Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Gdyby przeprowadzić test, co najbardziej zostaje nam w głowach ze szkolnej fizyki, zapewne prym wiodłyby przeczące instynktowi wiadomości o spadaniu. Bo chyba niemal każdy pamięta, że prędkość spadania zależy tylko od grawitacji, nie zależy zaś w ogóle od masy ciała. Dlatego piórko, kamyk i fortepian, zrzucone z tego samego wieżowca, będą spadać z jednakową szybkością - oczywiście jeśli usuniemy zakłócające pomiar powietrze. Niemal tak samo powszechna jest wiedza, że swobodne spadanie nie różni się od swobodnego lewitowania w zerowej grawitacji - oczywiście jeśli pominiemy skutki spadania, czyli bolesne gruchnięcie o ziemię. Każdy zresztą może w ten sposób doświadczyć lewitacji, wystarczy wynająć odpowiedni samolot, który będzie swobodnie spadał przez kilkanaście sekund, takie atrakcje dostępne są komercyjne.

Te spostrzeżenia na temat spadania legły u podstaw ogólnej teorii względności Einsteina. Fachowo nazywa się to równoważnością masy grawitacyjnej i masy bezwładnościowej. Jednak zasada równoważności masy nie wynika z żadnego prawa, jest jedynie postulatem. Czy zatem na pewno jest słuszna?

Wydawałoby się, że dotychczasowe próby i doświadczenia, jak eksperymenty Eötvösa z wirującymi elementami, dowiodły jego słuszności bez cienia wątpliwości. Dotychczas tak, ale zawsze używano do tego celu stworzonych przez człowieka obiektów makroskopowych. Ale czy zasada równoważności masy obowiązuje również obiekty mniejsze - jak cząstki elementarne? Wiadomo, że fizyka klasyczna rządzi się innymi prawami niż fizyka kwantowa. Do dziś nie udało się ich powiązać, ani objąć żadną nadrzędną teorią, sam Einstein nie potrafił poradzić sobie z tą sprzecznością. Nie wiadomo zatem, jakie efekty dałyby podobne eksperymenty w dziedzinie, gdzie zaczyna rządzić mechanika kwantowa. Ponad wiek po sformułowaniu postulatu równoważności przez Einsteina nadszedł czas na jego zweryfikowanie.

 

Powiedzieć łatwo, wykonać trudno

 

Założenie jest proste: zrzucić w dół szybu obiekty kwantowe. Nieproste jest wykonanie takiego doświadczenia. Dopiero teraz rozwiązanie problemu opisali naukowcy z Uniwersytetu Leibniza w niemieckim Hanowerze. Ernst Rasel zaproponował, aby jako zrzucanego obiektu użyć kondensatu Bosego-Einsteina. Kondensat ten to gaz schłodzony do tak niskiej temperatury, że jego atomy zachowują się jak jedna cząsteczka (fachowo mówiąc, jest to efekt kwantowy w którym bozony uzyskują taki sam pęd, czyli obsadzają stan podstawowy, ale niekoniecznie trzeba to wiedzieć).

Normalnie uzyskanie takiego stanu, czyli schłodzenia gazu do zaledwie miliardowych części stopnia powyżej zera absolutnego wymaga skomplikowanej aparatury zajmującej obszerne pomieszczenie: precyzyjnie skalibrowanych laserów, próżniowych komór i zaawansowanej elektroniki. Osiągnięciem hanowerskich badaczy jest upakowane całego urządzenia do kapsuły o średnicy 61 centymetrów i długości 165 centymetrów. Tę można zrzucać z wysokiej na 148 metrów wieży w Bremen, skonstruowanej właśnie do takich eksperymentów. Doświadczenie ze schłodzonym rubidem, powtórzone 180 razy, dowiodło że można obserwować zachowanie kondensatu Bosego-Einsteina z wysoką precyzją.

