wyzwanie, które niestety zakończyło się ciężkim zapaleniem płuc. Zmarł 11 lutego 1650 roku. Szesnaście lat później jego szczątki przewieziono z powrotem do Francji. Źródło: National Geographic Polska Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Jesteśmy świadkami śmierci jednej z największych gwiazd? Astronomowie zauważyli nietypowe sygnały
Gwiazda WOH G64, która jest 1500 razy większa od naszego Słońca, w ostatnich latach zaczęła się gwałtownie zmieniać. Autorzy najnowszego badania twierdzą, że to ciało niebieskie ewoluowało w fazę żółtego hiperolbrzyma, co przybliża je do „śmierci”.
Ewolucję gwiazdy można porównać do ludzkiego życia. Tak samo jak noworodek, który przychodzi na świat, gwiazda rodzi się w obłoku gazu i zaczyna „oddychać” dzięki fuzji jądrowej. Następnie przez większość życia to ciało niebieskie pozostaje stabilne, równoważąc ciśnienie promieniowania siłą grawitacji. Zaczyna umierać, gdy paliwo wodorowe się wyczerpuje, podobnie jak człowieka opuszczają siły witalne. Różnica jest taka, że u ludzi długość życia zależy od biologii i środowiska, a u gwiazd niemal wszystko determinuje masa – im jest większa, tym szybciej ciało niebieskie umiera. Czym jest śmierć gwiazdy? Jednak w wymiarze ziemskim śmierć jest najczęściej postrzegana jako zjawisko nagłe, w przypadku gwiazd jest to proces trwający miliardy lat, często znacznie przekraczający istnienie naszej planety. Ponadto koniec takiego ciała niebieskiego to początek życia innych obiektów we Wszechświecie. W pewnym uproszeniu można powiedzieć, że kresem masywnej gwiazdy jest eksplozja supernowej. To jedno z najpotężniejszych zjawisk w całym kosmosie. Podczas wybuchu powstają ciężkie pierwiastki, m.in. żelazo, złoto, czy uran, które później tworzą planety i nowe życie. To właśnie z materii po dawnych supernowych powstała Ziemia. Najnowsze badanie opublikowane właśnie na łamach czasopisma naukowego „Nature Astronomy” wykazało, że możemy być świadkami umierania jednej z największych znanych nam gwiazd. Chodzi o WOH G64. To czerwony hiperolbrzym znajdujący się w Wielkim Obłoku Magellana w odległości około 168 tys. lat świetlnych od Układu Słonecznego. Jego promień jest o ok. 1540 razy większy niż promień Słońca, czyli ma nieco ponad miliard kilometrów. Gdyby umieścić tego kolosa w centrum naszego układu gwiezdnego, sięgałby po orbitę Jowisza. „Czerwone nadolbrzymy to chłodne, masywne gwiazdy, które znajdują się w końcowej, krótkotrwałej i niestabilnej fazie ewolucji, tuż przed eksplozją jako supernowe. Jednak ich los wciąż pozostaje niejasny” – napisali we wstępie swojej pracy badacze z Grecji, Chile, ale także z Polski. Współautorami są bowiem Andrzej Udalski i Igor Soszyński z Uniwersytetu Warszawskiego. Czy WOH G64 zmienia się w żółtego hiperolbrzyma? Naukowcy wskazują, że od lat 80. XX wieku WOH G64 jest uważana za najbardziej ekstremalnego czerwonego nadolbrzyma w Wielkim Obłoku Magellana. To przede wszystkim ze względu na swoje duże zaciemnienie, wyjątkowy rozmiar, jasność i tempo utraty masy. W ostatnich latach stało się jednak coś zaskakującego. Doszło do nagłej, ale też płynnej zmiany widocznej natury gwiazdy. „Fotometria szeregów czasowych i późniejsza spektroskopia ujawniają ekstremalną zmianę w optycznych cechach widmowych. Uważamy, że zmiany zachodzące w WOH G64 przypominają przejście z czerwonego nadolbrzyma w rzadki etap żółtego hiperolbrzyma” – twierdzą naukowcy. Tę