Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: proton

Ciemno to widzę

Dzisiaj nad ranem agencje prasowe podały smutną wiadomość. W wieku 88 lat, z powodów naturalnych, zmarła Vera Rubin. Amerykańska astrofizyk, odkrywczyni ciemnej materii. Tej jest znacznie więcej niż materii, która nas buduje. Czym jest? Ciemna materia to jedna z największych zagadek współczesnej nauki.

Dzisiaj nad ranem agencje prasowe podały smutną wiadomość. W wieku 88 lat, z powodów naturalnych, zmarła Vera Rubin. Amerykańska astrofizyk, odkrywczyni ciemnej materii. Tej jest znacznie więcej niż materii, która nas buduje. Czym jest? Ciemna materia to jedna z największych zagadek współczesnej nauki.

 

Gdyby zważyć cały wszechświat, wszystkie gwiazdy, planety, mgławice, komety, asteroidy,… wszystkie te obiekty stanowiłyby zaledwie kilka procent masy całości. Większość, przeważającą większość stanowiłaby nieznana forma materii i jeszcze bardziej tajemnicza forma energii.

Uparta dziewczyna

Co takiego może być tajemniczego w materii? Cóż, problem polega na tym, że my nie mamy pojęcia czy ciemna materia wygląda tak jak nasza, czy jest zbudowana tak jak nasza. Więcej, nie wiemy czy obowiązują ją te same prawa przyrody co materię naszą. Naszą czyli tą, z której jesteśmy zbudowani my i wszystko co nas otacza. Patrząc w niebo, nawet jeżeli używamy największych teleskopów nie widzimy ciemnej materii. Skąd zatem wiemy, że ona w ogóle istnieje? Z odpowiedzią na to pytanie wiąże się historia pewnej upartej młodej naukowiec.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

W 1970 roku młoda doktorantka jednego z amerykańskich uniwersytetów, Vera Rubin, postanowiła zmierzyć prędkość gwiazd w standardowej galaktyce spiralnej. Badania nie zapowiadały się ciekawie, bo wiedza o tym, że gwiazdy w galaktyce spiralnej poruszają się jak woda w wirze, była wtedy powszechna. Uważano, że te gwiazdy, które znajdują się dalej od centrum galaktyki powinny poruszać się wolniej, niż gwiazdy, które znajdują się bliżej jej środka. Verze odradzano zajmowanie się tym tematem.

q-100No bo w końcu po co robić pomiary, skoro wiadomo jaki będzie ich wynik? Vera uparła się jednak, że chce swoje obserwacje przeprowadzić. I odkryła… że niezależnie od odległości od centrum galaktyki, gwiazdy mają taką samą prędkość. Ta jedna obserwacja zburzyła fundament na którym stała wiedza o galaktykach. Od teraz nic się nie zgadzało. Takie galaktyki nie miały prawa istnieć. A przecież istniały. Jeżeli ktokolwiek miał wątpliwość, mógł spojrzeć przez teleskop. Próba wyjaśnienia tego fenomenu była jeszcze bardziej zaskakująca niż samo odkrycie.  Nikt – z Verą Rubin włącznie – nie miał wątpliwości, że za ruch gwiazd w galaktyce odpowiedzialna jest grawitacja. Problem polegał na tym, że jej źródło głównie znajduje się w centrum galaktyki. Tak przynajmniej myślano. Tymczasem Vera Rubin uznała, że centrum galaktyki wcale nie musi być jedynym miejscem silnie przyciągającym gwiazdy. Uznała, że pomiędzy gwiazdami musi być jakaś masa dodatkowa, taka, która nie świeci (i jej nie widać). To ona jest źródłem siły grawitacyjnej, która powoduje, że wszystkie gwiazdy w galaktyce mają taką samą prędkość. Jak taką masę sobie wyobrazić? Może jako chmurę niewidocznej dla nas materii w której galaktyka jest zanurzona? Może gwiazdy na tej chmurze się unoszą tak jak oka tłuszczu unoszą się na powierzchni rosołu?

Coś się odkleiło

Potem zaczęto się przyglądać innym galaktykom, gromadom galaktyk i jeszcze większym strukturom. Wszędzie widziano efekt działania ogromnej siły grawitacji. Tyle tylko, że źródła tej siły, czyli samej masy nigdzie nie dostrzeżono. Szybko policzono, że gdyby nie ciemna materia, galaktyki rozsypałyby się. Siła grawitacji jest za mała by duże kosmiczne struktury utrzymywać w porządku, potrzeba kleju, czegoś co to wszystko scala. No i to jest największa tajemnica, czym ten klej jest? Jak wygląda, co jest jego źródłem? I czy stosuje się do praw natury, które obowiązują w naszym świecie?

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Co do tego można mieć wątpliwości po ostatnich obserwacjach zespołu naukowców z największych na świecie ośrodków, w tym NASA, ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) oraz kilku amerykańskich uniwersytetów. Korzystając z danych obserwacyjnych teleskopu kosmicznego Hubble’a oraz teleskopu VLT należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego, udało się sfotografować zderzenie czterech galaktyk wchodzących w skład gromady galaktyk Abell 3827. Dokładna obserwacja ruchu gwiazd wchodzących w skład tych galaktyk, dokładna obserwacja biegu promieni światła pozwoliła astronomom stwierdzić, że ciemna materia oderwała się od jednej ze zderzających się galaktyk. Brzmi co najmniej abstrakcyjnie, ale tak rzeczywiście jest. Za jedną z galaktyk, w odległości kilku tysięcy lat świetlnych ciągnie się obłok czegoś, czego co prawda nie widać, ale co wpływa grawitacyjnie na całe otoczenie. Tego „czegoś” nie powinno tam być! To „coś”, czyli ciemna materia, powinno być we wnętrzu galaktyki, pomiędzy gwiazdami, które galaktykę tworzą. Co takiego się stało, że materia „zwykła” i ciemna, w tym konkretnym przypadku odłączyły się od siebie? Na to pytanie nie ma dzisiaj odpowiedzi, trudno też powiedzieć czy takie sytuacje zdarzają się często. Ta jest pierwszą tego typu. Choć szczerze mówiąc, o niczym nie musi to świadczyć, nie jesteśmy zbyt dobrze w obserwowaniu czegoś… czego nie widać.

