Interferenţa cuantică, filmată în timp real

O echipă internaţională de fizicieni a reuşit să filmeze în timp real tiparul de interferenţă creat de molecule mari, după ce acestea treceau prin două fante. Tehnica ar putea furniza detalii suplimentare despre graniţele dintre fizica cuantică şi cea clasică.

Mai mult decât atât, avem de-a face cu un exemplu minunat care evidenţiază dualitatea undă-particulă din mecanica cuantică.

Procesul de realizare a unui tipar de interferenţă pe un ecran pe măsură ce particulele trec prin două fante alăturate este unul dintre cele mai faimoase exemple despre cum o entitate cuantică, de pildă un electron, se poate comporta atât ca o particulă, cât şi ca undă. Aceste cercetări îşi au originea în celebrul experiment cu doua fante realizat de Thomas Young la începutul anilor 1880. Când Young a emis lumină prin aparatul său, a observat un tipar de franje luminoase şi întunecate, care puteau fi explicate doar de interferenţa fronturilor de undă. În anii 1920, s-a arătat că acelaşi fenomen apare şi în cazul electronilor, punându-se astfel bazele conceptului dualităţii undă-particulă. Recent, comportamente similare au fost observate în momentul folosirii moleculelor având în conţinut un număr de până la 400 de atomi.

De asemenea, fizicienii au demonstrat că particulele individuale creează un tipar de interferenţă care ia naştere pe măsură ce acestea trec prin fante, una câte una, apoi ajung la detector. Astfel, se confirmă că fiecare particulă se comportă ca o undă, în timp ce trece prin fante. Observarea comportamentului cuantic în cazul moleculelor de mari dimensiuni este de interes deoarece permite cercetătorilor să investigheze dacă există un prag la care particulele nu se mai comportă ca unde şi încep să urmeze legile clasice ale fizicii.
Interferenţe inovatoare

În prezent, fizicieni de la institute din Austria, Israel, Elveţia şi Germania, au observat, în timp real, crearea tiparelor de interferenţă de către molecule de ftalocianină cu 58 de atomi (C32H18N8) şi derivaţi de ftalocianină cu 114 atomi (C48H26F24N8O8), cele din urmă fiind cele mai mari molecule care au fost studiate în această manieră. Moleculele au fost produse folosind micro-evaporarea, proces în care o rază laser a fost focalizată pe un strat subţire de substanţă. Astfel s-a redus sarcina termică aplicată mostrei, prevenind descompunerea moleculelor şi furnizând cercetătorilor un fascicul intens şi coerent de molecule organice mari.

Echipa a mai creat şi o reţea de difracţie din azotat de siliciu, cu o separare de 100 nm între fante. Aceasta a asigurat că unghiul de difracţie a fost suficient de mare pentru a rămâne fix după ce moleculele au trecut prin fante. Mai mult, reţeaua a avut doar 10 nm grosime (de 16 ori mai subţire decât reţelele anterioare), pentru a reduce interacţiunile dintre molecule şi materialul reţelei.

O altă inovaţie importantă a fost utilizarea microscopiei fluorescente pentru detectarea moleculelor. Acest proces a implicat excitarea moleculelor cu un laser, iar lumina emisă de acestea a fost proiectată pe o cameră EMCCD (dispozitiv CCD de multiplicare a electronilor). Această tehnică, care a permis determinarea poziţiei fiecărei molecule cu o precizie de 10 nm, a fost de 10000 de ori mai sensibilă decât metodele anterioare de detecţie.

Frame-uri selectate dintr-un film în timp real care înfăţişează construirea tiparului de interferenţă cuantică obţinut în experimentul cu două fante folosind molecule mari de ftalocianină.

Un tipar de interferenţă de manual

Produsul final este un film prezentând crearea succesivă a tiparului de interferenţă pe durata a 90 de minute, fiecare moleculă apărând ca un punct fluorescent pe un fundal negru.

„Sosirea fiecărei molecule radiante este, obiectiv, impredictibilă şi, totuşi, ansamblul relevă tiparul de interferenţă într-o manieră perfect deterministă”, spune un membru al echipei, Markus Arndt, de la Universitatea din Viena. „Experimentele anterioare redau interferenţa însă nu se puteau stoca particulele pe un detector pentru analize ulterioare. Prin intermediul imagisticii fluorescente se poate vizualiza natura particulelor din molecule, mult mai bine decât cu orice altă versiune anterioară şi se poate face acest lucru şi la câteva ore după experiment”.

Echipa a folosit aceste imagini pentru a trasa curbele 1D de difracţie, integrând tiparele peste o secţiune a distribuţiei vitezei moleculelor. Cum era de aşteptat, curbele indică un punct maxim central, înconjurat de puncte secundare (descrise de cercetători ca o „difracţie de manual a unor unde plane pe o reţea de difracţie”).

