Picked up for you

Voyager-luotaimet ovat poistumassa Aurinkokunnasta! Luotaimet laukaistiin vuonna 1977 ja Voyager 1 on matkustanut jo noin 18 miljardia kilometriä. Molemmat luotaimet toimivat vielä osittain ja rekisteröivät mm. Auringon hiukkasvirtaa. Vielä ei olla edes varmoja mikä kriteeri pitää täyttyä, että voitaisiin sanoa luotaimen poistuneen Aurinkokunnasta tähtien väliseen avaruuteen. Teorian mukaan Auringon hiukkasvirran suunta pitäisi rajapinnalla muuttua poikittaiseksi kun se törmää Linnunradan kaikkien muiden tähtien hiukkasvirtaan, mutta mittauksessa ei olla vielä havaittu tätä. Mallit voivat tosin olla epätarkkoja ja luotaimet antavat vielä 35 vuoden jälkeenkin arvokasta tietoa Aurinkokunnan reunoilta. Arvellaan, että V-ger 1 poistuu Aurinkokunnasta vielä tämän vuoden kuluessa.

Kvanttimekaniikan epätarkkuusperiaate selitetään lukiotasolla yleensä niin, että mittaus häiritsee kvanttitilaa ja tekee tuloksesta epätarkan. Heisenberg vertasi aikoinaan tätä sillä, että elektronin paikan mittaukseen tarvitaan valoa, mutta kun valo siroaa elektronista se myös muuttaa elektronin liikemäärää ja aiheuttaa epätarkkuutta mittaukseen. Heisenbergin vertaus on 1920-luvulta ja ajatellaan, että se on hieman aikansa elänyt. Heisenbergin epätarkkuusperiaate (matemaattinen yhtälö) on toki vielä voimassa, mutta todellisuudessa sen määräämä epätarkkuus on kvanttimekaanisessa tilassa sisäänrakennettua utuisuutta eikä riipu siitä tehdäänkö mittaus vai ei. Oikeastaan epätarkkuuden sijaan pitäisi puhua epämääräisyydestä. Tässä Naturen jutussa esitellään koe, jossa mittaus ei sinänsä aiheuta mitään ylimääräistä epätarkkuutta kvanttitilaan.

Itävaltalaisen Anton Zeilingerin ryhmä on kuulemma saanut aikaan kvanttiteleportaation ennätyksellisen pitkän matkan päähän, tässä heidän tapauksessaan 143 kilometrin matkan Kanarian saarten kahden observatorion välillä (juttu täällä). Kvanttiteleportaatiossa kvanttitila ensin tuhotaan ja luodaan identtinen kvanttitila pitkän matkan päähän tuhoamispisteestä. Teleportaatio perustuu siihen, että kvanttitilan voi muodostaa kaksi toisiinsa kvanttimekaanisesti kytkeytynyttä (sekoittunutta) hiukkasta, jotka voivat olla vaikka kuinka pitkän matkan päässä toisistaan. Kytkeytymisen takia yhden hidun kvanttitilan näpräyksellä on välitön vaikutus myös toisen hidun kvanttitilaan. Koska vaikutus on täsmällisesti samanaikainen sen voidaan ajatella etenevän ”ylivalonnopeudella” vaikka tuon 143 kilometrin päähän. Kuulostaa ristiriitaiselta, koska fysiikan lakien mukaan mikään ei voi ylittää valon nopeutta. Tulos ei ole kuitenkaan ristiriidassa fysiikan lakien kanssa, koska informaatiota ei voida välittää tällä tavalla ylivalonnopeudella, mutta fysiikan lakien ”toimintanopeudelle” ei ole (kaikesta päätellen!) vastaavaa ylärajaa. Ranskalainen Alain Aspect teki aikoinaan vastaavan tyyppisiä kokeita vähän pienemmässä mittakaavassa, ja todisti, että Einsteinin kaipaamia determinismin säilyttäviä piilomuuttujia ei kvanttimekaniikkaan voida lisätä romuttamatta koko teorian perustaa. Sekä Aspect että Zeilinger ovat nyt korkealla veikkauksessa kuka saa fysiikan nobel-palkinnon huomenna tiistaina.

Labran kaffepöytäkeskustelussa veikattiin nobelisteiksi myös Sir Michael Berryä ja Yakir Aharonovia. Berryn ja Aharonovin (ja Jeeva Anandanin, jos ollaan tarkkoja krediiteistä) kvanttivaiheet ovat laajalti käytettyjä teoreettisen fysiikan työkaluja ja ne aiheuttavat mitattavia efektejä esim. nanofysiikassa. Esimerkiksi elektronivirta nanovirtapiirin läpi riippuu toisinaan näistä vaiheista. Tutkin juuri parhaillaan kvanttivaiheita nanorinkuloiden tapauksessa. Nanofysiikassa elektroni on kuin aalto, joka menee usempia virtapiirin haaroja samaan aikaan niin kuin aalto haarautuvassa joessa seuraa kumpaakin haaraa. Tuomalla virtapiirin haarat jälleen yhteen aallot yhdistyvät, eri haaroissa saadut kvanttivaiheet summautuvat (interferoivat) ja vaikuttavat elektronivirtaan. Tästä enemmän myöhemmin…

Ihmisillä on taipumus tehdä uhrauksia yhteisen hyödyn nimessä tai puhtaasti epäitsekkäästi auttamistarkoituksessa. Tässä Naturessa julkaistussa tutkimuksessa mitattiin miten uhrauksen rahallinen määrä riippuu siitä miettiikö koehenkilö päätöstään kauan vai tehdäänkö päätös nopeasti niin sanotusti selkärangalla. Tulos oli, että spontaanisti tehdyt päätökset olivat anteliaampia. Tämä tulkittiin niin, että ihmisellä on luontainen taipumus yhteistyöhön ja altruismiin, mutta pitempi miettiminen johti laskemoivaan ahneuteen. Fundeeraaminen ei luultavasti sinänsä ole syynä tulokseen vaan se, minkälaisia ajatusrakenteita on taustalla. Tulos kun ei liene kovin yllättävää yhteiskunnassa, missä menestys mitataan rahassa ja hyvinvoinnin määrä muka bruttokansantuoteella eikä bruttokansanonnellisuudella. Laskelmoiva altruismi on tietenkin vaikea tieteen ala, jossa motivaatio on aika pitkälle menevän päättelyn tulosta.

Advertisements