InScience Magazine

Tag: επιστήμη

  • Εγκέφαλος και Χρόνος

    Εγκέφαλος και Χρόνος

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΡΟΠΗ

    Θανάσης Ντινόπουλος

    Πρόλογος: Θόδωρος Παπαγγελής (Aκαδημαϊκος, Καθηγητής Α.Π.Θ.)
    Επιμέλεια: Γεωργία Κοφτερίδου
    ISBN: 978-618-5289-78-2
    Διαστάσεις: 14 x 20.5 cm
    Αριθμός σελίδων: 456
    Τιμή: € 19.08

    Περιγραφή

    Το θέμα του χρόνου και του χώρου –ένα από τα συναρπαστικότερα ερωτήματα που απασχόλησαν τη σκέψη των ανθρώπων από την αρχαιότητα δεν έχει αντιμετωπιστεί παρά ελάχιστα ως βιολογικό φαινόμενο ακόμη και από τους ειδικούς επιστήμονες, κυρίως νευρολόγους, νευροβιολόγους και ψυχολόγους, και καθόλου ή σχεδόν καθόλου από άλλους κλάδους (π.χ. φιλοσόφους, θεολόγους κ.λπ.). Σε αυτή τη συζήτηση φιλοδοξεί να συμβάλει το νέο βιβλίο του Θανάση Ντινόπουλου (Ομ. Καθηγητής Α.Π.Θ) με τίτλο “Εγκέφαλος και Χρόνος”.

    Γνωρίζουμε πως είμαστε φτιαγμένοι από αστερόσκονη. Ο κάθε άνθρωπος, το κάθε έμβιο ον του πλανήτη, φέρει μέσα του τα σωματίδια που είχαν δημιουργηθεί στις απαρχές του σύμπαντος, άτομα που σφυρηλατήθηκαν μέσα στην πύρινη καρδιά άστρων προγενέστερων του Ήλιου. Ποιος γνωρίζει, άραγε, ότι ο σίδηρος στα ερυθρά αιμοσφαίριά μας προήλθε από την έκρηξη ενός αστεριού; Φέρουμε μέσα μας την ιστορία του σύμπαντος και της ζωής, δηλαδή έχουμε μέσα μας τον χρόνο και τον χώρο. Το σύμπαν είναι χώρος συνυφασμένος με τον χρόνο, αλλά και το σώμα μας είναι χώρος, άρα συνυφασμένο με τον χρόνο.

    Το βιβλίο “Εγκέφαλος και Χρόνος” μας προσκαλεί σε μία ξενάγηση στη σχέση μεταξύ χρόνου και του εγκεφάλου. Πώς αντιλαμβάνονται τα έμβια συστήματα τον χρόνο και τον χώρο; Πώς τον μετρούν; Πότε εξελίχθηκαν τα διαφορετικά τμήματα του εγκεφάλου και τι σημασία είχε για την αντίληψη μας για τον κόσμο; Αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο με τον τρόπο που αδιαλείπτως επιβάλλει το επίμονο «σκούντημα» της φύσης. Η προσοικείωση του χώρου και του χρόνου αποτελεί κύριο χαρακτηριστικό των ζώων και του ανθρώπου. Ο Θανάσης Ντινόπουλος μας προσκαλεί να σκεφτούμε τι σημαίνει αυτό για την εξέλιξή μας. O βιωματικός χώρος και χρόνος δεν ταυτίζονται με τον πραγματικό χώρο και χρόνο ή με τον χωροχρόνο της φυσικής επιστήμης ή τον χώρο των μαθηματικών. Ωστόσο, η αντίληψη του χώρου και του χρόνου δεν θα μπορούσε να αντανακλαστεί στη συνείδηση μας αν δεν υπήρχαν συγκεκριμένες προυποθέσεις που ο συγγραφέας ιχνογραφεί στις σελίδες του βιβλίου.

    Η συνειδητοποίηση του χρόνου σημαίνει και την επώδυνη συνειδητοποίηση του αναπόφευκτου τέλους της ζωής. Με τα λόγια του συγγραφέα: «Πόσοι άνθρωποι αντέχουν στη σκέψη της μοιραίας αυτής διαδρομής από τη γέννηση στο θάνατο; Οι περισσότεροι στρέφονται στην παρηγορία και την ελπίδα που παρέχουν οι διάφορες θρησκείες και η πίστη σε μία μετά θάνατον ζωή, άλλοι στη διερεύνηση φιλοσοφικών προβλημάτων, άλλοι στην επιστήμη και κάποιοι στα ταξίδια στον χρόνο. Δεν βρίσκω πιο πειστική απάντηση για την εμμονή των ανθρώπων για τα ταξίδια στον χρόνο από το να ξορκίσουμε (και, μάλλον, μόνο το είδος μας) τον θάνατο. Το μέλλον, στο οποίο δεν θα υπάρχουμε, μας συνθλίβει. Επιζητούμε μία στάλα Χρόνο, επιζητούμε την αιωνιότητα».

    Βιογραφικό Συγγραφέα

    Ο Θανάσης Ντινόπουλος είναι ομότιμος καθηγητής του Τμήματος Κτηνιατρικής του Α.Π.Θ. Διετέλεσε Πρόεδρος της Κτηνιατρικής Σχολής (δύο θητείες) και της Ελληνικής Εταιρείας για τις Νευροεπιστήμες, μέλος της Επιτροπής Ερευνών του Α.Π.Θ., μέλος της ομάδας εργασίας για τη σύνταξη του Εσωτερικού Κανονισμού του Α.Π.Θ., μέλος της International Committee of Veterinary Gross Anatomical Nomenclature (INVGAN),

    Αναπληρωτής Πρόεδρος της Κτηνιατρικής Σχολής και επί μια δωδεκαετία Διευθυντής του Εργαστηρίου Ανατομικής και Ιστολογίας. Μετεκπαιδεύτηκε κατ’ επανάληψη στο Department of Anatomy and Developmental Biology του University College London.

    Πέρα από ανατομική και ιστολογία, με έμφαση στο νευρικό σύστημα, δίδαξε τα μαθήματα επιλογής Εγκέφαλος και τέχνη και Σφάλματα της Εξέλιξης και Δαρβινικές Πλάνες, καθώς και θέματα της ειδικότητάς του σε τμηματικά και διατμηματικά μεταπτυχιακά προγράμματα του Α.Π.Θ. και του ΠΑ.ΜΑΚ.

    Είναι συγγραφέας 46 άρθρων, τα περισσότερα δημοσιευμένα σε έγκυρα διεθνή νευροεπιστημονικά περιοδικά, και 76 ανακοινώσεων και ομιλιών σε ελληνικά και διεθνή συνέδρια.

  • ΟΠΤΙΚΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ ΑΤΟΜΩΝ – ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ: ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

    ΟΠΤΙΚΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ ΑΤΟΜΩΝ – ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ: ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

    Στο πρώτο άρθρο του αφιερώματος στους οπτικούς κρυστάλλους παρουσιάσαμε τον τρόπο κατασκευής τους, τις ιδιότητές τους και τις ποικιλίες στις οποίες εμφανίζονται. Σε αυτό το άρθρο εστιάζουμε στις πιο σημαντικές εφαρμογές τους.ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

    Στην επιστημονική έρευνα είναι συνήθης πρακτική η προσομοίωση πολύπλοκων φυσικών συστημάτων από ηλεκτρονικούς υπολογιστές, όταν η αναλυτική περιγραφή τους είναι είτε αδύνατη είτε εξαιρετικά δύσκολη. Στην περίπτωση των κβαντικών συστημάτων, η προσομοίωση, ακόμη και των πιο απλών από αυτά, είναι σχεδόν αδύνατη και μπορεί να προκαλέσει σημαντικά προβλήματα λειτουργίας ακόμη και στα πιο ισχυρά υπολογιστικά συστήματα που διαθέτουμε. Το ζήτημα της κβαντικής προσομοίωσης τέθηκε για πρώτη φορά το 1982 από τον R. Feynmann, o οποίος υπέδειξε πως, σε κάποιες περιπτώσεις, θα ήταν δυνατόν να βρεθεί ένα απλούστερο, και πειραματικά πιο προσιτό κβαντικό σύστημα, το οποίο να «μιμείται» τη συμπεριφορά του κβαντικού συστήματος που ενδιαφερόμαστε να μελετήσουμε (Feynman, 1982). Οι κβαντικές προσομοιώσεις συνιστούν ένα από τα πιο ραγδαία εξελισσόμενα και, συνάμα, συναρπαστικά πεδία έρευνας στην ατομική φυσική του 21ου αιώνα. Οι οπτικοί κρύσταλλοι ατόμων προσφέρουν ένα ιδανικό περιβάλλον για την προσομοίωση αρκετών κβαντικών φαινομένων. Οι περισσότερες από τις εφαρμογές τους, που παρουσιάζουμε στη συνέχεια, είναι προσομοιώσεις φαινομένων που απαντώνται στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης.

    Μια από τις πρώτες εφαρμογές των οπτικών πλεγμάτων ήταν η προσομοίωση των ταλαντώσεων Bloch. Πρόκειται για τις ταλαντώσεις των ελεύθερων ηλεκτρονίων ενός μετάλλου που εμφανίζονται όταν εφαρμόσουμε σε αυτό ένα ομογενές ηλεκτρικό πεδίο. Τα ηλεκτρόνια δέχονται μια σταθερή δύναμη από το ηλεκτρικό πεδίο αλλά, προς έκπληξή μας, αντί να επιταχυνθούν ομαλά, εκτελούν μια ταλαντωτική κίνηση. Η προσομοίωση αυτού του φαινόμενου γίνεται με την παγίδευση ατόμων σε ένα μονοδιάστατο οπτικό κρύσταλλο, σαν αυτό που περιγράψαμε στο προηγούμενο άρθρο. Όπως έχουμε αναφέρει, όταν αυξήσουμε τη συχνότητα ενός από τα δύο λέιζερ, ο κρύσταλλος μετατρέπεται σε οπτικό ιμάντα. Αν η αύξηση της συχνότητας είναι γραμμική με το χρόνο, τότε ο ιμάντας επιταχύνεται στο χώρο και μαζί με αυτόν τα παγιδευμένα άτομα. Στο σύστημα αναφοράς του ιμάντα αυτό ισοδυναμεί με την επίδραση στο άτομο μιας σταθερής αδρανειακής δύναμης ταυτόχρονα με την περιοδική δύναμη που του ασκεί το οπτικό πλέγμα. Στην ουσία το κάθε άτομο συμπεριφέρεται σαν ένα ηλεκτρόνιο που κινείται στο περιοδικό δυναμικό ενός στερεού κρυστάλλου υπό την επίδραση ενός ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου. Το φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκε το 1996 σε άτομα παγιδευμένα μέσα σε ένα στάσιμο κύμα λέιζερ (Ben Dahan et al, 1996). Στο πείραμα αυτό καταγράφηκαν οι περιοδικές μεταβολές της ορμής που αποτελούν ένδειξη της ταλάντωσης. Η απευθείας παρατήρηση των ταλαντώσεων των ατόμων στο χώρο έγινε πρόσφατα σε άτομα παγιδευμένα σε οπτικό κρύσταλλο (Geiger et al, 2018).

    Στην κβαντική φυσική τα μονοδιάστατα συστήματα χαρακτηρίζονται από κάποιες εντυπωσιακές και σε πρώτη ανάγνωση “παράδοξες” ιδιότητες. Για παράδειγμα, οι διαστάσεις ενός μακροσκοπικού κβαντικού συστήματος παίζουν κρίσιμο ρόλο στη φυσική του συμπεριφορά. Μέχρι πρόσφατα η πειραματική δραστηριότητα σε αυτό το πεδίο ήταν περιορισμένη. Σήμερα είμαστε σε θέση να κατασκευάζουμε διατάξεις από μονοδιάστατα κβαντικά αέρια χρησιμοποιώντας οπτικά πλέγματα δύο διαστάσεων. Σε αυτές τις δομές τα άτομα παγιδεύονται σε περιοχές με σωληνοειδή μορφή και μπορούν να κινηθούν μόνο κατά μήκος αυτών.

    Το 1960 ο M. Girardeau ανακάλυψε πως, όταν περιορίσουμε σε μια διάσταση ένα σύνολο από μποζόνια, η συμπεριφορά τους είναι ισοδύναμη με ένα σύνολο από φερμιόνια που δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτό το αξιοσημείωτο φαινόμενο είναι γνωστό στη φυσική με τον όρο φερμιονιοποίηση (fermionization) (Girardeau, 1960). Η φερμιονιοποίηση εμφανίζεται όταν οι απωστικές δυνάμεις μεταξύ των ατόμων γίνονται πολύ ισχυρές. Τα άτομα, τότε, τείνουν να διαχωριστούν κατά μήκος του άξονα του παγιδευτικού σωλήνα και η πιθανότητα να βρεθούν στην ίδια θέση μηδενίζεται. Με αυτόν τον τρόπο τα άτομα, στην πράξη, “μιμούνται” την Απαγορευτική Αρχή του Pauli: τα μποζόνια συμπεριφέρονται ως φερμιόνια. Η πρώτη πειραματική επιβεβαίωση της φερμιονιοποίησης ενός συνόλου μποζονίων παρατηρήθηκε από την ομάδα του W. Phillips στο NIST (Fertig et al, 2005). Όταν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων σε μονοδιάστατα κβαντικά συστήματα γίνουν ακόμη ισχυρότερες θα μπορούσαμε να φτάσουμε σε ένα αέριο Tonks–Girardeau όπου η φερμιονιοποίηση είναι ακόμη ισχυρότερη (Tonks, 1936). Στην περίπτωση που αυτό επιτευχθεί, θα έχουμε κατορθώσει κάτι πραγματικά εκπληκτικό: ένα σύστημα μποζονίων που μπορεί να περιγραφεί από τη θεωρία των ελεύθερων φερμιονίων. Η παρατήρηση αυτού του φαινόμενου αποτελεί μια από τις πιο μεγάλες προκλήσεις για την πειραματική ατομική φυσική.

    ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΒΑΝΤΙΚΩΝ ΦΑΣΕΩΝ

    Το 1998 ο P. Zoller και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Innsbruck απόδειξαν πως αν μεταφέρουμε ένα συμπύκνωμα Bose-Eistein σε έναν οπτικό κρύσταλλο τότε μπορούμε να παρατηρήσουμε μια πολύ ενδιαφέρουσα μεταβολή φάσης. Το υπερρευστό συμπύκνωμα μετατρέπεται σε «μονωτή». Δηλαδή τα άτομα δεν μπορούν πλέον να κινούνται ελεύθερα στο «πλέγμα» του οπτικού κρυστάλλου και παγιδεύονται σε συγκεκριμένες θέσεις σε αυτό.  Πρόκειται για μια μεταβολή φάσης που είναι γνωστή στη βιβλιογραφία ως μετάβαση Mott (Jaksch et al, 1998). Τρία χρόνια αργότερα, ο Τ. Hänsch, στο Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής Max Planck (MPQ), στο Garching της Βαυαρίας, παρατήρησε για πρώτη φορά την μετάβαση Mott. Η επιστημονική εργασία στην οποία αναφέρθηκαν τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος, είναι σήμερα μια από τις κορυφαίες στην ιστορία της φυσικής σε αριθμό βιβλιογραφικών αναφορών (Greiner et al, 2002).

    Πώς όμως πραγματοποιείται αυτή η μεταβολή από μια υπερρευστή φάση σε έναν μονωτή; Η φυσική της βάση είναι το κβαντομηχανικό φαινόμενο σήραγγας. Χάρις σε αυτό το φαινόμενο είναι δυνατή η διάχυση των ατόμων σε διάφορες θέσεις μέσα στον οπτικό κρύσταλλο. Όπως γνωρίζουμε, στο συμπύκνωμα Bose-Einstein έχουμε το σχηματισμό ενός “γιγάντιου” υλικού κύματος που προκύπτει από την υπέρθεση ανάμεσα στα επιμέρους υλικά κύματα των ατόμων που συνιστούν το συμπύκνωμα μεταξύ των οποίων υπάρχει τέλεια συμφωνία φάσης. Όμως στα μακροσκοπικά κβαντικά πεδία[1] υπάρχει μια ενδογενής και θεμελιώδης απροσδιοριστία: κάθε φορά που η φάση είναι καθορισμένη ο αριθμός των ατόμων παρουσιάζει διακυμάνσεις και αντίστροφα. Αν, λοιπόν, καταφέρουμε να σταθεροποιήσουμε τον αριθμό των ατόμων σε όλες τις παγιδευτικές θέσεις, τότε η φάση θα γίνει εντελώς απροσδιόριστη και το “γιγάντιο” υλικό κύμα θα εξαφανιστεί. Ο αριθμός των ατόμων σε κάθε περιοχή παγίδευσης είναι συνεπώς ένας κρίσιμος παράγοντας. Ο μονωτής Mott είναι μια φάση του συστήματος όπου υπάρχει μόνο ένα άτομο σε κάθε τέτοια θέση. Τότε τα άτομα είναι απομονωμένα και κατά συνέπεια η μεταξύ τους αλληλεπίδραση είναι μηδενική[2]. Όλα τα παραπάνω είναι εφικτά γιατί το ενεργειακό βάθος των παγίδων σε έναν οπτικό κρύσταλλο μπορεί να γίνει αρκετά μεγάλο (απλά αυξάνοντας την ένταση του φωτός) οπότε η μετακίνηση των ατόμων ανάμεσα σε δύο γειτονικές θέσεις παγίδευσης είναι πρακτικά αδύνατη.  Στα πειράματα στο MPQ κατόρθωσαν να μετατρέψουν ένα συμπύκνωμα Bose–Einstein σε μονωτή Mott και αντίστροφα πολλές φορές, αυξομειώνοντας το ενεργειακό βάθος των παγιδευτικών πηγαδιών.Εικόνα 1: (α) Ένα «ρηχό» πλέγμα οπτικού κρυστάλλου. Η πολυσωματιδιακή κατάσταση που δημιουργείται είναι ένα σύμφωνο υλικό κύμα μακροσκοπικής κλίμακας απεντοπισμένο σε όλο το χώρο του πλέγματος: κατάσταση υπερρευστότητας. (β)  Ένα «βαθύ» οπτικό πλέγμα στο οποίο κάθε άτομο είναι εντοπισμένο σε μια δεδομένη περιοχή: κατάσταση μονωτή-Mott. Μπορούμε να μεταβαίνουμε από τη μια κατάσταση στην άλλη απλά μεταβάλλοντας το ενεργειακό βάθος του οπτικού πλέγματος. Καθώς το βάθος ελλατώνεται το άτομο, αξιοποιώντας το φαινόμενο σήραγγας, μπορεί να μεταπηδά από μια περιοχή σε άλλη και να μεταβαίνει από τη φάση του μονωτή σε αυτήν του υπερρευστού. Και στις δυό εικόνες οι συνεχείς γραμμές αναπαριστούν τα δυναμικά παγίδευσης των ατόμων και οι σκιασμένες περιοχές την πυκνότητα πιθανότητας που αντιστοιχεί στην κυματοσυνάρτηση των ατόμων.Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό αυτής της μεταβολής φάσης είναι πως μπορεί να επιτευχθεί ακόμη και σε θερμοκρασία ίση με το απόλυτο μηδέν. Σε ένα κλασικό σύστημα κάτι τέτοιο είναι αδύνατον γιατί οι απαραίτητες θερμικές διακυμάνσεις που προκαλούν αυτή τη μετάβαση δεν υπάρχουν. Σε ένα κβαντικό σύστημα, όμως, οι ενδογενείς διακυμάνσεις του κβαντικού κενού είναι ικανές να προκαλέσουν μια τέτοια μετάβαση. Αυτού του τύπου οι κβαντικές μεταβάσεις έχουν πολύ ενδιαφέρον για τη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης και έχουν επίσης παρατηρηθεί σε υπεραγωγούς.

    ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΠΕΡΙΟΔΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΑ

    Οι αντιδράσεις ανάμεσα στα άτομα, αν και ασθενείς, μπορεί να οδηγήσουν σε σημαντικά μη γραμμικά φαινόμενα στη φυσική συμπεριφορά των υλικών κυμάτων. Για παράδειγμα, στην κβαντική φυσική είναι γνωστό το φαινόμενο Josephson, που αφορά στην εμφάνιση ενός ηλεκτρικού ρεύματος ικανού να ρέει απεριόριστα, χωρίς την εφαρμογή κάποιας εξωτερικής τάσης, κατά μήκος μιας διάταξης γνωστής ως επαφής Josephson (Josephson, 1962). Η διάταξη αυτή αποτελείται από δύο υπεραγωγούς που διαχωρίζονται από ένα λεπτό μονωτικό υλικό. ‘Eνα συμπύκνωμα Bose-Einstein το οποίο βρίσκεται σε έναν ασθενή (αβαθή) οπτικό κρύσταλλο και στο οποίο οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων είναι πολύ ισχυρές, μπορεί να περιγραφεί σαν μια διάταξη από επαφές Josephson (Anderson et al, 1998), (Cataliotti et al, 2001). Όταν το συμπύκνωμα παγιδευτεί σε δύο γειτονικές θέσεις ενός οπτικού κρυστάλλου, τα δύο επί μέρους συμπυκνώματα που προκύπτουν, αλληλεπιδρούν μέσω του φαινόμενου σήραγγας ανάμεσα στο φραγμό που χωρίζει τις δύο θέσεις.  Ένα τέτοιο σύστημα είναι, στην πράξη, μια επαφή Josephson για ατομικά κβαντικά αέρια (Sukhatme et al, 2001). H μικρή απόσταση μεταξύ των δύο θέσεων του πλέγματος οδηγεί σε πολύ ισχυρό φαινόμενο σήραγγας ανάμεσα στα δύο συμπυκνώματα, γεγονός που εξασφαλίζει για το πείραμα μια επαρκή χρονική διάρκεια ώστε να μπορούν να εντοπιστούν και να μετρηθούν τα φαινόμενα της μη γραμμικής δυναμικής.

    ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ

    Οι οπτικοί κρύσταλλοι ψυχρών ατόμων έχουν ανοίξει την πόρτα σε ένα ευρύ διαθεματικό πεδίο από τη μη γραμμική δυναμική έως τις ισχυρά συσχετισμένες κβαντικές φάσεις. Ένα από τα μεγάλα στοιχήματα αυτήν την εποχή είναι η διερεύνηση του φαινόμενου της υπεραγωγιμότητας, το οποίο βασίζεται στα λεγόμενα ζεύγη Cooper. Πρόκειται για ηλεκτρόνια, τα οποία, αν και φερμιόνια, σχηματίζουν ζεύγη που έχουν ακέραιο σπιν και, συνεπώς, συμπεριφέρονται ως μποζόνια. Οι οπτικοί κρύσταλλοι μπορεί να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία καταστάσεων ζευγών Cooper από φερμιονικά άτομα. Σε αυτήν την περίπτωση θα μπορούμε να επιτύχουμε μια πολύ επιτυχημένη προσομοιώση του φαινόμενου της υπεραγωγιμότητας.

    Άλλες ερευνητικές προσπάθειες εστιάζονται στην επίτευξη άμορφων συστημάτων. Πρόκειται για ισχυρώς αλληλεπιδρώντα κβαντικά συστήματα μέσα σε τυχαία δυναμικά που η θεωρητική τους ανάλυση είναι πολύ δύσκολη (Roth et al, 2003). Αξιοσημείωτη είναι η πρόβλεψη για την ύπαρξη μιας «υαλώδους» φάσης, σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, όταν αυτό παγιδευτεί σε ένα μονοδιάστατο οπτικό κρύσταλλο και αλληλεπιδράσει με τυχαία δυναμικά. Η κατάσταση του συμπυκνώματος είναι μονωτική και γεωμετρικά άμορφη, όπως το γυαλί, και θα μπορούσε να παρατηρηθεί πειραματικά (Lye et al, 2005).

    Τα οπτικά πλέγματα προσφέρουν ενα ιδανικό περιβάλλον για την μελέτη της φυσικής συμπεριφοράς των φερμιονίων. Τα φερμιόνια, σε αντίθεση με τα μποζόνια απαιτούν περαιτέρω μελέτη για να αποκαλύψουν τις “λανθάνουσες” κβαντικές τους φάσεις. Τα φερμιόνια σε έναν οπτικό κρύσταλλο τριών διαστάσεων περιγράφονται από την θεωρία Hubbard η οποία θεωρείται πως “κρατάει” το μυστικό για την εξήγηση της υπεραγωγιμότητας υψηλών θερμοκρασιών (Anderson, 1987), (Hofstetter et al, 2002). Αν και αυτό το σύστημα έχει διερευνηθεί θεωρητικά για δεκαετίες εντούτοις, ακόμη, δεν έχουμε καταλήξει σε τελεσίδικα αποτελέσματα και στην πλήρη διαύγαση όλων των ερωτημάτων. Τα φερμιόνια σε οπτικά πλέγματα είναι κατάλληλα για ακριβείς μετρήσεις της επιτάχυνσης της βαρύτητας με συμβολόμετρα ατόμων (Roati et al, 2004). Επίσης, σε μίγματα διαφορετικών μποζονίων και φερμιονίων έχει προβλεφθεί η ύπαρξη «εξοτικών» κβαντικών φάσεων που δεν έχουν παρατηρηθεί στη συμβατική φυσική συμπυκνωμένης ύλης (Sanpera et al, 2004). Η ανάπτυξη νέας γενιάς ατομικών ρολογιών πολύ υψηλής ακρίβειας είναι ένα ακόμη πεδίο εφαρμογής των οπτικών κρυστάλλων ατόμων (εδώ). Σε αυτό το θέμα θα αναφερθούμε σε επόμενο άρθρο μας.

    Οι οπτικοί κρύσταλλοι ατόμων, όταν το ενεργειακό βάθος τους μεταβάλλεται με το χρόνο, μπορούν να αξιοποιηθούν στην εξερεύνηση συστημάτων που λειτουργούν ως κβαντικές μηχανές. Αυτές είναι μικροσκοπικές συσκευές που εκμεταλλεύονται τους νόμους της κβαντικής μηχανικής για να παράγουν μηχανικό έργο. Η πρώτη κβαντική μηχανή κατασκευάστηκε το 2009 από μια ερευνητική ομάδα στο University of California, Santa Barbara (O’Connell et al, 2010). Μια μικροσκοπική «σανίδα» από αλουμίνιο συζεύχθηκε με έναν υπεραγώγιμο δακτύλιο, ο οποίος είναι στην πραγματικότητα ένας ηλεκτρονικό σύστημα δύο καταστάσεων αφού διαθέτει δύο δυνατές ενεργειακές κβαντικές καταστάσεις. Χειριζόμενοι αυτό το σύστημα με τη βοήθεια μικροκυμάτων, οι ερευνητές κατάφεραν να το τροφοδοτήσουν ή να αφαιρέσουν από αυτό κβάντα ενέργειας, όπως θα μπορούσε κανείς να χρησιμοποιήσει ένα ΑΤΜ για κατάθεση ή ανάληψη χρημάτων από έναν τραπεζικό λογαριασμό.

    Ορισμένες ερευνητικές ομάδες έχουν προσπαθήσει να κατασκευάσουν κβαντομηχανικά συστήματα αντίστοιχα των κλασικών χαοτικών συστημάτων που συναντάμε στις μοριακές μηχανές. Σε αυτήν την περίπτωση τα άτομα μπορούν να τεθούν σε κίνηση ανοίγοντας και κλείνοντας ένα περιοδικό και ασύμμετρο οπτικό δυναμικό που προσομοιώνει την κίνηση μηχανικών γραναζιών (Ringot et al, 2000).

    Η ανίχνευση ασθενών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων είναι ένας άλλος τομέας στον οποίο οι οπτικοί κρύσταλλοι αφήνουν πολλές υποσχέσεις καθώς μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για την κατασκευή υπερ-ευαίσθητων κβαντικών ανιχνευτών πεδίων τα οποία δεν μπορούν να ανιχνευτούν από αντίστοιχες κλασικές διατάξεις. Ιδαίτερες υποσχέσεις αφήνουν τα παγιδευμένα ιόντα σε οπτικούς κρυστάλλους εξαιτίας του γεγονότος πως οι πειραματικοί μπορούν να έχουν εξαιρετικό βαθμό ελέγχου των ιδιοτήτων τους και των παραμέτρων που είναι σημαντικές στο πείραμα καθώς και στη δυνατότητα να δημιουργούνται οι «πολυπόθητες» σύμπλεκτες κβαντικές καταστάσεις  (quantum entangled states) ανάμεσα σε παγιδευμένα ιόντα. Πρόσφατα, ερευνητές στο National Institute of Standards and Technology (NIST) των ΗΠΑ κατόρθωσαν να κατασκευάσουν ένα τέτοιο οπτικό κρύσταλλο-ανιχνευτή με παγιδευμένα ιόντα βυρηλλίου με ικανότητα ανίχνευσης έως 20 φορές μεγαλύτερη από τις μέχρι τώρα διαθέσιμες ατομικές διατάξεις (Gilmore et al, 2021).

    Τα οπτικά πλέγματα αποτελούν ένα πεδίο μελέτης ιδιαίτερα περίπλοκων προβλημάτων στην κβαντική χημεία, όπως ο ακριβής υπολογισμός της ηλεκτρονικής δομής των μορίων. Η ακριβής επίλυση τέτοιων προβλημάτων είναι πολύ δύσκολο έργο για τους συμβατικούς υπολογιστές. Οι ερευνητές πρότειναν πρόσφατα να το αντιμετωπίσουν χρησιμοποιώντας προσομοίωση προβλημάτων κβαντικής χημείας με τη βοήθεια ατόμων παγιδευμένων σε οπτικά πλέγματα που έχουν αναπτυχθεί εντός μιας ηλεκτρομαγνητικής κοιλότητας (Argüello-Luengo et al, 2019). Στην πρότασή τους, τα ηλεκτρόνια προσομοιώνονται με φερμιονικά άτομα που μετακινούνται μέσα στο δυναμικό του οπτικού πλέγματος, η έλξη από τον πυρήνα προσομοιώνεται με τη βοήθεια πρόσθετων οπτικών δυναμικών, ενώ η απωστική δύναμη  Coulomb μεταξύ των ηλεκτρονίων προσομοιώνεται με την επίδραση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου της κοιλότητας στα παγιδευμένα άτομα.

    Ένα άλλο ερευνητικό πεδίο στο οποίο οι οπτικοί κρύσταλλοι ατόμων μπορούν να έχουν σημαντική συνεισφορά είναι οι προσομοιώσεις της μεταβολής της κβαντικής φάσης που εικάζεται πως συνέβη στα πρώτα στάδια του σύμπαντος. Οι αναγνώστες του ΙnS γνωρίζουν πως η φυσική των ψυχρών ατόμων και συγκεκριμένα τα κβαντικά αέρια ατόμων έχουν αξιοποιηθεί πολλαπλώς σε αυτή το ερευνητικό πεδίο (εδώ). Η πιο πρόσφατη προσπάθεια σε αυτή την κατεύθυνση έγινε από τον Bo Song και τους συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Cambridge οι οποίοι αξιοποίησαν παγιδευμένα άτομα σε οπτικά πλέγματα και παρατήρησαν για πρώτη φορά ασυνεχείς μεταβάσεις από καταστάσεις μονωτή Mott σε μια υπερρευστη κατάσταση υψηλότερης ενέργειας στην οποία τα άτομα μπορούν να μετακινηθούν ελεύθερα μεταξύ διαφορετικών τοποθεσιών μέσα στο πλέγμα (Song et al, 2022). Η εμφάνιση ασυνεχών μεταβάσεων φάσεως προβλέπεται στο αρχικό στάδιο δημιουργίας του Σύμπαντος. Στο εν λόγω πείραμα επιτεύχθηκαν με διαταραχή του οπτικού κρύσταλλου.

    Τέλος σε συστήματα που η συλλογική τους συμπεριφορά ακολουθεί τους νόμους της σχετικότητας μπορεί να εμφανιστεί μια ιδιαίτερης μορφής ταλάντωση, γνωστή ως διέγερση Higgs, η οποία μας είναι γνωστή από τον θεμελιώδη ρόλο που παίζει στο Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων (το διάσημο, πλέον, «σωμάτιο του Higgs»). Η ανίχνευση αυτής της διέγερσης είναι αρκετά δύσκολη, γιατί έχει πολύ μικρό χρόνο ζωής, ο οποίος είναι ακόμη μικρότερος σε επίπεδα συστήματα δύο διαστάσεων, με αποτέλεσμα να έχουν εγερθεί σημαντικές αμφιβολίες για το κατά πόσο, τελικά, είναι δυνατή η ύπαρξή της. Σε συστήματα παγιδευμένων ατόμων σε οπτικούς κρυστάλλους έχει προβλεφτεί η ύπαρξη αυτής της ταλάντωσης στο όριο που τα άτομα μεταπίπτουν από τη φάση της υπερρευστότητας σε αυτήν του μονωτή. Πρόσφατα, ερευνητικές ομάδες από το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ, το Χάρβαρντ και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (CalTech), εργαζόμενες από κοινού, κατόρθωσαν να εντοπίσουν αυτές τις περιβόητες διεγέρσεις σε άτομα ρουβιδίου, που είχαν παγιδευτεί σε οπτικά πλέγματα δύο διαστάσεων (Endres et al, 2012).

    Κλείνοντας αυτό το άρθρο θα πρέπει να αναφέρουμε τις πολύ μεγάλες προοπτικές για την αξιοποίηση των οπτικών πλεγμάτων στην κατασκευή κβαντικών πυλών που αποτελούν τα βασικά στοιχεία για την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή. Σε αυτό το θέμα θα αναφερθούμε εκτενώς σε επόμενη μας δημοσίευση.

    Οι αναγνώστες του InS έχουν την ευκαιρία στα δύο άρθρα αυτού του αφιερώματος να λάβουν, ελπίζουμε, μια αρκετά λεπτομερή εικόνα για τις ιδιότητες και τις εφαρμογές των οπτικών κρυστάλλων οι οποίοι, μαζί με τα κβαντικά αέρια αποτελούν τα κορυφαία ίσως επιτεύγματα της σύγχρονης ατομικής φυσικής και βασικούς πυλώνες της αναγέννησης του πεδίου αυτού που λαμβάνει χώρα τις τελευταίες δεκαετίες (Lembessis, 2020).ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Η κεντρική εικόνα του άρθρου είναι ευγενική προσφορά στο InS του I. Bloch, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian (LMU) του Μονάχου και Διευθυντή Ερευνών στο Ινστιτούτο Max Planck για την Κβαντική Οπτική στο Garching της Γερμανίας.ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

    [1] Ένα άλλο παράδειγμα μακροσκοπικού κβαντικού συστήματος είναι το φως του λέιζερ. Και σε αυτήν την περίπτωση υπάρχει μια σχέση απροσδιοριστίας ανάμεσα στον αριθμό των φωτονίων της δέσμης λέιζερ και στη φάση αυτής της δέσμης.

    [2] Στην περίπτωση του μονωτή Mott ο αριθμός των ατόμων σε κάθε θέση είναι καθορισμένος οπότε, όπως εξηγήσαμε παραπάνω, η φάση είναι πλήρως απροσδιόριστη με αποτέλεσμα να μην μπορεί κάποιος να παρατηρήσει φαινόμενα συμβολής μεταξύ υλικών κυμάτων.

    ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Anderson, P., W., 1987. The resonating valence bond state in La2CuO4 and superconductivity. Science 235, 1196–1198. DOI: 10.1126/science.235.4793.1196

    Anderson, B., P., and Kasevich, M., A., 1998. Macroscopic quantum interferencefrom atomic tunnel arrays. Science 282, 1686–1689. 10.1126/science.282.5394.1686

    Argüello-Luengo, J., González-Tudela, A., Shi, T., Zoller, P., and Cirac, J., I., 2019. Analogue quantum chemistry simulation. Nature 574, 215–218. 10.1038/s41586-019-1614-4

    Ben Dahan, M., Peik, E., Reichel, J., Castin, Y., and Salomon, C., 1996. Bloch oscillations of atoms in an optical potential. Phys. Rev. Lett. 76, 4508–4511. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.76.4508

    Cataliotti, F., S., Burger, S., Fort, C., Maddaloni, P., Minardi, F., Trombettoni, A., Smerzi, A.  and Inguscio, M., 2001. Josephson junction arrays with Bose–Einstein condensates. Science 293(5531), 843–846. 10.1126/science.1062612

    Cohen-Tannoudji C.  and Guéry-Odelin D., 2011. ADVANCES IN ATOMIC PHYSICS: An overview. New Jersey, USA. World Scientific, p. 671.

    Endres, M., Fukuhara, T., Pekker, D., Cheneau, M., Schauss, P., Gross, C., Demler, E., Kuhr, S., and Bloch, I., 2012. The ‘Higgs’ amplitude mode at the two-dimensional superfluid/Mott insulator transition. Nature 487, 454–458. 10.1038/nature11255

    Fertig, C., D., O’Hara, K., M., Huckans, J., H., Rolston, S., L.,  Phillips, W., D.,  and Porto, J., V., 2005. Strongly inhibited transport of a degenerate 1D Bose gas in a lattice. Phys. Rev. Lett. 94, 120403. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.120403

    Feynman, R., 1982. Simulating physics with computers. Int. J. Theor. Phys. 21, 467–488. https://s2.smu.edu/~mitch/class/5395/papers/feynman-quantum-1981.pdf

    Geiger, A., Z., Fujiwava, K., M., Singh, K., Senaratne, R., Rajagopal, S., V., Lipatov, M., Shimasaki, T., Driben, R., Konotop, V., Meier, T., and Weld, D., M., 2018. Observation and uses of position-space Bloch oscillations in an ultracold gas. Phys. Rev. Lett. 120, 213201. 10.1103/PhysRevLett.120.213201

    Gilmore, K., A., Affolter, M., Lewis-Swan, R., J., Barberena, D., Jordan, E., Rey, A., M., and Bolinger J., J., 2021. Quantum-enhanced sensing of displacements and electric fields with two-dimensional trapped-ion crystals. Science 373, 673-678. DOI: 10.1126/science.abi5226

    Girardeau, M. 1960. Relationship between systems of impenetrable bosons and fermions in one dimension. J. Math. Phys. 1, 516–523. https://doi.org/10.1063/1.1703687

    Greiner, M., Mandel, O., Esslinger, T., Hänsch, T., W., and Bloch, I., 2002. Quantum phase transition from a superfluid to a Mott insulator in a gas of ultracold atoms. Nature 415, 39–44. 10.1038/415039a

    Hofstetter, W., Cirac, J., I., Zoller, P., Demler, E., and Lukin, M., D., 2002. High-temperature superfluidity of fermionic atoms in optical lattices. Phys. Rev. Lett. 89, 220407. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.220407

    Jaksch, D., Bruder, C., Cirac, J., I., Gardiner, C., W., and Zoller, P., 1998. Cold bosonic atoms in optical lattices. Phys. Rev. Lett. 81, 3108–3111.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.3108

    Josephson, B., D., 1962. Possible new effects in superconductive tunnelling. Phys. Lett. 1, 251–253. https://doi.org/10.1016/0031-9163(62)91369-0

    Lembessis, V. E., 2020. Taming Atoms: The Renaissance of Atomic Physics. Bellingham, Washington USA: SPIE. https://spie.org/Publications/Book/2563827?SSO=1

    Lye, J. E., Fallani, L., Modugno, M., Wiersma, D., S., Fort, C., and Inguscio, M., 2005. Bose–Einstein condensate in a random potential. Phys. Rev. Lett. 95, 070401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.070401

    O’Connell, A., D., Hofheinz, M., Ansmann, M., Bialczak, R., C.,  Lenander, M., Lucero, M., Neeley, M., Sank, D., Wang, H., Weides, M., Wenner, J., Martinis, J., M.,  and Cleland, A., N., 2010. Quantum ground state and single-phonon control of a mechanical resonator. Nature 464(7289), 697–703. 10.1038/nature08967

    Ringot, J., Szriftgiser, P., Garreau, J., C., and Delande, D., 2000. Experimental evidence of dynamical localization and delocalization in a quasiperiodic driven system. Phys. Rev. Lett. 85, 2741–2744. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.2741

    Roati, G., de Mirandes, E., Ferlaino, F., Ott, H., Modugno, G., and Inguscio, M., Atom interferometry with trapped Fermi gases. Phys. Rev. Lett. 92, 230402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.230402

    Roth R., and Burnett, K., 2003. Ultracold bosonic atoms in two-colour superlattices. J. Opt. B 5, S50–S54. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4266/5/2/358

    Sanpera, A., Kantian, A., Sanchez-Palencia, L., Zakrzwewski, J., and Lewenstein, M., 2004. Atomic Fermi–Bose mixtures in inhomogeneous and random lattices: from Fermi glass to quantum spin glass and quantum percolation. Phys. Rev. Lett. 93, 040401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.040401

    Song, B., Dutta, S., Bhave, S., Yu, Jr.-C., Carter, E., Cooper., N., and Schneider, U., 2022. Realizing discontinuous quantum phase transitions in a strongly correlated driven optical lattice. Nature Physics, 259-264. https://doi.org/10.1038/s41567-021-01476-w

    Sukhatme, K., Mukharsky, Y., Chui, T., and Pearson, D., 2001. Observation of the ideal Josephson effect in superfluid 4He. Nature 411, 280–283. https://doi.org/10.1038/35077024

    Tonks, L., 1936. The complete equation of state of one, two and threedimensional gases of hard elastic spheres. Phys. Rev. 50, 955–963. https://doi.org/10.1103/PhysRev.50.955

  • Ομιλία Μανώλη Δαφέρμου: “Η επιστήμη σε σταυροδρόμι”

    Ομιλία Μανώλη Δαφέρμου: “Η επιστήμη σε σταυροδρόμι”

    Το InScience παρουσιάζει μια ομιλία του Καθηγητή Επιστημολογίας της Ψυχολογίας Μανώλη Δαφέρμο.

    ΠΕΡΙΛΗΨΗ

    Στην εισήγηση θα αναδειχθούν ορισμένες ιδιαιτερότητες του σημερινού μεταιχμίου στο οποίο βρίκσεται η επιστήμη με έμφαση στις προκλήσεις που συνδέονται με την εκθετική αύξηση της επιστημονικής γνώσης και τη διεθνοποίηση της επιστημονικής έρευνας. Επίσης, θα αναδειχθούν ορισμένες διαστάσεις της κρισιακής κατάστασης στην επιστήμη που εκφράζεται στην κλιμακούμενη αναντιστοιχία μεταξύ της τάσης αναπαραγωγής της επιστημονικήες γνώσης στην υπάρχουσα μορφή της, ενώ ωριμάζουν οι ανάγκες και προϋποθέσεις για ουσιαστική ανάπτυξη, ριζικό μετασχηματισμό της. Οι κρισιακές καταστάσεις κυοφορούν επιστημονικές επαναστάσεις που μετασχηματίζουν τα θεμέλια των επιστημών, τη θεωρία και τη μεθοδολογία τους.

    Κεφάλαια της Ομιλίας

    • 00:02:42 Χαιρετισμός – εισαγωγή
    • 00:02:42 Ομιλία
    • 00:46:01 Ερωτήσεις:
      • 00:47:45 ‘Ενας από τους πατέρες της Κβαντομηχανικής ο Werner Heisenberg είχε γράψει πως αυτό που τον έστρεψε προς τις θετικές επιστήμες ήταν η ανάγνωση, σε ηλικία 15 ετών, του πλατωνικού διαλόγου ΤΙΜΑΙΟΣ. Η παραγωγή πρωτότυπου επιστημονικού έργου συνδέεται με την απόκτηση μιας ευρύτερης παιδείας;
      • 00:50:37 Κατά πόσο η εκθετική αύξηση του όγκου του επιστημονικού έργου αλλάζει το χαρακτήρα της επιστημονικής εργασίας; Μπορούν να επιβιώσουν οι μεμονωμένοι ερευνητές; Μήπως οδηγούμαστε στην ανάγκη σχηματισμού πολυπρόσωπων επιστημονικών ομάδων;
      • 00:55:03 Η πρόσφατη πανδημία έδειξε μια απρόσμενη έκταση φαινομένων ανορθολογισμού και δυσπιστίας προς την επιστήμη. Ποιες είναι οι αιτίες αυτού του φαινομένου; Πως μπορεί να αντιμετωπιστεί;
      • 01:00:00 Πώς πιστεύετε ότι αξιοποιεί το κεφάλαιο την επιστημονική εργασία; Πιστεύετε ότι μια καπιταλιστική επιχείρηση που παράγει μελέτες επιστημονικές ή “πατέντες” παράγει αξία και αν ναι υπό ποιες προϋποθέσεις; Πιστεύετε ότι η τάση για “επαναληπτικότητα” και μαζική παραγωγή στη σύγχρονη επιστημονική εργασία έχει σχέση με την προσπάθεια του κεφαλαίου να την υπάγει στον νόμο της αξίας;
      • 01:04:55 Σε παλαιότερες εποχές οι μεγάλοι φιλόσοφοι είχαν βαθειά γνώση των επιτευγμάτων των θετικών επιστημών. Σήμερα κάτι τέτοιο φαίνεται να μην συμβαίνει; Για ποιο λόγο; Οι λεγόμενες ανθρωπιστικές επιστήμες ποια σχέση πρέπει να αποκαταστήσουν με τις λεγόμενες θετικές;
      • 01:13:19 Δεδομένων των ζητημάτων που αναφέρατε τα οποία εν πολλοίς συνιστούν και αντικειμενικούς περιορισμούς για έναν επιστήμονα σήμερα, ποια θα λέγατε ότι είναι τα καθήκοντα σε γενικές γραμμές, κυρίως ενός νέου επιστήμονα;
      • 01:18:56 Σε ένα μελλοντικό σοσιαλιστικό πλαίσιο βλέπετε μια γόνιμη συνθήκη για την σύνθεση των επιστημών ή μια όξυνση , σε αρχική φάση, του “καταμερισμού” των επιστημών; Αν γίνεται να θέσετε μια σειρά προϋποθέσεων για τη σύνθεση των επιστημών.
      • 01:24:31 Πιστεύετε ότι τα AI bots όπως το ChatGPT είναι ένδειξη πως λείπει η δημιουργικότητα από την σημερινή έρευνα, μιας και μπορεί μια τέτοια μηχανή να εξομοιώσει “ανθρώπινες απαντήσεις”; Θεωρείτε ότι είναι ορατός ο κίνδυνος οι μηχανές αυτές να αντικαταστήσουν τους ανθρώπους σε πολλές από τις λειτουργίες οι οποίες αυτή τη στιγμή απαιτούν ανθρώπινη εμπλοκή; Ή θα μπορούσε η έλευση αυτών των “μηχανών” και η χρησιμοποίησή τούς να δώσει στους ανθρώπους τον χρόνο να μπορέσουν να επαναπροσδιορίσουν την δημιουργικότητα τους, ακόμα και τον τρόπο σκέψης τους;
      • 01:29:47 Η επιστημονική υπερ-εξειδίκευση και κατά συνέπεια η αποσπασματική εικόνα που οι μαθητές μας αποκτούν στο σχολείο οδηγεί στη μεταφυσική αντίληψη για την “ολιστική” θεώρηση” του κόσμου; Πού στην ουσία ανακατεύονται επιστημονικές πληροφορίες και γνώσεις με σκοταδιστικές ανορθολογικές αντιλήψεις.
  • ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΑΤΟΜΩΝ (ΜΕΡΟΣ ΤΕΤΑΡΤΟ – ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ): Κβαντικά αέρια και άλλες «εξωτικές» εφαρμογές τους.

    ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΑΤΟΜΩΝ (ΜΕΡΟΣ ΤΕΤΑΡΤΟ – ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ): Κβαντικά αέρια και άλλες «εξωτικές» εφαρμογές τους.

    Καλλιτεχνική απεικόνιση των ατόμων ενός κβαντικού αερίου στο διάστημα. Χρήστος Αλαβέρας / Κβαντικό Αέριο στο Διάστημα / Παστέλ σε μαύρο χαρτί κανσόν Α4.Στο πρώτο μέρος αυτού του αφιερώματος εστιάσαμε στην ιστορική ανασκόπηση των θεωρητικών και πειραματικών εργασιών πάνω στα κβαντικά αέρια καθώς και σε μια συνοπτική παρουσίαση των βασικών τους ιδιοτήτων (εδώ). Στο δεύτερο μέρος αναφερθήκαμε στην πιο εντυπωσιακή εφαρμογή τους που είναι το ατομικό λέιζερ (εδώ).   Στο τρίτο μέρος εστιάσαμε στην Ατομική Οπτική (εδώ). Στο τέταρτο και τελευταίο άρθρο αυτού του αφιερώματος θα αναφερθούμε στην αξιοποίηση των κβαντικών αερίων σε πειράματα στο διαστημικό χώρο και σε άλλες «εξωτικές» εφαρμογές τους. Θα συνιστούσαμε στον αναγνώστη να διαβάσει το πρώτο και δεύτερο μέρος αυτού του μεγάλου αφιερώματος ώστε να μπορεί να κατανοήσει καλύτερα το περιεχόμενο αυτού του άρθρου. ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΚΑΙ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

    ‘Ενας παράγοντας που επηρεάζει όλες τις πειραματικές προσπάθειες με κβαντικά αέρια είναι η βαρύτητα. Η πανταχού παρούσα αυτή φυσική αλληλεπίδραση παρασύρει τα άτομα που έχουν μάζα και ελαττώνει το χρόνο που ένα κβαντικό αέριο παραμένει παγιδευμένο άρα και την χρησιμότητά του ως πεδίο έρευνας από τους επιστήμονες. Είναι λογικό, λοιπόν, η προσοχή των ερευνητών να έχει στραφεί στην ανάπτυξη κβαντικών αερίων σε συνθήκες έλλειψη βαρύτητας.

    Στις 23 Ιανουαρίου του 2017, στα πλαίσια της διαστημικής αποστολής MAIUS-1, Γερμανοί επιστήμονες, από το Πανεπιστήμιο Leibniz του Αννόβερου, κατόρθωσαν να δημιουργήσουν το πρώτο κβαντικό αέριο ατόμων ρουβιδίου στο διάστημα και να εκτελέσουν 110 πειράματα κατά τη διάρκεια μιας πτήσης που είχε συνολική διάρκεια 17 λεπτών (Lachmann et al, 2021). Τα στάδια αυτού του ερευνητικού προγράμματος παρουσιάζονται στην Εικ.1. Η εμπειρία που αποκτήθηκε από αυτήν την αποστολή αξιοποιήθηκε από την NASA η οποία, στις 21 Μαΐου του 2018, έθεσε σε λειτουργία το Εργαστήριο Ψυχρών Ατόμων (Cold Atom Lab, CAL). Το Εργαστήριο αυτό αποτελεί μέρος του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (International Space Station, ISS). Στις 30 Ιουνίου του ίδιου χρόνου δημιουργήθηκε το πρώτο κβαντικό αέριο από άτομα ρουβιδίου  και ανακοινώθηκαν τα πρώτα πειράματα σε κβαντικά αέρια μποζονίων στον ISS (Aveline et al, 2020). Είναι αξιοσημείωτο πως ο χρόνος «ζωής» ενός κβαντικού αερίου στο διάστημα μπορεί να φτάσει και πάνω από 10 δευτερόλεπτα, όταν σε ένα αντίστοιχο πείραμα στη Γη διαρκεί μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου.Εικόνα 1: Η ανάπτυξη του πρώτου κβαντικού αερίου στο διάστημα στα πλαίσια της αποστολής MAIUS-1. Μετά την διέλευση από την Γραμμή Kármán (το όριο ανάμεσα στην γήινη ατμόσφαιρα και τον διαστημικό χώρο), ο πύραυλος-φορέας εκτελεί μια πλάγια βολή υπό την επίδραση της βαρύτητας. Η δημιουργία του κβαντικού αερίου και τα πειράματα σε αυτό εξελίσσονται κατά τη διάρκεια μιας ελεύθερης πτώσης, ουσιαστικά σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας.Από τα πειραματικά αποτελέσματα στον ISS ξεχωρίζει ο σχηματισμός φυσαλίδων σε μορφώματα ψυχρών παγιδευμένων ατόμων (Carollo et al, 2022) (βίντεο εδώ). Ήδη από την εποχή των διαστημικών προγραμμάτων ΑΠΟΛΛΩΝ οι αστροναύτες είχαν παρατηρήσει πως τα υγρά συμπεριφέρονται διαφορετικά, σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας σε σχέση με τη Γη καθώς, σε αυτές τις συνθήκες, συσσωματώνονται με τη μορφή φυσαλίδων παρά σταγόνων. Τα πειράματα στον  ISS, με ατομικά αέρια σε θερμοκρασία ενός εκατομμυριοστού του βαθμού  πάνω από το απόλυτο μηδέν (1 μΚ), έδειξαν το σχηματισμό φυσαλίδων διαμέτρου 1 mm και πάχους 1 μm. Το αέριο ξεκινά σαν μια μικρή στρογγυλή σταγόνα, σαν κρόκος αυγού, και «σμιλεύεται» σε κάτι που ομοιάζει περισσότερο σε ένα λεπτό κέλυφος αυγού. Στη Γη, παρόμοιες προσπάθειες αποτυγχάνουν καθώς τα άτομα ωθούνται από τη βαρύτητα κατακόρυφα προς τα κάτω, σχηματίζοντας κάτι που ομοιάζει περισσότερο σε ένα φακό επαφής παρά σε μια φυσαλίδα. Το επόμενο βήμα θα είναι ο σχηματισμός ενός κβαντικού αερίου Bose-Einstein από φυσαλίδες. Θεωρητικές εργασίες έχουν ήδη δείξει πως σε ένα τέτοιο αέριο μπορούν να δημιουργηθούν δίνες από τη δυναμική των οποίων μπορούμε να εμβαθύνουμε στη φυσική των κβαντικών αερίων. Γενικότερα, η δυναμική των ρευστών επηρεάζεται εκτός από τη βαρύτητα και από άλλους παράγοντες όπως το ιξώδες και η επιφανειακή τάση. Η μελέτη των κβαντικών αερίων σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας βοηθά στην κατανόηση της φυσικής αυτών των μηχανισμών.

    Τα πειράματα με κβαντικά αέρια στον διαστημικό χώρο παρουσιάζουν μια σειρά από μεγάλες τεχνικές δυσκολίες και προκλήσεις. Κατ’ αρχάς θα πρέπει το μέγεθος, το βάρος και η ισχύς που καταναλώνουν οι διατάξεις να είναι συμβατά με τα τεχνικά όρια που επιβάλλει η κατασκευή διαστημικών σταθμών και συστημάτων εκτόξευσης. Στη συνέχεια θα πρέπει να εξασφαλιστεί η αξιόπιστη και αυτόνομη λειτουργία των διατάξεων για μεγάλο χρονικό διάστημα (έως και αρκετά χρόνια) χωρίς την ανάγκη ανθρώπινης παρέμβασης. Ιδιαίτερα σε ένα διαστημικό σταθμό η ανθρώπινη παρουσία και δραστηριότητα μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητα σφάλματα στα πειράματα γεγονός που καθιστά αναγκαίο το σχεδιασμό και την ανάπτυξη διαστημικών διατάξεων που θα έχουν ως αποκλειστική λειτουργία τον πειραματισμό με κβαντικά αέρια.Εικόνα 2: Τα κβαντικά αέρια μπορούν να αξιοποιηθούν στην έρευνα ενός πλήθους από θεμελιώδη ερωτήματα της φυσικής καθώς και σε μια σειρά εφαρμογές.Ανάμεσα στα πολλά επιστημονικά προβλήματα που αναμένεται να μελετηθούν σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας είναι η σχέση μεταξύ βαρυτικής και αδρανειακής μάζας, η έρευνα για την σκοτεινή ενέργεια και ύλη, ο υπολογισμός θεμελιωδών σταθερών όπως η παγκόσμια βαρυτική σταθερά G, η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και άλλα. Πολύ σημαντικές εφαρμογές που αφορούν στην ανάπτυξη ατομικών ρολογιών και το ρόλο τους στην πλοήγηση στη θάλασσα, στον αέρα και στο διαστημικό χώρο αναμένεται να επωφεληθούν από την ανάπτυξη κβαντικών αερίων στο διάστημα.

    Ιδιαίτερα εντυπωσιακό είναι το γεγονός πως τα κβαντικά αέρια μπορούν να αξιοποιηθούν ως πλατφόρμες προσομοίωσης φαινομένων κοσμικής κλίμακας όπως η ίδια η δημιουργία του Σύμπαντος. Δεδομένου ότι κάθε φορά που οι επιστήμονες παρατηρούν τον ουρανό βλέπουν πίσω στο παρελθόν αναρωτιέται κάποιος γιατί χρειάζεται να καταφύγουμε σε προσομοιώσεις για τη διερεύνηση κοσμολογικών φαινομένων. Η απάντηση βρίσκεται στο γεγονός πως υπάρχει ένα όριο στο παρελθόν πέρα από το οποίο δεν μπορούμε να διεισδύσουμε. Σύμφωνα με την εκδοχή της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang Theory) οι πρώτες «στιγμές» (κάπου 380.000 χρόνια!) μετά την έκρηξη, που είναι στην κυριολεξία πολύ κρίσιμες για την μετέπειτα ανάπτυξη του Σύμπαντος, καλύπτονται από μυστήριο. Κατά την περίοδο αυτή ο συμπαντικός χώρος εικάζεται πως ήταν γεμάτος από πυκνό πλάσμα το οποίο είναι μη διαπερατό στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με αποτέλεσμα αυτή να μην κατορθώσει να ταξιδέψει στο χωροχρόνο και να φτάσει σήμερα στα όργανα παρατήρησης που διαθέτουμε. Μια προσπάθεια να φωτιστεί αυτή η αρχική περίοδος έχει γίνει στα πλαίσια της Θεωρίας του Πληθωρισμού (Inflation Theory), η οποία προτείνει ότι ο χώρος στην αρχή επεκτάθηκε ταχύτατα (σε χρόνο 10-30 s το μέγεθος του Σύμπαντος διπλασιάστηκε εκατό φορές!) για να ακολουθήσει μια δραματική επιβράδυνση. Αλλά δεν είναι γνωστό με βεβαιότητα εάν η θεωρία είναι σωστή και ακόμα κι αν είναι πολλές λεπτομέρειες μένουν να διερευνηθούν. Οι κοσμολόγοι δεν μπορούν να ταξιδέψουν τόσο πίσω στο χρόνο για να έχουν μια εικόνα του τι συνέβη κατά την εποχή του πληθωρισμού. Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι να καταφύγουμε στην προσομοίωση του φαινομένου και εδώ τα κβαντικά αέρια έχουν αφήσει πολλές υποσχέσεις.

    Πριν από πέντε χρόνια, σε μια εργασία, η ερευνητική ομάδα του G. Campbell, στο Πανεπιστήμιο του Maryland των ΗΠΑ, έδειξε πως η απότομη διαστολή ενός παγιδευμένου κβαντικού αερίου Bose-Einstein ομοιάζει στην διαστολή του Σύμπαντος (Eckel et al, 2018). Μόλις το 2022 η ερευνητική ομάδα του M. Oberthaller, στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης, έκανε ένα σημαντικό βήμα στην προσομοίωση της διαστολής του Σύμπαντος κατασκευάζοντας μια πειραματική πλατφόρμα στην οποία μπορεί να διερευνηθεί αυτή η κατάσταση σε ένα κβαντικό αέριο από άτομα καλίου. Το νέο ποιοτικό στοιχείο που έφερε αυτό το πείραμα ήταν πως αντί οι ερευνητές να αφήσουν το κβαντικό αέριο να διασταλεί στο χώρο και το χρόνο προσομοίωσαν μια κατάσταση διαστολής ενώ τα άτομα παρέμεναν στη θέση τους. Πως έγινε κάτι τέτοιο εφικτό; Με μια απλή σκέψη: τα μέρη ενός συστήματος που διαστέλλεται αλληλεπιδρούν με δυνάμεις που διαρκώς εξασθενούν. Αν σε ένα κβαντικό αέριο εφαρμόσουμε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο του οποίου μεταβάλουμε την ένταση μπορούμε να ελαττώνουμε κατά βούληση τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων του αερίου και έτσι να προσομοιώσουμε μια κατάσταση διαστολής (Viermann et al, 2022). Για να επιτευχθεί πειραματικά αυτή η κατάσταση οι ερευνητές αξιοποίησαν ένα φαινόμενο της ατομικής φυσικής γνωστό ως συντονισμός Feshbach (Feshbach resonance). Τα αποτελέσματα του πειράματος αυτού είναι πάρα πολύ ενθαρρυντικά καθώς επιβεβαίωσαν μια σημαντική ιδιότητα που έχει ένα διαστελλόμενο σύμπαν.

    Πράγματι, μια απλή πρόβλεψη της κβαντικής θεωρίας πεδίου είναι πως σε ένα διαστελλόμενο σύμπαν οι κβαντικές διακυμάνσεις οδηγούν στο σχηματισμό ζευγών σωματιδίων-αντισωματιδίων. Κάτι τέτοιο είναι αδύνατο σε ένα στατικό σύμπαν. Σε ένα διαστελλόμενο κβαντικό αέριο τα αντίστοιχα σωματίδια θα ήταν φωνόνια και αυτό ήταν ακριβώς που παρατήρησαν ο Oberthaller και οι συνεργάτες του. Παράλληλα οι ερευνητές προχώρησαν και σε προσομοίωση διαφορετικών τύπων διαστολής, με σταθερό, με επιβραδυνόμενο και με επιταχυνόμενο ρυθμό αντίστοιχα. Και στις τρεις περιπτώσεις μετά το πέρας της διαστολής το κβαντικό αέριο είχε κυριευθεί από ακουστικά κύματα παρόμοια με αυτά που κυριαρχούσαν στο Σύμπαν την εποχή του πλάσματος. Οι επιστήμονες πλέον έχουν θέσει επί τάπητος το φιλόδοξο σχέδιο να χρησιμοποιήσουν αυτού του είδους τις προσομοιώσεις ώστε να διερευνήσουν τη δυναμική του Σύμπαντος πριν την εποχή του πληθωρισμού.

    ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ STEALTH

    Τα αέρια ψυχρών ατόμων μπορούν να δημιουργήσουν καταστάσεις “stealth” στις οποίες το ατομικό μόρφωμα είναι αόρατο στην ακτινοβολία (Sanner et al, 2021), (Deb et al, 2021), (Margalit et al, 2021). Πως επιτυγχάνεται κάτι τέτοιο; Χάρις την απαγορευτική αρχή του Pauli η οποία εφαρμόζεται σε συστήματα φερμιονίων (σωματιδίων με ημιακέραιο σπιν, όπως τα ηλεκτρόνια). Σύμφωνα με αυτήν την αρχή δύο φερμιόνια δεν μπορούν να καταλάβουν την ίδια κατάσταση σε ένα κβαντικό σύστημα. Στην περίπτωση, για παράδειγμα, ημιαγωγών και μονωτών, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να αποκριθούν στην εφαρμογή ασθενών ηλεκτρικών πεδίων γιατί κάτι τέτοιο θα απαιτούσε την μετακίνηση τους σε μια άλλη κβαντική κατάσταση η οποία είναι ήδη κατειλημμένη.

    Σε ένα σύνηθες αέριο ατόμων τα προσπίπτοντα φωτόνια «συγκρούονται» με τα άτομα, σαν μπίλιες του μπιλιάρδου, σκορπίζοντας το φως προς κάθε κατεύθυνση με αποτέλεσμα το κβαντικό αέριο να καθίσταται ορατό. Κατά τη διάρκεια της κρούσης αυτής ένα μέρος από την ορμή και την ενέργεια του φωτονίου μεταφέρεται στο άτομο. Αν διαθέτουμε ένα κβαντικό αέριο από φερμιονικά άτομα (όπως αυτά του λιθίου) και το φέρουμε σε αλληλεπίδραση με τα φωτόνια μιας δέσμης λέιζερ τότε επειδή το αέριο είναι αρκετά περιορισμένο στο χώρο η κρούση συνεπάγεται τη μετάβαση του ατόμου σε μια γειτονική κβαντική κατάσταση. Αυτό όμως είναι αδύνατο καθώς η κατάσταση αυτή είναι ήδη κατειλημμένη από άλλο άτομο. Ως εκ τούτου η σκέδαση των φωτονίων από το άτομο καθίσταται αδύνατη. Τα φωτόνια δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τα άτομα με αποτέλεσμα να διέρχονται μέσα από το κβαντικό αέριο ανεπηρέαστα σαν να διαπερνούν ένα διαφανές μέσο.

    ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΚΑΙ ΧΡΟΝΙΚΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ

    Οι χρονικοί κρύσταλλοι προτάθηκαν το 2012 από τον F. Wilczek (Wilczek, 2012). Πρόκειται για το χρονικό ανάλογο των γνωστών μας «συμβατικών» χωρικών κρυστάλλων. Οι χρονικοί κρύσταλλοι αναδύονται από μια αυθόρμητη αυτo-οργάνωση ενός φυσικού συστήματος που οδηγεί το σύστημα σε μια περιοδική κίνηση στο χρόνο όπως ο σχηματισμός χωρικών κρυστάλλων αποτελεί μια εκδήλωση αυθόρμητης αυτό-οργάνωσης της ύλης που οδηγεί στην ανάπτυξη μιας περιοδικής δομής στο χώρο.

    Αυτή η εξωτική και δυναμική φάση της ύλης έχει παρατηρηθεί σε διάφορες πειραματικές πλατφόρμες με την αξιοποίηση κβαντικών αερίων. Ιδιαίτερα διαδεδομένη μέθοδος για την ανάπτυξη χρονικών κρυστάλλων είναι η αναπήδηση κβαντικών αερίων πάνω σε κάτοπτρα, στην οποία αναφερθήκαμε στο τρίτο μέρος του αφιερώματος (εδώ).  Στις περισσότερες περιπτώσεις οι χρονικοί κρύσταλλοι αναπτύσσονται σε «κλειστά» συστήματα, δηλαδή συστήματα τα οποία είναι «προστατευμένα» από αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον. Γενικά η αλληλεπίδραση ενός συστήματος με το περιβάλλον καταστρέφει τη συμμετρία και την τάξη ενός χρονικού κρυστάλλου. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις όπου αυτή η αλληλεπίδραση μπορεί να διαμορφωθεί με τέτοιο τρόπο ώστε η συμμετρία και η τάξη να διατηρηθούν.  Τα κβαντικά αέρια έγιναν η πρώτη πειραματική πλατφόρμα στην οποία αναπτύχθηκαν χρονικοί κρύσταλλοι σε ένα ανοικτό σύστημα (Keßler et al, 2021). Κάτι τέτοιο είναι αρκετά σημαντικό γιατί είναι πολύ δύσκολο ένα σύστημα να παραμείνει «κλειστό» και πλήρως απομονωμένο από το περιβάλλον. Με την ανάπτυξη των χρονικών κρυστάλλων η φυσική της συμπυκνωμένης ύλης εισέρχεται στην τέταρτη διάσταση, αυτή του χρόνου.ΕΠΙΛΟΓΟΣ

    Φέτος συμπληρώνεται ένας αιώνας από τότε που οι S. N. Bose και A. Einstein προέβλεψαν θεωρητικά την δυνατότητα ύπαρξης των κβαντικών αερίων. Είμαστε σίγουροι πως η επέτειος αυτή θα συνοδευτεί από ένα μεγάλο αριθμό αφιερωματικών άρθρων παγκοσμίως. Οι αναγνώστες του InS έχουν την ευκαιρία σε αυτή τη σειρά των τεσσάρων άρθρων να λάβουν, ελπίζουμε, μια αρκετά λεπτομερή εικόνα για τις ιδιότητες και τις εφαρμογές των κβαντικών αερίων. Μαζί με τους οπτικούς κρυστάλλους ατόμων αποτελούν τα κορυφαία ίσως επιτεύγματα της σύγχρονης ατομικής φυσικής και βασικούς πυλώνες της αναγέννησης του πεδίου αυτού που λαμβάνει χώρα τις τελευταίες δεκαετίες (Lembessis, 2020).ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Η Συντακτική Επιτροπή του InS ευχαριστεί θερμά τον εικαστικό Χρήστο Αλαβέρα, από τη Θεσσαλονίκη, που φιλοτέχνησε την κεντρική και άλλες εικόνες του άρθρου.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Aveline, D., C., Williams, J., R., Elliott, E., R., Dutenhoffer, C., Kellogg, J., R., Kohel, J., M., Lay, N., E., Oudrhiri, K., Shotwell, R., F., Yu, N., and Thompson, R., J., 2020. Observation of Bose–Einstein condensates in an Earth-orbiting research lab. Nature 582, 193-197. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2346-1

    Carollo, R., A., Aveline, D., C., Rhyno, B., Vishershwara, S., Lannert, C., Murphree, J. D., Elliot, E., R., Williams, J., R., Thompson, R., J., and Lundbland, N., 2022. Observation of ultracold atomic bubbles in orbital microgravity. Nature 606, 281-286. https://www.nature.com/articles/s41586-022-04639-8

    Deb, A., B., and Kjaergaard, N., K., 2021. Observation of Pauli blocking in light scattering from quantum degenerate fermions. Science 374, Issue 6570, 972-975. DOI: 10.1126/science.abh3470

    Eckel, S., Kumar, A., Jacobson, T., Spielman, I., B.,  and Campbell, G., K., 2018.  A rapidly expanding Bose–Einstein condensate: an expanding universe in the lab. Rev. X 8, 021021. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021021

    Keßler, H., Kongkhambut, P., Georges, C., Mathey, L., Cosme, J., G., and Hemmerich, A., 2021. Observation of a dissipative time crystal. Rev. Lett. 127, 043602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.043602

    Lachmann, M., D., Ahlers, H., Becker, D., Dinkelaker, A., N., Grosse, J., Hellmig, O., Müntinga, H., Schkolnik, V., Seidel, S., T., Wendrich, T., Wenzlawski, A., Carrick, B., Gaaloul, N., Lüdtke, D., Braxmaier, C., Ertmer, W., Krutzik, M., Lämmerzahl, C., Peters, A., Schleich, W., P., Sengstock, K., Wicht, A., Windpassinger, P., and Rasel, E. M., 2021. Ultracold atom interferometry in space. Nature Communications 12, 1317. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21628-z

    Lembessis, V. E., 2020. Taming Atoms: The Renaissance of Atomic Physics. Bellingham, Washington USA: SPIE. https://spie.org/Publications/Book/2563827?SSO=1

    Margalit, Y., Lu, Y.-K., Top, F., Ç., and Ketterle, W., 2021. Pauli blocking of light scattering in degenerate fermions. Science 374, Issue 6570, 976-979. DOI: 10.1126/science.abi6153

    Sanner, C., Sonderhouse, L., Hutson, R., B., Yan, L., Milner, W., R., and Ye, J., 2021. Pauli blocking of atom-light scattering. Science 374, Issue 6570, 979-983. DOI: 10.1126/science.abh3483

    Viermann, C., Sparn, M., Liebster, N., Hans, M., Kath, E., Parra-López, A., Tolosa-Simeón, M., Sánchez-Kunz, N., Haas, T., Strobel, H., Floerchinger, S., and Oberthaler, M., K., 2022. Nature 611, 260-264. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05313-9

    Wilczek, F., 2012. Quantum time crystals. Rev. Lett. 109, 160401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.16040

  • Ψηφιακές Τεχνολογίες και Τέχνες

    Ψηφιακές Τεχνολογίες και Τέχνες

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΡΟΠΗ

    Christiane Paul, Michael J. Apter, Roy Ascott, Christina Dunbar-Hester, Rainer Usselmann, Patrick Lichty, Steve Dixon, Matthew Causey, Donna J. Cox, Richard Grusin, Margot Lovejoy, Diane J. Gromala και Yacov Sharir, Mark Poster, Ihab Hassan, Susan Broadhurst, Guillermo Gómez-Peña, Niamh Thornton, Eduardo Kac, Ralf Remshardt

    Εισαγωγή – Επιστημονική Επιμέλεια: Βίκυ Λαλιώτη
    Mετάφραση: Στέλλα Σοφοκλέους
    Επιμέλεια: Στέλλα Τσουχτέρη
    Διευθυντής Σειράς: Μανώλης ΠατηνιώτηςΠεριγραφή

    Αυτό το βιβλίο είναι μια συλλογή εμβληματικών κειμένων που αφορούν τη σχέση των ψηφιακών τεχνολογιών με τις τέχνες από τη δεκαετία του 1960 έως σήμερα. Έχει στόχο να φέρει σε επαφή τις αναγνώστριες και τους αναγνώστες με τα χαρακτηριστικά των ψηφιακών τεχνών, αλλά και με τις πρακτικές, τις αισθητικές και τις πολιτικές διαστάσεις τους στο πλαίσιο συγκεκριμένων ιστορικών και πολιτισμικών συμφραζομένων.

    Τα κείμενα, τα οποία οργανώνονται σε τρία μέρη (κυβερνητική, μεταμοντερνισμός, μετανθρωπισμός), δείχνουν την ποικιλία των προβληματισμών που έχουν αναπτυχθεί γύρω από τις ψηφιακές τέχνες από τη σκοπιά γνωστικών αντικειμένων όπως οι επιτελεστικές, θεατρικές και μουσικές σπουδές, η ανθρωπολογία, η ιστορία της τέχνης και της τεχνολογίας, οι σπουδές των μέσων μαζικής επικοινωνίας και η λογοτεχνία. Οι συγγραφείς, οι περισσότεροι από τους οποίους έχουν πλούσιο και σημαντικό καλλιτεχνικό έργο κυρίως στα πεδία των επιτελεστικών τεχνών (π.χ. μουσική, χορός, θέατρο, performance art), αλλά και της video art, του animation, του κινηματογράφου, κ.ά., χαράσσουν πολύπλοκες διαδρομές, τόσο ανάμεσα σε διαφορετικά –με βάση παραδοσιακές ταξινομήσεις– καλλιτεχνικά είδη και επιστημονικά πεδία, όσο και ανάμεσα στις τέχνες και τις επιστήμες.

    Σε μια εποχή που το ψηφιακό έχει γίνει κανονικό, δηλαδή αποτελεί πλέον οργανικό μέρος της καθημερινής ζωής πολλών ανθρώπων, αυτό το βιβλίο προτείνει να υπερβούμε ουτοπικές και δυστοπικές προσεγγίσεις των ευρύτερων ψηφιακών κουλτούρων και να εμπλακούμε ενεργητικά στις διαδικασίες δημιουργίας και κατανόησης κόσμων πιο φιλικών για όλα τα πλάσματα που τους κατοικούν.

    Βιογραφικά συγγραφέων

    Η Christiane Paul: Είναι επικεφαλής επιμελήτρια/διευθύντρια του Sheila C. Johnson Design Center στο Parsons School of Design και αναπληρώτρια καθηγήτρια στο School of Media Studies στο The New School, και Adjunct Curator of New Media Arts στο Whitney Museum of American Art στο Νέα Υόρκη.

    Ο Michael J. Apter: Ο Michael J. Apter είναι ψυχολόγος που γεννήθηκε στην Αγγλία και μεγάλωσε στο Μπρίστολ. Σπούδασε στο Clifton College και στο Bristol University όπου απέκτησε το πτυχίο Bachelor of Science και το διδακτορικό του στην Ψυχολογία το 1965, έχοντας επίσης ένα διδακτορικό έτος στο Princeton University.

    Ο Roy Ascott: Ο Ρόι Άσκοτ είναι Βρετανός καλλιτέχνης, δουλεύει με την κυβερνητική και την τηλεματική, πάνω σε μια τέχνη που βασίζεται στην επίδραση των ψηφιακών και των τηλεπικοινωνιακών δικτύων πάνω στην συνείδηση. Ο Άσκοτ συνεργάζεται στο Arts Council της Αγγλίας.

    Η Christina Dunbar-Hester: Είναι αναπληρώτρια καθηγήτρια στη Σχολή Επικοινωνίας και Δημοσιογραφίας Annenberg του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνια. Είναι κάτοχος Ph.D. από το Cornell University in Science & Technology Studies.

    Ο Rainer Usselmann: Είναι φωτογράφος διαφήμισης στη Γερμανία, σπούδασε Φωτογραφία στο Bournemouth και έχει μεταπτυχιακό στην Ιστορία της Τέχνης.

    Patrick Lichty: Είναι εννοιολογικός καλλιτέχνης, ακτιβιστής και επιμελητής. Σήμερα είναι καθηγητής Creative Digital Media στο κρατικό πανεπιστήμιο Winona.

    Ο Steve Dixon: Ο καθηγητής Steve Dixon μετά από μια επιτυχημένη καριέρα ως ηθοποιός και βραβευμένος σκηνοθέτης παραγωγών ταινιών και ψηφιακών μέσων, ο Steve έγινε ακαδημαϊκός το 1991. Γρήγορα δημιούργησε διεθνή φήμη για την έρευνά του στη χρήση των μέσων και των τεχνολογιών υπολογιστών στις τέχνες του θεάματος.

    Ο Δρ. Matthew Causey. Είναι επί του παρόντος Επικεφαλής της Σχολής Δημιουργικών Τεχνών στο TCD. Είναι Καθηγητής Δράματος, Συνεργάτης Κολλεγίου και Διευθυντής του Εργαστηρίου Έρευνας Τεχνολογίας Τεχνών.

    Η Donna J. Cox. Είναι Αμερικανίδα καλλιτέχνης και επιστήμονας, Michael Aiken Endowed Chair. Καθηγητής Τέχνης + Σχεδιασμού; Διευθυντής, Advanced Visualization Lab στο Πανεπιστήμιο του Illinois στην Urbana-Champaign.

    Ο Richard Arthur Grusin. Είναι ένας Αμερικανός  ακαδημαϊκός μελετητής και συγγραφέας. Ο Grusin είναι καθηγητής Αγγλικών στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν – Μιλγουόκι.

    Η Margot Lovejoy. Ήταν ψηφιακός καλλιτέχνης και ιστορικός της τέχνης και της τεχνολογίας. Ήταν Καθηγητής Emerita Εικαστικών Τεχνών στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στο Purchase.

    Η Diane Gromala, PhD, είναι Τακτική Καθηγήτρια στη Σχολή Διαδραστικών Τεχνών και Τεχνολογίας (SIAT). Σχεδιάζει και κατασκευάζει καινοτόμες διαδραστικές τεχνολογίες υγείας. που καλύπτουν την τεχνολογία (σχεδιασμός, HCI και μηχανική) και την υγεία (ερευνητές, κλινικούς γιατρούς και ασθενείς.

    Ο Yacov Sharir. Είναι χορογράφος, χορευτής, τεχνολόγος και καινοτόμος. Είναι Αναπληρωτής Καθηγητής Θεάτρου και Χορού στο Πανεπιστήμιο του Τέξας-Όστιν και Καλλιτεχνικός Διευθυντής της Sharir Dance Company με έδρα το Όστιν.

    Ο Mark Poster Ήταν ομότιμος καθηγητής Ιστορίας και Μελετών Κινηματογράφου και Μέσων στο UC Irvine, όπου δίδαξε επίσης στην Έμφαση της Κριτικής Θεωρίας.

    Ο Ihab Habib Hassan. Ήταν Αμερικανός λογοτέχνης και συγγραφέας.

    Η Susan Broadhurst. Είναι επαγγελματίας καλλιτέχνης, συγγραφέας και ακαδημαϊκός. Είναι καθηγήτρια  απόδοσης και τεχνολογίας και επίτιμη καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Brunel του Λονδίνου.

    Ο Guillermo Gómez-Peña. Είναι καλλιτέχνης, συγγραφέας, ακτιβιστής και εκπαιδευτικός του Μεξικού / Chicano. Και διευθυντής της διακρατικής συλλογικότητας τεχνών La Pocha Nostra.

    Η Niamh Thornton (University of Liverpool). Είναι ειδικός στις Λατινοαμερικανικές Σπουδές με ιδιαίτερη έμφαση στον μεξικανικό κινηματογράφο, τη λογοτεχνία και τον ψηφιακό πολιτισμό.

    O Eduardo Kac. Είναι ένας Αμερικανός σύγχρονος καλλιτέχνης του οποίου τα έργα τέχνης καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα πρακτικών, συμπεριλαμβανομένων της περφόρμανς, της ποίησης, της ολογραφίας, της διαδραστικής τέχνης, της τηλεματικής και της διαγονιδιακής τέχνης.

    Ο Ralf Remshardt. Είναι καθηγητής Θεάτρου στο  University of Florida. Είναι έμπειρος μελετητής, σκηνοθέτης, μεταφραστής και δραματουργός.

  • Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΝΕΟΤΕΡΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ – Μια επισκόπηση

    Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΝΕΟΤΕΡΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ – Μια επισκόπηση

    (μετάφραση της 2ης αμερικανικής έκδοσης)

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    PETER J. BOWLER,  IWAN RHYS MORUS

    Μετάφραση 1ης έκδοσης: Βαρβάρα Σπυροπούλου
    Μετάφραση – προσαρμογή στη 2η αμερικανική έκδοση: Μιχάλης Δαγτζής
    Επιστημονική επιμέλεια: Θόδωρος Αραμπατζής Φαίδρα Παπανελοπούλου

    Σχήμα 17 x 24 εκ., 568 σελ.
    Τιμή: 25 ευρώ

    Στην παρούσα 2η έκδοση του κορυφαίου αυτού εγχειριδίου, οι Peter J. Bowler και Iwan Rhys Morus εξερευνούν τόσο την ίδια την ιστορία της επιστήμης όσο και την επίδραση που άσκησε στη νεότερη σκέψη εν γένει, και καταγράφουν όλες τις μείζονες εξελίξεις που έλαβαν χώρα στο πεδίο της επιστημονικής σκέψης, από τις επαναστατικές ιδέες του 17ου αιώνα μέχρι τα ζητήματα που εγείρονται στις μέρες μας από τη θεωρία της εξέλιξης, τη γενετική, την πυρηνική φυσική και τη σύγχρονη κοσμολογία.

    Γραμμένη από δύο έμπειρους ιστορικούς της επιστήμης, η Ιστορία της νεότερης επιστήμης καλύπτει ένα ιδιαίτερα ευρύ φάσμα επιστημονικών πεδίων και εξετάζει σύγχρονες θεματικές, όπως τη σχέση της επιστήμης με τη θρησκεία, την εκλαΐκευση της επιστήμης, την επίδραση που ασκεί ο πόλεμος στην εξέλιξη της επιστήμης και τη θέση των γυναικών στην ιστορία της επιστήμης. Η επαυξημένη και επικαιροποιημένη αυτή έκδοση, περιέχει δύο νέα κεφάλαια: ένα που εξερευνά την επίδραση των υπολογιστών στην ανάπτυξη της επιστήμης, και ένα δεύτερο που δείχνει πώς η Δύση χρησιμοποίησε την επιστήμη και την τεχνολογία ως εργαλεία γεωπολιτικής επέκτασης.

    Το βιβλίο ενθαρρύνει τους αναγνώστες να δουν την ιστορία της επιστήμης όχι ως μια σειρά ασύνδετων ονομάτων και ημερομηνιών αλλά ως ένα σύνθετο πλέγμα σχέσεων ανάμεσα στην επιστήμη και τη σύγχρονη κοινωνία.

    PETER J. BOWLER
    Ο Peter J. Bowler είναι οµότιµος Καθηγητής Ιστορίας της Επιστήµης στο Queen’s University του Μπέλφαστ. Έχει γράψει πολλά βιβλία, µεταξύ των οποίων τα Darwin Deleted: Imagining a World without Darwin και A History of the Future: Prophets of Progress from H. G. Wells to Isaac Asimov.

    IWAN RHYS MORUS
    Ο Iwan Rhys Morus είναι Καθηγητής στο Τµήµα Ιστορίας και Ουαλικής Ιστορίας του Aberystwyth University της Ουαλίας. Πρόσφατα βιβλία του είναι τα The Oxford Illustrated History of Sciences και Nikola Tesla and the Electrical Future.

  • Μεταξύ Λόγου και Εμπειρίας: Κείμενα για την τεχνολογία και την νεωτερικότητα

    Μεταξύ Λόγου και Εμπειρίας: Κείμενα για την τεχνολογία και την νεωτερικότητα

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΡΟΠΗ

    Andrew Feenberg

    Μετάφραση: Γιάννης Περπερίδης

    Φιλολογική Επιμέλεια: Γεωργία Κοφτερίδου

    Σελιδοποίηση: Αντώνης Παπάδης

    ISBN: 978-618-5289-68-3

    Διαστάσεις: 14 Χ 21 cm

    Αριθμός σελίδων: 452

    Τιμή: 19.5€ + ΦΠΑ 6%Περιγραφή

    Ένας πρωτοπόρος φιλόσοφος της τεχνολογίας, o Andrew Feenberg, καλεί για τον δημοκρατικό συγχρονισμό της τεχνολογικής ορθολογικότητας με την καθημερινή εμπειρία. Οι τεχνολογίες, οι αγορές και οι διοικήσεις της σημερινής κοινωνίας της πληροφορίας βρίσκονται σε κρίση. Ερχόμαστε διαρκώς αντιμέτωποι με επαναλαμβανόμενες καταστροφές σε κάθε τομέα: κλιματική κρίση, ενεργειακή ανεπάρκεια, οικονομική κατάρρευση. Το σύστημα έχει διαρραγεί, παρά τα όσα δηλώνουν ότι γνωρίζουν οι τεχνοκράτες σχετικά με την επιστήμη, την τεχνολογία και την οικονομία. Τα εν λόγω προβλήματα διογκώνονται από το γεγονός ότι οι σημερινές παντοδύναμες τεχνολογίες έχουν απρόβλεπτες συνέπειες που διαταράσσουν την καθημερινή ζωή· οι νέοι αφέντες της τεχνολογίας δεν περιορίζονται από τα διδάγματα της εμπειρίας και αντιθέτως επιταχύνουν τη μεταβολή σε σημείο όπου η κοινωνία οδηγείται σε διαρκή αναταραχή.

     

    Στο βιβλίο Μεταξύ Λόγου και εμπειρίας, ο πρωτοπόρος φιλόσοφος της τεχνολογίας Άντριου Φήνμπεργκ αναπτύσσει τη σκέψη της αλληλεξάρτησης του Λόγου -της επιστημονικής γνώσης, της τεχνολογικής ορθολογικότητας – και της εμπειρίας. Ο Φήνμπεργκ εξετάζει διάφορες διαστάσεις της άρρητης σχέσης μεταξύ τεχνολογίας και κοινωνίας από τη σκοπιά της κριτικής θεωρίας της τεχνολογίας, μία προσέγγιση που έχει αναπτύξει ο ίδιος τα τελευταία είκοσι χρόνια. Ο Φήνμπεργκ αναδεικνύει δύο παραδείγματα δημοκρατικής παρέμβασης στην τεχνολογία: το διαδίκτυο (στο οποίο η πρωτοβουλία των χρηστών έχει επηρεάσει τον ίδιο τον σχεδιασμό) και το περιβαλλοντικό κίνημα (στο οποίο η επιστήμη συγχρονίζεται με την διαμαρτυρία και την διαμόρφωση πολιτικών). Εξετάζει μεθοδολογικές εφαρμογές της κριτικής θεωρίας της τεχνολογίας στην περίπτωση του γαλλικού δικτύου υπολογιστών Minitel, καθώς και τη σχέση μεταξύ εθνικής κουλτούρας και τεχνολογίας στην Ιαπωνία. Τέλος, ο Φήνμπεργκ αντλεί από τις φιλοσοφίες της τεχνολογίας στοχαστών όπως ο Χάιντεγκερ, ο Χάμπερμας, ο Λατούρ και ο Μαρκούζε. Η σταδιακή επέκταση της δημοκρατίας στην τεχνολογική σφαίρα, θεωρεί ο Φήνμπεργκ, αποτελεί μία από τις πιο σημαντικές πολιτικές μεταμορφώσεις της εποχής μας.Κριτικές

    O Φήνμπεργκ είναι εξαιρετικός στο να συμφιλιώνει στοχαστές τόσο διαφορετικούς μεταξύ τους όπως ο Μαρξ και ο Χάιντεγκερ, προσεγγίσεις τόσο ενάντιες μεταξύ τους όπως η κοινωνική κατασκευασιοκρατία και ο τεχνολογικός ντετρμινισμός, βιβλιογραφία τόσο αχανή όπως εκείνη για τις Σπουδές Επιστήμης και Τεχνολογίας και εκείνη για την θεωρία της νεωτερικότητας, αλλά και μελέτες πεδίου με εμβέλεια από την Ιαπωνία μέχρι τη Γαλλία.

    – William Rehg, Saint Louis University

    Ο Φήνμπεργκ εξακολουθεί να στηρίζεται και να ανανεώνει τις αρχικές σκέψεις του σχετικά με τη σχέση μεταξύ λόγου και εμπειρίας, μία σχέση που στα χέρια του Φήνμπεργκ λαμβάνει τη μορφή μιας ισχυρής κριτικής απέναντι στις δυστοπικές θεωρήσεις που διαπερνούν το στοχασμό του 21ου αιώνα ως προς το λόγο και την πράξη στη νεωτερικότητα.

    – Graham Mackenzie Simon Fraser University

    Το βιβλίο του Φήνμπεργκ είναι κατάλληλο για εκείνους που ενδιαφέρονται για μια φιλοσοφία της τεχνολογίας που δεν βασίζεται αποκλειστικά ούτε σε μελέτες πεδίου ούτε στη φαινομενολογική παράδοση. Επιπλέον, η εισαγωγή μη-δυτικών οπτικών, όπως η ιαπωνική, είναι αναζωογωνιτική και δείχνει προς το μέλλον των διεθνικών σπουδών σε αυτό το πεδίο.

    – Christian Lotz, Professor of Philosophy at Michigan State University

    Ο Φήνμπεργκ γράφει ξεκάθαρα, οργανώνει τα επιχειρήματά του καλά και προσφέρει μια εξαιρετική παρουσίαση του τρόπου με τον οποίο μπορεί να εφαρμοστεί η κριτική θεωρία της τεχνολογίας. Προτείνω το βιβλίο σε οποιονδήποτε ενδιαφέρεται για το σημείο τομής μεταξύ σπουδών επιστήμης και τεχνολογίας και σύγχρονης φιλοσοφίας.

    – Todd Suomela, Bucknell UniversityΒιογραφικό Συγγραφέα

    Ο Άντριου Φήνμπεργκ είναι συντονιστής έρευνας στον Καναδά (Canada Research Chair) στη Φιλοσοφία της Τεχνολογίας στη Σχολή Επικοινωνίας του πανεπιστημίου Σάιμον Φρέιζερ, στο οποίο είναι διευθυντής του εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Επικοινωνίας και Τεχνολογίας. Έχει διδάξει για πολλά χρόνια στο τμήμα Φιλοσοφίας του πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο, στο πανεπιστήμιο Ντιουκ, στο πανεπιστήμιο του Μπάφαλο, στα πανεπιστήμια της Καλιφόρνια και Ιρβάιν, στη Σορβόννη, στο πανεπιστήμιο Παρί-Ντωφίν, στη Σχολή Κοινωνικών Επιστημών (EHESS) του Παρισιού, καθώς και στο πανεπιστήμιο του Τόκυο και στο πανεπιστήμιο της Μπραζίλια. Είναι ο συγγραφέας των βιβλίων Κριτική Θεωρία της Τεχνολογίας (1991), Εναλλακτική Νεωτερικότητα (1995), Αμφισβητώντας την Τεχνολογία (1999),

  • ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΑΤΟΜΩΝ (ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ): Το ατομικό λέιζερ

    ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΑΤΟΜΩΝ (ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ): Το ατομικό λέιζερ

    Καλλιτεχνική απεικόνιση της κατανομής ταχυτήτων σε ένα ατομικό λέιζερ. Βαρελάς Τάκης / Ατομικό Λέιζερ / Τέμπερα 12cm X 17cm, 300 gr.Στο πρώτο μέρος αυτού του αφιερώματος εστιάσαμε στην ιστορική ανασκόπηση των θεωρητικών και πειραματικών εργασιών πάνω στα κβαντικά αέρια καθώς και σε μια περίληψη των βασικών τους ιδιοτήτων (εδώ). Σε αυτό το άρθρο θα αναφερθούμε σε μια άκρως σημαντική εφαρμογή των κβαντικών αερίων που είναι το ατομικό «λέιζερ». Πρόκειται για μια διάταξη η οποία μπορεί να μας δώσει σύμφωνες, μονοχρωματικές δέσμες ατόμων σε αναλογία με τις σύμφωνες και μονοχρωματικές δέσμες φωτός των οπτικών λέιζερ.  Θα συνιστούσαμε στον αναγνώστη να διαβάσει το πρώτο μέρος ώστε να μπορεί να κατανοήσει καλύτερα το περιεχόμενο αυτού του άρθρου. ΤΟ ΑΤΟΜΙΚΟ «ΛΕΪΖΕΡ»

    Η μετάβαση των ατόμων του αερίου από την αταξία της αέριας φάσης (θερμικό αέριο) στην «πειθαρχημένη» συμπεριφορά ενός συμπυκνώματος Bose-Einstein (BE) μπορεί να συγκριθεί με την μετατροπή του ασύμφωνου φωτός σε μια δέσμη φωτός λέιζερ. Αυτή η αναλογία μας οδηγεί απευθείας στον ορισμό του ατομικού «λέιζερ»: πρόκειται για μια διάταξη η οποία παράγει μια δέσμη από άτομα που έχουν «δραπετεύσει» από ένα παγιδευμένο συμπύκνωμα BE (Robins et al, 2013). Η δέσμη ατόμων έχει σύμφωνο (coherent) και μονοενεργειακό χαρακτήρα, εφόσον τα άτομα βρίσκονται όλα στην ίδια κβαντική κατάσταση, καθώς και υψηλή πυκνότητα ροής σωματιδιών.

    Η συμφωνία αφορά την λεγόμενη συμφωνία φάσης. Στην περίπτωση μιας δέσμης λέιζερ αυτό σημαίνει πως τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που την αποτελούν «…ακολουθούν το ένα το άλλο με τάξη όπως τα κύματα στην ακτή όταν έχει πέσει ο αέρας και το νερό αρχίζει να ησυχάζει σε αντίθεση με τα κύματα όταν έχει θύελλα.» (Λαμπρόπουλος, 1993). Ακριβώς το ίδιο χαρακτηριστικό φέρουν και τα επιμέρους υλικά κύματα που συνιστούν τη δέσμη ενός ατομικού λέιζερ. Κύματα σε συμφωνία φάσης μπορούν να δώσουν φαινόμενα συμβολής.

    Ο μονοενεργειακός χαρακτήρας του «λέιζερ» ατόμων είναι ανάλογος της μονοχρωματικότητας σε ένα οπτικό λέιζερ. Τα φωτόνια του λέιζερ έχουν στην συντριπτική τους πλειοψηφία μια κεντρική (ονομαστική) συχνότητα ενώ υπάρχει και ένας μικρός αριθμός από αυτά με συχνότητες πολύ κοντά στην κεντρική. Σε μια πιο θεωρητική «γλώσσα» λέμε πως οι συχνότητες παρουσιάζουν μια πολύ μικρή διασπορά γύρω από την ονομαστική συχνότητα. Παρομοίως, σε ένα ατομικό λέιζερ, η πλειοψηφία των ατόμων έχουν μια κοινή ταχύτητα ενώ ένας μικρός αριθμός ατόμων έχει διαφορετικές ταχύτητες από αυτήν.

    Σε ένα λέιζερ η υψηλή του ένταση εξασφαλίζεται από το γεγονός πως ένας τεράστιος αριθμός φωτονίων (ως μποζόνια) μπορούν να καταλάβουν την ίδια κατάσταση. Ακριβώς με ανάλογο τρόπο επιτυγχάνεται η διαμόρφωση μιας δέσμης ατομικού λέιζερ όπου με τη βοήθεια της συμπύκνωσης BΕ μπορούμε να επιτύχουμε την τοποθέτηση ενός μεγάλου αριθμού ατόμων στην ίδια κβαντική κατάσταση.

    ΤΑ ΜΕΡΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΙΚΟΥ ΛΕΪΖΕΡ

    Η λειτουργία του γνωστού μας οπτικού λέιζερ απαιτεί ουσιαστικά τέσσερα πράγματα: μια οπτική κοιλότητα, ένα ενεργό μέσο, ένα μηχανισμό άντλησης (optical pumping) και ένα μηχανισμό εξόδου του φωτός από την κοιλότητα (Εικ. 1). Μέσα στην κοιλότητα ένας τεράστιος αριθμός ατόμων του ενεργού μέσου αλληλεπιδρά με τα στοιχειώδη σωμάτια που αποτελούν το φως γνωστά ως φωτόνια. Η κοιλότητα αποτελείται ουσιαστικά από  δύο κάτοπτρα με πολύ υψηλή ανακλαστικότητα πάνω στα οποία ανακλώνται τα φωτόνια πολλές φορές. Οι πολλαπλές ανακλάσεις αναγκάζουν τα φωτόνια να αλληλεπιδρούν συνεχώς με τα άτομα του ενεργού μέσου στην κοιλότητα με αποτέλεσμα τη συνεχή παραγωγή, μέσω εξαναγκασμένων εκπομπών, νέων φωτονίων. Η εξαναγκασμένη εκπομπή, όπως έχουμε αναφέρει σε προηγούμενο μας άρθρο παράγει φωτόνια με την ίδια συχνότητα, πόλωση, και κατεύθυνση διάδοσης με το φωτόνιο που την προκάλεσε (εδώ). Τα φωτόνια αυτά, όπως προαναφέραμε, έχουν επίσης και την ίδια φάση, δηλαδή τα ηλεκτρομαγνητικά τους πεδία  «ταλαντώνονται» συγχρονισμένα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι η αύξηση  του αριθμού των φωτονίων δηλαδή η ενίσχυση της δέσμης που κυκλοφορεί μέσα στην κοιλότητα. Στο σχεδιασμό και την κατασκευή του λέιζερ φροντίζουμε το ένα από τα κάτοπτρα να μην είναι πλήρως ανακλαστικό ώστε τα φωτόνια να κατορθώνουν να «δραπετεύουν» από την κοιλότητα και να μας δώσουν τη γνωστή μας μονοχρωματική δέσμη λέιζερ.Εικόνα 1: Σύγκριση του ατομικού «λέιζερ» με το οπτικό λέιζερ. Σε ένα οπτικό λέιζερ (δεξιά), η παγίδα φτιάχνεται από υλικά κάτοπτρα και τα φωτόνια χαρακτηρίζονται από μια συγκεκριμένη συχνότητα. Στο ατομικό «λέιζερ» οι ρόλοι αντιστρέφονται: μια ηλεκτρομαγνητική παγίδα περιορίζει υλικά κύματα. Και στις δύο διατάξεις υπάρχουν μηχανισμοί εξόδου των κυμάτων στον ελεύθερο χώρο.Για την κατασκευή ενός «λέιζερ» ατόμων υπάρχουν ανάλογοι μηχανισμοί με αυτούς που χρειάζονται για την κατασκευή του οπτικού λέιζερ. Το ρόλο της κοιλότητας τον παίζει μια παγίδα ατόμων, ένας μηχανισμός ο οποίος, αξιοποιώντας δυνάμεις που ασκούν μη ομογενή μαγνητικά  πεδία ή εστιασμένες δέσμες λέιζερ πάνω στα άτομα, τα περιορίζει σε μια περιοχή του χώρου. Μια άλλη επιλογή είναι ο περιορισμός των ατόμων ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα ατόμων, κατ’ αναλογίαν με μια κοιλότητα στην περίπτωση του φωτός ή και η χρήση ενός ατομικού τραμπολίνου, δηλαδή ενός μόνο κατόπτρου πάνω στο οποίο τα άτομα ανακλώνται και επιστρέφουν σε αυτό εξαιτίας της βαρύτητας. Η αλληλεπίδραση που προκαλεί την ανάκλαση των ατόμων σε αυτά τα κάτοπτρα είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσης και θα αναφερθούμε αναλυτικά σε αυτήν στο τρίτο μέρος αυτού του αφιερώματος.

    Το επόμενο που απαιτείται είναι να εξασφαλιστεί η τοποθέτηση ενός τεράστιου αριθμού ατόμων στην ίδια κατάσταση μέσα σε μια κοιλότητα – το ανάλογο της παρουσίας πολυάριθμων φωτονίων με την ίδια συχνότητα, πόλωση, φάση και κατεύθυνση διάδοσης. Η συμπύκνωση Bose-Einstein, μια κατ’ ουσίαν εξαναγκασμένη μεταβολή φάσης και ενίσχυσης υλικών κυμάτων, όπως θα εξηγήσουμε στη συνέχεια,  έδωσε τη λύση σε αυτό το πρόβλημα καθώς ένας πολύ μεγάλος αριθμός μποζονικών ατόμων (όπως ρουβίδιο-87, νάτριο-23, κάλιο-39 και κέσιο-137) μπορεί να εποικίσει την ίδια κβαντική κατάσταση.

    Το τελευταίο πρόβλημα το οποίο έπρεπε να αντιμετωπιστεί ήταν η επινόηση ενός μηχανισμού ώστε τα άτομα να “δραπετεύουν” συντεταγμένα από την παγίδα, διαμορφώνοντας μια δέσμη, και στην συνέχεια με αυτή την μορφή να διαδίδονται στο χώρο. Ένας απλός, αλλά «άκομψος» τρόπος, θα ήταν να καταστρέψουμε την παγίδα/κοιλότητα απενεργοποιώντας τα πεδία που τη δημιουργούν και να αφήσουμε το συμπύκνωμα να εκτελέσει μια ελεύθερη πτώση. Με αυτό τον τρόπο όλα τα άτομα θα αποτελούσαν μέρος ενός μοναδικού παλμού. Οι ερευνητές έχουν επιλέξει πιο συντεταγμένους τρόπους. Ο πιο συνήθης από αυτούς είναι η εφαρμογή ηλεκτρομαγνητικών πεδίων σε ραδιοσυχνότητες με τα οποία μεταβάλουμε τις μαγνητικές ιδιότητες των ατόμων με αποτέλεσμα να μην μπορούν να συγκρατηθούν στην παγίδα και να δραπετεύουν αργά από αυτή σχηματίζοντας τη δέσμη του ατομικού λέιζερ. Η τεχνική αυτή – γνωστή ως τεχνική των μαγνητικών καθρεπτών – δημοσιοποιήθηκε τον Ιούλιο του 1996 (Mewes et al, 1997). Χρησιμοποιώντας διάφορες παραλλαγές αυτής της τεχνικής μπορούμε να κατασκευάσουμε ατομικά λέιζερ με συνεχή ή παλμική δέσμη κατ’ αναλογία με τα οπτικά λέιζερ.

    Η κατασκευή του ατομικού «λέιζερ», τελικά, πραγματοποιήθηκε το Νοέμβριο του 1996. Η δέσμη ατόμων η οποία επιτεύχθηκε ήταν λεπτή όσο μια τρίχα από τα μαλλιά μας και διαδιδόταν με ταχύτητα περίπου έξι εκατοστά το δευτερόλεπτο (Mewes et al, 1997). Για την ιστορία, και όχι μόνο, αξίζει να αναφέρουμε ότι τα συγκεκριμένα ερευνητικά προγράμματα χρηματοδοτήθηκαν από κονδύλια της Εθνικής Υπηρεσίας Αεροναυτικής και Διαστήματος (NASA) καθώς και του Γραφείου Ναυτικών Ερευνών των ΗΠΑ.

    Ο σύμφωνος χαρακτήρας της δέσμης του ατομικού λέιζερ επιβεβαιώθηκε από το γεγονός πως από αυτήν τη δέσμη μπορούμε να προκαλέσουμε φαινόμενα συμβολής σε πλήρη αναλογία με τα φαινόμενα συμβολής φωτός που μπορούμε να δημιουργήσουμε με μια δέσμη λέιζερ (Andrews et al, 1997). Ένα τέτοιο παράδειγμα φαίνεται στην Εικ.2 όπου η δέσμη ενός ατομικού λέιζερ διαχωρίζεται σε δύο μέρη, τα οποία επιταχύνονται με την επίδραση της βαρύτητας και μετά από λίγο συμβάλουν δίνοντας μας τους χαρακτηριστικούς κροσσούς που είναι το πειραματικό αποτύπωμα της συμβολής. Η απόσταση των κροσσών είναι ίση με το μισό του μήκους κύματος de Broglie των ατομικών κυμάτων. Πριν το πείραμα οι επιστήμονες ήταν αρκετά επιφυλακτικοί για το κατά πόσο  τα ατομικά κύματα θα διατηρούσαν τη συμφωνία τους μετά την έξοδό τους από την ατομική παγίδα. Ο λόγος ήταν  αφενός οι κρούσεις μεταξύ των ατόμων του συμπυκνώματος και αυτών που δεν είχαν προσχωρήσει στο συμπύκνωμα και παρέμεναν σε θερμική κατάσταση και αφετέρου οι κρούσεις μεταξύ των ατόμων των δύο διαχωρισμένων συμπυκνωμάτων. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν μια ευχάριστη έκπληξη για την ερευνητική κοινότητα.Εικόνα 2: Ένα πείραμα συμβολής με συμπυκνώματα Bose-Einstein. Ένα αέριο ατόμων αρχικά επιβραδύνεται και παγιδεύεται. Στη συνέχεια μεταφέρεται σε μια παγίδα με δύο πηγάδια δυναμικού, σε απόσταση 40 μm μεταξύ τους, όπου και δημιουργούνται δύο συμπυκνώματα. Tα συμπυκνώματα απελευθερώνονται από τις παγίδες στις οποίες δημιουργήθηκαν επιταχύνονται από τη βαρύτητα και αποκτούν επιμήκη μορφή. Μετά από χρόνο 40 ms τα δύο μέρη συμβάλλουν μερικώς. Στην περιοχή της συμβολής εμφανίζονται κροσσοί συμβολής από υλικά κύματα με περίοδο 15 μm. Η εικόνα δεξιά είναι απεικόνιση της περιοχής στην οποία λαμβάνει χώρα η συμβολή των δύο συμπυκνωμάτων. (Ευγενική προσφορά της ερευνητικής ομάδας του W. Ketterle στον συγγραφέα και το InS)Αν θέλαμε να είμαστε επιστημονικά ακριβείς, η εμφάνιση φαινομένων συμβολής είναι ένδειξη της λεγόμενης συμφωνίας πρώτης τάξης (first order coherence). Στη φυσική του λέιζερ με τον όρο αυτό εννοούμε πως η μέτρηση της φάσης του πεδίου σε ένα σημείο του χώρου μια δεδομένη χρονική στιγμή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψουμε την τιμή της φάσης σε ένα άλλο σημείο. Η συμφωνία μιας δέσμης λέιζερ προϋποθέτει την ύπαρξη συμφωνίας σε ανώτερες τάξεις. H συμφωνία μιας ανώτερης τάξης, για παράδειγμα δεύτερης, τρίτης, και ούτω καθεξής, είναι ένα μέτρο της πιθανότητας να ανιχνεύουμε σε ένα πείραμα ταυτόχρονα (ή σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και απόσταση) δύο, τρία ή περισσότερα φωτόνια. Σε ένα λέιζερ η συμφωνία ανωτέρων τάξεων είναι ένδειξη πως οι διακυμάνσεις στην έντασή του είναι πολύ μικρότερες από ότι σε μια θερμική δέσμη φωτός με την ίδια ένταση. Το ανάλογο της έντασης του φωτός και των διακυμάνσεών της σε ένα συμπύκνωμα BE είναι η πυκνότητα των ατόμων και οι αντίστοιχες διακυμάνσεις της. Το πείραμα έδειξε την ύπαρξη συμφωνίας δεύτερης και τρίτης τάξης στο ατομικό λέιζερ (Burt et al, 1997) και επί της ουσίας νομιμοποίησε τον όρο ατομικό λέιζερ.

    Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΕ ΕΝΑ ΑΤΟΜΙΚΟ ΛΕΪΖΕΡ

    Όλες οι ιδιότητες του οπτικού λέιζερ είναι αποτέλεσμα της εξαναγκασμένης εκπομπής φωτονίων. Η λειτουργία του ατομικού λέιζερ βασίζεται στη συμπύκνωση BE η οποία είναι και αυτή μια εξαναγκασμένη διαδικασία. Όπως είχαμε περιγράψει στο πρώτο άρθρο βασικό ρόλο στη συμπύκνωση παίζουν οι ελαστικές κρούσεις (σκεδάσεις) μεταξύ των ατόμων. Σε ένα σύνηθες αέριο οι ελαστικές κρούσεις μεταξύ των ατόμων έχουν σαν αποτέλεσμα την σκέδαση των ατόμων σε ένα τεράστιο πιθανό αριθμό κβαντικών καταστάσεων. Όταν όμως φτάσουμε στην κρίσιμη θερμοκρασία στην οποία αρχίζει η συμπύκνωση, (δείτε πρώτο μέρος), η σκέδαση γίνεται προς την χαμηλότερη (θεμελιώδη) ενεργειακή κατάσταση των ατόμων μέσα στην παγίδα. Πρόκειται για ένα στάδιο εντελώς ανάλογο του κατωφλίου λειτουργίας σε ένα λέιζερ. Είναι η ίδια η παρουσία του συμπυκνώματος που οδηγεί (εξαναγκάζει) τη σκέδαση προς τη θεμελιώδη κατάσταση και την «ένταξη» ενός ατόμου στο συμπύκνωμα. Για παράδειγμα, σε ένα λέιζερ τα άτομα εκπέμπουν εξαναγκασμένα φωτόνια σε έναν τρόπο ή ρυθμό (mode) της κοιλότητας με συχνότητα Γο(k+1), όπου Γο η συχνότητα αυθόρμητης εκπομπής (εκπομπή στο ηλεκτρομαγνητικό κενό) και k o αριθμός φωτονίων στον συγκεκριμένο ρυθμό της οπτικής κοιλότητας. Σε ένα συμπύκνωμα τα άτομα σκεδάζονται προς τη θεμελιώδη κατάσταση της παγίδας με συχνότητα ΓS(k+1), όπου ΓS η συχνότητα σκέδασης προς την θεμελιώδη κατάσταση όταν αυτή είναι κενή από άτομα και k ο αριθμός των ατόμων που ήδη έχουν συμπυκνωθεί σε αυτήν.

    Οι αναλογίες ανάμεσα σε ένα ατομικό και σε ένα οπτικό λέιζερ.

    ΟΙ ΔΙΑΦΟΡΕΣ

    Οι αναλογίες  του ατομικού «λέιζερ» με το γνωστό μας οπτικό λέιζερ δεν θα πρέπει να μας οδηγούν σε ταύτιση των δύο μηχανισμών. Υπάρχουν μεταξύ τους πολύ σημαντικές διαφορές.

    Πρώτα απ’ όλα μια δέσμη φωτός λέιζερ μπορεί να ενισχυθεί με την, κατά βούληση, δημιουργία νέων φωτονίων δαπανώντας ενέργεια που παρέχεται στο σύστημα από τον μηχανισμό άντλησης. Στην περίπτωση του ατομικού «λέιζερ» αυτό δεν είναι δυνατόν γιατί δεν μπορούμε να δημιουργήσουμε νέα άτομα – ο αριθμός τους παραμένει δεδομένος. Αυτό έχει μια βαθύτερη και ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα φυσική συνέπεια. Ένα ατομικό λέιζερ που βασίζεται στη συμπύκνωση Bose-Einstein ουσιαστικά λειτουργεί σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας: στο συμπύκνωμα οδηγούμαστε απλά επιβραδύνοντας διαρκώς τα άτομα του αερίου. Κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία η φύση μεγιστοποιεί την εντροπία δημιουργώντας το συμπύκνωμα Bose-Einstein. Στην περίπτωση των φωτονίων τα πράγματα είναι διαφορετικά. Το αντίστοιχο των ατόμων ενός θερμικού αερίου, με την τεράστια ποικιλία ταχυτήτων είναι τα φωτόνια σε μια κοιλότητα μέλανος σώματος, σε απόλυτη θερμοκρασία Τ. Τα φωτόνια αυτά χαρακτηρίζονται από μια τεράστια ποικιλία συχνοτήτων και ενεργειών. Σε μια τέτοια κοιλότητα, σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας υπό απόλυτη θερμοκρασία Τ, η ενέργεια που εκπέμπεται  είναι ανάλογη του παράγοντα Τ 4 , σύμφωνα με τον νόμo των Stefan–Boltzmann. Συνεπώς καθώς η θερμοκρασία τείνει στο απόλυτο μηδέν η κοιλότητα δεν εκπέμπει ενέργεια ούσα άδεια από φωτόνια. Αυτός είναι ο τρόπος που η φύση μεγιστοποιεί την εντροπία σε ένα σύστημα όταν ο αριθμός των σωματιδίων δεν παραμένει σταθερός. Συνεπώς δεν μπορούμε να δημιουργήσουμε φως λέιζερ με μια απλή «ψύξη» του «χαοτικού» φωτός ενός μέλανος σώματος. Η δημιουργία του οπτικού λέιζερ βασίζεται σε άλλα φαινόμενα όπως η οπτική άντληση και η αναστροφή πληθυσμού (population inversion).

    Μια άλλη διαφορά είναι πως το λέιζερ μπορεί να λειτουργεί σε έναν ρυθμό ανώτερης τάξης της οπτικής κοιλότητας σε αντίθεση με το ατομικό λέιζερ που τα άτομα καταλαμβάνουν τη θεμελιώδη κατάσταση της ατομικής παγίδας (Εικ. 3). Υπό αυτή την έννοια το ατομικό λέιζερ ομοιάζει περισσότερο σε ένα μέιζερ (maser) το οποίο λειτουργεί στη θεμελιώδη κατάσταση μιας κοιλότητας μικροκυμάτων.

    Εικόνα 3: Αριστερά, οι διαφορετικοί τρόποι ή ρυθμοί (modes) που αναπτύσσονται σε μια ταλάντωση ενός κύματος μέσα σε μια μονοδιάστατη κοιλότητα μήκους L. Στην εικόνα (β) βλέπουμε το θεμελιώδη ρυθμό ενώ στις (γ) και (δ) βλέπουμε τον πρώτο και δεύτερο διεγερμένο ρυθμό αντίστοιχα. Ένα λέιζερ μπορεί να λειτουργεί και σε διεγερμένο ρυθμό. Δεξιά, η κατανομή πιθανότητας της θέσης ενός παγιδευμένου ατόμου στην θεμελιώδη και την πρώτη διεγερμένη κατάσταση. Ένα ατομικό λέιζερ λειτουργεί στην θεμελιώδη κατάσταση.Η επόμενη βασική διαφορά που πρέπει να αναφέρουμε οφείλεται στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων  γεγονός που επιφέρει προβλήματα στη συνοχή της ατομικής δέσμης κάτι που δεν συμβαίνει με τα φωτόνια του οπτικού λέιζερ τα οποία ουσιαστικά δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα μια δέσμη ατομικού λέιζερ μπορεί να ταξιδέψει μόνο σε μικρές αποστάσεις και αυτές σε συνθήκες απόλυτου κενού γιατί τα άτομα συγκρούονται είτε μεταξύ τους είτε με τα μόρια του περιβάλλοντος χώρου και καταστρέφουν τη μορφή της δέσμης. Αντίθετα, η  δέσμη ενός οπτικού λέιζερ μπορεί να ταξιδεύει σε τεράστιες αποστάσεις διατηρώντας την συνοχή και την κατευθυντικότητά της υπό την προϋπόθεση ότι δεν διατρέχει υλικά μέσα που την απορροφούν ή αλληλεπιδρούν ισχυρά με τα φωτόνια της δέσμης. Τέλος, δεν θα πρέπει να ξεχνάμε ότι τα άτομα έχουν μάζα, άρα και βάρος, με αποτέλεσμα η επίδραση του βαρυτικού πεδίου να τα παρασύρει πάντα προς τα κάτω, συμβάλλοντας και αυτή, με τη σειρά της, στην  παραμόρφωση της δέσμης. Όλοι αυτοί οι λόγοι περιορίζουν το χρόνο ζωής ενός ατομικού λέιζερ σε μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου. Οι ερευνητές στην προσπάθειά τους να αμβλύνουν την επίδραση όλων αυτών των προβλημάτων εφαρμόζουν διαδοχικές επιβραδύνσεις στα ατομικά αέρια με τελικό αποτέλεσμα να έχουμε ατομικά λέιζερ σε παλμική μορφή και όχι συνεχή.  Μόλις πρόσφατα ανακοινώθηκε μια τεχνική η οποία εξασφαλίζει τη συνεχή διατήρηση της συμφωνίας μιας δέσμης ατομικού λέιζερ μέσω συνεχούς συμπύκνωσης Bose-Einstein κατά τη διάδοσή της (Chen et al, 2022).

