Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Ιούνιος 27, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Ιούνιος 27, 2024 Το μαντείο στο οποίο στρέφονται οι φυσικοί σε περιόδους κρίσης. … ονομάζεται πίνακας σκέδασης Οι φυσικοί των σωματιδίων αναζητώντας την επόμενη θεωρία που θα περιγράφει καλύτερα την πραγματικότητα συμβουλεύονται μια μαθηματική δομή που γνωρίζουν ότι δεν αποτυγχάνει ποτέ: έναν πίνακα πιθανοτήτων γνωστό ως πίνακα S [S(cattering)-matrix]. Ακόμη και χωρίς να γνωρίζουν τι ακριβώς συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης σωματιδίων, ο «πίνακας S» επιτρέπει στους φυσικούς να αποτιμήσουν τα πιθανά αποτελέσματα.Μετά την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής, εμφανίστηκαν αρκετά προβλήματα στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, στη θεωρία της διάσπασης β του Fermi και στις θεωρίες των πυρηνικών δυνάμεων. Στις αρχές της δεκαετίας του 1940, ο φυσικός Βέρνερ Χάιζενμπεργκ, στα διαλείμματα των προσπαθειών του για την κατασκευή της γερμανικής πυρηνικής βόμβας, προβληματίζονταν πάνω σ΄αυτές τις δυσκολίες. Οι υπολογισμοί για το πώς θα έπρεπε να συμπεριφέρονται τα σωματίδια έδιναν που και που απειρισμούς χωρίς νόημα. Αυτά τα άπειρα έκαναν τον Χάιζενμπεργκ να μην εμπιστεύεται τον τρόπο με τον οποίο η κβαντική φυσική απεικόνιζε την πραγματικότητα και να ελπίζει ότι μια νέα επαναστατική θεωρία για την σωματιδιακή φυσική θα διόρθωνε το πρόβλημα. Όμως συνειδητοποίησε ότι ακόμα και χωρίς μια τέτοια θεωρία, η πρόοδος θα μπορούσε να συνεχιστεί. Το κλειδί ήταν να εστιάσουμε σε αδιαμφισβήτητα γεγονότα που θα επιβίωναν ανεξάρτητα από το ποιά νέα θεωρία θα μπορούσε να προκύψει στο μέλλον.Όταν δύο σωματίδια συγκρούονται, μπορεί να βιώσουν πολλούς κβαντικούς μετασχηματισμούς πριν από την εμφάνιση των τελικών προϊόντων. Ο Heisenberg αγνόησε τα μυστηριώδη δυναμικά γεγονότα κατά την διάρκεια της αλληλεπίδρασης, και αντ’ αυτών κράτησε τα δεδομένα μόνο για τα αρχικά και τα τελικά σωματίδια. Συγκέντρωσε τα πιθανά αποτελέσματα σε έναν πίνακα, αυτόν που σήμερα ονομάζουμε πίνακα σκέδασης, ή πίνακας S για συντομία. Ανεξάρτητα από το πόσο περίεργη ήταν η τελική θεωρία της σωματιδιακής φυσικής, θα έπρεπε να προβλέπει τον σωστό πίνακα S. Μελετώντας λοιπόν τους κανόνες και τα μοτίβα αυτού του πίνακα, ο Heisenberg πίστεψε ότι το έργο του θα άντεχε στη δοκιμασία του χρόνου.Ακόμα και σήμερα καθώς οι φυσικοί των σωματιδίων παλεύουν να εξηγήσουν την πραγματικότητα εκεί που η καθιερωμένη θεωρία αποτυγχάνει, επιστρέφουν στα μόνα δεδομένα τα οποία μπορούν να βασιστούν: στις καταχωρήσεις του πίνακα S. Μια καταγρφή του πιθανού Ο πίνακας S δεν ήταν η εφεύρεση του Heisenberg: ο Paul Dirac εξερεύνησε για πρώτη φορά την ιδέα, αλλά ιστορικά o πίνακας S εισήχθη για πρώτη φορά σε δημοσίευση από τον Wheeler το 1937. Ο Χάιζενμπεργκ προχώρησε περαιτέρω την ιδέα αντιμετωπίζοντάς την όχι απλώς ως εργαλείο, αλλά ως προοπτική. Για να δείτε πώς λειτουργεί o πίνακας S, φανταστείτε ότι, αντί να παρατηρείτε τα σωματίδια να συγκρούονται, ρίχνετε ζάρια. Με ένα ζάρι, έχετε έξι πιθανά αποτελέσματα και 1/6 πιθανότητα να εμφανιστεί το καθένα. Με δύο ζάρια, έχετε 12 πιθανά αποτελέσματα με διαφορετικές πιθανότητες. Τώρα καταγράψτε τις πιθανότητες σε έναν πίνακα. Κάθε καταχώρηση στον πίνακα εμφανίζει την πιθανότητα να εμφανιστεί ένας συγκεκριμένος αριθμός με έναν δεδομένο αριθμό ζαριών.Εικονα κατω. Ό,τι κάνει αυτός ο πίνακας για τα ζάρια, κάνει και ο πίνακας S για τα σωματίδια. Κάθε σειρά είναι μια επιλογή των αρχικών σωματιδίων, όπως ο αριθμός των ζαριών. Μπορείτε να ξεκινήσετε με ένα μποζόνιο Higgs που κινείται μόνο του ή με ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο. Κάθε στήλη είναι μια έξοδος: Το Higgs μπορεί να μεταμορφωθεί σε ένα ζεύγος μποζονίων W ή (πιθανότερο) σε ένα ζεύγος κουάρκ. Κάθε καταχώρηση είναι η πιθανότητα παρατήρησης μιας δεδομένης εξόδου.Εικονα κατω. (Στην κβαντική θεωρία κάθε καταχώρηση είναι ένας μιγαδικός αριθμός, μια τιμή που μπορεί να περιλαμβάνει τη «φανταστική» μονάδα – την τετραγωνική ρίζα του −1. Για να πάρουμε τις πιθανότητες πρέπει να χρηισμοποιήσουμε το μέτρο του μιγαδικού αριθμού)Αν μπορούσαμε να υπολογίσουμε έναν τέτοιο πίνακα πιθανοτήτων, σκέφτηκε ο Heisenberg, θα μπορούσαμε να ελέγξουμε μια θεωρία συγκρίνοντάς την με τα πειράματα. Όμως, όπως θα αποδεικνυόταν στον επόμενο αιώνα, θα μπορούσαμε να κάνουμε περισσότερα. Μελετώντας τον πίνακα S, ο Heisenberg και οι συνεχιστές του έργου του θα μελετούσαν, σε γενικές γραμμές πώς θα έπρεπε να είναι η φυσική. Λογικές προβλέψεις Μετά τη δεκαετία του 1940, οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι δεν χρειάζονταν επανάσταση τελικά. Έμαθαν πώς να χρησιμοποιούν καλύτερα μια μαθηματική συνάρτηση, γνωστή ως Λαγκρανζιανή, η οποία καθόριζε όλα τα σωματίδια που θα μπορούσαν να δημιουργηθούν κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης και πώς θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Ο μαθηματικός αυτός τύπος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να συμπεράνουμε τι πραγματικά συνέβαινε κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης, ακόμη και κατά τη διάρκεια των μη παρατηρήσιμων ενδιάμεσων στιγμών. Με αυτή τη βαθύτερη κατανόηση, οι φυσικοί θα μπορούσαν να παρακάμψουν τους προβληματικούς απειρισμούς και να μπουν κατευθείαν στην πλοκή μιας σύγκρουσης σωματιδίων.Αλλά στη δεκαετία του 1960, η κβαντική θεωρία αποτύγχανε για άλλη μια φορά στην εφαρμογή της από τους φυσικούς. Τα πειράματα είχαν αποκαλύψει μια τεράστια γκάμα νέων σωματιδίων που μοιάζουν με πρωτόνια και νετρόνια, αλλά με μεγάλη ποικιλία μαζών και φορτίων. Μια πλήρης Λαγκρανζιανή θα χρειαζόταν να εξηγήσει αυτό το πλήθος «αδρονικών» σωματιδίων, αλλά ο τεράστιος αριθμός τους ήταν καταιγιστικός. Ο Paolo Di Vecchia, ομότιμος καθηγητής στο Σκανδιναβικό Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής, αναπολεί το συναίσθημα της εποχής. «Έπρεπε να γράψουμε μια Λαγκρανζιανή που να περιέχει όλα τα αδρόνια; Δεν φαινόταν ότι μπορούσε να γίνει».Για άλλη μια φορά, οι φυσικοί ονειρευόντουσαν επανάσταση. Σύντομα, ο Geoffrey Chew, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, υποστήριξε μια νέα τολμηρή προσέγγιση. Αυτός και οι οπαδοί του ήλπιζαν να αγνοήσουν τις περίπλοκες αλληλεπιδράσεις αδρονίων που θα μπορούσαν να προκύψουν μόνο στιγμιαία κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης σωματιδίων. Αντίθετα, θα εστίαζαν στα αποτελέσματα που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν σε έναν ανιχνευτή.«Από το Berkeley προέκυψε η ιδέα ότι πρέπει να ξεχάσουμε τις Λαγκρανζιανές, λέει ο Di Vecchia, «και να προσπαθήσουμε να κατασκευάσουμε άμεσα τον πίνακα S: δηλαδή την ποσότητα που σχετίζεται πιο άμεσα με τα πειράματα».Για να γίνει αυτό, παρατήρησαν ότι κάθε πίνακας S πρέπει να αντικατοπτρίζει μια χούφτα αναπόφευκτες φυσικές και μαθηματικές αρχές. Για παράδειγμα, οι πιθανότητες που προκύπτουν από τη μήτρα S, όπως όλες οι πιθανότητες, πρέπει να είναι μεταξύ μηδέν και 1. Η ομάδα του Chew ήλπιζε να χρησιμοποιήσει γενικές λογικές απαιτήσεις όπως αυτή για να συναγάγει συγκεκριμένα αποτελέσματα. Ονόμασαν το πρόγραμμά τους «S-matrix bootstrap».Η ομάδα του Chew εντόπισε υποσχόμενες θεωρίες στο κυνήγι της, δείχνοντας ότι το προγραμμά τους δημιούργησε γνήσια ώθηση. Πολλοί φυσικοί προσχώρησαν στο κίνημα του πίνακα S, και ένας από αυτούς, ο Gabriele Veneziano μάντεψε τον πίνακα σκέδασης για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις, κάτι που τελικά θα οδηγούσε στη θεωρία χορδών.Αλλά στον αγώνα για μια θεωρία των αδρονίων, οι bootstrappers ξεπεράστηκαν. Οι φυσικοί σύντομα συνειδητοποίησαν ότι τα ακατάστατα και ποικίλα αδρόνια αποτελούνταν στην πραγματικότητα από μια χούφτα θεμελιωδών σωματιδίων: τα κουάρκ και τα γλοιόνια. Και την δεκαετία του 1970 κατάφεραν να συμπεριλάβουν αυτά τα σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους σε μια Λαγκανζιανή.Με την επιτυχία της νέας θεωρίας των κουάρκ και των γλοιονίων, οι Λαγκρανζιανιστές ήταν και πάλι σε άνοδο. Οι φυσικοί θα συνέχιζαν να αναγνωρίζουν μια κύρια Λαγκρανζιανή που περικλείει την παρατηρούμενη συμπεριφορά όλων των γνωστών μέχρι σήμερα σωματιδίων. Τώρα ονομάζουμε αυτή τη Λαγκρανζιανή Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής.Η Λαγκρανζιανή του Καθιερωμένου Προτύπου χωρισμένη σε 5 τμήματα: To πρώτο τμήμα της εξίσωσης αναφέρεται στο γλοιόνιο, τον φορέα της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Τo δεύτερο αναφέρεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ των μποζονίων (κυρίως των W και Ζ), καθώς επίσης και στις αλληλεπιδράσεις τους με το μποζόνιο Higgs. To τρίτο τμήμα της εξίσωσης περιγράφει πως τα στοιχειώδη σωματίδια αλληλεπιδρούν με την ασθενή δύναμη και τις βασικές αλληλεπιδράσεις του πεδίου Higgs, από τις οποίες κάποια στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν την μάζα τους. Το τέταρτο περιγράφει πως τα σωματίδια της ύλης αλληλεπιδρούν με τα εν δυνάμει (φαντάσματα) σωματίδια Higgs. Στο πέμπτο τμήμα της εξίσωσης περιέχονται τα λεγόμενα φαντάσματα Faddeev-Popov που ακυρώνουν τους πλεονασμούς που προκύπτουν στις αλληλεπιδράσεις διαμέσου της ασθενούς δύναμης. Μια σύγχρονη αναβίωση Τώρα, η φυσική αντιμετωπίζει ξανά ένα αβέβαιο μέλλον. Οι φυσικοί γνωρίζουν ότι το Λαγκαρανζιανό Καθιερωμένο Πρότυπο είναι ατελές. Αλλά μπορεί να περάσουν δεκαετίες ή και αιώνες πριν τα πειράματα παράγουν ένα αποτέλεσμα πέρα από αυτό που μπορούν να χειριστούν οι τρέχουσες θεωρίες. Αλλά όταν το κάνουν, οι φυσικοί γνωρίζουν ότι η θεωρία τους για τον κόσμο θα θρυμματιστεί. Η συμφιλίωση της κβαντικής μηχανικής και της βαρύτητας φαίνεται να απαιτεί μια επανάσταση ακόμη πιο δραματική από αυτές των προηγούμενων εποχών, και κανείς δεν ξέρει ποια μπορεί να είναι τα δομικά στοιχεία της επόμενης πραγματικότητας. Σε τέτοιες αβέβαιες εποχές, οι φυσικοί στρέφουν τις ελπίδες για άλλη μια φορά στον πίνακα S.Κάποιοι, όπως η μεταδιδάκτορας του CERN Lucía Córdova, διευρύνουν την αναζήτηση που ξεκίνησε η ομάδα του Chew. Χρησιμοποιώντας αριθμητικές τεχνικές, αυτή και οι συνάδελφοί της χαρτογραφούν το χώρο των βιώσιμων πινάκων S. Μια τέτοια εξερεύνηση μπορεί να είναι ο μόνος τρόπος για να κατανοήσουμε τις θεωρίες χωρίς Λαγκρανζιανές, οι οποίες μπορεί να χρειάζονται για την κβαντική βαρύτητα.Άλλοι, όπως ο Sebastian Mizera, ένας φυσικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ, επενδύουν τις ελπίδες τους στο αρχικό όνειρο του Chew: τη δημιουργία ενός ενιαίου S-matrix που καταγράφει τη συμπεριφορά συγκεκριμένων σωματιδίων. Αυτός και άλλοι ερευνητές επικεντρώθηκαν πρόσφατα σε σωματίδια χωρίς μάζα όπως τα γλοιόνια.Η θεωρία S-matrix bootstrap γεννήθηκε από τη μελέτη βαρέων αδρονίων και, αφελώς, εθεωρείτο ότι τα σωματίδια χωρίς μάζα θα ήταν πολύ πιο δύσκολο να κατανοηθούν με αυτόν τον τρόπο. Αλλά «δεκαετίες αργότερα, αποδείχθηκε ότι ισχύει ακριβώς το αντίθετο», λέει η Mizera. Η απροσδόκητη απλότητα των σωματιδίων χωρίς μάζα σημαίνει ότι οι αλληλεπιδράσεις τους μπορούν να καθοριστούν από λίγους απλούς κανόνες. Με αυτόν τον τρόπο, οι φυσικοί έχουν ορίσει πλήρως τις θεωρίες για τα γλοιόνια και άλλα σωματίδια καθαρά με πίνακες S, αποφεύγοντας τις Λαγκρανζιανές.