Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: wynalazek

Za dużo liczb.

To nie tak, że nie mamy lekarstwa na raka z powodu prostej niewiedzy. To nie tak, że zatruwamy środowisko z powodu niedoborów energii. Dzisiejszy świat cierpi z powodu nadmiaru. Niemal wszystkiego. Szczególnie nadmiaru danych.

To nie tak, że nie mamy lekarstwa na raka z powodu prostej niewiedzy. To nie tak, że zatruwamy środowisko z powodu niedoborów energii. Dzisiejszy świat cierpi z powodu nadmiaru. Niemal wszystkiego.

Lek na raka, szczepionka przeciwko malarii czy panaceum na choroby serca i nadwagę nie zostaną odkryte, dopóki nie nauczymy się wyciągać wniosków z bardzo dużej ilości danych. Danych wszelakiego rodzaju. Statystycznych, środowiskowych czy tych medycznych. Danych jest tak wiele, że nie sposób sobie z nimi poradzić. Chyba że do ich analizy zatrudnimy komputery.

Lek z komputera

W zasadzie od wielu lat to się już dzieje. Z danych, które do nich napływają, komputery wyciągają wnioski, a te są następnie wykorzystywane w życiu codziennym. Tak, to komputery regulują światłami na skrzyżowaniach dużego miasta. To, czy włączyć na którymś zielone, czy pozostawić czerwone, zależy od natężenia ruchu w całym mieście, od priorytetowych szlaków komunikacyjnych, od prac drogowych na szlakach alternatywnych, a nawet od tego, czy w kierunku miasta zbliża się np. burza. Człowiek nie poradziłby sobie z tak dużą ilością danych, nie byłby w stanie podejmować na ich podstawie decyzji.

escherichia-coli-1441194-1279x1229

Takich przykładów jak ruch w mieście jest znacznie, znacznie więcej. Podobnie działają systemy ruchu lotniczego, ale także linie produkcyjne w fabrykach czy systemy do analizy danych w laboratoriach naukowych, np. podczas projektowania leków. Żeby wprowadzić na rynek nowy lek, trzeba sprawdzić tysiące, a czasami miliony różnych kombinacji cząsteczek chemicznych. Każda najmniejsza zmiana budowy cząsteczki chemicznej leku, czasami oznaczająca „przestawienie” jednego atomu, może zmieniać jego działanie. Nie sposób eksperymentalnie sprawdzić wszystkich możliwych kombinacji, bo trwałoby to latami i kosztowałoby miliardy. Także tutaj z pomocą przychodzą komputery, które same dochodzą do pewnych wniosków, same domyślają się efektu. Do ostatecznego sprawdzenia pozostają tylko te wersje cząsteczki chemicznej, które – zdaniem oprogramowania – budzą największe nadzieje. I tak, od ruchu ulicznego, poprzez medycynę, bezpieczeństwo, fizykę (nikt już dzisiaj nie projektuje eksperymentów naukowych bez wcześniejszego uruchomienia symulacji komputerowych oraz systemów analizujących ogromne pakiety danych), telekomunikację, po zmiany społeczne… Wszędzie mamy za dużo danych, za dużo informacji, z którymi jakoś musimy sobie poradzić. Na szczęście nie jesteśmy sami, pomaga nam w tym tak zwana sztuczna inteligencja.

Podatki w Brazylii

Dlaczego tak zwana? Bo pomiędzy inteligencją człowieka czy nawet zwierzęcia a inteligencją maszyny jest sporo różnic. U nas inteligencja wiąże się w jakiś sposób ze świadomością i emocjami. U maszyn tylko (albo aż) – z umiejętnością uczenia się i wyciągania wniosków. Wielu ludzi boi się sztucznej inteligencji, bo przypisuje jej cechy, które mają inteligentni ludzie. Inteligentni, choć nie zawsze prawi. Stąd wizje buntujących się komputerów czy systemów, które mają swoje własne zdanie. Oczywiście odmienne od naszego. Ten bunt – jak się obawiamy – nie będzie polegał na tym, że nasze komputery zaczną nam robić głupie żarty, tylko na tym, że np. system komputerowy odetnie zasilanie energetyczne dużego miasta. To byłaby prawdziwa tragedia, tyle tylko, że w praktyce taka sytuacja dzisiaj jest niemożliwa. Nie dlatego, że systemy komputerowe nie rządzą zasilaniem, ale dlatego, że nie mają one woli i świadomości. Nie robią z własnej inicjatywy niczego, na co nie pozwoli im programista. Człowiek inteligentny to ktoś, o kim powiemy, że jest samodzielny i aktywny. Sztuczna inteligencja jest czymś, co jest bierne i podporządkowane człowiekowi. Owszem, radzi sobie świetnie z tasowaniem dużej ilości informacji, z sortowaniem ich i wyciąganiem z nich wniosków, ale nie potrafi choć na milimetr wyjść poza to, na co pozwoli jej programista.

Polska firma Cognitum stworzyła system, który jako jeden z najlepszych na świecie potrafi znajdować regularności czy wzory w dużych zbiorach danych. Jak mówią jego twórcy, ich system „pozwala wiązać fakty w morzu danych”. I robi to tak dobrze, że został włączony w ogromny program, którego celem jest wykrywanie nieprawidłowości podatkowych w… Brazylii. Wyłudzenia podatków można wykryć, analizując faktury, tyle tylko, że w tak dużym kraju jak Brazylia codziennie dochodzi do milionów transakcji. To powoduje, że w praktyce praca człowieka, a nawet tysiąca ludzi, jest skazana na porażkę. Co innego, jeśli chodzi o system komputerowy, który te faktury sprawdza i wyłapuje nieprawidłowości. W czasie rzeczywistym! Dzięki polskim programistom powstał system, który zainstalowano w urzędach skarbowych w całym kraju. Wyłapuje on nieprawidłowości od razu po tym, jak faktura zostanie wczytana do systemu. Co ciekawe, człowiek posługujący się systemem wcale nie musi być programistą. Z programem może się porozumieć, wpisując komendy w języku nieodbiegającym od tego, którym posługujemy się w rozmowie z innymi ludźmi. Może też te komendy po prostu wymówić. Program zrozumie.

Samo z siebie?

Ważną cechą systemu zaprojektowanego przez Cognitum jest to, że uczy się i potrafi wyciągać wnioski. Dzięki temu, jeżeli ktoś choć raz zastosował jakąś metodę na oszukanie urzędu podatkowego i ten trik zostanie wykryty, ta sama sztuczka już nigdy więcej się nie uda. Podobne metody można stosować do walki z bakteriami. One też mogą atakować na wiele różnych sposobów. Człowiek próbuje przewidzieć wszystkie drogi ataku, ale sprawdzenie tych scenariuszy trwałoby bardzo długo. Co innego, gdy do pomocy zaprosi się odpowiednio zaprojektowany system komputerowy. Mówimy o nim, że jest wyposażony w sztuczną inteligencję, ale tak naprawdę powinno się mówić o programach wyposażonych w umiejętność nauki i wyciągania wniosków.

digital-dreams-1155928-1280x960

Nasz mózg działa inaczej niż komputer, a inteligencja u ludzi i ta sztuczna, czyli komputerowa, to dwie różne rzeczy. Dlaczego tak się dzieje? Dlaczego komputerom nie potrafimy nadać cech naszej inteligencji, z poczuciem osobowości i z własnymi celami włącznie? Po pierwsze, wcale nie jestem przekonany, że to dobry pomysł. A po drugie… Trudno nadawać maszynom cechy, których nie rozumie się u siebie. Nie wiemy, czym jest świadomość, poczucie odrębności. Nie potrafimy tego zdefiniować na poziomie nauk ścisłych. Nie wiemy, które „obwody” w naszym mózgu za to odpowiadają, a więc nie wiemy, jak tą cechą obdarzyć maszyny. Czy kiedyś tę barierę przełamiemy? Czy kiedyś maszyny staną się naprawdę (tak po ludzku) inteligentne? Nie da się tego wykluczyć. Przy czym dzisiaj wydaje się, że są dwie drogi do osiągnięcia tego celu. Będzie to możliwe, gdy sami zrozumiemy, na czym polega nasza świadomość. Gdy tak się stanie, będziemy mogli podjąć decyzję, czy nowo poznaną cechą obdarować maszyny. Jest jednak jeszcze druga opcja. Być może świadomość i poczucie odrębności pojawiają się „same z siebie”, gdy mózg staje się skomplikowany. Może to efekt skali? Może wraz z rozbudową systemów informatycznych, wraz z coraz większym skomplikowaniem programów samoświadomość maszyn pojawi się sama? Bez naszego bezpośredniego udziału i bez naszej wiedzy?

Współczesny świat produkuje tak wiele informacji, że bez pomocy programów, które się uczą i które wyciągają z tej nauki wnioski, nie jesteśmy już w stanie funkcjonować. Tego już się nie cofnie. A jaka będzie przyszłość? Okaże się jutro.

 

Tekst ukazał się w tygodniku Gość Niedzielny
Brak komentarzy do Za dużo liczb.

Fajerwerki – gra świateł

Podobno czarny proch wymyślili Chińczycy. Nie po to jednak by używać go na polu walki, ale by się nim bawić. Jak ? Budując sztuczne ognie.

Pierwsze fajerwerki budowano by odstraszać złe duchy. Spalano suszone łodygi bambusowe by wydawały charakterystyczne trzaski. Później wypełniano je różnymi substancjami. Rozrywka zaczęła się wraz z rozwojem chemii. A właściwie nie tyle rozwojem ile świadomością. Odkrywano coraz to nowe substancje czy związki, których wcześniej nikt nie podejrzewał o wybuchowe konotacje. Dziś wiele z nich znaleźć można w petardach, bombkach czy rakietach. W Polsce pokazy sztucznych ogni odbyły się po raz pierwszy w 1918 r., kilka dni po ogłoszeniu niepodległości. Trwały wtedy zaledwie 3 minuty. Pierwsze znane pokazy sztucznych ogni zorganizowano na dworze cesarskim w Chinach w roku 468 p.n.e.

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

To wszystko fizyka …

Wybuchające na niebie sztuczne ognie to jedna z lepszych ilustracji tzw. zasady zachowania pędu. To dokładnie ta sama reguła, która tłumaczy dlaczego wyskakując z pokładu łódki na brzeg czy molo powodujemy, że łódka zaczyna odpływać. No właśnie, dlaczego ? Bo – jak powiedziałby fizyk – w układzie w którym nie działają siły zewnętrzne, pęd układu musi zostać zachowany. Oczywiście w wyżej opisanym przykładzie z łódką i jej pasażerem działają siły zewnętrzne – siły oporu, ale są one małe i można je pominąć. Tak więc jeżeli pasażer łódki wskakuje z jej pokładu na molo – łódka zaczyna się poruszać w przeciwnym kierunku. Można by powiedzieć, że ruch łódki równoważy ruch jej pasażera. Im z większym impetem wyskoczy on z łódki, tym szybciej sama łódka zacznie odpływać w przeciwnym kierunku. Co to wszystko ma wspólnego z fajerwerkami ? Człowiek płynący na łódce to układ składający się z dwóch elementów. Petarda rozrywana nad naszymi głowami, to układ składający się z setek a może nawet tysięcy elementów. Ilość nie gra jednak tutaj roli. Fizyka pozostaje taka sama. Każdy wybuch jest w pewnym sensie symetryczny. Jeżeli kawałek petardy leci w prawo, inny musi – dla równowagi – lecieć w lewo. Jeden do przodu, to inny do tyłu. W efekcie malujące się na ciemnym niebie wzory mają kształty kul, okręgów czy palm. Zawsze są jednak symetryczne. Zawsze takie, że gdyby potrafić cofnąć czas, wszystkie te ogniste stróżki spotkałyby się w punkcie znajdującym się dokładnie w środku, pomiędzy nimi.

