Categories
Stiinta YouTube

Incertitudinile mecanicii cuantice explicate [video]


Una dintre diferențele majore dintre mecanica cuantică și cea clasică este aceea că te întâlnești cu o mulțime de incertitudini. Heisenberg este cel ce a formulat principiul incertitudinii care zice că nu poți ști cu exactitate ambele valori a unei perechi de proprietăți.

De exemplu, nu poți ști pozitia exactă a unei particule dacă îi ști impulsul în mod exact și viceversa.

Despre incertitudinile mecanicii cuantice ne povestește domnul Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

În mecanica clasică tu poți afla o multime de proprietăți ale unui fenomen aplicând calculele pe baza formuleoor ce modelează acele fenomene. De exemplu, putem ști ce viteză, impuls, energie are un vehicul în mișcare.

Nu același lucru putem zice despre particulele subatomice. În cazul mecanicii cuantice aveam de-a face cu calcula probabilistice atunci când vrem să aflăm poziția unei particule. Vom ști aproximativ pe unde se află, dar nu vom ști ce impuls are.

Cu cât știm mai bine poziția, cu ațâț vom ști mai puțin impulsul.

Mecanica cuantică implică folosirea unei matematici destul de complexe, însă poate explica o mulțime de fenomele ce se petrec la nivel subatomic.

De exemplu, acele ecuații ne ajută să înțelegem de ce nu putem ști u exactitate poziția unui electron atunci când trimitem un foton către el. Cu cât energia fotonului va fi mai mare, respectiv vom folosi lungimi de undă mai mici pentru a localiza mai precis electronul în spațiu, cu atât vom vedea că electronul este perturbat mai mult.

Categories
Podcasts

F@TC #008 – Incertitudinile mecanicii cuantice explicate – Fizică@Tehnocultura [audio]

Una dintre diferențele majore dintre mecanica cuantică și cea clasică este aceea că te întâlnești cu o mulțime de incertitudini. Heisenberg este cel ce a formulat principiul incertitudinii care zice că nu poți ști cu exactitate ambele valori a unei perechi de proprietăți.

De exemplu, nu poți ști pozitia exactă a unei particule dacă îi ști impulsul în mod exact și viceversa.

Despre incertitudinile mecanicii cuantice ne povestește domnul Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Citește mai multe în articolul dedicat acestui episod de pe Tehnocultura.ro.

Subscribe in iTunes
———————————————-
Surse:
– principiul incertitudinii lui Heisenberg: http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle

Categories
Stiinta

Quantum Field Theory, teoria câmpurilor cuantice ne spune că nu există particule, ci unde/vibrații ale câmpurilor


Am urmărit filmul de aproape 2 ore mai sus cu sufletul la gură și mi-a schimbat puțin modul în care văd lucrurile. Pentru un om care nu a făcut prea multă fizică la viața lui mecanica cuantică și teoria câmpurilor cuantice mi se par destul de fantasmagorice, dar ele sunt reale.

Sean Carroll (site | blog), de la Universitatea CalTech din SUA, explică, în cadrul conferinței de la Fermilab din 12 iunie 2013, de ce oamenii sunt atât de atașați de modelul universului în care aproape toate lucrurile au particule la bază și de ce, în multe cazuri, este bine să fie folosit un asemenea model simplist.

Cum nu am studii în domeniu nu am pretenția să pot explica foarte bine ce a zis Sean Caroll în filmul de mai sus, dar la nivel de concept cred că poți fi de acord cu mine că ceea ce zice are sens.

Ceea ce m-a convins cel mai mult să cred în ideea că tot ce vedem are la bază unde/vibrații/excitații ale unor câmpuri este tocmai modul în care explicată descompunerea radioactivă beta minus și beta plus.

Descompunerea radioactivă beta, beta decay în engleză, are loc în două moduri:
1. dacă avem un izotop cu mai mulți neutroni, atunci un neutron va deveni proton, eliberând în același timp un electron și un anti-neutrino. Aceasta este descompunerea radioactivă beta minus.
2. dacă un izotop are mai mulți protoni, atunci un proton devine neutron și eliberează un pozitron (varul pozitiv al electronului) și un neutrino. Aceasta este descompunerea beta plus.

Poți citi despre descompunerile radioactive alfa, beta și gamma din sursele de mai jos:
1. Q: What is radioactivity and why is it sometimes dangerous?
2. Introduction To Radiation
3. Khan Academy: Types of decay

Voi avea un articol complet legat de radioactivitate în viitor pe Tehnocultura.ro.

Mai jos avem o imagine a procesului beta decay (via):
beta-decay-descompunere

Ok, acum ce nu pare în regulă în imaginea de mai sus? Ei bine, faptul că pot obține electroni din neutroni și pozitroni din protoni când știu că ambii, neutronii și protonii, sunt compuși numai din quarci: protonul din 2 quarci UP si unul DOWN iar neutronul din 2 quarci DOWN și unul UP, pe cum arată și imaginea de mai jos:
fizica-particulelor-atom-nucleu-protoni-neutroni-electroni-quarci

Modelul standard al particulelor din Univers arată așa:
fizica-particulelor-modelul-standard-bosoni-fermioni

Bosonii sunt “particule” care pot fi suprapuse în același spațiu fără a-și pierde identitatea, în același mod în care poți suprapune undele sau valurile într-un lac. Fermionii sunt “particule” care ocupă spațiu și nu poți să suprapui mai multe în exact același loc (bine, Bose Einstein condensate este un caz limită în care la 0 grade Kelvin materia obișnuită se comportă ca o undă, dar asta e altă poveste).

