Superpočítače majú nové vysvetlenie Tunguskej katastrofy

21.12.2007 10:40:26 |
 

Rozsiahle zničenie lesa v Tunguske na Sibíri pred storočím mohlo byť podľa simulácií superpočítačov zo Sandia National Laboratories v USA spôsobené výbuchom asteroidu veľkého len zlomok toho, čo v minulosti odhadovali vedci.

  „Asteroid, ktorý spôsobil rozsiahle škody bol oveľa menší ako sme predpokladali,“ hovorí hlavný vyšetrovateľ spoločnosti Sandia Mark Moslough o udalosti, ktorá sa stala 30.6.1908. „To, že takúto škodu dokáže spôsobiť aj malý objekt, je znamením, že sa musíme zaujímať aj o malé asteroidy. Ani vďaka ich menším rozmerom nie sú podobné kolízia nepravdepodobné, ako sme si mysleli.“

Pretože malé asteroidy sa k Zemi približujú častejšie ako veľké, hovorí: „Mali by sme sa viac snažiť získavať inoformácie aj o malých asteroidoch.“

Nová simulácia, ktorej výsledky sa veľmi približujú k známym faktom katastrofy ako predchádzajúce modely, ukázala, že stred hmoty asteroidu, ktorý vybuchne nad povrchom sa blíži k povrchu rýchlosťou väčšou než rýchlosť zvuku. Získava formu horúceho prúdu šíriacich sa plynov nazývaného „ohnivá guľa“ alebo bolid.

To spôsobuje silnejšie vlny výbuchu a pulzy termálnej radiácie na povrchu, ktoré sú limitované výškou, v ktorej začal výbuch.

„Naše chápanie bolo zjednodušené,“ tvrdí Poslough. „Už nemusíme robiť zjednodušené závery, pretože súčasné počítače nám dovoľujú simulovať celú situáciu s vysokým rozlíšením a v priestore. Všetko je jasnejšie ak sa na udalosti pozriete s modernými a presnejšími nástrojmi.“

Nová interpretácia tiež počíta s faktom, že prúdenie vetra bolo zosilňované za okrajovou líniou, kde padali stromy a že les nebol podľa lesníkov v čase výbuchu zdravý. Predchádzajúce vedecké odhady teda zveličovali veľkosť devastácie, pretože nezhŕňali topografické a ekologické faktory.

„Poškodenie krajiny bolo v skutočnosti menšie ako predpovedali odhady,“ tvrdí Boslough. „Spôsobil ho ale oveľa menší asteroid. Nie je to však dôvod na radosť. Vo vesmíre je oveľa viac malých asteroidov ako tých veľkých.“

Boslough a kolegovia sa stali slávni pred viac ako desaťročím, keď presne predpovedali, že ohnivá guľa, ktorá vznikla kolíziou kométy Shoemaker-Levy 9 s Jupiterom sa bude dať pozorovať zo Zeme.

Simulácie ukazujú, že hmota prichádzajúceho asteroidu je stláčaná narastajúcim odporom atmosféry našej planéty. Čím preniká hlbšie, tým je atmosféra odolnejšia a tento múr spôsobí explóziu, ktorá predchádza šíreniu horúceho plynu.

Vďaka energii, ktorá sprevádza pád ohnivej gule si vedci mysleli, že katastrofu spôsobil výbuch hmoty s hmotnosťou 10 až 20 megaton. Ukázalo sa, že asteroid mal skôr hmotnosť 3 až 5 megaton. Fyzická veľkosť asteroidu podľa Boslougha závisí na rýchlosti a tom, či mal asteroid póry alebo nie, či bol ľadový alebo neobsahoval vodu a od iných charakteristík materiálu.

Vedci dnes dokážu pomocou najnovších prístrojov vypočítať následky dopadu asteroidu akejkoľvek veľkosti na ktorékoľvek miesto na Zemi.

Nanodrôt, ktorý vyrába vlastnú elektrinu

21.12.2007 11:37:14 |

Harvardskí chemici vytvorili nový drôt z fotosenzitývnych materiálov, ktorý je stokrát menší ako ľudský vlas. Drôt nielen že vedie elektrinu, ktorá sa používa v neviditeľne malých obvodoch, energiu aj sám vytvára.

