Potrivit titlurilor de presă, Premiul Nobel pentru fizică de anul trecut a fost acordat pentru că fizicienii au arătat că universul nu este real la nivel local. Sau pentru „comportament cuantic bizar”, „acțiune la distanță bizară” sau pentru „explorarea ciudățeniei lumii cuantice”.
Ce vrea sa însemne asta? Este universul într-adevăr nereal la nivel local? Ne vom uita mai întâi la ce înseamnă a fi „local”, vom vorbi despre mecanica cuantică și apoi le vom combina pe amândouă.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Una dintre non-descoperirile recente din cosmologie este aceea că timpul trecea mai repede în prezent decât la începuturile universului. Acest tip de titlu a apărut în presa românească și cea străină, dar pur și simplu nu este adevărat! Ce spune studiul este altceva, nu că timpul trecea mai încet la începuturile universului.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Viața are nevoie de ordine. Aceasta nu este doar ceea ce spun părinții epuizați, este o proprietate a naturii. Viața necesită structură. Corpul uman, de exemplu, nu este doar un sac de atomi amestecați – atomii sunt ordonați, sunt în locuri bine determinate. Fizica nu spune multe despre viață, dar îți spune că entropia nu poate scădea. Și pe măsură ce entropia crește, ordinea este distrusă.
Acesta este motivul pentru care lucrurile se strică, de ce îmbătrânim și de ce universul va deveni în cele din urmă un loc mare și dezordonat de particule amestecate. La un moment dat, viața în univers va deveni imposibilă.
E cam deprimant. Dar este corect? Ce ne spune cu adevărat fizica despre creșterea entropiei? Ce este entropia, de fapt? Și cum se va termina totul?
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Imagine atom fier
O nouă tehnologie, denumită SX-STM (synchrotron X-ray-scanning tunneling microscopy), permite „fotografierea” unui atom cu ajutorul razelor X, detectarea tipului de atom analizat, precum și măsurarea simultană a stării chimice a atomilor.
Într-un articol recent publicat în revista Nature de mai mulți cercetători din SUA se arată că, folosind un detector specializat, aceștia au reușit să descrie identitatea și starea chimică a unui singur atom.
Scanarea cu efect de tunel (scanning tunnelling microscopy / STM) este o tehnică de scanare inventată în 1981 care se bazează pe efectul tunel (fenomen cuantic). Pe măsură ce capul microscopului scanează suprafața substanței studiate, electronii se transferă (prin efectul tunel) către suprafața respectivă. Curentul de tunelare este măsurat și poate fi transformat într-o imagine.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Sunt particule elementare, precum fotonul sau gluonul, care nu au masă, dar sunt particule elementare, precum electronul sau quarcul, care au masă. De ce unele particule au masă și altele nu? Cum ajung particulele cu masă să aibă masă? Ce înseamnă, în fapt, să ai masă?
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Stephen Hawking
Thomas Hertog este profesor de fizică în Belgia și a fost un apropiat colaborator al faimosului fizician Stephen Hawking, decedat în 2018. Hertog a publicat recent un articol, în care expune pe scurt concluziile cu privire la originea și evoluția universului la care au ajuns cei doi fizicieni, care au fost publicate recent într-o carte intitulată „Despre originea timpului: teoria finală a lui Stephen Hawking”.
Iată principalele idei expuse în articol, mai jos putând lectura integral articolul:
- legile fizicii nu sunt stabile, nu au fost mereu aceleași de-a lungul evoluției universului, ci au evoluat, așa cum a evoluat și viața pe Terra.
- mecanismul prin care această evoluție cosmică ar fi avut loc ar fi avut la bază salturile cuantice și ciudata proprietate a particulelor cuantice de a nu avea o poziție până nu sunt măsurate (observate), denumită „superpoziție”.
- aleatoriul (caracterul probabilistic) ce a stat la baza evoluției universului și concretizării legilor fizicii în forma actuală face ca universul să poată fi înțeles doar retrospectiv.
- deși universul pare unul proiectat, este doar unul reieșit din această lungă evoluție, rezultat al „variației” și „selecției” cosmice.
- timpul și cauzalitatea sunt doar calități emergente, generate în urma interacțiunilor dintre particulele cuantice.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Atomii sunt particule compozite (adică formate din alte particule) foarte mici. Nu-i putem observa cu ochiul liber. Dar aceștia stau la baza materiei din jurul nostru, precum și a celulelor care ne formează corpul.
Dar dacă atomii sunt așa mici, există o cale pentru a calcula, de pildă, câți atomi sunt într-o anumită cantitate de apă?
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Vibraţie a unui electron
Reamintesc pentru puținii cititori ai site-ului care nu sunt familiarizați cu structura de bază a unui atom că electronii sunt particule elementare, care împreună cu nucleul atomului (care poate conține protoni și neutroni, particule compozite formate la rândul lor din quarcuri) formează sistemul atomului.
Conform fizicianului Michael Dine, specializat în fizica particulelor, electronul se deplasează în cadrul unui atom cu o viteză de circa 1% din c, viteza luminii în vid.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Bosonul Higgs este singura particulă fundamentală cunoscută scalară, ceea ce înseamnă că nu are spin cuantic. Acest fapt răspunde la unele întrebări despre universul nostru, dar și pune altele noi.