Pajęczyna

Jednym z pomysłów na wyjaśnienie zaobserwowanego zjawiska jest to, że ciemna materia nie stosuje się do praw, które nas obowiązują, że grawitacja działa na nią inaczej niż na obiekty „zwykłej” materii. Na razie, to zwykłe gdybanie. Ale to nie znaczy, że kosmolodzy i astrofizycy nie próbują ciemnej materii złapać. Jednym ze sposobów na jej poznanie jest tworzenie map jej rozmieszczenia. To bardzo trudna sztuka, ale czasami się udaje. Takie mapy tworzy się po to, by znaleźć klucz, by zobaczyć gdzie ciemna materia szczególnie chętnie się grupuje. To może pomóc w określeniu jej właściwości.

seqD_063Takie trójwymiarowe  mapy różnych części kosmosu powstają od wielu lat. Właśnie opublikowano kolejną, dokładniejszą niż poprzednie. Pracował nad nią zespół trzystu naukowców z całego świata. I została zaprezentowana podczas ostatniego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Baltimore. Mapa jest dość spora, zawiera miliardy gwiazd i obejmuje całe… cztery dziesiąte procent nieba. Co ciekawe, na wielu mapach nieba, na których zaznacza się występowanie ciemnej materii, jest ona uformowana w postaci włókien. Po raz pierwszy udało się to zauważyć kilka lat temu, gdy dzięki użyciu Obserwatorium Kecka na Hawajach astrofizycy obserwowali kwazar UM287. Wyniki ich prac były opublikowane w Nature. Kwazar o którym mowa oddalony jest od Ziemi o około 10 miliardów lat świetlnych. Kwazary przypominają gwiazdy, ale w rzeczywistości są bardzo aktywnymi galaktykami, które „wyrzucają” w przestrzeń ogromne ilości energii. Badacze wykorzystali to promieniowanie tak, jak wykorzystuje się światło latarki, wchodząc do ciemnego pokoju. Światło kwazaru UM287 padało na ogromną, mającą średnicę dwóch milionów lat świetlnych chmurę gazu. Ile to jest 2 miliony lat świetlnych? Trudno to sobie wyobrazić. Układ Słoneczny ma średnicę około 30 dni świetlnych, a cała Galaktyka Drogi Mlecznej nieco ponad 100 tys. lat świetlnych. Oświetlana przez kwazar chmura pyłu była więc 20 razy większa od naszej galaktyki.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Wracając jednak do ciemnej materii. Astronomowie analizując rozchodzenie się światła w tej chmurze, zauważyli, że materia nie jest w niej równomiernie rozłożona, że tworzy coś w rodzaju włókien. Podali hipotezę, że to włókna ciemnej materii. Obserwacja jest w zgodzie z modelami teoretycznymi, które mówią, że ciemna materia nie jest posklejana jak materia widzialna w obiekty takie jak np. planety czy gwiazdy, czyli w struktury kuliste. Przypomina raczej pajęczynę na której „utkany” jest cały wszechświat. Kawałek tej pajęczyny właśnie zauważono. Nigdy wcześniej nie widziano bezpośrednio takich włókien.

Przegrana grawitacja

Ciemna materia – zdaniem astronomów – ma w odpowiadać za kształt dużych obiektów, takich jak np. galaktyki czy ogromne chmury gazu i materii. Trudno powiedzieć, czy może budować całe (ciemne) galaktyki. Pewne jednak jest, że wszechświat składa się z ciemnej materii w około 24 proc. Materia widzialna, taka z której i my jesteśmy zbudowani tworzy go w około 4 procentach. Razem 28 proc. Gdzie jest reszta? Czym jest reszta? I to jest chyba największa zagadka kosmologii. 72 proc. wszechświata to ciemna energia. Nie wiadomo czym jest, nie wiadomo gdzie jest. Być może wszędzie dookoła, być może jest gdzieś skupiona. Wydaje się, że na małych odległościach nie widać efektów jej działania. Być może są one tak ulotne, że nie potrafimy ich zarejestrować. Gdy jednak spojrzeć na kosmos w dużej skali, skali nawet nie galaktyk, tylko gromad galaktyk czy supergromad… Galaktyki oddalają się od siebie. Czym dalej są, tym szybciej się oddalają. Dlaczego tak się dzieje? Dlaczego grawitacja, przyciąganie, nie powoduje, że zaczną się do siebie przybliżać? Dzisiaj uważa się, że to właśnie ciemna energia powoduje puchnięcie wszechświata. A to znaczy, że w pewnym sensie działa przeciwko grawitacji. Ta ostatnia na małych dystansach tą walkę wygrywa. Ale w dużych skalach, to ciemna energia króluje.

Wszechświat jest fascynujący! I wciąż tajemniczy.

Tomasz Rożek

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Brak komentarzy do Ciemno to widzę

Świat między 44 zerami

W 2013 roku, na maturze z języka polskiego, uczniowie analizowali wstęp do mojej książki „Nauka po prostu. Wywiady z wybitnymi”. Rozwiązałem test maturalny stworzony do mojego tekstu i zdobyłem… około 70 proc. punktów. Dlaczego nie 100 proc? Części pytań nie zrozumiałem, część moich odpowiedzi nie trafiła w klucz. W skrócie z tekstu który sam zrozumiałem rozumiem ok. 70 proc. Nie świadczy to chyba o mnie najlepiej. Dzisiaj – nie tylko maturzystom – ten tekst przypominam.

W 2013 roku, na maturze z języka polskiego, uczniowie analizowali wstęp do mojej książki  „Nauka po prostu. Wywiady z wybitnymi”. Rozwiązałem test maturalny stworzony do mojego tekstu i zdobyłem… około 70 proc. punktów. Dlaczego nie 100 proc? Części pytań nie zrozumiałem, część moich odpowiedzi nie trafiła w klucz. W skrócie z tekstu który sam zrozumiałem rozumiem ok. 70 proc. Nie świadczy to chyba o mnie najlepiej. Dzisiaj – nie tylko maturzystom – ten tekst przypominam.