transformację można wyjaśnić na dwa sposoby. Albo częściowym wyrzuceniem pseudoatmosfery podczas fazy wspólnej otoczki (krytycznego, krótkiego etapu ewolucji), albo powrotem do stanu spoczynku po niezwykłej erupcji trwającej ponad 30 lat. W układzie podwójnym dochodzi do nietypowych zmian Żółty hiperolbrzym to jedna z najrzadszych i najbardziej niestabilnych faz w życiu bardzo masywnej gwiazdy. Wówczas ciało niebieskie jest ekstremalnie jasne, bardzo gorące, ale też gwałtownie traci masę. To właściwie etap przejściowy tuż przed przejściem w supernową. Po raz pierwszy ta transformacja została uchwycona w 2013 i 2014 roku, ale wówczas nie było jasne, co te nietypowe sygnały mogą oznaczać. Najnowsza analiza wykazała, że zmiany te obejmowały wzrost temperatury, zmniejszenie rozmiaru do około 800 promieni Słońca oraz zmiany w składzie chemicznym atmosfery. Badacze zidentyfikowali także gorącą gwiazdę towarzyszącą w układzie podwójnym. Równolegle odbywały się jednak badania innego zespołu naukowców. Jacco van Loon z Uniwersytetu Keele w Wielkiej Brytanii i Keiichi Ohnaka z Universidad Andrés Bello w Chile prowadzili obserwacje za pomocą Południowoafrykańskiego Dużego Teleskopu (SALT). Doszli do wniosku, że kolosalna gwiazda z Wielkiego Obłoku Magellana mogła nigdy nie przestać być czerwonym nadolbrzymem. Dwie różne interpretacje Swoje wnioski opisali w ubiegłym miesiącu na łamach „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Naukowcy stwierdzili, że atmosferze WOH G64 odkryli tlenek tytanu. Związek ten tworzy się i pozostaje w widocznej atmosferze gwiazdy tylko wtedy, gdy powierzchnia jest stosunkowo chłodna, typowa dla czerwonych nadolbrzymów. To oznacza, że żółty hiperolbrzym jest zbyt gorący, aby mógł wciąż występować tam tlenek tytanu. – Uważa się, że WOH G64 przekształcił się w żółtego hiperolbrzyma, co może sygnalizować ewolucję przed supernową. Jednak nasze nowe badanie uzyskane za pomocą SALT pokazują obecność gorącego towarzysza w układzie podwójnym, ale także wyraźne pasma absorpcji molekularnej tlenku tytanu – mówi van Loon i twierdzi, że WOH G64 jest wciąż czerwonym nadolbrzymem. To wszystko oznacza jednak, że z gwiazdą coś się dzieje, ale na razie nie wiadomo dokładnie, jak to zinterpretować. Interakcje między dwiema gwiazdami w układzie podwójnym mogły nieco namieszać w otaczającym je środowisku, powodując zmiany, które mogą przypominać ewolucję ciała niebieskiego, ale niekoniecznie nią być. Pewne jest jedno. Potrzebna jest dalsza obserwacja WOH G64, bo może w przyszłości dostarczy nam kluczowych informacji o śmierci gwiazd. Źródło: Nature Astronomy Nasz autor Jakub Rybski Dziennikarz i reporter, miłośnik kina niezależnego, literatury, ramenu, motocykli i dobrego rocka. Wcześniej związany z telewizją TVN24, obecnie pracuje w RMF FM. W National-Geographic.pl pisze regularnie o historii, nauce i przyrodzie. Publikował m.in. w „Viva! Man” i National Geographic Traveler”.
Nasila się anomalia grawitacyjna pod Antarktydą. Nowe analizy zjawiska wykonano wykorzystując fale sejsmiczne
Nasza planeta nie jest idealną kulą. Ruch obrotowy wywołuje spłaszczenie na biegunach i wybrzuszenie na równiku. Ziemskie pole grawitacyjne również nie ma kształtu idealnej sfery. Bardziej przypomina ziemniaka z wybrzuszeniami i zagłębieniami. Najsilniejsze tego typu zagłębienie – obszar, w którym pole grawitacyjne jest słabsze – znajduje się pod Antarktydą.
