Φυσική & Φιλοσοφία (167 άρθρα)

Η Σελήνη ως ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Διαμέσου μιάς νέας τεχνικής ανάλυσης, οι μετρήσεις ακριβείας της απόστασης Γης-Σελήνης θα βελτιώσουν τις εκτιμήσεις σχετικά με το υπόβαθρο των βαρυτικών κυμάτων στο σύμπαν.

Αν ένα βαρυτικά δεσμευμένο δυαδικό σύστημα σφυροκοπείται συνεχώς με βαρυτικά κύματα από παντού, η τροχιά τους θα αλλάζει σταδιακά με την πάροδο του χρόνου.

Ο καταιγισμός όλων των βαρυτικών κυμάτων που βομβαρδίζουν συνεχώς την Γη στο εύρος συχνοτήτων της τάξης των νανο-Hertz (nHz – μία ταλάντωση ανά λίγες εβδομάδες περίπου) – μπορεί να ανιχνευθεί μετρώντας τις αναπαίσθητες επιδράσεις τους στο σύστημα Γης-Σελήνης. Υλοποιώντας αυτή την παλιά ιδέα οι φυσικοί έδειξαν ότι τα πιο πρόσφατα δεδομένα από λέιζερ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να τεθεί ένα αρκετά μικρότερο ανώτατο όριο στην πιθανή ένταση αυτών των κυμάτων, σε σύγκριση με προηγούμενες εκτιμήσεις. Η τεχνική αυτή υπόσχεται έναν νέο τρόπο ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων χρησιμοποιώντας φυσικά τροχιακά συστήματα ως ευαίσθητους ανιχνευτές.

Τα βαρυτικά κύματα μεταφέρουν πληροφορίες για μερικά από τα πιο βίαια γεγονότα στο σύμπαν, από τις συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών έως και την Μεγάλη Έκρηξη, αλλά οι σημερινοί ανιχνευτές έχουν ένα τυφλό σημείο μεταξύ δύο διαφορετικών ζωνών συχνοτήτων. Η συνεργασία LIGO-Virgo-KAGRA—βασισμένη σε συμβολόμετρα λέιζερ που βρίσκονται στις ΗΠΑ, την Ευρώπη και την Ιαπωνία—μπορεί να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα με συχνότητες στην περιοχή από 1 έως 1000 Hz. Μια άλλη μέθοδος ανίχνευσης χρησιμοποιεί περιοδικά σήματα από πάλσαρ για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων της τάξης μεγέθους των νανο-Hertz (1nHz=10-9 Hz), που αντιστοιχεί σε μία ταλάντωση ανά λίγα χρόνια. Επομένως υπάρχει ένα μεγάλο κενό για τα βαρυτικά κύματα στην περιοχή συχνοτήτων μικρο-Hertz (1μHz=10-6 Ηz), τα οποία θα μπορούσαν να προκύψουν, π.χ. από υπερμεγέθη δυαδικά ζεύγη μαύρων τρυπών στα τελευταία στάδια της περιφοράς τους πριν από την συγχώνευση.

«Σκοπεύουμε να καλύψουμε αυτό το κενό», υποστηρίζει ο Alexander Jenkins. «Η βασική ιδέα είναι να μετρήσουμε πώς [τα κύματα] επηρεάζουν τις τροχιές των δυαδικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένου και του συστήματος Γης-Σελήνης». Σύμφωνα με τον Jenkins πολλοί ερευνητές έχουν βοηθήσει στην ανάπτυξη αυτής της ιδέας από τη δεκαετία του 1970. Στην απλούστερη περίπτωση, ένα συνεχές βαρυτικό κύμα ίδιας συχνότητας με την τροχιακή κίνηση θα μπορούσε να ωθεί τα αντικείμενα λίγο πιο κοντά μεταξύ τους σε κάθε κύκλο. Εξαιτίας αυτού του φαινομένου συντονισμού, η τροχιά θα άλλαζε με την πάροδο του χρόνου με έναν τρόπο που εξαρτάται τις ιδιότητες του κύματος.

Η διαδοχική σειρά των παραπάνω φωτογραφιών τραβήχτηκε από δορυφόρο που βρίσκεται σε απόσταση ενός εκατομμυρίου μιλίων από τη Γη. Οι ακριβείς μετρήσεις της απόστασης Γης-Σελήνης επιτρέπουν τους φυσικούς να εκτιμήσουν το πλάτος του σταθερού «βουητού» του υποβάθρου των βαρυτικών κυμάτων (προκείται για το λεγόμενο στοχαστικό υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων, ένα συνεχές σήμα που οφείλεται στην ασύμφωνη υπέρθεση βαρυτικών κυμάτων από πολλές και αμυδρές πηγές).

Το 2013, ο Lam Hui και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι τα βαρυτικά κύματα στην περιοχή συχνοτήτων μHz θα μπορούσαν να έχουν δυνητικά μετρήσιμη επίδραση στα δυαδικά συστήματα. Απέδειξαν θεωρητικά ότι ένα συνεχές υπόβαθρο από μεγάλο αριθμό τέτοιων κυμάτων που προέρχονται από όλες τις κατευθύνσεις θα πρέπει να μεταβάλλει, σταδιακά με την πάροδο του χρόνου, την περίοδο και άλλες τροχιακές παραμέτρους. Και ο ρυθμός μεταβολής τους θα εξαρτάται από την ένταση των κυμάτων.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από ένα δυαδικό σύστημα άστρων τύπου πάλσαρ που εκπέμπει περιοδικά σήματα, ο Hui και οι συνεργάτες του υπολόγισαν ένα ανώτερο όριο στην πιθανή ισχύ των βαρυτικών κυμάτων στην περιοχή συχνοτήτων της τάξης μHz. Τώρα, οι Jenkins και Blas βελτίωσαν αυτή την εργασία, δείχνοντας ότι η ακρίβεια των τωρινών δεδομένων στο σύστημα Γης-Σελήνης επιτρέπει στους ερευνητές να εξαγάγουν ένα ανώτερο όριο που είναι πολύ μικρότερο από αυτό που προκύπτει από την εργασία των Hui et al.

Οι Jenkins και Blas βασίζονται σε παλαιότερες εργασίες για να αναπτύξουν έναν μαθηματικό φορμαλισμό, καθώς και αριθμητικές μεθόδους, για να παρακολουθήσουν την τυχαία εξέλιξη της τροχιακής κίνησης οποιουδήποτε δυαδικού συστήματος που υπόκειται σε ένα υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων. Αυτές οι μαθηματικές τεχνικές τους επέτρεψαν να κάνουν μια πιο ακριβή σύνδεση μεταξύ των τροχιακών μεταβολών και της φύσης των βαρυτικών κυμάτων που τις προκαλούν. «Ο φορμαλισμός μας δίνει έναν πολύ πιο ολοκληρωμένο και αυστηρό τρόπο υπολογισμού όλων των επιπτώσεων που θα είχε ένα υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων σε ένα δεδομένο δυαδικό σύστημα», λέει ο Jenkins.

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν αυτές τις μεθόδους για να προτείνουν ένα τρόπο για την μείωση του ορίου όσον αφορά την ένταση του υποβάθρου των βαρυτικών κυμάτων στο τρέχον «τυφλό σημείο». Υποστηρίζουν ότι αυτό μπορεί να γίνει μέσα από την σύγκριση των μετρήσεων με λέιζερ της απόστασης Γης-Σελήνης με τις προβλέψεις της θεωρίας. Τα αποτελέσματα, σύμφωνα με τις εκτιμήσεις τους, θα πρέπει να βελτιώσουν τις γνώσεις των ερευνητών για το πιθανό πλάτος αυτών των κυμάτων περισσότερο από 100 φορές.

Σύμφωνα με τον Vitor Cardoso η ιδέα είναι απλή, αλλά απαιτεί δύσκολους υπολογισμούς για να εφαρμοστεί και να λειτουργήσει. Επιπλέον, αυτή η εναλλακτική προσέγγιση ανίχνευσης θα μπορούσε να αποκαλύψει απροσδόκητες πηγές βαρυτικών κυμάτων. Μπορεί να ανακαλύψουμε ότι το σύμπαν είναι γεμάτο από μυστηριώδη βαρυτικά κύματα.

