Nie, nie stworzono cieczy o ujemnej masie

Tu Urząd Kontroli Plotek. Możecie natrafić w prasie na nagłówki ogłaszające radośnie, że powstała ciecz o ujemnej masie. Niektórzy mieli choć tyle przyzwoitości by użyć cudzysłowu. Ale nie wszyscy. Jak zawsze - chwytliwe nagłówki są chwytliwe, a diabeł tkwi w szczegółach.

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego wykonali ciekawy eksperyment. Schłodzili atomy rubidu do temperatury zbliżonej do zera absolutnego, tworząc kondensat Bozego-Einsteina. Uwięziono je i chłodzono za pomocą laserów, w pojemniku wielkości kilkudziesięciu mikronów.

W tej temperaturze, w tych warunkach oraz w tej skali wielkości, materia często zachowuje się bardzo dziwnie i nietypowo. Do głosu dochodzą zupełnie nieintuicyjne dla nas efekty kwantowe; zachowaniem materii zaczyna rządzić rachunek prawdopodobieństwa. Temperatura niższa niż w głębokiej przestrzeni kosmicznej to również bardzo egzotyczne i niestabilne “zjawisko”. W tym wypadku ta pozorna “negatywna masa”, którą zachłysnęły się media, to sposób na opisanie pewnych zachowań otrzymanej substancji. Konkretnie chodzi o nietypową dyspersję rubidu, po tym jak oprócz schłodzenia go i uwięzienia w laserowej pułapce użyto dodatkowych laserów do zmiany spinu atomów. Jak to opisał Michael Forbes, kondensat pod naciskiem przyspieszał w przeciwnym kierunku. To miałoby stać w opozycji do drugiej zasady dynamiki Newtona gdzie F=ma, czyli siła równa się iloczynowi masy i przyspieszenia. Jest to rachunek wektorowy i siła i przyspieszenie powinny być skierowane w tym samym kierunku. W tym wypadku kierunki są przeciwne, co naukowcy opisali jako “negatywna masa”.

I tyle. To zdecydowanie ciekawe odkrycie, ale sposób przedstawienia go w przekazie medialnym jest zbyt uproszczony.


I właśnie po to, między innymi, jest Węglowy, żeby debunkować kiepską prasę popularnonaukową. ;) Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.



Źródła:
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/04/170417095534.htm
http://www.sci-news.com/physics/fluid-negative-mass-04787.html
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.155301

AKTUALIZACJA:
Wykopowicz LukaszLamza popełnił świetny, rzeczowy komentarz na temat tego eksperymentu i publikacji:

Gdyby kogoś interesowało... ( ͡° ͜ʖ ͡°)

Eksperyment polegał na schłodzeniu do temperatury bardzo bliskiej zera bezwzględnego niewielkiej próbki atomów rubidu (ok. 100 tys. atomów). Od początku do końca eksperymentu były to więc najzupełniej normalne atomy, zbudowane z najzupełniej normalnych protonów i neutronów, przyciągane grawitacyjnie przez Ziemię z cały czas tą samą siłą.

To, co natomiast nastąpiło, to efekt kwantowy, który daje się najlepiej opisywać, jeżeli przyjmie się w pewnym równaniu, że parametr zwany "m" osiąga wartość ujemną. Inaczej mówiąc, przyśpieszenia, jakich doznają cząstki, daje się wytłumaczyć po przyjęciu, że w pewnym momencie przeprowadzania eksperymentu "masa efektywna" staje się ujemna. Pojawiają się też bardzo charakterystyczne zaburzenia (energia ucieka w charakterystyczny sposób poprzez regularną produkcję odpowiednio uporządkowanych fononów), które da się przewidzieć teoretycznie, jeżeli się przyjmie, że nastąpiło "wejście" w reżim ujemnej masy - masy "efektywnej", chodzi po prostu, powtórzę, o pewien parametr w równaniach, który nie jest na przykład bezpośrednio związany z takim parametrem, jaka masa protonu. Nie jest to więc tzw. masa grawitacyjna, czyli miara tego, jak mocno przyciągają się grawitacyjnie dwa obiekty, ale nie jest to też typowa, klasyczna, Newtonowska masa bezwładna, chociaż jest jej względnie blisko do tej drugiej.