Σε ένα συνέδριο που έγινε τον προηγούμενο Μάρτιο, η Mizera συναντήθηκε με άλλους οπαδούς του πίνακα S. Εμπνευσμένοι από την πρόσφατη πρόοδο, συνεχίζουν να αναζητούν περισσότερους καθολικούς κανόνες που να διέπουν όλους τους πίνακες S. Όπως ο Heisenberg και ο Chew, επικεντρώνονται στις παρατηρήσεις, προσπαθώντας να ανακαλύψουν αλήθειες που θα διαρκέσουν, ακόμη κι όταν η μορφή των μελλοντικών θεωριών παραμένει αβέβαιη και άγνωστη. Για να περιγράψουν τις ιδιότητες των υποατομικών σωματιδίων οι φυσικοί χρησιμοποιούν μια βίαιη αλλά αποτελεσματική μέθοδο: τα βάζουν να συγκρουστούν μεταξύ τους με τεράστιες ταχύτητες. Αυτή η δουλειά γίνεται στους επιταχυντές σωματιδίων, όπως ο Μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων (LHC) που βρίσκεται στο CERN. Αφού συγκρουστούν τα σωματίδια, στη συνέχεια γίνεται διεξοδική ανάλυση των θραυσμάτων που παράγονται από την σύγκρουση. Η εικόνα δείχνει μια σύγκρουση σωματιδίων όπως καταγράφεται από τον ανινχευτή ATLAS στον LHC.Ο Heisenberg ξεκαθάρισε ότι αυτά τα γεγονότα, ήταν οι παρατηρήσεις και συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα των συγκρούσεων σωματιδίων.Εικονα. Ιστορικά, o πίνακας S εισήχθη για πρώτη φορά από τον Wheeler το 1937 στην παραπάνω δημοσίευση. διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Matt von Hippel: The S-Matrix Is the Oracle Physicists Turn To in Times of Crisis – https://www.quantamagazine.org/the-s-matrix-is-the-oracle-physicists-turn-to-in-times-of-crisis-20240523/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Ιούλιος 25, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Ιούλιος 25, 2024 Η Κβαντική για όλους. Από τις εκδόσεις άπαρσις κυκλοφόρησε πριν από μερικούς μήνες το βιβλίο του Δημητρίου Ραπακούλια(*) με τίτλο «Η κβαντική για όλους (χωρίς μαθηματικά, χωρίς τύπους, χωρίς προαπαιτούμενες γνώσεις» . To χαρακτηριστικό μότο του βιβλίου είναι: ‘Δεν υπάρχει τίποτα που να μην μπορεί να κατανοηθεί. Ο δρόμος που οδηγεί στην κατανόηση είναι η απομάκρυνση από τα επιφαινόμενα, ώστε ν’ αποκαλυφθεί ο πυρήνας. Αυτός ο πυρήνας έχει πάντα μια αφάνταση απλότητα.‘ Στο οπισθόφυλλο ο συγγραφέας επισημαίνει ότι: «Στο βιβλίο αυτό εξηγώ όσο πιο απλά γίνεται την σημασία που έχει η «επανάσταση της κβαντικής» για τον απλό πολίτη. Τι συμπεράσματα πρέπει να ενσωματώσει στην κουλτούρα του, στην φιλοσοφία του, στον τρόπο που αντιλαμβάνεται όσα συμβαίνουν γύρω του. Η Κβαντική ανατρέπει τις αντιλήψεις μας για την δομή της ύλης, για την εξέλιξη, για τις αιτίες των φαινομένων. Μας βοηθά να κατανοήσουμε φαινόμενα που παρατηρούμε καθημερινά, όπως: – γιατί τίποτα δεν γυρίζει πίσω; Ούτε οι γέροι ξανανιώνουν, ούτε το κοτόπουλο ξαναγίνεται αυγό, ούτε το ποτάμι αναστρέφεται. – γιατί εμφανίζονται ξαφνικά απρόσμενα μικρόβια, νέα είδη ζώων, καινούργιες ποικιλίες φυτών, πρωτότυπες ιδέες; – γιατί ο κόσμος μας δεν είναι σταθερός, αλλά αλλάζει συνέχεια (και θα καταρρεύσει…);» Ο Ηράκλειτος έλεγε «Φύσις κρύπτεσθαι φιλεί» (η Φύση κρύβει την αλήθεια), ότι δηλαδή δεν μπορούμε να κατανοήσουμε τη Φύση βασιζόμενοι μόνο σ’ αυτά που βλέπουμε να συμβαίνουν στον αισθητό μας κόσμο. Ότι ο άμεσος τρόπος που αντιλαμβανόμαστε τη Φύση, διαφέρει από την φυσική πραγματικότητα που αποκαλύπτει η επιστήμη. Μας αποκαλύπτει την ανεπάρκεια της αντίληψής μας και τις παραπλανήσεις που μπορεί να μας δημιουργήσει αποδίδοντας πλασματικές «ιδιότητες» στα αντικείμενα που παρατηρούμε.Ακόμα και η ίδια η επιστήμη χρησιμοποιεί κατασκευασμένες πλασματικές ιδιότητες. Αντιστοιχούν μεν σε κάτι που υπάρχει, αλλά ως τέτοιες δεν υπάρχουν στη Φύση. Δύο από τις πιο γνωστές κατασκευασμένες ιδιότητες είναι η πίεση και η θερμοκρασία. Η πίεση που μετράω στο βενζινάδικο στη ρόδα του αυτοκινήτου μου δίνει μια ιδέα για την κινητική ενέργεια των μορίων του αέρα που περιέχονται σ’ αυτή. Η «πίεση» είναι μια ένδειξη της μεταφοράς αυτής της κινητικής ενέργειας σε μια επιφάνεια (του μετρητή).Το ίδιο ισχύει και με την θερμοκρασία που την μετράμε με τα θερμόμετρα. Δεν είναι ιδιότητα των σωμάτων. Είναι μια πλασματική, κατασκευασμένη ιδιότητα για να παρατηρούμε τις μεταβολές της ενέργειας των μορίων που δεν μπορούμε να μετρήσουμε απευθείας. Κάποιος ίσως να πει: «Και έχει τόσο μεγάλη σημασία να ξέρουμε ότι η πίεση και η θερμοκρασία ενός αερίου στην πραγματικότητα απεικονίζουν την κινητική ενέργεια των μορίων του; Η ανθρωπότητα μπορεί να επιβιώσει και να μεγαλουργήσει με αυτές τις πλασματικές ιδιότητες.» Και ο κεραυνός κάνει τις ίδιες καταστροφές είτε πιστεύουμε πως τον στέλνει ο Δίας είτε ξέρουμε πως είναι αποτέλεσμα ηλεκτρισμού στην ατμόσφαιρα. Έχει σημασία. Μεγάλη. Γιατί αυτές οι ιδιότητες, που το μυαλό μας τις χρησιμοποιεί χωρίς να υπάρχουν, χτίζουν έναν τοίχο ανάμεσα στη σκέψη μας και τη Φύση όπως αυτή είναι πραγματικά. Και ο τοίχος αυτός δεν εμποδίζει βέβαια την καθημερινότητά μας. Εμποδίζει όμως την κατανόηση της Φύσης όπως είναι πραγματικά, κάνοντας τους ανθρώπους να πιστεύουν σε θεούς και δαίμονες, σε μάγια και γιατροσόφια, σε φαντάσματα, κατάρες και ξόρκια. Το ζήτημα αυτό είναι κεφαλαιώδες. Δεν είναι απλώς δασκαλίστικο ψείρισμα. Γιατί όχι μόνο η Φυσική, αλλά και άλλες δραστηριότητες του ανθρώπου κατοικούνται από φανταστικά πλάσματα: η Οικονομία, η Ψυχολογία, η Φιλοσοφία, η Πολιτική .. Οι μεγάλες επιστημονικές ανακαλύψεις είναι η αποκάλυψη αυτής της πλασματικότητας.Δεν είναι εύκολο να ξεφύγουμε από το αισθητό-παραστατικό. Πρέπει το μυαλό μας να ξεπεράσει τις έμφυτες αδυναμίες του, να μην λειτουργεί με τον συνηθισμένο φυσικό του τρόπο. Κι αυτό είναι το πιο δύσκολο. Ρόλο-κλειδί στην απομάκρυνση από το αισθητό και την «κοινή λογική» παίζει η χρήση των Μαθηματικών. Η βασική έρευνα στη Φυσική είναι σήμερα κατ’ ανάγκην μη-παραστατική, αφηρημένη, μαθηματική. Κι ακόμα περισσότερo, κινείται πέραν της κοινής λογικής. Όχι μόνο στις υπολογιστικές μεθόδους, αλλά και στις έννοιες που χρησιμοποιεί. Δεν υπάρχει λοιπόν ελπίδα για τον μη ειδικό να μάθει τη σύγχρονη αντίληψη για τη Φύση; Σύμφωνα με τον συγγραφέα, υπάρχει ελπίδα. «Γιατί η Φύση στη βάση της είναι απλή, πολύ απλούστερη από όσο νομίζουμε. Αν λοιπόν παρακάμψουμε τις μαθηματικές επεξεργασίες και τα ενδιάμεσα στάδια, τότε οι θεμελιακές ανακαλύψεις της επιστήμης είναι προσιτές σε κάθε ενδιαφερόμενο, αρκεί να καταβάλει μια μικρή προσπάθεια. Ποιά προσπάθεια; –Να καταπολεμήσει την έμφυστη τάση να συγκρίνει ό,τι καινούργιο διαβάσει με το πακέτο των αισθητών και παραστατικών δεδομένων που έχει συσσωρεύσει στο μυαλό του. Θέλει λίγη εξάσκηση για να το πετύχει, τίποτα άλλο. –Να μην εμπιστεύεται απόλυτα την κοινή λογική. Να τη δεχτεί ως ένα χρησιμότατο εμπειρικό εργαλείο, αλλά που για να πετύχει αυτή τη γενική αποτελεσματικότητα αγνοεί τις ιδιαιτερότητες, εξομοιώνοντας τα ανόμοια, ισοπεδώνει τις διαφορές και χρησιμοποιεί βολικές έννοιες που όμως είναι πλασματικές. –Να είναι κατά συνέπεια δεκτικός στις νέες αντιλήψεις που θα παρουσιαστούν εδώ, χωρίς να ζητά αποδείξεις βασισμένες στις αισθητές εμπειρίες του για να πειστεί. Οι αποδείξεις βέβαια υπάρχουν. Θα τις παραθέτουμε πολύ συνοπτικά, απλοποιημένες και με καταφατικό τρόπο. Να ξέρει όμως πως πίσω από αυτά υπάρχουν πάρα πολλές έρευνες, πάρα πολλές πειραματικές αποδείξεις που είναι κοινά αποδεκτές από τους επιστήμονες.» (*) Ο καθηγητής Δημήτριος Ραπακούλιας δίδαξε Φυσικοχημεία τόσο σε προπτυχιακό όσο και σε μεταπτυχιακό επίπεδο. Αρχικά στο Πανεπιστήμιο των Παρισίων (Université Paris VI ) και αργότερα στο Πανεπιστήμιο Πατρών, όπου ίδρυσε το Εργαστήριο Χημείας Πλάσματος. Έχει δημοσιεύσει δεκάδες επιστημονικά άρθρα, και τέσσερα διδακτικά βιβλία. Υπήρξε επικεφαλής πολλών ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραμμάτων και διεθνών συνεδρίων και έχει συμμετάσχει στην δημιουργία και ανάπτυξη ερευνητικών κέντρων στην χώρα μας (Κρήτης, Πατρών, Θεσσαλονίκης, Ελληνικό Ινστιτούτο Pasteur κ.α. ). Έχει τιμηθεί με το παράσημο της Λεγεώνος της Τιμής της Γαλλικής Δημοκρατίας. https://physicsgg.me/2024/07/25/η-κβαντική-για-όλους/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Αύγουστος 19, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Αύγουστος 19, 2024 Η κβαντική προέλευση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Το έντονο φαινόμενο της παγίδευσης θερμότητας από τα μόρια διοξειδίου του άνθρακα (CO2) της ατμόσφαιρας μπορεί να εξηγηθεί κβαντομηχανικά. Επομένως, η μελέτη της κβαντικής συμπεριφοράς του CO2 συνεισφέρει στην κατανόηση της ανθρώπινης επίδρασης στο φυσικό φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής.Μια αριθμητική σύμπτωση βοηθά τα μόρια του CO2 να ταλαντεύονται με συγκεκριμένο τρόπο, παγιδεύοντας πολύ περισσότερη υπέρυθρη ακτινοβολία από ό,τι θα έκαναν διαφορετικά.Το 1896, ο Σουηδός φυσικός Svante August Arrhenius ήταν ο πρώτος που υπολόγισε την σχέση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη με την συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, στην εργασία του με τίτλο ‘On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground‘. Στα συμπεράσματά του (υπερ)εκτιμά ότι ο διπλασιασμός της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα θα προκαλέσει μια αύξηση στην μέση θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας κατά 5 έως 6 oC. Επιπλέον, από τους πίνακες που παραθέτει φαίνεται μια λογαριθμική σχέση μεταξύ της αύξησης θερμοκρασίας της Γης συναρτήσει της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα. Έκτοτε, ολοένα και πιο εξελιγμένα σύγχρονα κλιματικά μοντέλα έχουν επιβεβαιώσει το κεντρικό συμπέρασμα του Arrhenius: ότι κάθε φορά που η συγκέντρωση CO2 στην ατμόσφαιρα διπλασιάζεται, η μέση θερμοκρασία της Γης θα αυξάνεται μεταξύ 2 και 5 βαθμών Κελσίου.Ωστόσο, ο φυσικός λόγος για τον οποίο το CO2 συμπεριφερόταν με αυτόν τον τρόπο παρέμενε μυστήριο όχι μόνο για τον Arrhenius και για τους επιστήμονες του 19ου αλλά και εκείνους του 20ου αιώνα, που ασχολήθηκαν με το φαινόμενο.Έτσι, φτάσαμε στο 2022, όταν οι φυσικοί David M. Romps, Jacob T. Seeley και Jacob P. Edman με την δημοσίευσή τους ‘Why the Forcing from Carbon Dioxide Scales as the Logarithm of Its Concentration‘ διευθέτησαν την διαφωνία σχετικά με την προέλευση της «λογαριθμικής κλιμάκωσης» του φαινομένου του θερμοκηπίου. Πρόκειται για τον τρόπο με τον οποίο η αύξηση της θερμοκρασίας της Γης είναι η ίδια ως απόκριση σε οποιονδήποτε διπλασιασμό της συγκέντρωσης του CO2, ανεξάρτητα από συγκεκριμένες τιμές.Στη συνέχεια, την άνοιξη του 2024, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Robin Wordsworth του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ περιέγραψε λεπτομερώς γιατί το μόριο CO2 είναι τόσο καλό στην παγίδευση θερμότητας χρησιμοποιώντας θεμελιώδεις φυσικές αρχές. Οι ερευνητές εντόπισαν μια παράξενη ιδιορρυθμία της κβαντικής δομής του μορίου που εξηγεί γιατί είναι ένα τόσο σημαντικό αέριο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου – και γιατί η συγκέντρωση περισσότερου διοξειδίου άνθρακα στην ατμόσφαιρα επιδρά στο φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής. Η εργασία τους δημοσιεύθηκε στο περιοδικό The Planetary Science Journal με τίτλο ‘Fermi Resonance and the Quantum Mechanical Basis of Global Warming‘.