**************

Świat między 44 zerami

Widzialny Wszechświat ma rozmiar kilkunastu miliardów lat świetlnych. To około 1026 (1 z 26 zerami) metra. Z kolei najmniejsze struktury, których istnienia jesteśmy pewni, to budujące między innymi protony i neutrony kwarki. Mają rozmiar kilku attometrów, czyli 10-18 metra. Najmniejsze i największe obserwowane przez człowieka obiekty dzielą od siebie aż 44 rzędy wielkości! Kwarki są o 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 razy mniejsze od największego obiektu dociekań naukowców. Nasz świat mieści się w tych 44 zerach. Są w nim cząstki elementarne, żywe organizmy i ich DNA, Ziemia i inne planety. Są gwiazdy, galaktyki i gromady galaktyk. A gdzieś w środku jest człowiek. Jedyna znana istota, która chce wiedzieć i chce to wszystko zrozumieć.

Świat, ten zamknięty „między 44 zerami”, jest skonstruowany według uniwersalnych reguł. Człowiek ich nie tworzy, najwyżej odkrywa i nazywa. Na razie znamy je wycinkowo, choć chcielibyśmy oczywiście ogarniać w całości. Marzy nam się też, by w pełni je wykorzystywać. Nanotechnolodzy chcieliby tworzyć komputery oparte na węglu i projektować cząsteczki leków atom po atomie. Na razie jednak nie wiedzą jak. Biotechnolodzy chcą nadawać żywym organizmom dowolne cechy, chcą hodować tkanki, a może nawet całe organy, z jednej tylko komórki. Inni chcą poznać tajemnice mózgu (by skuteczniej się z nim komunikować), początków materii (by znaleźć źródło niewyczerpywalnej energii) czy klimatu (by zapobiegać ekstremalnym zjawiskom pogodowym).

Odkrywamy coraz więcej i nieustannie jesteśmy zaskakiwani złożonością świata, w którym żyjemy. Odkrywamy coraz więcej, a ciągle tyle pozostaje do poznania i zrozumienia. Horyzont poznania wcale się nie przybliża, gorzej … można odnieść wrażenie, że się oddala.  Nie przeszkadza nam to jednak marzyć.

Świat przyszłości, świat czasów, w których jeżeli wszystkie reguły zostaną poznane (czy to w ogóle kiedykolwiek nastąpi?), będzie światem dostosowanym przez człowieka do człowieka – tylko czy w ostatecznym rachunku dla człowieka. To wizja bardzo odległa, ale przecież zmierzamy ku niej od zawsze. Zaglądamy za horyzont zdarzeń w poszukiwaniu mechanizmów, które za tym wszystkim stoją, bo chcemy je wykorzystywać po swojemu, albo inaczej, na swój użytek. Coraz częściej zresztą nam się to udaje. Tymi mechanizmami, trybami i zębatkami są naukowe prawa przyrody. Nauczyliśmy się kontrolować reakcje jądrowe i dlatego potrafimy korzystać z energii atomowej. Wybudowaliśmy urządzenia, które odczytują niektóre intencje mózgu i dlatego możemy pomagać osobom niepełnosprawnym. W końcu dzięki poznaniu właściwości materii w skali mikro budujemy komputery, a zrozumienie sposobu zapisu informacji w naszym DNA już niedługo zaowocuje terapiami genowymi. To wszystko, te niewątpliwe osiągnięcia ludzkiego intelektu, nie zmieniają jednak faktu, że do poznania wszystkich reguł rządzących przyrodą (a może jest tylko jedna reguła uniwersalna, która stosuje się do wszystkiego?) sporo nam jeszcze brakuje. Czy w związku z tym warto zaprzątać sobie głowę refleksją nad przyszłością? Nad kierunkiem i tempem rozwoju nauki? Może lepiej upajać się wizją świata ułożonego, oswojonego, dostosowanego? Wizją świata przyszłości. Powód jest – jak sądzę – jeden. Uczymy się przez eksperyment. Rozwój sam się nie dzieje, a bez prób i bez błędów nie ma postępu. No właśnie – błędów. O te najłatwiej w pośpiechu. Świat rozwija się dzisiaj szybciej niż kiedykolwiek wcześniej, szybciej niż refleksja nad nim. Nie ma tygodnia bez spektakularnego odkrycia, bez przesunięcia granicy poznania. Wszystko dzieje się tak szybko, że słowo drukowane już dawno przestało nadążać. Wypiera je słowo wyświetlane na ekranie. Już nawet nie komputera stojącego na biurku, ale coraz częściej telefonu komórkowego, albo czegoś co telefonem jest tylko przy okazji.

Nasz świat jest pędzącym pociągiem, w którym siedzimy i patrzymy za okno. Wszystko jest zamazane. Nie widać szczegółów, nie ma czasu na analizę detali. Pędzimy do przodu. To wspaniałe… ale trzeba uważać. W przeszłości na przykład w czasie wojen i rewolucji zdarzało się, że gdy historia przyspieszała brakowało czasu na refleksję. Rzeczy działy się tak szybko, że konsekwencje czynów i decyzji czasami uświadamiano sobie zbyt późno. Wchodząc więc w erę „nano” czy „cyber” warto byłoby zdawać sobie sprawę ze wszystkich ewentualnych konsekwencji. Dopiero ta wiedza pozwala na w pełni świadome funkcjonowanie w dzisiejszym świecie. Skąd ją czerpać? Najlepiej u źródła.

Na początku XXI wieku żyjemy w świecie nieustannie kształtowanym, wręcz kreowanym przez naukę i technologię. W każdej epoce życie jednostki w jakimś stopniu zależało od postępu cywilizacji, ale nigdy nie zależało aż tak bardzo jak obecnie. Miasto bez prądu czy komunikacja bez Internetu nie istnieją. Nie potrafimy żyć bez prądu, Internetu, telefonu komórkowego i komputera. I nie chodzi o naszą wygodę czy przyzwyczajenia, ale o przetrwanie. Bez sieci komputerowej i komórkowej nie działają systemy sterujące pracą elektrowni, oczyszczalni ścieków, uzdatniania wody czy komunikacji (metro, tramwaje, koleje). Niedługo nie będzie istniała elektronika bez nanotechnologii i medycyna bez biotechnologii, a może nawet cybernetyki. Coraz częściej osobom chorym i niepełnosprawnym pomaga się wszczepiając zaawansowane technologiczne implanty i protezy. Niektórym to ratuje życie, innym ułatwia i czyni znośniejszym. Ale wszystkich w pewnym sensie uzależnia od technologii.