Limitele cuantice

„Studiul interferenţei cuantice a moleculelor mari este important deoarece reprezintă o cale de explorare a limitelor comportamentului cuantic până la care se poate ajunge în cazul obiectelor macroscopice”, spune Wieland Schöllkopf, fizician de la Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft din Berlin, care nu a fost implicat în studiu. „Cred că pe baza altor tehnici experimentale ingenioase precum, de exemplu, nanotehnologiile folosite de grupul din Viena, va fi posibilă mutarea limitelor din ce în ce mai departe”.

Arndt consideră că tehnologiile lor pot fi acum scalate pentru mase moleculare mai mari. „Mecanica cuantică nu a fost testată până acum pentru acest regim parametrizat şi este sarcina experimentatorilor să exploreze necunoscutul”, spune Arndt. „Dacă lumea noastră este pur cuantică sau dacă există o tranziţie efectivă către fizica clasică, este un răspuns care poate fi dat doar prin experimente viitoare”.

Un videoclip pe această temă poate fi urmărit aici.

Cercetările prezentate sunt descrise în „Nature Nanotechnology”.

Read More

Timpul, o simplă iluzie?

În timp ce majoritatea oamenilor de ştiinţă încearcă să explice timpul şi ireversibilitatea acestuia cu teorii mai mult sau mai puţin complicate, un fizician englez, Julian Barbour, a rezolvat problema într-un mod radical: timpul nu există!

Conform lui Julian Barbour, totul se petrece "acum". Timpul este o "iluzie" legată de incapacitatea noastră de a vedea realitatea aşa cum este.

Timpul – unul dintre cele mai profunde mistere. Ireversibilitatea acestuia, faptul că ne "deplasăm" doar spre viitor şi suntem incapabili să ne întoarcem în trecut, reprezintă unul dintre subiectele care fascinează nu doar oamenii de ştiinţă sau pe filozofi. Multe încercări de a explica ce este timpul au apărut de-a lungul mileniilor. O amintim pe cea care leagă timpul şi goana lui dinspre trecut spre viitor de noţiunea de entropie şi de legile termodinamicii.

Iată însă că un fizician englez susţine că nu are rost să ne mai facem griji legat de natura timpului. Nu are sens să fim preocupaţi că ajungem cu întârziere la o întâlnire sau că îmbătrânim prea repede – pentru că timpul nu există!

Explicaţia pe care Julian Barbour o dă are de-a face cu mecanica cuantică aplicată întregului Univers şi cu o ecuaţie, formulată de Wheeler şi De Witt, în care timpul dispare. Aşadar, în Univers timpul nu mai are nici un rol. Şi dacă aşa stau lucrurile atunci nu există!

Cum se face totuşi că noi îl percepem ca ceva real? Julian Barbour face următoarea analogie: să ne imaginăm un film proiectat la cinema; toate fotogramele, toate imaginile filmului, există simultan şi sunt proiectate cu un ritm de 24 pe secundă. Creierul nostru vede o imagine după alta şi de aici, din succesiunea de imagini, naşte noţiunea de mişcare şi inclusiv cea de timp. Dar imaginile, insistă Barbour, există toate împreună, simultan! Timpul ar fi doar un rezultat al creierului nostru limitat – al modului în care vedem lumea şi al incapacităţii noastre de a accesa tot ceea ce de fapt deja există.

Ar exista deci un număr infinit de Universuri statice, fiecare caracterizat de o distribuţie diferită a materiei. Cum se face atunci că noi totuşi ne naştem, creştem şi murim? Nu ar fi o problemă: în fiecare dintre aceste Universuri există o versiune a noastră. Într-unul noi la naştere, în altul noi adulţi, în altul noi bătrâni. Deci o grămadă de "noi"! Fiecare Univers este static şi etern (chiar dacă e greu de explicat ce înseamnă etern, văzând că noţiunea de timp dispare).

Timpul deci, pentru Barbour, ar fi nu o realitate care există independent de noi, ci o noţiune subiectivă, care depinde foarte mult de cum suntem noi, oamenii, făcuţi.

Inutil de adăugat faptul că teoria lui Barbour are o grămadă de adversari în lumea ştiinţei; puţini sunt cei gata să renunţe la ideea existenţei timpului: majoritatea oamenilor de ştiinţă caută explicaţii alternative – care însă pleacă de la ideea că timpul există în mod obiectiv, independent de noi, însă nu am ajuns să îl înţelegem, cel puţin la ora actuală.

Read More

Ce a fost inainte de Big Bang

Sa fie oare raspunsul mai departe decat ne asteptam? In prezent, unii oameni de stiinta nu considera absurd sa te intrebi ce s-a intamplat inainte de Big Bang.

Fara indoiala ca ipoteza potrivit careia Universul ar avea un inceput, la un moment de timp estimat la acum circa 15 miliarde de ani, printr-un eveniment de tip exploziv al unei singularitati spatio-temporale este atat de neobisnuita, cat si uluitoare prin implicatiile pe care le contine. In completarea acestei idei vin si numeroasele observatii care nu lasa nici un dubiu asupra faptului ca Universul are un caracter dinamic si ca evolutia sa este caracteristica unui proces de expansiune, avand originea intr-o stare superconcentrata.

