Za uczynienie z dziwności użytecznego surowca

Za uczynienie z dziwności użytecznego surowca. Fizyczny Nobel 2022 dla Alaina Aspecta, Johna F. Clausera i Antona Zeilingera

Nagrodę Nobla 2022 w dziedzinie fizyki otrzymali Alain Aspect, John F. Clauser i Anton Zeilinger za eksperymenty ze splątanymi fotonami, pokazanie złamania nierówności Bella i pionierskie badania nad informacją kwantową. Tych trzech fizyków zaprojektowało i przeprowadziło testy, które wstrząsnęły podstawami mechaniki kwantowej, wywróciły powszechne wyobrażenie o naturze świata, dały początek całej dziedzinie nauki i uruchomiły nowe – kwantowe – technologie.

Rzeczy, które zdarzają się bez przyczyny. Cząstki, które – choć pozornie osobne – zachowują się jak jedna całość. Prawdopodobieństwa, zamiast stuprocentowej pewności. Tak właśnie sto lat temu opisała świat nowa nauka – mechanika kwantowa. Problem z zaakceptowaniem takiego obrazu świata mieli jej pionierzy. I następne pokolenia. Ale trzej nagrodzeni w tym roku Nagrodą Nobla fizycy udowodnili, że przedziwna, kontrintuicyjna natura świata kwantowego nie ma w sobie niczego mistycznego, niczego fantastycznego. To naprawdę jest świat, w którym wszyscy żyjemy.

Einstein nie lubi duchów

– Tegoroczne nagrody są dowodem potęgi mechaniki kwantowej – powiedział Hans Ellegren z Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk. Ale ta potęga nie była początkowo ewidentna. Albert Einstein nie dowierzał, że na poziomie mikroskopowym rzeczy poniekąd stają się dopiero w chwili pomiaru.

Krótko o laureatach

Alain Aspect – francuski fizyk, który wykonał i rozwinął eksperyment testujący teorię parametrów ukrytych. Jest absolwentem École Normale Supérieure de Cachan, do 1994 roku był zastępcą dyrektora Instytutu Optyki Teoretycznej i Stosowanej (SupOptique) w Palaiseau, zaliczanego do Grandes écoles. Alain Aspect należy do Francuskiej Akademii Nauk i Francuskiej Akademii Technologii, obecnie jest profesorem na École Polytechnique w Paryżu.

John Francis Clauser – amerykański fizyk zajmujący się fizyką eksperymentalną i teoretyczną, m.in. w obszarze mechaniki kwantowej. Związany z J.F. Clauser & Assoc. Wraz z Alainem Aspectem i Antonem Zeilingerem zdobył Wolf Prize in Physics w 2010 roku.

Anton Zeilinger – austriacki fizyk doświadczalny specjalizujący się w interferometrii kwantowej. Prowadzi badania nad podstawowymi zjawiskami mikroświata (w tym nad stanami splątanymi). Pracował na Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, obecnie jest profesorem na Universität Wien.

Wraz z Borysem Podolskim i Nathanem Rosenem zaprojektował w 1935 r. słynny eksperyment myślowy, który miał udowadniać, jak bardzo mechanika kwantowa jest niekompletna. Opisywał w nim układ, którego istnienie dopuszcza owa nauka: dwie cząsteczki splątane kwantowo. Stany obu są niekreślone, zamglone – ale jeśli mechanika kwantowa miała być słuszna, musiałby je łączyć przedziwny związek. Po ich rozdzieleniu pomiar stanu jednej natychmiast ustalałby stan drugiej. Bez względu na odległość. Zupełnie jakby porozumiewały się szybciej niż światło – co jest niemożliwe. Jakby rzeczy zdarzały się bez przyczyny – co nie podobało się Einsteinowi.

Wielki uczony nazwał ten efekt „oddziaływaniem duchów na odległość”. I w takiej mniej więcej sferze – baśni oraz filozofii – umieszczano debaty o fundamentach mechaniki kwantowej. Ton narzucił Niels Bohr, wielka figura nauki pierwszej połowy XX w., każąc zaakceptować dziwności, „zamknąć się i rachować”. On i drugi wielki fizyk – Werner Heisenberg – uważali, że nauka powinna mówić tylko o tym, co da się zmierzyć.

Bell ma własne zdanie

Ale nie wszyscy chcieli się zamknąć – do nielicznych odszczepieńców należał irlandzki fizyk John Stewart Bell. W latach 60. przedstawił twierdzenie, z którego wynikało, że albo splątanie kwantowe to w przyrodzie rzecz całkowicie normalna, albo dotychczasowa mechanika kwantowa jest błędna.