Być może z powodu wspomnianego uzależnienia naszego świata od osiągnięć naukowych, może dosłownego rozumienia słowa „demokracja”, a może z powodu asekuranckiej postawy polityków, coraz częściej od nie-specjalistów wymaga się zajmowania stanowiska w sprawach bezpośrednio związanych z nauką. Nigdy wcześniej tak nie było. W niektórych krajach to w referendach ważą się losy biotechnologii i energetyki. W innych pyta się obywateli o status ludzkiego embriona albo o moment, w którym można przerwać ludzkie życie. Tam gdzie formalnie plebiscytu nie ma, rządzący i tak przed podjęciem jakiejkolwiek decyzji przyglądają się słupkom sondaży. Zdanie naukowców, specjalistów zdaje się mieć mniejszą wartość niż opinie elektoratu, często manipulowanego przez sprawnych lobbystów.

W interesie wszystkich jest, by każdy obywatel, a nie tylko osoba z wykształceniem kierunkowym, mógł zabrać świadomy głos w toczących się dzisiaj na wielu frontach debatach z naukowym tłem. Gdy w każdych kolejnych wyborach frekwencja jest coraz niższa, mówi się o zagrożeniu demokracji. Zagrożeniem jest także to, że tak niewiele osób zdaje sobie sprawę z kierunków naszego rozwoju, z szans jakie przed nami stoją i z zagrożeń z nimi związanych. Jeden z moich rozmówców stwierdził, że naukowcy powinni uprawiać naukę, politycy powinni na nią dawać pieniądze, a społeczeństwo powinno kontrolować i jednych i drugich.  Gdy rządzący przed wieloma laty Niemcami kanclerz Gerhard Schroeder poszukiwał oszczędności i chciał obciąć nakłady na naukę, został powszechnie skrytykowany. W mediach pojawiały się nawet sondaże społeczne, z których wynikało, że Niemcy nie chcą w ten sposób oszczędzać. Nasi sąsiedzi zdają sobie po prostu sprawę z tego, że inwestowanie w naukę oznacza rozwój. Społeczeństwo może pośrednio – przez wybieranych polityków – wpływać na kierunek rozwoju nauki. O ile ma wiedzę, która umożliwia podjęcie świadomej decyzji. U nas nakłady na naukę czy nowe technologie nigdy nie były tematem debaty publicznej. Ani w czasie kampanii wyborczych, ani poza nimi. Dlaczego tak się dzieje? W powszechnym odczuciu polski naukowiec to ktoś zamknięty w hermetycznym laboratorium. Ktoś całkowicie oderwany od dnia codziennego. Przyjęło się u nas myśleć, że nauka ma swego rodzaju autonomię, jest niezależna od rzeczywistości. Niestety niebezpieczną konsekwencją takiej opinii jest przekonanie, że uprawianie nauki to sztuka dla sztuki. Trudno sobie wyobrazić większy absurd. Życie nie biegnie innym torem niż najnowsze osiągnięcia i technologie. Przeciwnie. Te obydwie dziedziny są ze sobą ściśle związane. Ale – i znowu wracamy do tego samego – skąd mamy o tym wiedzieć? Jak mamy wpływać na szybkość i kierunek zmian, skoro nie mamy o nich większego pojęcia? Warto wiedzieć więcej. I warto zajrzeć do źródeł.

Tomasz Rożek

 

Brak komentarzy do Świat między 44 zerami

Wszechświaty równoległe?

Pracujący w Kalifornii astrofizyk, analizując mapę mikrofalowego promieniowania tła zauważył na niej dziwne struktury. Naukowiec uważa, że to światło które pochodzi z wszechświatów równoległych.

Pracujący w Kalifornii astrofizyk, Ranga-Ram Chary, analizując mapę mikrofalowego promieniowania tła zauważył na niej dziwne struktury. Tam gdzie na mapie miało być ciemno, pojawiały się jasne plamy. Naukowiec uważa, że najbardziej prawdopodobnym wytłumaczeniem jest to, że światło które widzi pochodzi z wszechświatów równoległych.

Czy to możliwe? Tak. Żadna teoria nie zabrania istnienia wszechświatów równoległych do naszego. Nie zabrania także istnienia wszechświatów starszych od tego w którym my żyjemy. Tyle tylko, że to nie jest żaden dowód za tym, że takie światy rzeczywiście istnieją.

Czym jest mikrofalowe promieniowanie tła, zwane inaczej promieniowaniem reliktowym? To echo Wielkiego Wybuchu. Brzmi abstrakcyjnie. Około 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, a więc w bardzo BARDZO wczesnej fazie rozwoju naszego wszechświata, temperatura materii obniżyła się do około 3000 Kelwinów a to spowodowało, że zupa materii i energii (a tym właśnie był wczesny wszechświat) zaczęła się rozdzielać. Fotony oddzieliły się od materii, a ta zaczęła się skupiać w pragalaktyki. Od tego czasu te pierwotne fotony przemierzają wszechświat we wszystkich kierunkach, a my dzięki temu jesteśmy w stanie zobaczyć, jak ten wczesny wszechświat wyglądał. Na mapie mikrofalowego promieniowania tła widać bowiem mniejsze i większe skupiska materii. To są miejsca w których zaczęły powstawać galaktyki i ich gromady. Promieniowania reliktowego jest bardzo mało (w każdym centymetrze sześciennym świata jest około 300 tworzących go fotonów), ale za to jest ono wszędzie. Otacza nas ze wszystkich stron. W skrócie mówiąc to promieniowanie to nic innego jak resztki światła, które emitował rozgrzany i potwornie ściśnięty młody wszechświat. Tak jak żarzące się włókno żarówki czy rozgrzany do czerwoności rozpalony w ogniu metalowy pręt. Poświata Wielkiego Wybuchu wydostała się z gorącej zupy materii dopiero, gdy zaczął się z niej formować przezroczysty gaz atomów. Szacuje się, że było to ok. 380 tyś lat po Wielkim Wybuchu.