… czy może chemia ?

Najczęściej występującą barwą na pokazach sztucznych ogni jest pomarańcz i czerwień. Pojawiają się też inne kolory. Skąd się biorą ? Wszystko zależy od tego z czego zrobiona, a właściwie z dodatkiem czego zrobiona jest petarda. Jej zasadnicza część to środek wybuchowy, ale czar tkwi w szczegółach. I tak, za często występujący pomarańcz i czerwień odpowiedzialny jest dodany do materiału wybuchowego wapń i bar. Inny pierwiastek – stront powoduje, że eksplozja ma kolor żółty, z kolei związki boru i antymon, że zielony. Ale to dopiero początek kolorowej tablicy Mendelejewa. Bo płomienie może barwić także rubid – na kolor żółto fioletowy, cez na kolor fioletowo-niebieski i bar na kolor biały. Potas spowoduje, że niebo stanie się liliowe, a miedź, że niebieskie. W produkcji fajerwerków wszystkie chwyty są dozwolone – o ile wykonuje je specjalista pirotechnik. Bo o efekt toczy się gra. Tak więc mieszanie poszczególnych związków jest nie tyle wskazane, ile wręcz pożądane. Jedno jest pewne. Specjalista spowoduje, że w czasie pokazu na niebie będzie można podziwiać więcej barw niż w łuku tęczy. Będą się pojawiały dokładnie w tym momencie, w którym chce je przedstawić twórca sztucznych ogni. Niebo z liliowego, przez zielony może stać się krwisto czerwone, aż na końcu spłonie intensywnym pomarańczem. A wszystko wg wyliczonego co do ułamka sekundy scenariusza. Ale czy na pewno tylko o kolory chodzi ? Co z dymem ? Co z hukiem ?

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

To sztuka!

Prawdziwy mistrz dba nie tylko o efekty wizualne, ale także dźwiękowe w czasie pokazu fajerwerków.  Żeby petarda zdrowo nadymiła trzeba zaopatrzyć się w zapas chloranu potasu, laktozę i barwniki – w zależności od oczekiwanego koloru dymu. Petardy błyskowe będą wypełnione magnezem, a hukowe i świszczące będą zawierały duże ilości nadchloranów i soli sodu i potasu. Można też wyprodukować mieszaninę iskrzącą, a wtedy przyda się węgiel drzewny albo oświetlającą. W praktyce – szczególnie w ładunkach profesjonalnych – różnego rodzaju mieszanki stosuje się razem. Nie wszystkie, w jednym worku, ale ułożone w odpowiedniej kolejności.

Można zapytać jak zadbać o chronologię w czasie trwającej ułamki sekund eksplozji ? To jest właśnie sztuka. Ładunek pirotechniczny wygląda trochę jak cebula. Składa się z wielu warstw. Petarda najpierw musi wznieść się w powietrze. Ani nie za wysoko, ani za nisko. W pierwszym wypadku efekt wizualny będzie marny, a w drugim – gdy wybuchnie zbyt blisko widzów – może dojść do tragedii. Prawdziwa magia zaczyna się, gdy ładunek jest już wysoko nad głowami. Poszczególne warstwy zapalają się od siebie i w zaplanowanej wcześniej kolejności wybuchają. Widz z zapartym tchem podziwia gęste kule rozrastającego się we wszystkich kierunkach różnokolorowego ognia, albo błysk i kilka opadających w bezwładzie długich ognistych języków. Gdy wszystko wydaję się być skończone, nagle pojawiają się migoczące gwiazdki, albo wirujące wokół własnych osi ogniste bombki. Po nich jest ciemność i cisza. Do następnej eksplozji, innej niż poprzednia. Innej niż wszystkie poprzednie.

Sztuczne ognie można sprowadzić do chemii materiałów wybuchowych. Można też powiedzieć, że są wręcz encyklopedycznym przykładem znanej każdemu fizykowi zasady zachowania pędu. Ale tak naprawdę sztuczne ognie to czary.

Kolory sztucznych ogni:

karminowy: lit, bar i sód

szkarłatny: stront i bar 

czerwono-żółty: wapń i bar

żółty: stront, śladowe ilości sodu i wapnia

biały: cynk i bar

szmaragdowy: miedź i tal

niebiesko-zielony: związki fosforu ze śladowymi ilościami kwasu siarkowego lub kwasu borowego

jaskrawy zielony: antymon i amon

żółto-zielony: bar i molibden

lazurowy: ołów, selen i bizmut

jasnoniebieski: arszenik

fioletowy/liliowy: niektóre związki potasu z dodatkiem sodu i litu

purpurowy: potas, rubid i cez

1 komentarz do Fajerwerki – gra świateł

Szkodliwe szufladki

Wściekam się, że nauk ścisłych w szkole często uczy się w tak nieatrakcyjny sposób. Jaki jest tego efekt? Na hasło „jestem fizykiem” widzę w oczach wielu (zbyt wielu) młodych ludzi przerażenie pomieszane ze współczuciem. Już słyszę jak w myślach mówią „mój Boże, jakie on musiał mieć nieszczęśliwe życie”.

Wściekam się, że nauk ścisłych w szkole często uczy się w tak nieatrakcyjny sposób. Kogo to wina? Wszystkich po trochu. Ale nie o tym chcę pisać (a przynajmniej nie tym razem). Wiem za to jaki jest efekt. Otóż na hasło „jestem fizykiem” widzę w oczach wielu (zbyt wielu) młodych ludzi przerażenie pomieszane ze współczuciem. Już słyszę jak w myślach mówią „mój Boże, jakie on musiał mieć nieszczęśliwe życie”.

>> Polub FB.com/NaukaToLubie i pomóż mi tworzyć stronę pełną nauki. 

W czym jest problem z nauczaniem przedmiotów ścisłych? Otóż z tym, że niewielu udaje się nimi zaciekawić. Dlaczego fizyka jest nudna? Bo ciągle wzory. A chemia? Bo nic nie kapuję z tych doświadczeń. To może biologia? A kogo interesują pantofelki?

Myślę, że jednym z głównych problemów… mój były szef, wybitny fizyk, który jako pierwszy człowiek na świecie wyprodukował kompletny atom antymaterii mawiał, że nie ma problemów, są tylko wyzwania… no to jeszcze raz. Myślę, że jednym z głównych wyzwań jakie stoją przed współczesną edukacją, jest zasypywanie szufladek, które sami stworzyliśmy w naszych mózgach, a teraz kopiujemy je do mózgów naszych dzieci. Chodzi mi o szufladki z napisem „fizyka”, „chemia”, „biologia”, „matematyka”. Małe, zainteresowane światem, dziecko nie rozróżnia dziedzin nauki. Dla niego jest nieistotne czy zmieniające kolor jesienne liście to domena biologii, chemii czy fizyki (prawdę mówiąc wszystkiego po trochu). Podobnie jak nie interesuje je czy spadającym z chmury deszczem powinien zajmować się fizyk czy chemik (podobnie jak poprzednio i jeden i drugi może o tym zjawisku sporo opowiedzieć). Dziecko interesuje znalezienie odpowiedzi, a nie to, kto jej udziela. Tymczasem my zamiast odpowiadać, zbyt wiele energii poświęcamy na to by dokładnie „rozdzielić kompetencje”.

Gdzie przebiega granica pomiędzy fizyką i chemią? A gdzie pomiędzy chemią i biologią? Czy cykle komórkowe to biologia czy chemia? A budowa materii? Atomy są chemiczne czy fizyczne? A potęgi? Powinien ich uczyć matematyk, fizyk czy chemik? W rzeczywistości uczy tego każdy na swój sposób, a uczeń – nie tylko ten, który miewa trudności z nauką – zastanawia się czy potęgi znane z matematyki, to te same o których słyszał na chemii czy fizyce? Na domiar złego, niektóre zjawiska zamiast pojawiać się równocześnie, na lekcjach np. chemii i fizyki wprowadzane są w sporych odstępach czasowych. To wszystko powoduje, że czym dłużej młody człowiek jest pod opieką systemu edukacji, tym większy ma problem z ogarnięciem nauk przyrodniczych jako całości. W pewnym sensie to powrót do dalekiej przeszłości, kiedy uważano, że prawa natury nie są uniwersalne. Że zasady, które rządzą zjawiskami przyrody nie wszędzie tak samo „działają”. Osobą, która dokonała przełomu, był Izaak Newton, lekarz, fizyk, filozof, ekonomista i teolog. Prawo powszechnego ciążenia jego autorstwa jako bodaj pierwsze pokazało, że „tutaj” czyli na Ziemi i „tam” czyli w kosmosie, obowiązują te same zasady. Że te same prawa opisują ruch planety wokół Słońca i ruch spadającego z drzewa jabłka. I pomyśleć, że 330 lat po opublikowaniu prac Newtona, nasz system edukacji wypuszcza „w świat” ludzi, którzy mają wątpliwości, czy gęstość oznaczana w chemii jako „d” a w fizyce jako ρ (ro), to ta sama wielkość.