Conform teoriei generale a relativitatii, Big Bangul reprezinta inceputul, evenimentul in care a aparut materia si spatiul-timpul. Problema este ca teoria lui Einstein nu se aplica pana la momentul Big Bang-ului, datorita starii de condensare maxima a Universului.

Insa mai exista o teorie, cel putin interesanta. Stephen Hawking propune ideea existentei unei evolutii in sens invers a unei gauri negre, sau mai bine spus, a evenimentelor care s-au petrecut in interiorul acesteia, ce a facut ca spatiul si timpul sa se concentreze intr-o singularitate, care la randul sau, a suferit o expansiune permanenta in spatiul-timpul nostru.

Se presupune ca inainte de Big Bang a existat un Univers care se contracta cu o geometrie a spatiu-timpului, similara cu cea a Universului nostru, aflat in prezent in expansiune. In momentul Big Bang-ului, Universul anterior a ajuns sa colapseze, iar proprietatile cuantice ale spatiu-timpului au facut ca gravitatia sa devina repulsiva, lucru ce a cauzat Big Bang-ul.

Directorul Institutului de Geometrie si Fizica Gravitatiei de la Penn State spune ca “teoria generala a relativitatii poate fi folosita pentru a descrie Universul inapoi pana la un anumit punct dincolo de care materia devine atat de densa incat ecuatiile nu mai functioneaza, iar dincolo de acest moment trebuie sa aplicam uneltele mecanicii cuantice care nu ii erau disponibile lui Einstein.”
Astfel, cercetatorii au ajuns la concluzia ca inainte de Big Bang a existat un Univers care se contracta cu o geometrie a spatiu-timpului similara cu a Universului nostru. Pe masura ce fortele gravitationale au facut universul anterior sa colapseze, el a ajuns la un punct in care proprietatile cuantice ale spatiu-timpului au facut ca gravitatia sa devina repulsiva, lucru ce a cauzat ulterior Big Bang-ul.

Ashtekar a folosit modificarile cuantce ale ecuatiilor cosmologice ale lui Einstein si a aratat ca in locul unui Big Bang clasic a existat un Bounce cuantic. Descoperirea faptului ca a existat un alt univers pre-Big Bang a fost uluitoare, din acest motiv, au repetat simularile cu diferite valori ale parametrilor timp de cateva luni, scenariul Big Bounce ramanand acelasi.

Ideea unui alt Univers inainte de Big Bang nu este noua, aceasta este o descriere matematica ce stabileste in mod sistematic existenta sa si deduce proprietatile geometriei spatiu-timpului in acel Univers.

Cercetatorii spun ca Universul pare a fi ca un fel de tesatura facuta din fire foarte fine care – cuantice unidimentionale – devin evidente doar cand ne uitam la ele foarte de aproape. In apropierea Big Bang-ului, structura tesaturii Universului devine importanta si este cea care face ca gravitatia sa devina repulsiva. In apropierea Big Bang-ului, acest material este rupt in mod violent si natura cuantica a geometriei devine importanta. In acest fel gravitatia devine puternic repulsiva, generand Big Bounce-ul.

Datorita teoriei “loop quantum gravity”, geometria spatiu-timpului are o structura “atomica”, fiind asemenea unei foi de matematica cu patratele. Conform acestei teorii, continuitatea nu este decat o aproximare care apare din cauza ca distantele si timpii experimentati sunt mult mai mari decat distantele si duratele elementare.

Sa fie vorba oare de acel inceput, precum gasim in miturile cosmogonice, facerea lumii, creatia prin excelenta, si de un sfarsit prezis in miturile eshatologice, sfarsitul unei lumi si aparitia alteia noi? Haosul urmat distrugerii, urmat de aparitia unui nou teritoriu fiind o regresiune catre haosul primordial, asadar catre cosmogonie. Majoritatea acestor mituri aduc si convingerea ca lumii distruse ii va urma o alta, gratie unei noi creatii.

Read More

Teoria totului - numărătoarea inversă

Nu numai că timpul este unul din marile mistere, dar în acelaşi timp deţine cheia pentru rezolvarea celei mai ambiţioase provocări din fizica teoretică, aceea de a cuprinde complexa lucrare a acestui vast Univers într-o singură şi elegantă teorie: teoria totului.

Teoria totului ar trebui să unească teoria relativităţii generalizate, teoria gravitaţiei a lui Einstein, care descrie alcătuirea spaţiului şi timpului, cu teoria mecanicii cuantice, această stranie, dar atât de cuprinzătoare teorie care descrie fizica materiei. Şi aici se dă lupta de mai bine de un secol.

Teoria relativităţii generalizate şi mecanica cuantică oferă descrieri diferite ale timpului şi această diferenţă este o primă sursă a unei aparente ireconcilieri dintre cele două teorii. Dacă ar fi să facem un progres, ceva în concepţia noastră ar trebui să se modifice, iar mulţi au convingerea că tocmai ideea noastră despre timp este cea care ar trebui să se schimbe.

