H πρώτη φωτογραφία που απεικονίζει την κβαντική σύζευξη δύο φωτονίων

Για πρώτη φορά στην ιστορία έχουμε μπροστά μας μια φωτογραφία που απεικονίζει τον κβαντικό εναγκαλισμό (κβαντική διεμπλοκή ή σύζευξη), χάριν στους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης. Στη φωτογραφία βλέπουμε δύο φωτόνια να αλληλεπιδρούν και να μοιράζονται τη φυσική κατάσταση τους, ένα φαινόμενο που συμβαίνει στο Σύμπαν ανεξάρτητα από την απόσταση που έχουν τα δύο σωματίδια μεταξύ τους. Κατά μια έννοια, αυτό αποτελεί την απόδειξη ότι τα πάντα συνδέονται μεταξύ τους στον κόσμο μας.

Κατανοώντας τη βαρύτητα: Η αναζήτηση για επιπλέον διαστάσεις σε νανοκλίμακα

Το σύμπαν μας έχει τρεις χωρικές διαστάσεις – ή μάλλον, τρεις που οι ανθρώπινες αισθήσεις μας μπορούν να αντιληφθούν ενεργά. Μερικές θεωρίες υποδεικνύουν ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν πολλές ακόμα διαστάσεις που δεν γνωρίζουμε, κυρίως επειδή είναι ανεπαίσθητα μικροσκοπικές. Τώρα, Ιάπωνες ερευνητές έκαναν αναζήτηση για επιπλέον διαστάσεις κάτω από τη νανοκλίμακα, χρησιμοποιώντας μια δέσμη νετρονίων για να μελετήσουν την βαρυτική δύναμη με τη μεγαλύτερη ακρίβεια που έγινε ποτέ.

Πέντε μυστήρια που δεν μπορεί να εξηγήσει το Καθιερωμένο Μοντέλο

Το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι ένα ποίημα συμμετρίας και ομορφιάς. Είναι η πιο αυστηρή θεωρία της σωματιδιακής φυσικής, απίστευτα ακριβής και σωστή στις προβλέψεις της. Καθορίζει μαθηματικά τα 17 θεμελιώδη σωματίδια της φύσης: έξι κουάρκς, έξι λεπτόνια, τέσσερα σωματίδια φορέων των δυνάμεων και το μποζόνιο Higgs. Αυτά εξουσιάζονται από τις ηλεκτρομαγνητικές, τις ασθενείς και τις ισχυρές δυνάμεις.

50 χρόνια από την πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξης των κουάρκ

Ενώ θεωρητικά τα πρώτα κουάρκ ανακαλύφθηκαν από τον Murray Gell-Mann το 1964 η πραγματική απόδειξη ότι τα νουκλεόνια είναι φτιαγμένα από κουάρκ, ήρθε αργότερα από τις εργασίες τριών Αμερικανών φυσικών. Οι Jerome Friedman, Henry Kendall και Richard Taylor αντιλήφθηκαν στο εσωτερικό των νουκλεονίων να υπάρχουν σκληροί ‘κόκκοι’, με την έρευνα τους που ξεκίνησε το 1967 στον γραμμικό επιταχυντή του Stanford (SLAC). Σε αυτή την έρευνα που κορυφώθηκε το 1968 βρήκαν με ποιο τρόπο ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας σκεδάζονταν ανελαστικά πάνω σε πρωτόνια. Έτσι καθιερώθηκε το μοντέλο των κουάρκ καθώς και η κβαντική χρωμοδυναμική στη σωματιδιακή φυσική.

Το μυστήριο του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος διευρύνεται με τα νέα δεδομένα του Hubble

Οι αστρονόμοι με τη βοήθεια των δεδομένων που πήραν πρόσφατα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, λένε ότι ανακάλυψαν μια απόκλιση μεταξύ των δύο βασικών τεχνικών για τη μέτρηση του ρυθμού επέκτασης του σύμπαντος. Η πρόσφατη μελέτη που μέτρησε ξανά τη σταθερά H του Hubble, 74 km/sec/Megaparsec, και μείωσε έτσι την αβεβαιότητα, ενισχύει όμως την υπόθεση ότι ίσως χρειαστούν νέες θεωρίες για να εξηγήσουν τις δυνάμεις που έχουν διαμορφώσει τον Κόσμο.

Οι επιστήμονες επινοούν τρόπους για να παγιδεύσουν το μυστήριο σωματίδιο «σκοτεινού κόσμου» στον επιταχυντή LHC

Τώρα που έχουν εντοπίσει το μποζόνιο Higgs, οι επιστήμονες στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων έχουν στρέψει το βλέμμα τους σε έναν ακόμη πιο αόριστο στόχο, την σκοτεινή ύλη. Και μια νέα δημοσίευση περιγράφει μια μέθοδο για την άμεση ανίχνευση σωματιδίων από τον «σκοτεινό κόσμο» χρησιμοποιώντας τον επιταχυντή LHC. Μέχρι τώρα μπορούμε μόνο να κάνουμε έμμεσες μετρήσεις και προσομοιώσεις, όπως η απεικόνιση της σκοτεινής ύλης στην εικόνα.

Ο φυσικός Amos Ori λέει ότι το θεωρητικό του μοντέλο προβλέπει το ταξίδι πίσω στον χρόνο

Το ταξίδι στον χρόνο θα μπορούσε να είναι μια πραγματικότητα στο μέλλον, και όχι μόνο αποκύημα της φαντασίας, σύμφωνα τους ισχυρισμούς του καθηγητή της φυσικής Amos Ori, από το Τεχνολογικό Ίδρυμα του Ισραήλ. Λέει ότι έχει βρει ένα θεωρητικό μοντέλο μιας χρονικής μηχανής βασισμένης στη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, που δείχνει πως ο χωροχρόνος μπορεί να στρεβλωθεί από τη βαρυτική έλξη των μεγάλων αντικειμένων.

Τα κύματα βαρύτητας συμβάλλουν στην ανακάλυψη των μαύρων οπών και ίσως της σκοτεινής ύλης και των θεωρητικών σωματιδίων

Τα κύματα βαρύτητας – οι αόρατοι κυματισμοί στον χωρόχρονο που εντοπίστηκαν για πρώτη φορά το 2015 – ανοίγουν μια νέα εποχή στην αστρονομία, που επιτρέπει στους επιστήμονες να δουν τμήματα του σύμπαντος που θεωρούνταν έως τώρα αόρατα, όπως οι μαύρες τρύπες, η σκοτεινή ύλη και τα αξιόνια – κάποια υποθετικά σωματίδια.

Το θερμό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο; Φαινόμενο Mpemba

Το θερμό νερό μπορεί στην πραγματικότητα να παγώσει γρηγορότερα από το κρύο νερό για ένα ευρύ φάσμα πειραματικών συνθηκών. Αυτό το φαινόμενο είναι εξαιρετικά αντίθετο με την διαίσθηση, και προκαλεί έκπληξη ακόμη και στους περισσότερους επιστήμονες, αλλά είναι στην πραγματικότητα αληθινό. Έχει παρουσιαστεί και έχει μελετηθεί σε πολυάριθμα πειράματα. Ενώ αυτό το φαινόμενο ήταν γνωστό για αιώνες και περιγράφηκε από τον Αριστοτέλη, τον Bacon, και Descartes (Καρτέσιο), αυτό δεν εισήχθη στην σύγχρονη επιστημονική κοινότητα έως το 1969, παρά από ένα μαθητή του Λυκείου, τον Mpemba από την Τανζανία.

Το ταξίδι στις σκουληκότρυπες είναι δυνατό, αλλά δεν είναι γρήγορο

Η ιδέα των σκουληκότρυπων – γεφυρών που μοιάζουν με σήραγγες οι οποίες συνδέουν δύο σημεία στο χώρο – έχει ξεκινήσει εδώ και δεκαετίες , με πολλές εικασίες ότι οι σκουληκότρυπες θα μπορούσαν να επιτρέψουν διαστρικά ή και διαγαλαξιακά ταξίδια. Τώρα, ο φυσικός του Χάρβαρντ Daniel Jafferis έχει κάποιες καλές και κάποιες κακές ειδήσεις για τους οπαδούς του επιστημονικού κλάδου: υπάρχουν σκουληκότρυπες, αλλά είναι απίθανο να χρησιμεύσουν για γρήγορα γαλαξιακά ταξίδια.

Είμαστε έτοιμοι να δούμε την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας

Φαίνεται ότι η ημέρα έφτασε! Στις 10 Απριλίου 2019, η ομάδα πίσω από το πρότζεκτ EHT και οι συνδεδεμένοι επιστημονικοί φορείς πρόκειται να παρουσιάσουν τα αποτελέσματα που περιγράφουν ως «πρωτοποριακά» και θα καλυφθεί ζωντανά σε όλο τον κόσμο. Για χρόνια, το Τηλεσκόπιο του Ορίζοντα Γεγονότων (EHT) δούλευε για να μας φέρει την πρώτη τηλεσκοπική φωτογραφία του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας. Πράγματι παρόλο της δημοτικότητας της σε όλο τον κόσμο, δεν έχουμε δει ποτέ μια μια μαύρη τρύπα . Και ο λόγος για αυτό είναι γελοία απλός.

Το εκκρεμές του Φουκό

Τα αστέρια φαίνεται να κινούνται σε κύκλους γύρω από μια γραμμή μέσα από τους πόλους της γης. Μια αρχαία εξήγηση αυτού (πιθανώς πριν από την κλασσική Ελλάδα) είναι ότι τα αστέρια συνδέονται με μια σφαίρα που περιστρέφεται γύρω από τη γη. Ο Αρίσταρχος της Σάμου (3ος αιώνας π.Χ.) εξήγησε την φαινομενική κίνηση των αστεριών και των πλανητών προτείνοντας ότι η γη στρέφεται στον άξονά της και ταξιδεύει επίσης γύρω από τον ήλιο. Ο Ίππαρχος (2ος αιώνας π.Χ.) και ο Πτολεμαίος (2ος αιώνας μ.Χ.) απέρριψαν αυτή την άποψη για δύο λόγους. Πρώτον, δεν μπορεί κανείς να αισθανθεί την περιστροφή της γης. Δεύτερον, δεν μπορεί κανείς (χωρίς ισχυρά τηλεσκόπια) να δει ετήσιες αλλαγές στη σχετική θέση των αστεριών.

Το εκκρεμές του Φουκό

Τα αστέρια φαίνεται να κινούνται σε κύκλους γύρω από μια γραμμή μέσα από τους πόλους της γης. Μια αρχαία εξήγηση αυτού (πιθανώς πριν από την κλασσική Ελλάδα) είναι ότι τα αστέρια συνδέονται με μια σφαίρα που περιστρέφεται γύρω από τη γη. Ο Αρίσταρχος της Σάμου (3ος αιώνας π.Χ.) εξήγησε την φαινομενική κίνηση των αστεριών και των πλανητών προτείνοντας ότι η γη στρέφεται στον άξονά της και ταξιδεύει επίσης γύρω από τον ήλιο. Ο Ίππαρχος (2ος αιώνας π.Χ.) και ο Πτολεμαίος (2ος αιώνας μ.Χ.) απέρριψαν αυτή την άποψη για δύο λόγους. Πρώτον, δεν μπορεί κανείς να αισθανθεί την περιστροφή της γης. Δεύτερον, δεν μπορεί κανείς (χωρίς ισχυρά τηλεσκόπια) να δει ετήσιες αλλαγές στη σχετική θέση των αστεριών.

Το πείραμα του βαρυτοηλεκτρομαγνητισμού με τον δορυφόρο Gravity Probe Β

Ο βαρυτοηλεκτρομαγνητισμός ή GEM, διατυπώνεται με ένα σύνολο εξισώσεων με εμφανείς αναλογίες μεταξύ των εξισώσεων πεδίου του Maxwel και μιας προσεγγιστικής επαναδιατύπωσης των εξισώσεων πεδίου του Αϊνστάιν για τη γενική σχετικότητα, που όμως ισχύουν κάτω από ορισμένες συνθήκες. Για παράδειγμα, οι πιο συνηθισμένες παραλλαγές του βαρυτοηλεκτρομαγνητισμού ισχύουν μόνο για μη απομονωμένες πηγές και για αργά κινούμενα σωματίδια.

Κβαντική Βαρύτητα Αϊνστάιν : Ένας ριζοσπαστικός δρόμος για μια Θεωρία των Πάντων

Ο Martin Reuter, φυσικός στο πανεπιστήμιο του Mainz, έχει κι αυτός τις ιδέες του για τη Θεωρία του Παντός. Ανέπτυξε μια θεωρία που την ονομάζει «κβαντική βαρύτητα Αϊνστάιν», που ξεκίνησε όταν σταμάτησαν οι πρώτες προσεγγίσεις για την κβαντική βαρύτητα.

Η κβαντική βαρύτητα βρόχων

Η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχων (LQG), γνωστή επίσης και ως βαρύτητα βρόχων και κβαντική γεωμετρία, είναι μια κβαντική θεωρία του χωροχρόνου που προσπαθεί να συμφιλιώσει τις φαινομενικά ασυμβίβαστες θεωρίες της κβαντομηχανικής και της γενικής σχετικότητας. Ανήκει σε μια οικογένεια θεωριών που ονομάζεται κανονική κβαντική βαρύτητα και θεωρεί ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι κβαντοποιημένος, να αποτελούνται, ακριβώς όπως και η ύλη, από ελάχιστες και διακριτές – δηλαδή, κβαντισμένες – ποσότητες.