Nasze wyobrażenie o świecie, nasza wiedza o nim jest weryfikowana praktycznie każdego dnia. Ale prawdziwe rewolucje zdarzają się stosunkowo rzadko. Kto tych rewolucji dokonuje? Czyimi rękami są one wprowadzane? Gdyby prześledzić historię nauki, dosyć szybko można dojść do wniosku, że rewolucje robią ci, którzy nie zostali zaszufladkowani, ci którzy potrafią się wznieść ponad tradycyjny – sztuczny i moim zdaniem mocno krzywdzący młodego człowieka – podział na przedmioty. Tak było nie tylko setki lat temu, kiedy jedna osoba studiowała tak różne (z dzisiejszego punktu widzenia) kierunki jak medycyna, filozofia, nauki przyrodnicze, teologia i prawo (Kopernik, Newton czy Kant), ale także w czasach nam bliższych (Hubble, Lemaitre, Rubin). Prawdziwych odkryć, prawdziwych rewolucji w nauce dokonują ci, którzy swoją wiedzą ogarniają wiele półek w bibliotece, a nie ci, którzy znają tylko kilka książek na wyrywki. Choćby znali je na pamięć. No bo na dobrą sprawę, czy jest sens czytać książki na wyrywki, czasami nie po kolei? Wydaje mi się, ba! jestem tego pewny, że opowiadana w książkach historia nabiera rumieńców, wciąga i inspiruje dopiero wtedy gdy jest opowiedziana w całości.

male wielkie odkrycia 1500px 3d

„Małe wielkie odkrycia – najważniejsze wynalazki, które odmieniły świat”. Steven Johnson

A skoro już piszę o książkach i półkach. Do przemyśleń nad systemem edukacji nakłoniła mnie lektura pewnej książki. Nakładem wydawnictwa Sine Qua Non właśnie ukazały się „Małe wielkie odkrycia – najważniejsze wynalazki, które odmieniły świat”. Bardzo żałuję, że w polskiej szkole w ten sposób nie uczy się nauk ścisłych. Jasne, na fizyce czy na chemii muszą być wzory i zadania z treścią, ale szkoda, że bardzo często przysypani rachunkami, zapominamy co tak właściwie liczymy. Steven Johnson, autor „Małe wielkie odkrycia…” napisał książkę, która pokazuje historię rozwoju naszej cywilizacji. Pokazuje zawiłą, ale równocześnie pasjonującą drogę jaką przechodzili ludzie ciekawi i uparci. Nie opisuje pojedynczych wynalazków, nie dzieli ich na te dokonane przez fizyków, chemików i biologów. Pokazuje historię dochodzenia do odkryć. Do wybudowania teleskopu przyczyniło się oblężenie, setki lat wcześniej, Konstantynopola. Do skonstruowania pierwszego mikroskopu, wynalezienie dużo wcześniej prasy drukarskiej. Ta książka jest pełna, tak zaskakujących „związków”. Nie będę więcej zdradzał. Powiem tylko, że te największe odkrycia nie byłyby możliwe, bez tych małych. Małych wcale nie znaczy banalnych i nudnych. Przeciwnie. Małych, znaczy tajemniczych, nieznanych i nieoczywistych.

>> Polub FB.com/NaukaToLubie i pomóż mi tworzyć stronę pełną nauki. 
7 komentarzy do Szkodliwe szufladki

Czy zgasną światła na Ziemi ?

Światowa konsumpcja energii do 2050 roku podwoi się. Jeżeli nie znajdziemy nowych źródeł – może nam zabraknąć prądu.

W Paryżu trwa międzynarodowy panel klimatyczny. Wiele wątków, wiele interesów, wiele sprzecznych celów. Energia jest tematem, który z klimatem wiąże się bezpośrednio. I pomijając kwestie emisji i CO2, warto zdać sobie sprawę z tego, że światowa konsumpcja energii do 2050 roku podwoi się. Jeżeli nie znajdziemy nowych źródeł – będzie kłopot.

Słońce jest dostawcą większości energii dostępnej dzisiaj na Ziemi. Dostarcza ją teraz i dostarczało w przeszłości nie tylko dlatego, że świeci, ale także dlatego że pośrednio powoduje ruchu powietrza (czyli wiatry) i wody (czyli fale). Dzisiaj dostępne źródła energii można więc podzielić na te zdeponowane przez Słońce w przeszłości – nazwane nieodnawialnymi –  i te udostępniane nam na bieżąco – czyli odnawialne. Z tego podziału wyłamuję się energetyka jądrowa, geotermalna i grawitacyjna oraz fuzja jądrowa.

Najefektywniejszym odbiornikiem energii słonecznej na Ziemi jest roślinność. Dzięki zjawisku fotosyntezy, gdy Słońce świeci – rośliny rosną. Rosną i rozprzestrzeniają się także dlatego, że wieje wiatr. Bardzo długo człowiek korzystał tylko z tego przetwornika energii słonecznej. Drzewo jednak wolniej rośnie niż się spala. Z biegiem lat było nas coraz więcej i coraz więcej energii potrzebował nasz przemysł. Wtedy zaczęło brakować lasów pod topór. Całe szczęście umieliśmy już wydobywać i spalać węgiel, ropę naftową i gaz. Ale w gruncie rzeczy to to samo, co spalanie drewna. Tyle tylko, że w przypadku drzewa energia słoneczna była „deponowana” na Ziemi przez kilka dziesięcioleci, a w przypadku węgla czy ropy – przez miliony lat.

Kłopot w tym, że spalanie kopalin jest toksyczne. Badania przeprowadzane w różnych krajach potwierdzają, że typowa elektrownia węglowa o mocy 1 GWe  powoduje przedwczesną śmierć od 100 do 500 osób. Nie są to ofiary związane z wydobywaniem węgla, czy jego transportem, a jedynie ci, którzy mieli wątpliwe szczęście mieszkać w sąsiedztwie dymiącego komina. Oczyszczanie spalin jest bardzo drogie, a usuwanie szkód środowiskowych związanych z wydobyciem kopalin, w zasadzie niewykonalne. Skoro więc nie paliwa tradycyjne, to może odnawialne?  Siłownie wykorzystujące energię wody, wiatru czy Słońca powinny być budowane jak najszybciej tam, gdzie jest to opłacalne. Nie ulega jednak wątpliwości, że nie wszędzie jest. W Islandii, bogatej w gorące źródła, aż 73 proc. całej produkcji energii stanowi energia odnawialna. W Norwegii (długa i wietrzna linia brzegowa) 45 proc energii produkują wiatraki, a w niektórych krajach Afryki ponad połowa całej wyprodukowanej energii jest pochodzenia słonecznego. Ale równocześnie w proekologicznie nastawionych – ale nie usytuowanych – Niemczech mimo miliardowych inwestycji i olbrzymiej ilości elektrowni wiatrowych zielona energia stanowi około 20 proc. całej zużywanej energii. W tych statystykach nie liczę biomasy, bo ta nie jest żadną energią odnawialną.

Energia zdeponowana przez Słońce w przeszłych epokach wyczerpuje się, a korzystanie z niej w dotychczasowy sposób jest zbrodnią na środowisku naturalnym, z kolei energii dawanej nam przez Słońce „on-line” jest za mało. No więc jaki jest wybór? Wydaje się, że dzisiaj istnieją dwa scenariusze. Obydwa opierają się na skorzystaniu z nieograniczonej energii zdeponowanej jeszcze w czasie Wielkiego Wybuchu. Ta energia nas otacza w postaci materii, ale nie na poziomie związków chemicznych, ale na poziomie pojedynczych jąder atomowych. Jak to rozumieć ? Zanim powstał węgiel kamienny czy ropa naftowa, strumień energii ze Słońca umożliwiał zachodzenie tutaj, na Ziemi, przemian chemicznych, dzięki którym np. rozwijała się bujna roślinność. Dzięki światłu, wodzie i dwutlenkowi węgla tworzą się węglowodany (cukry), białka i tłuszcze. W tych reakcjach nie tworzą się jednak nowe atomy. Dzięki energii z zewnątrz już istniejące łączą się w większe kompleksy. Energia jest zmagazynowana w połączeniach pomiędzy atomami, w wiązaniach.  Ale same pierwiastki też są magazynami energii – energii, która umożliwiła ich stworzenie – pośrednio czy bezpośrednio – w czasie Wielkiego Wybuchu.

Tę energię da się pozyskać na dwa sposoby. Pierwszy to fuzja jądrowa, a drugi to rozszczepienie jądra atomowego. W pierwszym przypadku energia jest uwalniana przez łączenie dwóch lżejszych elementów w pierwiastek cięższy. Część masy tych pierwszych jest zamieniana na energię, którą można zamienić na prąd elektryczny. Paliwem w takim procesie mogą być powszechnie dostępne w przyrodzie lekkie pierwiastki. Produktem końcowym reakcji – oprócz dużej ilości energii – jest nieszkodliwy gaz – hel. Niestety fuzja jądrowa to śpiew przyszłości. Choć naukowcy usilnie nad tym pracują, najwcześniej będziemy mieli do niej dostęp dopiero za kilkanaście, kilkadziesiąt lat. Drugi scenariusz jest w pewnym sensie odwrotnością fuzji jądrowej. W rozszczepieniu jądra atomowego pierwiastek ciężki zostaje rozerwany na elementy lżejsze. I to ten rozpad jest źródłem energii. Pierwsza elektrownia jądrowa została wybudowana w 1942 roku, a dzisiaj dzięki energetyce jądrowej niektóre kraje pokrywają ponad 75 % całego swojego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Przewidywanie przyszłości zawsze obarczone jest spora niepewnością. W każdej chwili, może się okazać, że ktoś wymyślił zupełnie nową technologię pozyskiwania energii. Wtedy powyższe rozważania w jednej chwili mogą się stać nieaktualne. Jeżeli jednak nic takiego się nie stanie, nie ma wątpliwości, że z wyczerpaniem paliw kopalnych będziemy musieli się zmierzyć nie za kilkaset, ale za kilkadziesiąt lat. Oszczędzanie energii, zwiększanie efektywności jej wykorzystania nie zahamuje tego procesu tylko go nieznacznie opóźni. Od nas zależy czy na czas przygotujemy się do tej chwili, czy obudzimy się w świecie ciemnym, zimnym i brudnym. I wcale nie trzeba czekać na moment, w którym wyczerpią się pokłady węgla. W końcu „epoka kamieni łupanego nie skończyła się z powodu braku kamieni”.

 

 

 

Brak komentarzy do Czy zgasną światła na Ziemi ?

Technologia demencji z pomocą

To, że nasz świat się starzeje wiedzą wszyscy. Ale niewiele osób zdaje sobie sprawę z konsekwencji z jakimi się to wiąże. Przed ogromnymi wyzwaniami stoją służba zdrowia i publiczne usługi.  Ale także system ubezpieczeń społecznych i… architektura.

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.

Każdy chyba intuicyjnie czuje, czym jest tzw. inteligentny dom (mieszkanie). To miejsce – w największym skrócie – które dostosowuje się do człowieka. I to na każdym z możliwych poziomów. Do człowieka i dla człowieka. Inteligentne domy wiążą się z tzw. internetem rzeczy i w przyszłości będą czymś oczywistym nie tylko dla osób starszych. Tyle tylko, że tak jak osoba w pełni sił obejdzie się bez udogodnień w swoim mieszkaniu, tak osoba starsza, z ograniczeniami fizycznymi a czasami także psychicznymi, może mieć z tym problem.

Kilka lat temu pracujący w brytyjskim Uniwersytecie Bath uczeni zabrali się za urządzanie wnętrz. Tym razem zamiast architektów czy dekoratorów pierwsze skrzypce grali jednak inżynierowie i informatycy. I tak powstało być może pierwsze mieszkanie nafaszerowane nowoczesnymi technologiami, które zostało zaprojektowane specjalnie dla osób, które z powodu demencji czy urazów cierpią na zaniki pamięci.