Ei bine, revenind la beta decay, cum poți obține în mod magic electroni din neutroni, când neutronii sunt compuși din orice altceva în afara electronilor? Ei bine, quantum field theory, care zice că aceste particule sunt, de fapt, unde sau vibrații ale câmpurilor, poate explica de ce poți obține unde de o anumită natură din unde de altă natură.

Dacă urmărești modul în care se propagă undele poți observa că acestea se pot amplifica, intersecta, anula, compune și descompune.

Așadar, în felul acesta poți explica de ce apar în mod magic alte particule în urma unor procese ca radioactivitatea ori coliziunile la viteze înalte de la LHC.

Care e treaba cu câmpurile astea? Ei bine, conform teoriei ai câmpuri corespunzătoare fiecărei particule, câmpuri care sunt peste tot. Numai când se întrunesc condițiile necesare vibrațiile în aceste câmpuri dau naștere unor particule pe care le știm.

E nițel cam greu de înțeles asta, dar voi reveni cu alte articole pe măsură ce învăț mai multe și intru și în detaliile matematice. Până atunci, urmărește filmul de mai sus și pune cât de multe întrebări poți în secțiunea de comentarii.

Categories
Stiinta

Mecanica cuantică și aiuriții


Când iei un om de știință calificat în folosirea celulelor stem și îl lași să își dea cu părerea despre mecanica cuantică ies aberații precum biocentrismul, o așa-zisă teorie a orice, lăudată mult de amețiții de la Daily Mail, care nu au avut nici un interes în a testa competențele lui Robert Lanza în materie de fizica particulelor și mecanică cuantică.

Din fericire, profesorul Phil Moriarty, de la Universitatea din Nottingham, Anglia, a făcut puțină lumină și dă vina pe fizicieni pentru că folosesc termeni găsiți în vocabularul uzual pentru a explica fenomene complet noi, greu de imaginat sau explicat unui om obișnuit.

Phil Moriarty explică faptul că una dintre propietățile electronului, spinul, nu are nimic de-a face cu rotația (spin), ci că este mai mult o proprietate total nouă, diferită, specifică electronului și particulelor subatomice, pe cum este sarcina electrică. Folosirea culorii sau savorii pentru definirea tipului unor particule subatomice de tipul quarkilor dă naștere, din nou, unor confuzii și interpretări.

Tocmai de aceea, la un moment dat, unii oameni, precum Robert Lanza, se pot trezi că folosesc definiții și termeni din mecanica cuantică pentru a ajunge la concluzii precum: universul este o emanație a conștiinței noastre sau că mecanica cuantică demonstrează clar că este viață după moarte.

Lanza, al nostru, bate câmpii sănătos. Poți vedea aceasta prin concluziile false pe care le trage sau prin faptul că informațiile pe care le transmite sunt false. Iată una dintre frazele pe care le poți citi pe site-ul despre biocentrism:

“If the earth were really round,” it was argued, “Then the people at the bottom would fall off.” For most humans of the 15th century, the notion of Earth as ball of rock was nonsense.

E o mică problemă aici: se știe de mai bine de 2000 de ani că Pământul este rotund iar Cristofor Columb, știind acest lucru, a căutat să găsească un drum direct către Indii mergând în partea opusă, spre Vest. Fernando Magellan a fost apoi primul care, în secolul al XVI – lea, a făcut înconjurul Pâmântului (aproape).

Află mai multe informații de pe TehGeektive: dovezi că Pământul este rotund.

Dacă Lanza începe teoria lui cu fapte prea puțin cercetate, gândește-te cât de mult trebuie să crezi în biocentrismul lui.

Revenind la mecanica cuantică, profesorul Phil Moriarty explică ce este quantum entanglement și de ce Lanza a înțeles greșit fenomenul folosiind apoi argumentația greșită pentru a-și susține teoria.

Quantum entanglement este un fenomen prin care două particule puse în contact direct și condiționate într-un anume fel pot comunica între ele instantaneu. După ce le-ai pus în contact și le-ai mutat în două colțuri opuse din Univers, orice acțiune faci asupra primei particule se transmite instantaneu asupra celei de-a doua.

Lanza a înțeles că acest lcuru este valabil pentru toate particulele, chiar și cele care nu au fost condiționate special în laborator pentru asta, dar și la nivel macroscopic și a sărit la concluzia că Universul este o emanație a conștiinței noastre. Felicitări pentru o idee radical de proastă.

Mă bucur că sixty Symbols s-a sesizat și a făcut filmul explicativ de mai sus.

Categories
Stiinta Tehnologie

Teoretic: printr-un fir de fibră optică pot trece 1000 TB/s


Datorită mecanicii cuantice se poate calcula lățimea de bandă maximă printr-un fir de fibră optică ori, altfel spus, cât de multe date pot trece prin acea fibră optică într-o secundă. Profesorul Mike Merrifield de la Universitatea din Nottingham, Anglia, explică foarte simplu niște concepte greu de înțeles care ne arată de ce există această limită: nu se poate trece peste 1000TB/s pentru că paleta de frecvențe ale luminii devine așa de mare încât acea lumină (undă electromagnetică) nu mai poate fi cuprinsă în fibra optică.

Categories
Tehnologie

Cum funcționează un computer cuantic și ce sunt qubiții?


Un calculator cuantic se folosește de mecanica cuantică pentru a rezolva probleme specifice, cum ar fi decriptarea unor chei de criptare folosite în comunicarea securizată (SSL) pe internet prin protocolul HTTPS.

Decriptarea cheilor folosite în comunicarea sigură este foarte dificilă, durând de la zile pentru chei de 128 de biți, până la 3 luni pentru chei de 768 biți (pdf– vezi la Concluzii), folosindu-se circa 100 000 de computere în tandem, sau până la 4,294,967,296 x 1.5 milioane de ani pentru chei de 2048 de biți.