Σκέδαση Compton

Ο Einstein το 1919 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα φωτόνιο μεταδίδεται προς μια κατεύθυνση (αντίθετα με ένα σφαιρικό κύμα) και ότι έχει ενέργεια Ε=hf και μεταφέρει ορμή p=E/c. Όμως στις αρχές της δεκαετίας του ’20, η σωματιδιακή φύση του φωτός, που δείχθηκε με τη βοήθεια του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, ήταν ακόμη σε αμφισβήτηση. Το 1923 ο Αμερικανός Arthur Compton και ανεξάρτητα από αυτόν, ο Peter Debye, προχώρησαν ένα βήμα πιο πέρα από τον Einstein. Ερμήνευσαν τη σκέδαση των ακτίνων-Χ (φωτονίων μικρού μήκους κύματος) από ηλεκτρόνια, θεωρώντας ότι τα φωτόνια έχουν ενέργεια και ορμή σύμφωνα με το συμπέρασμα του Einstein.

Με ποιούς μηχανισμούς αλληλεπιδρούν τα φωτόνια με την ύλη;

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Συμβαίνει όταν φωτόνιο μεγάλης ενέργειας απορροφάται από άτομο του μετάλλου και οδηγεί στην εκπομπή ηλεκτρονίων από τις εξωτερικές στιβάδες του ατόμου. Το άτομο έτσι ιονίζεται. Στη συνέχεια το ιονισμένο άτομο επιστρέφει στην ουδέτερή του κατάσταση με ταυτόχρονη εκπομπή άλλου φωτονίου, που είναι χαρακτηριστική του ατόμου. Τα φωτόνια αυτά που έχουν γενικά χαμηλότερη ενέργεια, απορροφούνται με σχετική ευκολία από τα άτομα του μετάλλου. Ο μηχανισμός αυτός του φωτοηλεκτρικού φαινομένου κυριαρχεί σε ενέργειες φωτονίων άνω των 500 KeV, τέτοιας ώστε τα ηλεκτρόνια να κατορθώσουν να υπερπηδήσουν το φράγμα δυναμικής ενέργειας που τα συγκρατεί στην επιφάνεια αυτή. Η φωτοηλεκτρική απορρόφηση είναι επίσης χαρακτηριστικό των ατόμων με μεγάλους ατομικούς αριθμούς.

Υπάρχουν περισσότερες από μία πραγματικότητες στην Κβαντική Φυσική

Μπορούν δύο διαφορετικές όψεις της πραγματικότητας να υπάρχουν ταυτόχρονα; Οι φυσικοί λένε ότι μπορούν – στο κβαντικό όμως επίπεδο. Δηλαδή διαφορετικές παρατηρήσεις της ίδιας πραγματικότητας (σε φωτόνια) και οι δύο μπορεί να είναι σωστές. Ερευνητές διενήργησαν πρόσφατα πειράματα για να απαντήσουν σε μια πολυετή θεωρητική ερώτηση σχετικά με ανταγωνιστικές πραγματικότητες. Αυτό το πονηρό νοητικό πείραμα πρότεινε ότι δύο άτομα που παρατηρούν το ίδιο φωτόνιο θα μπορούσαν να καταλήξουν σε διαφορετικά συμπεράσματα σχετικά με την κατάσταση του φωτονίου – και όμως και οι δύο παρατηρήσεις τους θα ήταν σωστές.

Η διαμάχη για την ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής

Η διαμάχη για την ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής άρχισε την περίοδο 1924-26, σχεδόν αμέσως μετά την διατύπωση της. Ξεκίνησε στο 5o συνέδριο του Solvay (1927) και στο Συνέδριο του Como (1927) όπου ο De Broglie διατύπωσε τη θεωρία της διπλής λύσης. Η διαμάχη αυτή αφορά επιστημολογικά, φιλοσοφικά και φυσικά προβλήματα. Τα πιο κεντρικά προβλήματα είναι η φυσική σημασία του πιθανοκρατικού χαρακτήρα της κβαντικής μηχανικής, η φυσική σημασία της αρχής της επαλληλίας και της λεγόμενης αναγωγής της κυματοσυνάρτησης.