Timpul în teoria relativităţii generalizate

Acum aproape un secol, Einstein a arătat că timpul nu este ingredientul fundamental al realităţii, aşa cum noi credeam cândva că ar fi. Teoria acestuia, a relativităţii generalizate, a unificat spaţiul şi timpul într-o singură entitate numită spaţiu-timp, care poate să se contracte şi să se dilate în prezenţa materiei sau a energiei, producând curbura spaţiu-timpului pe care noi o simţim ca fiind forţa gravitaţională. Dar problema în ceea ce priveşte spaţiul-timp este faptul că acest concept nu mai poate fi dezvoltat. Spaţiul-timp, ca un întreg, nu poate evolua în timp pentru că este el însuşi timp - nici un ceas nu poate exista în afara Universului.

Potrivit relativităţii generalizate, ceea ce noi experimentăm ca fiind curgerea timpului este un fel de iluzie generată de drumurile ”peticite” în care diferiţi observatori taie spaţiul-timp unificat în spaţiu şi timp, cu diferitele lor puncte de vedere.

Timpul în teoria mecanicii cuantice

În mecanica cuantică situaţia se schimbă în mod radical. Spre deosebire de relativitatea generalizată, unde timpul este conţinut în sistem, mecanica cuantică are nevoie ca în afara sistemului să existe un ceas care să măsoare secundele Universului în exact acelaşi mod pentru fiecare observator. Aceasta deoarece sistemele cuantice sunt descrise de funcţiile de undă care cuantifică probabilitatea ca măsurătorile efectuate să dea anumite rezultate, iar aceste funcţii se dezvoltă independent de timp.

O regulă fundamentală a mecanicii cuantice spune că probabilităţile rămân aceleaşi chiar dacă timpul trece. Pentru a întări această regulă, timpul în care fiecare funcţie de undă evoluează trebuie să fie unul şi aceleaşi pentru tot şi pentru oricine.

Către o abordare unitară a timpului

Pentru a face un progres în încercarea lor de a uni teoria relativităţii generalizate cu cea a mecanicii cuantice, este nevoie să se lucreze cu o singură viziune asupra timpului. Dar care ar fi cea corecta?

Depinde pe cine întreabă. Mulţi cred că Einstein a avut dreptate şi teoria cuantică ar trebui să fie modificată. Carlo Rovelli, un fizician de la Centrul De Fizică Teoretică din Marsilia, Franţa, a rescris regulile mecanicii cuantice în aşa fel încât ele să nu facă nici o referire la timp.

“Pentru mine, soluţia la această problemă este aceea că la un nivel profund al naturii nu există timp deloc”, spune Rovelli. În viziunea sa, mecanica cuantică nu trebuie să descrie felul în care evoluează sistemele fizice în timp, ci doar cum evoluează ele relativ la alte sisteme, cum ar fi observatorii sau aparatele de măsură. “Fizica nu este despre “cum se mişcă Luna pe cer în timp?”, ci mai degrabă despre “cum se mişcă Luna pe cer în raport cu Soarele?”", spune acesta. “Timpul există doar în mintea noastră şi nu în realitatea fizică care ne înconjoară”.

Alţii nu sunt de acord cu acest punct de vedere. Fiziciana Fotini Markopoulou de la Institutul de Fizică Teoretică Perimeter din Waterloo, Ontario, Canada, a argumentat că timpul există la cel mai profund nivel al realităţii - dar pentru a putea încorpora timpul în teorie, spaţiul trebuie să dispară. În modelul ei, numit şi “desen cuantic” ("quantum graphity") ingredientele de bază ale realităţii sunt evenimentele cuantice ordonate în timp, iar din aceste eveniment, de la nivelul acesta, sunt aşteptate să emeargă spaţiul, gravitaţia şi teoria lui Einstein, la o scară mai mare şi la energii mai joase. În acest scenariu, teoria cuantica câştigă bătălia pentru timp şi teoria relativităţii generalizate este cea care ar trebui să se adapteze la noua viziune.

Pentru alţii însă nu este suficient să declari mecanica cuantică sau teoria relativităţii generalizate câştigătoare în bătălia pentru timp. Potrivit lui Dean Rickles, un filozof al ştiinţei de la Universitatea din Sydney, New South Wales, Australia, nici una din ultimele teorii nu ar fi cea corectă. “Este foarte posibil ca ceea ce noi numim timp să rezulte dintr-o structură atemporală profundă şi mult mai primitivă”, spune el.

În ceea ce priveşte teoria totului, spune Rickles, “mai este un drum lung de parcurs până acolo, dar cu siguranţă conceptul de timp va juca un rol crucial în definirea acesteia”.

Read More

Gaurile negre

Potrivit teoriei relativitatii generale a lui Einstein, o gaura neagra este o regiune din spatiu, unde campul gravitational este atat de puternic incat nimic nu poate scapa dupa ce a trecut de aceasta suprafata orizontul evenimentului. Nici macar lumina nu poate scapa dintr-o gaura neagra, asa incat interiorul unei gauri negre nu este vizibil. De aici ii provine si numele.

La suprafata limita, gravitatia este foarte mare, astfel incat nici o raza de lumina nu are energie suficienta pentru a patrunde afara. Viteza de scapare gravitationala este la suprafata limita, egala cu viteza luminii, asa incat raza supravetei limita este egala cu raza traiectoriei circulare, numita si raza Schwarzschild.

In unele comunitati stiintifice se crede ca se poate demonstra faptul ca o gaura neagra este un obiect bidimensional intr-un spatiu tridimensional. Ei spun ca acest lucru ar putea indica solutia pentru „paradoxul informatiei pierdute” si faptul ca traim intr-o lume holografica. Desi interiorul este invizibil, o gaura neagra isi poate arata prezenta prin interactia cu materia care orbiteaza la orizontul ei. De exemplu, o gaura neagra poate fi descoperita prin urmarirea grupurilor de stele care o orbiteaza. O a doua solutie pentru a confirma prezenta unei gauri negre, este de a observa gazul din apropierea unei stele ce este tras in ea in forma de spirala, incalzindu-se pana la temperaturi foarte mari si emitand cantitati imense de radiatie ce pot fi detectate.

Aceste observatii ne-au aratat cat de uimitor este Universul si cat de putine lucruri stim despre el. Ideea unui obiect cu o gravitatie foarte mare ce poate absorbi chiar si lumina a fost propusa in 1783 de John Michell, un astronom amator britanic. In 1795, Pierre-Simon Laplace, un fizician francez a ajuns la aceeasi concluzie. Gaurile negre, asa cum sunt intelese, sunt descrise de teoria generala a relativitatii. Aceasta teorie arata ca atunci cand un obiect cu o masa suficienta este prezent intr-un spatiu foarte mic, poate atrage materia inconjuratoare inauntru.

O gaura neagra poate ingloba extrem de multa materie, in ciuda dimensiunilor ei nu tocmai mari, deoarece ea comprima materia. Materia nu intra cu o traiectorie dreapta, ci rotindu-se in forma de spirala, apropiindu-se din ce in ce mai mult de gaura.

Exista si gauri negre supermasive, adevarati monstrii spatiali. O astfel de gaura neagra este de milioane de ori mai mare decat una obisnuita si poate captura de miliarde de ori mai multa materie decat contine Soarele nostru. Acesti „monstri” pot absorbi galaxii intregi. Din observatiile facute de astronomi s-a descoperit ca majoritatea galaxiilor de mari proportii, precum si galaxia noastra, Calea Lactee, au in centrul lor o gaura neagra supermasiva.

Stephen Hawking demonstreaza ca, odata formata o gaura neagra, ea incepe sa piarda din masa radiand energie, numita radiatie Hawking, prin urmare, ar avea o existenta finita.

Formarea unei gauri negre

Atunci cand o stea de aproximativ de 20 de ori mai mare ca Soarele isi epuizeaza „combustibilul” intra in colaps nemaiputand sa sustina toate reactiile ce au loc in interiorul ei. Ea explodeaza rezultand o supernova, insa miezul stelei ramane compact iar colapsul continua. Particulele miezului se zdrobesc una de alta din cauza propriei gravitatii pana cand tot ce ramane este o gaura neagra.

Se cunoaste faptul ca masa distorsioneaza spatiul. In locul unde se afla Pamantul, spatiul nu mai este plan ci se produce o adancitura. O gaura neagra produce o adancitura extrem de mare in spatiu, si da impresia de gaura.

In interiorul unei gauri negre, in ciuda numelui, se presupune ca este extrem de luminos deoarece lumina este si ea prinsa in gaura neagra. Materia absorbita este si ea acolo, fiind presupusa la diverse efecte fizice. In centrul unei gauri negre este unul dintre cele mai misterioase fenomene fizice: singularitatea.

Singularitatea este un punct de volum ce tinde spre zero dar care contine o masa ce tinde spre infinit. In cazul unei gauri negre, singularitatea este masa unei intregi stele de minim 20 de ori mai mare ca Soarele nostru, concentrata intr-un punct al spatiului. Aceasta singularitate are o forta gravitationala colosala, dand forta de atractie a unei gauri negre.

Read More

Top 10 realizări ştiinţifice ale anului 2011

Cele două întâmplări din domeniul fizicii care au ocupat prima pagină a ştirilor ştiinţifice în anul 2011 au reprezentat mai degrabă întrebări decât răspunsuri concrete, şi anume: „Sunt neutrinii mai rapizi decât lumina?” şi „A fost descoperit bosonul Higgs?”.


Cu toate acestea, pe parcursul ultimelor 12 luni, au fost realizate şi câteva realizări ştiinţifice extraordinare, ceea ce a condus la dificultatea luării unei decizii în privinţa acordări titlului de "Descoperirea Anului 2011", de către revista „Physics World".

După lungi dezbateri între membrii echipei editoriale a revistei, titlul pentru anul 2011 îl primesc Aephraim Steinberg şi colegii săi de la Universitatea din Toronto, Canada, pentru experimentele desfăşurate în domeniul fundamentelor mecanicii cuantice. Folosind o tehnologie emergentă, denumită „măsurătoare slabă”, echipa este primul grup din lume care a reuşit să urmărească media traiectoriilor fotonilor singulari ce erau supuşi „experimentului cu două fante” al lui Young. Despre această realizare Steinberg afirmă că fizicienii au fost practic "condiţionaţi" să creadă că aşa ceva este imposibil.


De asemenea, revista a mai acordat alte nouă distincţii, detaliate în continuare. Departajarea dintre câştigătorii locurilor 1 şi 2 a fost destul de greu de făcut în acest an, deoarece descoperirea plasată pe locul al doilea implică utilizarea „măsurătorilor slabe”, însă de această dată cu scopul de a reprezenta funcţia de undă a unui grup de fotoni. Grupul editorilor a considerat că experimentul lui Steinberg a fost mai important. Alte descoperiri cuprinse în listă includ primul dispozitiv de camuflare în spaţiu-timp, un laser creat dintr-o celulă vie şi o nouă metodă pentru măsurarea distanţelor cosmice.

Locul I: Schimbarea perspectivei asupra măsurătorilor cuantice

Munca depusă de Steinberg s-a evidenţiat deoarece a testat bine cunoscuta noţiune că mecanica cuantică nu ne permite să cunoaştem traiectoriile urmate de fiecare foton în parte, pe măsură ce aceştia călătoresc prin două fante amplasate la o distanţă mică, cu scopul creării unui tipar de interferenţă.


Această interferenţă este exact ce ne-am fi aşteptat dacă percepem lumina ca o undă electromagnetică. Însă mecanica cuantică ne permite şi să percepem lumina ca o succesiune de fotoni, deşi, în cazul în care am determina care fantă este aleasă de fotonii individuali, consecinţa directă ar fi dispariţia tiparului de interferenţă. Prin folosirea măsurătorilor slabe, Steinberg şi echipa sa au fost capabili să dobândească unele informaţii referitoare la traiectoriile avute de fotoni, fără a distruge tiparul.


În cadrul experimentului, fanta dublă este înlocuită cu un separator de fascicule şi o pereche de fibre optice. Un singur foton loveşte separatorul şi călătoreşte de-a lungul fibrei din dreapta sau din stânga. După ce emerge de la capetele apropiate ale fibrelor optice paralele, acesta creează un tipar de interferenţă pe ecranul detectorului.


Măsurătoarea slabă este efectuată prin trecerea fotonilor emergenţi printr-o bucată de calcit, care impregnează o mică rotaţie în polarizarea fotonului. Suma rotaţiilor depinde de direcţia de deplasare a fotonului, cu alte cuvinte, a impulsului acestuia. Fotonii sunt apoi „post-selectaţi” în funcţie de locaţia unde ating ecranul, ceea ce le permite cercetătorilor să determine media traiectoriilor fotonilor care ajung acolo.


Acest experiment relevă, de exemplu, că un foton detectat în partea dreptă a tiparului de difracţie este mai probabil emergent din fibra optică amplasată în dreapta, decât din cea din stânga. Cât timp aceste informaţii nu ne sunt restricţionate de fizica cuantică, Steinberg spune că fizicienii au considerat că „este oarecum imoral să te întrebi unde este un foton înainte de a fi detectat”.


„Puţin câte puţin, oamenii încep să pună întrebări interzise”, spune Steinberg, adăugând că experimentul echipei sale va „împinge fizicienii către o modificare a modului în care gândesc anumite lucruri”.


Locul II: Măsurarea funcţiei de undă

Locul al doilea a fost acordat unui alt grup care a pus o „întrebare interzisă”. Condusă de Jeff Lundeen (fost coleg cu Steinberg) de la Consiliul Naţional de Cercetare al Canadei, din Ottawa, o echipă a folosit măsurătorile slabe pentru a mapa funcţia de undă a unui ansamblu de fotoni identici, fără a distruge niciunul dintre aceştia. Spre deosebire de această metodă, tomografia cuantică mapează funcţia de undă cu preţul distrugerii stării fotonilor. În plus faţă de îmbogăţirea cunoştinţelor despre fundamentele mecanicii cuantice, tehnica s-ar putea dovedi utilă în cazul în care tomografia nu poate fi utilizată.


Locul III: Camuflarea în spaţiu şi timp

Pe locul al III-lea s-au clasat două echipe, prima de la Universitatea Cornell din S.U.A., condusă de Alexander Gaeta, iar a doua de la Colegiul Imperial din Londra, condusă de Martin McCall. La începutul anului 2011, echipa lui McCall a publicat o analiză teoretică despre cum poate fi mascat un eveniment în spaţiu şi timp, metodă descrisă ulterior într-o rubrică specială a publicaţiei „Physics World”. Câteva luni mai târziu, Gaeta şi colegii săi au realizat un dispozitiv care foloseşte două „lentile de divizare a timpului” pentru a face tocmai acest lucru. La fel ca modificarea ideilor despre ce poate şi ce nu poate fi ascuns, camuflarea în spaţiu şi timp poate fi de asemenea folosită în jaful bancar perfect, cel puţin în teorie.


Locul IV: "Măsurarea" Universului folosind găurile negre



A patra poziţie din listă este repartizată lui Darach Watson şi colegilor săi de la Universitatea din Copenhaga, Danemarca, şi de la Universitatea din Queensland, Australia, care au descoperit o metodă de folosire a găurilor negre supermasive (care alimentează nuclee galactice active – AGN) ca şi „puncte etalon” pentru a face măsurători exacte ale distanţelor cosmice. Munca depusă este importantă deoarece AGN-urile pot fi găsite aproape pretutindeni în univers şi, spre deosebire de supernove, care sunt folosite în prezent ca puncte etalon, lumina AGN-urilor rezistă perioade mai lungi de timp.

Locul V: Transformarea întunericului în lumină

Christopher Wilson şi colegii săi de la Universitatea Tehnologică din Chalmers, Suedia, împreună cu fizicieni din Japonia, Australia şi S.U.A., au ocupat locul V deoarece au fost primele persoane care au reuşit să observe efectul Casimir în laborator. Efectul apare în momentul în care o oglindă se mişcă atât de rapid în vid, încât perechi de fotoni virtuali (care apar mereu, anihilându-se ulterior) sunt "extraşi" pentru a crea fotoni reali, care pot fi detectaţi. Pe lângă faptul că au descoperit noţiuni noi referitoare la efectul Casimir, utilizarea unui dispozitiv cuantic supraconductor de interferenţă (SQUID – Superconducting Quantum Interference Device) ca şi oglindă, face acest experiment să fie unul foarte ingenios.


Locul VI: Măsurarea temperaturii universului timpuriu

La scurt timp după Big Bang, universul era un amestec complicat de quarcuri şi gluoni liberi, care, în cele din urmă, s-au condensat pentru a forma protonii şi neutronii de astăzi. Locul VI în acest top 10 îl ocupă o echipă de fizicieni din S.U.A., India şi China, care au efectuat cele mai bune calcule de până acum privind această temperatură de condensare: două trilioane de grade Kelvin. Pe lângă furnizarea unor detalii importante despre universul timpuriu, munca echipei ne ajută şi la lărgirea orizontului de cunoştinţe despre cromodinamica cuantică, care descrie proprietăţile neutronilor, protonilor şi altor hadroni.


Locul VII: Detectarea oscilaţiei neutrinilor

Locul VII este acordat echipei internaţionale de fizicieni care lucrează la experimentul Tokai-to-Kamioka (T2K) din Japonia. Cercetătorii au lansat un fascicul de neutrini miuonici, la 300 km în subteran, către un detector, descoperind că 6 neutrini s-au modificat, altfel spus au „oscilat”, în neutrini electroni. Cu toate că măsurătorile nu sunt suficient de bune pentru a valida descoperirea oscilaţiei de transformare din neutrini miuonici în neutrini electroni, acest experiment este cea mai plauzibilă dovadă de până acum că un anumit tip de neutrino se poate transforma în alt tip.


Locul VIII: Laserul "biologic"

Într-un domeniu interesat al biofizicii, Malte Gather şi Seok Hyun Yun, de la şcoala Medicală Harvard, S.U.A., se plasează pe locul VIII pentru că au reuşit să creeze un laser dintr-o celulă biologică vie. Prin emiterea unei lumini albastre intense peste molecule proteice verzi, fluorescente, din interiorul unei celule embrionare a unui rinichi, moleculele au generat o lumină intensă, monocromatică şi direcţională. Celulele au rezistat încercărilor, iar acest fenomen surprinzător poate fi folosit pentru distingerea celulelor canceroase de cele sănătoase.


Locul IX: Calculator cuantic complet realizat într-un singur cip

Locul IX este atribuit lui Matteo Mariantoni şi colegilor săi de la Universitatea Statului California, din Santa Barbara, pentru o premieră în ceea ce priveşte reuşita de a implementa o versiune cuantică a arhitecturii „Von Neumann” regăsită în calculatoarele personale. Bazat pe circuite supraconductoare şi integrat pe un singur cip, noul dispozitiv a fost folosit pentru executarea a doi importanţi algoritmi cuantici de calcul. Dezvoltarea acestui dispozitiv ne aduce mai aproape de crearea calculatoarelor cuantice practice care să rezolve probleme din viaţa reală.


Locul X: Observarea unor relicve "curate" din perioada Big Bang-ului

Michele Fumagalli şi Xavier Prochaska, de la Universitatea Statului California din Santa Cruz şi John O’Meara de la Colegiul Saint Michael din Vermont, ocupă locul X, deoarece sunt primii care au observat nori de gaz care sunt relicve pure din perioada Big Bang-ului. Spre deosebire de alţi nori din universul îndepărtat (care par să conţină elemente create de stele), aceşti nori conţin doar hidrogenul, heliul şi litiul rezultate în urma Big Bang-ului. Pe lângă confirmarea predicţiilor despre teoria Big Bang-ului, norii furnizează detalii unice despre materialele din care au apărut primele stele şi galaxii.

Read More

Fizica Cuantica:Moartea nu exista!

Moartea nu exista, intrucat omul supravietuieste in alte lumi.

Multora dintre noi ne e frica de moarte. Credem in moarte, pentru ca ni s-a spus ca vom muri. Noi ne identificam cu trupul nostru si stim ca trupurile mor. Dar o noua teorie stiintifica sugereaza faptul ca moartea nu reprezinta “evenimentul final” pe care noi il cunoastem.

Exista un numar infinit de universuri.

Unul din aspectele bine stiute ale fizicii cuantice il reprezinta faptul ca anumite evenimente nu pot fi prevazute in mod absolut. Exista o gama de evenimente posibile, fiecare din ele avand probabilitati diferite. O explicatie posibila ar fi aceea ca o interpretare al “mai multor lumi” spune ca fiecare din aceste evenimente posibile corespunde unui univers diferit (”multivers”). O noua teorie stiintifica, denumita biocentrism, perfectioneaza aceste idei. Exista un numar infinit de universuri si tot ce se poate intampla apare intr-un anumit univers. Moartea nu exista intr-un sens real in aceste scenarii; toate universurile posibile exista simultan, indiferent ce se intampla intr-unul din ele.

Energia nu moare niciodata.

Desi toate corpurile sunt destinate sa se autodistruga, simtamantul de a fi viu, acel “cine sunt eu”?, este doar o energie de 20 de wati care se gaseste in creier. Dar aceasta energie nu dispare la moarte. Una din axiomele cele mai sigure ale stiintei este aceasta: energia niciodata nu moare; nu poate fi nici creata, nici distrusa. Dar aceasta energie poate transcede dintr-o lume in alta?

Conform biocentrismului, spatiul si timpul nu sunt obiectele grele pe care noi le credem. Faceti cu mana prin aer; dupa ce terminati acest lucru, ce mai ramane? Nimic. Acelasi lucru se aplica si pentru timp. Nu puteti vedea nimic prin craniul care va inconjoara creierul. Tot ce vedeti si experimentati chiar acum reprezinta un vartej de informatii ce va apar in creier. Spatiul si timpul sunt doar niste instrumente pentru a pune totul impreuna.

Moartea nu exista intr-o lume fara timp si fara spatiu. La final, chiar si Einstein a recunoscut: “Acum Beso, prietenul meu, a plecat din aceasta lume stranie putin inaintea mea. Aceasta nu inseamna nimic. Oameni ca noi stiu ca diferenta dintre trecut, prezent si viitor este doar o iluzie persistenta”. Imortalitatea nu inseamna o existenta continua intr-un timp fara sfarsit, ci mai degraba existenta in afara timpului.

Cele 7 principii ale biocentrismului

Teoria biocentrismului, creata de omul de stiinta Robert Lanza, are 7 principii:

1) Ceea ce noi percepem ca realitate este un proces in care sunt implicate constiintele noastre. O realitate “exterioara”, daca ar fi existat vreodata, conform definitiei, ar fi trebuit sa existe in spatiu. Dar aceasta nu are niciun sens, intrucat spatiul si timpul nu sunt realitati absolute, ci instrumente ale mintii umane sau animale.

2) Perceptiile noastre externe si interne sunt legate intr-un mod ce nu poate fi explicat. Ele sunt diferite parti ale aceleiasi monezi, si nu pot fi despartite una de cealalta.

3) Comportamentul particulelor subatomice, al tuturor particulelor si obiectelor, este legat de prezenta unui observator. Fara prezenta unui observator constient, ele, cel mult, ar exista intr-un stadiu nedeterminat de unde probabilistice.

4) Fara constiinta, “materia” se scufunda intr-o stare nedeterminata de probabilitate. Orice univers care ar exista inaintea constiintei, ar exista doar intr-o stare de probabilitate.

5) Structura universului este explicabila doar prin biocentrism.

6) Timpul nu are nicio existenta in afara perceptiei noastre; este doar modalitatea prin care noi percepem schimbarile in univers.

7) Spatiul, ca si timpul, nu este un obiect sau un lucru. Spatiul este doar o alta forma a intelegerii noastre umane si nu este o realitate independenta. Noi caram spatiul si timpul cu noi, la fel cum testoasele isi cara cochiliile.

Read More