Când a fost descoperit pentru prima dată în 2012, bosonul Higgs a captat imaginația populară și a devenit subiectul unui intens interes științific. Un garanție că ceea ce au descoperit oamenii de știină era într-adevăr particula Higgs îndelung teoretizată a fost identificarea uneia dintre calitățile sale unice: este singura particulă fundamentală „scalară” pe care cercetătorii au văzut-o vreodată. Spre deosebire de orice altă particulă elementară pe care o cunoaștem, precum electronul, quarcul și neutrinul, bosonul Higgs are spin cuantic cu valoarea zero.
Bosonul este atât de instabil, încât se descompune în particule mai puțin masive și mai puțin exotice aproape de îndată ce apare. Așa că trebuie să ne îndreptăm atenția către teoria câmpurilor cuantice și către câmpul Higgs.
- Detalii
- Autor: R.M. Davis
Invenții precum tranzistorul și laserul au schimbat lumea. Ce schimbări va aduce a doua revoluție cuantică?
Pentru fizicienii care încearcau să valorifice puterea electricității, niciun instrument nu era mai important decât tubul cu vid. Acest dispozitiv asemănător unui bec controla fluxul de electricitate și putea amplifica semnalele. La începutul secolului al XX-lea, tuburile cu vid erau folosite în radiouri, televizoare și rețele de telefonie la distanță lungă.
Dar tuburile cu vid aveau dezavantaje semnificative: generau căldură; erau voluminoase; și aveau tendința de a se arde. Fizicienii de la Bell Labs au fost interesați să găsească un înlocuitor. Aplicând cunoștințele despre mecanica cuantică – în special modul în care electronii se deplasează între materialele cu conductivitate electrică – au găsit o modalitate de a imita funcția tuburilor cu vid fără aceste deficiențe.
Inventaseră tranzistorul. La acea vreme, invenția nu se afla pe prima pagină a niciunei publicații de știri importante. Nici chiar oamenii de știință nu apreciau cât de important era dispozitivul lor.
- Detalii
- Autor: Daniel Garisto
Dimensiuni suplimentare / teoria stringurilor (concepție artist)
O teorie a gravitației cuantice va încerca să descrie gravitația în funcție de principiile cuantice, dar există dificultăți care, până în prezent, nu au putut fi depășite. Întrebarea este dacă vom reuși vreodată să depășim aceste dificultăți... Teoria cuantică asigură cadrul general pentru toate teoriile care descriu interacțiunile dintre particule. Cu o excepție: interacțiunea gravitațională.
Teoria care explică interacțiunile dintre particulele elementare este denumită „teoria modelului standard al particulelor elementare”. Cum spuneam, aceasta nu încorporează gravitația.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Viteza luminii în vid este finită și mereu aceeași. Nimic nu se poate deplasa mai rapid decât viteza luminii în vid. Perspectivele tuturor observatorilor din univers sunt la fel de valide. Aceste aspecte au format baza teoriei relativității speciale a lui Einstein (specială, pentru că nu include gravitația).
Dar aceste principii ale teoriei lui Einstein au consecințe profunde asupra modului în care pare că funcționează universul... Iată de ce.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Câmp cuantic (reprezentare grafică). Vibrația câmpului, când atinge o anume energie, devine ceea ce numim „particulă”
Teoria câmpurilor cuantice este una dintre cele mai de succes teorii din fizică, ce spune, în esență, că, în fapt, componentele fundamentale care alcătuiesc universul sunt câmpurile cuantice, nu particulele; particulele sunt doar vibrații localizate ale unor câmpuri cuantice care sunt distribuite în tot universul. Deși o teorie reușită, există o serie de dificultăți care îi fac pe fizicieni să creadă că teoria este incompletă din punct de vedere matematic.
Despre teoria câmpurilor cuantice am scris mai multe articole explicative de-a lungul timpului. Le puteți găsi aici.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Protonul, ca o mare de quarcuri și anti-quarcuri
Credit: MIT/Jefferson Lab/Sputnik Animation
Ceea ce orice persoană educată știe este că materia este formată din molecule, care la rândul lor sunt formate din atomi. Atomii sunt alcătuiți din nucleu (adică protoni și neutroni), precum și electroni situați în exteriorul nucleului. Protonii și neutronii nu sunt particule elementare, ci sunt formate din quarcuri.
Protonii sunt particule cu sarcină electrică pozitivă. Explicația obișnuită cu privire la structura unui proton este aceea că acesta este alcătuit din trei quarcuri de două tipuri (două quarcuri up și un quarc down). Dar fizicienii descriu astăzi protonul ca fiind de o complexitate extraordinară, care are puține legături cu explicația „clasică” referitoare la cele trei quarcuri.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
Știu, este contraintuitiv, dar acesta este adevărul: odată ce intri în troposferă, temperatura începe să crească, dar asta nu înseamnă că nu ai îngheța rapid. Cum este posibil să îngheți dacă temperatura este ridicată? Are legătură cu noțiunile de „temperatură” și „căldură”...
Să luăm două obiecte familiare, o eprubetă subțire și o găleată, în care să turnăm până la umplere apă caldă de 90° C. Care va avea mai multă energie termică? Este simplu de intuit că găleata, nu? Căci apa din eprubetă se va răci rapid, în urma schimbului de căldură cu mediul ambiant (atingându-se echilibrul termic). Apa din găleată va păstra o temperatură mai mare decât cea aerului înconjurător pentru o perioadă mai mare.
- Detalii
- Autor: Iosif A.