Η δημοσίευση αυτή είναι μια καλή απάντηση σε όλους εκείνους που λένε ότι η υπερθέρμανση του πλανήτη είναι απλώς κάτι που προκύπτει από αδιαφανή υπολογιστικά μοντέλα. Αντίθετα, η υπερθέρμανση του πλανήτη συνδέεται με μια αριθμητική σύμπτωση που περιλαμβάνει δύο διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί να διεγερθεί το CO2. Αν δεν υπήρχε αυτή η σύμπτωση τότε πολλά πράγματα θα ήταν διαφορετικά. Ένα παλιό συμπέρασμα Πώς μπόρεσε ο Arrhenius να κατανοήσει τα βασικά του φαινομένου του θερμοκηπίου πριν καν ανακαλυφθεί η κβαντική μηχανική; Η θεμελίωση της κλιματικής επιστήμης ξεκίνησε με τον Jean Baptiste Joseph Fourier, έναν Γάλλο μαθηματικό και φυσικό ο οποίος πριν από 200 χρόνια (ακριβώς!) συνειδητοποίησε ότι η ατμόσφαιρα της Γης δρα ως «κουβέρτα» και μονώνει τον πλανήτη από το «κρύο» του διαστήματος, μια ανακάλυψη που ξεκίνησε το πεδίο της κλιματικής επιστήμης. Στη συνέχεια, το 1856, μια Αμερικανίδα, η Eunice Newton Foote, απέδειξε πειραματικά ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι ιδιαίτερα αποδοτικό στην απορρόφηση της θερμότητας. Την σκυτάλη πήρε ο Ιρλανδός φυσικός John Tyndall ο οποίος μέτρησε την ποσότητα του υπέρυθρου φωτός που απορροφά το CO2, δείχνοντας την επίδραση που ο Arrhenius στη συνέχεια ποσοτικοποίησε χρησιμοποιώντας βασικές γνώσεις για τη Γη.Η Γη εκπέμπει θερμότητα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Η ουσία του φαινομένου του θερμοκηπίου είναι ότι μέρος αυτής της ακτινοβολίας, αντί να διαφεύγει κατευθείαν στο διάστημα, απορροφάται (κυρίως) από τα μόρια του CO2 στην ατμόσφαιρα. Ένα μόριο απορροφά το φως και μετά το εκπέμπει ξανά. Στη συνέχεια θα το κάνει κάποιο άλλο κ.ο.κ.. Μερικές φορές το φως επανεκπέμπεται προς την επιφάνεια της Γης. Μερικές φορές κατευθύνεται προς το διάστημα, αφήνοντας τη Γη απειροελάχιστα πιο κρύα, αλλά μόνο εφόσον καταφέρει να διασχίσει ένα δύσκολο πριονωτό μονοπάτι προς το κρύο ανώτερο τμήμα της ατμόσφαιρας.Χρησιμοποιώντας μια πιο ακατέργαστη εκδοχή της ίδιας μαθηματικής προσέγγισης που ακολουθούν σήμερα οι επιστήμονες του κλίματος, ο Arrhenius κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η προσθήκη περισσότερου CO2 θα προκαλούσε την αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του πλανήτη. Είναι σαν να προσθέτετε μόνωση στους τοίχους σας για να διατηρείτε το σπίτι σας πιο ζεστό το χειμώνα – η θερμότητα από τον φούρνο σας ενώ θα εκπέμπεται με τον ίδιο ρυθμό, θα διαφεύγει δυσκολότερα.Η υπέρυθρη ακτινοβολία με μήκη κύματος γύρω στα 15 μm απορροφάται περισσότερο από το CO2 σε σχέση με τους υδρατμούς.Λίγα χρόνια αργότερα, ωστόσο, ο Σουηδός φυσικός Knut Ångström δημοσίευσε μια διαφωνία. Υποστήριξε ότι τα μόρια του CO2 απορροφούν μόνο ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας στα 15 μm. Και υπήρχε ήδη αρκετό αέριο στην ατμόσφαιρα για να παγιδεύσει το 100% του φωτός των 15 μm που εκπέμπει η Γη, οπότε η προσθήκη περισσότερου CO2 δεν θα έκανε τίποτα παραπάνω. Εκείνο που δεν γνώριζε ο Ångström ήταν ότι το CO2 μπορεί να απορροφήσει μήκη κύματος και ελαφρώς μικρότερα ή μεγαλύτερα από 15 μm, αν και λιγότερο εύκολα. Αυτό το φως συλλαμβάνεται λιγότερες φορές κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του προς το διάστημα.Αλλά αυτός ο ρυθμός σύλληψης αλλάζει αν διπλασιαστεί η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα. Τώρα το φως έχει διπλάσια μόρια προς αποφυγή πριν διαφύγει, και τείνει να απορροφάται περισσότερες φορές στην διαδρομή του. Διαφεύγει από ένα υψηλότερο, ψυχρότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, ώστε η εκροή της θερμότητας να επιβραδύνεται με το σταγονόμετρο. Η αυξημένη απορρόφηση αυτών των μηκών κύματος γύρω από τα 15 μm είναι που ευθύνεται σε μεγάλο ποσοστό για το φαινόμενο του θερμοκηπίου.Παρά το λάθος, η εργασία του Ångström έριξε αρκετές αμφιβολίες για τη θεωρία του Arrhenius. Ακόμη και σήμερα, οι σκεπτικιστές της συναίνεσης για την ανθρωπογενή επιρροή στην κλιματική αλλαγή επικαλούνται μερικές φορές το «λογικό» επιχείρημα του Ångström για τον «κορεσμό άνθρακα». Επιστροφή στα βασικά Σε αντίθεση με εκείνες τις πρώτες μέρες, η σύγχρονη εποχή της κλιματικής επιστήμης έχει προχωρήσει σε μεγάλο βαθμό μέσω υπολογιστικών μοντέλων που αποτυπώνουν τις πολλές περίπλοκες και χαοτικές πτυχές της ακατάστατης, μεταβαλλόμενης ατμόσφαιράς μας. Αυτό κάνει τα συμπεράσματα πιο δυσνόητα.Πολλοί σκεπτικιστές φυσικοί δυσκολεύονται να αποδεχθούν τα αποτελέσματα των κλιματικών μοντέλων που τρέχουν στους υπολογιστές, προβάλλοντας ως επιχείρημα ότι πρόκειται για υπολογισμούς που προκύπτουν από ένα «μαύρο κουτί» χωρίς κανείς να τους κατανοεί σε βάθος. Το να μη μπορεί κανείς να εξηγήσει σε κάποιον με χαρτί και μολύβι ή πίνακα και κιμωλια γιατί παίρνουμε αυτά τα αποτελέσματα προκαλεί δυσφορία.Γι αυτό κάποιοι επιστήμονες έχουν θέσει ως στόχο να οικοδομήσουν μια όσο το δυνατόν απλή εξήγηση (αλλά όχι απλοϊκή) της επίδρασης της συγκέντρωσης CO2 στο κλίμα της Γης.Ένα βασικό ερώτημα ήταν η προέλευση της λογαριθμικής κλιμάκωσης του φαινομένου του θερμοκηπίου – η αύξηση της θερμοκρασίας από 2 έως 5 βαθμούς που προβλέπουν τα μοντέλα ότι θα συμβεί για κάθε διπλασιασμό του CO2. Μια θεωρία υποστήριζε ότι η κλιμάκωση προέρχεται από το πόσο γρήγορα μειώνεται η θερμοκρασία με το υψόμετρο. Αλλά το 2022, μια ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε ένα απλό μοντέλο για να αποδείξει ότι η λογαριθμική κλιμάκωση προέρχεται από το σχήμα του «φάσματος» απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα – από το γεγονός ότι η ικανότητά του να απορροφά φως ποικίλλει ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός.Αυτό ανάγεται σε εκείνα τα μήκη κύματος που είναι ελαφρώς μεγαλύτερα ή μικρότερα από 15 μm. Μια κρίσιμη λεπτομέρεια είναι ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι «χειρότερο» – αλλά όχι πολύ «χειρότερο» – στην απορρόφηση του φωτός με αυτά τα μήκη κύματος. Η απορρόφηση πέφτει και στις δύο πλευρές της κορυφής με τον κατάλληλο ρυθμό για να προκαλέσει την λογαριθμική κλιμάκωση.«Το σχήμα αυτού του φάσματος είναι ουσιαστικό», δήλωσε ο David Romps, που συμμετείχε στην εργασία του 2022. «Αν το αλλάξετε, δεν θα έχετε τη λογαριθμική κλιμάκωση.» Το σχήμα του φάσματος του διοξειδίου του άνθρακα είναι ασυνήθιστο – τα περισσότερα αέρια απορροφούν ένα πολύ στενότερο εύρος μηκών κύματος. «Η ερώτηση που είχα στο πίσω μέρος του μυαλού μου ήταν: Γιατί έχει αυτό το σχήμα;» είπε ο Romps. «Αλλά δεν μπορούσα να καταλάβω τον ακριβή λόγο για τον οποίο συνέβαινε αυτό». Κανονικοί τρόποι ταλάντωσης Ο Wordsworth, Jacob Seeley και Keith Shine στράφηκαν στην κβαντομηχανική για να βρουν την απάντηση. Το φως αποτελείται από πακέτα ή κβάντα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Μόρια όπως το CO2 απορροφούν τα φωτόνια μόνο όταν αυτά έχουν ακριβώς τη σωστή ποσότητα ενέργειας για να διεγείρουν το μόριο σε μια διαφορετική κβαντομηχανική κατάσταση.Το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται συνήθως στην θεμελιώδη του κατάσταση, όπου τα τρία άτομά του βρίσκονται στην ίδια ευθεία, με το άτομο άνθρακα στο κέντρο, σε ίση απόσταση από τα δυο άτομα του οξυγόνου. Όμως διαθέτει επίσης και «διεγερμένες» καταστάσεις.Ένα φωτόνιο με μήκος κύματος 15 μm μεταφέρει την ενέργεια που απαιτείται ακριβώς για να ρυθμίσει το άτομο άνθρακα να στροβιλίζεται γύρω από το κεντρικό σημείο σε ένα είδος κίνησης χούλα-χουπ. Οι κλιματικοί επιστήμονες έχουν ενοχοποιήσει εδώ και καιρό αυτή την κατάσταση hula-hoop για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, αλλά – όπως προέβλεπε ο Ångström— το φαινόμενο απαιτεί μια ακριβώς συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας, σύμφωνα με τους Wordsworth et al. Η κατάσταση hula-hoop δεν μπορεί να εξηγήσει τη σχετικά αργή μείωση του ρυθμού απορρόφησης φωτονίων πέρα από τα 15 mμ, επομένως δεν μπορεί να εξηγήσει από μόνη της την κλιματική αλλαγή.Όμως οι Wordsworth et al βρήκαν ότι το κλειδί, είναι ο άλλος τύπος κίνησης, όπου τα δύο άτομα οξυγόνου εκτινάσσονται επανειλημμένα προς και μακριά από το κέντρο άνθρακα, σαν να τεντώνουν και να συμπιέζουν ένα ελατήριο που τα συνδέει. Αυτή η κίνηση απαιτεί πολύ περισσότερη ενέργεια για να προκληθεί μόνο από τα υπέρυθρα φωτόνια που εκπέμπει η Γη.Αλλά οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι η ενέργεια αυτού του τρόπου ταλάντωσης τυχαίνει να είναι πολύ κοντά στο διπλάσιο αυτής της κίνησης χούλα-χουπ ώστε οι δύο καταστάσεις κίνησης αναμειγνύονται η μία με την άλλη. Υπάρχουν ειδικοί συνδυασμοί των δύο κινήσεων, που απαιτούν λίγο περισσότερη ή μικρότερη από την ακριβή ενέργεια της κίνησης χούλα-χουπ.Αυτό το μοναδικό φαινόμενο ονομάζεται συντονισμός Fermi από τον διάσημο φυσικό Enrico Fermi, ο οποίος το διατύπωσε σε μια εργασία του 1931. Αλλά η σύνδεσή του με το κλίμα της Γης έγινε για πρώτη φορά σε μια περσινή δημοσίευση των Shine και Perry με τίτλο ‘Radiative forcing due to carbon dioxide decomposed into its component vibrational bands‘. Πρόκειται για ένα αποτέλεσμα που μας δείχνει τελικά την άμεση σύνδεση της κβαντικής μηχανικής με τη μεγαλύτερη εικόνα.Κατά κάποιο τρόπο ο υπολογισμός αυτός μας βοηθά να κατανοήσουμε την κλιματική αλλαγή καλύτερα από οποιοδήποτε μοντέλο υπολογιστή. Είναι θεμελιωδώς σημαντικό να κατανοούμε τις βασικές αρχές από τις οποίες προέρχονται τα διάφορα φαινόμενα. Και η εν λόγω δημοσίευση ενισχύει την υπόθεση της ανθρωπογενούς συνεισφοράς στο φυσικό φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής, δείχνοντας ότι βασίζεται σε βασικές κβαντομηχανικές έννοιες – με λίγα λόγια σε απλή φυσική. Υπενθυμίζεται ότι αυτόν τον Ιανουάριο, το Εργαστήριο Παγκόσμιας Παρακολούθησης της NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) ανέφερε ότι η συγκέντρωση του CO2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί από το προβιομηχανικό επίπεδο των 280 μερών ανά εκατομμύριο σε ένα ρεκόρ 419,3 μέρη ανά εκατομμύριο έως το 2023, προκαλώντας εκτιμώμενη αύξηση θερμοκρασίας 1 βαθμού Κελσίου μέχρι στιγμής. Σχηματική απεικόνιση των τριών τρόπων δόνησης του διοξειδίου του άνθρακα. πηγή: https://www.quantamagazine.org/physicists-pinpoint-the-quantum-origin-of-the-greenhouse-effect-20240807/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Σεπτέμβριος 9, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Σεπτέμβριος 9, 2024 Κατανοώντας τον πίνακα σκέδασης (ή S matrix) Μετά την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής, εμφανίστηκαν αρκετά προβλήματα στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, στη θεωρία της διάσπασης β του Fermi και στις θεωρίες των πυρηνικών δυνάμεων. Στις αρχές της δεκαετίας του 1940, ο φυσικός Βέρνερ Χάιζενμπεργκ προβληματιζόταν πάνω σ΄αυτές τις δυσκολίες. Οι υπολογισμοί για το πώς θα έπρεπε να συμπεριφέρονται τα σωματίδια έδιναν που και που απειρισμούς χωρίς νόημα. Αυτά τα άπειρα έκαναν τον Χάιζενμπεργκ να μην εμπιστεύεται τον τρόπο με τον οποίο η κβαντική φυσική απεικόνιζε την πραγματικότητα και να ελπίζει ότι μια νέα επαναστατική θεωρία για την σωματιδιακή φυσική θα διόρθωνε το πρόβλημα. Όμως συνειδητοποίησε ότι ακόμα και χωρίς μια τέτοια θεωρία, η πρόοδος θα μπορούσε να συνεχιστεί. Το κλειδί ήταν να εστιάσουμε σε αδιαμφισβήτητα γεγονότα που θα επιβίωναν ανεξάρτητα από το ποιά νέα θεωρία θα μπορούσε να προκύψει στο μέλλον. Ο Heisenberg ξεκαθάρισε ότι αυτά τα γεγονότα, ήταν οι παρατηρήσεις και συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα των συγκρούσεων σωματιδίων. Όταν δύο σωματίδια συγκρούονται, μπορεί να βιώσουν πολλούς κβαντικούς μετασχηματισμούς πριν από την εμφάνιση των τελικών προϊόντων. Ο Heisenberg αγνόησε τα μυστηριώδη δυναμικά γεγονότα κατά την διάρκεια της αλληλεπίδρασης, και αντ’ αυτών κράτησε τα δεδομένα μόνο για τα αρχικά και τα τελικά σωματίδια. Συγκέντρωσε τα πιθανά αποτελέσματα σε έναν πίνακα, αυτόν που σήμερα ονομάζουμε πίνακα σκέδασης, ή πίνακας S για συντομία. Ανεξάρτητα από το πόσο περίεργη ήταν η τελική θεωρία της σωματιδιακής φυσικής, θα έπρεπε να προβλέπει τον σωστό πίνακα S. Μελετώντας λοιπόν τους κανόνες και τα μοτίβα αυτού του πίνακα, ο Heisenberg πίστεψε ότι το έργο του θα άντεχε στη δοκιμασία του χρόνου (διαβάστε τη συνέχεια ΕΔΩ: Το μαντείο στο οποίο στρέφονται οι φυσικοί σε περιόδους κρίσης ονομάζεται πίνακας σκέδασης). https://physicsgg.me/2024/06/25/το-μαντείο-στο-οποίο-στρέφονται-οι-φυ/ Στο βίντεο που ακολουθεί, αναζητείται ο πίνακας σκέδασης S στο απλούστατο παράδειγμα σκέδασης σε ένα μονοδιάστατο ορθογώνιο φράγμα δυναμικού: https://physicsgg.me/2024/09/08/κατανοώντας-τον-πίνακα-σκέδασης-ή-s-matrix/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Σεπτέμβριος 10, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Σεπτέμβριος 10, 2024 Κβαντική σύμπλεξη και συνείδηση. Η κατανόηση της φύσης της συνείδησης είναι ένα από τα δυσκολότερα προβλήματα στην επιστήμη. Η ιδέα ότι η ανθρώπινη συνείδηση προκύπτει από τα κβαντικά φαινόμενα που παραγματοποιούνται σε μικροσωληνίσκους στον εγκέφαλο προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του ’90 από τον φυσικό Penrose και τον αναισθησιολόγο. Stuart Hameroff. Ο συγχρονισμός των νευρώνων εντός του εγκεφαλικού φλοιού αποτελεί την βάση για ποικίλες νευροβιολογικές διεργασίες, στενά συνδεδεμένες με ανωμαλίες στη λειτουργία του εγκεφάλου και τις εγκεφαλικές παθήσεις.Πρόσφατες μελέτες έχουν επισημάνει τον ρόλο του φωτονίου ως κβαντικού αντικειμένου που εμπλέκεται στη νευρωνική λειτουργία, παρά την εξαιρετικά ασθενή εκπομπή φωτονίων στους ζωντανούς οργανισμούς. Μια τέτοια μελέτη δημοσίευσαν πρόσφατα οι κινέζοι ερευνητές Zefei Liu, Yong-Cong Chen και Ping Ao, με τίτλο «Entangled biphoton generation in the myelin sheath (arxiv.org)», όπου εξετάζεται η δημιουργία του φαινομένου της κβαντικής σύμπλεξης στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Οι κινέζοι ερευνητές δείχνουν ότι πολλά συν-πλεκόμενα φωτόνια μπορούν να δημιουργηθούν μέσα στο περίβλημα μυελίνης που καλύπτει τις νευρικές ίνες. Κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει την ταχεία επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων, η οποία μέχρι στιγμής πιστεύεται ότι είναι μικρότερη από την ταχύτητα του ήχου, πολύ αργή για να εξηγήσει πώς προκύπτει ο νευρικός συγχρονισμός.Η επικοινωνία στο εσωτερικό του εγκεφάλου γίνεται με ηλεκτρικά σήματα που μεταδίδονται με τις συνάψεις μεταξύ των νευρώνων – τα κύρια συστατικά του νευρικού ιστού. Είναι η συγχρονισμένη δραστηριότητα εκατομμυρίων νευρώνων στην οποία βασίζεται η συνείδηση (μεταξύ άλλων εγκεφαλικών δραστηριοτήτων). Αλλά ο τρόπος με τον οποίο γίνεται αυτός ο ακριβής συγχρονισμός είναι άγνωστος. Οι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων ονομάζονται νευροάξονες-μακριές δομές παρόμοιες με τα ηλεκτρικά καλώδια- οι οποίες καλύπτονται από μια επένδυση («θήκη») μυελίνης, έναν λευκό ιστό από λιπίδια.Αποτελούμενη από εκατοντάδες στρώματα, η μυελίνη μονώνει, μορφοποιεί και παρέχει ενέργεια στους νευροάξονες. (Στην πραγματικότητα, μια σειρά τέτοιων περιβλημάτων εκτείνεται σε όλο το μήκος του νευροάξονα. Το περίβλημα μυελίνης έχει συνήθως μήκος περίπου 100 μm, με κενά μεταξύ τους 1 έως 2 μm). Πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι η μυελίνη παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην διαδικασία του συγχρονισμού μεταξύ νευρώνων. Αλλά η ταχύτητα με την οποία τα σήματα διαδίδονται κατά μήκος των νευροαξόνων είναι μικρότερη από την ταχύτητα του ήχου, μερικές φορές πολύ μικρότερη -πολύ αργή για να δημιουργήσει τους εκατομμύρια συγχρονισμούς νευρώνων που αποτελούν τη βάση για όλα τα καταπληκτικά πράγματα που μπορεί να κάνει ο εγκέφαλος. Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι κινέζοι ερευνητές διερεύνησαν το αν θα μπορούσαν να υπάρχουν συν-πλεγμένα φωτόνια μέσα σε αυτό το σύστημα νευροάξονα-μυελίνης, που θα μπορούσαν διαμέσου της «μαγικής» κβαντικής σύμπλεξης, να επικοινωνήσουν άμεσα στις εμπλεκόμενες αποστάσεις.Τα φωτόνια που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος στους νευρώνες συντονίζουν τις δονήσεις του δεσμού C-H στα μόρια λιπιδίων, αλλάζοντας πιθανώς τη διηλεκτρική σταθερά της μεμβράνης για να ενισχύσουν την αγωγιμότητα του δυναμικού δράσης.Η λιπιδική μεμβράνη – το περίβλημα μυελίνης που περιβάλλει την εξωτερική πλευρά του νευράξονα – παρέχει ενέργεια στον νευροάξονα, ενισχύει την αγωγή του δυναμικού δράσης και δρα ως μονωτής στο νευρικό σύστημα.Το περίβλημα μυελίνης θεωρείται γενικά μόνο ως μονωτής. Όμως υπάρχουν στοιχεία που αποδεικνύουν την πλαστικότητα της μυελίνης, αναδεικνύοντας τον ρόλο της πέρα από τη μόνωση και τη δυνατότητά της να προάγει το συγχρονισμό της νευρικής φάσης.Η μελέτη των κινέζων ερευνητών δείχνει ότι το φάσμα δόνησης των δεσμών C-H στις ουρές του μορίου λιπιδίου, εντός του περιβλήματος της μυελίνης, μπορεί να δημιουργήσει κβαντικά συν-πλεκόμενα ζεύγη φωτονίων μέσω της εκπομπής από τη δεύτερη διεγερμένη κατάσταση στη βασική κατάσταση.Ένας κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος απελευθερώνει ενέργεια που αποθηκεύεται σε θρεπτικά συστατικά, μαζί με με έναν καταρράκτη υπέρυθρων φωτονίων. Αυτά τα φωτόνια συντονίζονται με τις δονήσεις των δεσμών άνθρακα-υδρογόνου (C-H) στα μόρια λιπιδίων και τα διεγείρουν σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση δόνησης. Καθώς ο δεσμός μεταβαίνει στη συνέχεια σε μια κατάσταση χαμηλότερης δόνησης ενέργειας, απελευθερώνει έναν καταρράκτη φωτονίων.Η κυλινδρική κοιλότητα που σχηματίζεται από το περίβλημα μυελίνης μπορεί να διευκολύνει την αυθόρμητη εκπομπή φωτονίων από τους κανονικούς τρόπους ταλάντωσης και να δημιουργήσει σημαντικό αριθμό συν-πλεκόμενων ζευγών φωτονίων. Επομένως, η αφθονία των μονάδων δόνησης του δεσμού C-H στους νευρώνες μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή πληροφοριών κβαντικής σύμπλεξης για το νευρικό σύστημα. Αυτά τα ευρήματα μπορεί να προσφέρουν μια εικόνα για την ικανότητα του εγκεφάλου να αξιοποιεί αυτόν τον τρόπο για κβαντική μεταφορά πληροφοριών, αναδεικνύοντας έτσι μια πιθανή πηγή για την συγχρονισμένη δραστηριότητα των νευρώνων.Σύμφωνα με τον Yong-Cong Chen καθηγητή στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Σαγκάης: «Αν η δύναμη της εξέλιξης αναζητούσε μια πρακτική δράση από απόσταση, η κβαντική σύμπλεξη θα ήταν [ένας] ιδανικός υποψήφιος για αυτόν τον ρόλο». Μια πιθανότητα είναι ότι η κβαντική σύμπλεξη των φωτονίων θα μπορούσε να μετατραπεί σε σύμπλεξη κατά μήκος των καναλιών (αντλιών) ιόντων καλίου στον νευρώνα. Αν ισχύει αυτό, το άνοιγμα και το κλείσιμο ενός καναλιού μπορεί να επηρεάσει την απόδοση ενός άλλου κάπου αλλού.Προφανώς η εν λόγω εργασία δεν αποδεικνύει την σχέση κβαντικής σύμπλεξης με την συνείδηση, όπως δηλώνουν και οι ίδιοι οι συγγραφείς της: «Δεν θα πούμε ότι υπάρχει άμεση σύνδεση. Σε αυτό το πρώιμο στάδιο, ο πρωταρχικός μας στόχος είναι να εντοπίσουμε πιθανούς μηχανισμούς του νευρωνικού συγχρονισμού, ο οποίος επηρεάζει πολλές νευροβιολογικές διεργασίες. Μέσα από αυτή την εργασία, ελπίζουμε να αποκτήσουμε βαθύτερη κατανόηση αυτών των φαινομένων.» πηγές: https://phys.org/news/2024-08-photon-entanglement-rapid-brain-consciousness.html – https://twitter.com/NTFabiano/status/1827677201249997008 Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Σεπτέμβριος 29, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Σεπτέμβριος 29, 2024 Το 2025 ως Διεθνές Έτος Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας. Στις 7 Ιουνίου 2024, τα Ηνωμένα Έθνη ανακήρυξαν το 2025 ως Διεθνές Έτος Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας. Γιατί το 2025; Διότι του χρόνου συμπληρώνονται 100 χρόνια αφότου η κβαντική θεωρία έκανε τα πρώτα βήματά της, χάρη σε έναν 23χρονο Γερμανό φυσικό, τον Βέρνερ Χάιζενμπεργκ (Werner Heisenberg)Το καλοκαίρι του 1925 ο νεαρός Χάιζενμπεργκ πέρασε ημέρες αγωνιώδους μοναξιάς σε ένα ανεμοδαρμένο νησί της Βόρειας Θάλασσας, την Ελιγολάνδη. Σ’ αυτό το νησί, συνέλαβε την μαθηματική δομή της κβαντικής φυσικής. Ίσως την πιο εντυπωσιακή επιστημονική επανάσταση όλων των εποχών. Έτσι προέκυψε η μνημειώδης δημοσίευση «Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen» («Κβαντική θεωρητική ανα-θεώρηση των κινηματικών και μηχανικών σχέσεων»). Όμως, η κβαντική φυσική δεν ήταν έργο ενός μόνο φυσικού, όπως η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Ήταν μια αργόσυρτη επανάσταση και έργο πολλών, κυρίως νεαρών φυσικών, που ολοκληρώθηκε μερικά χρόνια μετά το 1925.Η ανακήρυξη του Διεθνούς Έτους Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας από τον ΟΗΕ αποτελεί φόρο τιμής στον ρόλο της κβαντικής θεωρίας στην ανάπτυξη των σύγχρονων τεχνολογικών εφαρμογών όπως ημιαγωγοί, τρανζίστορ, φωτοβολταϊκά, νανοτεχνολογία, υπεραγωγιμότητα, λέιζερ, μαγνητική τομογραφία, κβαντικοί υπολογιστές κ.λ.π.. Werner Heisenberg (Photo https://physicsgg.me/2024/09/29/το-2025-ως-διεθνές-έτος-κβαντικής-επιστήμ/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Οκτώβριος 3, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Οκτώβριος 3, 2024 Νέο κέντρο κβαντικής επιστήμης και τεχνολογιών ιδρύεται στο ΙΤΕ. Ένα νέο κέντρο για τη μελέτη της θεμελιώδους κβαντικής επιστήμης και την ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών (FORTH-QuTech) ξεκινά τη λειτουργία του στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ITE).Όπως αναφέρει ανακοίνωση, το κέντρο θα συμβάλει σημαντικά στην απόκτηση υψηλής ποιότητας εξειδίκευσης που απαιτείται για την ενίσχυση της διεθνούς ανταγωνιστικότητας και αναγνώρισης, τόσο του ΙΤΕ όσο και της Ελλάδας, σε αυτούς τους ερευνητικούς τομείς οι οποίοι συγκαταλέγονται στους πιο απαιτητικούς και ανταγωνιστικούς τομείς της σύγχρονης επιστήμης.Το όραμα του ΙΤΕ είναι να αναδειχθεί το FORTH-QuTech ως σημείο αναφοράς σε εθνικό και διεθνές επίπεδο στην κβαντική επιστήμη και τις κβαντικές τεχνολογίες, μέσω της ανάπτυξης της επιστήμης, της τεχνολογίας, της τεχνογνωσίας και του ανθρώπινου κεφαλαίου. Στόχος είναι η προσέλκυση επιστημονικού προσωπικού υψηλής ποιότητας καθώς και η προσέλκυση σημαντικής χρηματοδότησης, που θα καταστήσουν το ΙΤΕ έναν ιδιαίτερα ελκυστικό προορισμό για νέους ταλαντούχους επιστήμονες.Το FORTH-QuTech θα συντονίζεται από το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ, ενώ θα συμμετέχουν επίσης τα Ινστιτούτα Μοριακής Βιολογίας & Βιοτεχνολογίας, Πληροφορικής, Yπολογιστικών Μαθηματικών, Μεσογειακών Σπουδών, Επιστημών Χημικής Μηχανικής, Γεωενέργειας και Βιοϊατρικών Ερευνών. Στον δρόμο της κβαντικής επανάστασης Σήμερα βιώνουμε ένα κύμα κβαντικής επανάστασης που οδηγεί στη ραγδαία ανάπτυξη των κβαντικών τεχνολογιών, οι οποίες βασίζονται στα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής και της επιστήμης της πληροφορίας. Η κβαντομηχανική βοηθά στην κατανόηση της συμπεριφοράς του μικρόκοσμου, ενώ η επιστήμη της πληροφορίας αποτελεί τη ραχοκοκαλιά των σημερινών συστημάτων επικοινωνίας και επεξεργασίας πληροφοριών. Η συμβίωση αυτών των πεδίων οδηγεί στην ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών, στις οποίες, μεταξύ άλλων, συμπεριλαμβάνεται η κβαντική επεξεργασία πληροφοριών, η ασφάλεια επικοινωνιών, οι κβαντικές προσομοιώσεις και η ανάπτυξη υπερευαίσθητων μεθόδων μέτρησης.Μέσα σε αυτό το διεπιστημονικό και ταχέως αναπτυσσόμενο ερευνητικό πεδίο, το FORTH-QuTech στοχεύει να αναπτύξει νέα εργαλεία για πρωτοποριακές έρευνες σε διάφορους βασικούς τομείς έρευνας και τεχνολογίας και να παράξει νέα γνώση στην κατανόηση των κβαντικών φαινομένων, από το μικρόκοσμο έως το σύμπαν. Συγκεκριμένα, στοχεύει να συγκεντρώσει κρίσιμη μάζα υψηλής ποιότητας ερευνητών από διάφορους κλάδους της επιστήμης για τη δημιουργία νέων δρόμων έρευνας και καινούριας γνώσης εστιάζοντας στην κατανόηση των φωτονίων, ατομικών και μοριακών διατάξεων καθώς και συστημάτων συμπυκνωμένης ύλης, και χρήση τους στην επιστήμη κβαντικών πληροφοριών [επεξεργασία, επικοινωνίες, αισθητήρες, μετρολογία, προσομοιώσεις και σχεδιασμό κβαντικών αλγορίθμων και υβριδικών (κβαντικών-κλασικών) συστημάτων για υπολογιστές και προσομοιώσεις].Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, το FORTH-QuTech θα μεταφράσει τη νέα γνώση σε εργαλεία επίλυσης προβλημάτων και, αξιοποιώντας την εξαιρετική εκπαιδευτική εμπειρία των μελών του, θα προσφέρει στη νέα γενιά επιστημόνων μια εξαιρετική ευκαιρία κατάρτισης σε βασική έρευνα και τεχνολογίες αιχμής. Ταυτόχρονα, το Κέντρο στοχεύει στη διάχυση της υπάρχουσας και νέας γνώσης, με εκπαιδευτικές δράσεις για την ενημέρωση της επιστημονικής και επιχειρηματικής κοινότητας, σε συνεργασία με ακαδημαϊκά ιδρύματα, επιστημονικές εταιρείες και άλλους φορείς. Πιο συγκεκριμένα, προγραμματίζεται η διοργάνωση ενημερωτικών ημερίδων, επιστημονικών διαλέξεων, σεμιναρίων, συμποσίων, συνεδρίων και άλλων επιστημονικών εκδηλώσεων στο αντικείμενο του Κέντρου. Το ΙΤΕ προσκαλεί επιστήμονες που εξειδικεύονται στα συγκεκριμένα αντικείμενα και θα τους ενδιέφερε η συνεργασία με το Ίδρυμα, να επικοινωνήσουν με τους: Δρ Παρασκευά Τζάλλα (ptzallas@iesl.forth.gr) και δρ Γιώργο Κωνσταντινίδη (aek@physics.uoc.gr), διευθυντές Ερευνών του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ. https://www.amna.gr/home/article/852203/Neo-kentro-kbantikis-epistimis-kai-technologion-idruetai-sto-ITE Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Οκτώβριος 6, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Οκτώβριος 6, 2024 (επεξεργάστηκε) Το σύμπαν ως κβαντικό μουσικό όργανο. Πώς το πεδίο Χιγκς ξυπνάει την κρυμμένη μουσικότητα του σύμπαντος Η ανίχνευση του μποζονίου Χιγκς στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων το 2012 επιβεβαίωσε αυτό που υποψιάζονταν χρόνια πριν οι φυσικοί των σωματιδίων. Ότι υπάρχει ένα πεδίο που διαπερνά το σύμπαν και δημιουργεί τις μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων. Δυστυχώς, για τους φυσικούς δεν ήταν εύκολο να εκλαϊκεύσουν πώς αυτό το λεγόμενο πεδίο Χιγκς επιτυγχάνει στην εντυπωσιακή αποστολή του.Μια συνηθισμένη εκλαϊκευμένη εξήγηση ήταν η περιγραφή του πεδίου Χιγκς σαν μια ουσία, σαν μια σούπα ή μελάσα, που γεμίζει το σύμπαν. Καθώς τα σωματίδια κινούνται μέσα από αυτό, η «σούπα» τα επιβραδύνει και έτσι τα σωματίδια αποκτούν μάζα. Μια άλλη δημοφιλής εκδοχή απεικονίζει το πεδίο Higgs σαν ένα πλήθος ανθρώπων, που αλληλεπιδρά με τα σωματίδια, όπως ο παιδόκοσμος (πεδίο Χιγκς) με τον παγωτατζή (σωματίδιο) στην παρακάτω εικόνα:Όμως, όλες αυτές οι ιστορίες έρχονται σε αντίθεση με όσα διδάσκονται οι φοιτητές στις πρώτες κιόλας εβδομάδες των πανεπιστημιακών μαθημάτων του πρώτου έτους. Υπονοώντας ότι το πεδίο Higgs δημιουργεί μάζα ασκώντας οπισθέλκουσα δύναμη, παραβιάζεται τόσο ο πρώτος όσο και ο δεύτερος νόμος κίνησης του Νεύτωνα. Έτσι, μεταξύ άλλων «καταστροφών», αυτή η οπισθέλκουσα θα προκαλούσε εδώ και πολύ καιρό την πτώση της Γης προς τον Ήλιο. Επιπλέον, αν το πεδίο Χιγκς ήταν όντως μια τέτοιου είδους ουσία, θα μας παρείχε την δυνατότητα να μετρήσουμε την απόλυτη κίνησή μας, παραβιάζοντας τις αρχές της σχετικότητας τόσο του Γαλιλαίου όσο και του Αϊνστάιν. Στην πραγματικότητα, το πεδίο Χιγκς δεν έχει καμία σχέση με την κίνηση ή την επιβράδυνση. Γινόμαστε πιο ακριβείς λέγοντας ότι η δράση του σχετίζεται με ταλαντώσεις.Η κβαντική θεωρία πεδίου, η ισχυρή θεωρητική βάση της σύγχρονης σωματιδιακής φυσικής, μας λέει ότι το σύμπαν είναι γεμάτο πεδία. Τέτοια παραδείγματα είναι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το βαρυτικό πεδίο και το ίδιο το πεδίο Higgs. Για κάθε πεδίο, υπάρχει ένας αντίστοιχος τύπος σωματιδίου, καλύτερα κατανοητός ως ένας μικρός κυματισμός σε αυτό το πεδίο. Οι κυματισμοί του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου είναι φωτεινά κύματα και οι πιο ήπιοι κυματισμοί του είναι τα σωματίδια του φωτός, τα οποία ονομάζουμε φωτόνια. Ομοίως, τα ηλεκτρόνια είναι κυματισμοί στο πεδίο του ηλεκτρονίου και το μποζόνιο Higgs είναι ένας ελάχιστος κυματισμός στο πεδίο Higgs. Ο συντονισμός των σωματιδίων Ένα ακίνητο ηλεκτρόνιο, όπως η δόνηση μιας χορδής κιθάρας, είναι ένα στάσιμο κύμα που δονείται με μια προτιμώμενη συχνότητα, γνωστή ως συχνότητα συντονισμού. Τέτοιες συντονισμένες δονήσεις είναι συνηθισμένοι και οικείοι. Επειδή μια τεντωμένη χορδή κιθάρας ακούγεται πάντα στη συχνότητα συντονισμού της, δημιουργεί πάντα τον ίδιο τόνο. Παρομοίως, η σταθερή συχνότητα ενός αιωρούμενου εκκρεμούς είναι αυτό που το κάνει αποτελεσματικό ρολόι. Με βάση την ίδια αρχή, κάθε ακίνητο ηλεκτρόνιο δονείται με την συχνότητα συντονισμού του πεδίου του ηλεκτρονίου.Τα περισσότερα από τα πεδία του σύμπαντος έχουν συχνότητες συντονισμού. Κατά μία έννοια, το σύμπαν μοιάζει χαλαρά με ένα μουσικό όργανο. Και τα δύο έχουν διαθέτουν χαρακτηριστικές συχνότητες στις οποίες δονούνται ευκολότερα.Το γεγονός ότι ο συντονισμός βρίσκεται στα θεμέλια της πραγματικότητας πέρα από την έκπληξη δημιουργεί και μια ψυχική ευφορία. Είναι εντυπωσιακό να συνειδητοποεί κανείς ότι οι δομές του σύμπαντος, ακόμη και μέσα στο ίδιο μας το σώμα, λειτουργούν με τις ίδιες αρχές που εφαρμόζονται στην εσωτερική λειτουργία των μουσικών οργάνων, όπως το πιάνο, του κλαρινέτου, της κιθάρας κλπ. Όμως, αυτή η κρυμμένη μουσικότητα του κόσμου μας θα ήταν αδύνατη αν δεν υπήρχε το πεδίο Χιγκς. Στην κβαντική θεωρία πεδίου, ένας συνδυασμός της κβαντικής φυσικής και της σχετικότητας του Αϊνστάιν οδηγεί σε μια κρίσιμη σχέση μεταξύ μιας συχνότητας συντονισμού και της μάζας ενός στοιχειώδους σωματιδίου: Όσο πιο γρήγορα δονείται ένα στάσιμο σωματίδιο, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του. Τα πεδία που δεν έχουν συχνότητα συντονισμού αντιστοιχούν σε σωματίδια που δεν έχουν μάζα. Τέτοια σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των φωτονίων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, δεν μπορούν ποτέ να είναι ακίνητα.Ενώ οι διάφορες ερμηνείες της δράσης του Χιγκς υποστηρίζουν ότι η μάζα των σωματιδίων προκύπτει από την επιβράδυνσή τους από μια ουσία που μοιάζει με μελάσα, η αλήθεια είναι ότι ένα ισχυρότερο πεδίο Χιγκς κάνει τα στοιχειώδη σωματίδια να δονούνται σε υψηλότερες συχνότητες, αυξάνοντας έτσι τις μάζες τους. Επομένως, θα μπορούσε κανείς να δει το πεδίο Higgs ως ένα είδος κοσμικού ενισχυτικού παράγοντα, του οποίου ο ρόλος είναι να αυξάνει τις συχνότητες συντονισμού των άλλων πεδίων. Το Χιγκς και το Εκκρεμές Πώς είναι δυνατόν ένα πεδίο να αλλάξει τη συχνότητα ενός άλλου; Το ταπεινό εκκρεμές μας δίνει ένα απλό παράδειγμα. Αν δέσουμε ένα σφαιρίδιο στο άκρο ενός νήματος και το αναρτήσουμε από την οροφή του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, όπου επικρατούν συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, το σφαιρίδιο θα αιωρείται τυχαία. Αν το σπρώξετε λίγο, η θέση του μπορεί να αλλάξει, αλλά δεν θα ταλαντώνεται.Όμως, αν κρεμάσετε το εκκρεμές από την οροφή του δωματίου σας τότε τα πράγματα εξελίσσονται διαφορετικά. Το νήμα εξαιτίας του βαρυτικού πεδίου της Γης τεντώνεται κατακόρυφα και το σφαιρίδιο ισορροπεί.Αν το σφαιρίδιο μετατοπιστεί προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά, η βαρύτητα τείνει να το επαναφέρει προς το τη θέση ισορροπίας, προκαλώντας την ταλάντωσή του. Εδώ το βαρυτικό πεδίο τεντώνει το εκκρεμές, δίνοντάς του έτσι μια μη μηδενική συχνότητα συντονισμού. Όσο ισχυρότερο είναι το βαρυτικό πεδίο, τόσο πιο ισχυρό είναι το φαινόμενο επαναφοράς και τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα συντονισμού του εκκρεμούς.Με παρόμοιο τρόπο, το πεδίο Higgs δημιουργεί ένα φαινόμενο επαναφοράς σε άλλα στοιχειώδη πεδία που αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο δονούνται. Αν και οποιοδήποτε πεδίο μπορεί να έχει διαδιδόμενους κυματισμούς όπως εκείνοι που διασχίζουν μια λίμνη, ένα φαινόμενο επαναφοράς επιτρέπει σε ένα πεδίο να έχει στάσιμους κυματισμούς, όπως τα στάσιμα κύματα σε μια χορδή κιθάρας. Αυτά τα στάσιμα κύματα δεν είναι τίποτα περισσότερο ούτε λιγότερο από ακίνητα στοιχειώδη σωματίδια, που ταλαντώνονται στα αντίστοιχα πεδία τους.Αυτή η ιδέα βρίσκεται στο επίκεντρο της θεωρίας που πρότεινε ο συνονόματος του πεδίου Χιγκς, ο Βρετανός φυσικός Peter Higgs (αλλά και οι Anderson, Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Kibble, ‘t Hooft) την δεκαετία του 1960: ότι ένα πεδίο μπορεί να «τεντώσει» (ενεργοποιήσει) άλλα πεδία, προκαλώντας στάσιμα κύματα που δονούνται σε συχνότητα συντονισμού, δίνοντας έτσι μάζα στα αντίστοιχα σωματίδιά τους. Πειραματικές μελέτες του μποζονίου Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων επιβεβαιώνουν ότι αυτό κάνει το πεδίο Higgs. Χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής – την κβαντική θεωρία πεδίου που περιγράφει όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πεδίων του σύμπαντος – οι επιστήμονες κάνουν προβλέψεις για τη συμπεριφορά του μποζονίου Higgs που ταιριάζουν ακριβώς με τα πειράματα. Δεν υπάρχει αμφιβολία: Το πεδίο Xιγκς δημιουργεί ένα φαινόμενο επαναφοράς σε πολλά άλλα πεδία.Έτσι, με αυτή τη βαθύτερη κατανόηση του πεδίου Χιγκς, προτείνεται μια διαφορετική ιστορία: Μια φορά κι έναν καιρό, δημιουργήθηκε ένα σύμπαν. Υπερβολικά θερμό, έσφυζε από στοιχειώδη σωματίδια. Ανάμεσα στα πεδία του ήταν και ένα πεδίο Χιγκς, αρχικά απενεργοποιημένο. Αλλά καθώς το σύμπαν διαστελλόταν και ψύχόταν, ξαφνικά το πεδίο Χιγκς ενεργοποιήθηκε. Όταν συνέβη αυτό, πολλά πεδία έγιναν σκλήρυναν (ή «τεντώθηκαν» όπως το εκκερεμές στο πεδίο βαρύτητας), με αποτέλεσμα τα σωματίδια τους να αποκτήσουν συχνότητες συντονισμού και μάζα. Έτσι το σύμπαν μετατράπηκε, μέσω της επίδρασης του πεδίου Χιγκς, στο κβαντικό μουσικό όργανο που είναι σήμερα. ● Τα παραπαπάνω είναι μια σύνοψη άρθρου του Matt Strassler στο περιοδικό Quanta: «How the Higgs Field (Actually) Gives Mass to Elementary Particles» – https://www.quantamagazine.org/how-the-higgs-field-actually-gives-mass-to-elementary-particles-20240903/ , που βασίζεται στο βιβλίο του ιδίου με τίτλο «Waves In An Impossible Sea» – https://physicsgg.me/2024/04/11/tο-χάικου-του-αινστάιν/ ● Ακολουθεί ένα σχετικό βίντεο όπου ο Matt Strassler μας εξηγεί πως λειτουργεί το πεδίο Χιγκς: 00:00:00 Intro 00:01:26 Deepak or Matt? 00:03:22 Judging a book by its cover 00:06:30 Energy, frequency, and vibration 00:11:57 What is a phib, and why should the reader care? 00:16:17 Galileo’s impact 00:20:54 The Higgs field and the Higgs boson 00:27:02 Fine-tuning problems of matter and anti-matter 00:33:59 Renormalization 00:39:00 The luminiferous ether 00:49:10 Why Mach didn’t play a part in Matt’s book 00:52:11 Inflation and the Higgs field 00:55:37 Rapid questions 01:03:23 Outro Το επεξεργάστηκε Οκτώβριος 6, 2024 ο Δροσος Γεωργιος Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Δεκέμβριος 31, 2024 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Δεκέμβριος 31, 2024 Από τα αδρόνια στα βαρυτόνια διαμέσου των χορδών. Οι πρώτες κβαντικές θεωρίες χορδών αναπτύχθηκαν γύρω στο 1970, πριν από την ανακάλυψη της κβαντικής χρωμοδυναμικής (QCD), με στόχο την δημιουργία μιας θεωρίας των αδρονίων. Οι βασικές φυσικές απαιτήσεις και η μαθηματική συνέπεια των θεωριών των χορδών που ήταν γνωστές εκείνη την εποχή αποδείχθηκε ότι απαιτούσαν τη συμπερίληψη της βαρύτητας και την ύπαρξη επιπλέον χωρικών διαστάσεων. Κι αυτό είχε εκπλήξει όλους όσους συμμετείχαν στην έρευνα. Οδήγησε σε έναν εντελώς νέο και πολύ φιλόδοξο στόχο για την έρευνα της θεωρίας χορδών, δηλαδή μια ενοποιημένη κβαντική θεωρία της βαρύτητας και όλων των άλλων δυνάμεων. Συγκεκριμένα, αυτός ο στόχος απαιτούσε η τάση της χορδής να είναι 20 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από ό,τι αρχικά είχε υποτεθεί, μια απαίτηση που εξακολουθεί να υφίσταται πενήντα χρόνια μετά.Η θεωρία των χορδών έχει μια παράξενη ιστορία: Προέκυψε από την προσπάθεια να επιλυθεί ένα εντελώς διαφορετικό πρόβλημα από αυτό για το οποίο χρησιμοποιείται σήμερα. Για πρώτη φορά αναπτύχθηκε την διετία 1968-1970 στο πλαίσιο της προσπάθειας να κατανοηθεί η ισχυρή πυρηνική δύναμη. Στα μέσα της δεκαετίας του 1970 εμφανίστηκε μια άλλη θεωρία, η κβαντική χρωμοδυναμική, η οποία περιέγραφε επιτυχώς τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Αποτέλεσμα ήταν να εγκαταλείψουν πολλοί τη θεωρία των χορδών, μολονότι στη διάρκεια της αρχικής της περιόδου είχε γίνει πολλή δουλειά.Οι John Schwarz και Joël Scherk που δεν την εγκατέλειψαν, παρατήρησαν ότι ένα από τα προβλήματα που ανέκυπταν όταν προσπαθούσαν να περιγράψουν τις πυρηνικές δυνάμεις με τη θεωρία των χορδών ήταν η εμφάνιση ενός παράξενου σωματιδίου, το οποίο δεν μπορούσε να ενταχθεί στην περιοχή των ισχυρών αλληλεπιδράσεων. Δηλαδή, ήταν ένα σωματίδιο χωρίς μαζα, με δυο σπιν 2, και απλά δεν αντιστοιχούσε σε κανένα παρατηρήσιμο σωματίδιο των πυρηνικών διαδικασιών. Όμως αυτό ακριβώς ήταν το είδος του σωματιδίου που υπήρχε στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, δηλαδή στη θεωρία της βαρύτητας, το οποίο συνήθως ονομάζεται βαρυτόνιο – το κβαντομηχανικό σωματίδιο που μεταφέρει την βαρυτική δύναμη.Η βαρύτητα διαφέρει πολύ από την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Σε κανονικές συνθήκες, είναι πολύ πολύ πιο ασθενής. Αφού λοιπόν υπήρχε ένα τέτοιο σωματίδιο στη θεωρία οι Schwarz και Scherk αποφάσισαν να εγκαταλείψουν την προσπάθεια περιγραφής των ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων μέσω των χορδών, και να εξετάσουν πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτή τη θεωρία για να περιγράψουν τη βαρύτητα και ταυτόχρονα τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις. Το ελάττωμα έγινε προτέρημα, αλλά αυτό απαιτούσε δραματικές αλλαγές, διότι έπρεπε οι χορδές να είνα πολύ μικρότερες απ’ όσο αρχικά πίστευαν.Μια άλλη δυσκολία που αντιμετώπισαν, αρκετά διασκεδαστική, ήταν ότι η μαθηματική συνέπεια της θεωρίας απαιτούσε τον χωροχρόνο να έχει περισσότερες διαστάσεις. Αρχικά, υπέθεσαν έναν χώρο εικοσιέξι διαστάσεων, αλλά σε μια βελτιωμένη μορφή που προτάθηκε από τους Pierre Ramond, André Neveu και John Schwarz, o ο αριθμός αυτός ελαττώθηκε στις δέκα διαστάσεις και στην πραγματικότητα αποτελούσε μια παραλλαγή της δεκαδιάστατης θεωρίας που έγινε «της μόδας» στη συνέχεια.Η ιστορία της θεωρίας χορδών είναι ιστορία ενοποίησης: των σωματιδίων και των δυνάμεων, των θεωρητικών των σωματιδίων και των σχετικιστών, των μαθηματικών και της φυσικής. Ένα συναρπαστικό ταξίδι που συνεχίζεται ακόμα. Μετά από μια δεκαετία στο σκοτάδι (1974-84), η θεωρία των υπερχορδών έγινε ξαφνικά κυριάρχη τάση. Πολλά έχουν συμβεί από το 1984, μια περίοδο 40 ετών. Κατά την διάρκεια της δεύτερης επανάστασης των υπερχορδών στα μέσα της δεκαετίας του 1990 ανακαλύφθηκαν πολλά επιπλέον σημαντικά αποτελέσματα: δυαδικότητες, θεωρία Μ, εντροπία μαύρης τρύπας, θεωρία F κ.λπ. Σημαντική ήταν επίσης, η ανακάλυψη της ολογραφικής δυαδικότητας AdS/CFT. Οι τωρινές έρευνες περιλαμβάνουν νέους τύπους συμμετριών, το πρόγραμμα swampland (βάλτος) και την ουράνια ολογραφία. Ένα προφανές ερώτημα είναι «Πού είναι τα πειραματικά στοιχεία;» Πριν την λειτουργία του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN, υπήρχε αισιοδοξία για την ανακάλυψη νέων σωματιδίων που είναι υπερσυμμετρικοί σύνντροφοι γνωστών σωματιδίων, αλλά μέχρι στιγμής αυτό δεν έχει συμβεί. Μια τέτοια ανακάλυψη δεν θα αποδείκνυε ότι η θεωρία των χορδών είναι σωστή, αλλά θα ήταν εξαιρετικά διδακτική, κάτι που ίσως οδηγούσε τελικά σε ένα νέο Καθιερωμένο Πρότυπο. Μια τέτοια θεωρία θα μπορούσε να αποτελέσει καλύτερο στόχο για προσεγγίσεις «από πάνω προς τα κάτω».Η πρόσφατη εκδοχή μιας πρότασης σκοτεινής διάστασης υποδεικνύει την πιθανή ύπαρξη μιας πέμπτης διάστασης σε κλίμακα μικρόμετρων (μm) που υποστηρίζει μόνο δυνάμεις βαρυτικής ισχύος. Κι αυτό θα μπορούσε να αποδειχθεί πειραματικά. Επίσης, υπάρχει σημαντική προσπάθεια για τη μελέτη των πιθανών επιπτώσεων της θεωρίας χορδών για την πρώιμη κοσμολογία του σύμπαντος, κάτι που μπορεί να είναι επίσης αρκετά διαφωτιστικό.Φαίνεται αρκετά πιθανή η πρόβλεψη ότι θα χρειαστεί πολύς χρόνος για να καταλάβουμε πώς να συνδέσουμε τη θεωρία χορδών με το πείραμα σε όλες τις κλίμακες. Ωστόσο, είμαι αισιόδοξος ότι είναι εφικτό. Αυτά υποστηρίζει ο φυσικός John H. Schwarz, στο πρόσφατο άρθρο του με τίτλο «From Hadrons to Gravitons via Strings» που μπορείτε να διαβάσετε ΕΔΩ: https://arxiv.org/abs/2412.16885 Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Μάρτιος 10 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Μάρτιος 10 100 Χρόνια Κβαντικής Θεωρίας: Από τα θεμέλια μέχρι την εφαρμογή στη σύγχρονη τεχνολογία Πώς θα ήταν ο κόσμος μας χωρίς την Κβαντική Φυσική; Πώς θα ήταν ένας κόσμος χωρίς κινητά τηλέφωνα, ηλεκτρονικούς υπολογιστές, laser και μαγνητικές τομογραφίες; Η Κβαντική Θεωρία δεν είναι απλά ένα θεωρητικό πεδίο – είναι η βάση της σύγχρονης τεχνολογίας.Το 2025 έχει ανακηρυχθεί Διεθνές Έτος Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας από τον ΟΗΕ, και το γιορτάζουμε με ένα φεστιβάλ που θα σας κάνει να δείτε τον κόσμο αλλιώς!Το Κέντρο Επιστήμης & Τεχνολογίας του Ιδρύματος Ευγενίδου, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Πατρών, σας προσκαλεί στο φεστιβάλ «100 Χρόνια Κβαντικής Θεωρίας: Από τα θεμέλια μέχρι την εφαρμογή στη σύγχρονη τεχνολογία», ένα συναρπαστικό ταξίδι που φέρνει το κοινό πιο κοντά στα φαινόμενα του μικρόκοσμου με εκατοντάδες εφαρμογές τους στην καθημερινότητά μας. Μια εμπειρία που δεν πρέπει να χάσετε! Επιστημονικές Ομιλίες: Ο καθηγητής Χάρης Αναστόπουλος (Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Πατρών) θα μας μιλήσει για «100 χρόνια Κβαντική: Πώς η διαμάχη για τη φύση της πραγματικότητας οδηγεί σε νέες τεχνολογίες». Science Shows: Η επιστημονική ομάδα του Κέντρου Επιστήμης & Τεχνολογίας, του Ιδρύματος Ευγενίδου θα παρουσιάσει ζωντανά πειράματα, αποκαλύπτοντας τα παράδοξα και τις σκοτεινές ιδιότητες του κβαντικού κόσμου. Πειραματικοί Σταθμοί: Δοκιμάστε την τύχη σας στην ανίχνευση στοιχειωδών σωματιδίων, παρατηρήστε ατομικά φάσματα εκπομπής και μετρήστε την ταχύτητα του φωτός! «Ρώτα έναν επιστήμονα»: Έχετε απορίες για την Κβαντική Φυσική; Συζητήστε με ειδικούς και λύστε κάθε σας απορία. Διαδραστικά Παιχνίδια & Προβολές: Ανακαλύψτε τον κβαντικό κόσμο μέσα από παιχνίδια προσομοίωσης, προβολές και poster. Δύο Κυριακές γεμάτες Κβαντική! 16 & 23 Μαρτίου 2025 Ίδρυμα Ευγενίδου Προμηθευτείτε τα δωρεάν εισιτήριά σας από τα ταμεία του Ιδρύματος – Θα τηρηθεί σειρά προτεραιότητας Εξερευνήστε, πειραματιστείτε και γίνετε μέρος της επανάστασης της Κβαντικής Φυσικής! ΕΙΣΟΔΟΣ ΕΛΕΥΘΕΡΗ Το αναλυτικό πρόγραμμα του Φεστιβάλ θα ανακοινωθεί τις επόμενες ημέρες. Ξετυλίγοντας το κουβάρι «Κβαντική για όλους» (Quantum for all). Το Ίδρυμα Ευγενίδου μέσα από το φεστιβάλ «100 Χρόνια Κβαντικής θεωρίας: Από τα θεμέλια μέχρι την εφαρμογή στη σύγχρονη τεχνολογία» φιλοδοξεί να φωτίσει τις «σκοτεινές πλευρές» της Κβαντικής Επιστήμης εισάγοντας το κοινό στην ιστορία της, στις βασικές έννοιες και εφαρμογές της και ανοίγει την πόρτα της γνώσης της Σύγχρονης Φυσικής για το ευρύ κοινό.Είμαστε όλοι περισσότερο εξοικειωμένοι με την κλασική μηχανική. Ακόμη κι αν δεν θυμόμαστε τους νόμους που διδαχθήκαμε στο σχολείο, σε κάποιο βαθμό, μπορούμε να προβλέψουμε τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των σωμάτων που παρατηρούμε στην καθημερινή μας ζωή. Τι συμβαίνει όμως με τους νόμους που διέπουν την συμπεριφορά της ύλης στο επίπεδο του μικρόκοσμου;Όταν οι νόμοι της Κλασικής Φυσικής χρησιμοποιήθηκαν για να ερμηνεύσουν τον μικρόκοσμο, η θεωρία μας αποδείχθηκε ανεπαρκής. Και αυτό, έμελλε να δώσει ζωή στην Κβαντική Θεωρία και στη Σύγχρονη Φυσική και άνοιξε τον δρόμο σε νέα πεδία έρευνας και εφαρμογές, χωρίς τις οποίες δεν μπορούμε πια να φανταστούμε τη ζωή μας. Μεγάλοι επιστήμονες, όπως ο Plank, ο Einstein, ο Schrödinger, ο de Broglie, o Bohr, o Heisenberg και ο Pauli, θεμελίωσαν την Κβαντική Μηχανική και έδωσαν ένα νέο πλαίσιο κατανόησης της συμπεριφοράς της ύλης και της ακτινοβολίας σε μικροσκοπικό επίπεδο.Τι είναι το φως και η ύλη; Είναι σωματίδια ή κύματα; Ποια πειράματα υποστηρίζουν τη μία ή την άλλη φύση; Πώς οι σωματιδιακές και οι κυματικές ιδιότητες της ύλης και του φωτός έχουν αξιοποιηθεί στη σύγχρονη τεχνολογία; Πώς η Κβαντική Μηχανική μας επιτρέπει να κάνουμε μαγνητικές τομογραφίες και να έχουμε ηλεκτρονικές συσκευές, από τα ραδιόφωνα ως τα κινητά μας;Μέσα από ένα ταξίδι στις ανακαλύψεις και στα πειράματα που οδήγησαν στην εκθρόνιση της Κλασικής Φυσικής και γέννησαν μια νέα επιστημονική θεωρία με σημαντικές προεκτάσεις στη ζωή μας, το φεστιβάλ θα αποτελέσει ένα σημείο πρόσβασης του κοινού στον παράξενο κόσμο της Κβαντικής Φυσικής.Τις ημέρες του φεστιβάλ, οι επιστήμονες του Κέντρου Επιστήμης & Τεχνολογίας του Ιδρύματος Ευγενίδου, ακολουθώντας τα βήματα των πρωτεργατών της Κβαντικής Επιστήμης, θα πραγματοποιήσουν science shows, με ζωντανά πειράματα, που θα ξετυλίξουν το κουβάρι της εξέλιξης αυτού του περίπλοκου, αλλά και τρομερά συναρπαστικού πεδίου. περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: https://www.eef.edu.gr/el/programme/100-hronia-kbantikis-theorias-apo-ta-themelia-mehri-tin-efarmogi-sti-syghroni-tehnologia/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Μάρτιος 11 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Μάρτιος 11 Η εξίσωση Σρέντιγκερ στα σχολικά βιβλία. Ο Έρβιν Σρέντινγκερ σε νεαρή ηλικία (διαβάστε ΕΔΩ) https://physicsgg.me/2021/09/26/ερωτευμένος-σρέντινγκερ/ Mια φορά κι έναν καιρό, όταν ο δείκτης του χρηματιστηρίου εξέφραζε την οικονομική ευημερία της χώρας και ο κουρέας στην Απολλωνία της Σίφνου συγχρονιζόταν με τη βαριά ελληνική βιομηχανία, ξεκίνησε μια ολοκληρωτική μεταρρύθμιση στην Παιδεία. Μια μεταρρύθμιση που μεταξύ άλλων θα άλλαζε τα πάντα: τα βιβλία, τον τρόπο διδασκαλίας, τις εξετάσεις, τους καθηγητές και θα τερμάτιζε τα φροντιστήρια και την παπα-γα-λία. Έτσι λοιπόν – είμαστε ακόμα στον προηγούμενο αιώνα-, άρχισαν να γράφονται τα νέα για εκείνη την εποχή σχολικά βιβλία. Στο βιβλίο Φυσικής περιλαμβάνονταν και το κεφάλαιο της Κβαντικής Μηχανικής, όπου οι συγγραφείς ανέφεραν την κυματοσυνάρτηση ψ και την εξίσωση του Σρέντιγκερ ως εξής:Η χρονοανεξάρτητη εξίσωση του Σρέντιγκερ όπως περιγραφόταν και συνεχίζει να περιγράφεται στην παράγραφο με τίτλο «Κυματοσυνάρτηση και Εξίσωση Schrödinger (Σρέντινγκερ)» (δείτε περισσότερα ΕΔΩ) http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2728/Fysiki-G-Lykeiou-ThSp_html-apli/index7_7.html Όμως, όταν η εκπαιδευτική μεταρρύθμιση τέθηκε σε εφαρμογή το κεφάλαιο αυτό ήταν εκτός διδακτέας ύλης και κανείς δεν έδωσε σημασία. Τα χρόνια πέρασαν, για την ακρίβεια ένα τέταρτο του αιώνα, και ξαφνικά πριν από δυο χρόνια, σε μια νέα ριζική αλλαγή των αναλυτικών προγραμμάτων εκπαίδευσης, για πρώτη φορά η Κβαντική Φυσική, περιλαμβάνεται όχι μόνο στην διδακτέα, αλλά και στην πανελλαδικώς εξεταζόμενη ύλη της Φυσικής Προσανατολισμού, στην Γ΄ τάξη Γενικού Λυκείου. Ένα βήμα πολύ σωστό και επιβεβλημένο κατ’ αρχήν. Όμως … από ποιό βιβλίο θα διδάσκονταν οι μαθητές Κβαντική Φυσική; Η απάντηση ήταν εύκολη. Από το ήδη χρησιμοποιούμενο βιβλίο στα σχολεία, που γράφτηκε τον προηγούμενο αιώνα στο πλαίσιο της τότε εκπαιδευτικής μεταρρύθμισης.Σύμφωνα με τις αρχικές οδηγίες του υπουργείου παιδείας οι μαθητές έπρεπε (χωρίς κανένα έλεος) να μάθουν να: «Διακρίνουν ότι στην κβαντομηχανική η κατάσταση ενός σωματιδίου περιγράφεται από τη συνάρτηση Schrodinger και όχι από το ζεύγος θέση ταχύτητα της κλασικής μηχανικής. Να διατυπώνουν με λόγια και με τύπους την μονοδιάστατη εξίσωση Schrodinger». Την εξ. (7.6) που βλέπουμε στο παραπάνω απόσπασμα από το βιβλίο.Τώρα τίθεται το ρητορικό ερώτημα: γιατί θάπρεπε οι μαθητές να ξέρουν την εξίσωση του Σρέντιγκερ, ενώ ουδέποτε τους ζητήθηκε να μάθουν την κλασική κυματική εξίσωση , της οποίας οι μαθητές (πολύ σωστά) διδάσκονται μόνο την λύση της; Ούτε οι συγγραφείς του βιβλίου ούτε οι κριτές του όταν επιλέχθηκε το βιβλίο προβληματίστηκαν, ούτε και οι συντάκτες των αρχικών οδηγιών του υπουργίου παιδείας 25 χρόνια μετά. Πιθανολογώ ότι αυτός ήταν ο κυριώτερος λόγος για τον οποίο πολλοί εναντιώθηκαν στην εισαγωγή της «εισαγωγής στην κβαντική φυσική» στο Λύκειο.Αν και αργότερα οι οδηγίες διορθώθηκαν θέτοντας «εκτός (ύλης) την εξίσωση του Schrödinger και το πως βρίσκουμε μια κυματοσυνάρτηση», οι αρνητές της «σχολικής» κβαντικής φυσικής όταν βλέπουν την παραπάνω σελίδα του σχολικού βιβλίου με την ξεκάρφωτη χρονοανεξάρτητη εξίσωση του Σρέντιγκερ, ενδυναμώνουν τα επιχειρήματά τους εναντίον της διδασκαλίας της κβαντικής στο Λύκειο. Δυστυχώς, διαπιστώνω πως ακόμα και σήμερα, εν έτει 2025 – 100 χρόνια αφότου η κβαντική θεωρία έκανε τα πρώτα βήματά της, – υπάρχουν φανατικοί που εξακολουθούν να απαιτούν εδώ και τώρα τον εξοβελισμό της κβαντικής από την διδακτέα ύλη του Λυκείου. Υπάρχουν όμως κι αυτοί που προσπαθούν – κάποιοι με αφορμή την εισαγωγή της κβαντικής φυσικής στο Λύκειο – να περιγράψουν τους κβαντικούς νόμους μ’ έναν ελκυστικότερο και πιο κατανοητό τρόπο. Δηλαδή προσπαθούν να μας δειξουν με όσο το δυνατόν απλό τρόπο γιατί ο κόσμος μας είναι αυτός που είναι. https://physicsgg.me/2025/03/10/η-εξίσωση-σρέντιγκερ-στα-σχολικά-βιβλ/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Μάρτιος 12 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Μάρτιος 12 Βαρύτητα από εντροπία. Μια προκλητική προσέγγιση για την ενοποίηση της κβαντικής μηχανικής και της γενικής σχετικότητας δημοσίευσε στο Physical Review D, η Ginestra Bianconi, καθηγήτρια εφαρμοσμένων μαθηματικών στο πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου. Στην εργασία της με τίτλο «Gravity from entropy» https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.111.066001 προτείνει μια νέα προσέγγιση που εξηγεί την βαρύτητα διαμέσου της κβαντικής σχετικής εντροπία, https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_relative_entropy γεφυρώνοντας το χάσμα μεταξύ των δύο πιο θεμελιωδών αλλά φαινομενικά ασύμβατων θεωριών της φυσικής.Εδώ και δεκαετίες, οι φυσικοί παλεύουν να συμβιβάσουν τις αρχές της κβαντικής μηχανικής με αυτές της γενικής σχετικότητας. Ενώ η κβαντομηχανική εξηγεί την συμπεριφορά των σωματιδίων στις μικρότερες κλίμακες, η γενική σχετικότητα περιγράφει τη δύναμη της βαρύτητας στις κοσμικές κλίμακες. Η ενοποίηση αυτών των δύο πλαισίων ήταν ένας από τους πιο μεγαλύτερους στόχους στη σύγχρονη επιστήμη. Στη νέα δημοσίευση η μετρική του χωροχρόνου αντιμετωπίζεται ως κβαντικός τελεστής. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιεί την κβαντική σχετική εντροπία, μια έννοια από την κβαντική θεωρία πληροφορίας, για να περιγράψει την αλληλεπίδραση μεταξύ της γεωμετρίας του χωροχρόνου και της ύλης. Καταλήγει σε τροποποιημένες εξισώσεις Einstein οι οποίες σε χαμηλές ενέργειες και μικρή καμπυλότητα, ανάγονται στις κλασικές εξισώσεις της γενικής σχετικότητας. Όμως, η νέα θεωρία προχωρά παραπέρα, προβλέποντας την εμφάνιση μιας μικρής, θετικής κοσμολογικής σταθεράς – μια τιμή που ευθυγραμμίζεται με τις πειραματικές παρατηρήσεις της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος πολύ καλύτερα σε σχέση με άλλες προϋπάρχουσες θεωρίες. Βασικό χαρακτηριστικό της θεωρίας είναι η εισαγωγή του πεδίου G, ενός βοηθητικού πεδίου που λειτουργεί ως Λαγκανζιανός πολλαπλασιαστής. Το πεδίο G όχι μόνο παίζει κρίσιμο ρόλο στις τροποποιημένες εξισώσεις της βαρύτητας, αλλά επίσης ανοίγει την πόρτα σε νέες ερμηνείες της σκοτεινής ύλης – την μυστηριώδη ουσία που ναι μεν αποτελεί το 27% του σύμπαντος, αλλά δεν έχουμε ιδέα περί τίνος πρόκειται.Υπενθυμίζεται ότι δεν είναι η πρώτη φορά που η εντροπία συνδέεται με την βαρύτητα. Ο Erik Verlinde, καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, είχε δημοσιεύσει πριν από 15 χρόνια μια «αιρετική» εργασία με τίτλο «On the Origin of Gravity and the Laws of Newton» https://arxiv.org/pdf/1001.0785v1 στην οποία υποστήριζε ότι η βαρυτική δύναμη που περιγράφει ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα είναι μια εντροπική δύναμη. Και λίγα χρόνια μετά δημοσίευσε μια άλλη εργασία (Emergent Gravity and the Dark Universe) https://arxiv.org/pdf/1611.02269v1 στην οποία έδειχνε το πώς αυτή η εναλλακτική περιγραφή μπορεί να εξηγήσει τις ανωμαλίες στην κίνηση των εξωτερικών περιοχών των γαλαξιών, καταργώντας την ανάγκη ύπαρξης της σκοτεινής ύλης (διαβάστε σχετικά: «Μια νέα θεωρία για την βαρύτητα εξηγεί την σκοτεινή ύλη» ) https://physicsgg.me/2016/11/09/μια-νέα-θεωρία-για-την-βαρύτητα-εξηγεί/ Η εργασία της Bianconi βαδίζει στον δρόμο που άνοιξε ο Verlinde. Αμφισβητεί τις συμβατικές θεωρίες και στοχεύει σε μια νέα ερμηνεία της βαρύτητας, της κβαντικής μηχανικής και του ίδιου του σύμπαντος. διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: «Gravity from entropy: A radical new approach to unifying quantum mechanics and general relativity» – https://www.qmul.ac.uk/media/news/2025/science-and-engineering/se/gravity-from-entropy-a-radical-new-approach-to-unifying-quantum-mechanics-and-general-relativity.html Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Δροσος Γεωργιος Δημοσιεύτηκε Απρίλιος 11 Συγγραφέας Δημοσιεύτηκε Απρίλιος 11 Η Κβαντική Φυσική είναι μια ατελής θεωρία. … σύμφωνα με τον νομπελίστα και νικητή του βραβείου Breakthrough Gerard ‘t Hooft ● Η Κβαντική Φυσική βρίσκεται σε λάθος δρόμο. Παραμένει στάσιμη γιατί όλοι σκέφτονται με τον ίδιο τρόπο ● Το Καθιερωμένο Πρότυπο μας δίνει, όπως και η Κβαντομηχανική, μόνο στατιστική ● Η μη-τοπικότητα είναι καταστροφή για μια αξιόπιστη επιστημονική θεωρία ● Είναι ανοησία να λέμε ότι η γάτα του Σρέντιγκερ βρίσκεται σε κατάσταση υπέρθεσης, νεκρή και ζωντανή ● O κόσμος είναι απλός Αφού κέρδισε το πιο ακριβοπληρωμένο επιστημονικό βραβείο στον κόσμο, ο θεωρητικός φυσικός Gerard ‘t Hooft αναλογίζεται την κληρονομιά του και το μέλλον της φυσικής σε συνέντευξή του στο περιοδικό Scientific American. Ακολουθούν μερικά χαρακτηριστικά αποσπάσματα. Αναζητώντας έναν διαφορετικό τρόπο σκέψης Ο πραγματικός λόγος για τον οποίο δεν έρχεται τίποτα νέο (στη Φυσική) είναι ότι όλοι σκέφτονται με τον ίδιο τρόπο! Είμαι λίγο μπερδεμένος και απογοητευμένος με αυτό. Έχουμε πολλές νέες θεωρίες για την κβαντική βαρύτητα, για τη στατιστική φυσική, για το σύμπαν και την κοσμολογία, αλλά δεν είναι πραγματικά «νέες» στη βασική τους δομή. Οι φυσικοί δεν τολμούν να κάνουν τα αληθινά νέα βήματα που πιστεύω ότι είναι πραγματικά απαραίτητα. Και στο arXiv.org, εμφναίζονται χιλιάδες δημοσιεύσεις κάθε χρόνο, και καμία από αυτές δεν περιέχει κάτι που να είναι ωραίο, φωτεινό, νέο, να διαθέτει την χαρακτηριστική διορατικότητα που αλλάζει τα πράγματα. Υπάρχουν, φυσικά, ιδέες, αλλά όχι αυτές που χρειάζονται για να κάνουμε μια βασική νέα ανακάλυψη. Πρέπει να αρχίσουμε να σκεφτόμαστε με διαφορετικό τρόπο. Και πάντα είχα μια τέτοια στάση, να σκέφτομαι με διαφορετικό τρόπο. Στην δεκαετία του 1970, υπήρχε ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος για να σημειώσετε περαιτέρω πρόοδο: σκεφτείτε διαφορετικά από τον τρόπο που σκέφτονται οι φίλοι σας και μετά θα ανακαλύψετε κάτι νέο! Νομίζω ότι αυτό εξακολουθεί να ισχύει.Πολλοί άνθρωποι που γράφουν εργασίες για την κβαντική μηχανική θέλουν να διατηρούν κάποια αίσθηση μυστικισμού σχετικά με αυτό, σαν να υπάρχει εκεί κάτι περίεργο, κάτι σχεδόν θρησκευτικό. Νομίζω ότι αυτό είναι εντελώς λάθος. Η κβαντομηχανική βασίζεται σε μια μαθηματική μέθοδο που χρησιμοποιείται για να περιγράψει πολύ συνηθισμένα φυσικά φαινόμενα. Νομίζω ότι ο ίδιος ο φυσικός κόσμος είναι κάτι πολύ συνηθισμένο κάτι που είναι εντελώς κλασικό. Αλλά σ’ αυτόν τον εντελώς κλασικό κόσμο, υπάρχουν ακόμα πάρα πολλά πράγματα που δεν γνωρίζουμε σήμερα, υπάρχουν «βήματα» που βασικά χάνουμε στην πορεία μας προς τη βαθύτερη κατανόηση. Μιλάω για βήματα που θα εκμεταλλεύονταν το γεγονός ότι όλος ο κόσμος είναι πολύ απλός και ξεκάθαρος. Το πρόβλημα είναι ότι ο κόσμος εξακολουθεί να μας φαίνεται περίπλοκος τώρα, γι’ αυτό βρισκόμαστε σε αυτήν την κατάσταση. Το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων Αν κοιτάξετε πιο βαθιά στο Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων θα δείτε ότι λείπει κάτι πολύ σημαντικό. Το Καθιερωμένο Πρότυπο βασίζεται στην κβαντομηχανική και η κβαντομηχανική μας λέει τι συμβαίνει όταν τα σωματίδια πλησιάζουν μεταξύ τους και σκεδάζονται. Αλλά μπορούν να σκεδαστούν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Έχουν να επιλέξουν από έναν μεγάλο αριθμό τρόπων με τους οποίους σκεδάζονται μεταξύ τους και το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν δίνει καμία σωστή πρόβλεψη εκεί. Μας δίνει μόνο στατιστική. Το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι μια φανταστική θεωρία που χειρίζεται τα στατιστικά στοιχεία για το τι συμβαίνει στα σωματίδια. Αλλά η θεωρία δεν μας λέει ποτέ ποια επιλογή κάνει η φύση. Μας λέει μόνο ότι αυτές οι διαφορετικές δυνατότητες υπάρχουν με ένα συγκεκριμένο εύρος πιθανοτήτων. Αυτός είναι ο κόσμος όπως τον ξέρουμε. Έτσι ξέρουμε να διατυπώνουμε τους νόμους της φύσης. Αλλά δεν είναι οι ίδιοι οι νόμοι της φύσης.Δεν κατανοούμε τι είναι αυτό που μερικές φορές κάνει ένα σωματίδιο να πηγαίνει προς την μία ή την άλλη θέση. Λοιπόν, μπορείτε εύκολα να υποστηρίξετε ότι τα σωματίδια μπορούν να χτυπήσουν το ένα το άλλο σε μικρή απόσταση. Δεν συγκρούονται κατευθείαν μετωπικά, αλλά με κάποια γωνία και στη συνέχεια σκεδάζονται. Αυτό μπορεί να είναι αλήθεια. Αλλά αυτό που δεν λέει η σημερινή θεωρία είναι αυτό που θα έπρεπε στην πραγματικότητα να ξέρω όταν δύο σωματίδια συγκρούονται – να προβλέπει πως θα σκεδαστούν εκ των προτέρων. Λέω ότι πρέπει να αρχίσουμε να αναζητούμε μια τέτοια θεωρία. Και οι άνθρωποι το αρνούνται επειδή πιστεύουν ότι η κβαντική μηχανική είναι πολύ όμορφη για να είναι λάθος. Ενώ πιστεύω ότι η κβαντική μηχανική δεν είναι ο σωστός τρόπος για να πει κανείς ποιους βασικούς νόμους υπακούουν τα σώματα όταν συγκρούονται μεταξύ τους. Η τοπικότητα των νόμων της φύσης Επιμένει να υποστηρίζει αυτό που είχε δηλώσει παλαιότερα, ότι «η τοπικότητα είναι ουσιώδες συστατικό για κάθε απλό, απόλυτο νόμο που διέπει το σύμπαν». Θεωρεί ότι μπορούμε να κατανοήσουμε και να εξηγήσουμε πολύ καλά την κβαντομηχανική μόνο αν υποθέσουμε ότι οι νόμοι είναι τοπικοί νόμοι. Το τι κάνουν τα σωματίδια όταν συγκρούονται καθορίζεται από το πού βρίσκονται – σε εκείνο ακριβώς το σημείο όταν το ένα χτυπά το άλλο. Δηλαδή, αυτό που συμβαίνει σε άλλα σημεία του σύμπαντος, κατ’ αρχήν, δεν πρέπει να έχει σημασία. Κι αν έχει σημασία, τότε έχουμε αυτό που λέμε «μη τοπικότητα». Αλλά η μη τοπικότητα θα ήταν καταστροφή για τις περισσότερες αξιόπιστες επιστημονικές θεωρίες!Η ανίχνευση του σωματιδίου από έναν μετρητή πάνω στη Γη προκαλεί στιγμιαίο μηδενισμό της κυματοσυνάρτησης σε περιοχές που μπορεί να απέχουν μέχρι και έτη φωτός από τη γη. Σύμφωνα με τη σχολή της Κοπεγχάγης αυτή η ακραία μη τοπικότητα της κβαντομηχανικής θα πρέπει να γίνει δεκτή – όπως και ο πιθανοκρατικός της χαρακτήρας – ως ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό του φυσικού κόσμου (διαβάστε σχετικά: Alain Aspect, ο άνθρωπος που απέδειξε πειραματικά ότι ο Θεός παίζει ζάρια) https://physicsgg.me/2011/10/03/alain-aspect-ο-άνθρωπος-που-απέδειξε-πειραματικ/ .Δεν πιστεύω ότι η μη-τοπικότητα είναι απαραίτητη. Δεν ξέρουμε ακριβώς τι να κάνουμε όταν δύο σωματίδια συγκρούονται γιατί δεν ξέρουμε αν τα σωματίδια μοιάζουν με πιάνα με ουρά ή με καθαρά σημεία. Αλλά, και πάλι, δεν μπορούν να είναι καθαρά σημεία γιατί τα καθαρά σημεία δεν μπορούν να κάνουν τίποτα. Υπάρχει κάτι εκεί μέσα σε αυτά τα σωματίδια, και θα πρέπει να είμαστε σε θέση να γράψουμε όλους τους νόμους για το τι υπάρχει εκεί: Πώς μπορούν να συγκρουστούν μεταξύ τους; Και γιατί πότε πάνε εδώ και πότε εκεί; Πώς μπορούν να εμφανίσουν σπιν; Θα πρέπει να είμαστε σε θέση να εξηγούμε αυτά τα πράγματα με αξιόπιστους νόμους, και δεν είμαστε καν κοντά σε αυτό. Η γάτα του Σρέντιγκερ δεν μπορεί να είναι νεκροζώντανη Αν πιστεύετε εξαρχής ότι η κβαντομηχανική είναι μια θεωρία που σας δίνει μόνο στατιστικές απαντήσεις και ποτέ τίποτα καλύτερο από αυτό, τότε νομίζω ότι βρίσκεστε σε λάθος δρόμο. Και οι άνθρωποι αρνούνται να εγκαταλείψουν την ιδέα ότι η κβαντομηχανική είναι κάποιο περίεργο είδος υπερφυσικού χαρακτηριστικού των σωματιδίων που δεν θα καταλάβουμε ποτέ. Όχι! Θα καταλάβουμε, αλλά πρέπει πρώτα να κάνουμε ένα βήμα πίσω, κι αυτό είναι πάντα το μήνυμά μου στην επιστήμη γενικά: προτού καταλάβετε κάτι, απλώς κάντε μερικά βήματα πίσω. Ίσως πρέπει να κάνετε μια μεγάλη πορεία προς τα πίσω. Μέχρι την αρχή.Φανταστείτε: Ποιοι θα ήταν οι βασικοί σας νόμοι αν δεν είχατε την κβαντική μηχανική; Η απάντηση σε αυτό, φυσικά, απαιτεί να πούμε τι είναι η κβαντική μηχανική. Η κβαντομηχανική είναι η δυνατότητα να μελετάμε υπερθέσεις καταστάσεων. Είναι το μόνο που υπάρχει σ’ αυτή. Και θα υποστήριζα ότι οι υπερθέσεις των καταστάσεων δεν είναι πραγματικές. Αν κοιτάξεις πολύ προσεκτικά, τα πράγματα ουδέποτε υπερτίθενται. Ο Schrödinger έκανε τις σωστές ερωτήσεις εδώ: Για παράδειγμα, η γάτα του, μπορεί να είναι νεκρή ή ζωντανή. Μπορεί να είναι σε υπέρθεση, δηλαδή «νεκροζώντανη»; Αυτό είναι ανοησία!Και είχε απόλυτο δίκιο. Πρέπει να πάψουμε να επιμένουμε ότι μια νεκρή γάτα και μια ζωντανή γάτα υπερτίθενται. Αυτό είναι τελείως ανοησία – ωστόσο, σε αυτό το επίπεδο, φαίνεται να είναι η μόνη σωστή απάντηση για να πούμε ακριβώς πού βρίσκεται το σωματίδιο, ποια είναι η ταχύτητά του, ποιό είναι το σπιν του και ούτω καθεξής.Η χρήση υπερθέσεων είναι απλώς ένα τέχνασμα που λειτουργεί αρχικά, αλλά δεν περιγράφει τις καταστάσεις που θέλουμε να καταλάβουμε. Οι υπερθέσεις είναι απατηλές καθώς είναι καθαρά μαθηματικές έννοιες που δεν έχουν βάση στη φυσική πραγματικότητα. Πρέπει να κάνουμε ένα βήμα προς τα πίσω. Πώς εξηγείται η επιτυχία των κβαντικών υπολογιστών Όμως αν οι υπερθέσεις είναι απατηλές καθώς είναι καθαρά μαθηματικές έννοιες που δεν έχουν βάση στη φυσική πραγματικότητα, πώς ταιριάζουν με την συνεχιζόμενη επιτυχία των κβαντικών υπολογιστών; Εκεί φαίνεται πως οι υπερθέσεις είναι ένα πραγματικό φυσικό φαινόμενο που μπορεί να αξιοποιηθεί και να υλοποιηθούν πράγματα που δεν μπορούν να γίνουν κλασικά.Σύμφωνα με τον ’t Hooft η κβαντική τεχνολογία είναι ακριβώς αυτό που παίρνετε αν υποθέσετε την πραγματικότητα της υπέρθεσης συστημάτων. Τι εννοεί με αυτό; «Γνωρίζουμε ότι οι υπερθέσεις στον μακρόκοσμο είναι ανοησίες. Αυτό είναι ξεκάθαρο». Και θεωρεί, ότι «και στον μικρόκοσμο, είναι επίσης ξεκάθαρα μια ανοησία, παρόλο που μπορεί να φαίνεται ότι δεν έχουμε τίποτα εκτός από υπερθέσεις να χρησιμοποιήσουμε για την κατανόηση των ατόμων». Υποστηρίζει ότι «αυτό που πιθανώς δεν συνειδητοποιούν οι άνθρωποι της κβαντικής τεχνολογίας είναι ότι κάνουν ακριβώς το αντίθετο από αυτό που νομίζουν ότι κάνουν. Θεωρούν ότι καταλαβαίνουν την κβαντική μηχανική. Αντίθετα, αυτό που θα έπρεπε να κάνουν είναι να προσπαθήσουν να αφαιρέσουν την κβαντική μηχανική από την περιγραφή, προσπαθώντας να χρησιμοποιήσουν πιο θεμελιώδεις βαθμούς ελευθερίας. Δεν κάνουν τις σωστές ερωτήσεις, και αυτή η αποτυχία κάνει τα πράγματα να φαίνονται όλο και πιο περίπλοκα – ολοένα και πιο κβαντομηχανικά.»Και συνεχίζει λέγοντας: Ναι, κάνουν τα σωστά πειράματα. Ναι, προσπαθούν να κάνουν τα σωστά πράγματα. Και ναι, οι κβαντικοί υπολογιστές τους μπορεί να είναι πιο ισχυροί από οτιδήποτε άλλο για ορισμένες εφαρμογές. Αλλά πρέπει να «ξετυλίξουμε την κβαντομηχανική» για να δούμε τι συμβαίνει από κάτω. Και μέχρι να αρχίσουν να το κάνουν αυτό οι κβαντικοί τεχνολόγοι, πιστεύω ότι δεν θα κάνουν πραγματικά μεγάλη πρόοδο. Για παράδειγμα, οι κβαντικοί υπολογιστές κάνουν πάντα λάθη και οι σχεδιαστές και οι χειριστές τους προσπαθούν να τα διορθώσουν. Κι αν προσπαθείτε να διορθώσετε αυτά τα λάθη, αυτό σημαίνει ότι θέλετε να πάτε σε πιο θεμελιώδεις βαθμούς ελευθερίας που δεν μεταφέρουν ποτέ κανένα σφάλμα. Που είναι ακριβείς γιατί απλώς είναι κλασικοί. Αλλά αυτή η συνειδητοποίηση είναι προφανώς πολύ δύσκολη. Πρέπει να σκεφτόμαστε τα πράγματα με διαφορετικό τρόπο για να κάνουμε καινούργια πράγματα. Το μοντέλο του «ρολογιού του παππού μου» Ο ’t Hooft υποστηρίζει ότι «ζούμε σε ένα σύμπαν που δουλεύει όπως ένα ρολόι, ένα σύμπαν στο οποίο τα πράγματα είναι καθαρά ντετερμινιστικά σε ένα πολύ θεμελιώδες επίπεδο, και επομένως υπάρχει πολύ μικρό περιθώριο για κάθε είδους ψευδο-μυστικιστική εικασία. Γι αυτό εναντιώνεται στην πεισματική εμμονή μιας σχεδόν θρησκευτικής προσέγγισης της κβαντικής μηχανικής από την επιστημονική κοινότητα.»«Όμως, υπάρχουν ακόμη πολλά μυστήρια που κάνουν την κατανόηση του σύμπαντός μας πάρα πολύ δύσκολη. Αυτό το ντετερμινιστικό σύμπαν είναι κάτι που θα μπορούσε να γίνει πλήρως κατανοητό μόνο από κάποιον με πολύ μεγαλύτερο μυαλό, πολύ μεγαλύτερο εγκέφαλο γιατί θα πρέπει να εξετάσει όλες τις δυνατότητες. Και μόλις κάνετε κάποια λανθασμένη υπόθεση, τότε θα έχετε και πάλι αυτή την κβαντομηχανική κατάσταση στην οποία τα πράγματα υπερτίθενται μεταξύ τους.» «Μια απλούστερη ερώτηση είναι: Μπορείτε να διατυπώσετε την κβαντική μηχανική χωρίς την αρχή της υπέρθεσης; Και η απάντησή μου είναι ναι. Και σε μια από τις τελευταίες εργασίες μου The Hidden Ontological Variable in Quantum Harmonic Oscillators, έγραψα ένα μικρό απλό μοντέλο – πολύ απλό για να είναι χρήσιμο σε έναν πραγματικό κόσμο. Αλλά το μοντέλο είναι ακριβώς ένα ρολόι με ένα εκκρεμές που κινείται με πολύ οργανωμένο τρόπο κι αυτό το εκκρεμές κινεί έναν τροχό που δείχνει την ώρα, τους δείκτες που δείχνουν τα λεπτά και τα δευτερόλεπτα. Το αποκαλώ μοντέλο ρολογιού του παππού μου. Από το εκκρεμές, μπορείτε να εξαγάγετε την ώρα που πρέπει να δείχνει ένα ρολόι-χειρός, το οποίο είναι ντετερμινιστικό. Δείχνει απλά τον χρόνο με άπειρη ακρίβεια. Και το εκκρεμές είναι ένα κβαντικό εκκρεμές. Μπορεί να κβαντιστεί. Μπορούμε να γράψουμε κβαντικές εξισώσεις γι αυτό. Βρήκα την σύνδεση των μαθηματικών αυτού του κβαντικού εκκρεμούς με τα μαθηματικά του ρολογιού-χειρός που δείχνει την ώρα, δηλαδή με ένα κλασικό σωματίδιο που κινείται κατά μήκος ενός κύκλου. Επαναλαμβάνω ότι το ρολόι χειρός είναι εντελώς κλασικό και το εκκρεμές είναι εντελώς κβαντομηχανικό, αλλά το ένα σχετίζεται με το άλλο – είναι μόνο ένα μηχάνημα.» Αλλά είχα πολύ λίγες αντιδράσεις σε αυτό. Πίστευα ότι οι φυσικοί θα έλεγαν, «Ω, ναι, βεβαίως. Τώρα καταλαβαίνουμε πώς να συνεχίσουμε!» Αλλά αντ’ αυτού είπαν, «Εντάξει, σωστά, ο ’t Hooft έχει άλλη μια τρελή ιδέα. Αφήστε τον να χαίρεται με αυτή, εμείς θα κάνουμε το δικό μας». Η ολογραφική αρχή Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ο ’t Hooft, πρότεινε για πρώτη φορά την ολογραφική αρχή. Και βέβαια, εξαιτίας αυτής της ιδέας, υπάρχουν άνθρωποι που πιστεύουν στ’ αλήθεια ότι ο κόσμος βρίσκεται μέσα σε μια μαύρη τρύπα ή ότι όλα αυτά είναι κάποια προσομοίωση σε έναν υπολογιστή υψηλότερων διαστάσεων. Ότι είμαστε όλοι απλώς είδωλα σε κάποιο βιντεοπαιχνίδι κοσμικής κλίμακας. Όλος αυτός ο απόηχος δημιουργεί ανησυχία στον ’t Hooft. Γι αυτό πλέον έχει κάποιες επιφυλάξεις. Λέει, πώς «ίσως δεν έπρεπε ποτέ να μιλήσω για την ολογραφική αρχή γιατί μερικοί άνθρωποι υιοθετούν ανοησίες, συνδέοντας αυτή την ιδέα με υπερφυσικά χαρακτηριστικά και κακώς καθορισμένες διαστάσεις, κι όλα αυτά για να ακούγονται πολύ μυστηριώδη. Έχω μεγάλο πρόβλημα με αυτό. Νομίζω ότι δεν πρέπει να διατυπώνεις τους νόμους της φύσης με πιο περίπλοκους όρους από ό,τι είναι απολύτως απαραίτητο. Ακόμα και ο Αϊνστάιν είπε κάποτε κάτι τέτοιο, ότι πρέπει να απλοποιήσεις τα πράγματα όσο το δυνατόν περισσότερο, αλλά όχι πέρα από την πραγματικότητα, όχι πέρα από την αλήθεια. Θα πρέπει να προσπαθήσουμε να μην είμαστε υπερφυσικοί. Αν εμείς, ως επιστήμονες, αφήσουμε πίσω μας μόνο μια σειρά από μυστήρια, δεν κάνουμε το σωστό.» «Ανησυχώ γιατί η ολογραφική αρχή έκανε τους ανθρώπους να στραφούν σε μυστηριώδεις υποθέσεις, ενώ επιδίωκα το εντελώς αντίθετο. Θέλω οι άνθρωποι να προσπαθούν να είναι εξαιρετικά λογικοί. Για μένα, ακόμη και η κβαντική μηχανική είναι ήδη πολύ πέρα από τη λογική. Και ξέρετε, αν αναδιατυπώσετε την κβαντική μηχανική για να αντιμετωπίσετε τον χώρο Hilbert [έναν τύπο διανυσματικού χώρου που επιτρέπει άπειρες διαστάσεις] ως κάτι που χρησιμοποιείται για πρακτικούς σκοπούς, αντί ο χώρος Hilbert να θεωρείται ως θεμελιώδης ιδιότητα της φύσης, δεν χρειάζεστε καν αυτού του είδους την ολογραφία! Μακάρι αυτό να το καταλάβουν περισσότεροι άνθρωποι. Πρέπει να προσπαθήσουμε να διατυπώσουμε τα πράγματα με μεγαλύτερη ακρίβεια ώστε να αποφεύγουμε τις δημόσιες παρεξηγήσεις που προξενούν ζημιά στην επιστήμη.» O Gerard ‘t Hooft (αριστερά) με τον Rembert Duine. Το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων. διαβάστε ολόκληρη την συνέντευξη ΕΔΩ: Quantum Physics Is on the Wrong Track, Says Breakthrough Prize Winner Gerard ’t Hooft –https://www.scientificamerican.com/article/breakthrough-prize-winner-gerard-t-hooft-says-quantum-mechanics-is-nonsense/ Ο πλανήτης μας ειναι το λίκνο της ανθρωπότητας.Αλλα κανείς δεν περνάει ολη του τη ζωή στο λίκνο. Κονσταντίν Εντουάρντοβιτς Τσιολκόφσκι.
Προτεινόμενες αναρτήσεις
Δημιουργήστε έναν λογαριασμό ή συνδεθείτε για να σχολιάσετε
Πρέπει να είσαι μέλος για να αφήσεις ένα σχόλιο
Δημιουργία λογαριασμού
Εγγραφείτε για έναν νέο λογαριασμό στην κοινότητά μας. Είναι εύκολο!.
Εγγραφή νέου λογαριασμούΣυνδεθείτε
Έχετε ήδη λογαριασμό? Συνδεθείτε εδώ.
Συνδεθείτε τώρα