    Όπως το λέιζερ οδήγησε στην ανάπτυξη του κλάδου της Κβαντικής Οπτικής έτσι και το ατομικό λέιζερ έδωσε νέα ώθηση στην Ατομική Οπτική η οποία θα αποτελέσει το θέμα του επόμενου (τρίτου) μέρους αυτού του αφιερώματος.

    ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Η κεντρική εικόνα του άρθρου αποτελεί καλλιτεχνική προσαρμογή εικόνας από τον σύνδεσμο https://www.rle.mit.edu/cua_pub/ketterle_group/Nice_pics.htm. Η προσαρμογή έγινε από τον ζωγράφο Παναγιώτη (Τάκη) Βαρελά, μέλος του ΔΣ του Εθνικού Μουσείου Σύγχρονης Τέχνης (ως εκπρόσωπος του Επιμελητήριου Εικαστικών Τεχνών Ελλάδας). Η συντακτική επιτροπή του InS ευχαριστεί τον κ. Βαρελά για την προσφορά του. Η εικόνα αναπαριστά την κατανομή ταχυτήτων σε ένα παλμικό (μη συνεχούς δέσμης) λέιζερ.ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

    Ξανθόπουλος, Β., 1990. Αστέρια: Η ζωή και ο θάνατός τους. Στο Ε. Ν. Οικονόμου, επιμ. Η ΦΥΣΙΚΗ ΣΗΜΕΡΑ ΙΙ. ΟΙ ΔΕΚΑ ΚΛΙΜΑΚΕΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ. Ηράκλειο: Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, σ. 297. https://www.cup.gr/book/i-fisiki-simera-tomos-ii/

    Λαμπρόπουλος, Π. 1993. Laser: Το φως που καίει; Σε Η ΦΥΣΙΚΗ ΣΗΜΕΡΑ ΙΙ. ΟΙ ΔΕΚΑ ΚΛΙΜΑΚΕΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ. Επιμέλεια από Οικονόμου, Ε., Ν. Ηράκλειο: ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ, σ. 90.

    Andrews, M., R., Townsend, C., G., Miesner, H.-J., Durfee, D., S.,and Ketterle, W., 1997. Observation of Interference Between Two Bose Codensates. Science 275, 637-641. https://www.rle.mit.edu/cua_pub/ketterle_group/Projects_1997/Pubs_97/andr97-Science_int.pdf

    Burt, E., A., Ghrist, R., W., Myatt, C., M., Holland, M., J., Cornell, E., A., Wieman, C., E., 1997. Coherence, Correlations, and Collisions: What One Learns about Bose-Einstein Condensates from Their Decay.Phys. Rev. Lett. 79, 337-340. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.337

    Chen, C.-C., Escudero, R., G., Minar, J., Pasquiou, B., Bennetts, S., and Schreck, F., 2022. Continuous Bose-Einstein condensation. Nature 606, 683-687. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04731-z

    Mewes, M.- O., Andrews, M., R.,  Kurn, D., M.,   Durfee, D., S.,  Townsend, C., G.,  and Ketterle, W., 1997. Output Coupler for Bose-Einstein Condensed Atoms. Physical Review Letters 78, 582-585. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.582

    Robins, N., P., Altin, P., A.,   Debs, J., E., and Close, J. D., 2013. Atom lasers: Production, properties and prospects for precision inertial measurement. Physics Reports 529, Issue 3, 265–296. 10.1016/j.physrep.2013.03.006

  • TO ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΛΑΘΟΣ ΤΟΥ ΑΪΝΣΤΑΪΝ

    TO ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΛΑΘΟΣ ΤΟΥ ΑΪΝΣΤΑΪΝ

    Η απομόνωση στο Πρίνστον και η πίστη σε έναν Θεό που δεν παίζει ζάρια

    ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΤΡΑΥΛΟΣ

    DAVID BODANIS

    Μετάφραση: Κωνσταντίνα Γεωργούλια«Αϊνστάιν, σταμάτα να λες στον Θεό τι να κάνει!»«Είμαι πεπεισμένος ότι Εκείνος δεν παίζει ζάρια με το Σύμπαν».Οι δύο άντρες είχαν εντελώς διαφορετικές απόψεις – όχι μόνο για το πώς λειτουργούσε το Σύμπαν, αλλά και για τις ικανότητές τους να διακρίνουν τις θείες λειτουργίες του. Μόνο ο ένας τους είχε δίκιο.

    Αυτή η πεποίθηση ήταν που απομόνωσε τον τιτάνα της επιστήμης από το συναρπαστικό έργο της νέας γενιάς των κβαντικών φυσικών και κατέστρεψε τη φήμη του. Ο ιδιοφυής Αϊνστάιν θα μπορούσε να αλλάξει τον Κόσμο και πάλι, όμως είχε στυλώσει τα πόδια και κατέπνιγε τη δύναμη της δημιουργικής του διαίσθησης.

    Πώς συνέβη αυτό; Πώς η διάνοια φτάνει στο αποκορύφωμά της, πώς μετατρέπεται σε υπεροψία και πώς εξασθενεί; Πώς διαχειριζόμαστε την αποτυχία και τα γηρατειά; Πώς χάνουμε τη συνήθεια της εμπιστοσύνης και πώς μπορούμε να την ανακτήσουμε;

    Μια γλαφυρή αφήγηση με εκπληκτικό σασπένς, γεμάτη συναρπαστικά και προκλητικά ανέκδοτα στοιχεία για τον διάσημο φυσικό στον οποίο χρωστάμε τόσα πολλά, αλλά κυρίως για τα πόσα περισσότερα θα είχε πετύχει αν μπορούσε να τιθασεύσει τα υπερβολικά ανθρώπινα ελαττώματά του.

    Ο πρώτης τάξεως εκλαϊκευτής της επιστήμης Ντέιβιντ Μποντάνις, συγγραφέας του best seller E=mc2, εντοπίζει το τόξο της πνευματικής ανάπτυξης του Αϊνστάιν σε όλη την επαγγελματική και προσωπική του ζωή, δείχνοντας πώς η ανυπέρβλητη διαίσθησή του αποδείχτηκε η μεγαλύτερη δύναμή του αλλά και η απόλυτη ανατροπή του.

    Η μεγαλύτερη ιδιοφυΐα όλων των εποχών, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, στις τελευταίες δεκαετίες της ζωής του, αγνοήθηκε από τους περισσότερους επιστήμονες, με τις ιδέες του να αντιτίθενται ακόμη και από τους πιο στενούς του φίλους.

    Η φαντασία και η αυτοπεποίθηση του Αϊνστάιν τον έκαναν να αποκαλύψει τη δομή του Σύμπαντος, όμως όταν προσπάθησε να κατανοήσει τις νεότερες αποκαλύψεις στον τομέα της κβαντικής μηχανικής, αυτά τα ίδια χαρακτηριστικά υπονόμευσαν την αναζήτησή του για την απόλυτη αλήθεια.ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ


    Ο Ντέιβιντ Μποντάνις γεννήθηκε στο Σικάγο του Ιλινόι και ήταν το έκτο παιδί –επιτέλους, το αγόρι, ύστερα από πέντε κορίτσια– μιας πολύτεκνης οικογένειας μεταναστών. Αποφοίτησε από το Πανεπιστήμιο του Σικάγου με πτυχίο στα μαθηματικά και το 1977 μετακόμισε στην Ευρώπη για να εργαστεί στο Παρίσι ως ρεπόρτερ επιστημονικών θεμάτων για την εφημερίδα International Herald Tribune.

    Το 1982 ξεκίνησε τη συγγραφική καριέρα του, μέσα από την οποία αναδείχτηκε αμέσως το ταλέντο του να περιγράφει και να εξηγεί την επιστήμη πίσω από κάθε φαινόμενο της καθημερινής ζωής.

    Το περιοδικό Publishers Weekly, χαρακτήρισε τον Μποντάνις ως έναν πρώτης τάξεως εκλαϊκευτή, ενώ ένας συγγραφέας του Economist δήλωσε πως «η δροσερή, συχνά ποιητική πεζογραφία του κάνει ακόμη και τα πιο περίπλοκα θέματα να φαίνονται προσιτά στους μη ειδικούς αναγνώστες».

    Το 1990 αποφάσισε να μετακομίσει στο Λονδίνο και να αποπειραθεί να  κατακτήσει ακαδημαϊκή θέση στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Ξεκίνησε ως ανώτερο συνεργαζόμενο μέλος στο Κολέγιο St. Antony’s του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και πολύ σύντομα έγινε δεκτός στο τμήμα κοινωνικών σπουδών στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, όπου δίδαξε σε μεταπτυχιακούς φοιτητές Ιστορία της Ανθρώπινης Δημιουργίας, μέσα από ένα μάθημα δικής του επινόησης με τίτλο «Η εργαλειοθήκη του διανοούμενου».Το συγκεκριμένο μάθημα είχε μεγάλη απήχηση στους φοιτητές και σύντομα πλήθος προπτυχιακών φοιτητών δήλωσαν την προτίμησή τους να παρακολουθήσουν τη διδασκαλία του Μποντάνις, κάτι που του έδωσε εξέχουσα θέση και έναν καλό μισθό στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

    Τα βιβλία του καλύπτουν πλήθος θεματικών, από την ιστορία του ηλεκτρισμού μέχρι την ειδική σχετικότητα. Ανάμεσά τους περιλαμβάνονται τα ευπώλητα Ηλεκτρικό Σύμπαν (εκδοτικός οίκος Λιβάνης), Η βιογραφία της πιο διάσημης εξίσωσης στον κόσμο – E=mc² (εκδοτικός οίκος Λιβάνης), The Secret House: Twenty-four Hours in the Strange and Unexpected World  in Which We Spend Our Nights and Days, και το έργο με το οποίο ξεκίνησε τη  συγγραφική καριέρα του The Body Book: A Fantastic Voyage to the World Within.

    Σήμερα, ο Μποντάνις είναι ένας βραβευμένος συγγραφέας και ακαδημαϊκός της Οξφόρδηςμε ειδίκευση στις γεωπολιτικές τάσεις. Κάνει πολύ συχνά ομιλίες για διάφορα θέματα που ενδιαφέρουν τους νέους επιχειρηματίες, τους φοιτητές  και, γενικώς, την κοινότητα των επιστημόνων.

    Η ικανότητά του να μελετά περίπλοκα θέματα και να τα απεικονίζει μέσα από συναρπαστικές, διορατικές ιστορίες, τον έχει καταστήσει εξαιρετικά χρήσιμο σύμβουλο επιχειρήσεων και οργανισμών. Εξετάζει οτιδήποτε, από τις μεταφορές μέχρι την τεχνολογία και την ενέργεια, την οικονομία και την κλιματική αλλαγή  μέσα από το πρίσμα των ιστορικών γεγονότων και των ανακαλύψεων. Αντλώντας πληροφορίες από σχεδόν 900 πολυεθνικές εταιρείες, εξετάζει τις στρατηγικές που επιτρέπουν σε επιχειρήσεις και οργανισμούς να επιβιώνουν, να αναπτύσσονται και να καινοτομούν, διατηρώντας τους επιχειρηματικούς στόχους τους, τα ιδεώδη και την ιστορία τους. Εκτός από την ανάπτυξη και την καινοτομία, ο Μποντάνις αποπειράται απαντήσεις σε θεμελιώδη επιχειρηματικά ερωτήματα. Πώς εξισορροπεί μια εταιρεία την επιβίωση με την απόδοση; Πώς μπορεί να ελεγχθεί το κόστος χωρίς να επηρεαστούν οι μακροπρόθεσμες σχέσεις με τους πελάτες και το προσωπικό; Και τι σημαίνει η αναταραχή της παγκόσμιας χρηματοπιστωτικής κρίσης για την παγκοσμιοποίηση στο σύνολό της; Σήμερα, μέσα από τη διδασκαλία και τη συγγραφή, ο Ντέιβιντ Μποντάνις βοηθά ομάδες φοιτητών και νέων επιχειρηματιών να προβλέψουν τις μελλοντικές τάσεις στην τεχνολογία, οραματιζόμενος τον εργασιακό και επιχειρηματικό κόσμο του αύριο.”

  • OI ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ

    OI ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ

    Ο βίος και τα επιτεύγματα σπουδαίων μαθηματικών, από τον Ζήνωνα έως τον Poincaré (ενιαίος τόμος)

    ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

    ERIC TEMPLE BELL

    Μετάφραση: Μανώλης Μαγειρόπουλος Νικηφόρος ΣταματάκηςΤί είδους άνθρωποι ήταν αυτοί που δημιούργησαν τα μαθηματικά, από τους αρχαίους Έλληνες έως τον Poincaré; Mε έμφαση στην προσωπικότητα των μεγάλων αυτών μαθηματικών, με γλαφυρότατες αναφορές στο πνεύμα της κάθε εποχής και στο κοινωνικό, πολιτικό, φιλοσοφικό ή θρησκευτικό πλαίσιο στο οποίο γεννήθηκαν και αναπτύχθηκαν οι μεγάλες μαθηματικές ιδέες, άλλοτε με την ενθάρρυνση, συχνότερα όμως με την εχθρότητα ή η στενοκεφαλιά αυτού του κοινωνικού περιγύρου, στο βιβλίο παρουσιάζονται, εν είδει μυθιστορηματικής βιογραφίας, με πολύ χιούμορ, σαρκασμό συχνά, αλλά με το σπινθηροβόλο πάντα πνεύμα του συγγραφέα, τα επιτεύγματα της μαθηματικής επιστήμης. Oι μεγάλοι μαθηματικοί έχουν παίξει έναν ρόλο στην εξέλιξη της επιστήμης συγκρίσιμο με εκείνον που έπαιξαν οι φιλόσοφοι και οι φυσικοί επιστήμονες. Ωστόσο, οι βασικές ιδέες με τις οποίες έχουν υφανθεί τα μαθηματικά είναι απλές, όμορφες, και μέσα στα πλαίσια κατανόησης κάθε ανθρώπου που διαθέτει μια μέση νοημοσύνη. Mέσα από αυτό το ευχάριστο και πνευματώδες βιβλίο, ο αναγνώστης θα αποκτήσει μια γνώση πολύτιμη, αλλά και μια εμπειρία μοναδική για τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσονται οι επιστήμες, με γνώμονα τη ζωή των δημιουργών τους.ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

    Ο Eric Temple Bell γεννήθηκε το 1883 στην Aberdeen της Σκωτίας και έμαθε τα πρώτα του γράμματα στην Αγγλία. Μετανάστευσε στις ΗΠΑ το 1902 και αργότερα ενεγράφη στο Πανεπιστήμιο του Stanford, απ’ όπου αποφοίτησε το 1904. Το 1908 ήταν βοηθός καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Washington, όπου και πήρε το Master of Arts το 1909. Κατόπιν, το 1911, ενεγράφη στο Πανεπιστήμιο της Columbia από το οποίο πήρε διδακτορικό δίπλωμα το 1912. Επέστρεψε στην Washington ως λέκτορας των Μαθηματικών και έγινε καθηγητής εκεί το 1921. Μεταξύ του 1924 και του 1928 δίδαξε στους θερινούς κύκλους μαθημάτων του Πανεπιστημίου του Σικάγου, και στο πρώτο εξάμηνο του 1926 στο Harvard. Το 1927 εξελέγη καθηγητής των Μαθηματικών στο Caltech. Διετέλεσε Πρόεδρος της Mathematical Association of America και Αντιπρόεδρος της Αμερικανικής Μαθηματικής Εταιρείας, καθώς και της American Association for the Advancement of Science. Διετέλεσε επίσης μέλος της εκδοτικής επιτροπής του Transactions of the A.M.S., του American Journal of Mathematics και του Journal of the Philosophy of Science. Υπήρξε μέλος πολλών μαθηματικών εταιρειών ανά τον κόσμο, καθώς και της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ. Για το ερευνητικό του έργο τιμήθηκε με το βραβείο Bôcher της Αμερικανικής Μαθηματικής Εταιρείας. Συνέγραψε συνολικά 12 βιβλία, μεταξύ των οποίων τα Purple Supphire (1924), Algebraic Arithmetic (1927), Debunking Science και Queen of the Sciences (1931), Numerology (1933) και το The Search for Truth (1934). Απεβίωσε τον Δεκέμβριο του 1960, λίγο πριν την έκδοση του τελευταίου του βιβλίου The last Problem.