Όσον αφορά τα επόμενα βήματα, ο Jenkins πιστεύει ότι χρειάζεται περισσότερη θεωρητική δουλειά. Για παράδειγμα, υποστηρίζει πως δεν πρέπει να περιοριστούμε στα μεμονωμένα δυαδικά συστήματα, αλλά πρέπει επίσης να δούμε πώς ανταποκρίνονται ολόκληροι γαλαξίες στα βαρυτικά κύματα.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η πειραματική επιβεβαίωση του κβαντικού σπιν

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Πριν από 100 χρόνια, τις πρώτες πρωινές ώρες της 8ης Φεβρουαρίου 1922, οι Stern και Gerlach διοχέτευσαν μια δέσμη ατόμων αργύρου σε ένα μαγνητικό πεδίο και παρατήρησαν τον διαχωρισμό της. Χωρίς να συνειδητοποιούν αρχικά τι έβλεπαν, οι Otto Stern και Walther Gerlach ανακάλυψαν το σπιν των ηλεκτρονίων.

Όπως θα εξηγούσε ο φυσικός Wolfgang Pauli το 1927, το σπιν είναι εντελώς διαφορετικό φυσικό μέγεθος σε σχέση με άλλα μεγέθη. Μπορεί να απεικονίζεται συχνά ως βέλος, αλλά είναι ένα βέλος που δεν ‘ζει’ στις τρεις διαστάσεις του χώρου. Αντίθετα, βρίσκεται σε μια τετραδιάστατη μαθηματική οντότητα που ονομάζεται χώρος Hilbert.

Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα Stern-Gerlach το 1922, με κάποιες τροποποιήσεις που έγιναν λίγα χρόνια μετά. Τα άτομα αργύρου εξέρχονται από τον κλίβανο (Ο) και όσα από αυτά διέρχονται διέρχονται από την οπή (S1) και την ορθογώνια σχισμή (S2), σχηματίζουν μια ευθύγραμμη δέσμη. Στη συνέχεια, η δέσμη των ατόμων εισέρχεται σε ανομοιογενές μαγνητικό πεδίο μεταξύ δυο πόλων (Ρ), την κατεύθυνση του οποίου δείχνει το βέλος, και τελικά φτάνουν στον ανιχνευτή (Α). [Credit: “Otto Stern’s Molecular Beam Method and Its Impact on Quantum Physics,” by Bretislav Friedrich and Horst Schmidt-Böcking, in Molecular Beams in Physics and Chemistry. Edited by Bretislav Friedrich and Horst Schmidt-Böcking. Springer, 2021 (CC BY 4.0)]

Το άτομο του αργύρου στην εξωτερική του στιβάδα (5s) διαθέτει ένα ηλεκτρόνιο και η μαγνητική ροπή των ατόμων του αργύρου οφείλεται αποκλειστικά στο σπιν αυτού του ηλεκτρονίου. Οι Stern και Gerlach παρατήρησαν ότι τα άτομα αργύρου στην δέσμη τους συμπεριφέρονταν σαν μικροσκοπικοί ραβδόμορφοι μαγνήτες αλληλεπιδρώντας με το μαγνητικό πεδίο. Όταν το μαγνητικό πεδίο ήταν απενεργοποιημένο, η δέσμη κινούνταν ευθύγραμμα σχηματίζοντας απλώς στην ίδια ευθεία μια αχνή κουκκίδα στην οθόνη. ‘Οταν ενεργοποιούσαν το μαγνητικό πεδίο η δέσμη διαχωρίζονταν σχηματίζοντας δυο κηλίδες πάνω και κάτω, συμμετρικά ως προς την προηγούμενη.

Στο βίντεο που ακολουθεί περιγράφεται σχηματικά το πείραμα Stern-Gerlach και μας δείχνει τι έπρεπε να συμβεί στην περίπτωση που το σπιν των ηλεκτρονίων τα έκανε να συμπεριφέρονται σαν κλασικοί ραβδόμορφοι μαγνήτες και πως συμπεριφέρονται στην πραγματικότητα αποδεικνύοντας ότι είναι κβαντικό μέγεθος:

Επιπλέον, το πείραμα μας δείχνει κι άλλη μια ιδιομορφία του σπιν των ηλεκτρονίων. Ότι η μαγνητική ροπή του σπιν είναι δυο φορές μεγαλύτερη σε σχέση με εκείνη της τροχιακής στροφορμής. Κι αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι η απόσταση των κηλίδων στο πείραμα είναι διπλάσια από την αναμενόμενη.

Ο Stern αντιπαθούσε την κβαντική θεωρία και μαζί με τον φίλο του Max von Laue, είχαν δεσμευτεί ότι «αν αυτή η ανοησία του Bohr αποδειχτεί τελικά σωστή, θα εγκαταλείψουν τη φυσική». Τελικά ο Stern δεν εγκατέλειψε την φυσική, αλλά βραβεύθηκε με το Νόμπελ φυσικής το 1943, ενώ μαινόταν ο Β’ Παγκόσμιος Πόλεμος όχι για το πείραμα που έκανε με τον Gerlach αποκαλύπτοντας το σπιν των ηλεκτρονίων, αλλά για την ανακάλυψη της μαγνητικής ροπής του πρωτονίου.

Ο Stern είχε εγκαταλείψει από το 1933 την Γερμανία λόγω της εβραϊκής καταγωγής του. Ο Gerlach δεν κέρδισε ποτέ βραβείο Νόμπελ, ίσως λόγω της συμμετοχής του στην προσπάθεια του ναζιστικού καθεστώτος να κατασκευάσει πυρηνική βόμβα.

Διαβάστε περισσότερα στο άρθρο του Scientific American: 100 Years Ago, a Quantum Experiment Explained Why We Don’t Fall through Our Chairs

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Όταν ο Σωκράτης διάβασε τον Ηράκλειτο

| 0 ΣΧΟΛΙΑ
 
 

Λένε ότι όταν ο Ευριπίδης έδωσε σ’ αυτόν [στον Σωκράτη] το σύγγραμμα του Ηράκλειτου τον ρώτησε «πώς σου φάνηκε;» και εκείνος απάντησε: «Όσα κατάλαβα μου φάνηκαν εξαιρετικά (γενναῖα)· το ίδιο νομίζω και όσα δεν κατάλαβα· χρειάζεται όμως ένας Δήλιος κολυμβητής.»

Διογένης Λαέρτιος, Βίοι φιλοσόφων 2.22

Τι «κατάλαβε» ο Σωκράτης από τον Ηράκλειτο; Η μαρτυρία που καταγράφει ο Λαέρτιος αναδεικνύει το βάθος της ηρακλείτειας σκέψης. Μόνο ένας έμπειρος στοχαστής θα μπορέσει να κατανοήσει τη θεωρία του. Είναι γεγονός ότι η φήμη του Ηράκλειτου προϋπήρχε της εποχής του Σωκράτη. Ο αφοριστικός λόγος, οι σύντομες και συνάμα αινιγματικές φράσεις, ο αποσπασματικός χαρακτήρας τού μοναδικού βιβλίου που συνέγραψε οδήγησαν στην ονομασία ο «Σκοτεινός φιλόσοφος». Αλλά η φιλοσοφία δεν είχε βρει ακόμη τη γλώσσα της (ο αντίπαλος τού Ηράκλειτου, Παρμενίδης, έγραψε φιλοσοφία σε μορφή ποίησης) και ο Ηράκλειτος δεν απευθύνεται στους πολλούς.

Η διάσημη θεωρία του γίγνεσθαι με την εικόνα της αέναης ροής του ποταμού αναφέρεται στον διάλογο μεταξύ του Σωκράτη και του Κρατύλου στο ομώνυμο πλατωνικό έργο. Αλλά ο Ηράκλειτος έχει πολύ περισσότερα να συνεισφέρει στη σωκρατική φιλοσοφία. Αν εμπιστευτούμε τον Στοβαίο, το εμβληματικό «γνώθι σεαυτόν» του Μαντείου των Δελφών κάνει την εμφάνισή του στη φιλοσοφία για πρώτη φορά στον Ηράκλειτο: «Όλοι οι άνθρωποι μπορούν να γνωρίσουν τον εαυτό τους και να είναι σώφρονες» (Β115) γιατί «η φρόνηση είναι κοινή σε όλους» (Β113). Την ίδια εμπιστοσύνη στον άνθρωπο θα δείξει και ο Σωκράτης. Στη φιλοσοφία του Ηράκλειτου ο Αθηναίος φιλόσοφος θα βρει αυτό που αναζητούσε και δεν βρήκε στον «νου» τού Αναξαγόρα και στις θεωρίες των Φυσικών φιλοσόφων. Ο Ηράκλειτος «ερεύνησε τον εαυτό του». Το ίδιο θα κάνει και ο Σωκράτης.