Polski fizyk Artur Ekert tak mi o tym opowiadał: Einstein zakładał realizm lokalny, czyli że wartości fizyczne związane z obiektami, przedmiotami naprawdę istnieją. Jeśli poruszają się obiekty, własności poruszają się razem z nimi. Czerwień autobusu porusza się z autobusem. (…) Ale Bell sformułował pewne twierdzenie, nierówność, które pokazuje, że tak wcale nie musi być – czerwień autobusu może pojawiać się w momencie, w którym próbujemy zmierzyć jego kolor. A wcześniej jej nie ma. I mówienie, że ona istnieje, prowadzi do sprzeczności.

O wynikach Bella początkowo wiedział mało kto – a większość z tych, którzy wiedzieli nie dostrzegała ich doniosłości. Wyzwanie rzucone przez Irlandczyka przyjął dopiero John F. Clauser (ur. 1942). Ten amerykański fizyk i utalentowany majster, bez wiedzy przełożonych, na początku lat 70. skonstruował z fragmentów znalezionych na uczelnianym złomowisku urządzenie, za pomocą którego udowodnił coś, co chciał obalić.

Clauser i Aspect montują aparaturę

Bawiąc się spolaryzowanymi fotonami Clauser wykazał, że z mechaniką kwantową wszystko jest w porządku. Nie jest natomiast w porządku z tym, jak Einstein i inni o niej myśleli. Bóg gra czasem w kości. Splątane cząstki tworzą jedną, niezakłóconą przez dzielącą je odległość, całość. Jeden stan kwantowy. Tylko tak należy o nich myśleć.

Francuz Alain Aspect (ur. 1947) poszedł jeszcze dalej. Jego eksperymenty wyeliminowały wszelkie wątpliwości i niepewności związane z układem Clausera. Mechanika kwantowa działa bez zarzutu. Nie ma żadnych ukrytych zmiennych, które tłumaczyć by miały fenomen splątania.

I wtedy fizycy z większą niż wcześniej atencją spojrzeli na zapomnianą pracę Erwina Schrödingera z połowy lat 30. Pisał on, że splątanie jest – być może – nie egzotyczną, ale podstawową cechą mechaniki kwantowej. Wielkie publikacje nauki mają to do siebie, że kolejne pokolenia odnajdują w nich nowe znaczenia. Podobnie przecież było z tekstem Einsteina, Podolskiego i Rosena. – Na wpół filozoficzny artykuł okazał się fundamentalny dla nowych technologii kwantowych – opowiadał Ekert.

Krótko o Nagrodzie Nobla

Trwa noblowski tydzień. Zgodnie z tradycją jako pierwsza przyznawana jest Nagroda Nobla z kategorii fizjologia lub medycyna, a w następnych dniach poznajemy laureatów z fizyki i z chemii. Później Akademia Szwedzka ogłasza zwycięskie nazwisko Literackiej Nagrody Nobla oraz Pokojowej Nagrody Nobla. W kolejnym tygodniu przychodzi czas na ostatniego laureata lub laureatów, z tzw. ekonomicznego Nobla – to jedyne wyróżnienie nie wymienione w testamencie przez Alfreda Nobla – w tej kategorii nagrodę przyznaje Centralny Bank Szwecji.

Laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki wybiera Królewska Szwedzka Akademia Nauk spośród kandydatów rekomendowanych przez działający przy akademii Komitet Noblowski w dziedzinie fizyki. Komitet składa się z sześciu osób, wybieranych spośród członków akademii na trzyletnie kadencje.

Ponieważ fizyka pod koniec XIX wieku była uznawana za siłę napędową całej nauki i to właśnie fizykę Alfred Nobel wymienił na pierwszym miejscu w swoim testamencie ustanawiającym nagrodę.

Do tej pory Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki przyznano 221 osobom, wśród nich było 217 mężczyzn i zaledwie 4 kobiety (w tym Maria Skłodowska-Curie, która otrzymała Nagrodę Nobla w 1903 roku).

Nagroda Nobla to złoty medal i kaligrafowany dyplom, a także czek na 10 mln koron szwedzkich (po dzisiejszym kursie to ok. 917 tys. euro) w każdej z dziedzin. Fundusz finansowy nagród pochodzi z odsetek od majątku Alfreda Nobla, którym zarządza Fundacja Nobla. (sw)

Thors Hans Hansson z Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk pięknie o tym dziś opowiadał, w niepozbawionej cech choreografii tanecznej prezentacji dorobku nagrodzonych: – Eksperymenty Clausera i Aspecta otworzyły fizykom oczy na stwierdzenie Schrödingera i dostarczyły eksperymentalnych narzędzi do pracy.

Zeilinger żongluje splątaniem

Anton Zeilinger (ur. 1945) z tej właśnie oferty skorzystał. Ten austriacki fizyk to człowiek instytucja. Słusznie uważany jest dziś za mistrza splątania – a na pewno mistrza interferometrii kwantowej. W 1997 r. zademonstrował na przykład doświadczalnie coś, co kilka lat wcześniej teoretycznie obmyślili ze współpracownikami (byli to: Charles H. Bennett, Gilles Brassard i W. K. Wootters) teleportację kwantową, czyli przerzucanie stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą.

Blisko z tegorocznym noblistą współpracuje Marek Żukowski. Ten polski fizyk wspominał niedawno w rozmowie dla POLITYKI: W dużej mierze dzięki Antonowi Środkowa Europa przejęła – po Amerykanach i Brytyjczykach – pałeczkę w badaniach nad mechaniką kwantową.

Splątanie trafia pod strzechy

Rok 1901 był rokiem nagrody Nobla. To wtedy przyznano ją po raz pierwszy. Był też rokiem litery „S”. Bo to właśnie zakodowany Morsem sygnał oznaczający tę literę przesłał Guglielmo przez Atlantyk, ze wsi Poldhu w Kornwalii do kanadyjskiej Nowej Funlandii. Włoch otworzył nową erę w komunikacji bezprzewodowej. Dziś nagrodzeni zostali uczeni, którzy otworzyli kolejną epokę – wykorzystującą najbardziej fundamentalne, splątane elementy rzeczywistości. Współtworzyli nową naukę – informację kwantową.

Dzięki niej splątanie wykorzystuje się z powodzeniem w kryptografii. Splątane cząstki przesyła na międzykontynentalne dystanse. Moduły wykorzystujące rozwiązania Zeilingera wchodzą w skład komputerów kwantowych. Kwantowy przypadek coraz częściej traktujemy jako użyteczny zasób, a nie dopust boży.

Rok 2022 jest rokiem litery „Q” – jak quantum mechanics.

PS. Na marginesie – pionierów informacji kwantowej było oczywiście więcej. Nad teorią pracowali m.in. nieco zapomniany Stephen Wiesner, nagrodzeni tegoroczną Breakthrough Prize i wspomniani wcześniej Bennett, Brassard oraz David Deutsch. Byli też uczeni polskiego pochodzenia – Ekert i Wojciech Żurek.

Kalendarz noblowski 2022

Fizjologia lub medycyna
3 października 2022 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny otrzymał Svante Pääbo za odkrycia dotyczące genomów wymarłych hominidów i ewolucji człowieka. Czytaj TUTAJ.

Fizyka
4 października 2022 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali Alain Aspect, John F. Clauser i Anton Zeilinger za eksperymenty ze splątanymi fotonami, pokazanie złamania nierówności Bella i pionierskie badania nad informacją kwantową. Czytaj TUTAJ.

Chemia
5 października 2022 r. Nagrodę Nobla 2022 w dziedzinie chemii otrzymali Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal i K. Barry Sharpless za badania rozwijające chemię „klik” oraz chemię bioortogonalną. Czytaj TUTAJ.

Literatura (Literacka Nagroda Nobla)
6 października 2022 r. Literacką Nagrodę Nobla 2022 otrzymała pisarka Annie Ernaux „za odwagę i kliniczną przenikliwość, z jaką odkrywa korzenie, wyobcowania i zbiorowe ograniczenia pamięci osobistej”. Czytaj TUTAJ.

Pokojowa Nagroda Nobla
7 października 2022 r. Pokojową Nagrodę Nobla 2022 otrzymali: obrońca praw człowieka, opozycjonista białoruski Aleś Bialacki; rosyjska organizacja praw człowieka Memoriał oraz ukraińska organizacja praw człowieka Centrum Wolności Obywatelskich.

Nauki ekonomiczne (tzw. ekonomiczny Nobel)
10 października 2022 r. Nagrodę Nobla 2022 w dziedzinie nauk ekonomicznych otrzymali: Ben S. Bernanke (The Brookings Institution), Douglas W. Diamond (University of Chicago i Philip H. Dybvig (Washington University in St. Louis) za badania nad bankami i kryzysami finansowymi.

Karol Jałochowski

Fizyk z wykształcenia. Dziennikarz z fachu. Stypendysta National University of Singapore. Laureat nagrody Grand Press. Autor filmowej serii dokumentalnej „Pionierzy“ i książki „Heretycy, buntownicy, wizjonerzy“. Naczelny pulsara.

źródło: projektpulsar.pl

#arkusze #autyzm #BożeNarodzenie #czytanie #edukacja #ekologia #emocje #godzinawychowawcza #grafomotoryka #integracja #jesień #kodowanie #kolorowanie #kolory #kreatywność #lato #lekcja #logiczne #logopedia #logorytmika #manualne #matematyka #metoda #mindfulness #motoryka #percepcja #przedszkole #psychologia #rewalidacja #rozwój #ruch #rytm #scenariusz #scenariusze #sensoryka #storytelling #szkoła #toksyczni #uwaga #uważność #zabawa #zabawy #zajęcia #zajęciaspecjalistyczne #zwierzęta

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s