A wracając do wszechświatów równoległych. Ich istnienia nie możemy wykluczyć, ani potwierdzić. Przynajmniej na razie. Tajemnicze plamy o których wspomniałem wcześniej nie są żadnym dowodem. W najlepszym wypadku będą argumentem za tym, by jeszcze raz, jeszcze dokładniej przeanalizować wyniki badań, które przeprowadza się nieustannie od kilkudziesięciu lat. Zdaniem naukowca, który zauważył tajemnicze plamy, są to ślady materii, która pochodzi z innego świata, na dodatek takiego w którym mają obowiązywać inne niż u nas prawa fizyki. To ostatnie stwierdzenie jest – delikatnie mówiąc – słabo udokumentowane. Badacza poniosła chyba fantazja. Dobrze jest pamiętać, że w XXI wieku nie jesteśmy w stanie powiedzieć z czego zbudowane jest ponad 90 proc. Naszego własnego wszechświata. Ciemna energia i ciemna materia to ogromne znaki zapytania dla kosmologów. Zanim więc zaczniemy dowodzić istnienia innych wszechświatów, będzie trzeba rozwikłać zagadkę tego w którym my żyjemy.

>>> Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

3 komentarze do Wszechświaty równoległe?

Teleportuj się !!!

Powiem szczerze: bałbym się teleportacji, skoro mamy kłopot z tradycyjnymi środkami transportu. A tymczasem naukowcom udała się teleportacja na odległość 25 km!

Może więc i dobrze, że teleportacja ludzi jest (na razie) niemożliwa. O co w ogóle chodzi? Teleportacja to przenoszenie obiektów z miejsca na miejsce, ale – jak mówią fizycy – bez zachowania ciągłości istnienia. Brzmi nie najlepiej, ale w największym skrócie polega na tym, że obiekt w jednym miejscu znika, a w drugim się pojawia.

Mielonka

Teleportacja jest dość popularna np. w filmach science fiction. Szczególnie w tych, których akcja dzieje się w przestrzeni kosmicznej. To jeden z dwóch sposobów radzenia sobie z ogromnymi odległościami, jakie w kosmosie są faktem. Nie chcąc narażać się na śmieszność, trzeba znaleźć w miarę prawdopodobny sposób szybkiego przemieszczania się. Jednym ze sposobów radzenia sobie z tym kłopotem jest zamontowanie w statkach kosmicznych napędów nadświetlnych, czyli takich, które rozpędzają obiekt do prędkości wyższej niż prędkość światła. Drugim ze sposobów jest teleportowanie. Napędów nadświetlnych nie ma i nie wiem, czy kiedykolwiek będą. Jeżeli zaś chodzi o teleportację, to problemu nie ma. Naukowcy potrafią teleportować… choć na razie nie ludzi. Na razie nie mamy ani urządzenia, ani nawet pomysłu, jak powinno wyglądać urządzenie do teleportowania większych i bardziej złożonych obiektów. Pisząc „większych i bardziej złożonych”, nie mam na myśli słonia afrykańskiego czy fortepianu. Mam na myśli większe atomy, nie mówiąc już nawet o najprostszej cząsteczce chemicznej.

Problemy z teleportowaniem przewidzieli także futurolodzy. Od czasu do czasu także w produkcjach science fiction nielubiany bohater korzystał z uszkodzonego „portalu” i w efekcie pojawiał się „po drugiej stronie” w kawałkach albo w formie przypominającej – brutalnie mówiąc – mielonkę. I także tutaj scenarzyści mieli nosa i nie bardzo minęli się z prawdą. Z definicji przy przesyłaniu cech zwanych stanami kwantowymi cząstki A do oddalonej cząstki B, niszczony jest stan kwantowy A. Trochę to skomplikowane, ale w zasadzie da się prosto wytłumaczyć. Nie może być tak, że teleportacja polega na skopiowaniu obiektu. Wtedy istniałyby dwa takie same obiekty. Teleportacja polega na „sczytaniu” obiektu A i przesłaniu w oddalone miejsce. Ale w czasie tego przesyłania obiekt A przestaje istnieć („znika”). Gdy przychodzi do jego odtworzenia, a coś pójdzie nie tak jak trzeba, wychodzi… w największym skrócie mielonka.

W czym jest problem?

Dzisiaj nikt ludzi oczywiście nie próbuje teleportować. Poza zasięgiem naukowców jest nawet teleportacja najprostszych cząsteczek. Nawet tak prostych jak chociażby trzyatomowa cząsteczka wody. Więcej, dzisiejsza technika nie pozwala teleportować nawet pojedynczego atomu, o ile mówimy o większym atomie, np. uranu, który składa się z kilkuset protonów, neutronów i elektronów. Jak to wygląda w praktyce? Każda cząstka ma tzw. stany kwantowe, czyli swoją specyfikę. Cząstki różnią się od siebie właśnie stanami kwantowymi, tak jak obiekty makroskopowe różnią się od siebie np. kolorem, zapachem, smakiem czy fakturą. Teleportacja polega na odczytaniu tych „cech”, przesłaniu ich w nowe miejsce i tam nadaniu ich innej cząstce. Przy okazji niszczy się stany kwantowe cząstki pierwotnej, stąd nie ma mowy o kopiowaniu czegokolwiek, tylko rzeczywiście o przesyłaniu.

