Rubriigi ‘Füüsika arhiiv

Füüsika | mis.toimus | News

Tähtis päev Eesti füüsika ajaloos

07.12.2016

Tähtis päev

Saari Põldroosiga

1946 – Eesti NSV Rahvakomissaride Nõukogu määrusega asutati Eesti NSV TA Füüsika, Matemaatika ja Mehaanika Instituut (FMMI), seega tänavu, näiteks täna tähistab TÜ FI 70. aastapäeva!
Minu fotod külastusest 24. novembril:

Akadeemik Peeter Saari näitab Enn Põldroosi maali aastast 1976, millel kujutatud Besseli valguskuul, mis äsja instituudis heleda keskmega kinni püütud;

TÜFI direktor Jaak Kikas külmetab iga päev katusel, et ennustada soodsat rahastamisilma.

¤

Kikas.Katusel

Füüsika | News

Ülikiirelt saab edasi kanda vaid kvantinformatsiooni

08.06.2016

 

See teaduskirjanik Tiit Kändleri essee ilmus Maalehes 2. juunil 2016.

 

Kvantteleportatsioon on võlusõna, millega loodetakse tähistada asjade ja isegi inimese silmapilkset reisimist ruumis. Siiski pole ka veidravõitu kvantmehaanika nõnda võimas, et seda unistust teoks teha.

 

Kui filmistsenarist hätta jääb, võtab ta kasutusele teleportatsiooni. Selle nipi abil on võimalik tegelaskuju ühe hetkega teise paika liigutada. Ja kes meist ei tahaks sedasama võtet kasutada, ainult et siis tekib oht nagu virtuaalses maailmas, et jäädki erinevate paikade vahel plõksuma, süveneda ei jaksa ühessegi.

Inglise keeles on „portable“ on kantav. Tele- on eesliitema kaug-. Sõna „teleportation“ väärikates sõnastikes pole. Aga ilmus ju „television“ kaugnägemise tähistamisena vähem kui saja aasta eest. Sellepärast on korrektsem kõnelda kvantteleportatsioonist, mida on eesti keelel raske välja ütelda. Veel vähem meelel selle üle mõtelda.

Footonite esimene kvantteleportatsioon 1997. aastal.

Teleport.Graf.ML

Anton Zeilingeri juhtimisel toimunud esimese kvantteleportatsiooni eksperimendi skeem.  Teadlased tekitasid kaks põimunud footonit, saates footoni ultraviolettlaserist erilisse kristalli (kuubike keskel), mis tekitas kaks infrapunast footonit, millel kummalgi oli pool algse footoni energiast. Nad saatsid laserikiire läbi kristalli kaks korda, et saada kokku neli footonit.

Üks paar oli põimunud paar (footonid 2 ja 3), mida kasutati teleportatsiooniks, teisest paarist üks (footon 1) aga saadeti läbi polarisaatori (mis mõõtis footoni olekut), et veenduda teleportatsiooni olemasolus. Neljas footon oli vajalik, et anda eksperimentaatoritele teada, millal andmeid koguda.

Footonid 1 ja 2 viidi kokku valgusejaoturis, nii nagu need kokku põimiti. Katset mitu korda korrates oldi kindlad, et footon 3 oli polariseerutud täpselt nurga all, mida ennustas teleportatsiooni teooria.

Allikas: Chad Orzel

Eelmisel teadusküljel kirjutasin alustuseks kvantpõimumisest. Sellest veidrast kaugmõjust, milleks Einstein seda kvantnähtust pidas ja arvas, et tegu on pigem matemaatilise trikiga, kui looduses aset leidva nähtusega. Kvantpõimumine on teleportatsiooiga seotud, ainult et kuna viimasega kantakse edasi ka informatsiooni, ei toimu see hetkeliselt, vaid valguse kiirusega.

Kvantpõimumine on selgelt tõestatud: kui kaks algosakest kiiratakse üheskoos eri suundades, siis mäletavad nad teineteise olekuid, kui kaugele nad teineteisest ka lendaks. Suurim võimalikest kiirustest vaakumis on valguse kiirus, mis on suur, ent lõplik. Sellepärast kvantpõimumisega informatsiooni edasi kanda ei saa.

 

Hetkelise ülekandumise suhtelisus

Kvantteleportatsioonist rääkimine on minu meelest pigem maitseasi. Me võime klassikaliseks näiteks tuua faksimasina. Või miks mitte dokumendi  skännimise, saatmise mailiga ja siis uuesti trükkimise. Saadate oma dokumendi välja ja teine faks või arvuti võtab selle vastu. Kuid pidage silmas, et teile jääb originaal alles! Kui me kõige ägedamate fantastide eeskujul kujutleme inimese kvantteleportatsiooni, siis peame esmalt mõõtma inimese kõigi aatomite seisundid ja need siis põimituna vastavate aatomitega sihteesmärki saatma. Mida aga teha originaaliga? Kas see hävitada? Olete sellega nõus?

Toon siin näite astronoomia ajaloost. Kuigi oli ka teisi mõtlejaid, sai Ptolemaiose 2. Sajandist pärit süsteem Maaga liikumatus keskmes ja selle ümber tiirutavate Päikese ja planeetidega niivõrd mõtlemisele omaseks, et katseandmetega sobitumiseks lisati vaid planeetide orbiitidele epitsükleid, mis liikusid mööda epitsükleid jne, ja isegi nihutati veidi tiirlemise keset Maa raskuskeskmest eemale.

Ja polnud häda midagi, ainult et planeetide üksteise suhtelisi kaugusi oli täpsemalt üha raskem välja arvutada, ja ka taevasfäär, millel tähed arvati paiknevat, muudkui tundus eemalduvat. Nikolai Kopernik, kasutades on positsiooni Varmia piiskopkonnas maksukoguja  ja asehaldurina ning saanud hästi läbi paavstiga, tuli 16. Sajandi alul selle peale, et lihtsam on taevakehade liikumist kirjeldada, kui võtta asja nii, et Päike on keskmes ja planeedid ümber selle tiirlevad, ja sedagi veidi ringjoontest erinevatel elliptilistel orbiitidel. Kuuldus tema teooriast levis, ometi ei söandanud ka ise taevakehi mõõtnud Kopernik oma raamatut avaldada varem kui oma surma-aastal. Gioardano Bruno, filosoof, laiendas päikesesüsteemid kõigile tähtedele, ja põletati elusalt, Galileol, kellele alul Vatikan suisa soovitas Koperniku ideed tutvustada, läks kah haprasti. Paavstkond magas lihtsalt Koperniku töö maha! Ehkki oli ju maitseasi. Mida võtta universumi keskmeks. Võibolla peame kvantpõimumisse ja -teleportatsiooni suhtuma samuti.  Et küll kord koidab aega, mil kõik ajud kahel otsal lausa löövad lõkendama ja neid mõistma saavad?

See on nii, nagu kirjeldas austria kirjanik Stefan Zweig 19. sajandi lõppu ja 20. algust: kui elu oli kindel ja kulges ettenähtud radu. Eriti Viinis. Ja siis tuli kaks sõda ning ühtlasi kvantmehaanika, mis keerasid kõik pahupidi. Inimene pidi hakkama mõistma, et on asju, mida ta ette kujutada ei suudagi. Aga ta ei ole kaotanud lootust: äkki ikkagi suudab?

Umbes samal ajal kirjutas austria kirjanik Robet Musil oma „Omadusteta mehes“: Tõde on see, et teadus on välja arendanud karmi, kaine vaimse jõu mõiste, mis teeb inimsoo vanad metafüüsilised ja moraaliettekujutused lihtsalt talumatuks, ehkki ta suudab nende asemele panna ainult lootuse, et saabub kauge päev, mil vaimsete vallutajate rass laskub alla hingelise viljakuse orgudesse.“ Kuid lisas: „Halbadel aegadel  tehakse kõige koletuslikumad majad ja luuletused täpselt niisama ilusate põhimõtete järgi nagu parimatelgi aegadel.“ Nõnda tundub olevat ka kvantmehaanikaga.

