czwartek, 26 czerwca 2014

Nuklearna proca - Studnia gromu

Trevor Rabin - Launch


Rok 2687, jakieś pięć lat świetlnych od niepozornej żółtej gwiazdy. Niewielki statek kosmiczny cudem tylko unika zniszczenia, gdy tuż obok niego przelatuje coś z prędkością niemal 130 000 kilometrów na godzinę. Obiekt jest dziwaczny – powyginana, częściowo stopiona stalowa płyta ważąca kilkaset kilogramów. Nie widać na niej żadnego źródła napędu ani instrumentów do komunikacji na wielkie odległości. Najwyraźniej jest to śmieć jakiejś cywilizacji technologicznej. Tyle, że zwykłe śmiecie nie gnają przez przestrzeń z energią kinetyczną niemal sześciuset gigadżuli. Czy pasażerowie statku mają szansę domyślić się jaka historia wiąże się z dziwacznym obiektem?

Rok 1957, Nowy Meksyk. Na dnie 150 metrowej studni dochodzi do mikroskopijnej katastrofy. Niewielka bryła plutonu zostaje zmiażdżona niewielkimi ładunkami wybuchowymi tak, że rozpoczyna się reakcja łańcuchowa. Ciężkie jądra atomów pękają jedno po drugim uwalniając ogromne ilości energii. Liczniejsze i lżejsze atomy ważą mniej niż pluton. W tej reakcji zaledwie 14 tysięcznych grama masy zostaje przemienionych w energię zgodnie z najsłynniejszym równaniem Alberta Einsteina. 14 tysięcznych grama wyzwolonej energii wiązań jądrowych daje tyle samo energii co trzysta tysięcy kilogramów trotylu. Ziarnko piasku i trzysta ton.

Na powierzchni eksplozja bomby jądrowej o sile 0,3 kT kompletnie zniszczyłaby krakowskie Stare Miasto. Tu jednak cała ta energia była upakowana głęboko pod ziemią. Co więcej, na potrzeby tego testu ładunek został przykryty kilkoma tonami betonu z niewielkim otworem na środku. Sto pięćdziesiąt metrów wyżej, na spodzie 900 kilogramowej stalowej pokrywy zamontowano detektory, które miały przez ułamek sekundy rejestrować eksplozję w celach naukowych.

W czasie jednej milionowej sekundy uwolniona energia nie tylko roztopiła, ale wręcz odparowała kilka ton betonu zmieniając je w obłok gorącego, sprężonego gazu. Na ułamek sekundy powstała „Studnia gromu” (Thunderwell), coś na kształt niedorzecznie wielkiego atomowego pistoletu z betonową plazmą zamiast odrobinki prochu i ważącą niemal tonę pokrywą zamiast pocisku. Choć do nagrania testu użyto kamery szybkiego zapisu, pokrywa została wystrzelona z taką prędkością, że uchwycono ją tylko na jednej klatce nagrania.

Obliczenia wykazały, że w pierwszej chwili osiągnęła ona prędkość 66 kilometrów na sekundę. To znaczy, że po dwóch, trzech sekundach opuściła Ziemię, jeśli nie odparowała z powodu tarcia atmosferycznego tak jak niektóre meteory. Jeśli nie, to trzy godziny później była już dalej niż Księżyc.

Jako, że nie ma pewności czy pokrywa rzeczywiście opuściła atmosferę nie mówi się o niej jako o najdalszym i najszybszym obiekcie wystrzelonym przez ludzkość w kosmos. Jeśli jednak przetrwała te dwie sekundy szaleńczego lotu przez atmosferę… to najdalszy i najszybszy artefakt ludzkości wyruszył dwadzieścia lat wcześniej i ponad dwa razy szybciej niż Voyager 1. Być może znajduje się teraz jakieś 432 jednostki astronomiczne od Ziemi (orbita Neptuna to 30 AU, Voyager 1 znajduje się w odległości 127 AU od Ziemi).


PS. Gif i zdjęcie pochodzą z innych podziemnych testów broni atomowej. Niestety z testu "Pascal-B" nie znalazłem zdjęć, nawet tej pojedynczej klatki.


poniedziałek, 16 czerwca 2014

From the future with love




Trzy krótkie, proste historyjki, trzech nowojorskich policjantów w 2095 roku. Poza nieidealnym dźwiękiem, niepowalającymi dialogami, realizacja jest świetna. From the future with love, to dwunastominutowy zastrzyk cyberpunkowego klimatu. Nie mogę uwierzyć, że licznik na YouTube pokazuje marne 26 tysięcy wyświetleń.


From the future with love na Facebooku.


poniedziałek, 9 czerwca 2014

Top 5 historii o przekraczaniu prędkości światła

Queen - Don't Stop Me Now

Notka z dawna planowana na tę okazję – 1500 polubień facebookowego profilu. Wielkie dzięki tej półtoratysięcznej grupie, resztę czytających zachęcam do kliknięcia po prawej stronie.


