Trudne, ale ważne

Co pewien czas – prawdę mówiąc, coraz czę­ściej – poja­wiają się donie­sie­nia naukowe, z któ­rych tzw. nor­malny czło­wiek nie­wiele rozu­mie, choć pisane są one przez rzecz­ni­ków pra­so­wych insty­tu­tów badaw­czych i uczelni. Pisane oczy­wi­ście z myślą o popu­la­ry­za­cji przed­sta­wia­nego wyniku…

Oto jeden z takich komunikatów:

Mecha­nika kwan­towa lepiej zba­dana dzięki „wstrzą­sa­niu” elektronem

Podczas rozpadu neutronu w jądrze jonu helu-6 dochodzi do zmiany ładunku elektrycznego jądra i emisji elektronu i antyneutrina elektronowego. W efekcie jon helu-6 zmienia się w jon litu-6 lub (w 2% przypadków) w całkowicie zjonizowany lit-6. (Źródło: NCBJ)Pod­czas roz­padu neu­tronu w jądrze jonu helu-6 docho­dzi do zmiany ładunku elek­trycz­nego jądra i emi­sji elek­tronu i anty­neu­trina elek­tro­no­wego. W efek­cie jon helu-6 zmie­nia się w jon litu-6 lub (w 2% przy­pad­ków) w cał­ko­wi­cie zjo­ni­zo­wany lit-6. (Źró­dło: NCBJ)

Gdy w jądrze ato­mo­wym docho­dzi do roz­padu typu beta, elek­trony na to reagują – są „wstrzą­sane”. Teo­re­tyczne spo­dzie­wa­nia bada­czy ze Świerku potwier­dzono w eks­pe­ry­men­cie. W ten spo­sób naukowcy po raz pierw­szy bez­po­śred­nio zba­dali popraw­ność jed­nej z naj­star­szych metod obli­cze­nio­wych mecha­niki kwantowej.

Jak w prze­sła­nym PAP komu­ni­ka­cie poin­for­mo­wał rzecz­nik Naro­do­wego Cen­tum Badań Jądro­wych w Świerku, Marek Siecz­kow­ski, roz­pady jąder ato­mo­wych dostar­czają infor­ma­cji o waż­nych zja­wi­skach fizycz­nych zacho­dzą­cych w świe­cie kwan­tów. Mate­ma­tyczne mode­lo­wa­nie tych pro­ce­sów jest jed­nak bar­dzo trudne.

W NCBJ prze­pro­wa­dzono teo­re­tyczną ana­lizę zja­wisk zacho­dzą­cych pod­czas prze­miany neu­tronu w pro­ton w jądrze helu-6. Naukow­com udało się prze­wi­dzieć wpływ prze­miany jądro­wej na jedyny elek­tron orbi­talny. Obli­cze­nia, potwier­dzone w eks­pe­ry­men­tach we fran­cu­skim ośrodku jądro­wym GANIL w Caen, umoż­li­wiły pierw­szą w fizyce jądro­wej bez­po­śred­nią wery­fi­ka­cję doświad­czalną nagłego przy­bli­że­nia – jed­nej z naj­star­szych metod obli­cze­nio­wych mecha­niki kwantowej.

Jon helu-6, ana­li­zo­wany przez fizy­ków z NCBJ, zawiera jeden elek­tron wokół jądra zbu­do­wa­nego z dwóch pro­to­nów i czte­rech neu­tro­nów. Ze względu na znaczny nad­miar neu­tro­nów, jądro nie jest sta­bilne. Nad­wyżka neu­tro­nów jest usu­wana przez zamianę jed­nego z nich w pro­ton. W pro­ce­sie – zna­nym jako roz­pad beta minus – emi­to­wany jest elek­tron i anty­neu­trino elek­tro­nowe. Efek­tem roz­padu beta minus jonu helu-6 jest jon litu-6.

„Pod­czas prze­miany jądra elek­tron orbi­talny odczuwa dwa pro­cesy. Pierw­szy to zmiana ładunku elek­trycz­nego jądra, bo z dwóch pro­to­nów nagle zro­biły się trzy. Drugi pro­ces to prze­lot ujem­nie nała­do­wa­nego elek­tronu z roz­padu beta. Sporo się dzieje i elek­tron orbi­talny reaguje na zmiany: jest +wstrzą­sany+, czyli albo wzbu­dzany na wyż­szy orbi­tal, albo wyrzu­cany poza atom” – wyja­śnia dr hab. Zyg­munt Patyk, prof. NCBJ.

Elek­tron wyemi­to­wany przez prze­kształ­ca­jące się jądro poru­sza się z pręd­ko­ścią bli­ską pręd­ko­ści świa­tła i prze­cina chmurę elek­tro­nową wokół jądra w cza­sie miliar­do­wych czę­ści jed­nej miliar­do­wej sekundy. Naukowcy umieją jed­nak badać tak szyb­kie pro­cesy. Wyko­rzy­stują przy tym funk­cje falowe, które pozwa­lają okre­ślić praw­do­po­do­bień­stwo zna­le­zie­nia się cząstki w okre­ślo­nym sta­nie. W powyż­szym przy­padku naukowcy roz­ło­żyli funk­cję falową stanu począt­ko­wego (w tym przy­padku: elek­tronu w jonie helu-6) na całe spek­trum funk­cji opi­su­ją­cych stan koń­cowy (tu: elek­tronu w jonie litu). Ten teo­re­tyczny zabieg, znany jako nagłe przy­bli­że­nie i sto­so­wany nie­mal od naro­dzin mecha­niki kwan­to­wej, w fizyce jądro­wej nigdy nie został bez­po­śred­nio spraw­dzony doświadczalnie.

Grupa prof. Zyg­munta Patyka od kilku lat współ­pra­cuje z fizy­kami z ośrodka jądro­wego GANIL (Grand Accéléra­teur Natio­nal d’Ions Lourds) w Caen w północno-zachodniej Fran­cji. Obli­cze­nia fizy­ków ze Świerku, pozwo­liły prze­wi­dzieć, że do wyrzu­ce­nia elek­tronu poza orbitę doj­dzie z praw­do­po­do­bień­stwem ok. 2,3 proc. Eks­pe­ry­menty we fran­cu­skim akce­le­ra­to­rze potwier­dziły ten wynik, z porów­ny­walną dokładnością.

„Tak dobra zgod­ność prze­wi­dy­wań teo­re­tycz­nych z wyni­kami pomia­rów, i to w tak pro­stym, wręcz mode­lo­wym ukła­dzie, to pierw­szy bez­po­średni dowód popraw­no­ści nagłego przy­bli­że­nia, metody obli­cze­nio­wej sto­so­wa­nej w mecha­nice kwan­to­wej od nie­mal wieku” – pod­kre­śla prof. Zyg­munt Patyk.

Fizy­kom z NCBJ udało się także okre­ślić przy­czyny pro­wa­dzące do uwol­nie­nia elek­tronu. Praca naukowa opi­su­jąca ana­lizę teo­re­tyczną i doświad­cze­nie, autor­stwa pol­skich i fran­cu­skich fizy­ków, została nie­dawno opu­bli­ko­wana w zna­nym cza­so­pi­śmie „Phy­si­cal Review Let­ters”. Bada­nia grupy pol­skiej były finan­so­wane z dota­cji Mini­ster­stwa Nauki i Szkol­nic­twa Wyż­szego oraz grantu Naro­do­wego Cen­trum Nauki.

PAP – Nauka w Polsce

Prze­tłu­maczmy mniej wię­cej o co tu cho­dzi, bo – jak sądzę – spora część Czy­tel­ni­ków „odpa­dła od tematu” w poło­wie trze­ciego aka­pitu. Naj­waż­niej­sze jest to, że dzięki pracy naszych uczo­nych udało się uza­sad­nić metodę, która od lat była sto­so­wana w prak­tyce, tylko nie­zu­peł­nie wia­domo było czemu daje dobre rezul­taty.  Takie coś się zda­rza w nauce: genialny fizyk P. A. M. Dirac sto­so­wał przed laty w swo­ich rachun­kach coś, co w świe­tle ówcze­snej wie­dzy w ogóle „nie miało prawa ist­nieć”. mia­no­wi­cie słynną dzi­waczną funkcję-nie-funkcję zwaną „deltą” (póź­niej zaczęto ją na jego cześć nazy­wać „deltą Diraca”). Uzy­ski­wał wyniki bar­dzo cie­kawe i praw­dziwe, choć „nie­le­galne”: dopiero dużo póź­niej  mate­ma­tycy stwo­rzyli tzw. teo­rię dys­try­bu­cji, która Dira­cowi jego „deltę”  zale­ga­li­zo­wała, w pełni uza­sad­nia­jąc genialną intu­icję wiel­kiego fizyka.

Dobra nowina polega więc na tym, że zro­bi­li­śmy – tu, nad Wisłą – kawał porząd­nej trud­nej roboty. Potra­fimy, liczymy się. Daję słowo.

Inne reflek­sje, jakie mnie nacho­dzą gdy czy­tam donie­sie­nie PAP – to przede wszyst­kim kon­sta­ta­cja taka, że w grun­cie rze­czy tekst ten powi­nien być zro­zu­miały dla absol­wenta szkoły śred­niej. Ale nie tej z dwiema godzi­nami reli­gii tygo­dniowo, tylko tej z dwiema godzi­nami fizyki i trzema mate­ma­tyki. Ale o takiej pewna smutna „alter­na­tywa poli­tyka” nie pomyślała.

I wresz­cie myśl taka: popu­la­ry­za­cja nauki to sprawa i ważna, i trudna. Od lat nie­mile widziana przez samych uczo­nych, któ­rzy uwa­żają ją za twór­czość gor­szego rodzaju (nie może być zresztą ina­czej w sytu­acji, w któ­rej arty­kuł popu­lar­no­nau­kowy czy takaż książka ani nie daje auto­rowi żad­nych pie­nię­dzy, ani nie liczy się do tzw. „dorobku”). Nie­stety, jest to dział dzien­ni­kar­stwa rów­nież wymie­ra­jący, z powo­dów wła­śnie wyżej przedstawionych.

Co z tym zro­bić? Warto się nad tym zasta­no­wić, zanim głów­nym tema­tem badań nauko­wych w Pol­sce staną się roz­wa­ża­nia nad prze­mia­nami reli­gij­no­ści pół­noc­nych powia­tów War­mii w XVIII wieku. Może od badań fizy­ków chleba jutro nie przy­bę­dzie, ale od tych ostat­nich – ani jutro, ani nigdy. Choć temat na pewno cie­kawy i jak już będziemy mieli reak­tory jądrowe pod biur­kami i błę­kitne lasery przy łóż­kach – z pew­no­ścią będę ostatni, który z niego znowu zakpi.

7 thoughts on “Trudne, ale ważne

  1. Jakieś 40 lat temu bralem udział w prowadzonym przez Brytyjczyków kursie dla wykładowców na kursach informatycznych (dziś nazwano by to jakimś meta-kursem). Na wystąpienie końcowe zadano mi przedstawienie maszyny liczącej dzieciom poniżej 10 lat. Przez pół nocy budowałem, ze sklejki i kartonu, duży, działający model dwupozycyjnego sumatora Pascala. Pociągając i odliczając odpowiednią ilość razy wystające na zewnątrz zęby koła jednostek, w okienkach można było obserwować zmienianie się wyniku, a w innym okienku było widać działanie mechanizmu dziesiątkującego. Kierunek owego pociągania dawał albo dodawanie, albo odejmowanie. Chwyciło, chociaż pośród oceniających, niestety, nie było dzieci. Wykorzystałem jednak ten model wiele razy później – bawiły się nim dobrze i dzieci i dorośli.

  2. Panie Bogdanie!

    Brawo, o religii jest, o tym że w Polsce ciemnogród gardzi nauką też. Jeszcze tylko mógł Pan o PiSie trochę napisać i Kaczorowi pojechać, a byłoby zupełnie git!

    Musi mi Pan wybaczyć, ale bardzo nie podoba mi się Pana pogarda wobec badań nad „przemianami religijności północnych powiatów Warmii w XVIII wieku” .

    Swoją drogą nie wiem jak tam obecnie wygląda program szkolny, ale Pana uwaga miałaby sens, gdyby postulował Pan, że obowiązkowo każdy licealista powinien poznać pojęcia „funkcji falowej” i podstaw mechaniki kwantowej. Serio?