«Η μεγαλύτερη αρετή είναι να σκέφτεσαι με λογική (σωφρονεῖν), και σοφία είναι να λες την αλήθεια και να ενεργείς σύμφωνα με τη φύση αφού τη γνωρίσεις καλά.» (Ηράκλειτος Β112)

Ο Εφέσιος φιλόσοφος είναι αυτός που πρώτος αναζήτησε τη γνώση στον εαυτό του (Β101), ώστε να κατακτήσει τη σοφία: «Ένα πράγμα είναι η σοφία: να κατανοείς τη γνώση (γνώμην), που κυβερνά τα πάντα με τη βοήθεια των πάντων» (Β41). Αυτή η γνώση που με θέρμη υποστηρίζεται από τον Ηράκλειτο δεν είναι άλλη από τον Λόγο που κυβερνά τα πάντα. Ο Σωκράτης μπορεί να απορρίπτει εν τέλει τον «νου» του Αναξαγόρα ως αρχή, ωστόσο ο ηρακλείτειος Λόγος είναι πιο προσιτός στον ίδιο. Αφήνοντας έξω τις μεταβολές του πυρός (την υλική υπόσταση του Λόγου) ο Σωκράτης θα διδάξει στους πολλούς πώς να σκέφτονται.

Ο χαρακτήρας κάθε ανθρώπου είναι ο δαίμονάς του («ἦθος ἀνθρώπῳ δαίμων» Β119) δηλώνει εμφατικά ο Ηράκλειτος. Αυτόν τον χαρακτήρα θα διαπλάσει ο Σωκράτης. Ο Ηράκλειτος κληροδότησε στον Σωκράτη τον Λόγο και την πεποίθηση ότι μπορεί να τον γνωρίσει ξεκινώντας από τον εαυτό του. Όμως ο Λόγος που κυβερνάει το σύμπαν ενυπάρχει και στους ανθρώπους. Συνεπώς, η φιλοσοφία μπορεί να βοηθήσει τον άνθρωπο να κατανοήσει τον εαυτό του ως μέρος του όλου.

Ο Σωκράτης σαν Δήλιος κολυμβητής καταδύεται στα βαθιά νερά της ηρακλείτειας σκέψης. Ο Λόγος παύει να είναι δυσνόητος. Η κορυφαία σύλληψη του Ηράκλειτου έχει εφαρμογή στον άνθρωπο, όχι μόνο στο σύμπαν. Ο σκοτεινός φιλόσοφος έφτασε στον Λόγο ερευνώντας τον εαυτό του. Ο Σωκράτης πιάνει το νήμα από εκεί και επιχειρεί να διδάξει στους ανθρώπους τη σοφία, τη λογική κρίση και την ηθική. Ως εκ τούτου, η φιλοσοφία μετά τον Σωκράτη απομακρύνεται από τους πλανήτες και εστιάζει στον άνθρωπο, ο οποίος γίνεται τώρα το αντικείμενό της.

Ο άνθρωπος πρέπει να γνωρίσει τον εαυτό του, για να εξετάσει τη ζωή του, δίνοντάς της νόημα. Γιατί, κατά τον Σωκράτη «μια ζωή που δεν εξετάζεται δεν αξίζει να τη ζει κανένας άνθρωπος» (Πλάτων, Απολογία Σωκράτους 38a)

***

Έλσα Νικολαΐδου

Καθηγήτρια Φιλοσοφίας στο ιδιωτικό αγγλικό σχολείο Med High (Κύπρος)

nicolaidou.e@medhigh.com

Πίνακας: “Δημόκριτος και Ηράκλειτος” του Hendrick Terbrugghen. Αρχές 17ου αιώνα.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Μήπως η Κβαντική Φυσική μας αποκαλύπτει ότι η ζωή δεν είναι παρά ένα όνειρο;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Μια προκλητική κβαντική υπόθεση αμφισβητεί την αντικειμενική πραγματικότητα

Η φίλη μου η Έμιλυ, μου λέει συχνά τα όνειρά της κι εγώ λιγότερο συχνά της λέω τα δικά μου, τα οποία συνήθως είναι πολύ θολά και ασύνδετα για να τα διηγηθώ. Προσπαθούμε να εξηγήσουμε τα όνειρά μας, να βρούμε νόημα σε αυτά. Τι αποκαλύπτουν για τους φόβους και τις επιθυμίες μας;

Η ερμηνεία των ονείρων είναι μια ατελής, άκρως υποκειμενική τέχνη, όπως σίγουρα θα ομολογούσε ο Sigmund Freud, στις σπάνιες στιγμές της ταπεινότητάς του. Τα όνειρα είναι εντελώς ιδιωτικές εμπειρίες ενός προσώπου, που δεν αφήνουν ίχνη πέρα ​​από την ελλιπή μνήμη του ονειροπόλου.

Κι όμως, το να δίνουμε νόημα στα όνειρα, δεν είναι εντελώς διαφορετικό από το να νοηματοδοτούμε την «πραγματικότητα», ότι κι αν είναι αυτή. Ναι, όλοι ζούμε στον ίδιο κόσμο. Μπορούμε να συγκρίνουμε σημειώσεις για το τι συμβαίνει και να βγάλουμε συμπεράσματα, με έναν τρόπο που δεν ισχύει για τα όνειρα.

Κι όμως η εμπειρία μας για τον κόσμο είναι μοναδική για τον καθένα μας. Το ίδιο και η ερμηνεία του, η οποία εξαρτάται από τις πεποιθήσεις μας, τις επιθυμίες, τις αποστροφές μας και ότι έχει σημασία για εμάς. Δεν είναι περίεργο που συχνά διαφωνούμε έντονα, και πολλές φορές βίαια, για το τι έχει συμβεί και τι σημαίνει.

Η επιστήμη προσφέρει την καλύτερη ελπίδα μας για την επίτευξη συναίνεσης σχετικά με το τι συμβαίνει. Οι επιστήμονες συγκεντρώνουν στοιχεία αποδεικτικών στοιχείων και προσπαθούν να συναρμολογήσουν αυτά τα θραύσματα σε μια συνεκτική ιστορία. Μετά από πολλές διαφωνίες και δεύτερες σκέψεις, οι επιστήμονες συγκλίνουν σε μια εύλογη αφήγηση. Οι σύγχρονοι άνθρωποι εξελίχθηκαν από πιθηκοειδή πλάσματα που ζούσαν στην Αφρική πριν από εκατομμύρια χρόνια. Ένας νέος, θανατηφόρος κορωνοϊός εμφανίστηκε στην Κίνα και εξαπλώνεται σε όλο τον κόσμο.

Όπως επισημαίνει ο φιλόσοφος Michael Strevens στο The Knowledge Machine, η επιστήμη επιλύει τις διαφορές μέσω επαναλαμβανόμενων παρατηρήσεων και πειραμάτων. Ο Strevens αποκαλεί την αφοσίωση των επιστημόνων στα εμπειρικά δεδομένα ως ο «σιδηρούς κανόνας της ερμηνείας». Στην ιδανική περίπτωση, ο σιδηρούς κανόνας παράγει ανθεκτικές, αντικειμενικά αληθινές θεωρήσεις του κόσμου.

Αλλά η υποκειμενικότητα είναι δύσκολο να εξαλειφθεί ακόμη και στη φυσική, το θεμέλιο πάνω στο οποίο στηρίζονται όλες οι επιστήμες. Η κβαντομηχανική, ένα μαθηματικό μοντέλο για την συμπεριφορά της ύλης στον μικρόκοσμο, είναι η πιο αυστηρά δοκιμασμένη θεωρία της επιστήμης. Αμέτρητα πειράματα την έχουν επιβεβαιώσει, όπως επίσης και τα τσιπ των υπολογιστών, τα λέιζερ και άλλες τεχνολογίες που εκμεταλλεύονται τα κβαντικά φαινόμενα.