 

Tagasipöördumist pole

Inglise tuntumaid füüsikuid Roger Penrose arutles oma 1989. aastal ilmunud ja kuulsaks saanud raamatus „The Emperor’s New Mind“  („Keisri uus aju“) nõnda: oletagem, et teleportatsiooni masin ehitatakse. Inimene skaneeritakse peast jalgadeni ja muudetakse kokkupaneku instruktsioonike. Saadetakse see info mõnele teisele planeedile ja pannakse seal olevatest aatomitest kokku. Oletagem, et sel olendil tekib teadvus. Mis saab siis, kui Maal elavat originaali ei hävitata? Kumb olend te siis olete? Kas on see füüsikaseaduste kohaselt võimalik? Ta arvab, et tegemist on kvantmehaanika sisulise rolliga mentaalsete nähtuste mõistmisel. Küsimus on kunstliku intelligentsi loomise võimalikkuses.  Pole võimalik kopeerida kvantolekut, jättes originaalse oleku puutumatuks. Ainus võimalus: poolitada aju. Penrose arvab nimelt, et oluline teave inimesest esineb mõlemas ajupoolkeras. Kas oleksite nõus ronima sellisesse teleportatsiooni masinasse?

Ameerika füüsik Chad Orzel, püüdes oma koerale kvantmehaanikat õpetada 2010. aastal ilmunud raamatus „How to Teach Quantum Physics to Your Dog“ („Kuidas õpetada kvantmehaanikat oma koerale“), võtab asja lihtsamalt: kõik siiani õnnestunud kvantteleportatsiooni katsed on tehtud üksikute osakestega, tavaliselt footonitega. Koer aga on tehtud eleportatsioon ei kanna üle asja või olendit, vaid tekitab teise kohta samas kvantolekus aatomi. Nõnda et meil on lõpuks kaks samas olekus aatomit – üks siin, teine seal. Kui meil ka oleks vaja saada aeda täpselt samasugune koer, peaks meil seal ess ootama samasuguse koera täis aatomeid, mis siis reeglite kohaselt kokku pannakse.  Kuna kvantmehaanika on mittelokaalne, siis ei saa me liigutada üksikuid asju, vaid kogu keha kvantolekut. Ning see toimuks valguse kiirusest aeglasemalt.

Kurb küll, aga 1982. aastal näidati, et teadmata kvantolekust ei saa teha täpset koopiat. Kui aga kvantolek ära mõõta, siis häirib see seda olekut.

Meil tuleb vaid võtta teadmiseks, et kvantteleportatsioon on võimalik vaid tänu kvantpõimumisele (millest oli jutt Maalehes nr 20, 19. mail) ning esimest korda pakuti selle käik välja firma IBM laboris 1993. aastal. Katse teostati 1997. Aastal Viini füüsiku Anton Zeilingeri juhtimisel. Täpsemalt palun vaadake graafikult.

Järgnevates katsetes teleporteeriti footonid üle Doonau jõe aastal 2004 (umbes 600 meetrit) ja seejärel õnnestus Kopenhaageni Niels Bohri instituudi teadlastel kasutada teleportatsiooni ühe rühma aatomite oleku saatmiseks teisele rühmale.

Selle loo moraal on, et kvantteleportatsioon on ińformatsiooni edasikandmine, mitte aga hetkeline reisimine, mille teleportatsiooni nime all võttis 1931. aastal kasutusele ameerika kirjanik Charles Fort. Edasikantud info põhjal võib muidugi originaali üles ehitada, ent see tähendab originaali sisulist hävimist ning inimese puhul aju toimimise mõistmist ehk kunstliku intelligentsi ehitamist. Seni uurivad kvantfüüsikud kvantteleportatsiooni, lootes seda kasutada seni veel üsna algeliste kvantarvutite täiustamiseks. Olgugi kvanteleportatsioon veel isegi teadlastele suuresti mõistetamatu, lohutagem end Robert Musili kombel: „Inimkonna ajaloos pole vabatahtlikku tagasipöördumist.“

 

 

Füüsika | lood.teadusest | News

Kvantpõimumine – osakeste lõppematu armastus

08.06.2016

See teaduskirjanik Tiit Kändleri essee ilmus Maalehes 19. mail 2016.

Kvantpõimumine tähendab seda, et kaks footonit, mis on olnud omavahel ühenduses – näiteks kiiratud üheskoos välja mõnest aatomist – jäävad ühendusse ka siis, kui on lennanud universumi erinevatesse otstesse. Kvantpõimumist on näidatud ka aatomite ja nende väiksemate süsteemide puhul.

 

Armastus on meeletus, mis sarnaneb kvantpõimumisega. Kui armastus ka otsa saab, jääb see mõlemale osalisele mällu eluks ajaks, olgugi et üht või teist moodi moonutatud ja varjutatud kujul. Kui kaugele inimesed ka teineteisest ei elaks, ikka on kunagine armastus kuidagiviisi meeles. Kuid kvantpõimumine on midagi absoluutsemat kui armastus – see õhendus jääb kunagi ühenduses olnud osakeste vahele alatiseks. Ärge muretsege, kui see tundub mõistetamatuna: sellest polegi tavamõtlemisel võimalik aru saada, umbes nagu armastusestki. Isegi Einstein ei saanud, ei ühest ega teisest.

Miks ma räägin siin armastusest? Sest on hüpoteese, mis kujutavad meie aju kvantsüsteemina, milles ajurakke neuroneid siduvad võrgustikud pole kirjeldatavad klassikalise, meid ümbritsevat maailma küllaltki hästi kujutava lähenemisega.

 

Tontlik kaugmõju

Albert Einstein nimetas kvantpõimumist „tontlikuks kaugmõjuks“, sest põimumine lubab kahel osakesel olla silmapilkses ühenduses, nõnda et ühele osakesele suunatud tegevus mõjub teisele osakesele, isegi kui need asuvad teineteisest hirmkaugel. Nõnda nagu graafikult on näha, alustavad põimunud osakesed üles ja alla suunatud spinnolekutes. Spinn on kvant- ehk algosakesi iseloomustav kvantsuurus, mida on illustreeritud kui vurri pöörlemist ühes või teises suunas. Footonil ehk valgusosakesel võib olla kaks „pöörlemise“ ehk spinni suuda: üles või alla. Tavalises vabas seisundis on kvantosake liitolekus ehk kahe spinnisuuna superpositsioonis: kui seda mõõta, siis pooltel juhtudel nähakse üles, pooltel alla suunatud spinniga footonit.

Niipea kui footoni spinni suunda mõõta, võtab footon kindla oleku, kas spinni suunaga üles või alla. Sellele reageerib teine osake. Kui esimese osakese spinn on suunatud alla, siis teise osakese spinn on suunatud üles. Nõnda saab ühe osakese olekut mõõtes teada, milline on teise, algselt põimunud osakese seisund, viibigu see osake kuitahes kaugel.

Põimumine.Graf.ML.orig

Ameerika kvantfüüsik New Yorgi Union Colledge’i professor Chad Orzel, kes on avaldanud raamatu „Kuidas õpetada kvantfüüsikat teie koerale“. Chad Orzel on toonud näite, mida kuulsin ta suust Stockholmi Ülikoolis 2014. aasta  augustis toimunud põhjamaade kvantfüüsika keskuses Nordita toimunud seminaril. Tema koer ja tema sõbra koer on sõbrad. Kui kaks koera on koos, siis nad võiksid olla neljas olekus: magab kas üks või teine, samas kui tine koer on ärkvel. Võis siis on nad mõlemad ärkvel ja mängivad või siis magavad koos. Tegelikkuses realiseerub vaid kaks võimalust: koerad kas mõlemad magavad või on mõlemad ärkvel. Nõnda piisa vaid ühe koera nägemisest, kui on teada, kas teine koer magab või on ärkvel.

