Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktuality z fyziky I

Obr. č. 1 Ilustrace znázorňující mince pohybující se zleva doprava na dopravním pásu

V rubrice „Aktuality z fyziky“ bychom rádi zájemcům o fyziku ukázali její nezastupitelnou roli v životě nás všech. Od těch zdánlivě nejjednodušších problémů až po ty, které zasahují daleko do budoucnosti – všechny jsou pro nás důležité. Bez fyziky si dnes nelze představit skoro žádný obor. Lékaři by bez fyziky stále vyšetřovali pohledem, pohmatem a poklepem, nebylo by nových materiálů, nových zdrojů energie a dokonce i tak zdánlivě odtažitý obor, jakým je ekonomie, podléhá fyzikálním zákonům. A právě tuto interdisciplinární úlohu fyziky bychom vám rádi postupně přibližovali.

Tření v určité části systému se dá snížit přidáním tření jinde.

To je velmi kuriózní a zdánlivě protismyslný závěr fyziků z univerzity v Oregonu. Plyne z jednoduchých experimentů s mincemi, které se pohybovaly na dopravním pásu. Fyzici věří, že jejich objev může najít praktické využití v různých odvětvích, od důlního až po farmaceutický průmysl. Dokonce se mu předpovídá ještě daleko neuvěřitelnější využití, třeba při simulování gravitačních efektů nebo v řízení dopravy.

Jak tedy ty jednoduché experimenty vypadaly? V nádobě naplněné vodou roste síla působící na dno nádoby lineárně s výškou hladiny. Granulární materiál se ale chová jinak. Tření mezi materiálem a kontejnerem umožňuje, aby část hmotnosti nesly stěny kontejneru. Se zvyšováním hladiny granulárního materiálu se růst síly působící na dno zpomaluje až do fáze, kdy přidávání dalšího materiálu nemusí znamenat růst této síly. Fyzici z Oregonu použili mince pohybující se po dopravním pásu, který byl po stranách uzavřen stěnami, rovnoběžně se směrem pohybu (viz obrázek č. 1). Čidla měřila sílu mincí „po proudu“ a zjistilo se, že granulární systém se v tomto případě chová jako kapalina.

Jaké by mohlo být vysvětlení? Podle oregonských fyziků spočívá v tom, že tření mezi pásem a mincemi způsobí, že mince začnou vibrovat. Tyto vibrace zruší tření mezi mincemi a postranními stěnami, takže postranní stěny už nemohou zadržovat žádnou dopřednou sílu. Paradoxně tak jeden druh tření eliminuje jiný. Pokud budou mít postranní stěny ozubené kraje, makroskopické tření se vibracemi neodstraní a mince se chovají jako kapalina. Fyzici plánují studovat dynamické situace, při nichž se po pásu pohybují různé předměty. Doufají, že najdou nové způsoby ovládání pohybu a zastavování objektů bez vnější síly a bez poškození objektů na pásu. Tyto experimenty jsou navíc považovány za velmi elegantní způsob simulace gravitace ve 2D. Nevyhnuly se dokonce ani systému dopravy. Dopravní systém lze totiž v podstatě považovat za systém granulární. Z toho všeho vyplývá, že i tak „jednoduchá fyzika“ může mít velký dopad na běžné lidské činnosti.

(Zdroj)

Co je to nanobionika?

Fyzici z MIT přišli na to, že rostliny, které mají v listech zabudované uhlíkové nanotrubice, mohou zachycovat až o 30 % více sluneční energie. Rostliny nás zásobují ve formě potravin, paliv a dokonce i kyslíku, který dýcháme, ale byly dosud málo využívány v technologických aplikacích. Proto vznikl nový obor na rozhraní mezi nanotechnologiemi a biologií rostlin. Dostal název rostlinná nanobionika.

Tým z MIT použil dva způsoby měření toku elektronů v listech rostlin a v chloroplastech. Přitom chloroplast je buněčný systém (organela), v němž probíhá fotosyntéza, což je přeměna sluneční energie na energii chemickou, a ukládání této energie v sacharidech. Výsledky měření ukázaly, že nanotrubice výrazně zvyšují množství světla absorbovaného chlorofylem na vlnových délkách, na kterých je absorpce velmi slabá. Mimo zeleného světla se absorbuje i záření v ultrafialové oblasti a v blízké infračervené oblasti elektromagnetického světla.

Dalším důležitým poznatkem je, že nanotrubice kombinované s oxidy některých vzácných kovů působí jako antioxidanty a dramaticky snižují počet škodlivých kyslíkových radikálů v extrahovaných chloroplastech. Daly by se využít napříkad jako biochemické detektory pro monitorování znečisťujících látek (například oxidů dusíku) v okolním prostředí nebo jako indikátory nebezpečných chemikálií a plynů v závislosti na druhu použitých nanočástic. Nabízejí se i aplikace vyšší úrovně, jako třeba zvýšení produkce biopaliv nebo nové technologie, které pomohou zvýšit výnosy kulturních rostlin, hlavně obilí.

(Zdroj)

Analogie tranzistoru přibližuje kvantový počítač reálnému využívání

Dvě nezávislé skupiny fyziků představily analogii tranzistoru jako prvek, který je schopen přepínat kvantový stav jediného fotonu. Na rozdíl od konvenčních počítačů, které ukládají informace v podobě přesně definovaných hodnot 0 a 1, používají kvantové počítače qubity, které jsou superpozicí obou veličin. Protože qubity se nacházejí v tak zvaně provázaném stavu, jakákoliv změna jednoho vyvolá okamžitě změnu druhého. A jelikož qubity pracují současně, jsou schopny řešit některé složité úlohy daleko rychleji než jejich klasické protějšky. Praktické kvantové počítače budoucnosti budou pravděpodobně založeny na interakci světla s hmotnými částicemi.

V roce 2004 navrhli fyzici z Kalifornie umístit atom do optické dutiny, což je malá komůrka se zrcadly, jejíž stěny jsou ve vzdálenosti odpovídající přibližně vlnovým délkám světla. Když do dutiny vnikne foton, může být absorbován. Po odrazu od jednoho zrcadla opět vyjde z dutiny ven. Přitom se poněkud změní tvar vlny odcházejícího fotonu, dojde k fázovému posuvu. Kouzlo tkví v tom, že rezonance dutiny závisí na kvantovém stavu atomu uvnitř. Pokud nedojde k rezonanci dutiny s dopadajícím fotonem, nedojde k fázovému posuvu. Tímto způsobem stav atomu řídí fázi procházejícího fotonu. Je to jako u tranzistoru v počítači, kde napětí na bráně řídí tok elektrického proudu.

O deset let později použili fyzici Max-Planck Institutu ke stejnému účelu optický Fabry-Perotův rezonátor sestávající ze dvou zakřivených zrcadel vzdálených přibližně půl milimetru a fyzici z Harvardu a z MIT aplikovali myšlenku na křemíkový čip s dutinou pouze několik mikrometrů velkou, která usnadňuje interakci mezi atomem a fotonem. V obou případech je pro rezonanci dutiny rozhodujícím faktorem spin zachyceného atomu. Uvedením do stavu superpozice se spinem nahoru nebo dolů se v podstatě uskuteční logická operace. V Max-Planck Institutu se dostali ještě o krok dál, a to tím, že jejich uspořádání generuje provázání mezi atomem a fotonem, takže se jeden qubit informace přenáší od jednoho ke druhému.

Fyzici jsou přesvědčeni o tom, že oba experimenty představují průlom, ale varují před přílišným nadšením. Experimenty znamenají značné technické komplikace. Pro reálné aplikace bude potřeba velký počet fotonů, které budou postupně vzájemně interagovat. Optický kvantový počítač není v současné době ještě za rohem, ale tyto experimenty k němu ukazují cestu.

(Zdroj)

Původní práce byly uveřejněny ve Physical Review Letters, Nature Materials a Nature.


Další díly:

Aktuality z fyziky XVII
Aktuality z fyziky XVI
Aktuality z fyziky XV
Aktuality z fyziky XIV
Aktuality z fyziky XIII
Aktuality z fyziky XII
Aktuality z fyziky XI
Aktuality z fyziky X
Aktuality z fyziky IX
Aktuality z fyziky VIII
„Top ten“ fyziky v roce 2014
Aktuality z fyziky VII
Aktuality z fyziky VI
Aktuality z fyziky V
Aktuality z fyziky IV
Aktuality z fyziky III
Aktuality z fyziky II

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop