Jak jistě každý ví, obecná relativita je dobrá ve velkých rozměrech a hmotnostech. V pohodě vysvětlí, co se děje s časoprostorem při srážce černých děr. Kvantová mechanika zase exceluje v nejmenších rozměrech a u těch nejlehčích objektů. Třeba když potřebujete vysvětlit chování nějaké částice.
Vědci intuitivně cítí, že k úplnému pochopení reality bude nutné tyto dva pohledy skloubit dohromady, nejlépe do něčeho jako kvantová teorie gravitace. Je to ale nesmírně obtížný úkol. Jako chtít smířit oheň s vodou. Součástí tohoto problému je, že se za ním hrozivě tyčí velice komplikovaná matematika. Zároveň je také velmi těžké uspořádat experiment, v němž by se významně projevovaly fenomény obou konceptů, tedy současně obecné relativity a kvantové mechaniky.
Odborníci rakouské Technische Universität Wien (TU Wien) nabízejí pozoruhodné řešení v podobě kvantového simulátoru. Namísto toho, aby zkoumali přímo to, o co jim jde – v jejich případě kvantové částice v zakřiveném časoprostoru – vytvořili „modelový systém,“ díky němuž se mohou dozvědět, co potřebují, díky analogii. Jörg Schmiedmayer a jeho kolegové to zkusili a perfektně jim to fungovalo.
Základní myšlenka kvantového simulátoru je prostá – mnohé fyzikální systémy jsou si podobné. I když jde o naprosto rozdílné částice nebo úplně jiné škály a na první pohled takové systémy nemají nic společného, přesto v řadě případů sdílejí fyzikální zákony a rovnice, podle nichž se chovají. To znamená, že lze zkoumat nějaký systém, který je pro nás běžně nedosažitelný, zkoumáním jiného, zdánlivě hodně odlišného systému.
Schmiedmayer a spol. vyrobili modelový systém kvantového simulátoru z oblaků ultrachladných atomů, které ovládali pomocí elektromagnetických polí systému AtomChip. S tímto modelovým systémem se jim povedlo simulovat zakřivení časoprostoru se světelnými kužely (light cone), což jsou v obecné relativitě dráhy světelných paprsků. Napodobili tím dnes velmi populární gravitační čočky. Namísto rychlosti světla pracují s rychlostí zvuku, ale každopádně získali systém, který se vztahuje k zakřivení časoprostoru a současně jde o kvantový systém, který lze popsat s kvantovou teorií pole. Smíchali oheň s vodou.
Kvantové simulátory se ukazují jako slibný nástroj pro výzkum. Badatelé doufají, že je simulátor s ultrachladnými atomy může dovést i k doposud neznámým fyzikálním fenoménům. Podle všeho se máme na co těšit.
Video: Jörg Schmiedmayer - What atomtronics experiments teach us about many body physics
Literatura
Extrémně ultrachladné atomy mohou tvarovat či směrovat světlo
Autor: Stanislav Mihulka (06.09.2020)
Hmota v kvantovém simulátoru je 3miliardkrát chladnější než vesmír
Autor: Stanislav Mihulka (03.09.2022)
Kvantový simulátor s ultrachladným draslíkem napodobuje mladičký vesmír
Autor: Stanislav Mihulka (11.11.2022)
Diskuze:
Zakrivenie casopriestoru sklenenou cockou
Radoslav Pořízek,2023-05-19 08:25:48
"S tímto modelovým systémem se jim povedlo simulovat zakřivení časoprostoru se světelnými kužely (light cone), což jsou v obecné relativitě dráhy světelných paprsků. Napodobili tím dnes velmi populární gravitační čočky."
Simulovat zakrivenie priestoru cez drahy svetelnych paprsku a napodobnit tym dnes velmi popularni gravitacni cocku sa da spravit aj cez normalnu opticku cocku. Z clanku nie je jasne, v com je pridana hodnota - ak tam nejaka vobec.
Ano v mechanike existuje urcity analog relativity: mame hranicnu rychlost zvuku, v materialoch dislokacie siriace sa podzvukovou rychlostou, dokonca aj "tachyony" - dislokacie siriace sa nadzvukovou rychlostou. Nadzvukova dislokacia vznika aj zanika pri nadzvukovej rychlosti, hranica rychlosti zvuku ostava neprekonatelna.
Takze ista analogia je mozna, ale chyba obdobne vysvetlenie, ze co sa im vlastne podarilo.
Blížíme se k cíli?
Jan Strapina,2023-05-19 01:54:24
Zajímavé,nesmírně zajímavé,každopádně přeju rakouským vědcům hodně úspěchů!!!!!!!!!Snad se blížíme k cíli!!
Re: Blížíme se k cíli?
Jirka Naxera,2023-05-19 12:26:28
Bohuzel, o blizeni se k cili nemuze byt reci.
Obecne tyhle systemy analog gravity jsou zajimave a dulezite, ale v jinem smeru - umoznuji experimentalne overit, ze spravne chapeme reseni rovnic. Nicmene o tom, jake rovnice popisuji nas Vesmir jako takovy nevypovidaji moc.