Δυστυχώς, η κβαντική μηχανική αψηφά την κοινή λογική. Για περισσότερο από έναν αιώνα, μάταια οι φυσικοί προσπάθησαν να ερμηνεύσουν την θεωρία και να την μετατρέψουν σε μια ‘λογική’ ιστορία. «Κάθε επαρκής φυσικός μπορεί να ‘κάνει’ κβαντομηχανική», γράφει ο David J. Griffiths στο βιβλίο του ‘Introduction to Quantum Mechanics’, «αλλά οι ιστορίες που λέμε στους εαυτούς μας για αυτό που κάνουμε είναι τόσο διαφορετικές και σχεδόν τόσο απίθανες, όσο και τα παραμύθια της Σεχραζάντ».

Πολλοί φυσικοί αγνοούν τους γρίφους που θέτει η κβαντική μηχανική. Παίρνουν μια πρακτική, λειτουργική στάση απέναντι στη θεωρία, η οποία συνοψίζεται στην προτροπή, «Βούλωσέ το και υπολόγιζε!» Δηλαδή, ξεχάστε αυτά τα κβαντικά παράδοξα και συνεχίστε να εργάζεστε π.χ. για την κατασκευή του κβαντικού υπολογιστή, που μπορεί να σας κάνει πλούσιους!

Άλλοι συνεχίζουν να διερευνούν τη θεωρία. Το 1961 ένας πρωτοπόρος θεωρητικός φυσικός, ο Eugene Wigner, πρότεινε ένα πείραμα σκέψης παρόμοιο με το αίνιγμα του γάτου του Schrödinger. Αντί για τον μυθικό γάτο σε ένα κουτί, φαντάστηκε ότι ένας φίλος του (ο φίλος του Wigner) βρίσκεται μέσα σε ένα εργαστήριο όπου υπάρχουν μια φιάλη που περιέχει θανατηφόρο αέριο, έναν απαριθμητή Geiger, και μια ραδιενεργή πηγή. Η ραδιενέργεια θα ενεργοποιούσε τον απαριθμητή Geiger, ο οποίος αναβοσβήνει, και στην συνέχεια θα έθετε σε κίνηση ένα σφυρί που θα έσπαγε το μπουκάλι και το δηλητηριώδες αέριο θα απελευθερωνόταν.

Τώρα φανταστείτε ότι ο Wigner είναι έξω από το εργαστήριο. Αν ο φίλος του Wigner δει τον ανιχνευτή να αναβοσβήνει, ξέρει ότι το θανατηφόρο αέριο θα απελευθερωθεί. Αλλά για τον Wigner, που βρίσκεται έξω από το εργαστήριο, η ραδιενεργή πηγή, ο φίλος του και ολόκληρο το εργαστήριο κυμαίνονται σε μια θολούρα πιθανών καταστάσεων. Ο Wigner και ο φίλος του φαίνεται να βρίσκονται σε δύο διαφορετικές πραγματικότητες.

Το 2020, οι φυσικοί πραγματοποίησαν μια εκδοχή του πειράματος σκέψης του Wigner και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι διαισθήσεις του ήταν σωστές. Σε μια είδηση ​​του Science με τίτλο “Quantum paradox points to shaky foundations of reality”, εικάζεται ότι το πείραμα θέτει υπό αμφισβήτηση την αντικειμενικότητα. «Θα μπορούσε να σημαίνει ότι δεν υπάρχει απόλυτο γεγονός», γράφει ο δημοσιογράφος George Musser, «κάτι που να είναι τόσο αληθινό για μένα όσο και για σένα».

Μια νέα ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής που ονομάζεται QBism (προφέρεται «Κυβισμός», όπως το αντίστοιχο κίνημα της τέχνης) καθιστά την υποκειμενική εμπειρία το θεμέλιο της γνώσης και της ίδιας της πραγματικότητας. Ο David Mermin, ένας θεωρητικός φυσικός, λέει ότι η ερμηνεία QBism μπορεί να εξαφανίσει την «σύγχυση στα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής». Απλώς πρέπει να αποδεχτείτε ότι όλη η γνώση ξεκινά με την «ατομική προσωπική εμπειρία».

Σύμφωνα με το QBism, ο καθένας από εμάς κατασκευάζει ένα σύνολο αντιλήψεων για τον κόσμο, με βάση τις αλληλεπιδράσεις του με αυτόν. Συνεχώς και σιωπηρά, ενημερώνουμε τις πεποιθήσεις μας όταν αλληλεπιδρούμε με συγγενείς που αρνούνται να εμβολιαστούν, με επιστήμονες που με 110 νεκρούς την ημέρα θεωρούν ότι όλα πάνε καλά ή με ανιχνευτές που εντοπίζουν φωτόνια. Η μεγάλη πραγματικότητα στην οποία ζούμε όλοι αναδύεται από τις συγκρούσεις όλων των υποκειμενικών μας μικρο-πραγματικοτήτων.

Οι QBists κρύβουν τον νου-κεντρισμό τους, έστω και μόνο για να μην θεωρούνται τρελλοί ή μυστικιστές. Αποδέχονται ότι η ύλη υπάρχει, όπως επίσης και ο νους, και απορρίπτουν τον σολιψισμό, ο οποίος υποστηρίζει ότι κανένα ον με αισθήσεις δεν μπορεί πραγματικά να είναι σίγουρο ότι αντιλαμβάνεται τον κόσμο με τον ίδιο τρόπο όπως κάποια άλλη παρόμοια ύπαρξη. Αλλά το βασικό μήνυμα του QBism, υπογραμμίζει η δημοσιογράφος Amanda Gefter, είναι η ιδέα ότι «μια ενιαία αντικειμενική πραγματικότητα είναι μια ψευδαίσθηση». Ένα όνειρο, θα μπορούσατε να πείτε.

Οι υποστηρικτές διαφωνούν για τους ορισμούς και οι φυσικοί και οι φιλόσοφοι που αγαπούν την αντικειμενικότητα απορρίπτουν πλήρως την ερμηνεία QBism. Όλη αυτή η διαμάχη, ειρωνικά, φαίνεται να επιβεβαιώνει την υπόθεση του QBism ότι δεν υπάρχει απόλυτη αντικειμενικότητα. υπάρχουν μόνο υποκειμενικές, οι προσωπικές απόψεις.

Οι φυσικοί έχουν περισσότερα κοινά από όσα θα ήθελαν να παραδεχτούν με τους καλλιτέχνες, οι οποίοι προσπαθούν να μετατρέψουν το χάος των πραγμάτων σε μια αφήγηση γεμάτη νόημα. Μερικοί καλλιτέχνες αποτρέπουν την επιθυμία μας για νόημα. Το ποίημα του T. S. Eliot «Η έρημη χώρα» είναι ένα συνονθύλευμα εικόνων που ξεπροβάλλουν μέσα και έξω από το κενό. Το ποίημα μοιάζει με όνειρο ή εφιάλτη. Το νόημά του είναι ότι δεν υπάρχει κανένα νόημα, δεν υπάρχει κύρια αφήγηση. Η ζωή είναι ένα αστείο και το αστείο είναι δικό σου αν πιστεύεις το αντίθετο.

Αν είστε πρακτικός άνθρωπος, όπως ένας πρωτοετής φοιτητής των οικονομικών επιστημών που παρακολουθεί το μάθημα λογοτεχνίας, μπορεί να συμπεράνετε όπως και ο T. S. Eliot, ότι οι προσπάθειες κατανόησης της ύπαρξης είναι μάταιες. Μπορεί να παροτρύνετε τους φίλους που ειδικεύονται στη φιλοσοφία να απολαύσουν τη ζωή αντί να ανησυχούν για το νόημά της. Μπορείτε να συνοψίσετε αυτή τη συμβουλή με ένα πιασάρικο σύνθημα: «Βουλώστε το και δημιουργήστε!» Αλλά ακόμη και αυτοί οι πραγματιστές πρέπει να αναρωτιούνται πότε πότε τι σημαίνει το κοινό μας όνειρο.