Osoba cierpiąca na zaburzenia pamięci czy ograniczoną zdolność do zapamiętywania informacji jest uzależniona od innych. Ktoś musi przypilnować czy podopieczny sam nie wychodzi z domu (często nie zdając sobie sprawy dokąd się wybiera), sprawdzić czy zamknął okna (szczególnie, gdy na zewnątrz jest zimno) lub czy zgasił światła, gdy idzie spać. Ktoś musi także skontrolować czy wyłączył kuchenkę po podgrzaniu obiadu albo zobaczyć czy nie odkręcił wody nad umywalką w łazience, a potem o tym zapomniał. Te, czy też inne czynności nie są zwykle uciążliwe, ale wymagają przez cały czas obecności innych. Nie zawsze jest to jednak możliwe. Często w takich przypadkach – dla własnego bezpieczeństwa – osoby z zaburzeniami pamięci wysyłane są do domów opieki lub domów spokojnej starości. Tam całodobową opiekę zapewnia im profesjonalna kadra. Ale czy jest ona rzeczywiście zawsze potrzebna ? Na miejsca w tego typu ośrodkach trzeba czasami długo czekać, a biorąc pod uwagę tempo starzenia się społeczeństw, w przyszłości czas oczekiwania może być jeszcze dłuższy. Jest jeszcze coś. Nie ulega wątpliwości, że zmiana miejsca zamieszkania, a przez to także środowiska, czy kręgu znajomych wpływa bardzo niekorzystnie na osoby starsze.

Dlatego powstało pierwsze na świecie mieszkanie przyjazne i bezpieczne dla osób z zaburzeniami pamięci. Zainstalowany w nim system składa się z sensorów, które połączone są w sieć z urządzeniami najczęściej używanymi w gospodarstwie domowym. Do sieci podłączone są także wszystkie włączniki światła oraz urządzenia „mówiące” i wyświetlające komunikaty. Poza tym czujniki umieszczone są w drzwiach wyjściowych i wszystkich oknach. Sercem systemu jest komputer, który analizuje wszystkie dostarczane mu dane. To on decyduje, czy zwrócić się do właściciela mieszkania, czy – szczególnie wtedy gdy kolejne komunikaty nie przynosiły skutku – zadzwonić po pomoc.

Konstruktorzy systemu podkreślają, że dla osób starszych czy z różnego typu urazami równie ważne jak rzeczywista opieka jest poczucie bezpieczeństwa. Pewność, że w razie wypadku odpowiednie służby zostaną automatycznie powiadomione i przyjdą z pomocą. Wielką zaletą zaprojektowanego systemu jest to, że w przyszłości będzie go można zamontować w całości lub w częściach w już istniejących mieszkaniach. Dotychczasowe próby stworzenia „inteligentnych”, naszpikowanych elektroniką domów wiązały się z koniecznością budowy ich od samych niemalże fundamentów. Teraz jest inaczej. Osoba mająca coraz większe problemy z koncentracją będzie mogła zainstalować sobie komponenty systemu w swoim własnym mieszkaniu. Nie będzie się także musiała obawiać generalnego remontu ścian czy okien. Wszystkie urządzenia działają w technologii bezprzewodowej i przekuwanie się przez mury w czasie ich instalacji nie jest konieczne.

Co w takim razie potrafi inteligentne mieszkanie dla osób starszych ? Jednym z największych zagrożeń dla kogoś kto ma kłopoty z koncentracją jest zostawienie włączonej kuchenki elektrycznej lub gazowej. Jeżeli czujniki wykryją taką sytuację zasygnalizują głosowo, że powinna ona zostać wyłączona. Jeżeli pierwsze ostrzeżenie nic nie pomoże, system je powtórzy. Jeżeli nawet to nie da odpowiedniego rezultatu, kuchenka zostanie automatycznie wyłączona. To samo stanie się, gdy włączą się czujniki dymu zainstalowane nad kuchenką. W tym przypadku komputer natychmiast zadzwoni do odpowiednich służb i powiadomi je o zdarzeniu. Cały czas – nawet po wyłączeniu kuchenki – system sprawdza jaka jest temperatura grzejników. Tak długo jak są one gorące, na zainstalowanym nad kuchenką ekranie wyświetlane będzie ostrzeżenie o ryzyku oparzenia. Komputer główny cały czas „wie”, w którym pokoju przebywa właściciel mieszkania. Jeżeli w środku nocy wyjdzie z łóżka i będzie zmierzał w kierunku łazienki, automatycznie zapali się w niej światło. Jeżeli po skorzystaniu z toalety osoba wróci do łóżka, a zapomni zgasić światło – to, po kilku minutach wyłączy się ono samo. Podobnie jak samoczynnie zakręci się kurek z wodą, gdy umywalka czy wanna zostanie w całości napełniona. Gdy w nocy właściciel postanowi pospacerować po swoim mieszkaniu, w pokojach, do których wejdzie, automatycznie będą się włączały światła, a w  tych, z których wyjdzie wyłączały. Oczywiście światła będą też mogły być włączane i wyłączane „ręcznie”. Jeżeli „nocne zwiedzanie” będzie trwało zbyt długo, system przez zamontowane w mieszkaniu głośniki zwróci właścicielowi uwagę, że czas iść już spać. Jeżeli ani ten, ani powtórzony po kilku chwilach komunikat nie odniesie skutku, komputer skontaktuje się telefonicznie z opiekunem. Tak samo zresztą zareaguje, gdy podopieczny o nietypowych (zadanych wcześniej) godzinach otworzy drzwi wejściowe do swojego mieszkania i będzie miał zamiar wyjść na zewnątrz. System poprosi o wejście z powrotem, a jeżeli to nie pomoże, skontaktuje się  z opiekunem.

System można rozbudowywać według potrzeb osoby z niego korzystającej. Komputer będzie przypominał o zażyciu lekarstw zalecanych przez lekarza. O inteligentnym domu możemy mówić wtedy, gdy wszystko co automatyczne, połączone jest w zintegrowany system zarządzania i nadzoru. Gdy właściciel słucha jakiejś muzyki szczególnie często, system wie, że to jego ulubiona. Oczywiście ulubioną (nawet w zależności od pory dnia) można zdefiniować samemu. System też wie, że właściciel lubi kawę rano, ale po południu herbatę. To można także zaprogramować, albo poczekać, aż odpowiedni program sam się tego nauczy. Wiele pomysłów zaprojektowanych z myślą o osobach starszych – nie mam co do tego żadnych wątpliwości – znajdzie powszechne zastosowanie. Jak chociażby system, który z chwilą wyjścia domownika, automatycznie zamknie główny zawód wody i gazu, wyłączy wszystkie zbędne obwody elektryczne i uzbroi alarm. To wszystko może stać się wtedy gdy system czujników sam wykryje, że w domu już nikogo nie ma, albo wtedy gdy domownik na progu zawoła „wychodzę !”. W inteligentnym domu, głosem będzie można załatwić wszystko. Choć to wydaje się być udogodnienie dla wszystkich, dla starszych będzie to szczególnie istotne. Seniorzy często mają kłopoty ze wzrokiem i mniej precyzyjne palce niż osoby młode. Włączanie opcji na panelu czy klawiaturze może być dla nich kłopotliwe.

Co ciekawe, inteligentne domy są nie tylko bardziej przyjazne i bezpieczniejsze, ale także dużo oszczędniejsze w utrzymaniu. Oszczędzają wodę, energię elektryczną, gaz, ale przede wszystkim czas właścicieli. A to znaczy, że są odpowiedzią nie tylko na wyzwanie związane z średnim wiekiem społeczeństw uprzemysłowionych, ale także na wyzwanie związane z ochroną środowiska i oszczędzaniem energii.  

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.
1 komentarz do Technologia demencji z pomocą

Myśląca maszyna

Na samą myśl o tym, że komputer mógłby myśleć, myślącemu człowiekowi włosy stają dęba. A może wystarczy nauczyć maszynę korzystania z naszych myśli?

Myślenie maszyn to temat, który wywołuje sporo emocji. Czy zbudujemy kiedykolwiek sztuczny mózg? Czy maszyny (komputery, programy) mają świadomość? A może w przyszłości nas zastąpią? Cóż, zastępują już dzisiaj. I dobrze, że zastępują, w końcu po to je budujemy. Czy myślą? Nie da się odpowiedzieć na to pytanie, zanim nie sprecyzujemy dokładnie co to znaczy „myśleć”. Jeżeli oznacza „podejmować decyzje”, to tak, komputery potrafią to robić. Potrafią też się uczyć i wyciągać wnioski z przeszłości. Nie potrafią robić rzeczy abstrakcyjnych. I przede wszystkim nie mają poczucia osobowości, nie mają poczucia swojej odrębności i swoich własnych celów. Owszem maszyny robią wiele rzeczy celowych, ale realizują nie swoje cele, tylko cele konstruktora czy programisty.

Deep brain stimulator.

(credit:  Asylum Entertainment)

Deep brain stimulator.

(credit: Asylum Entertainment)

Łowienie sygnałów

Samoświadomość czy kreatywność wydają się być barierą, która jeszcze długo nie zostanie złamana. To czy powinna być złamana, to zupełnie inny temat. Ale być może nie ma potrzeby na siłę nadawać maszynom cech ludzkich mózgów, może wystarczy w jakiś sposób je z naszymi mózgami zintegrować? Różnice pomiędzy tym, jak działa nasz mózg i „mózg” maszyny są spore. Może warto się zastanowić nad tym, czy maszyna nie mogłaby w pewnym sensie skorzystać z tego co MY mamy w głowie. Ten sam problem można postawić inaczej. Czy nasz mózg jest w stanie dogadać się bezpośrednio z maszyną? Czy jest bezpośrednio w stanie przekazywać jej informacje albo nią sterować?

Słowo „bezpośrednio” ma tutaj kluczowe znaczenie. Nasze mózgi dogadują się z komputerem, ale pomiędzy umysłem a procesorem w maszynie jest cała masa stopni pośrednich. Np. palce piszącego na klawiaturze, sama klawiatura. W końcu język, w którym piszemy komendy (albo tekst). Te stopnie pośrednie powodują, że czas pomiędzy myślą, która zakwita nam w mózgu a jej „materializacją” bywa długi. Każdy stopień pośredni jest potencjalnym miejscem pojawienia się błędu. W końcu ile razy wpisywana przez klawiaturę komenda czy tekst zawierał literówki? Jest jeszcze coś. Nie każdy fizycznie jest w stanie obsługiwać komputer czy jakiekolwiek inne urządzenie elektroniczne. Zwłaszcza dla takich ludzi stworzono interfejs mózg – komputer (IBC). Urządzenie, które pozwala „zsynchronizować” mózg z komputerem, pozwalające wydawać komendy urządzeniom elektronicznym za pomocą fal mózgowych. Dzisiaj z IBC korzystają nie tylko niepełnosprawni, ale także gracze komputerowi. W przyszłości być może będzie to standardowy sposób obsługi elektroniki.

Jak to działa? Komórki nerwowe w mózgu człowieka porozumiewają się pomiędzy sobą poprzez przesyłanie impulsów elektrycznych. Te można z zewnątrz, czyli z powierzchni czaszki, rejestrować. W ostatnich latach nauczyliśmy się je także interpretować. To istne szukanie igły w stogu siana. Mózg każdej sekundy przetwarza miliony różnych informacji, przesyła miliony impulsów do mięśni rozlokowanych w całym ciele. Każdy taki sygnał pozostawia „ślad”, który można podsłuchać.

Neural net firing reversed.

(credit:  Asylum Entertainment)

Neural net firing reversed.

(credit: Asylum Entertainment)

Czujnik w okularach

Nie powiem, że potrafimy podsłuchać wszystko. To byłaby nieprawda. Mówiąc szczerze, jesteśmy dopiero na samym początku drogi. W przypadku IBC bardzo pomocna jest  świadomość użytkownika (pacjenta?) korzystającego z interfejsu. Człowiek ma bowiem zdolności do takiego aktywizowania mózgu, by sygnały z tym związane, można było wyraźniej „usłyszeć” na powierzchni czaszki. Dzięki temu, osoby sparaliżowane, myślami są w stanie poruszać mechanicznymi nogami (czyli tzw. egzoszkieletem) albo wózkiem inwalidzkim. W ten sam sposób człowiek ze sprawnie działającym mózgiem jest w stanie komunikować się z otoczeniem chociażby poprzez pisanie na ekranie, nawet gdy jest całkowicie sparaliżowany. Myśli o literach, a te wyświetlają się na odpowiednim urządzeniu.  W podobny sposób, w przyszłości być może będzie wyglądało sterowanie telefonem komórkowym czy jakimkolwiek innym urządzeniem. Pewną trudnością jest to, że – przynajmniej dzisiaj – po to, by wspomniane impulsy można było zarejestrować, do skóry głowy muszą być przyłożone elektrody. Albo korzystający z interfejsu człowiek musi mieć ubrany specjalny czepek z czujnikami. Ale w przyszłości być może wystarczą czujniki w okularach? Okularach, w których zainstalowana będzie kamera, a na szkłach wyświetlane będą dodatkowe informacje. Takie okulary już są i nazywają się GoogleGlass.

Złożony i skomplikowany

Interfejs mózg – komputer odbiera sygnały z powierzchni skóry, rejestruje je i interpretuje. Czy możliwe jest przesyłanie informacji w odwrotną stronę, czyli z jakiegoś urządzenia do mózgu? Na razie tego nie potrafimy, ale nie mam wątpliwości, że będziemy próbowali się tego nauczyć (znów, czy powinniśmy to robić, to zupełnie inny temat). To znacznie bardziej skomplikowane niż sczytywanie potencjałów elektrycznych z powierzchni czaszki. W którymś momencie tę barierę może przekroczymy i wtedy będziemy mieli dostęp do nieograniczonej ilości informacji nie poprzez urządzenia dodatkowe takie jak komputery, tablety czy smartfony. Wtedy do tych informacji będzie miał dostęp bezpośrednio nasz mózg. Na to jednak zbyt szybko się nie zanosi. Nie z powodu samej elektroniki, raczej z powodu naszego mózgu. Panuje dość powszechna zgoda, że to najbardziej skomplikowany i złożony system jaki znamy. Nie tylko na Ziemi, ale w ogóle. Choć od lat na badania mózgu przeznacza się ogromne kwoty pieniędzy, choć w ostatnich latach poczyniliśmy ogromne postępy, wciąż niewiele wiemy o CZYMŚ co waży pomiędzy 1,2 a 1,4 kg

>>> 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.

Brak komentarzy do Myśląca maszyna

Zdjęcia z eksplozji Antaresa

NASA ujawniła 85 zdjęć ze startu i eksplozji rakiety Antares. Niektóre zapierają dech w piersiach.

Kilka tygodni temu, na FB.com/NaukaToLubie informowałem, że Amerykańska Agencja Kosmiczna NASA udostępniła w serwisie zdjęciowym Flickr zdjęcia wysokiej jakości zrobione w trakcie trwania programu lotów księżycowych Apollo.

Tym razem NASA udostępniła 85 zdjęć na których widać nieudany start zakończony eksplozją rakiety Antares. Zdjęć nie powstydził by się najlepszy scenarzysta filmów science-fiction. Niestety fotografie, które pokazuję poniżej nie zostały stworzone na komputerze.

Rakieta Antares eksplodowała 15 sekund po starcie, który miał miejsce 28 października 2014. Zapasy, które przewoziła miały być dostarczone na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W sumie stracono ponad 2 tony zaopatrzenia dla ISS, a także sprzęt naukowy i eksperymenty studenckie. Zniszczeniu uległ także satelity Arkyd 3, RACE, GOMX 2 i 26 nanosatelitów Flock-1d.

>>> Przy okazji 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.

6_33_gallery_wide 7_25_gallery_wide 8_25_gallery_wide 9_19_gallery_wide 10_15_gallery_wide 11_17_gallery_wide 12_8_gallery_wide-2  13_7_gallery_wide 14_6_gallery_wide 15_4_gallery_wide

 

>>> 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.

Brak komentarzy do Zdjęcia z eksplozji Antaresa

Pluton jak Biedronka

Wczorajszy przelot sondy New Horizons w pobliżu Plutona natchnął mnie do pewnych przemyśleń. Po co badać coś tak odległego jak Pluton? Po co badać delfiny, motyle czy orangutany? Po co zajmować się gwiazdami, płytami tektonicznymi i DNA?

Wczorajszy przelot w pobliżu Plutona i związanych z nim sporo pytań natchnął mnie do pewnych przemyśleń. Niemal za każdym razem, gdy w nauce dochodzi do jakiegoś odkrycia, do wysłania sondy, do zbudowania nowego rodzaju mikroskopu czy znalezienia nowej cząstki elementarnej, pada pytanie, po co to wszystko? Po co wydawać miliony dolarów by dowiedzieć się co słychać np. na globie, który oddalony jest od nas o miliardy kilometrów. Dajmy na to na takim Plutonie. Wczoraj udało się sfotografować jego powierzchnię z odległości nieco ponad 12 tysięcy kilometrów. To 30 razy mniej niż odległość pomiędzy Ziemią i naszym Księżycem. Sonda która tego dokonała to New Horizons. Leciała w kierunku Plutona prawie 10 lat przebywając w tym czasie 5 miliardów kilometrów. No i po co to wszystko? Po co lecieć tak daleko, po co wydawać niemałe przecież pieniądze, po co zaangażowanie ogromnej grupy ludzi przez długi okres czasu?

Zacznijmy od pieniędzy. Całkowity koszt misji New Horizons, wszystkich urządzeń sondy, jej wystrzelenia, ale także analizy danych a nawet obsługi medialnej wydarzenia to około 700 milionów dolarów, czyli nieco ponad 2 miliardy i 600 milionów złotych. To dziesięć razy mniej (!!!) niż wynosi roczny przychód supermarketów Biedronka w Polsce. To mniej niż budowa 20 kilometrowego odcinka autostrady A1. W końcu to mniej niż zakup i 13 letnia obsługa 4 samolotów F16, które służą w polskiej armii (w sumie kupiliśmy ich 48). Tyle jeżeli chodzi o koszty. Tak, te są duże… dla przeciętnego obywatela. Niewielu byłoby stać na wybudowanie i wysłanie w kosmos sondy New Horizons (choć np. Jan Kulczyk, najbogatszy Polak, mógłby takich sond wysłać 7), ale w skali państwa, dla budżetu państwa rozwój nauki to grosze. Grosze zainwestowane najlepiej jak można sobie wyobrazić. Grosze, które w przyszłości przyniosą miliony poprzez rozwój technologii a w dalszej perspektywie rozwój przemysłu. Każda ekspansja to wyzwanie i konieczność znajdowania rozwiązań na problemy z których nie zdawaliśmy sobie sprawy. Przecież loty w kosmos mają bezpośrednie przełożenie na komunikację, elektronikę i materiałoznawstwo. Rozwój technik obrazowania (nieważne czy w astronomii czy w biologii) od razu jest wykorzystywany w medycynie. Nasze miasta byłyby skażonymi pustyniami gdyby nie powstawały zaawansowane technologicznie silniki i komputery, które tymi silnikami sterują.

A wracając do Plutona, delfinów, motyli i orangutanów. Po co je badać? Bo one są częścią nas, a my częścią świata którego różnorodność – przynajmniej mnie – powala na kolana. Wszystkie lekkie atomy, które nas budują powstały w czasie Wielkiego Wybuchu. Wszystkie ciężkie w czasie wybuchu gwiazdy. Warto rozwijać zarówno kosmologię, astrofizykę jak i fizykę cząstek. Nasze DNA to uniwersalny język całej przyrody, a gatunki (zarówno zwierzęce jak i roślinne), które zamieszkują Ziemię (a pewnie także inne globy) powstawały jedne z drugich. To dlatego nie można zaniedbywać biologii (w tym egzobiologii) i medycyny. Oddychamy powietrzem w którego skład wchodzą różne gazy. To dlatego warto rozwijać chemię i interesować się tym jak zmieniały się atmosfery na innych planetach. Ta wiedza może być bezcenna gdy zacznie zmieniać się nasza atmosfera. Bo to że wszystko jest wokoło nas zmienne – to oczywiste. Kontynenty są w ruchu (nie tylko zresztą na Ziemi) i dzięki temu mogło powstać życie. Ale to nie powstałoby, gdyby Ziemia nie miała swojego pola magnetycznego. A tego by nie było gdyby jądro planety nie było gorące i półpłynne. Ale nawet gdyby było, Ziemia byłaby martwa, gdyby nie było Księżyca, który stabilizuje ruch Niebieskiej Planety wokół Słońca. A Księżyc powstał w kosmicznej katastrofie w której w Ziemię uderzyła planetoida wielkości Marsa. Geologia, geografia, fizyka, astronomia, biofizyka i biochemia… Mam dalej wymieniać? Czy jest sens wymieniać? Czy jest sens pytać, po co badamy coś tak odległego jak Pluton? Po co badamy delfiny, motyle czy orangutany, a nawet biedronki (chodzi o owada, nie o sieć sklepów)? Moim zdaniem szkoda na to czasu. Lepiej go wykorzystać na zaspokajanie swojej ciekawości. Bo to ciekawość idzie przed odkryciami. Tak było zawsze i tak będzie zawsze.

3 komentarze do Pluton jak Biedronka

Złapali kwant !!!

Dwójce młodych fizyków, doktorantów Uniwersytetu Warszawskiego, jako pierwszym na świecie udało się sfotografować kwanty, cząstki światła, w bardzo szczególnym momencie – chwili, w której się parują.

Dwójce młodych fizyków, doktorantów Uniwersytetu Warszawskiego, jako pierwszym na świecie udało się sfotografować kwanty, cząstki światła, w bardzo szczególnym momencie – chwili, w której się parują.

Tak, światło składa się z cząstek. A właściwie sprawa jest bardziej złożona. Światło ma cechy fali (podobnej do tej na wodzie), ale wykazuje też cechy korpuskularne. W skrócie mówiąc, jest i falą, i cząstką. Trudno to odnieść do naszej rzeczywistości, bo w makroświecie cechy fali i cząstki wykluczają się. W świecie kwantów nic się nie wyklucza.