Samal seminaril tõi Viini Ülikooli kvantteaduste ja -tehnika keskuse Aspelmeyeri rühma teadlane Rainer Kaltenbaeck oma loengus kvantpõimumise kohta mällusööbiva näite. Oletame, et pärast lennureisi rabate pagasilindilt oma kohvri ja tõttate kähku koju. Kodus avate kohvri ja näete, et see ei olegi teie oma: asjad selle sees on hoopis teistsugused. Sellest teate te hoobilt, mis on kellegi teise kaasreisija käes olevas teile kuuluvas kohvris. Info kahe kohvri seisundi kohta on põimunud, kui kaugel need kohvrid ka üksteisest ei asuks.

Milleks kasutada kvantpõimumist

Viini koolkonna värvikamaks juhiks on Viini Ülikooli professor Anton Zeilinger, kelle rühmal muude oluliste katsete seas õnnestus korduvalt mõõta kahe teineteisest 144 kilomeetri kaugusel asuva footoni kvantpõimumine kahe Kanaari saare vahel. „Meil on eksperimendi tulemused, milles keegi ei kahtle,“ kinnitas Zeilinger, kui ma 2007. aastal Viini Ülikoolis tema laboratooriumit külastasin. „Esineb korrelatsioon kahe kuni 144 kilomeetri kaugusel oleva punkti vahel. See tähendab, et otsustus, mida tehakse ühes otsas mõjutab teist otsa silmapilkselt. See on jälgitud tõsiasi. Teine asi on tõlgendamine.“

Praegu igatahes tõlgendatakse kvantosakeste põimumist nõnda: kvantmaailm ei ole lokaalne, nagu on makromaailm, vaid mittelokaalne. See tähendab, et kui meie oleme harjunud maailmaga, kus saame mõõta, kui kaugel on meie ees sõitev auto ja millise kiirusega see sõidab, kuni me seda autot näeme – see tähendab, et saame teha kohalikke ehk lokaalseid mõõtmisi, siis kvantmehaanika mittekohalik ehk „mittelokaalne“ ses mõttes, et väga suure kaugusega eraldatud paikades tehtud mõõtmised võivad üksteist mõjutada.

Muidugi ei meeldinud see idee Einsteinile, kes leiutas oma mõttelise eksperimendiga nn „varjatud muutujad“, mis on meie eest osakesse peitunud, ent teevad kvantmaailma inimesele mõistetavaks. Kuid kõik edukad katsed on tõestanud, et kvantmehaanika ei ole klassikaliselt mõistetav – see on mittelokaalne.

Kuid silmapilkne mõju on ju vastuolus üldrelatiivsusteooriaga ja valguse kiiruse lõplikkusega.

See tundub olevat vastuolus. Kuid tegelikult ei saa te ikkagi saata sõnumit valgusest kiiremini. Te saate vaid mõõta lokaalset süsteemi. Te saate küsida näiteks piljardipallilt, kas ta on siin või seal. Kuid ei saa sellele ette kirjutada kindlat vastust. Seepärast räägitakse kvantmehaanika ja relatiivsusteooria rahumeelsest kooseksisteerimisest.

„Meie tegutseme uudse kvantinformatsiooniteaduse alal, mis viib kokku kvantfüüsika, arvutiteaduse ja infotehnoloogiad,“ selgitab Stokholmi Ülikooli füüsikaosakonna professor Mohamed Bourennane, kes uurib footonite põimumist laborilaual. See teadus kasutab erinevaid kvantprintsiipe nagu kvantpõimumine ja superpositsioon, et lahendada infotöötlemist arvutamisel ja andmesidel. Teisisõnu – kvantarvutite loomisel ja teadete salakodeerimisel ehk kvantkrüptograafias. See on ka põhjus, miks kvantpõimumine on meile oluliselt tähtis, kui oleme juba kord digitaalse maailma poole oma seadmetega pöördunud. Uus teadusharu kvantbioloogia püüab leida, kas kvantpõimumine võib esineda ka suuremates elussüsteemide. Näiteks inimese ajus.

Kusagil valemite sees on peidus piir, mis eraldab meile tuntud suur maailma tillukesest maailmast. Ja see piir ei ole niigi terav nagu näiteks piir Eesti ja Läti vahel. Makromaailmas ei kehti omaenese seadused, see on vaid meie jaoks mugav lähendus maailmast, mis on igas mõõtmes kvantmaailm.

Väga nutikas. Kvantmehaanikat võib interpreteerida võibolla 1001 viisil. Me võime ehitada maailma üles stringi teooriast lähtuvalt, kuid see viis võib osutuda keerulisemaks kui olemasolevad teooriad. Kas siis Ockhami habemenoa printsiip, mis nõuab võimalikult lihtsat seletust, kvantmehaanikas ei kehti?

Tundub, et selle printsiibi rakendamine teaduses on küllalt edukas. Teeme seadused nii lihtsad kui võimalik, mida me peame ka ilusaks. Seletada maailma võimalikult vähese arvu sümbolitega. Kuid keegi ei tea, kas see printsiip kehtib alati. Mina arvan, et peame sellest siiski kinni pidama ja Kopenhaageni tõlgendus on kõige lihtsam. Kuid selgust toob tulevik, mil selgub ühe või teise teooria rakendatavuse võimalikkus. Küllap asendab mõni uus teooria ka kvantmehaanikat.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Füüsika | News | vaata.imet

Karksi ordulinnuse kirik ja üldrelatiivsusteooria

10.09.2015

Karksi ordulinnus.Peetri KirikAKas Karksis on ruum kõverdunud?. Ordulinnuse varemetesse 18. sajandil ehitatud Peetri kirik on lõunakaarde, Pisa torni suunas kaldu. Detsembris saab sada aastat Einsteini üldrelatiivsusteooria avaldamisest.
Foto: Tiina Kaljundi

Füüsika | Kosmoloogia | News | to.imetaja

Aja uus määratlus: universumi põhialus

12.01.2015

6. jaanuaril 2015. aastal võitsid tunnustatud Buchalteri kosmoloogiapreemia Perimeter’i instituudi kosmoloog Lee Smolin ja Edinburghi Ülikooli kosmoloog Marina Cortês. Nende töö, mis kuulutati kosmoloogias läbimurdeliseks, sisaldub ajakirjas Physical Review D avaldatud artiklis pealkirjaga „Universum kui unikaalsete sündmuste protsess.“ Tegemist on järjekordse katsega sulatada aja pöördumatut kulgu füüsika alustesse. Teadlased pakuvad välja energeetilised põhjuslikud struktuurid, saamaks jagu sügavatest probleemidest, millega kosmoloogia esmaprintsiibid vastastikuti seisavad.

Nad alustavad hüpoteesist, et aeg on niihästi fundamentaalne kui pöördumatu. Enamik füüsikuist näeb aega kui omadust, mis tuleneb fundamentaalsematest füüsikaseadustest. Põhjuslikkus tuleneb otseselt sellest pöördumatusest, kinnitavad Smolin ja Cortês, tulevik luuakse pidevalt olevikust läbi aja aktiivsuse. Samamoodi on fundamentaalsed omadused energia ja moment ehk liikumishulk. Aegruum ja selles liikuvad osakesed ilmuvad läbi aja aktiivsuse. Igal sündmusel on oma sõrmejälg – eriline signatuur, mis moodustub eelnenud sündmuste summast ja ei mingitest muudest sündmustest. See viib nii asümmeetrilise universumini kui võimalik. Teadlased arendavad oma teooriat analüütiliselt, illustreerides seda ruumiliselt ühemõõtmelise universumi arvulise simulatsiooniga.

kellpesuTuntud vastuvoolumõtleja Smolini nägemus maailmast on täpselt vastupidine senise üldtunnustatud nägemusega. Kuid see ei lähe vastuollu fundamentaalfüüsika võtmetähendustega. Vastupidi, aja primaarsus ja selle pöördumatus peab ühendatama nüüdisfüüsikaga, et siiani lahendamata võtmeküsimustele ometi kord lahendus leida. Selle abil loodavad Smolin ta tema kaasmõtlejad leida lõpuks ometi üles ja muukida lahti nüüdisaegse teoreetilise füüsika Püha Graali – kvantmehaanika ja gravitatsiooni ühenduse.

See ei ole küll nõnda üheselt saavutatav kui toodud joonistusel, millel on esitatud dušši ja kella ühendus, mis on USA patendiametis olulise leiutisena patenteeritud.

Et hoida kosmoloogia teaduslikuna, peab muutma vana vaate, et universumit valitsevad muutumatud seadused, uue vastu, milles seadused muutuvad. Uues vaates on kolm keskset seadust. Korraga esineb vaid üks universum. Aeg on reaalne: kõik struktuuris ja looduse regulaarsuses muutub varem või hiljem. Matemaatika, millel on ajaga raskusi, pole looduse oraakel ja teaduse prohvet, vaid lihtsalt suure võimsuse ja tohutute piiridega tööriist.

Smolini ja tema mõttekaaslaste ideestikku on siin tore veelkord selgelt korrata. Sellest võib välja kooruda uus kosmoloogia, kuna vana on jooksnud omadega ummikusse. Keegi ei ole veel suutnud leiutada, kuidas on gravitatsioon seotud kvantmaailmaga. Olukord on tõeliselt groteskne: gravitatisooniseadused, mille tuletas teadaolevalt esimesena Isaac Newton 1687. aastal, pole ümber lükatud. Kvantmehaanika seadused, mille võrgustiku leiutamine algas Plancki 1900. aasta katsest selgitada absoluutselt musta keha kiirgust, ja mis juhivad nüüdseks teie arvuteid, läpakaid, telereid ja kogunisti valgusteid, pole ümber lükatud.

Kuni me ei räägi matemaatikast, mille tõepärane seotus loodusega on üks üllatavamaid ja produktiivsemaid, aga ka vaieldavamaid avastusi meie universumis – mida tõestab muu hulgas ka asjaolu, et matemaatikat ei kasuta mitte ainult inimene, vaid ka ronk, sipelgas ja isegi viirus, kelle/mille kohta pole inimene kokku leppinud, on see moodustis üleüldse elus või hoopis elutu.

Niisiis, tore on tutvuda Smolini pakutud nelja printsiibiga, mis pööravad pea peale aja senise käsitluse ja millest teoreetilise füüsika ning kosmoloogia helged pead kahtlustavad peituvat võti, mis avab fundamentaalteadusele seose gravitatsiooni ja kvantmehaanika vahel.

Printsiip A. Aeg on fundamentaalne suurus. Aja toime on kõige elementaarsem protsess füüsikas, mille läbi luuakse olemasolevatest sündmustest uued sündmused. Põhjuslikkus tuleneb otseselt aja pöördumatust olemusest.

Printsiip B. Ajal on fundamentaalse suund. Tulevik areneb oleviku olemisest, puuduvad põhjuslikud silmused või piirkonnad, kus aeg „edeneb tagurpidi“. Fundamentaalsed seadused, mis arendavad tulevikku olevikust, on pöördumatud – minevikku seisuned ei saa konstrueerida oleviku seisunditest.

Printsiip C. Objekti  aeg-ruumi omadused või sündmused tulenevad selle suhetest teiste dünaamiliste objektidega. Kõigil aegruumi omadustel on dünaamiline päritolu.

Printsiip D. Energia on fundamentaalne. Energia ja liikumishulk (moment) ei ilmu välja aegruumist, pigem on tõene vastupidine. Aegruum ilmub välja fundamentaalsemast põhjuslikust ja dünaamilisest olekust, kus energia ja moment on algsed.

kellpesu

See, kas aeg on primaarne või tuleneb fundamentaalsematest loodusseadustest, tundub olevat tavaelu jaoks üsna ebaoluline küsimus. Kuid ka see, et aeg erirelatiivsusteooria tõlgenduses on koolutatud, painutatud, nõnda et see voolab ühes kohas kiiremini, teises aeglasemalt, tundus Einsteini 1916. aastal pakutuna pigem elust irdunud teadlaste meelelahutus.

Füüsika | mis.toimus | News

Nordita Workshop for Science Writers: Restoring the Symmetry. Teaduskirjanike suvekool Stokholmis

03.09.2014

Stokholmis Põhjamaade teoreetilise füüsika keskuses Nordita toimus 27.–29. augustil teaduskirjanikeja teadlaste töötuba kvantmehaanika aktuaalsetel teemadel. Allpool on toodud fotosid sündmusest ja Stokholmist ühes kvantmehaaniliste interpretatsioonidega.

Tekst ja fotod: Tiit Kändler

35 registered and some unregistered participants of the 2014 Science Writers Workshop in Nordita West Seminar Room in Stockholm, Wasastaden, happened sometimes to be very near of the black hole horizon. But nobody lost, and psychiatric help was not needed. Here you can see some of the pictures, made using the quantum Zeno effect.Nordita.1.SkyA with interpretations a la quantum theory.

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

The Sky on the Earth

Nordita.2.BuildingA

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Left side of the Right Symmetry

Nordita.3.MusserA¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤
¤

¤

¤

George Musser: Ask the quantum questsions

Nordita.4.KaltenbaekA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Rainer Kaltenbaek: My suitcase is entangled

Nordita.6.AstroA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Symmetry breaking

Nordita.7.WindowA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Single slit experiment

Nordita.9.Weinfurtner.GravityA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Silke Weinfurtner: Analogue fish and kitchen sink for Gravity

Nordita.10.Building.2A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

In the shadow of the Black Hole

Nordita.11.Ericsson.QcomputingA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Marie Ericsson: Quantum computer as a stick

Nordita.12.AlbaNovaA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Classical mechanics for your dog

Nordita.12.Laflamme.QinfoA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Raymond Laflamme: No penalties for interference

Nordita.13.Einstein.CollectedA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Einstein Collected: words, words, words

Nordita.14.Qubit1A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Laflamme’s qubit: orthogonal

Nordita.14.Qubit2A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Laflamme’s qubit: circular

Nordita.15.Lab1A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Mohamed Bourennane: here comes the photon!

Nordita.15.Lab3A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Mohamed Bourennane: Zero-point experiment

Nordita.15.Lab8A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Heisenberg relationship

Nordita.15.Lab7A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Bob is not bigger than a cat

Nordita.17.GrillA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

The Barbeque principle

Nordita.18Stockholm2A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

The Stockholm interpretation

Nordita.19.Thorlacius.TabletopA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Maxwell’s door

Nordita.21.Auditorium1A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Nonlocality and decoherence

Nordita.23.Orzel1A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Chad Orzel: Who did not agree with me?

Nordita.23.Orzel2A¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Chad Orzel: OK, I agree

Nordita.24.ArdonneA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Eddy Ardonne: I have got two of them. But you?

Nordita.26.KnittingA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Knitting the quantum web

Nordita.27.SabineA¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

Sabine Hossenfelder: Nonvirtual thanks

 

Füüsika | mis.toimus | News | to.imetaja

Euroopa teadus pidas Kopenhaagenis oma festivalipidu ESOF 2014

02.07.2014

Teadusfestival: maailm pole see, millena meile näib

Tiit Kändler, tekst ja fotod

Kopenhaagen

 

Kui Jacob Christian Jacobsen rajas 1844. aastal oma õlleimpeeriumi ning alustas selle hoonete ehitamist Kopenhaageni raekojast kolme kilomeetri kaugusele, pannes firmale oma poja Carli järgi nimeks Carlsberg, ei aimanud ta kindlasti, et 170 aasta pärast kogunevad siia Euroopa teadlased, poliitikud ja ärimehed, et kõnelda teadusest ja selle ümber pulbitsevast elust.

ESOF.2014.1.Elevant

Ometi toimus nüüdseks Carlsberg City nime saanud ning restaureeritud ja uuendatud tööstusalal 21.–26. juunini Euroopa kõige esinduslikuma teadusfoorumite sarja, Euroopa Avatud Teadusfoorumi (ESOF, European Science Open Forum) festivalimõõtu üritus.

 

Neljal elevandil seisva väravatorniga (vt foto) Calsbergi õllevabrikute ja nende töötajate elamute ala uuendatud põhiplaan, väikese projekteerimisfirma Entasis saavutus, võitis 2009. aastal Maailma Arhitektuurifestivalil omal alal peaauhinna. Põhiplaanist hoonete sisse minekuni võttis aastaid ja nüüd sai siin nii teadlastele kui ka linnarahvale suure ürituse korraldada.

 

Kirju mosaiigi robootika

Teadusfestivalil kõnelesid 130 istungil sajad teadlased, ettevõtjad, poliitikud ja teadusajakirjanikud, üle 4000 kokkutulnu mõtles ja arutles asjade üle, mis ulatusid mikromaailmast universumi kõige kaugemate äärteni ruumi mõttes, kõige kaugemast minevikust kõige kaugema võimaliku tulevikuni aja mõttes ning kõige realistlikumatest teaduskatsetest ja -aparaatidest kuni kõige utoopilisemate unistusteni välja ideede mõttes. Kõned, arutlused ja diskussioonid heitlesid matemaatilisest mõttelennust robotiehitajate praktilisemate,  allveearheoloogidele sobilike seadmete mudelite ja prototüüpideni, sealt edasi kuuvarade kaevandamise luuludeni kuni kvantarvutite võimaluste rehkendamiseni välja.

Siiani kuuest toimunud ESOFi festivalist olen ise viibinud vaid kahel viimasel, 2012. aastal Dublinis ja nüüd Kopenhaagenis, nõnda et ajalise arengu kirjeldamiseks on võtta vaid kaks punkti. Ja teatavasti saab läbi kahe punkti tõmmata mistahes kõvera, nõnda et siin arendatud mõtterida ei maksa pidada millekski teaduslikult tõestatuks.

Ometi tekkis ohtralt plenaaristungite loenguid kuulates ja sektsioonide tööd külastades kiusatus nähtu ja kuuldu mingilgi kombel kui mitte just paika panna, siis mingile taustale sättida ometi.

Taustaks sobib imehästi loodusteaduslike avastuste ja ideede areng, põimituna nende rakendamisega igapäevaellu. Kui vaid kahe aasta eest sai lennureisija ennast registreerida (check-inn teha), suheldes lennujaama registreerimissaali leti taga istuva inimesega, siis nüüd ei jää üle muud, kui suhelda robotiga, inimese ligi lastakse vaid erakorralisel juhul. Kui kahe aasta eest sai ESOFi plenaaristungitel esitada küsimusi kohapealt sulle kättetoodud mikrofoni vahendusel, siis nüüd soovitati küsimused säutsuda twitterisse, kust siis juhataja neist mõned välja valib. Kahtlemata suund ebademokraatlikuma ühiskonnakorralduse poole.

Kas teadus ja selle tulemused vähendavad ühiskonna demokraatiat? See küsimus tikkus küll pähe, ent on liiga suur tükk, et siinses loos lahti hammustada.

 

Eesti teadusnurgakese praktiline ligitõmbavus

Eesti teadus esindas ennast ESOFi peasaali ette loodud näitusel. Meie väljapanek oli muu näidatu kõrval tõeline välja panek, kahe jalaga maal (mis sest, et vesisel) seismine. Oli pakkuda asjalik brošüür Eesti teadussaavutustest ja eksperdid, kes püüdsid ohtratele külastajatele selgeks teha, et Eesti taolises väikeriigis tõepoolest ikka teadust tehakse, aga oli ka selge ja arusaadav näide: laevavrakkidele sukelduma mõeldud robotkilpkonna paarikümnesentimeetrised mudelid, mis akvaariumi helesiniselt piimjas vees kõige oma nelja loivaga lõbusalt ulpisid, süttiva tulukese poole suundusid ja iga kaheksa tunni järel süüa ehk akude laadimist tahtsid (vt foto).

ESOF.2014.2.Eesti

Akvaariumi kõrval laual lebas ka robotkilpkonna elusuuruses poolemeetrine näidis, mis loodetavasti juba sel suvel Läänemerre ja kogunisti Vahemerre sukeldub. Tallinna Tehnikaülikooli professori Maarja Kruusmaa ja tema kolleegide väljapanek ning ka tööseminar oli nõnda siis selge ja loogiline.

Üllatavalt palju seminare käsitles laiemas mõttes arhitektuuri ehk täpsemalt linnaplaneerimist, seda, kuidas muuta linnad elatavaks. Sellega haakub ka Tartu Observatooriumi teadlase Kaupo Voormansiku ja tema kolleegide satelliitidelt linnade arengu analüüsi realiseerimine selle aasta kevadel Euroopa satelliidi Sentinel-1 abil. Muidugi ei unustanud Eesti väljapanek EstCube-1 fotogeenset pilti.

ESOF.2014.3.MargretII

Kui Taani kuninganna Margrethe II oma meestest kubiseva seltskonnaga puupüsti täis istungitesaali sisse marssis, oli 20 minuti eest ametlik avamine juba alanud. Mis seisnes kuninganna ootamises. Ootas ka José Manuel Barroso, kes pärast kuninganna vigadeta kulgenud kohustuslikku etteastet (vt foto) pidas veidi südamlikuma kõne teaduse osast Euroopa elus.

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

¤

ESOF.2014.4.Heuer

 

 

Misjärel ei puudunud Taani muusikud (džässrokk tipus), kui lavale kutsuti kahe aasta tagused staarid, kes Dublinis teatasid Higgsi bosoni avastamisest – CERNi peadirektori Rolf-Dietrich Heueri (vt foto) ja Suure Hadronite Kollaideri LHC vanemfüüsiku Fabiola Gianotti kehastuses.

 

Neile pühendati ka üks pressikonverents, kus teadlased kinnitasid, et remondis ja ümberseadistuses olev LHC läheb jälle lahti 2015. aasta alul, ja et 23. juunil ajakirjas Nature Physics avaldatud artiklis leidis kinnitust, et avastatud Higgsi boson seisumassiga 125 GeV laguneb fermionideks standardmudeli poolt ennustatud kiirusega. Kuid lubati ka jätkata Higgsi bosoniga mitte seotud TOTEMi projektiga.

 

Matemaatiline ekvilibristika

ESOF.2014.5.Villani8460

Mõneti sümboolse ja efektse lõpuloenguga esines 25. juunil kuulus Prantsuse matemaatik, Poincaré Instituudi direktor, matemaatikute Nobeli, Fieldsi auhinna 2010. aastal võitnud Cédrik Villani (vt foto).

 

Elegantne ja ekstsentriline Villani oli kogunud auditooriumisse hulganisti noori matemaatikahuvilisi, kellele ta valemeid säästmata tegi selgeks, et matemaatikute jaoks vanim probleem – Päikesesüsteemi stabiilsus – ei ole siiani täpselt tõestatud. Olgu need kunagised üritajad Kepler või Newton, Boltzmannist kõnelemata, tuleb siiani tunnistada, et nagu lõpuks kinnitas Newton: süsteemi püsivuseks vajatakse jumalikku sekkumist.

Ometi püsib meie Päikesesüsteem siiski, nagu me iga päev näha võime.

¤

¤

¤

ESOF.2014.6.Schmidt

Kuid isegi universumi kiireneva paisumise tõestamise eest 2011. aastal Nobeli võitnud austraallane Brian B. Schmidt, kes lubas kõnelda revolutsioonist astronoomisas, jõudis vaid imetleda inimese suutlikkust avastada üha enam eksoplaneete ehk Päikesesüsteemi väliseid planeete. „Oleme piiriteadus ja palvetan, et see jääb alati selliseks,“ kuulutas Schmidt. Ning tunnistas teleskoobi Kuule saatmise üleloomulikult kalliks (vt foto).

 

See ei takista Google’il ülal hoidmast oma XPRIZE nimelist auhinda eraettevõttele, kes esmakordselt järgmise viie aastaga lendaks kuule ja hakkaks seda kaevandama.

Kõik, mida me aastani 2035 kasutame, on juba paigas – kogu see tehnoloogia, mida me võime, kui tahame, nimetada ESOFi eeskujul „avatud teaduseks“. Nimi meest ei riku, aga ega ka suurt jõudu anna. Loodetud läbimurded neuroteadustes, aju-uuringutes või perovskiitide kasutamisel päikesepatareides pole murdnud läbi. Oxfordi teadlane Chris Llevelyn Smith oli sunnitud tunnistama, et teadus- ja arendustegevuse kulutused maailma eri riikides üha vähenevad. Kas aitab siin „avatud teaduse“ paradigma? Julgen küsida, kas see on üleüldse uus paradigma – servateadustest, uute ja läbimurdeliste avastuste tekkest teaduste kokkupuutepindadel olen kuulnud alates sellest ajast, mil populaarteadust lugema asusin, seega siis 1960. aastatest alates.

 

Kõik pole nii, nagu teile näib

ESOF.2014.7.Haroche

Prantsuse füüsik, Collège de France’i professor Serge Haroche, 2012. aasta nobelist, oli küll kindel, et nüüd võib kvantmaailma näha laboris, kuid kvantarvutiteni on veel kui mitte lõputu, siis vähemalt mõõtmatu maa minna (vt foto).

 

Mis ei takistanud teadlastel nimetada üks istungitest kvantmehaanika uueks ajastuks ja arutleda selle üle, kuidas kvantarvuteid kenasti ja turvaliselt saab kasutada krüptograafias, sõnumite salastamisel. Kes tegi seda lihtsamalt, kes keerulisemalt, kuid kõik teadlased kõnelesid, justkui oleksid kvantarvutid olemas. Aga neid ei ole ju, kui paaril footonil või mõnel molekulil ekstralühiajaliselt töötavad välja arvata.

Väljasõidul biotehnoloogiafirmasse selgus, et end maailma bioinnovatsiooni liidrina reklaamiv firma Novozymes on käibele võtnud sõnaühendi „avatud innovatsioon“. Kui üks mu kolleeg palus seda defineerida, jäi sõnavõtja hätta. Koostöö: uue paradigma lävel. Nõnda kõlab nende uue reklaamfilmi pealkiri. Tore. Kuid teadus ei tööta reklaamfilmi stsenaariumi kohaselt.

ESOF.2014.8.Rosling

Rootsi Karolinska Instituudi rahvusvahelise tervise professor Hans Rosling tõi oma loengus „Faktidel põhinev maailmapilt“ välja suureneva lõhe selle vahel, kuidas suur osa inimestest maailma näeb ja selle vahel, milline maailm tegelikult on. „Keegi ei mõista tulevikku, kes ei mõista olevikku,“ kuulutas ta, tuues näiteid küsitlustest, mis käsitlesid maailma rahvastiku kasvu, selle vanuselist koostist ja jõukust ning mis paljastasid suure lõhe arvamuste ja tegeliku maailma vahel (vt foto).

 

Leiutised, ka teaduslikud avastused võib jagada arengut hüppeliselt muutvateks ehk arengut katkestavateks ja kohastuvateks, mõneti etteaimatavateks. Viimastel aegadel ei ole katkestavaid avastusi teaduses ette tulnud, üha enam käib töö kohastuvate avastuste kallal. Keegi ei tea, mis on tumeaine ja tumeenergia, keegi ei tea, kuidas saaks tööle panna tuumareaktori ITER. Maailmapilti katkestavad avastused nii kvantmehaanikas kui astronoomias on tehtud aastakümnete eest. Teadlaskonnal ei jää üle muud kui otsida arenguks väljapääsu eri valdkondade veel suuremas koostöös.

ESOF.2014.9.Kierkegaard.Laud

Kuid Kopenhaageni Linnamuuseumis seisab vapralt edasi esimese eksistentsialisti Søren Kierkegaardi Carlsbergi algaastate eelne kirjutuspult, mille ümbruskonda on küll aegade jooksul muudetud (vt foto).

Praegu enam kulunud rohelise kaleviga kaetud puldi taha seisma ei saa, nii nagu mõneteistkümne aasta eest, klaaskapp jääb vahele. Puldi kõrvale on pandud piibud ja ette puust sohva, mille otstarve on selgitamata. Uued ajad, uued kombed – kuid mitte alati pole need vanadest paremad.

Filosoofia | Füüsika | lugemis.vara | News

Rumi Suure Ühendteooria luule

14.05.2014

 

RumiRumi

Päikesesõnad

Valinud ja vahendanud Doris Kareva

Kirjastus Verb, 192 lk

 

 

Jalāl ad-Dīn Muhammad Balkhī. Rūmī. Mawlānā. Õpetaja kolm nime. Inglased kirjutavad lihtsalt Rumi, selle tee on valinud ka Doris Kareva, kes aastatel 1207–1273 elanud Pärsia-Türgi mõtleja luuletustega on tegelnud pikka aega. „Rumi tõlkimine on lummav, ühtaegu meditatiivne ja ekstaatiline tegevus,“ kirjutab Kareva järelsõnas ja võrdleb seda dervišite pöörlemisega.

Kui 800 aasta eest kirjutatud luuletused kõlavad kaasa nüüdisajaga, nõnda et nende kallal on mõtet kõva vaeva näha, mis see siis on, mis Rumi meie ajaga nõnda kõvasti seob nagu päev seob enesega öö läbi päeva? Lihtsus, selgus, mõtte ootamatu lend, mis ühtäkki muutub sinu enese mõtteks.

 

„Kui neelad mu sõnu, siis see,

mis tõeliselt toidab sind, sõber,

on sinust enesest kerkivad kujundid –

kuld,

mis oodanud kaevajat.

 

Mitte midagi uut.

 

Elavaks õndsuseks saab minu luule

alles su kujutluses,

ärkvel südame soojuses.“

 

Meil on vedanud. Raamatul on piisavalt järelsõnu ja lisaks Haljand Udami Türgi-raamat. Puuduvad vaid illustreerivad miniatuurid, mille kultuurist on meil eesti keeles võtta Orhan Pamuki „Minu nimi on Punane“.

Mis Rumi ajal oli eesti poeesia? Kui siia kolis hulk pappe Albertiga eesotsas. „Laula, laula, pappi!“ või midagi sellist? Kindlasti mitte. Pigem mingi vingerdi-vängerdi Setu värk. Neil Türgis olid seevastu mongolid.

Rumi ei tahtnud ega hakanud luuletajaks, see lihtsalt elu lõpupoolel juhtus nii. Muu selgines mõttetuseks. Ta räägib meile sellest, millest mõtleb nüüdisfüüsikute seltskond. Kas saab olla Suurt Ühendteooriat, kas kõik, mida me enese ümber näeme ja kuuleme, saab kirjutada üles ühe võrrandiga. See on füüsikute sufism – nagu keerlevad dervišid ringlevad nad ümber oma telje, et esitada nõnda algosakese spinni, mis peaks tooma korra majja ja taastama algosakeste ning gravitatsiooni lahutamatuse. Huvitav, ma ei silmanud, et Rumi kasutaks sõna „aeg“. Aegruum oli tal selge enne Einsteini.

