Finn fizikusok egy olyan kvantumanyagot hoztak létre, amely több mint tíz éven át csak elméleti jóslat volt. A lényeg? Ezek az úgynevezett „topologikus" anyagok a jövő számítógépeit működtethetik majd – és ez az anyag akár szobahőmérsékleten is működhet.
A heidelbergi egyetem fizikusai végre megoldottak egy évtizedek óta húzódó rejtélyt a kvantumfizikában. A kutatók bebizonyították, hogy két látszólag egymásnak ellentmondó elmélet valójában ugyanannak a történetnek két oldala. A kutatásuk egy igencsak ellentmondásos jelenségre összpontosít: olyan részecskére, ami annyira nehéz, hogy szinte alig lenne képes mozogni, mégis hullámokat kelt a kvantumtérben – ezt a jelenséget a tudósok több mint ötven éve próbálják megmagyarázni.
Több mint négy évszázada hajósok tanúi valami rendkívülinek a nyílt tengeren. Hatalmas vízfelületek világítanak halovány, szinte természetfölötti fehérségben — mintha valaki felkapcsolt volna egy kozmikus éjjeli lámpát a hullámok mélyén. Évszázadnyi megfigyelés és a modern műholdas technológia dacára a tudósok még mindig nem tudják pontosan megmagyarázni, miért történik ez. És őszintén szólva? Pont ez a fajta megfejtetlen titok az, amiért a tengerek végtelenül lenyűgöznek.
Egy fizikusmini univerzumot hozott létre a laborban, ahol az idő nem ketyeg kívülről, hanem magából a rendszerből buggyan elő — és az titkos összetevő talán a káosz, pontosabban az entrópia. Néztél már valaha a csillagokba, és gondoltál arra: mi is az idő valójában? Nem arra gondolok, hányadika van, vagy mikor jön a következő szabadság. Hanem magára az idő természetére. Mi lenne, ha azt mondanám, hogy a világ legokosabb emberei közül néhányan úgy gondolják, az idő talán nem is alapvető sajátossága az univerzumnak? Pontosan ezt vizsgálja a Birminghami Egyetem egyik fizikusa, és legújabb kísérlete egyszerűen lenyűgöző. Lényegében létrehozott egy apró, lezárt univerzumot a laborjában, és feltette a kérdést: tudjuk-e követni az idő múlását benne anélkül, hogy bármikor is ránéznénk egy órára? Spoiler: a válasz úgy tűnik, igen — de nem azért, amit valószínűleg gondolnál.
Az órák nélküli univerzum problémája
Van valami, ami minden alkalommal megmozgatja az agyamat, ha belegondolok: a fizika alapvető törvényeinek többsége tulajdonképpen nem törődik az idő irányával. Futtasd előre, futtasd hátra — az egyenletek ugyanúgy működnek. De a valóságban az idő nyilvánvalóan egy irányba folyik. Öregszünk. A tojás eltörik, de vissza nem áll össze. A forró kávé lehűl, de soha nem melegszik fel magától. A fizika — amit a valóság leírására használunk — és a tényleges tapasztalatunk közötti ez a ellentét az „időnyíl" problémája, és már több mint egy évszázada gyötri a fizikusokat.
Aztán itt jön a igazán furcsa rész. A fizika legambiciózusabb elméletei — beleértve a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet összekapcsolására tett kísérleteket (ezt hívjuk „kvantumgravitációnak") — azt sugallják, hogy maga az univerzum talán nem rendelkezik beépített órával. A híres Wheeler-DeWitt-egyenlet lényegében az egész kozmoszt egyetlen befagyott kvantumállapotként írja le, külső időmérő nélkül. Tehát ha nincs kozmikus óra, ami a háttérben ketyeg, honnan jön az ismerős időáramlásunk?
Univerzum építése dobozban
Pontosan ezt vizsgálta Professor Giovanni Barontini egy kísérlettel, ami egyaránt zseniális és bizarr. Létrehozott egy „mini univerzumot" 24 ezer ultrahideg atomból — olyan alacsony hőmérsékletre hűtve őket, ami már abszolút nullához közelít, hogy az atomok úgy kezdenek viselkedni, ahogy a hétköznapi világban szinte lehetetlen. Ezeket az atomokat egy elszigetelt tartályba zárta, és lézersugarakkal két régióra osztotta. Az egyik régiót „világosnak" nevezte (ahol a mérések történnek), a másikat „sötétnek" (ami megfigyelésen kívül marad). Az egész rendszer teljesen el volt zárva a külvilágtól — nincs külső óra, nincs interferencia, csak ez a kis zseb kvantum-bizarrság lebeg a laborban. Aztán valami gyönyörű történt.