    No a w ogóle czytając nieprzygotowanym okiem notkę, to można z niej obczaić tyle, że jakieś tam operacje na funkcjach falowych i same funkcje falowe są stosowane wtedy kiedy jakiś proces zachodzi bardzo szybko. No a ponieważ w tym przypadku mieliśmy bardzo szybko poruszający się elektron, pochodzący z rozpadu to wykorzystaliśmy nagłe przybliżenie, które polaga na tym, że rozkładamy funkcję falową elektronu (tu są wątpliwości, którego) na jakieś inne funkcje falowe. Ja bardzo przepraszam, ale myślę, że nawet po porządnej szkole średniej gówno z tego można zrozumieć, poza tym, że ,,Naukowcy zrobili coś i im wyszło”.

    PS I myślę, że niewiele w zrozumieniu pomogłoby nawet, gdyby PAP zamiast przepisywać _prawie_ słowo w słowo, zamieścił oryginalną informację, który jest tu:
    http://www.ncbj.gov.pl/node/1797

    1. Dlaczego Panu nie podoba się owa pogarda? Swoją drogą przypuszczam ze owa pogarda, jak to zresztą zostało podkreślone w tekście, powstaje jedynie w odpowiedzi na zatrważającą dominację w promowaniu jednych dziedzin wiedzy ponad inne. Jak ostatnie zdanie potwierdza – nie jest problemem badanie przemian religijności owych powiatów a polityka która ustanawia tego typu tematy za kluczowe. Po czym oficjalnie z ubolewaniem przyznaje że jesteśmy za innymi w gestii nauki czy edukacji czy czegokolwiek.

      Co do pojęcia funkcji falowej w liceach to jest to w programie nauczania fizyki na poziomie podstawowym a podstawy mechaniki kwantowej i na rozszerzonym (i to nie jest nowy wymysł bo od lat 90. jedyne reformy dot. fizyki uszczuplają program). Jest to warte skonfrontowania z narzekaniem na program przez społeczeństwo nieświadome że ten wciąż obcinany program nauczania jest i tak niewypełniany należycie przez nauczających.

      Zaś co do ostatniej kwestii to myślę że właśnie o tym ten wpis mniej więcej miał być. Dziennikarstwo naukowe jest na niskim poziomie i spada niżej. Stąd też niski poziom owej notki, która niewiele tłumacząc skupia się na zrelacjonowaniu tego co zrelacjonowane już było. Takie odcinanie kuponów od czyjejś pracy. Oni już przygotowali artykuł, musieli porozmawiać, dowiedzieć się o wynikach i co one znaczą a my wystarczy że trochę przerobimy i voila – spełniamy misję.

      1. Nie podoba mi się ta pogarda bo problem przemiany religijności uważam za istotny i warty zbadania. A teza, że jest jakaś dominacja w promowaniu historii nad mechaniką kwantową jest jawnie nieprawdziwa. Nie ma ŻADNEJ polityki uznającej tego typu tematy za kluczowe.

        To, że materiały IPN mają potencjał polityczny i że w związku z tym się je wykorzystuje i że Pan o tym słyszy w telewizji to nie znaczy że nikt się fizyką nie zajmuje, albo że państwo polskie ją olewa. O fizyce nie słyszy Pan w telewizji, bo ona tego potencjału wykorzystania w bieżących rozgrywkach politycznych po prostu nie ma.

        A jeśli chodzi o drugą i trzecią kwestię – wbrew autorowi twierdzę, że żeby zrozumieć notkę potrzeba wiedzy znacznie wykraczającej poza szkołę średnią. Nie sądzę też, że należy program nauczania reformować w ten sposób, żeby przeciętny absolwent liceum tę notkę zrozumiał. Myślę wręcz, że byłoby to bardzo niewskazane.

        A najprostszy jaki znam przykład funkcji falowej jest IMO za trudny na liceum. Nawet na poziomie rozszerzonym. Nie dziwię się więc, że nauczyciele nie mówią o funkcjach falowych.

        PS
        Zapomniałem pozdrowić Towarzysza Pułkownika. Pozdrawiam niniejszym!

        1. Domyślam się że tę rozmowę można by przeprowadzić za pomocą innego medium albo nie ciągnąć jej w ogóle dalej ale liczę na wyrozumiałość.
          Jak wspomniałem – domyślam się że Autor w tym wpisie nie miał na myśli jedynie kwestii edukowania potencjalnych odbiorców takich wiadomości.
          1. „Dobra nowina polega więc na tym, że zro­bi­li­śmy (…) kawał porząd­nej trud­nej roboty”.
          2. „w grun­cie rze­czy tekst ten powi­nien być zro­zu­miały dla absol­wenta szkoły śred­niej” oraz „popu­la­ry­za­cja nauki to sprawa i ważna, i trudna. Od lat nie­mile widziana przez samych uczo­nych, któ­rzy uwa­żają ją za twór­czość gor­szego rodzaju”
          i oczywiście sam wstęp do wpisu (przed zacytowanym artykułem)
          Na koniec to nad którym Pan między innymi się skupił:
          3. „tekst ten powi­nien być zro­zu­miały dla absol­wenta szkoły śred­niej. Ale nie tej z dwiema godzi­nami reli­gii tygo­dniowo, tylko tej z dwiema godzi­nami fizyki i trzema mate­ma­tyki.” i oczywiście „…zanim głów­nym tema­tem badań nauko­wych w Pol­sce staną się roz­wa­ża­nia nad prze­mia­nami reli­gij­no­ści pół­noc­nych powia­tów War­mii w XVIII wieku.”
          To powyższe zestawienie głównych myśli wpisu zamieściłem odnośnie Pana trzeciego akapitu gdzie, tak naprawdę, mimo zapowiedzi tezy przeciwnej do postawionej przez Gospodarza, zgadza pan się z nim. Co do reform edukacyjnych poprostu rozmijacie się Państwo ledwie o tyle że Autor pragnie nadgonić lukę z obydwu stron a pan z jednej. to naprawdę nie jest duża różnica.
          Poza tym, wiem ze w Polsce ludzie fizyką się zajmują ale śmiem twierdzić że państwo wspiera tę dziedzinę nieadekwatnie do potrzeb w porównaniu do innych krajów do których dążymy. Podobnie z naprawdę dużą częścią nauk. Ale nie o tym wpis. Wpis bardziej o dziennikarstwie niż o roli państwa w tym wszystkim.
          Co do funkcji falowej: fakt zgadzam się że definicja owej, aby była przydatna do zrozumienia zagadnienia, leży daleko poza zasięgiem liceum. Jednak czy naprawdę taka definicja jest tutaj potrzebna na takim poziomie?
          Miło widzieć że są osoby w internecie gotowe do nawiązania dyskusji na poziomie. O ile myślę że ten temat jest prawie wyczerpany, liczę na więcej pogawędek.
          Pozdrawiam

  3. Nie pamiętam już kto to powiedział, ale wydaje mi się, że Leopold Infeld. A brzmiało to mniej więcej tak: „Jesteś takim uczonym na ile jesteś w stanie wytłumaczyć to czym się zajmujesz swojej teściowej – nie mamie, nie żonie, a teściowej”.

  4. Potwierdzając twoje nienajsłodsze refleksje – dodam i moje. Jest rzeczą wręcz niesamowitą, jak z kilku pokręconych śladów na małej kliszy, czy paru czarnych prążków widma poświaty jakiego ciała niebieskiego i wielopiętrowego wnioskowania opartego o teorię, a często tylko o hipotezę powstaje obraz Wszechświata, z którego potrafimy korzystać już często praktycznie. Jest to niesamowity dowód siły ludzkiej myśli i potęgi nauki – nawet gdy wiemy, jak często ona jeszcze błądzi. To zachęta do poszukiwania wiedzy i prawdy, to źródło adrenaliny porównywalne z biciem rekordów świata w sporcie. Ale nie dla wszystkich.

    Nie dla tych, którzy zmarnowani i oszukani przez „zreformowaną” edukację pozostaną już na zawsze matołkami, ślepymi na piękno wiedzy i żyjącymi w mroku. Dla nich jest tylko przaśny świat i doraźna codzienność, wypełniona sieczką i mierzwą pseudoinformacji i wypełniaczem w postaci bełkotu komercyjnej prasy. Takich obywateli głównie hodujemy, a te informatyczne wyjątki i paru innych wybitnych, o ktprych tu pisałeś – ucieknie stąd do świata, który da im szanse.

    Mnie jest obojętne, który polityk, jakiej barwy zawinił – bo zawinili prawie wszyscy w komplecie. Trzeba wystawić cenzurkę III RP i doceniając pewne sukcesy, rozliczyć powszechną winę wszystkich nowych władców Polski po 1989 roku. Wszystkich.

    Taki powszechny porachunek sumienia jest potrzebny dla oczyszczenia atmosfery.

Możliwość komentowania jest wyłączona.