Istnieje szereg zjawisk, którym towarzyszy pozorne łamanie fizycznego limitu prędkości światła. Do tej notki całkowicie subiektywnie wybrałem pięć „historyjek”, niektóre pokazują jak nieintuicyjny jest świat, inne (mam nadzieję) naprostują pewne kwestie. Liczę, że wszystkie będą po prostu ciekawe.


1. Nadświetlne dżety kwazarów

W centrum kwazarów znajdują się supermasywne czarne dziury. Materia wirująca wokół nich ulega jonizacji i działa jak kosmiczny akcelerator cząsteczek, wyrzucając dżety z kolosalnymi prędkościami. Jak kolosalnymi? Pomiar pozycji plazmy wrzuconej przez kwazar 3C 273 w dwóch punktach czasu wykazał, że porusza się ona z ponad dziewięciokrotną prędkością światła! Jak to możliwe? Odpowiedź jest prosta – to nie jest możliwe.

Dżet został wyrzucony pod dość ostrym kątem, częściowo w naszym kierunku, nie prostopadle do naszej linii wzroku. W tym momencie można chwycić się za głowę – w takim razie widzimy tylko prostopadłą składową jego ruchu, czyli porusza się pewnie kilkanaście razy szybciej niż światło! Nie. Iluzja wynika z tego, że światło wyemitowane wcześniej musi pokonać dłuższą drogę niż światło wyemitowane później.



Załóżmy, że bardzo odległy dżet plazmy porusza się z punktu A do B z ogromną prędkością. Wpierw emituje światło w naszym kierunku z punktu A. Gdy dociera do punktu B w czasie t1, światło, które emituje ma bliżej do Ziemi, więc zafałszuje nasz pomiar. Grają tu dwa czynniki – po pierwsze z Ziemi nie potrafimy prosto odróżnić punktu A od C, innymi słowy łatwo jest przekłamać odległość jaką przebyła plazma. Po drugie to, że światło pochodzące z punktu B zmierzyliśmy rok po obserwacji światła z punktu A, nie oznacza, że emisję światła rzeczywiście dzielił rok – fotony z punktu A miały do przebycia dłuższą drogę, zajęło im to dłużej. W rzeczywistości ruch plazmy z punktu A do B trwał dłużej, innymi słowy rzeczywista prędkość znacznie mniejsza.

Wystarczy by plazma poruszała się z prędkością 0.9 c pod kątem 30’ do obserwatora, by wyglądało tak jakby gnała dwa razy szybciej od prędkości światła. Dla zainteresowanych – wyprowadzenie wzoru na Wikipedii.


2. Neutrina szybsze od fotonów

W 1987 roku zaobserwowano wybuch supernowej, którą adekwatnie nazwano SN 1987A. Trzy godziny przed tym jak dostrzeżono rozbłysk, obserwatoria neutrin zanotowały ogromną falę tych cząsteczek. W przypadku neutrin oznacza to wychwycenie dokładnie 24 cząsteczek.

Wniosek? Neutrina poruszają się szybciej niż światło! Oczywiście nic podobnego. Rozwiązanie zagadki ma związek z tym dlaczego „wielka fala neutrin” to raptem 24 wykrycia w detektorach. Cząsteczki te oddziałują tak niewyobrażalnie słabo, że gdybyśmy mieli blok ołowiu długi na rok świetlny, mógłby on zablokować jedynie 50% neutrin, które by przez niego przechodziły.

Dlatego gdy nastąpiła zapaść i eksplozja gwiazdy, neutrina pomknęły w kosmos, fotony natomiast przez długie godziny były emitowane i absorbowane przez niewyobrażalnie gęsty ośrodek zanim wyrwały się w próżnię i pomknęły w kierunku Ziemi. Neutrina nie poruszają się szybciej, miały tylko wcześniejszy start.


3. Świetlne echa

W 2002 roku gwiazda zmienna V838 Monocerotis rozświetliła i rozepchnęła otoczkę dawno odrzuconej materii. W ciągu kilku miesięcy „skorupka” rozrosła się z rozmiaru 4 do 7 lat świetlnych. Czyżby? Jeśli dotarliście do tego miejsca, to pewnie już się domyślacie, że tak nie jest.

To efekt tak zwanego echa świetlnego i kolejna geometryczna sztuczka, która sprawia, że wydaje nam się, że obserwujemy łamanie podstawowych reguł fizyki. W rzeczywistości jednak efekt wynika właśnie z ograniczonej prędkości światła i różnych długości, które musiały przebyć fotony by dotrzeć do Ziemi. W efekcie obrazy wydarzeń rozdzielonych sporym czasem docierają do nas w krótszych odstępach. Żeby nie powtarzać pierwszego punktu zostawię Was z tą spektakularną animacją.


4. Neutrina po raz drugi

Nie wypada nie wspomnieć tu o (nie)sławnym eksperymencie OPERA, w którym zmierzono prędkość neutrin większą od prędkości światła. To tak naprawdę przypowiastka o beznadziejnym dziennikarstwie. Naukowcy publikując wyniki od początku zastrzegali, że nie twierdzą, że neutrina poruszają się szybciej niż światło. Wręcz apelowali o wsparcie środowiska naukowego w poszukiwaniach błędu.