Quantum paparazzi spying identical photon pairs

„Łapacze fotonów”, młodzi fizycy z UW, na tym zdjęciu zachowują się jak fotony. Są w dwóch miejscach równocześnie. Obok układu pomiarowego Radosław Chrapkiewicz (po prawej) oraz Michał Jachura (stojący za nim) .

W zasadzie proste 

Cząstki światła nazywają się kwantami. Nie mają masy spoczynkowej, nie da się ich zatrzymać i przyjrzeć im się „na spokojnie”. Przeciwnie, pędzą z prędkościami, które trudno sobie nawet wyobrazić. 300 tys. kilometrów na sekundę! Ile to jest? Odległość między Zakopanem i Trójmiastem (prawie 700 km) światło pokonuje w tysięczne części sekundy. Jak złapać, jak sfotografować coś, co porusza się z taką prędkością? – Układ, który zastosowaliśmy do naszych pomiarów, jest dość złożony, ale sama idea nie jest skomplikowana – powiedział mi Michał Jachura z Uniwersytetu Warszawskiego. – Źródłem fotonów jest fioletowy laser. Padają one na urządzenie, w którym z jednego fotonu powstaje jeden elektron. Następnym elementem jest wzmacniacz powielający ten jeden elektron. Tak powstaje kilka milionów elektronów, które następnie padają na płytkę z fosforu, gdzie powodują błysk światła. Ten błysk rejestrujemy specjalną kamerą – mówi drugi z młodych badaczy, Radosław Chrapkiewicz. – I to w zasadzie wszystko – dodaje. Niektóre elementy układu, w którym udało się złapać fotony, np. wzmacniacz obrazu, to urządzenia wykorzystujące technologię wojskową. Samo sfotografowanie pojedynczej cząstki światła to jednak nie było topowe osiągnięcie Michała i Radka. Im udało się zobaczyć moment, w którym fotony się parowały. Ale zanim o tym, warto powiedzieć trochę o samych fotonach.

Światło wprost ze światłowodu

Światło wprost ze światłowodu. Obiektyw aparatu Radka Chrapkiewicza był skierowany dokładnie w kierunku światłowodu (wyjścia) z lasera femtosekundowego. Ten laser emituje bardzo krótkie błyski światła, których długość nie przekracza 100 fs (femtosekund). Femtosekunda to jedna bilionowa część sekundy. W czasie jednej femtosekundy światło pokonuje drogę sto razy krótszą niż grubość ludzkiego włosa!

Jaki kształt? Jaki kolor?

Fotografia kojarzy nam się z odwzorowywaniem rzeczywistości. Skoro foton dał się sfotografować, można chyba zapytać, jak on wygląda. Zacznijmy od kształtu. Da się go określić? – W jednym pomiarze nie, ale robiąc wiele pomiarów, wiele zdjęć, udaje się to zrobić, choć od razu trzeba powiedzieć, że kształt fotonu nie jest stały. Może się różnić w zależności od tego w jakim otoczeniu się znajduje – tłumaczy Michał. – W naszej aparaturze obserwowaliśmy np. fotony o wydłużonych kształtach, takich trochę jak ołówek, ale udawało nam się także obserwować fotony rozseparowane, czyli takie, w których jeden foton był rozdzielony na dwie części. I to części, które znajdują się od siebie w odległości nawet centymetra – dodaje Radek. A kolor? Tutaj sprawa zaczyna się komplikować jeszcze bardziej. – Foton ma trzy cechy, które nazywamy stopniami swobody – opowiada Michał Jachura.

– Pierwszy to struktura w przestrzeni, czyli w pewnym sensie kształt. Drugi stopień swobody – spektralny – to innymi słowy kolor. Fotony mogą być czerwone, niebieskie, ale możemy mieć fotony w tak zwanej superpozycji, np. fotony białe, składające się z wielu barw dla których określony kolor ustala się dopiero w momencie pomiaru. Ten sam foton mierzony wielokrotnie może mieć różne kolory. Ostatni stopień swobody to polaryzacja, tzn. kierunek, w jakim foton drga. Jeżeli dwa fotony mają identyczne trzy stopnie swobody, nie ma żadnej możliwości, by odróżnić je od siebie – kończy Michał Jachura. Zatem wróćmy do osiągnięcia dwóch doktorantów. Fotografowali oni fotony, które dobierały się w pary. W czasie tego procesu zauważyli, że dwa różne fotony skazane są na samotność. Nawet gdy znajdą się obok siebie, „nie widzą” się i zwykle nie dobierają się w pary. Sytuacja wygląda zupełnie inaczej, gdy fotony są identyczne, to znaczy, gdy wszystkie trzy stopnie swobody dwóch cząstek są takie same. Wtedy powstają pary, które na dodatek są wyjątkowo jednomyślne. Jeden foton „idzie” zawsze tam, gdzie ten drugi. Chociaż trudno powiedzieć, który jest pierwszy, a który drugi, skoro obydwa są identyczne. Łączenie fotonów nazywa się efektem Hong-Ou-Mandela i na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego po raz pierwszy na świecie udało się go sfilmować.

Quantum memory - glowing green

Układ pamięci nowej generacji do komputerów kwantowych. Zielona tuba to pamięć. Za pomocą lasera (czerwona wiązka) w atomach rubidu „zapisywana” jest informacja, która następnie może być odczytywana. Ta pamięć to także dzieło doktorantów z UW.

Nauka podstawowa

Pozostaje tylko znaleźć odpowiedź na pytanie, po co tego typu badania się robi. – Być może kiedyś uda się wyniki naszych eksperymentów wykorzystać w rozwijanych technologiach kwantowych, na razie myślimy jednak o naszych eksperymentach w kategoriach badań podstawowych – mówi Michał Jachura. – Nas bardziej niż kształt samego fotonu interesuje to, jaki kształt będzie miała para fotonów, które zaczną ze sobą interferować, zaczną się na siebie nakładać. To można wykorzystać do zupełnie nowego rodzaju mikroskopii o bardzo wysokiej rozdzielczości. – uzupełnia Radosław Chrapkiewicz.

8 komentarzy do Złapali kwant !!!

Co powiedzieli na Księżycu?

Wreszcie wiadomo, co powiedział pierwszy człowiek, stawiając stopę na Księżycu. Przez cztery dziesięciolecia byliśmy w błędzie, choć złe tłumaczenie na polski wpadkę Armstronga tuszowało. A było tak.

Wreszcie wiadomo, co powiedział pierwszy człowiek, stawiając stopę na Księżycu. Przez cztery dziesięciolecia byliśmy w błędzie, choć złe tłumaczenie na polski wpadkę Armstronga tuszowało. A było tak.

Apollo 11 wystartował 16 lipca 1969 roku. Po 4 dniach, 4 godzinach i 20 minutach lądownik LM z Nailem Armstrongiem i Edwinem Aldrinem odłączył się od modułu dowodzenia, który przez następnych ponad 27 godzin orbitował wokół Srebrnego Globu. 20 lipca „Orzeł wylądował” w okolicach Morza Spokoju. Odpoczynek, posiłek, kontrola wszystkich systemów lądownika oraz ustawienie ich do pozycji startowej – w końcu po 6 godzinach i 40 minutach od wylądowania astronauci wyszli na zewnątrz, a świat usłyszał… I tutaj zaczynają się rozbieżności. Na Ziemi, w kwaterze NASA, wśród trzasków i gwizdów transmisji radiowej usłyszano: that’s one small step for man, one giant leap for mankind. Ale to zdanie nie ma sensu. Oznacza mniej więcej tyle co: to mały krok dla ludzkości, ale ogromny skok dla ludzkości. Czyżby Armstrong czegoś zapomniał? W jego wypowiedzi brakuje jednej litery. Litery „a”. Bo gdyby powiedział: „that’s one small step for a man, one giant leap for mankind”, oznaczałoby: „to mały krok dla człowieka, ale ogromy skok dla ludzkości”.

– Mam nadzieję, że historia wybaczy mi zgubienie jednej sylaby – mówił Armstrong. Równocześnie podkreślał, że wydaje mu się, że pechowe „a” powiedział, stawiając lewą nogę na Księżycu. I miał rację. Wymyślone przez sztab ludzi zdanie (choć Armstrong twierdzi, że sam na nie wpadł) zostało wypowiedziane prawidłowo, tylko usłyszane błędnie. Winę ponosi transmisja radiowa, której jakość w 1969 roku była co najmniej wątpliwa. Zgubioną literkę znalazł Peter Ford, informatyk z Australii i właściciel firmy Control Bionics. Jego praca polega na tworzeniu systemów, które osobom głuchoniemym umożliwiają porozumiewanie się ze światem. Według Forda, pierwsza część sławnego zdania trwała 3,5 sekundy, a to przy ówczesnej technologii komunikacji radiowej przynajmniej o 10 razy za szybko, żeby „a” na Ziemi zostało usłyszane. To że nie było słyszalne, nie oznacza jednak, że nie było „obecne” w ścieżce dźwiękowej. Po dwóch tygodniach poszukiwań, Ford znalazł ślad niesłyszalnego „a”. – Nie mieściło mi się w głowie, że osoba tak opanowana i precyzyjna jak Armstrong mogła nie zapamiętać poprawnie jednego zdania – powiedział pytany o powody rozpoczęcia analizy słów z Księżyca. Jedna litera może czasami bardzo dużo zmienić.

kamera

Choć od lądowania na Księżycu minęło już ponad 45 lat, do dzisiaj misje Apollo mogą być źródłem zaskoczenia. Kilkanaście dni temu dokonano odkrycia niemalże archeologicznego. Takie odkrycia zwykle kojarzą się z wykopaliskami czy przeszukiwaniem ruin, ale na pewno nie z porządkami w szafie. Tym razem było jednak inaczej. Wdowa po astronaucie Neilu Armstrongu, tym samym, który jako pierwszy człowiek stawiał nogę na Księżycu, znalazła w jego szafie kamerę, którą zarejestrowano pierwsze kroki ludzi na Srebrnym Globie. Kamera nie była elektroniczna jak te dzisiaj używane, a obraz rejestrowała na 16mm taśmie filmowej. Urządzenie i wiele innych pamiątek z lotu Apollo 11 kobieta znalazła na dnie szafy w płóciennej torbie. Zanim Armstrong wyszedł z lądownika, trzymaną w ręku kamerą rejestrował moment zbliżania się lądownika „Eagle” (Orzeł) do powierzchni Księżyca. – Ta kamera zarejestrowała jedne z najważniejszych zdjęć XX wieku – powiedział Allan Needell z National Air and Space Museum, instytucji, której wdowa po Armstrongu przekazała cenne znalezisko.

Neil Armstrong zmarł w 2012 r.

10 komentarzy do Co powiedzieli na Księżycu?

Komputer na światło

Wyobraź sobie komputery miliardy razy szybsze od tych, które dzisiaj mamy do dyspozycji. Po co nam takie urządzenia? Na razie jeszcze nie wiem, ale jestem pewien, że jak tylko je stworzymy, zastosowania sypną się jak z rękawa.

Wyobraź sobie komputery miliardy razy szybsze od tych, które dzisiaj mamy do dyspozycji. Po co nam takie urządzenia? Na razie jeszcze nie wiem, ale jestem pewien, że jak tylko je stworzymy, zastosowania sypną się jak z rękawa.

Skąd ta pewność? Tego uczy nas historia. Także ta najnowsza. W 1946 roku Thomas Watson, prezes koncernu IBM, firmy, która właśnie skonstruowała pierwszy komputer, stwierdził publicznie, że tego typu maszyny nigdy nie będą powszechne. W dość długim przemówieniu powiedział także, że jego zdaniem w przyszłości świat nie będzie potrzebował więcej niż 5 maszyn cyfrowych. No tak, przecież gry były planszowe, o internecie nikt nie słyszał, a dokumenty można przecież pisać na maszynie do pisania. Tymczasem dzisiaj mocna pozycja firmy IBM została zbudowana właśnie na produkcji ogólnie dostępnych i powszechnych maszyn cyfrowych. I jeszcze jeden przykład. W połowie lat 90. XX wieku (czyli zaledwie 20 lat temu) guru technologii cyfrowej, założyciel i szef Microsoftu Bill Gates stwierdził, że internet to mało użyteczna zabawka. Faktycznie, wtedy był on czymś takim. Faktycznie, listy można było wysłać pocztą albo faksem. Zawsze to samo. Cywilizacja rozwija się dzięki wizjonerom spełniającym swoje marzenia. Dzięki ludziom, którzy nie zawsze potrafią odpowiedzieć na pytania „po co?” albo „do czego nam się to przyda?”. Historia uczy jednak, że każde odkrycie, każda rewolucja błyskawicznie zostają zagospodarowane. I stąd pewność, że komputery kwantowe, bo o nich mowa, będą urządzeniami, bez których ludzie nie będą sobie wyobrażali życia.

Światłem hurtowo

Pomysł, by wykorzystać kwanty (np. pojedyncze cząstki światła) jako nośnik informacji, jako „medium” do prowadzenia obliczeń, ma około 40 lat. Jak to często bywa, w takich sytuacjach dość trudno wskazać pierwszego pomysłodawcę, ale nie ma wątpliwości, że jednym z pierwszych był znany fizyk Richard Feynman. No i potoczyło się. Na kilku uniwersytetach grupy naukowców rozpoczęły teoretyczne obliczenia. Jedna z takich grup, związana z uniwersytetem oksfordzkim, stworzyła protokoły kwantowe. Współpracował z nią też Polak, Artur Ekert. Po około 10 latach od rzucenia pomysłu, czyli w połowie lat 90. XX wieku, powstały pierwsze podstawowe elementy konstrukcji komputera kwantowego, czyli bramki, które przetwarzały kubity. Co to takiego? To cząstki elementarne, fotony lub elektrony, których różne stany w pewnym sensie są nośnikami informacji. Tylko dlaczego komputer zbudowany „na kwantach” ma być szybszy od tradycyjnego? Sprawa, wbrew pozorom, nie jest aż tak bardzo skomplikowana. Podstawą jest przeniesienie się do zupełnie innego świata. Świata, w którym nic nie jest takie jak w naszym świecie. Mam tutaj na myśli świat kwantów, same podstawy budowy naszej materii. Zjawiska, które tam występują, są dla nas fascynujące, bo wokół nas ich nie zauważamy. Więcej, one są nielogiczne, przeczące intuicji i zdrowemu rozsądkowi.

Jedną z dziedzin badających ten świat jest optyka kwantowa. Tak jak „zwykła” optyka, czyli ta, której uczymy się w szkole na lekcjach przyrody czy fizyki, tak samo i ta kwantowa zajmuje się światłem. Różnica polega na tym, że optyka kwantowa bada pojedyncze cząstki światła, czyli kwanty albo ich niewielkie grupy (pary, trójki…), podczas gdy „optyka szkolna” zajmuje się światłem bardziej „hurtowo”. Bada je jako zbiór ogromnej ilości kwantów. Właśnie w tych ogromnych ilościach fotonów (czyli w wiązkach czy promieniach światła) gubią się te zjawiska, które w przypadku pojedynczych cząstek występują. O co konkretnie chodzi? Na przykład o zjawisko superpozycji. – To zjawisko nie występuje w świecie klasycznym i bardzo trudno w ogóle znaleźć do niego zrozumiałą analogię – mówi „Gościowi” Radosław Chrapkiewicz, doktorant Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

I w lewo, i w prawo

Superpozycja. O co chodzi? – Definicja mówi, że to istnienie dwóch pozornie wykluczających się stanów cząstki – mówi Chrapkiewicz. I od razu dodaje, że superpozycja w naszym świecie nie występuje, ale gdyby występowała, strzałka skierowana w prawo równocześnie byłaby skierowana także w lewo, a prawy but byłby równocześnie lewym. – W świecie, który nas otacza, strzałka jest skierowana albo w jedną, albo w drugą stronę, a jeden but może być albo prawy, albo lewy. Ale w świecie kwantów jest inaczej. Jedna cząstka może istnieć w stanach, które się wzajemnie wykluczają. Tylko co to ma wspólnego z komputerami kwantowymi? W klasycznym komputerze, takim, jaki stoi w niemal każdym domu, takim, na jakim piszę ten artykuł, wszelkie obliczenia robi się na zerach i jedynkach. Maleńkie elementy elektroniczne mogą przyjmować albo wartość „0”, albo „1”. – W komputerze kwantowym w pewnym sensie zera i jedynki istnieją równocześnie, a to oznacza, że możemy wykonywać równocześnie wiele obliczeń naraz – mówi Radosław Chrapkiewicz. Muszę mieć niewyraźną minę, bo Radek tłumaczy dalej. – Jeden klasyczny bit to jest zero lub jedynka, jeden kwantowy bit, czyli kubit, to jakiś stan równoczesnego istnienia zera i jedynki. W tym samym momencie zamiast jednej wartości mamy dwie współistniejące. Jeżeli weźmiemy dwa kubity, mamy jednoczesne współistnienie czterech wartości, bo tyle jest możliwych kombinacji zer i jedynek. A jeżeli zbuduję komputer dziesięciokubitowy, różnych możliwości jest 2 do 10 potęgi, czyli 1024, podczas gdy w klasycznym komputerze dziesięciobitowym jest tylko 10 możliwości – tłumaczy Radosław Chrapkiewicz. I dodaje: – Liczba operacji możliwych do wykonania równocześnie rośnie bardzo szybko wraz ze wzrostem liczby kubitów. Komputery skonstruowane w ten sposób działałyby nieporównywalnie szybciej, bo wiele operacji mogłyby wykonywać równocześnie. Dzisiejsze komputery nie potrafią robić kilku operacji naraz – kończy Chrapkiewicz.

Zasada działania komputera kwantowego nie wydaje się skomplikowana. Ale jak jest z jej realizacją? No i tutaj pojawia się problem. Dzisiaj nie ma jeszcze układów, które z czystym sumieniem można byłoby nazwać wielokubitowymi. Co prawda na początku lutego 2007 roku firma D-Wave Systems zaprezentowała 128-kubitowy komputer, ale istnieją uzasadnione wątpliwości, czy to rzeczywiście jest „pełnowartościowy” komputer kwantowy, czy tylko urządzenie, które wykorzystuje pewne zjawiska kwantowe. Być może różnica pomiędzy tymi dwoma przypadkami jest subtelna, ale specjaliści ją zauważają. Ale nawet w przypadku komputera, który nie jest przez wszystkich zaliczany do maszyn kwantowych, liczby mogą robić wrażenie. Jedna z grup badaczy twierdzi, że stworzyła czip, który może dokonywać ponad 10^38 obliczeń naraz. Zwykłemu, klasycznemu komputerowi zajęłoby to kilka milionów lat.

To takie logiczne

No i powstaje pytanie kluczowe. Po co nam tak szybkie komputery? Kilka zastosowań przychodzi do głowy od razu. Zastosowania wojskowe, a właściwie wywiadowcze. Dzisiejsze komputery nie radzą sobie z ogromną ilością danych, które nadsyłają urządzenia podsłuchowe. Ludzie odpowiedzialni w strukturach państwa za bezpieczeństwo (własnych obywateli) nie lubią sytuacji, gdy mają dane, ale nie są ich gdy przeanalizować, bo jest ich za dużo. Niewiele instytucji ma fundusze na to, by inwestować w takie dziedziny nauki jak optyka kwantowa. Nieliczne są instytucje związane z wojskiem czy wywiadem. Amerykańska Agencja Bezpieczeństwa Narodowego, która zajmuje się tym drugim, w komputery kwantowe inwestuje duże pieniądze. Zresztą podobnie było z komputerami, których dzisiaj używamy. Ich rozwój związany był z Projektem Manhattan – budowy pierwszej bomby jądrowej. – Ta analogia jest bardzo dobra. Moim zdaniem komputery kwantowe dzisiaj są na takim etapie rozwoju technologicznego, jak w latach 40. XX wieku były komputery klasyczne – mówi Radosław Chrapkiewicz. I dodaje, że nie sposób dzisiaj powiedzieć, kiedy przyjdzie przełom.

Choć sam zajmuje się optyką kwantową, nie jest w stanie wyobrazić sobie komputerów kwantowych w każdym domu czy w zminiaturyzowanej wersji zastosowanych w jakichś urządzeniach mobilnych, takich jak np. dzisiejsze smartfony. Nie tylko zresztą on. Przegląd specjalistycznych stron internetowych pokazuje, że gdy mowa o wykorzystaniu komputerów kwantowych, najczęściej pojawiają się stwierdzenia o analizie dużej ilości danych, w tym danych naukowych i o skomplikowanych modelach matematycznych, dotyczących np. pogody czy na przykład projektowania leków. Nic dla ludzi? Cóż, leki są jak najbardziej dla ludzi, ale faktycznie brakuje nam chyba wyobraźni, by dzisiaj znaleźć zastosowanie dla maszyn o tak ogromnej mocy obliczeniowej. Spokojnie, gdy pojawią się takie komputery, pojawią się i zastosowania. A wtedy będziemy nieskończenie zdziwieni, że wcześniej tych zastosowań nie potrafiliśmy zauważyć. Przecież one są takie… logiczne.

komputer kwantowy

 

>>> Na zdjęciu układ skonstruowany przez firmę D-Wave Systems, zawierający 128 kubitów.

 

Tekst ukazał się w tygodniku Gość Niedzielny

6 komentarzy do Komputer na światło

Telepatia działa…

…przez internet. Przeprowadzono eksperyment, w ramach którego udało się skomunikować ze sobą dwa oddalone od siebie mózgi. W efekcie jeden człowiek zrobił coś, co pomyślał drugi.

…przez internet. Przeprowadzono eksperyment, w ramach którego udało się skomunikować ze sobą dwa oddalone od siebie mózgi. W efekcie jeden człowiek zrobił coś, co pomyślał drugi.

Nieinwazyjny interfejs mózg–mózg jest czymś, co budzi równie dużo obaw, co nadziei i fascynacji. Odkrycie czy raczej eksperyment był dość naturalną konsekwencją prac, które prowadzi się od lat i które polegają na „sprzęgnięciu” ze sobą mózgu i komputera. Interfejsy mózg–komputer działają dzięki odczytowi, a następnie skomplikowanej interpretacji sygnałów elektrycznych, które generuje ludzki mózg. Te sygnały mogą być odczytywane wprost z mózgu, ale także (co czyni całą sprawę jeszcze bardziej skomplikowaną) na powierzchni skóry głowy. Zresztą te same sygnały są analizowane w znanej lekarzom od lat metodzie EEG. Interfejs mózg–komputer jest kolejnym krokiem. Sygnały są nie tylko rejestrowane, ale przypisywane jest im pewne znaczenie. I tak np. osoba niepełnosprawna myśląc, jest w stanie kierować wózkiem inwalidzkim. Albo ktoś całkowicie sparaliżowany jest w stanie komunikować się z otoczeniem poprzez koncentrację, wyobrażanie sobie np. liter, które następnie pojawiają się na ekranie komputera (opisuję to w skrócie, bo w rzeczywistości proces jest bardziej złożony).

Jak mózg z komputerem

Wspomniane techniki nie są przeznaczone oczywiście tylko dla ludzi chorych. Już dziś można kupić urządzenie przypominające kask, które zakłada się na głowę, co pozwala za pomocą myśli sterować postaciami w grze komputerowej. Być może w przyszłości komunikacja ludzi z urządzeniami elektronicznymi w całości będzie się opierała na falach mózgowych. Dzisiaj w komputerze czy telefonie niezbędna jest klawiatura, myszka czy dotykowy ekran. Inaczej nie wprowadzimy do urządzenia informacji, bez tego nie wyegzekwujemy żadnego działania. Przyszłości nie da się przewidzieć, ale nie znaczy to, że nie można zostać futurologiem. Sytuacja, w której myślami będę „współpracował” z komputerem, wydaje mi się fascynująca. Ale to oczywiście nie koniec drogi, tylko być może dopiero jej początek. No bo skoro da się skomunikować pracę mózgu i komputera, dlaczego nie spróbować komunikacji pomiędzy dwoma mózgami? Naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu Waszyngtona stworzyli taki interfejs. Informacja pomiędzy dwoma mózgami została przesłana siecią internetową.

Pisząc „informacja”, nie mam jednak na myśli konkretnej wiedzy przekazywanej pomiędzy mózgami, tylko raczej impuls do zrobienia czegoś. Eksperyment wykonało dwóch uczonych, którzy tematem zajmowali się od wielu lat. Jeden to Andrea Stocco, drugi Rajesh Rao. W sierpniu tego roku ci dwaj panowie usiedli wygodnie w fotelach w dwóch różnych punktach kampusu uniwersyteckiego i zrobili coś, co będzie opisywane kiedyś w podręcznikach. Rao założył na głowę czepek z elektrodami rejestrującymi fale mózgowe. Z kolei Stocco założył czepek z elektrodami do tzw. przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. W pewnym sensie te urządzenia są swoją przeciwnością. Jedno fale mózgowe rejestruje, a drugie raczej je w mózgu generuje. Rao nie myślał o niczym specjalnym, po prostu grał w grę komputerową, z tym, że nie przez klawiaturę czy inne urządzenie peryferyjne, tylko używał do tego własnych myśli. Gdy jego zadaniem było trafienie w cel znajdujący się z prawej strony ekranu komputera, wyobrażał sobie, że porusza prawą ręką i trafia w ten punkt. Tymczasem niemal dokładnie w tej samej chwili jego kolega Stocco, kilkaset metrów dalej, rzeczywiście poruszył prawą ręką.

Mimowolny tik

Stocco miał na uszach słuchawki (po to, by nie było podejrzeń, że ktoś mu podpowiada) i słuchał muzyki. Nie patrzył też na ekran komputera. Był zrelaksowany, odpoczywał, a w pewnym momencie poruszył palcem ręki. Nie do końca potrafił powiedzieć, dlaczego to zrobił. Tłumaczył, że jego ruch „przypominał mimowolny tik”. Ten eksperyment oznacza, że po raz pierwszy udało się przekazać informację pomiędzy dwoma mózgami. Na razie ten przepływ jest jednokierunkowy, ale wiadomo, że kolejnym krokiem będzie dwukierunkowość. Co ciekawe, w tym eksperymencie w zasadzie nie używa się niczego, co dotychczas nie było znane. Zarówno EEG, jak i stymulację magnetyczną lekarze stosują od wielu lat. Przełom polega na tym, że badaczom udało się, wykorzystując znane narzędzia, uzyskać zupełnie nową jakość. Badacze jak zwykle studzą emocje.

Eksperyment powiódł się dlatego, że ośrodek odpowiedzialny za motorykę nie jest usytuowany we wnętrzu mózgu, tylko na jego powierzchni. W innym wypadku nie udałoby się go pobudzić bezinwazyjnie z zewnątrz. Nie ma żadnych szans – jak twierdzą – na to, by obecna metoda była wykorzystywana do wpływania na myśli drugiego człowieka. Badacze kategorycznie stwierdzili również, że nie ma także możliwości sterowania drugim człowiekiem bez jego woli. Na co w takim razie są szanse? Dość trudno na tym etapie powiedzieć, ale niemal od razu narzuca się pomoc osobom niepełnosprawnym w komunikacji ze światem zewnętrznym. Być może uda się stworzyć urządzenia pomagające ludziom w kontrolowaniu bardzo skomplikowanych urządzeń, takich, jakimi są np. samoloty.

Dwóch pilotów mogłoby być w jakiś sposób połączonych ze sobą, tak, że działaliby jako jeden organizm, a nie dwa oddzielne. Z drugiej strony piloci przez wielogodzinne szkolenia, nawet bez nowej technologii, potrafią doskonale ze sobą współpracować. Jest jeszcze coś. A może ta technologia przyda się w porozumiewaniu pomiędzy osobami, które mówią w różnych językach? Fale mózgowe są przecież uniwersalne i nie zależą od wieku, kultury i pochodzenia. Tym bardziej że nikt nie powiedział, że w takiej komunikacji mogą uczestniczyć tylko dwie osoby.

Tekst ukazał się w tygodniku Gość Niedzielny

1 komentarz do Telepatia działa…

Rewelacyjny wynalazek polskiego maturzysty

19-letni Mariusz Bielaszka, uczeń ostatniej klasy Technikum Elektronicznego w Połańcu, wymyślił urządzenie, które może uratować życie wielu starszych ludzi. O jego wynalazek już biją się zagraniczne firmy – informuje „Metro”.

19-letni Mariusz Bielaszka, uczeń ostatniej klasy Technikum Elektronicznego w Połańcu, wymyślił urządzenie, które może uratować życie wielu starszych ludzi. O jego wynalazek już biją się zagraniczne firmy – informuje „Metro”.

Coraz więcej osób starszych znika w Polsce bez śladu – wynika z danych udostępnionych gazecie przez Fundację Itaka, która szuka zaginionych. Bardzo wiele przypadków zaginięć osób starszych ma związek z zaburzeniami pamięci powodowanymi demencją lub chorobą Alzheimera.

Do tego, by łatwiej było ich znaleźć służy opracowany przez Mariusza Wanted Clock. Urządzenie wygląda jak zegarek, ale ma wbudowany GPS, w środku znajduje się karta SIM. Jak to działa? – To bardzo proste. Wystarczy, aby osoba, którą chcemy monitorować, miała na ręku zegarek (programujemy współrzędne lokalizacyjne miejsca, którego nie powinna opuszczać), zaś druga osoba zwyczajny telefon. Kiedy chcemy dowiedzieć się, gdzie znajduje się dana osoba, wysyłamy sms na lokalizator, a po chwili otrzymujemy wiadomość zwrotną z bezpośrednim linkiem do mapy. Wystarczy minuta, żeby odnaleźć osobę, która go nosi. Moje urządzenie dodatkowo wzbogaciłem o funkcję przypominającą o zażyciu leków – opowiada mediom wynalazca.

Na pytanie skąd pomysł na skonstruowanie takiego urządzenia młody wynalazca odpowiedział w wywiadzie dla serwisu „Spinno.pl”:

Pomysł zrodził się z życia codziennego. W okresie zimowym starsza kobieta, chora na  Alzheimera, uciekła z domu spokojnej starości. Sam uczestniczyłem w poszukiwaniach zaginionej kobiety. Wówczas zrodziła się w mojej głowie idea urządzenia, które pozwoli  na szybką lokalizację osoby. W efekcie skonstruowałem zegarek wyglądem niczym odbiegający od tych, które sami używamy na co dzień – mówił Bielaszka.

Zegarek przypomni też o przyjmowaniu leków, a gdy wyślesz na niego SMS-a o określonej treści, sam oddzwoni i uruchomi system głośno mówiący (byś mógł zwrócić się do seniora) albo wbudowane diody zaczną emitować intensywne sygnały świetlne (funkcja ma się przydać w nocnych poszukiwaniach, gdy posiadacz zegarka zaginie).

Wynalazek zdobył już złoty medal i nagrodę specjalną na brukselskich Targach Wynalazczości „Brussels Innova”, wyróżnienie w polskim konkursie dla młodych naukowców E(x)plory 2014 i II miejsce na ogólnopolskiej Olimpiadzie Innowacji Technicznych. Na początku maja zegarek pojedzie na targi innowacji do Paryża, a parę dni później na konkurs INFOMatrix do Bukaresztu. Po maturze Mariusz chce rozpocząć studia na kierunku Automatyka i Robotyka na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

wt /Metro/spinno.pl

artykuł ukazał się na www.gosc.pl

Brak komentarzy do Rewelacyjny wynalazek polskiego maturzysty

Konkurs o energii

W badanie i wdrażanie którego rodzaju energii powinniśmy w Polsce inwestować najwięcej środków i wysiłku. Uzasadnijcie proszę Waszą odpowiedź.

W odcinku  „Ekstremalna energia”, który w serii Megaodkrycia, National Geographic Channel pokaże o godzinie 22.00 w niedzielę 6 grudnia, naukowcy z kilku wiodących światowych ośrodków naukowych opowiedzą, gdzie szukają realnej alternatywy dla pozyskiwania energii z węgla, ropy i gazu. Będzie o ujarzmianiu huraganów, promieni Słońca, o geotermii, fuzji wodorowej i kilku innych pomysłach na „czystą” energię.

A teraz pytanie:

>>> Napiszcie w badanie i wdrażanie którego rodzaju energii powinniśmy w Polsce inwestować najwięcej środków i wysiłku. Uzasadnijcie proszę Waszą odpowiedź.  

Odpowiedzi wpisujcie proszę w komentarzach pod tym tekstem. Trzy najlepsze odpowiedzi zostaną nagrodzone moją najnowszą książką „Człowiek” (no chyba, że ktoś woli poprzednią „Kosmos”). Jeżeli takie będzie życzenie wygranego, chętnie napiszę imienną dedykację. 

Człowiek okłądki_II

 Regulamin konkursu:  http://naukatolubie.pl/regulamin-konkursu/

14 komentarzy do Konkurs o energii

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