Egy mini Ősrobbanás (és összeomlás) megfigyelése
Ebben a kicsi univerzumban a világos régió valami figyelemre méltóba kezdett: ismétlődően tágult és húzódott össze, mint egy apró, hurkolt változata az Ősrobbanásnak, amit egy hipotetikus Nagy Összeomlás követ — ez az a forgatókönyv, ahol az univerzum tágulása végül megfordul, és minden összeomlik. Mivel a rendszer teljesen elszigetelt volt, Professor Barontini és csapata csak a rendszeren belüli információkból tudta követni, mi történik. Nem nézhettek meg semmilyen külső laboratóriumi órát. Az események sorrendjét tisztán a mini univerzum belső történéseiből kellett rekonstruálniuk.
Itt jön a elméket megmozgató rész: működött. Sikeresen sorrendbe tudták állítani az eseményeket időben külső viszonyítás nélkül.
A valódi titok: minden az entrópia körül forog
Szóval mi tartotta életben az időt ebben a kis kozmoszban? A válasz a kutatás szerint az entrópia — lényegében a rendszer rendezetlenségének vagy szétszórtságának a mértéke. Ahogy az atomok mozogtak a világos és sötét régiók között, az entrópia (a rendezetlenség, a szétszórtság) folyamatosan változott. Amikor a részecskék eloszlása a világos régióban nőtt vagy csökkent, a rendszer gyakorlatilag előrefelé haladt az időben. És itt jön a lényeg: amikor a részecskék eloszlása abbahagyta a változást, maga az idő gyakorlatilag megállt. Professor Barontini ezt „entropikus időnek" nevezi, és ez nem csupán filozófiai ötlet — a kísérlet kimutatta, hogy ez az időforma:
- Egy következetes irányban folyik (előállítva azt az ismerős időnyilat)
- Helyesen sorrendbe állítja az eseményeket, miközben az univerzum a tágulás és összehúzódás ciklusain megy keresztül
- Felgyorsulhat vagy lelassulhat az entrópia újraeloszlásától függően
Gondolj erre úgy: ahelyett, hogy az idő lenne a színpad, amin az események történnek, az entrópia maga lesz az idő. A rendezetlenség változásai maguk az óra ketyegése.
Miért fontos ez (nagyon)
Itt van, ami miatt őszintén izgatott vagyok ettől a kutatástól. Már régóta tudjuk, hogy az idő a kvantummechanikában másképp viselkedik, mint a hétköznapi tapasztalatainkban, de ezeket az elképzeléseket tesztelni gyakorlatilag lehetetlen volt, mert nem igazán futtathatunk kísérleteket az egész univerzumon. Ez a mini univerzum megváltoztatja ezt. Első alkalommal van a tudósoknak egy kontrollált laboratóriumi környezetük, ahol tesztelhetik az idő természetéről szóló elképzeléseket, amelyek korábban csak elméleti spekulációk maradtak. A csapat azt is bemutatta, hogy a híres Schrödinger-egyenlet — a kvantummechanika alapegyenlete — újrafogalmazható ezzel az entropikus idő koncepcióval. Ez azt jelenti, hogy a tudósok továbbra is előrejelezhetik, hogyan fejlődnek a kvantumrendszerek, még akkor is, ha az idő tisztán belső változásokból van definiálva, nem külső órákból.
A nagyobb kép
Őszinte leszek veletek: a részem egy kicsit le van nyűgözve, de kicsit meg is van ijedve ettől a egész koncepciótól. Ha az idő valami olyan hétköznapinak tűnő dologból bontakozik ki, mint a részecskék szétszóródása egy rendszerben, mit jelent ez a valóság megértésünkre? Valóságosak-e az idő pillanatai, vagy csupán hasznos illúziók, amelyeket a változó entrópia hoz létre? Professor Barontini maga csodálatosan fogalmazott: „A mindennapi életben az idő a múltból a jövőbe folyik — miért van ez így, amikor a legtöbb alapvető fizikai törvény ugyanúgy működik előre és hátra?" Még nincs teljes válaszunk erre a kérdésre. De az ilyen kísérletek lassan, óvatosan megvilágítják tudatlanságunk határait.
Mi következik?
A csapat most olyan összetettebb kvantumrendszerek felé bővíti ezt a megközelítést. Végül ez megnyithatja az ajtót laboratóriumi kísérletek előtt, amelyek az tényleges Ősrobbanás fizikáját, szimulált fekete lyukakat és versengő elméleteket vizsgálnak arról, hogyan működik az idő a teljes kozmoszban. Hihetetlenül ambiciózus cucc. De ez teszi a fizikát olyan csodálatosá — az a hajlandóság, hogy olyan kérdéseket tegyünk fel, amelyek szinte túlságosan alapvetőnek tűnnek ahhoz, hogy feltegyük őket, aztán valóban tervezzünk kísérleteket, amelyekkel vizsgáljuk őket.
Egyelőre leülök és elgondolkodom azon, hogy Birmingham egyik kis dobozában 24 ezer atom éppen a saját időérzékét alkotja meg, egy entrópiaváltozás után a másik után. És valahogy ez egy kicsit közelebb hoz a rejtélyhez. Ti mit gondoltok? Az idő valóságosabbnak tűnik az számotokra, ha tudjátok, hogy a káoszból bontakozhat ki, vagy épp ellenkezőleg, még illuzórikusabbnak? Szívesen hallanám a gondolataitokat.
Forrás: ScienceDaily — Physicists created a tiny universe where time emerged without a clock
A csillagászok új módszereket dolgoztak ki arra, hogy kiszúrják a science-fiction egyik legvadabb ötletét: hatalmas építményeket, amelyeket földönkívüli civilizációk emeltek azért, hogy egy csillag energiáját hasznosítsák. Egy friss tanulmány bemutatja, hogyan látszanának ezek a „Dyson-gömbök" a távcsöveinken keresztül — és azt is, hogy egy bizonyos csillagtípus miért vált a legígéretesebb célponttá.
A tudósok kiderítették, hogy a baktériumok korántsem olyanok, mint apró biológiai gépek — képesek tanulni a tapasztalataikból, emlékezni a múlt eseményeire, sőt ezeket az emlékeket át is örökíteni az utódaiknak. Ez az eredmény alaposan megingatta az emberiség hitét abban, hogy a múlt felidézése különleges képesség, ami csak ránk jellemző.
A csillagászok quasárokat fedeztek fel az univerzum hajnalkorából, amikor a világmindenség alig 670 millió éves volt. És most jön a meglepő rész: ezek a kozmikus óriások egyszerűen nem szabadna, hogy ilyen korán létezzenek. A felfedezésarra készteti a tudósokat, hogy teljesen újragondolják, mit is tudnak a fekete lyukak növekedéséről.
A Harvard mérnökei kitalálták, hogyan lehet a laptopodban lévő szilícium chiptechnológiát DNS-írásra használni. Ez az áttörés mindent megváltoztathat – az orvosi diagnosztikától kezdve egészen addig, ahogyan örökre tároljuk majd az adatokat.
A tudósok épp most értek el valamit, ami egyszerűen hihetetlen: először sikerült élő álcápákat (más néven koboldcápákat) filmezni a természetes mélytengeri élőhelyükön. És komolyan, ez a lény pont úgy néz ki, mintha egy sci-fi filmből lépett volna elő. Ez a felfedezés nemcsak tovább gazdagítja az ismereteinket ezekről az „élő fosszíliákról" — hanem az is lehet, hogy teljesen megváltoztatja, hogyan óvjuk őket.
Képzeld el, hogy van egy bolygó, ahol az egyik oldal olyan forró, mint a pokol, a másik meg annyira fagyos, hogy az Antarktisz mellett egy strandolás tűnne. Tudományos fantasztikusnak hangzik, ugye? De itt jön a meglepő rész: a kutatók szerint ez a szélsőséges környezet akár az életnek is barátságos lehet. Hogy miért? Nézzük meg közelebbről.
Mi lenne, ha megmondhatnánk a hőnek, hogy pontosan hová menjen, és ott is maradjon – még akkor is, ha már kikapcsoltuk az áramforrást? Nos, az Oszakai Metropolitán Egyetem kutatói épp ezt érték el egy új, programozható anyaggal, amely igény szerint képes irányítani a termikus sugárzást.
Kutatók igazán meghökkentő dologra bukkantak egy apró svéd szigeten — farkascsontokra, amelyeknek ott semmi keresnivalójuk nem lenne. De ami igazán érdekes: ezek a farkasok korántsem vadon éltek. A bizonyítékok arra utalnak, hogy ősi emberek tartották őket, halakkal és fókákkal etették, és olyan módon gondozták őket, amire korábban nem is gondoltunk. Ez a felfedezés arra készteti a szakembereket, hogy újragondolják az egyik legősibb emberi történetet: hogyan is lett a farkasból barát.
A csillagászok valami rendkívülit vittek véghez: valós időben figyelték, ahogy egy magnetár megsületik. Ez a kozmikus nyomozás nemcsak egy húsz éves rejtélyt oldott meg az extrém fényes szupernovákról, hanem azt is bebizonyította, hogy Einstein relativitáselmélete olyan módon működik, amire senki sem számított.