Τα παραπάνω είναι μια ελεύθερη και συνοπτική απόδοση ενός άρθρου του δημοσιογράφου John Horgan που δημοσιεύθηκε χθες στο περιοδικό scientificamerican. Αν σας δημιουργήθηκαν απορίες, υπάρχουν αρκετοι τρόποι για να τις απαντήσετε. Για παράδειγμα, μπορείτε να μελετήσετε τα βιβλία κβαντομηχανικής του Στέφανου Τραχανά, ο οποίος ως φυσικός αντί ‘να το βουλώσει κάνοντας υπολογισμούς’, επέλεξε να κατανοήσει και στη συνέχεια να εκλαϊκεύσει την κβαντομηχανική. Πρόσφατα μάλιστα κυκλοφόρησε το κατάλληλο για τέτοιους προβληματισμούς βιβλίο του: ‘Οι ερμηνείες της κβαντομηχανικής‘.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Απόδειξη μαθηματικής ανισότητας με ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Θεωρούμε το παρακάτω κύκλωμα τεσσάρων αντιστατών (δυο με αντίσταση α και δυο με αντίσταση b):

H ολική αντίσταση θα είναι R=(α+b)/2. Στη συνέχεια συνδέουμε τα σημεία P και Q του κυκλώματος κλείνοντας τον διακόπτη. Παρατηρούμε ότι το αμπερόμετρο δείχνει πως το ηλεκτρικό ρεύμα αυξήθηκε. Αυτό σημαίνει πως η νέα ολική αντίσταση του κυκλώματος μειώθηκε(*): R’=2αb/(α+b)≤R=(α+b)/2 (στην περίπτωση που α=b η ολική αντίσταση παραμένει η ίδια).

Έχουμε λοιπόν ότι αb≤(α+b)2/4, δηλαδή … αποδείξαμε την γνωστή ανισότητα μεταξύ γεωμετρικού και αριθμητικού μέσου δύο θετικών αριθμών α και b: \sqrt{a \cdot b} \leq \frac{a+b}{2}

Κι όχι μόνο. Από την R=(α+b)/2≥R’=2αb/(α+b) παίρνουμε: \frac{a+b}{2} \geq \sqrt{(\frac{a+b}{2})(\frac{2ab}{a+b})} \geq \frac{2ab}{a+b}, δηλαδή την διπλή ανισότητα που εκτός από τον αριθμητικό και γεωμετρικό μέσο, περιλαμβάνει και τον αρμονικό μέσο των αριθμών α και b:

\frac{a+b}{2} \geq \sqrt{a \cdot b} \geq \frac{2}{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}}

Mπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την παραπάνω μέθοδο αποδεικνύοντας την γενικευμένη ανισότητα μεταξύ αριθμητικού και αρμονικού μέσου, θεωρώντας το παρακάτω κύκλωμα αντιστατών:

Η κάθε οριζόντια σειρά του παραπάνω κυκλώματος περιέχει τους αντιστάτες, α1, α2, …, αn σε διαφορετική διάταξη κάθε φορά

Όπως προηγουμένως διαπιστώνουμε πειραματικά ότι η ολική αντίσταση του κυκλώματος, όταν όλοι οι διακόπτες είναι ανοιχτοί, είναι μεγαλύτερη από την ολική αντίσταση όταν όλοι οι διακόπτες είναι κλειστοί, και έτσι εύκολα καταλήγουμε στην ανισότητα:

\frac{a_{1}+a_{2}+ \dots +a_{n}}{n} \geq \frac{n}{\frac{1}{a_{1}}+ \frac{1}{a_{2}} + \cdots +\frac{1}{a_{n}}}

(*) Αποδεικνύεται και θεωρητικά πως όταν σ’ ένα κύκλωμα προκαλούμε βραχυκύκλωμα (μετατρέποντας κάποιες διαδρομές με άπειρη αντίσταση σε μηδενική αντίσταση), τότε η συνολική αντίσταση του κυκλώματος μειώνεται.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Το χρώμα της άπειρης θερμοκρασίας

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Αυτό είναι το χρώμα της ορατής εκπεμπόμενης ακτινοβολίας ενός σώματος του οποίου η θερμοκρασία τείνει στο άπειρο, έστω κι αν οι ακτίνες γάμμα που θα την συνοδεύουν είναι θανατηφόρες. Παρόμοιο θα είναι επίσης και το χρώμα ενός τυπικού αστέρα νετρονίων, δεδομένης της τεράστιας θερμοκρασίας του, όπως, επίσης και το χρώμα του αρχέγονου σύμπαντος!

Για να κατανοήσουμε τον παραπάνω ισχυρισμό θα εξετάσουμε την ακτινοβολία ενός θερμού σώματος, θεωρώντας το ως μέλαν σώμα. Η φασματική κατανομή της ενεργειακής του πυκνότητας u (σε \frac{J}{m^{3}Hz}), δίνεται από το νόμο του Planck, u(f,T)=\frac{8 \pi h}{c^{3}} \frac{f^{3}}{e^{\frac{hf}{kT}}-1} . O νόμος αυτός ήταν η απαρχή της κβαντικής φυσικής, αφού ο κλασικός νόμος των Rayleigh-Jeans u(f,T)=\frac{8 \pi f^{2}}{c^{3}} kT, αποτυγχάνει τραγικά στις μεγάλες συχνότητες (η επονομαζόμενη υπεριώδης καταστροφή.

Η φασματική κατανομή ενός μέλανος σώματος συναρτήσει της συχνότητας για την θερμοκρασία Τ=3000Κ. Με διακκεκομένο κόκκινο παριστάνεται ο νόμος των Rayleigh-Jeans και με την συνεχή μπλε καμπύλη ο νόμος του Planck. Στο διάγραμμα βλέπουμε και το εύρος των συχνοτήτων που αντιστοιχούν στο ορατό φάσμα.

Παρατηρούμε ότι στις μικρές συχνότητες (μεγάλα μήκη κύματος) οι δυο νόμοι σχεδόν ταυτίζονται. To ίδιο συμβαίνει και όταν η θερμοκρασία είναι πάρα πολύ μεγάλη. Αν στο νόμο του Planck για T \rightarrow \infty, θέσουμε e^{\frac{hf}{kT}} \cong1+ \frac{hf}{kT}, παίρνουμε το νόμο των Rayleigh-Jeans).

Έτσι, για ένα εξαιρετικά θερμό μέλαν σώμα, το φάσμα του φωτός που μπορούμε να δούμε με τα μάτια μας διέπεται από τον νόμο Rayleigh-Jeans. Αυτός ο νόμος μας λέει ότι το χρώμα δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία: μόνο η φωτεινότητα της ακτινοβολίας εξαρτάται από τη θερμοκρασία!

Στις πολύ μεγάλες θερμοκρασίες η ακτινοβολία του μέλανος σώματος στο εύρος των συχνοτήτων της ορατής και όχι μόνο ακτινοβολίας περιγράφεται με ακρίβεια και από το νόμο Rayleigh-Jeans

Όταν λοιπόν κοιτάμε ένα υπέρθερμο σώμα σύμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα θα έπρεπε να το βλέπουμε ιώδες, αλλά τα μάτια μας δεν είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σ’ αυτό. Έτσι στην οπτική μας αντίληψη κυριαρχεί το γαλάζιο (*). Κι αν γίνουμε περισσότερο λεπτολόγοι θα δούμε ότι ειδικοί της ‘χρωματολογίας’ καταλήγουν στο συμπέρασμα πως το χρώμα της άπειρης θερμοκρασίας αντιστοιχεί στον κωδικό sRGB(148,177,255) και ονομάζεται Perano, οπότε … διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ.

(*) Κάτι παρόμοιο ισχύει και με το γαλάζιο χρώμα του ουρανού. Σύμφωνα με το νόμο σκέδασης του Rayleigh (ξανά) η ένταση της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας είναι αντιστρόφως ανάλογη της τέταρτης δύναμης του μήκους κύματος I \sim \frac{1}{\lambda^{4}}. Έτσι από το ορατό φάσμα του ηλιακού φωτός το φως που σκεδάζεται πιο έντονα από την ατμόσφαιρα είναι το ιώδες. Αν και το ιώδες σκεδάζεται περισσότερο από το μπλε , εμείς βλέπουμε τον ουρανό γαλάζιο.)

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ο Χέοπας αποκαλύπτει εξωπλανήτη σε σχήμα μπάλας ράγκμπι!

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Η είδηση δεν είναι ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο της ESA, Cheops, ανακάλυψε έναν ακόμα εξωπλανήτη, τον WASP-103b, αλλά το ότι ο εν λόγω εξωπλανήτης δεν είναι σφαιρικός και μοιάζει με μπάλα του ράγκμπι. Και είναι η πρώτη φορά που εντοπίζεται ένας τέτοιος παραμορφωμένος εξωπλανήτης.

Ο εξωπλανήτης WASP-103b έχει διπλάσια ακτίνα και 1,5 φορές μεγαλύτερη μάζα σε σχέση με τον πλανήτη Δία, και απέχει 0,02 αστρονομικές μονάδες (AU) από το άστρο του (1AU= μέση απόσταση Γης-Ήλιου).

O εξωπλανήτης WASP-103b ολοκληρώνει μια περιφορά γύρω από το άστρο του μέσα σε 24 ώρες και κινείται πολύ κοντά σ’ αυτό, διαγράφοντας τροχιά ακτίνας περίπου 0,02 αστρονομικές μονάδες. Γι αυτό οι αστρονόμοι περίμεναν ότι η τροχιά σε μια τόσο κοντινή απόσταση θα προκαλούσε ισχυρές παλιρροϊκές δυνάμεις, αλλά δεν ήταν σε θέση να τις μετρήσουν. Χρησιμοποιώντας τα νέα δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Cheops, σε συνδυασμό με δεδομένα που είχαν ήδη ληφθεί από τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer, κατάφεραν να διαπιστώσουν την παραμόρφωση εξαιτίας των παλιρροϊκών δυνάμεων του εξωπλανήτη WASP-103b στο σχήμα μιας μπάλας του ράγκμπι.

Οι παλίρροιες στην Γη οφείλονται στην βαρυτική αλληλεπίδραση της Γης με την Σελήνη που περιφέρεται γύρω μας. Κι ο Ήλιος έχει επίσης μια μικρή αλλά σημαντική επίδραση στις παλίρροιες, όμως είναι πολύ μακριά από τη Γη για να προκαλέσει μεγάλες παραμορφώσεις στον πλανήτη μας. Δεν μπορούμε να πούμε το ίδιο και για τον WASP-103b, που περιφέρεται πολύ κοντά στο άστρο του.

Η αντίσταση ενός υλικού στην παραμόρφωση εξαρτάται από τη σύνθεσή του. Για παράδειγμα, οι παλιρροϊκές δυνάμεις στην Γη λόγω Σελήνης και Ήλιου, προκαλούν την ‘υδατική παραμόρφωση’, δηλαδή τις παλίρροιες, αλλά δεν καταφέρνουν να παραμορφώσουν σημαντικά το βραχώδες τμήμα της.

Οι αστροφυσικοί συσχετίζουν την παλλιρροϊκή παραμόρφωση με τον αριθμό Love. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός αυτός, τόσο πιο παραμορφωμένος είναι o πλανήτης. Ο αριθμός Love του WASP-103b είναι περίπου ίδιος με τον αντίστοιχο του του Δία, κι αυτό δείχνει ότι μάλλον έχουν παρόμοια εσωτερική δομή, παρά το γεγονός ότι ο WASP-103b έχει διπλάσια ακτίνα. Οι ερευνητές θα επιχειρήσουν την διερεύνηση των λεπτομερειών της εσωτερικής του δομής του με μελλοντικές παρατηρήσεις, ώστε να κατανοήσουν γιατί είναι τόσο παραμορφωμένος. Σημαντικό ρόλο στην ερμηνεία θα παίξει και ο προσδιορισμός του μεγέθους του πυρήνα του.

Δεδομένου ότι η αβεβαιότητα στην τιμή του αριθμού Love είναι προς το παρόν αρκετά μεγάλη, απαιτούνται επιπλέον παρατηρήσεις με τα διαστημικά τηλεσκόπια Cheops και James Webb. Η εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια του Webb θα βελτιώσει τις μετρήσεις της παλιρροιακής παραμόρφωσης των εξωπλανητών, επιτρέποντας μια καλύτερη σύγκρισή τους με τους πλανήτες-γίγαντες του ηλιακού μας συστήματος.

Όμως υπάρχει άλλο ένα μυστήριο που περιβάλλει τον WASP-103b. Οι παλιρροϊκές αλληλεπιδράσεις μεταξύ άστρου και του συγκεκριμένου εξωπλανήτη έπρεπε να προκαλέσουν μείωση της τροχιακής περιόδου του και τη σταδιακή προσέγγιση στο άστρο του με τελικό αποτέλεσμα την σύγκρουσή του με αυτό. Όμως οι μετρήσεις του WASP-103b δείχνουν αντίθετα ότι η τροχιακή περίοδος ίσως να αυξάνεται και ότι ο εξωπλανήτης απομακρύνεται αργά από το άστρο του. Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι κάτι διαφορετικό από τις παλιρροϊκές δυνάμεις είναι ο βασικός παράγοντας που επηρεάζει αυτόν τον εξωπλανήτη.

Έτσι, οι αστροφυσικοί εξέτασαν και άλλα πιθανά σενάρια. Θα μπορούσε για παράδειγμα, η δυναμική του συστήματος να επηρεάζεται από την παρουσία ενός δεύτερου άστρου ή η τροχιά του πλανήτη να είναι ελαφρώς ελλειπτική. Δεν μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν αυτά τα σενάρια, αλλά ούτε και να τα αποκλείσουν. Για να απαντηθούν με βεβαιότητα όλα τα ερωτήματα θα απαιτηθούν επιπλέον παρατηρήσεις των διελεύσεων του WASP-103b (μπροστά από το άστρο του) από το Cheops και άλλα τηλεσκόπια.

Το σίγουρο είναι πως η ακρίβεια των παρατηρήσεων του διαστημικού τηλεσκοπίου Χέωψ (CHaracterising ExOPlanets Satellite), που έτυχε να είναι συνονόματο με έναν σκληρό και αδίστακτο Φαραώ, αποκάλυψε για πρώτη φορά το περίεργο σχήμα του WASP-103b, ανοίγοντας νέους δρόμους όσον αφορά την μελέτη εξωπλανητών.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Συγκρίνοντας την ύλη με την αντιύλη

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Σε δημοσίευση στο περιοδικό Nature, οι φυσικοί της ερευνητικής ομάδας BASE στο CERN, περιγράφουν την ακριβέστερη σύγκριση, μέχρι τώρα, μεταξύ πρωτονίων και αντιπρωτονίων. Αναλύοντας τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο ‘εργοστάσιο’ αντιύλης του CERN, η ομάδα BASE μέτρησε το πηλίκο q/m (ηλεκτρικό φορτίο προς μάζα) των πρωτονίων (p) και των αντιπρωτονίων (\bar{p}) με εκπληκτική ακρίβεια. Διαπίστωσαν ότι οι δύο λόγοι ταυτίζονται με μια πειραματική αβεβαιότητα 16 προς ένα τρισεκατομμύριο:

(q/m)_{p}/(q/m)_{\bar{p}}=1.000000000003(16)

Το πείραμα BASE ανοίγει νέους δρόμους συγκρίνοντας τα πρωτόνια με τα αντιπρωτόνια

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων, τα σωματίδια ύλης και αντιύλης μπορεί να διαφέρουν, π.χ. στον τρόπο με τον οποίο μετατρέπονται σε άλλα σωματίδια, αλλά οι περισσότερες ιδιότητές τους, συμπεριλαμβανομένων και των μαζών τους, πρέπει να είναι πανομοιότυπες. Η εύρεση οποιασδήποτε μικρής διαφοράς μεταξύ των μαζών πρωτονίων και αντιπρωτονίων, ή μεταξύ των λόγων q/m, θα έσπαγε μια θεμελιώδη συμμετρία που ονομάζεται συμμετρία CPT και θα οδηγούσε σε νέα φυσική πέρα ​​από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Μια τέτοια διαφορά θα μπορούσε επίσης να ρίξει φως στο γιατί το σύμπαν αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από ύλη, παρόλο που κατά την Μέγάλη Έκρηξη προέκυψαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Όμως, οι διαφορές μεταξύ σωματιδίων ύλης και αντιύλης που προκύπτουν από τα πειράματα είναι τάξεις μεγέθους μικρότερες από τις τιμές που απαιτούνται για να κλονίσουν το Καθιερωμένο Πρότυπο.

Τα αρχικά CPT αναφέρονται, C: στην συζυγία φορτίου, τον μετασχηματισμό όπου ένα σωματίδιο αντικαθίσταται από το αντισωματίδιό του, P: στην ομοτιμία, η οποία συνδέεται με τον μετασχηματισμό αναστροφής του χώρου, και T: στη συμμετρία αναστροφής του χρόνου, όπου εναλλάσσονται οι χρονικές συντεταγμένες t και -t.
Oι ισχυρές και οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις παραμένουν αναλλοίωτες κάτω από τους προαναφερθέντες μετασχηματισμούς C, P και T, ενώ οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις παραβιάζουν μεμονωμένα και τις 3 αυτές συμμετρίες. Όμως, όταν οι μετασχηματισμοί C, P, Τ εφαρμόζονται μαζί, ως μετασχηματισμός CPT, τότε όλες οι αλληλεπιδράσεις – ασθενείς, ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές – παραμένουν αναλλοίωτες. Αυτό είναι το θεώρημα CPΤ και διατυπώνεται απλούστερα ως εξής: ένα σύστημα παραμένει αμετάβλητο αν τα σωματίδια αντικατασταθούν από τα κατοπτρικά συμμετρικά αντισωματίδιά τους και αντιστραφεί η ροή του χρόνου. To «αναλλοίωτο CPT» μας εγγυάται ότι ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιό του έχουν ίσες μάζες, ίσους χρόνους ζωής, ίδιο σπιν, αλλά αντίθετους προσθετικούς κβαντικούς αριθμούς όπως το ηλεκτρικό φορτίο, η z συνιστώσα του ισοσπίν, ο κβαντικός αριθμός της παραξενιάς κ.ά.Όλα τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα δείχνουν ότι δεν παραβιάζεται η συμμετρία CPT.

Για να πραγματοποιηθούν οι μετρήσεις πρωτονίων και αντιπρωτονίων, η ομάδα BASE εγκλώβισε τα αντιπρωτόνια και τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου (άτομα υδρογόνου στα οποία προστίθεται ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο που χρησιμιμοποιώνται ως υποκατάστατα των πρωτονίων), σε μια συσκευή που ονομάζεται παγίδα Penning. Εκεί, ένα σωματίδιο ακολουθεί μια κυκλική τροχιά με συχνότητα, κοντά στη συχνότητα του κυκλότρου, η ακτίνα της οποίας εξαρτάται από την ένταση του μαγνητικού πεδίου και τον λόγο του ηλεκτρικού φορτίου προς την μάζα του σωματιδίου.

Διοχετεύοντας αντιπρωτόνια και αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου στην παγίδα, η ομάδα BASE συνέκρινε, κάτω από τις ίδιες συνθήκες, τον λόγο q/m (φορτίο προς μάζα) των πρωτονίων και των αντιπροτωνίων. Διαπίστωσαν ότι είναι ίσoι με ακρίβεια 16 προς 1000000000000! Αυτό το αποτέλεσμα είναι τέσσερις φορές ακριβέστερο σε σχέση με την αντίστοιχη προηγούμενη μέτρηση.

Εκτός από τη σύγκριση του λόγου q/m πρωτονίων και αντιπρωτονίων με πρωτοφανή ακρίβεια, η ομάδα BASE χρησιμοποίησε τις μετρήσεις της για να θέσει αυστηρά όρια σε θεωρίες πέρα ​​από το Καθιερωμένο Πρότυπο οι οποίες παραβιάζουν την συμμετρία CPT, καθώς και για να ελέγξει την ασθενή αρχή ισοδυναμίας. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, διαφορετικά σώματα στο ίδιο βαρυτικό πεδίο υφίστανται την ίδια επιτάχυνση απουσία δυνάμεων τριβής. Το πείραμα BASE και οι μετρήσεις συχνότητας περιστροφής πρωτονίων και αντιπρωτονίων στο κύκλοτρο έγιναν στο βαρυτικό πεδίο στην επιφάνεια της Γης. Οποιαδήποτε διαφορά της βαρυτικής αλληλεπίδρασης των πρωτονίων με την αντίστοιχη βαρυτική αλληλεπεδρίση των αντιπρωτονίων θα οδηγούσε σε διαφορά μεταξύ των συχνοτήτων περιστροφής πρωτονίων και αντιπρωτονίων.

Oι φυσικοί του BASE δεν βρήκαν τέτοια διαφορά μέσα στα όρια του σφάλματος του πειράματος. Το σφάλμα αυτής της μέτρησης είναι συγκρίσιμο με το αντίστοιχο σφάλμα των πειραμάτων που μελετούν την απευθείας ελεύθερη πτώση των πρωτονίων στο πεδίο βαρύτητας της Γης.

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Εκτοξεύθηκε με επιτυχία το μεγαλύτερο και ισχυρότερο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Εκτοξεύθηκε με επιτυχία το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, ο διάδοχος του παλαιότερου τηλεσκοπίου Hubble. Το James Webb είναι το μεγαλύτερο και το πιο εξελιγμένο τηλεσκόπιο που έχει ποτέ σταλεί στο διάστημα, ανοίγοντας έτσι μια νέα εποχή στην αστρονομία και στην αστροφυσική. Πρόκειται για μια αποστολή συνεργασίας της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA), του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) και της Καναδικής Διαστημικής Υπηρεσίας.

Η εκτόξευση έγινε με έναν ευρωπαϊκό πύραυλο Arian 5, λίγο μετά το μεσημέρι, από το ευρωπαϊκό διαστημοδρόμιο στο Κουρού της Γαλλικής Γουινέας στη βορειοανατολική Νότια Αμερική. Το κόστους 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων τηλεσκόπιο θα τεθεί σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο στο δεύτερο σημείο Lagrange ή L2, μένοντας σε περίπου σταθερή απόσταση 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη ή περίπου τέσσερις φορές πιο μακριά από τη Σελήνη. Συγκριτικά, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble – που είχε εκτοξευθεί το 1990 – βρίσκεται στο ένα τρίτο αυτής της απόστασης από τον πλανήτη μας (σχεδόν 550 χιλιόμετρα).

Το James Webb αναμένεται να φτάσει στο σημείο L2 ένα μήνα μετά την εκτόξευσή του. Στη συνέχεια, θα υπάρξει μια περίοδος εγκατάστασης και προσαρμογής που θα διαρκέσει έξι μήνες. Αναμένεται να αρχίσει να συλλέγει δεδομένα και να κάνει τις πρώτες παρατηρήσεις στα μέσα του 2022.

Το τηλεσκόπιο, που κατασκευάστηκε κυρίως από την αμερικανική εταιρεία Northrop Grumman και φέρει το όνομα του επικεφαλής της NASA στη δεκαετία του 1960, είναι πολύ πιο ευαίσθητο από το Hubble και θα «βλέπει» κυρίως στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος, πράγμα που θα του επιτρέπει να παρατηρεί μέσα από τα νέφη σκόνης και αερίων, ενώ το Hubble λειτουργεί κυρίως στο οπτικό και υπεριώδες τμήμα του φάσματος.

Το James Webb αναμένεται να φτάσει στο σημείο L2 ένα μήνα μετά την εκτόξευσή του (AURA / S. Lifson)

Το νέο τηλεσκόπιο, που θα παρέχει βελτιωμένη υπέρυθρη ανάλυση και ευαισθησία σε σχέση με το Hubble, θα χρησιμοποιηθεί σε ένα τεράστιο εύρος ερευνών στους τομείς της αστρονομίας, της αστροφυσικής και της κοσμολογίας, από τη μελέτη της ατμόσφαιρας σχετικά κοντινών εξωπλανητών μέχρι την παρατήρηση των μακρινών πρώτων γαλαξιών.

Το James Webb έχει μάζα 6 τόνους και 6,25 φορές μεγαλύτερη συλλεκτική επιφάνεια, άρα και ευαισθησία, συγκριτικά με το Hubble. Επιπρόσθετα, έχει σημαντικά μεγαλύτερο οπτικό πεδίο, καλύπτοντας 15 φορές μεγαλύτερη περιοχή του ουρανού. Το πρωτεύον κάτοπτρό του αποτελείται από 18 εξαγωνικά τμήματα, που είναι κατασκευασμένα από επιχρυσωμένο βηρύλλιο, τα οποία ξεδιπλώνουν και προσαρμόζονται σχηματίζοντας ένα κάτοπτρο διαμέτρου 6,5 μέτρων. Το μεγαλύτερο εξάρτημα του είναι η ηλιακή ασπίδα πέντε στρωμάτων, που μειώνει την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο τηλεσκόπιο κατά ένα εκατομμύριο φορές και είναι η κύρια αιτία του μεγάλου μεγέθους του (20 επί 14 μέτρα).

 
Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Αριστοτέλης: Η ευδαιμονία των παιδιών

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

 

«Έχει ειπωθεί λοιπόν ότι η ευδαιμονία είναι ένα είδος ενέργειας της ψυχής σύμφωνα με την αρετή (εἴρηται γὰρ ψυχῆς ἐνέργεια κατ᾽ ἀρετὴν ποιά τις). […] Εύλογα λοιπόν δεν μπορούμε να ονομάσουμε ούτε το βόδι ούτε το άλογο ούτε κανένα άλλο ζώο ευδαίμον· γιατί κανένα από αυτά δεν μπορεί να συμμετέχει σε αυτή την ενέργεια. Για την ίδια αιτία ούτε ένα παιδί είναι ευδαίμον.»

Αριστοτέλης, Ηθικά Νικομάχεια 1099b25-1100a1

Ο Αριστοτέλης δεν έχει συγγράψει ξεχωριστή πραγματεία για τα παιδιά. Οι απόψεις του βρίσκονται διάσπαρτες καταρχήν στα ηθικά του έργα και στη συνέχεια στα πολιτικά και βιολογικά. Η ευδαιμονία είναι για τον ίδιο ο σκοπός της ζωής αλλά δεν έχει για όλους την ίδια σημασία. Κατά τον Αριστοτέλη, η ευδαιμονία δεν μετριέται με την καλοσύνη, την τύχη ή την ηδονή:

«Όσοι θεωρούν ευδαίμονα αυτόν που βασανίζεται και έχει βρεθεί σε μεγάλες δυστυχίες, εάν είναι αγαθός, θέλοντας και μη, λένε ανοησίες. Επειδή όμως η ευδαιμονία χρειάζεται την τύχη μερικοί θεωρούν ότι η ευτυχία είναι ευδαιμονία, ενώ δεν είναι, καθώς και η υπερβολική ευτυχία αποτελεί εμπόδιο και ίσως δεν είναι σωστό να την ονομάζουμε ευτυχία. Γιατί ο όρος ευτυχία εξαρτάται από την ευδαιμονία (πρὸς γὰρ τὴν εὐδαιμονίαν ὁ ὅρος αὐτῆς). Και το ότι όλα τα ζώα και οι άνθρωποι επιδιώκουν την ηδονή είναι απόδειξη του ότι αυτή είναι το ύψιστο αγαθό. […] Ίσως όμως επιδιώκουν όχι αυτή που νομίζουν ότι είναι ηδονή ούτε αυτή που ισχυρίζονται ότι είναι ηδονή αλλά μόνο ένα είδος της.»

Αριστοτέλης, Ηθικά Νικομάχεια 1153b19-32

Το να είναι κανείς αγαθός δεν συνιστά εχέγγυο της ευδαιμονίας υποστηρίζει ο συγγραφέας, αντιτιθέμενος στον Σωκράτη και προβάλλοντας μια πρώιμη ένσταση στη Στωική φιλοσοφία που θα ακολουθήσει. Ούτε η ικανοποίηση των βασικών ηδονών συνιστά την ευδαιμονία. Υπάρχουν ανώτερες ηδονές που προσιδιάζουν στον άνθρωπο. Η τύχη, από την άλλη, έχει άδηλα αποτελέσματα που θα φανούν σε βάθος χρόνου. Τα παιδιά είναι δυνάμει ευδαίμονα. Μπορεί να είναι χαρούμενα, να αναζητούν την ηδονή και να αποφεύγουν τη λύπη, να κατορθώνουν να ικανοποιήσουν βασικές επιθυμίες, ακόμη και να έχουν όλα τα εξωτερικά αγαθά αλλά αυτό δεν είναι αρκετό. Όπως δεν είναι αρκετό ούτε για τους ενήλικες.

Ως εκ τούτου, κανείς δεν γεννιέται ευδαίμων. Καθώς έχει αποκλειστεί ο παράγοντας της τύχης η ευδαιμονία βασίζεται στην ατομική προσπάθεια. Αυτό είναι ένα πρώτο στοιχείο που εξασφαλίζει τη ευδαιμονία σε όποιον την έχει επιλέξει συνειδητά. Τα παιδιά όμως έχουν την τάση να επιζητούν την άμεση ικανοποίηση των επιθυμιών τους χωρίς όρια. Το ευχάριστο είναι άπληστο:

«Τα παιδιά ζουν σύμφωνα με τις επιθυμίες τους και πολύ περισσότερο υπάρχει σ’ αυτά η επιθυμία του ευχάριστου (καὶ μάλιστα ἐν τούτοις ἡ τοῦ ἡδέος ὄρεξις). Αν λοιπόν το παιδί δεν μάθει να πειθαρχεί και να άρχεται, θα οδηγηθεί αλλού· γιατί η επιθυμία του ευχάριστου είναι άπληστη και πηγάζει από παντού σε έναν ανόητο άνθρωπο (ἄπληστος γὰρ ἡ τοῦ ἡδέος ὄρεξις καὶ πανταχόθεν τῷ ἀνοήτῳ), και η ενέργεια της επιθυμίας αυξάνει την έμφυτη τάση, και αν οι επιθυμίες γίνουν μεγάλες και σφοδρές, αποκρούουν τη λογική ικανότητα (καὶ τὸν λογισμὸν ἐκκρούουσιν). Γι’ αυτό πρέπει οι επιθυμίες αυτές να είναι μέτριες και λίγες, και να μην εναντιώνονται στη λογική, και αυτό το αποκαλούμε ευπείθεια και σωφρονισμό- και όπως ακριβώς πρέπει να ζει το παιδί κατά τις προσταγές του παιδαγωγού, έτσι και το επιθυμητικό πρέπει να υπακούει στη λογική.»

Αριστοτέλης, Ηθικά Νικομάχεια 1119b5-15

Η ηδονή, ακόμη και η πιο βασική, θέλει τον έλεγχο του ατόμου για να εξυψωθεί σε ευδαιμονία. Ναι, τα παιδιά μπορούν να ευτυχήσουν, αλλά ο δρόμος είναι μακρύς. Η ευδαιμονία δεν είναι εύκολη υπόθεση, είναι όμως εφικτή. Ίσως όχι από μικρή ηλικία, ωστόσο οι βάσεις τίθενται εκεί. Τα παιδιά μαθαίνουν να ευτυχούν όπως και οι μεγάλοι. Η ευδαιμονία διδάσκεται και αυτό ξεκινά από νωρίς. Πρώτα από την οικογένεια, συνεχίζει με την εκπαίδευση και τέλος είναι ευθύνη της πόλεως. Αλλά χρειάζεται χρόνος και προσπάθεια. Δική τους και κυρίως των άλλων. Εκείνων που θέτουν αδιαπραγμάτευτα όρια επενδύοντας σε μια μακροχρόνια ευδαιμονία. Εν τέλει, γιατί να περιμένουν να την ανακαλύψουν μόνα τους; Ας τη διδαχτούν εξ απαλών ονύχων. Τότε που όλα είναι πιο εύκολα.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία
web design by