Morał z tego taki, że w fizyce kwantowej bardzo często obserwuje się pewne efekty, które na etapie nazywania brzmią jak science-fiction (kryształu czasu, ujemna masa, monopole magnetyczne etc.), podczas gdy w rzeczywistości są to owszem bardzo ciekawe zjawiska, ale nadawane im nazwy opisują tak naprawdę pewnego typu relacje matematyczne, a nie własności znane nam z życia codziennego. Z pewnym przymrużeniem oka można by powiedzieć, że jest to wszystko trochę jak budynek, do którego najpierw wchodzi 7 osób, a chwilę później wychodzi z niego 8 osób, po czym fizyk (a właściwie dziennikarz streszczający jego badania...;) ) stwierdza, że zaobserwowano budynek, w którym klonuje się ludzi. ;)

Samego mechanizmu, w związku z którym w tej akurat schłodzonej próbce rubidu (tworzącej tzw. kondensat Bosego-Einsteina, czyli dość orientalną, "bardzo kwantową" postać materii występującą w bardzo niskich temperaturach) pojawiają się tego typu efekty - nie rozumiem. ( ͡° ͜ʖ ͡°)

Tu macie artykuł: https://arxiv.org/pdf/1612.04055.pdf

Aktywność hydrotermalna na Enceladusie

Wczoraj, na specjalnej konferencji prasowej, naukowcy NASA ogłosili nowe odkrycia tyczące się Europy i Enceladusa - słynnych lodowych księżyców.

Kluczowym odkryciem i powodem urządzenia konferencji było wykrycie wodoru i metanu w materiale wyrzucanym przez kirowulkany na Enceladusie. Jest zbyt małym księżycem by był tam wodór z okresu formacji, więc według naukowców musi on pochodzić z procesów geologicznych na dnie. Innymi słowy mamy mocne przesłanki na to, że znajdują się tam kominy hydrotermalne.

Na Ziemi takie kominy utrzymują całe, bogate ekosystemy, niezależne od energii słonecznej. Ponadto jest to jedno z miejsc, które uznaje się za punkt narodzin życia w ogóle. Na ten moment wiemy, że w oceanie Enceladusa jest ciekła woda, energia oraz co najmniej większość chemii potrzebnej do utrzymania życia. Wodór, tlen, azot, węgiel… nie ma pewności co do fosforu i siarki, ale to nie znaczy, że ich brakuje, jedynie, że aparatura Cassiniego nie jest wystarczająco czuła.

Poza tym obserwacje z Hubble’a z 2016 potwierdziły, że na powierzchni Europy również dochodzi do erupcji kriowulkalicznych. Innymi słowy oba lodowe księżyce potencjalnie możemy zbadać w relatywnie prosty sposób. Moglibyśmy pozyskać próbki bez lądowania - wystarczy by sonda przeleciała przez obłok. To znacznie by ułatwiło sprowadzenie ich na Ziemię (hello Calvin). Minusem Europy jest to, że erupcje jej kriowulkanów są nieregularne, podczas gdy na Enceladusie kriowulkany są aktywne ciągle i wręcz to dzięki nim istnieje pierścień E Saturna.

Naukowcy policzyli, że energia wytwarzana na dnie Enceladusa jest porównywalna z 300 pizzami na godzinę. Jednocześnie jedno z pytań otrzymało studzącą zapał odpowiedź - taka ilość metanu w wyrzucanym materiale, według naukowców, może oznaczać, że nic się nim nie żywi.

Na ten moment misja na Europę wciąż jest planowana na 2022; byłoby pięknie jakby te odkrycia zaowocowały wcześniejszą misją lub dodatkową misją na Enceladusa. Nie robię sobie jednak zbyt wielkich nadziei. Na szczęście, jeśli życie istnieje na jednym lub obu ciałach, to może na nas poczekać.


Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.

Gliese 1132b - pozytywna niespodzianka

Bill Nye zauważył kiedyś nagłówek w gazecie głoszący, że “według z teorii aerodynamicznej, trzmiele nie mogą latać”. Spędził trochę czasu obserwując trzmiele i doszedł do wniosku, że z trzmielami jest wszystko w porządku. To z teorią jest problem.

Kiedy zaczęliśmy odkrywać planety pozasłoneczne, większość z nich była gazowymi olbrzymami okrążającymi swoje gwiazdy na orbitach ciaśniejszych niż orbita Merkurego. Według teorii formowania planet, nie powinny się tam znajdować. A jednak. Obecnie sądzimy, że te tak zwane gorące jowisze, formują się poza “linią śniegu”, czyli wystarczająco daleko od gwiazdy, by woda zamarzała i osiadała na skalnych protoplanetach. W ten sposób osiągają one odpowiednią masę by przyciągać gaz i stawać się gazowymi olbrzymami. Dopiero wtedy mogą one migrować w głąb swoich układów.

Gorące jowisze nie są najpowszechniejszym typem planet. Po prostu najłatwiej je wykryć. Choć wykryliśmy już tysiące egzoplanet, wciąż tak naprawdę raczkujemy. Wśród odkryć dominują planety okrążające blisko czerwone karły. To małe i lekkie gwiazdy, więc prościej wykryć zmiany w ich jasności gdy przysłaniają je planety. Łatwiej również wykryć grawitacyjny wpływ na karły (objawiający się przez “drgania” gwiazdy). Niestety z planetami wokół tych gwiazd wiąże się szereg wątpliwości w kontekście szans na to by były miejscami sprzyjającymi życiu.

Czerwone karły są mniejsze i chłodniejsze niż nasze Słońce, będą też płonąć miliardy lat dłużej (nasza gwiazda jest już mniej więcej w połowie swojego żywota, niektóre czerwone karły w naszej galaktyce nie osiągnęły nawet jednej setnej swojego życia). Wydawałoby się, że to spokojne i stabilne miejsce, ale planety w ekosferze czerwonych karłów nie będą mieć lekkiego życia.

Ekosfera, czyli obszar gdzie może występować woda w stanie ciekłym jest tak blisko tych gwiazd, że ich wpływ grawitacyjny najprawdopodobniej zatrzyma ruch obrotowy* ich planet, tak jak Ziemia zatrzymała rotację Księżyca. Skazuje to jedną półkulę na wieczny dzień, drugą na wieczną noc. Uważamy, że pole magnetyczne chroniące atmosferę Ziemi zawdzięczamy właśnie jej ruchowi obrotowemu. Bez pola magnetycznego Mars systematycznie traci swoją atmosferę a znajduje się on ponad 200 milionów kilometrów od Słońca. Interesujące nas egzoplanety znajdują się raptem o kilka lub kilkanaście milionów kilometrów od swoich czerwonych karłów.

Dlatego najnowsze odkrycie dotyczące planety Gliese 1132 b (GJ 1132 b) jest tak ważne i optymistyczne. Niemal na pewno nie ma tam życia. To istne piekło, smażące się w temperaturze co najmniej 260 stopni Celsjusza. Ale to piekło posiadające atmosferę. Analizując tranzyt planety w siedmiu różnych długościach światła, naukowcy stwierdzili że wydaje się mieć w nich różny rozmiar. Oznacza to, że oprócz samego kształtu planety, światło gwiazdy przesłania atmosfera przepuszczająca tylko niektóre jego długości. A to znaczy, że Gliese 1132 b ma atmosferę choć “nie powinna jej mieć”.

To dobra wiadomość, bo czerwone karły stanowią ponad 90% populacji gwiazd (żółte gwiazdy to raptem około 4%). Mamy teraz solidne podstawy by liczyć na to, że przynajmniej niektóre z nich mogą cieszyć się atmosferą. Pozostaje teraz zastanowić się jak to możliwe. Czy GJ 1132 b, tak jak gorące Jowisze, zmigrowała wewnątrz swojego układu i to co widzimy to ostatnie dni jej atmosfery? Czy ciągnie się za nią ogromny ogon niczym wielkiej komety? Czy może istnieje tam jakiś mechanizm geologiczny w wyniku którego atmosfera jest wciąż uzupełniana? Dodatkowo pocieszające jest, że jeśli pominąć ogromną temperaturę, Gliese 1132 b jest względnie podobna do Ziemi - 60% większa masa i 20% większy promień oznacza, że ma 92% gęstości Ziemi; dla porównania skalisty Mars ma 71% gęstości Ziemi.

Podsumowując, na Gliese 1132 b nie warto szukać życia, ale najnowsze odkrycie mówi nam, że poszukiwania życia na podobnych do Ziemi planetach krążących wokół najbardziej rozpowszechnionych gwiazd we wszechświecie może być warte zachodu.


* - Jak słusznie zauważył Paweł Preś na facebooku, GJ1132b okrążą swoją gwiazdę w niecałe 40 godzin, całkiem możliwe, że to wystarcza by powstało planetarne dynamo i wraz z nim pole magnetyczne wystarczające do osłony atmosfery.



Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.

4 powody, dla których praca na platformach wiertniczych może stać się ekstremalnym wyzwaniem

Kilkaset milionów litrów ropy naftowej rozlewa się na powierzchni akwenu morskiego. Niektórzy ostatkami sił próbują skakać ku nieznanej otchłani oceanu, by wydostać się z zabójczych płomieni. Nieświadome sytuacji ryby i ssaki oceaniczne kryją się w zakątkach swoich domostw. Ogień coraz bardziej pochłania unoszącą się na wodzie konstrukcję. Czyż to nie ironia? Dlaczego praca na platformach wiertniczych może być aż tak niebezpieczna?

źródło: South China Morning Post

#1

Pożary i eksplozje

Wydawałoby się, że katastrofa Titanica w pewien sposób nauczyła wilki morskie szczególnej ostrożności i dała do myślenia, że warto brnąć wedle zasady „przezorny zawsze ubezpieczony”. A tym samym, że symptomy nadchodzącej katastrofy, która może odebrać życie setek ludzi, więcej nie zostaną zignorowane. Cóż… nic bardziej mylnego.

Zatoka Meksykańska, rok 2010. Zaplanowano przesunięcie platformy Deepwater Horizon, by móc dopuścić do pracy statek wydobywczy. Jako, że jest to proces poprzedzony dokładną kontrolą stanu eksploatowanego nawodnego przedsiębiorstwa, znajdujący się na nim pracownicy, podjęli się sprawdzenia- czy na pewno jest on odpowiednio zabezpieczony. Ignorując z początku niewielkie objawy nadchodzącego zagrożenia i oznaczając kontrolę jako zakończoną pozytywnie, dopuścili do niekontrolowanego wycieku gazu ziemnego i ropy naftowej. Cała platforma została pochłonięta przez ogromne tumany ognia. Od razu rozpoczęto akcję ratunkową: Straż Wybrzeża USA intensywnie poszukiwała zaginionych w trakcie wydarzenia osób, a wiele statków pomocniczych poskramiało w międzyczasie pożar. Skutki? 11 pracowników zabitych/ zaginionych i 17 rannych. Sama platforma poszła na dno, a o efektach dla środowiska wokół porozmawiamy w innej części artykułu.

Mimo, że głównym zadaniem platform wiertniczych jest, jak sama nazwa wskazuje, wykonywanie podwodnych odwiertów, to zdarza im się pomóc ich kuzynkom- platformom wydobywczym. Praca z takimi substancjami jak chociażby ropa naftowa jest ze względu na niektóre z ich właściwości bardzo wymagającym procesem. Jego zaniedbanie może doprowadzić do takiej sytuacji, jak ta opisana wyżej, w której kozłem ofiarnym był Deepwater Horizon.

Paląca się Deepwater Horizon, źródło: Reuters

#2

Urządzenia i wyposażenie

Pokład platformy wiertniczej aż roi się od ostrych i niebezpiecznych narzędzi- wiertła, wózki widłowe, żurawie, czy nawet maszyny przędzalnicze to nierzadki powód wyzionięcia ducha pracownika. Dopóki urządzenia są sprawne, to jedyną możliwą przyczyną zgonu jest nieuwaga personelu. Nic jednak nie trwa wiecznie i bez względu na nakład finansowy, każdy element platformy może ulec zniszczeniu. Ale… od czego jest gonitwa za pieniądzem? To, że niesprawne, nie oznacza, że… trzeba to naprawiać! Tak właśnie, nawet jeśli mamy do czynienia z wykraczającymi poza normę warunkami pracy, to nie jest to równoznaczne z faktem, że musimy zadbać o pełne bezpieczeństwo personelu. „Przecież pracownicy noszą jakieś ubrania ochronne. Powinno wystarczyć”. Niektóre przedsiębiorstwa niestety żałują pieniędzy na regularną konserwację i naprawy urządzeń. I tylko po to, by nie przerywać przypływu zysków.

Na początku roku 2010 (czyżby jakiś pechowy dla platform wiertniczych?) na pokładzie konstrukcji zajmującej się poszukiwaniami gazu, zginął mężczyzna. Jak to zimą bywa- temperatura sięgała -15ºC, a pokryta pośniegowym błotem posadzka nie ułatwiała zachowania stabilności. Mimo takich warunków, pod wieczór rozpoczęto rutynowe prace. Wszystko grało do momentu, gdy tłoczona w wężu woda stanęła oko w oko z lodowym zatorem. Ciśnienie w instalacji wciąż rosło, aż w końcu końcówka węża uderzyła jednego z pracowników w klatkę piersiową i brzuch. Ten z kolei upadł i uderzył z wystarczającym impetem głową w posadzkę, by zginąć. J ak to się jednak ma do zaniedbań ze strony pracodawców? Przybyła na miejsce prokuratura bez wahania wskazała naruszenie zasad BHP, niewystarczającą ilość mat antypoślizgowych i zbyt słabe zabezpieczenie końcówki węża. No cóż, gdy nie chcemy zapłacić pieniędzmi, może się zdarzyć, że zapłacimy ludzkim życiem.

#3

Środowisko pracy

Nie każda platforma wiertnicza usytuowana jest wśród spokojnych wód, których ruchy można przewidzieć. Tam gdzie surowiec, tam umieszczamy naszą konstrukcję. Dlatego też jednym z miejsc cieszącym się ogromnym zainteresowaniem jest Ocean Arktyczny. Umożliwiający wydobycie aż 90 miliardów baryłek ropy naftowej rocznie i bogaty w zasoby klatratu metanu oraz gazu ziemnego, potrafi sprawić nieco kłopotów podczas eksploatacji. Lód i chłodne masy powietrza grożą bowiem stabilności platformy. Nie jest on jednak jedynym obszarem stanowiącym spore wyzwanie dla wydobywców naturalnych bogactw Ziemi.

W 2011 roku holowana do portu, wokół rosyjskiej wyspy Sachalin, platforma wiertnicza Kolskaja napotkała spory sztorm. Co przykre- na jej pokładzie znajdowało się aż 67 osób, a pomocy udało się udzielić wyłącznie 20% z nich. Fale oceaniczne szybko pochłonęły szalupy ratunkowe, uniemożliwiając tym samym pracownikom sprawną ucieczkę na bezpieczny ląd. Podczas akcji ratowniczej działały dwa lodołamacze i śmigłowiec. Wszystko, by wydobyć utracone w oceanie ciała i poszukać tych, którzy zaginęli. Zbiornik wodny nie uległ znacznym zanieczyszczeniom na skutek upadku platformy.

#4

Niebezpieczeństwa dla środowiska naturalnego

Wiele katastrof z udziałem platform wiertniczych na rozległych akwenach morskich pozostawia po sobie trudne do zatuszowania ślady. Ślady, które zagrażają życiu wielu organizmów i utrudniają dalsze prowadzenie działalności gospodarczej. Zgodnie z obietnicą weźmy ponownie pod lupę dzień, w którym spłonęła Deepwater Horizon. Gdy w trakcie wydarzenia doszło do wypływu ropy naftowej, branża turystyczna i rybacy zadrżeli. Niektóre miejsca Zatoki Meksykańskiej objęto całkowitym zakazem połowu ryb, a piękna Floryda już nie cieszyła się takim zainteresowaniem. Mimo, że straty dla obu dziedzin osiągały pułap kilku miliardów dolarów, dyrektor BP mężnie postanowił zrekompensować straty każdej poszkodowanej jednostce. Na skutek zanieczyszczenia wody, dom i przyjazne środowisko straciło wiele ryb, a nawet ptaków. Nie ma co ukrywać, zbiornik pochłonął wówczas niemalże 700 milionów litrów ropy naftowej i mimo rozpaczliwych prób zatrzymania dalszych konsekwencji, nie udało się to zbyt prędko.

Plama ropy naftowej sfotografowana przez satelitę Terra, źródło: NASA

Wypadki z udziałem platform wiertniczych można porównać do katastrof lotniczych. Mimo, iż rzadkie, potrafią uśmiercić dziesiątki niewinnych ludzi, zwykły dzień w pracy zmienić w niekończący się koszmar i skutecznie zanieczyścić tak chronione wody mórz i oceanów. Są one także świetną pożywką dla wszelkich rodzajów mediów, które z niecierpliwością wyczekują sensacyjnej ploteczki, na której zarobią krocie.




Z czego korzystałam tworząc artykuł:
Republic of the Marshalls Island- Deepwater Horizon Marine Casualty Investigation Report
www.maritimeinjuryguide.org
echodnia.eu


Weronika jest autorką bloga Maszyny okiem dziewczyny, zachęcam wszystkich do jego lektury, oraz do polubienia go na facebooku!