 

„Salapööris meis

paneb tiirlema universumi.“

 

Kuu ja Päike, vari ja valgus. Kuid mitte aeg. Kui pöördud vaid hetkeks, et aias lilli vaadata, kurjustab kallim: „Siin on mu nägu, kuid sina silmitsed lilli.“ Kes pole luusinud Istanbulis Mevlana kalmistul Galata mäe veerel (päike tungimas läbi lehtpuude) ega näinud mevlana dervišite tantsu ega kuulnud selle muusikat, seda võib lohutada: mu meelest on see just see, mida füüsikud otsivad. Otsitakse ühendust luule ja tuule vahel.

Sufi avab meeled universumile. See tähendab kõigele, mis on olemas, mitte ainult kosmosele, tuntud osale universumist. Saab ühenduse Suure Ühendteooriaga.

„Sufi avab käed universumile

Ja annab vabaks iga viimse kui hetke.“

Rumi tekst on nii puhas, et ei kogu külge tolmu nagu ei kogu tolmu ka algosake, elektron või neutriino. Rumit lugedes selgub, et Suur Ühendteooria, või mis veel hullem – sümmeetriline peegelteooria on lahendatud juba ammu. Rumi kogus lahenduse kokku. Me ei saa õnnelikumaks, kui tõestame paralleeluniversumi või kokkukeerdunud ruumimõõtme.

On inimesi, kes on toonud paralleele taoismi ja füüsika vahel. Kuid see siin Rumi raamatu kaante vahel ongi universum ilma igasuguse paralleelide ja füüsikata.

See Tiit Kändleri kirjutatud tutvustus ilmus lühendatult ajalehes Eesti Ekspress 14. mail 2014

 

 

Astronoomia | Füüsika | Kosmoloogia | mis.uudist | News | vänge.lugu

Teadlased kinnitavad, et registreerisid gravitatsioonilained

18.03.2014

17. märtsil hakkas teadusuudiste kanalitesse saabuma teateid, et John Kovaci juhitava Harvard-Smithsoni astrofüüsikakeskuse rahvusvahelise koostöökogu BICEP2 teadlased on universumi õige varastest algaegadest pärineva kosmilise taustkiirguse uurimisel leidnud, et see on teataval kombel polariseeeritud. Valguse puhul pole polariseeritus uudis – ka veelt peegeldunud või atmosfääris hajunud valgus on polariseeritud. Uudis kõneleb, et taustkiirguse polarisatsiooni isepäraste omaduste põhjal saavad teadlased esmakordselt kinnitada eksperimentaalselt teoreetikute poolt ammuilma pakutud väidet, et universum paisus äkitselt (nn inflatsiooniliselt) ning vähe sellest – uued andmed annavad esmakordselt märki gravitatsioonilainetest ehk aegruumi tillukestest virvendustest.

Inflatsioon1Kui asi tõepoolest on nõnda, mida näitab seegi, et tulemusi kinnitab konkureeriv teadlasrühm Berkeley Ülikooli astronoomi Adrian Lee juhtimisel, kes oma avastusest teatas 10. märtsil, siis on astronoomid jõudnud võrratult lähemale, et vastata: kust saab loodus raha? Sest nende avastus ühendab esmakordselt kvantmehaanika ja üldrelatiivsusteooria – mida on taotlenud tulutult paljud geeniused Einsteinist alates.

 TK

Füüsika | lugemis.vara | News

Hawkingi universumi mütoloogiline ilmumine Eestile

11.03.2014

See Tiit Kändleri kirjtutatud raamatututvustus ilmus Eesti Ekspressis 27. veebruaril 2014

Kitty Ferguson

Stephen Hawking

Aheldamata mõtted

Inglise keelest tõlkinud Ulla Väljaste, Einar Ellermaa, Kaupo Palo

Ajakirjade Kirjastus 2013

 

 

Nüüdseks on selge, et Stephen Hawking on saanud mütoloogiliseks nähtuseks, mille erakordseks eripäraks on esmapilgul tähtsusetu asjaolu, et ta on ikka veel elus. Hawkingi elulooraamat, mille kirjutas temaga kaks aastakümmet suhelnud ning aastal 1991 tema esimese biograafia avaldanud ameerika teaduskirjanik Kitty Ferguson kinnitab lõplikult teadusliku fakti, et seda teadlast on eesti keeles avaldatud rohkem kui Einsteini. Alustas Akadeemia, mis 1992/1993 aastatel viies numbris avaldas Ene-Reet Sooviku tõlkes maailma väidetavalt „enim müüdutest vähim loetud“ Hawkingi raamatu „Aja lühilugu“. Siis tuli tunda kahju, et eesti keelde tõlgitud teksti ei mõistetud välja anda raamatuna, olgu või Loomingu Raamatukogus. Nüüd on juba hilja, on ilmunud „Aja lühem lugu“ ja muud Hawkingi osalusel valminud raamatud ja kosmoloogia, mis tegeleb meist aegruumis kõige kaugemaga ja nende asjadega, mida me kunagi ei ole näinud ning võibolla ei näegi nagu tumeaine, tumeenergia ja paralleeluniversumid, on arenenud jõudsamalt kui tuumafüüsika. Üks arengu põhjusi on selles, et kosmoloogia tegeleb suuresti asjadega, mis paiknevad kosmoloogide peades.

Hawking2002. aastal ilmutas Eesti Entsüklopeediakirjastus füüsiku Henn Käämbre tõlkes Hawkingi raamat „Universum pähklikoores.“ Suurepäraselt illustreeritud füüsika ajalugu, kus pole valemeidki välditud. 2010. aastal ilmutas Eesti Entsüklopeediakirjastus lastele mõeldud ning tütre Lucy’ga koostöös kirjutatud raamatu „George ja universumi salavõti“, 2013. aastal ilmus TEA kirjastamisel Stephen Hawkingi ja ameerika füüsiku Leonard Mlodinowi koostööna valminud „Universumi suurejooneline ehitus“ suurejoonelise alapealkirjaga „Uued vastused elu põhiküsimustele“. Selles kuulutab Hawking alul, et filosoofia on oma aja ära elanud ja siis kukub filosofeerima.

 

Hawking Einsteni taustal

Senisele ohtrale kajastusele lisaks ilmus äsja Hawkingi elulooraamat, justkui markeerides seda, mis on füüsikas muutunud nende 20 aastaga, mis on jäänud tema kahe eestikeelse raamatu vahele. Küllap kirjastati raamat kiirustades. Asja kallale asus kolm tõlkijat, raamatul puudub sisuregister ja kirjanduse loetelu ning tagatipuks vilksab terminoloogilist segadust, nt üldiselt kasutusele võetud tumeaine kõrval räägitakse ka tumedast ainest. Peatükist 19 on aga kusagile musta auku kukkunud joonis, millele ometi lahkelt viidatakse.

Hawkingi kajastuse taustaks võib võtta Albert Einsteini kajastamise eesti keeles. 1962. aastal ilmus füüsiku Harry Õiglase tõlkes Einsteini ja poola füüsiku Leopold Infeldi kahasse kirjutatud „Füüsika evolutsioon“. Martin Gardneri „Relatiivsusteooria miljonitele“ füüsik Eve-Reet Tammeti tõlkes ilmus 1968. aastal. Harry Õiglane kirjutas Einsteini füüsikast oma 1965. aastal ilmunud raamatust „Vestlusi relatiivsusteooriast“. Ega Einsteinist enne Stalini surma Eestis kirjutada saanudki. Hawkingist on saanud tema tegevuse jooksul alati.

EinsteinnaliMingi kahtluseta lõi Einstein uue paradigma, uue arusaama maailma toimimisest. Kas ka Hawking? Maitseasi. Igatahes tõestas ta koos inglise füüsiku Roger Penrose’iga, et universumil on algus. Hawkingi suur kirg on mustade aukude teooria, mis seletab lahti, kuidas säherdused singulaarsuse toimivad. Teooria tipp oli Hawkingi leiutis, et must auk ei ole päris must, vaid kiirgab. Musta augu kiirgus on seotud vaakumi omadustega. Vaakumis käib pidev sigin-sagin, sealt hüppab välja aine-antiaine osakestepaare, mis välkkiirelt annihileeruvad. Kui hüpe toimub musta augu serval, võib positiivse energiaga osake meie sekka vabadusse pääseda, negatiivse energiaga osakese neelatab must auk.

Musta augu kohta teame kolme asja: selle massi, pöörlemist ja laengut. Tähtsaim küsimus, kas neelates ainet läheb mustas augus kaotsi informatsiooni või mitte, on praktiliselt lahendamata. Hawking on oma arvamust nii selle kui paljude teiste universumi mõistmiseks oluliste küsimuste kohta korduvalt muutnud, teinud „kannapöörde“ nagu ütleb Ferguson, kuigi ta seda füüsiliselt teha ei saa.

Raamatus põimub traagilise haigusega Hawkingi elu tema vaimurikka eluga, nõnda et vahel on raske aru saada, kus lõpeb üks, kus algab teine. Ferguson kirjeldab põnevalt Hawkingiga ja tema naistega toimunud skandaale kui ka tema ratastooliõnnetusi. Pilt saab selgeks: tervist saab osta raha eest. Tavainimene oleks motoorsete närvirakkude haiguse kätte, mis tabas Hawkingit 21-aastasena, kümme korda ära surnud, olgu USA või Suurbritannia meditsiinisüsteemis. Hawking sai 2012. aasta jaanuaris 70. Alul Hawkingil põetamiseks raha ei olnud, üks superratastooli ning põetajate palkamise võimalus oli kirjutada bestseller, milleks „Aja lühilugu“ kujunes. Hawking on showman, kes on kaasa mänginud „Star Trekis“, „Simpsonites“ ja paljudes populaarsetes teleshowdes. Ta peab meeletul hulgal loenguid (täpsemalt – neid peab tema kõnesüntesaator, autor laval taustaks rekvisiidina) ja reisib mööda maailma enam kui mõni jalgpallistaar. Alati on temaga neli inimest: doktorant, kes tegeleb ka arvuti ning ratastooliga, kaks põetajat ja medõde.

 

Nobelist ilma

Nobelit Hawking ei saa, vähemalt on ta ise nõnda kinnitanud, Nobeli saamiseks peab teooria olema katseliselt kinnitatud. Kosmoloogiast on selliseid näiteid viimasest ajast võtta kaks – universumi mikrolaineline taustkiirgus ning universumi kiirenev paisumine. Kummagi puhul ei olnud Hawkings teoreetikuna esirinnas. Tema kirg on füüsikageeniuste sündroom läbi aegade – alates Galileost, Newtonist ja Faradayst –, saada jälile kõiki jõude, sealhulgas gravitatsiooni ühendavale teooriale. Nagu paljud kosmoloogid, püüab Hawking mõista, mis toimus Suure Paugu ajal ehk kui suur oli tol ajal singulaarsus, mis tähendab lõpmatut tihedust ja temperatuuri ja muid ebamugavaid lõpmatusi. Neid püüab ta vähendada, nagu vähendas musta augu singulaarsust, taandades nood eriliste kiirgajate seisusesse. Kuid Hawkingi kiirgus ei ole seni füüsikalisel tõestatud. Lootused on satelliitidel, mis mõõdavad Suure Paugu järgset taustkiirgust ja muid imepeeni kosmilisi vibratsioone, sealhulgas peaaegu püüdmatute, enamjaolt universumi algaegadest pärinevate neutriinode käitumist.

Füüsika põhiküsimus on olnud, kuidas suhtlevad omavahel aine ja väli, natuurfilosoofia põhiküsimus, kuidas suhtlevad füüsika ja tegelikkus.

Kosmoloogia on üks paras segapudru, ega sealt ei puudu oma soolapuhumine ja turunduski. Fergusoni raamatust pole lihtne aru saada, mis on selles toodud ideedest aegunud, mis uued, mis ümber lükatud, mis jäävad. Me ju võime elada kümnemõõtmelises universumis, aga kui kuus neist on kokku rullitud nii pisikeselt, et isegi kõige suurema mikroskoobi all ei näe, mis teadlased on võimelised valmis ehitama ja kui pooled neist kinnitavad, et ruumimõõtmeid pole kümme, vaid üheksa või mingi muu arv, siis mida peab kõige selle kohta arvama, kuidas edasi elama?

Ferguson oma raamatus mingit kokkuvõtet ei anna, küll aga pistab meile pihku abistava nööriotsa. See on „mudelipõhine realism“, mida Hawking selgitas oma „Universumi suurejoonelises ehituses“ põhjalikumalt. Lühidalt – selles, kuidas me objekte tajume, sisaldub vastus. Nägemise ja kuulmise, haistmise ja maitsmise ning kompimise teel kujundab aju närvirakkude võrgustik meile pildi maailmast. Küsimus on, kuidas see pilt maailmale vastab.

“Pole olemas pildist või teooriast sõltumatut reaalsuse mõistet. Füüsikaline teooria või maailmapilt on mudel, tavaliselt matemaatiline mudel ja hulk reegleid, mis ühendavad mudeli elementaarse vaatlusega. On mõttetu küsida, kas mudel on reaalne, võib vaid küsida, kas see on kooskõlas vaatlusega,” ütleb Hawking.

Mudelipõhine realism ütleb meile, kas asjad, mida me oma meeltega ei taju, on või ei ole. Me tajume neid oma meelte pikendustega, katseseadmetega. Mudelipõhine realism võimaldab ka ennustada. Kui ennustus langeb täppi, siis mudel toimib.

Hawking arvab, et pole olemas üht matemaatilist mudelit või teooriat, mis suudaks kirjeldada igat universumi külge. Selle asemel on teooriate võrgustik, mida nimetatakse M-teooriaks. Iga teooria kirjeldab nähtust hästi teatud vahemikus. Ainus, mis on kindel, on olevik. Minevik ja tulevik esinevad vaid kui võimaluste spektrid. Universumil ei ole ühest minevikku ega tulevikku.

Vähe sellest, minevikku mõjutab süsteemi vaatlemine olevikus. See on ameerika füüsiku Richard Feynmani möödunud sajandi keskel pakutud maailmapilt osakestest, mis kasutavad algpunktist lõpp-punkti jõudmiseks igat võimalikku rada. Kvantosake järgib kõiki võimalikke radu üheaegselt. Seda kirjeldab Feynmani summa üle ajalugude, mis on kvantfüüsika teiste formulatsioonidega võrdväärne esitus.

Einstein tegi võimalikuks aatomipommi, aga ka päikeseelemendid ja GPS süsteemi ülitäpsuse. Ta andis jõudu miljonitele genotsiidiohvritele. Feynman tegi kindlaks, miks Challenger 1986. aastal plahvatas. Ta andis jõu tuhandetele teadlastele end mitte siduda parteide ja poliitikaga. Hawking näitas, et elu ei seisne keha ja vaimu ühtsuses, et haiges kehaski võib olla terve vaim. Ta on andnud jõudu miljonitele teistmoodi inimestele. Seda on mõõtmatult palju – isegi kogu nende revolutsioonilise füüsika taustal.

 

Telli Teadus.ee uudiskiri