Mimo to media z miejsca odtrąbiły pokonanie teorii Einsteina, rewolucję w świecie fizyki i co tam jeszcze. Kiedy udało się stwierdzić, że wszystko spowodował luźny światłowód, naukowcy CERNu stali się pośmiewiskiem głównie w oczach ludzi, którzy nie mieli najmniejszego pojęcia o fizyce czy inżynierii. Więcej o historii tutaj.


5. Uciekające galaktyki – historia prawdziwa

Wszechświat się rozszerza. I to coraz szybciej. Wszystkie niezwiązane ze sobą grawitacyjnie galaktyki oddalają się od siebie (niezwiązane, bo w gromadach bywa różnie – np. Andromeda jest na kursie kolizyjnym z Drogą Mleczną).

Im dalej znajduje się galaktyka, tym większa jest jej prędkość „ucieczki”. Wszechświat jest tak duży, że niektóre z nich oddalają się od nas z prędkością większą niż prędkość światła. I tym razem to nie jest iluzja, błąd ani sztuczka. One naprawdę oddalają się z nadświetlną prędkością.

Co zatem z „nieprzekraczalną” prędkością światła? Trik polega na tym, że te galaktyki nie poruszają się z nadświetlną prędkością. To przestrzeń pomiędzy się rozrasta. Nie jest to gra słówek. Ruch w tym wypadku nie jest względny, bo na te obiekty nie działa siła bezwładności, która uniemożliwiłaby osiągnięcie prędkości światła. Wszechświat w którym materia i informacja nie może zostać rozpędzona powyżej pewnego limitu sam go obchodzi rozpychając przestrzeń. Niemożliwe okazuje się tylko pozornie niemożliwe.


Źródła:
3C 273 i jego dżet - Chandra X-ray observatory
V838 Monocerotis - Hubble Space Telescope
Superluminal Motion
Analyzing the Universe - świetny kurs prof. Terry A. Matilsky'ego z Rugers University


poniedziałek, 2 czerwca 2014

SS#15 – Potwierdzone: decyzjami można bezpośrednio manipulować

Brainscan Theme


Z jednej strony to oczywiste. To po prostu kolejny eksperyment, żaden przełom czy nowy kierunek rozwoju. Z drugiej strony po raz pierwszy pokazano tak dosadnie, że można bezpośrednio wpłynąć na mózg i zmienić decyzję naczelnego. Przekroczono pewną granicę.


Połączone siły trzech zespołów z Belgii i USA wykazały jak elektryczna symulacja VTA – pola brzusznego nakrywki (obszar głęboko w śródmózgowiu) może zmienić decyzję makaka, odbierając mu wolną wolę. Wpierw sprawdzono jakie są preferencje poszczególnych małpek, gdy mają wybrać między dwoma obrazkami. Jedne np. wybierały rysunek piłki, inne gwiazdki. Kiedy naukowcy znali już preferencje danego osobnika zaczęli symulować VTA impulsami elektrycznymi. W efekcie udało się zmienić obserwowane wcześniej preferencje.

Obszar VTA odgrywa rolę w układzie nagrody, w związku z czym badanie wykazało, że stymulacja może też warunkować obiekty (budować „odruchy Pawłowa”). Mówiąc wprost – jednym przełącznikiem można było sprawić, że makaki preferujące obrazek A, wybierały obrazek B. Autorzy badania wspomnieli, że skuteczność stymulacji była różna pomiędzy osobnikami i spekulują, że istotne może być to, jak precyzyjnie umiejscowiono elektrodę w mózgu.

Naukowcy wyjaśniają też, że oczywiście daleko nam jeszcze do zmieniania małp w roboty. Makaki musiały wcześniej zostać nauczone gry polegającej na wybieraniu obrazków, nie obyło się bez nagród w postaci soku owocowego.

To badanie to tylko część naszych zabaw z mózgiem. Ostatnio pisałem o eksperymencie z małpim „awatarem” (Marionetkowe makaki), o wpływaniu na mózg wspominał profesor Vetulani w naszej rozmowie (Wywiad z Człowiekiem Roku), a kto jeszcze nie widział rezultatów DBS (deep brain stimulaiton) w przypadku choroby Parkinsona niech szybko zobaczy to nagranie. Obecnie DARPA pracuje nad implantami, które miałyby leczyć zespół stresu pourazowego.

Obłęd na tle spiskowych teorii, chipowanych mózgów czy uśpionych agentów, który wykwitł w okresie zimnej wojny już nie będzie kompletnie absurdalny. W końcu teraz wiemy, że to możliwe. Pacjenci poddawani zabiegom na mózgu będą mieli uzasadnione powody do (bezpodstawnej jeszcze przez jakieś 10-20 lat) paranoi.


Przypisy: