Jakie możliwości w różnych sferach życia ma do zaoferowania mechanika kwantowa?

0
228
nowoczesne miasto GPS
Nawigacja w telefonie jest możliwa dzięki funkcji Global Positioning System, która powstała swojego czasu dzięki Departamentowi Obrony Stanów Zjednoczonych | fot.: stock.adobe.com

Zadaniem mechaniki kwantowej jest opisywanie świata małych obiektów, mniejszych nawet od atomów. W obrębie powiązanej z nią fizyki kwantowej nie obowiązują standardowe prawa fizyki, wskutek czego jest ona obiektem ciągłych sporów. Odkrycia fizyków i mechaników pozwoliły jednak wykorzystać wiele praw wziętych z tej raczkującej dopiero dziedziny nauki. Zaczęły przydawać się one w codziennym życiu i odeszły od wiecznych rozważań teoretycznych, które były stereotypowo kojarzone z kwantami. W czym mechanika kwantowa przydaje na co dzień? 

GPS

Nawigacja w telefonie jest możliwa dzięki funkcji Global Positioning System, która powstała swojego czasu dzięki Departamentowi Obrony Stanów Zjednoczonych. Jej działanie polega na pomiarze czasu sygnału, który przechodzi od satelity do odpowiednich odbiorników, w tym przypadku np. telefonu w samochodzie. Dzięki znajomości prędkości fali, położenia satelity i czasu dotarcia sygnału można szczegółowo opisać położenie obiektu na Ziemi.

Gdzie tutaj znajduje się mechanika kwantowa? W satelitach, które posiadają bardzo dokładne zegary atomowe, które wykorzystują zjawiska kwantowe. Kluczowa jest tutaj oscylacja mikrofal, która powoduje przechodzenie między dwoma stanami kwantów w atomach rubidu i cezu. Powoduje to „tykanie” zegara i bardzo dokładne pomiary. 

Tranzystory 

Tranzystory szczególnie przydatne są w sprzęcie elektronicznym codziennego użytku: telefonach komórkowych czy komputerach. Praktycznie cały rynek komputerów opiera się na zaawansowanej mechanice kwantowej, głównie dzięki zastosowaniu półprzewodników. Opierają się one głównie na strukturze pasmowej różnych ciał stałych, które zależy od natury falowej poszczególnych elektronów. 

Tranzystory powstają w nanometrowych (dziesięć do potęgi minus dziesiątej metra) procesach technologicznych, dzięki warstwom krzemu zmieszanym z mniejszą ilością innych pierwiastków. Trzeba je tworzyć w milionach kopii, dzięki czemu uzyskujemy układy scalone, które są podstawą funkcjonowania telefonów i komputerów. 

rezonans magnetyczny
Właściwości magnetyczne przydatne są w rezonansie, czyli ważnej metodzie diagnostycznej wykorzystywanej między innymi do wykrywania schorzeń mózgu, kręgów lub nerwów | fot.: stock.adobe.com

Rezonans magnetyczny 

Dzięki zjawiskom kwantowym protony, neutrony i elektrony zawarte w atomie mają właściwości podobne do magnesów. Jest to możliwe dzięki niewielkiemu przesunięciu się energii, tak zwanego przejścia nadsubtelnego, które powiązane jest ze spinem jądra. Te właściwości magnetyczne przydatne są w rezonansie, czyli ważnej metodzie diagnostycznej wykorzystywanej między innymi do wykrywania schorzeń mózgu, kręgów lub nerwów. 

Pacjent poddawany diagnozie jest umieszczony w silnym polu magnetycznym. Dzięki namagnesowaniu jąder atomów dochodzi do ich namagnesowania. Po powrocie do pierwotnej pozycji zaczynają emitować promieniowanie. Wszystko wyczytują specjalne odbiorniki. Emitowane fale zachowują się rożnie, w zależności od konkretnych tkanek w organizmie. Dzięki tym własnościom można odtworzyć obraz wewnętrzny badanego organizmu. Już dzięki temu faktowi nie należy lekceważyć ważności mechaniki kwantowej we współczesnym świecie. Miliony ocalonych osób dzięki rezonansowi daje liczne powody, żeby dalej zgłębiać tę fascynującą gałąź nauki.

MMI