Najbliższy cykl doświadczeń ma na celu porównanie zachowania kondensatów dwóch różnych pierwiastków, rubidu i potasu i stwierdzenie, czy zachowują się identycznie podczas swobodnego spadania. W przyszłości mają być prowadzone obserwacje na orbicie, w warunkach prawdziwej nieważkości. Podczas gdy eksperyment orbitalny może być prowadzony bez przerwy nawet latami, badania swobodnego upadku, z oczywistych powodów, muszą być wielokrotnie powtarzane, żeby uzyskać odpowiednią ilość danych: upadek z wieży w Bremen trwa zaledwie 4 sekundy.

Naukowcy chcą zbadać obszar powiązań między mechaniką klasyczną a kwantową, tam, gdzie przebiega między nimi granica. Mają nadzieję na uzyskanie nowego, interesującego spojrzenia na różnice między procesami fizyki klasycznej i kwantowej, a być może nawet na znalezienie klucza do jednej, ujmującej je obie, teorii.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

"W przyszłości mają być prowadzone obserwacje na orbicie, w warunkach prawdziwej nieważności." Hmm?!

W takim razie po co!?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Oj, literówka, a tak się czepiasz  Powinno być "nieważkości"

 

Jak coś nie jest ważkie, to i nie jest ważne. :D)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańskim fizykom udało się uzyskać kondensat Bosego-Einsteina na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Co prawda tamtejsze laboratorium nie osiąga jeszcze tak niskich temperatur, jak instalacje na Ziemi, jednak w przyszłości ISS może stać się idealnym miejscem do testowania kwantowo-mechanicznych grawimetrów i prowadzenia najbardziej precyzyjnych testów zasady równoważności.
      Kondensat Bosego-Einsteina to nowy stan skupienia materii. Został on przewidziany przez Sayendrę Natha Bosego i Alberta Einsteina w latach 20. ubiegłego wieku, a otrzymano go dopiero w roku 1995. Z kondensatem mamy do czynienia wówczas, gdy po przekroczeniu temperatury krytycznej znaczna część cząstek zaczyna zachowywać się identycznie, przypominając jedną cząstkę.
      Kondensat uzyskuje się zamykając gaz złożony z atomów bozonowych w pułapce magnetycznej i chłodząc go za pomocą lasera. Powstaje kondensat, który jest uwalniany z pułapki, by mógł zachowywać się w sposób naturalny i badany. Eksperymenty takie są jednak poważnie zakłócane przez grawitację. Powoduje ona, że po uwolnieniu z pułapki atomy błyskawicznie opadają i uderzają o podłoże. Dlatego też naukowcy próbują różnych rozwiązań – polegających na zapewnieniu atomom jak najdłuższego swobodnego spadku – by wydłużyć czas pomiędzy uzyskaniem kondensatu a opadnięciem atomów i kontaktem z podłożem. W tym celu kondensaty zrzuca się z wież czy umieszcza na pokładzie samolotów czy rakiet w locie parabolicznym.
      Najlepszym miejscem do tego typu eksperymentów byłyby więc warunki jak najmniejszej grawitacji. To nie tylko wydłużyłoby czas badania kondensatu, ale pozwoliłoby stopniowo osłabiać pola magnetyczne pułapki, dzięki czemu atomy powoli by się rozprzestrzeniały i chłodziły do jeszcze niższych temperatur.
      Nowe badania zostały przeprowadzone za pomocą Cold Atom Lab (CAL). To laboratorium zostało wyniesione na ISS w 2018 roku i znajduje się na pokładzie amerykańskiego modułu Destiny. Zbudowane kosztem 70 milionów dolarów zdalnie sterowane urządzenie ma objętość zaledwie 0,4 m3, jednak zawiera lasery, magnesy i inne urządzenia potrzebne do uwięzienia, schłodzenia i kontrolowania gazu. Atomy są początkowo przechowywane w centrum komory próżniowej, później transportowane są do "atomowego chipa", na szczycie komory. Układ ten wykorzystuje fale radiowe do odrzucenia cieplejszych atomów, pozostawiając tylko te, których temperatura wynosi mniej niż miliardowa część kelwina.
      Robert Thompson, David Aveline i ich koledzy z Jet Propulsion Laboratory wykorzystali CAL do uzyskania kondensatu Bosego-Einsteina z atomów rubidu-87. Kondensat był obecny przez 1,18 sekundy i zauważono w nim wiele odmiennych charakterystyk od analogicznego kondensatu uzyskiwanego na Ziemi. Najważniejszym spostrzeżeniem było stwierdzenie, że niektóre z atomów rubidu pozostały w oddaleniui odl kondensatu i utworzyły wokół niego halo. Atomy te były utrzymywane za pomocą efektu Zeemana. W warunkach ziemskich opadają one na dno pułapki.
      Mimo, że CAL to niewielkie zdalnie sterowane urządzenie, to uzyskane w nim kondensaty już teraz dorównują tym najlepszym kondensatom uzyskiwanym w ziemskich warunkach. Jak zauważa Bryntle Barrett z francuskiego Institut d’Optique d’Aquitaine, olbrzymią zaletą eksperymentów na orbicie jest fakt, że potencjalnie można tam zapewnić całe lata swobodnego spadku, co pozwoli naukowcom na ciągłe udoskonalanie parametrów eksperymentów. Dlatego też uczony uważa, że uzyskanie kondensatu Bosego-Einsteina na ISS to znaczący krok w kierunku prowadzenia w przestrzeni kosmicznej wysoce precyzyjnych eksperymentów z kwantowymi gazami.
      Specjaliści już mówią o kilku różnych rodzajach takich eksperymentów. Jednak najbardziej obiecującymi z nich będą badania nad atomowymi interferometrami. Takie interferometry pozwoliłyby nie tylko na badanie zjawiska swobodnego spadku, ale posłużyłyby do niezwykle precyzyjnego monitorowania środowiska czy poszukiwania minerałów z przestrzeni kosmicznej.
      Barrett mówi, że już teraz w środowisku naukowym pojawiły się propozycje wystrzelenia dedykowanego satelity, który wykorzystywałby kondensat Bosego-Eisteina do badania zjawiska grawitacji. Taki satelita byłby wolny od wibracji obecnych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W tej dekadzie będziemy świadkami realizacji części z tych ekscytujących propozycji, stwierdza uczony.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Należąca do NASA sonda Gravity Probe B (GP-B) potwierdziła dwa główne wnioski wynikające z ogólnej teorii względności. Zadaniem GP-B jest właśnie sprawdzenie teorii Einsteina.
      Sonda wyposażona jest w cztery niezwykle precyzyjne żyroskopy, których zadaniem jest zbadanie występowania tzw. efektu geodetycznego, czyli zakrzywienia przestrzeni i czasu w obecności Ziemi oraz zakrzywienia przestrzeni i czasu wokół obracającej się Ziemi.
      Wyobraźmy sobie, że Ziemia jest zanurzona w miodzie. Gdy planeta się obraca, miód wokół niej wiruje i to samo dzieje się z przestrzenią i czasem. GP-B potwierdziła prawdziwość dwóch z najważniejszych wniosków wynikających z teorii Einsteina. To ma daleko idące konsekwencje dla badań astrofizycznych, podobnie jak dekady rozwoju technologii, które umożliwiły wykonanie tego zadania, będą miały olbrzymi wpływ na Ziemię i badania kosmosu - mówi Francis Everitt z Uniwersytetu Stanforda, główny naukowiec misji GP-B.
      Gravity Probe B to jeden z najdłużej trwających programów w historii NASA. Prace nad nią rozpoczęły się w 1963 roku od wysiłków mających na celu stworzenie relatywistycznego żyroskopu. Przez kilkadziesiąt lat badań opracowano techniki poprawiające aerodynamikę lotów kosmicznych, zmniejszenie wpływu pól magnetycznych na pojazdy kosmiczne czy uniezależnienie urządzeń i pojazdów od zmian temperatury. Na potrzeby misji wyprodukowano najbardziej precyzyjne żyroskopy w historii.
      Odkrycia dokonane dzięki GP-B umożliwiły powstanie systemu GPS i znalazły zastosowanie w badaniach mikrofalowego promieniowania tła. Dzięki temu programowi znakomicie poprawiono konstrukcję satelitów, co pozwoliło na opracowanie nowych typów tego typu urządzeń, takich jak należący do NASA Gravity Recovery and Climate Experiment czy wykorzystywane przez Europejską Agencję Kosmiczną satelity Gravity czy Ocean Circulation Explorer.
      Satelita GP-B zakończył swoją misję w grudniu 2010 roku
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Wiedeńskim Uniwersytecie Technicznym powstała połączona para atomów-bliźniaków. Dotychczas tego typu pary składały się tylko z fotonów.
      Pomiędzy splątanymi fotonami, które naukowcy nauczyli się tworzyć już jakiś czas temu, można teleportować stany kwantowe czy przenosić informacje. W przyszłości, dzięki osiągnięciom austriackich uczonych, podobne manipulacje mogą być przeprowadzane również na atomach.
      Naukowcy z Wiednia użyli kondensatu Bosego-Einsteina do utworzenia skorelowanych par atomów. To nie znaczy jeszcze, że manipulując jedną cząstką możemy w tym czasie zmieniać drugą tak, jakby były one powiązane niewidzialnym łączem. Ale mimo to musimy traktować obie cząstki jak pojedynczy system kwantowy, a to otwiera drogę do przeprowadzenia nowych fascynujących eksperymentów - mówi profesor Jörg Schmiedmayer.
      Do uzyskania pary atomów konieczne było najpierw stworzenie kondensatu Bosego-Einsteina. Wchodzące w jego skład atomy znajdują się na najniższym możliwym poziomie energetycznym. Kluczem do sukcesu są nasze układy scalone - zdradza Thorsten Schumm. Dzięki ich odpowiedniej architekturze możliwe stało się niezwykle precyzyjne manipulowanie atomami. Układy są tak czułe, że pozwalają na dostarczenie jednego kwantu energii do wybranego atomu w kondensacie. Gdy taki atom powraca do najniższego stanu energetycznego, kondensat musi pozbyć się nadmiarowej energii. Odpowiednia architektura układu scalonego powoduje, że kondensat Bosego-Einsteina może pozbyć się energii tylko w jeden sposób - emitując parę atomów. Inne metody są zabronione przez prawa mechaniki kwantowej - wyjaśnia Rober Bücker.
      Zgodnie z prawem zachowania pędu, oba wspomniane atomy poruszają się w przeciwnych kierunkach. To odpowiada procesowi zachodzącemu w specjalnych kryształach, w których tworzy się splątane fotony. Tym razem jednak podobne zjawisko udało się wytworzyć na znacznie bardziej masywnych atomach.
      Atomy te są swoimi kwantowymi mechanicznymi kopiami. Tworzą jeden kwantowy obiekt. Żadnego z tych atomów nie można opisać z osobna, muszą być opisywane wspólnie.
      Austriaccy naukowcy nie wiedzą jeszcze, w jaki sposób wykorzystają swoje osiągnięcie, nie mają pojęcia, jakie eksperymenty przeprowadzą. Wiedzą jednak, że stworzenie połączonych atomów pozwoli na zaprojektowanie nowych sposobów pomiarów i wykonanie wielu nowych doświadczeń.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Uniwersytecie w Bonn powstał kondensat Bosego-Einsteina stworzony z fotonów. Dotychczas sądzono, że fotony nie nadają się do jego tworzenia. Osiągnięcie niemieckich naukowców pozwoli na pojawienie się nowych źródeł światła, opracowania laserów pracujących z promieniami X czy zbudowania bardziej wydajnych układów scalonych.
      Kondensat Bosego-Einsteina to nowy stan skupienia materii. Został on przewidziany przez Sayendrę Natha Bosego i Alberta Einsteina w latach 20. ubiegłego wieku, a otrzymano go dopiero w roku 1995. Z kondensatem mamy do czynienia wówczas, gdy po przekroczeniu temperatury krytycznej znaczna część cząstek zaczyna zachowywać się identycznie, przypominając jedną cząstkę.
      Dotychczas kondensatu nie udało się uzyskać z fotonów, gdyż znikają one podczas schładzania.
      Uczeni z Bonn zastosowali dwa lustra, pomiędzy którymi odbijali promień światła. Między lustrami znajdował się roztwór z pigmentem. Fotony uderzały w molekuły pigmentu i były przezeń wchłaniane, a następnie ponownie uwalnianie. Podczas tego procesu fotony przyjmowały temperaturę płynu. Schłodziły się do temperatury pokojowej i nie były tracone - wyjaśnia profesor Martin Weitz.
      Następnie za pomocą lasera, którym wzbudzono cząstki pigmentu, zwiększono liczbę fotonów pomiędzy lustrami. To tak bardzo zwiększyło koncentrację schłodzonych fotonów, że zaczęły się one zachowywać jak jeden superfoton.
      Uzyskano w ten sposób fotonowy kondensat Bosego-Einsteina. Okazał się on nowym źródłem światła o właściwościach podobnych do lasera. Jednak w porównaniu z laserami ma on pewną olbrzymią zaletę. Obecnie nie jesteśmy w stanie zbudować laserów pracujących z bardzo krótkimi falami, np. w zakresie ultrafioletu czy fal X. Powinno być to możliwe dzięki zastosowaniu fotonowego kondensatu Bosego-Einsteina - mówi Jan Klars.
      Jeśli takie lasery powstaną, z pewnością trafią do fabryk mikroprocesorów, gdzie lasery wykorzystywane są do tworzenia obwodów logicznych. Laser pracujący ze światłem o krótszej długości fali pozwala na większą precyzję, umożliwia tworzenie mniejszych elementów, a co za tym idzie - bardziej wydajnych układów.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Matematycy z Uniwersyteckiego College'u Londyńskiego stworzyli równanie na idealne puszczanie kaczek. Temat wydaje się błahy, lecz naukowcy dodają, że wyliczenia można wykorzystać w transporcie morskim – rozważając zachowanie statków na wzburzonym morzu – i powietrznym (tutaj poważnym problemem są z kolei drobiny lodu osadzającego się i odbijającego od skrzydeł czy kadłuba).
      Profesor Frank Smith pracował nad wyliczeniami z doktorem Peterem Hicksem. W swoim równaniu panowie przeciwstawili sobie wagę i prędkość kamienia oraz opór wody i powietrza, a także grawitację. Teoretycznie można uzyskać do 50 odbić, ale przyznaję, że mój rekord to osiem. Akademik podpowiada, że niezwykle istotnym elementem rzutu jest podkręcenie kamienia, dzięki czemu udaje się podtrzymać stabilność lotu. Co poza tym? Należy wybrać jak najcieńszy i najlżejszy kamyk, a następnie rzucić go z jak największą siłą w maksymalnie poziomej płaszczyźnie jak najbliżej ziemi. Podkręcenie pomaga w locie, zmniejszając opór powietrza. To powinno zapewnić maksymalną liczbę podskoków na wodzie.
      Rekordzistą w dziedzinie puszczania kaczek jest amerykański inżynier Russell Byars, który uzyskał aż 51 odbić, relaksując się, a jednocześnie ciężko pracując nad rzeką Allegheny w Pittsburghu. Z rad takiego wyczynowca warto skorzystać, a ten podpowiada, by wybierać płaskie kamienie o wymiarach dłoni i podkręcać je za pomocą kciuka i palca wskazującego. Wg niego, najlepiej celować w wodę pod kątem 10-20 stopni.
      Wiemy już trochę o pożądanych rozmiarach i wadze rzucanego obiektu, lecz co z jego powierzchownością, a konkretnie teksturą? Jedni specjaliści twierdzą, że powinien być gładki, by zmniejszyć opór ośrodka, przez który się przemieszcza. Inni zaś, w tym francuski fizyk z Lyonu Lyderic Bocquet, twierdzą, że taki właśnie efekt zapewnią małe nierówności, które zadziałają jak ułatwiające lot wgłębienia w piłeczce golfowej.
      Testy najlepiej prowadzić samemu, a że latem pogoda sprzyja, warto wybrać się nad wodę...
       
      http://www.youtube.com/watch?v=7deV22aWESc&hl=pl_PL&fs=1
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...