Skoro to takie proste, w czym problem, żeby teleportować duże obiekty? Nie da się przesłać takich cech jak kolor, kształt, smak czy zapach po to, by w drugim teleporcie je odtworzyć… Te wspomniane cechy makroskopowe są wypadkową stanów kwantowych miliardów, bilionów cząstek, z których duże obiekty się składają. Problem teleportowania dużych czy większych od pojedynczych cząstek obiektów jest więc problemem skali. Na razie ledwo radzimy sobie ze stanami kwantowymi maleńkich obiektów, ale przyjdzie czas na te większe. I może wtedy pojawi się problem, czy da się teleportować wiedzę, czy da się teleportować duszę…

Wróćmy jednak na Ziemię (albo ziemię). Pierwszą teleportację kwantową przeprowadzono w 1997 r., ale już 7 lat później zespół badaczy z USA i Austrii opublikował dane, z których wynikało, że teleportowano najmniejszy atom, czyli wodór. Tym razem w piśmie „Nature Photonics” ukazała się publikacja, z której wynika, że dzięki badaczom z Uniwersytetu w Genewie, należącego do NASA Jet Propulsion Laboratory, oraz z National Institute of Standards and Technology w USA, udało się teleportować cząstkę na rekordową odległość 25 kilometrów. Informacja o stanach kwantowych została przesłana światłowodem, ale w przyszłości być może uda się ją przesłać falami radiowymi albo promieniem lasera. Tylko 25 kilometrów? Tak, wiem, wiem. W ten sposób na Księżyc czy Marsa się nie dostaniemy, ale od czegoś trzeba zacząć

Tekst ukazał się w tygodniku Gość Niedzielny

1 komentarz do Teleportuj się !!!

Jesteśmy dziećmi gwiazd

My i całe nasze otoczenie, jesteśmy zbudowani z atomów różnych pierwiastków. Te pierwiastki – w przeważającej części – powstały we wnętrzu gwiazdy, która w naszej okolicy wszechświata kiedyś świeciła. Innymi słowy, jesteśmy zbudowani z popiołów gwiazd.

Najlżejsze atomy powstały zaraz po Wielkim Wybuchu. Te cięższe, powstają cały czas we wnętrzach świecących gwiazd. Atomy najcięższe powstają w czasie śmierci dużych słońc.

Na początku był…

Wielki Wybuch. To początek wszystkiego co fizyczne. Materii, czasu i przestrzeni. Nie ma sensu rozważać gdzie miał miejsce. Zdarzył się wszędzie równocześnie. Wtedy cała przestrzeń skupiona była w jednym punkcie, nie było nic na zewnątrz, nie było nic poza. Od tego momentu zaczął się także liczyć czas. Nie ma sensu rozważanie co było przed Wielkim Wybuchem, bo nie istniało … przed. Już kilkadziesiąt sekund po Wielkim Wybuchu z kwarków powstały protony i neutrony. Po kolejnych kilku minutach te cząstki wraz z elektronami (które nie składają się z kwarków) powstał wodór, jego cięższa odmiana – deuter oraz hel, lit i beryl. Z tej grupy najcięższy jest beryl. Składa się z 4 protonów i 5 neutronów w jądrze i 4 elektronów krążących wokoło. Powstawanie najlżejszych atomów trwało nie więcej niż kilkanaście minut. W bardzo szybko rozszerzającym się wszechświecie cięższe niż beryl pierwiastki nie miały szans powstać, bo energia za bardzo zdążyła się już rozproszyć.

Przez kolejnych kilkaset milionów lat, cała materia we wszechświecie była zbudowana z zaledwie kilku pierwiastków. Gdyby tak pozostało do dzisiaj, układ okresowy pierwiastków miałby zaledwie kilka pozycji.

I wtedy pojawiły się gwiazdy

Choć na początku swojego istnienia wszechświat był jednorodny, po jakimś czasie zaczęły w nim powstawać lokalne zagęszczenia. Te grawitacyjnie przyciągały swoje otoczenie. W środku tak zagęszczającej się materii rosło ciśnienie i temperatura. Im więcej materii się ze sobą zlepiało, tym większe ciśnienie (a więc i temperatura). Temperatura rosła aż do chwili gdy przyszła gwiazda „zapalała się”. Co to oznacza ? Gwiazdy czerpią energię z reakcji w której małe atomy łączą się w większe. Żeby jednak ta reakcja zastartowała, potrzeba bardzo wysokiej temperatury. Gdy ta została osiągnięta, gwiazda zaczynała świecić. Lekkie atomy łączyły się w cięższe, co dawało ogromną ilość energii. Ta energia daje gwiazdom życie, to dzięki niej gwiazdy świecą.

I tak, czasami przez miliardy lat lekkie atomy łączą się w gwiazdach w cięższe, te cięższe w jeszcze cięższe i jeszcze cięższe. Z wodorów powstaje hel, potem węgiel. Później tworzy się tlen, krzem, neon czy magnez. Każdy cięższy pierwiastek powstaje z połączenia się (fuzji albo inaczej syntezy) tych lżejszych. Ale we wnętrzu gwiazd nie powstają wszystkie znane z układu okresowego pierwiastki. Czym większy atom, tym więcej energii potrzeba do jego stworzenia. Ostatnim jaki może powstać we wnętrzu gwiazdy jest żelazo. Ma 26 protonów i 30 neutronów w jądrze, oraz 26 elektronów krążących wokoło. Gwiezdny piec jest za mały, by wytworzyć cokolwiek cięższego. Jak zatem powstają te naprawdę wielkie pierwiastki ?

Potrzebna jest śmierć

Duża gwiazda kończy swój żywot jako kula żelaza (żelaza, bo to ono jest najcięższym pierwiastkiem jaki może powstać w gwieździe). Ale to nie koniec życia gwiazdy. Przed nami najlepsze! Następuje największy bodaj kataklizm z jaki można sobie wyobrazić. Gwiazda wybucha jako supernowa. To dzieje się w zaledwie kilka sekund. Eksplozja jest tak duża, że zewnętrzne warstwy gwiazdy wyrzucane są w przestrzeń z prędkością rzędu dziesiątków tysięcy kilometrów na sekundę. To chwila, w której gwiazda może świecić jaśniej niż cała galaktyka w której się znajduje. Z zapisków w starych kronikach wynika, że w 1054 roku na dziennym niebie, oprócz Słońca, widoczny był efekt wybuchu jednej z supernowych. Przez 23 doby ludzie widzieli dwa „słońca”! Ten efekt równocześnie obserwowali chińscy astronomowie, arabscy mędrcy i Indianie Nimbres mieszkający na terenie obecnego Meksyku. Dzisiaj po tej supernowej został rozszerzający się obłok rozżarzonego gazu tworzący Mgławicę Kraba.

Crab_NebulaW czasie samego wybuchu energia eksplozji jest tak wielka, że dochodzi do produkcji najcięższych z występujących we wszechświecie pierwiastków. Także w tym przypadku powstają one z połączenia elementów lżejszych. To właśnie w czasie tylko niezwykle krótkich chwil powstaje np. ciężki, bo składający się aż 238 neutronów i protonów uran. Ale także ołów czy złoto. To ostatnie, choć wydobywane jest na Ziemi, powstało w czasie wybuchu gwiazdy, której teraz już nie ma. Te najcięższe pierwiastki w wyniku eksplozji zostają rozrzucone wokół eksplodującej gwiazdy. Wokół w kosmicznej skali. Wspomniana Mgławica Kraba ma średnicę około 11 lat świetlnych ( 100 bilionów kilometrów) i co sekundę powiększa się o 1500 kilometrów.

Człowiek, ale także wszystko to co wokoło widzimy zbudowane jest z cegiełek – dosłownie – wypalonych we wnętrzu gwiezdnego pieca. Te cięższe budujące nas elementy nie zaistniałyby gdyby nie dochodziło do gwałtownego i widowiskowego wybuchu gwiazdy supernowej. Jesteśmy – nie tylko w przenośni – dziećmi gwiazd. Korzystamy z tego co one wytworzyły, a gdy nasza dzienna gwiazda Słońce dożyje wieku sędziwego, budujące nas cegiełki na powrót zostaną rozsypane w kosmosie. Może wykorzysta je kto inny?

1 komentarz do Jesteśmy dziećmi gwiazd

Nauka w służbie sztuki [+ głos Mony Lisy]

Posłuchaj jaki głos miała Mona Lisa!

To co ukryte jest najciekawsze. Ta zasada napędza całą naukę. W tym dążeniu do odkrywania tajemnic człowiek jest tak zdeterminowany, że nie cofnie się nawet przed bombardowaniem wiekowych egipskich malowideł protonami.

Czy można usłyszeć głos namalowanej przez Leonarda Mony Lisy? Tak! To co ukryte jest najciekawsze. Ta zasada napędza całą naukę. W tym dążeniu do odkrywania tajemnic człowiek jest tak zdeterminowany, że nie cofnie się przed niczym. Nawet przed bombardowaniem wiekowych egipskich malowideł wiązką rozpędzonych protonów.

Brzmi to być może groźnie, ale groźne nie jest. W Instytucie Problemów Jądrowych im. A. Sułtana w Świerku (IPJ), pod kierunkiem profesora Andrzeja Turosa kilka lat temu badane były stary egipskie malowidła. Fizycy chcieli się dowiedzieć jak wyglądały one w czasach gdy je tworzono. O tym, że starożytni Egipcjanie mieli do perfekcji opanowaną sztukę tworzenia fresków, nie trzeba chyba nikogo przekonywać. Ściany świątyń i grobowców zdobiły i nadal zdobią niesamowite wręcz malowidła. To dzięki nim można poznać wiele faktów z życia zarówno egipskich królów, jak i egipskiej biedoty. W niektórych grobowcach zachowały się historyjki jak żywcem ściągnięte z komiksów. Np. obrazkowa rozmowa trzech rzeźników zabijających wołu.
Nie tylko skala egipskich malowideł zadziwia, ale także dbałość o ich detale, a w tym o kolory. Już wiele tysięcy lat temu egipscy malarze byli niedoścignionymi specjalistami w komponowaniu farb i barwników. Wiedzieli nie tylko z jakiej substancji jaką barwę da się uzyskać, ale także jakie związki należy ze sobą mieszać, by uzyskać oczekiwany efekt. Niektóre bardzo skomplikowane metody produkcji barwników do dzisiaj zadziwiają naukowców. Niestety wiele czynników takich jak zanieczyszczenie środowiska, zmiany wilgotności i temperatury, ale przede wszystkim czas, spowodowały, że dzisiejsze kolory malowideł mogą być bardzo dalekie od oryginału. Czy dziś, mimo upływu tysięcy lat możliwa jest rekonstrukcja oryginalnej kolorystyki egipskich fresków ?

Egypt_King's_valley2

 

 

 

 

Ozyrys i Horus z grobowca w Dolinie Królów w Egipcie

 

Naukowcy do badania egipskich próbek wykorzystują metodę PIXE (Particle Induced X-ray Emission). Polega ona na bombardowaniu interesujących fragmentów malowidła wiązką rozpędzonych protonów. Dzięki niesionej przez te cząstki energii, atomy wchodzące w skład barwnika zostają wzbudzone. Gdy powracają do stanu podstawowego emitują charakterystyczne dla każdego pierwiastka promieniowanie. Obserwując je naukowcy wiedzą jakie pierwiastki wchodzą w skład badanego barwnika. Analizując natężenie badanego promieniowania mogą też stwierdzić ile było atomów danego pierwiastka w próbce. Na podstawie informacji o składzie i proporcjach poszczególnych składników, można próbować „zrekonstruować” skład starych egipskich barwników. Stąd już tylko krok do zrobienia ich i sprawdzenia jakie dawały kolory.

Dzięki analizie promieniowania X jakie wysyłają starożytne egipskie tynki, fizycy są w stanie powiedzieć jak wyglądały malowidła ukończone przed tysiącami lat. Ale fizyka, dla sztuki może zrobić znacznie więcej. Niedawno został gruntownie przebadany najbardziej chyba znany obraz znajdujący się w polskich muzeach. Chodzi o „Damę z gronostajem”, której autorem jest Leonardo da Vinci. Badania kamerą multispektralną pozwoliły na odkrycie – dosłownie – tego czego ludzkie oko nie może już dzisiaj zobaczyć. Przy okazji odkryto także elementy, których ludzki oko – w zamiarze artysty – nie miało oglądać.
Badania „Damy z gronostajem”, albo inaczej „Damy z łasiczką” trwają od bardzo dawna. Obraz jest fascynujący pod wieloma względami. Badaczy zaciekawiło np. to, ze modelka jest przedstawiona na całkowicie czarnym tle. Wykonane w 1993 roku w USA badania radiograficzne wykazały, że pod warstwą czarnej farby kryje się inny rysunek. Czy Leonarda nie było stać na płótna i zamalowywał starsze obrazy po to móc malować nowe ? A może nie chciało mi się dokończyć dzieła albo „panorama z pod spodu” nie udała się i gdy nadeszło zamówienie na kolejny obraz mistrz nie chciał niszczyć zakupionego już płótna ? Dzisiaj te wątpliwości trudno rozwiązać. Przeprowadzone badania odkryły jednak znacznie więcej tajemnic Cecylii Gallerani. To ją sportretował pod sam koniec XV wieku Leonardo da Vinci. Osobą zamawiającą obraz był książę Ludwik Sforza. Cecylia była jego kochanką.

640px-The_Lady_with_an_Ermine

 

 

 

 

 

 

 

Portret damy z gronostajem namalował około 1490 roku Leonardo da Vinci. Obraz znajduje się w zbiorach Muzeum Książąt Czartoryskich w Krakowie i jest jedynym dziełem Leonarda da Vinci w Polsce.

 

Urządzenie, którym posługiwano się analizując dzieło to tzw. kamera multispektralna. Potrafi z bardzo dużą dokładnością fotografować analizowane dzieło, także w niewidzialnej dla oka części widma. Oczywiście metoda jest bezinwazyjna, a więc nie powoduje uszkodzenia samego obrazu. Kamera multispektralna jest tak dokładna, że potrafi rozpoznać autentyczność dzieła po zostawionych na płótnie odciskach palców artysty, który je malował. A to nie wszystko. Można prześledzić retuszowanie obrazu a także to co pod dodatkowymi warstwami farby się znajduje. Innymi słowy w ten sposób można odkryć chyba najbardziej skrywane sekrety warsztatowe artysty. Można wskazać miejsca w których się pomylił i te w których próbował te pomyłki zatuszować. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu możliwe jest trójwymiarowe zeskanowanie całego obrazu. Później warstwa po warstwie obraz analizować. W ten sposób bada się nie tylko powierzchnię dzieła ale także warstwy farby leżące pod nią.

Co udało się odkryć dzięki multispektralnej analizie „Damy z gronostajem” ? Przedstawiona na obrazie modelka miała na głowie założony czepek. Dzisiaj gołym okiem go już nie widać. Odkryto także, że Leonardo w pierwszej wersji obrazu inaczej zilustrował trzymane na ramionach Cecylii Gallerani zwierze. Badacze wskazali miejsce gdzie mistrz początkowo namalował łebek zwierzęcia, po to by zamalować go i umieścić w nieco innym miejscu. Tą samą metodą i przez ten sam zespół została przebadana w paryskim Luwrze Mona Lisa. Z wcześniejszej analizy obrazu wynikało, że Joconda … spodziewa się potomstwa.

Mona_Lisa,_by_Leonardo_da_Vinci,_from_C2RMF_retouched

 

 

 

 

 

 

Mona Lisa – obraz olejny namalowany w pierwszych latach XVI wieku przez Leonarda da Vinci. Obraz jest własnością rządu Francji i znajduje się w paryskim Luwrze.

 

Zespół kanadyjskich i francuskich uczonych dzięki wykorzystaniu specjalnego urządzenia laserowo – optycznego zeskanował obraz, a następnie cyfrowo usunął starą i zabrudzoną warstwę lakieru utrwalającego czyli tzw. werniksu. W tym momencie uczeni zobaczyli jak wyglądał obraz w chwili jego powstania. To wtedy właśnie zauważyli, ze Mona Lisa ma na ramiona narzuconą charakterystyczną pelerynę. Taki strój nosiły w XVI wieku tylko kobiety ciężarne. Dzisiaj tej charakterystycznej peleryny już gołym okiem nie widać. Jeszcze dalej w swojej dociekliwości posunęła się grupa kryminologów z Japonii. Dokładnie zmierzyli twarz i dłonie Jocondy. Na tej podstawie odtworzono kształt czaszki modelki oraz jej wzrost i orientacyjną wagę. Te informacje zostały wprowadzone do programu, który na co dzień służy kryminologom do generowania głosu w oparciu o informacje o wadze ciała, wieku czy trybie życia. Efekt ?

Tłumaczenie: Jestem Mona Lisa. Moja historia owiana jest tajemnicą. Niektórzy sądzą, że jestem Marią Magdaleną, inni że Giocondą, Izabelą d’Esta czy matką Leonarda DaVinci. Są i tacy którzy uważają, że jestem samym Leonardem. Jedyną rzeczą, którą można stwierdzić z całą pewnością jest to, że jestem kobietą o najbardziej tajemniczym uśmiechem na świecie.

Japońscy badacze głos Mony Lisy określili go jako „głęboki, ale nie gardłowy”. Inna grupa ekspertów – tym razem z Holandii – przeprowadziła komputerową analizę twarzy modelki. Użyła do tego oprogramowania, które służy do rozpoznawania nastroju i stanu psychicznego. Joconda była – zdaniem ekspertów – osobą szczęśliwą (w 83 procentach) choć trochę zdegustowaną (w 9 procentach), przestraszoną (w 6 proc.) i rozgniewaną (w 2 proc.) Czy coś można dodać ?

Mona Lisa żyła ponad 500 lat temu. Kto wie, czy już niedługo na takie badania okresowe nie zostanie skierowana Cecylia Gallerani z obrazu „Dama z gronostajem”. Może poznamy jej głos ? A faraonowie ? Trzeba przyznać, że tutaj też nie jesteśmy w tyle. Chcemy poznać kolory świata, który istniał tysiące lat temu. To, że kiedyś poznamy głosy przynajmniej niektórych królów starożytnego Egiptu, nie ulega żadnej wątpliwości. Już dzisiaj wiemy na co chorowali, jakie przeszli zabiegi i z jakiej diety korzystali. Tak naprawdę możemy powiedzieć o nich wszystko, bo istnieją świetnie zachowane mumie niektórych z nich. Pytanie tylko czy my to wszystko chcemy wiedzieć ?

Tomasz Rożek

Tekst ukazał się na gosc.pl

Brak komentarzy do Nauka w służbie sztuki [+ głos Mony Lisy]

Type on the field below and hit Enter/Return to search