Abych to osvetlil na srozumitelnem prikladu - mame uz desitky let dve (v podstate ekvivalentni diky Einsteinovu principu ekvivalence) netrivialni znalosti:
- Pokud jste v stale se zrychlujici se rakete, vytvari se za raketou horizont udalosti (Rindleruv casoprostor), ktery ale podle QFT ma nenulovou teplotu -> vyzaruje fotony a pripadne dalsi castice (Unruh radiation)
- Pokud se divate na horizont Cerne diry (Schwartzschilduv casoprostor vetknuty do asymptoticky plocheho Minkowskeho), tak ma nenulovou teplotu, a tim padem v jeho okoli vznikaji castice a fotony.
Oba objevy jsou neskutecne dulezite, az na takovou drobnost - chapeme ony rovnice (QFT v zakrivenem casoprostoru) spravne? Experimentalne to neoverite (teplota bezne cerne diry je mnohem nizsi nez reliktniho zareni, navic je tisice svetelnych let daleko, u zrychleni to same, cokoli co prezije jakakoli hmota pristroju je naprosto nemeritelne), takze nejistota.
A pak prichazeji prave systemy analogicke gravitace, tedy system (obvykle nejaka supratekutina, BE kondenzat, ionty v pasti nebo podobne hracky), ktere muzete postavit tak, aby je popisovaly stejne rovnice, jako ony experimentalne neoveritelne pripady. Napriklad udelate horizont udalosti v zrychlujici se supratekutine, a merite fonony, ktere tam delaji analogickou Unruhovu radiaci.
Nedokazuje to, ze jsou rovnice spravne. Ale dokazuje to, ze pokud ano, tak opravdu chapeme spravne, ze tam vznikaji castice.
A novinari pak pisi clanky "Fyzikove postavily cernou diru v laboratori".
Re: Re: Blížíme se k cíli?
Jiri Gutman,2023-05-19 17:53:16
Dobré vysvětlení. Jen ta poslední věta "Fyzikove postavily.." mate, jestli je to problém gramatiky nebo tendu :-)
Re: Re: Re: Blížíme se k cíli?
Jirka Naxera,2023-05-19 18:48:20
To tam do tehle konkretni formulace pisu uz nejake to desetileti naprosto umyslne jako doslovnou citaci, vzniklo to jeste v dobe, kdy prislusni "novinari" krome neznalosti toho, o cem pisi, neumeli ani poradne cesky, na korektorech se uz tehdy setrily naklady, a tehdejsi automaticke kontroly pravopisu neco takoveho jako shodu podmetu s prisudkem proste nedavaly.
Jsem jen laik
Tomáš Vals,2023-05-19 00:33:39
Ale tohle není jen mimo můj rozum, ale i představivost...
Re: Jsem jen laik
Jan Strapina,2023-05-19 01:53:00
Z toho si nic nedělejte ,já taky stoprocentně nerozumím všemu,ale přesto v tom jedu dál!!!!!!Cesta realného exatně vědeckého poznání je úžasná!!!!!!
Re: Jsem jen laik
Jirka Naxera,2023-05-19 12:47:50
Ale vubec ne. Ono je to velmi jednoduche.
Kdyz mate hodne svetla, nedeje se nic. kdyz ho porad zaslabujete, tak po nejake dobe zjistite, ze uz to nejde, ze bud tam castice (foton) dopadnul, nebo nedopadnul.
No ale s fotony se dela krajne nedobre, zvlast v pripade gravitacnich systemu, kde ty fotony maji neskutecne nizkou energii, a navic pro jejich vytvareni potrebujete ohromne zrychleni.
Ale to same plati (uz ne ve vakuu, ale treba v kapaline) pro zvuk. Normalne jsou to tlakove vlny, ale jak budete ubirat hlasitost (a kvuli Brownovu pohybu to budete muset poradne ochladit), tak jak to uticha, tak po case zjistite, ze mate kapalinu v uplnem klidu a ten zvuk bud je konkretni jedna excitace, nebo neni. A ta excitace (predstavte si, ze jedna z molekul zacne kmitat, a postupne pusobi na okolni az kmitani "preskoci" na jinou) pak s prekvapenim zjistite, ze "to", co nazyvame excitaci, popisuji naprosto stejne rovnice, jako onen foton ve vakuu. Inu nazvete tu excitaci fononem a jsme doma.
Pak uz je to na fantazii, fonon se siri rychlosti zvuku, coz je mnohem vice "lab friendly" nez ten foton, cely system je malej, takze se na nej dobre miri presnymi meraky, vejde se to na stul apod. Takze vlastne misto nedostupne fyziky kdesi ve Vesmiru delate pokusy s malym systemem v labu, ktery se ale chova podle stejnych rovnic jako ta cerna dira. A v neposledni rade, nechrozi Vam, ze Vas ta cerna dira sezere, maximalne se popalite o kapalne helium :)
Re: Re: Jsem jen laik
Radoslav Pořízek,2023-05-23 22:53:28
Dakujem za vysvetlenie. To je to zhruba to, co som avizoval, ze mi chyba v clanku.
Re: Re: Jsem jen laik
Radoslav Pořízek,2023-05-23 22:58:07
Ale tak sa este spytam. Ked sa v labaku nameraju ocakvane vysledky, tak je vsetko v poriadku. Co ale ked sa nameria nieco neocakavane? Musi z toho nieco vyplyvat pre cierne diery, alebo to bude sposobene tym, ze rovnice popisujuce system v labaku nie su az tak uplne tie iste?
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