Antarktyczne Minimum Geoidy (AGL) – tak określa się leżący pod Antarktydą obszar, na którym przyciąganie ziemskie jest słabsze i tworzy coś w rodzaju dziury grawitacyjnej. Tam powierzchnia geoidy, czyli opartego na grawitacji modelu Ziemi, znajduje się poniżej tzw. elipsoidy odniesienia. Ten termin odnosi się do uproszczonego matematycznego modelu kształtu Ziemi – spłaszczonej kuli. Anomalia ta jest tłumaczona przez specyficzne procesy zachodzące w płaszczu Ziemi oraz wpływ zmian w masie lądolodu na przestrzeni tysiącleci. Dziura grawitacyjna Nowe modele, zaproponowane przez dr. Petara Glišovicia i prof. Alessandra M. Fortego z Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) pokazują, jak Antarktyczne Minimum Geoidy ewoluowało w czasie i staje się coraz silniejsze. Zjawisko to napędza powolny, długotrwały ruch skał głęboko pod powierzchnią Ziemi. Zdaniem ekspertów zbadanie tej długoterminowej ewolucji anomalii geoidy jest kluczowe dla zrozumienia dynamiki wnętrza Ziemi. – Podczas gdy większość badań koncentruje się na współczesnych „migawkach” geoidy, my rekonstruujemy zależną od czasu ewolucję najsilniejszego zagłębienia geoidy na Ziemi – Antarktycznego Minimum Geoidy – w ciągu kenozoiku. Ery rozpoczętej około 70 milionów lat temu i trwającej do dziś – napisali badacze we wstępie do artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Scientific Reports”. Wyboista jak ziemniak Zacznijmy od tego, dlaczego wspomniana geoida Ziemi ma wyboisty „ziemniaczany” kształt pola grawitacyjnego. Wynika to z faktu, że grawitacja jest związana z masą, a ta nie jest jednorodna wewnątrz planety. Skały tworzące Ziemię mają różny skład i odmienną gęstość. Różnice te są mierzalne, aczkolwiek nie na tyle duże, byśmy mogli odczuć je na powierzchni planety. Gdyby ktoś chciał przeprowadzić eksperyment i zważył się w miejscach o niskiej i wysokiej wartości grawitacji na Ziemi, różnica wyniosłaby maksymalnie kilka gramów. Nie zmienia to faktu, iż geoida stanowi okno na procesy zachodzące głęboko we wnętrzu Ziemi. Procesy, których nie możemy obserwować bezpośrednio. Fale sejsmiczne jak tomografia komputerowa planety Francuscy naukowcy zdecydowali się opracować nową mapę Antarktycznego Minimum Geoidy, wykorzystując do tego trzęsienia ziemi. Rozchodzące się przez planetę fale sejsmiczne, napotykając materiały o różnym składzie, zmieniają swoją prędkość i kierunek. Przypomina to nieco tomografię komputerową (CT), która wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie w połączeniu z matematyczną rekonstrukcją obrazu. Ludzkie tkanki pochłaniają promieniowanie rentgenowskie w różnym stopniu. Specjalne detektory mierzą ilość promieniowania, jaka dotarła do nich po przejściu przez ciało, a komputer przelicza te dane, tworząc obrazy. Tutaj sytuacja była analogiczna, tylko zamiast promieni X użyto fal sejsmicznych. Na ich podstawie badacze skonstruowali trójwymiarowy model gęstości płaszcza Ziemi i przekształcili go w nową mapę geoidy całej planety. Następnie porównali ją ze standardowymi danymi grawitacyjnymi zebranymi przez satelity. Zgodność obu pomiarów była wyjątkowo duża. Powrót do przeszłości Kolejnym krokiem była swego rodzaju inżynieria wsteczna, czyli metodyczne cofanie się aż do wczesnego kenozoiku, by sprawdzić, w jaki sposób geoida ewoluowała do dzisiejszego stanu. Proces badawczy przypominał przewijanie filmu, by ocenić, czy zaproponowane początkowe warunki faktycznie mogły rozwinąć się w to, co obserwujemy dzisiaj. Wyniki? Zdaniem ekspertów Antarktyczne Minimum Geoidy istnieje od co najmniej 70 milionów lat. Około 50 milionów lat temu jego położenie i siła zaczęły gwałtownie się zmieniać. Sama anomalia powstała w wyniku tzw. subdukcji płyt tektonicznych, czyli procesu, w którym jedna płyta tektoniczna wsuwa się pod drugą i zapada w głąb płaszcza Ziemi. Zjawisko to zmienia pole grawitacyjne planety na powierzchni. Jednocześnie rozległy obszar gorącego, wypornego materiału unosił się ku górze w płaszczu i w ciągu ostatnich 40 milionów lat coraz silniej wpływał na wzmocnienie niskiej wartości geoidy. Francuscy badacze sądzą, że może to mieć związek ze zlodowaceniem Antarktydy, które na dobre rozpoczęło się około 34 milionów lat temu. To na razie spekulacja, ale warto zauważyć jedną rzecz: geoida kształtuje poziom mórz. Gdy więc geoida obniżyła się wokół Antarktydy, lokalna powierzchnia oceanu również się obniżyła – co potencjalnie mogło wpłynąć na rozwój pokrywy lodowej. Źródło: Scientific Reports Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.