  Profesor chémie Charles M. Lieber a kolegovia vytvorili nanodrôt z troch rôznych druhov silikónu, ktoré majú rôzne elektrické vlastnosti. Silikón je obaľovaný vo vrstvách čím vytvára drôt. Keď dopadne svetlo na vonkajší materiál, začne proces interakcie jadrových a povrchových vrstiev, ktorý vedie k vzniku elektrického náboja.

Myšlienka vytvorenia nanoskopických fotónok nie je nová, ale prvé pokusy používali organické zložky v kombinácii s polovodičovými nanoštruktúrami, ktoré mali nižšiu efektivitu a zničili sa na silnom slnečnom svetle. Lieberove materiály majú niekoľko výhod. Materiály sú efektívnejšie, premieňajú až 3,4% slnečnej energie na elektrinu, dokážu odolať aj silnému žiareniu bez toho, aby sa zničili, môžu dosiahnuť efektivitu až 5% a sú rovnako nákladné na výrobu ako iné nanoskopické fotónky.

Najnovší výskum je postavený na predchádzajúcej práci profesora Liebera v oblasti nanozariadení. Vytvoril senzory s potenciálnou aplikáciou v boji proti bioterorizmu, ktoré dokážu zachytiť jediný vírus alebo inú časticu, polia nanodrôtov, ktoré dokážu odhaliť signály v jedinom neuróne, a detektor rakoviny veľkosti sušienky.

Lacný nanoskopický zdroj elektrickej energie rozširuje potenciálne použitie nanozariadení. Napriek tomu, že malé fotónky dokážu vyrobiť dostatok energie pre chod miniatúrneho obvodu, Lieber povedal, že stále nie sú dostatočne efektívne aby mali využitie na poli komerčnej výroby elektrickej energie.

Komerčné solárne články majú efektivitu okolo 20%. Jedným zo smerov, ktorými sa bude uberať ďalší výskum, je zvýšenie efektivity nanoskopických fotónok. Ak by dokázali dosiahnuť 10 alebo 15%, ich nižšia výrobná cena by umožnila ich uplatnenie aj vo väčšom.

„Neexistuje fyzikálne obmedzenie, pre ktoré by nemohla byť väčšia,“ povedal Lieber. „Som optimista a verím, že sa nám to podarí vyriešiť.“

Dovtedy vidí Lieber budúcnosť nanodrôtov generujúcich elektrinu v špecifických zariadeniach ako množstvo distribuovaných senzorov alebo trvalé flexibilné zariadenia všité do oblečenia alebo nosené ako náplasť.

Chemici urobili dôležitý krok k vzniku molekulárneho počítač

Vedci z kalifornskej univerzity prezentovali pamäťové zariadenie, ktoré ukladá informácie pomocou prestaviteľných molekulárnych prepínačov. Výskum predstavuje dôležitý krok k vytvoreniu molekulárnych počítačov, ktoré môžu byť omnoho menšie a výkonnejšie ako súčasné počítače.

 

Pamäť s kapacitou 160 kbit je tvorená kombináciou „nanodrôtov“ a špeciálnych dvojstavových molekúl. Pri prepočte na jednotku plochy dosahuje nová pamäť hustotu 100 Gbit/cm2.

Pamäť využíva molekuly označované názvom „rotaxan“ (pozri obrázok).

  Prstenec atómov sa môže pôsobením elektrického prúdu presúvať zo strany na stranu a zotrvať v novom stave veľmi dlhú dobu. Jeho pozíciu možno zistiť skúmaním miery vodivosti molekúl.

Reálne použitie technológie však nie je príliš aktuálne. Vedci ešte musia vyriešiť množstvo problémov spojených s nestabilitou molekulárnych systémov.

V roku 1959 vyhlásil fyzik Richard Feynman, že niekedy bude ľudstvo schopné uložiť encyklopédiu Britannica do pamäte, ktorá sa zmestí na špičku ihly. Výskum tam ešte nie je, ale už od toho nie je ani veľmi ďaleko.

Matematika po kvantách

 

Nevšedné matematické správanie svetla ukazuje možnú cestu kvantovej kryptografie.

Kedy sa vám stane, že ak odoberiete jednu vec, zostane vám viac ako ste mali na začiatku? Keď do toho zamiešate kvantovú mechaniku.

  Vedci ukázali, že ak z laserového lúča odoberiete jeden fotón, môže mať fotónov viac ako predtým. tento výsledok spolu s ďalšími matematickými trikmi je prvým praktickým ukázaním jedného zo základných princípov kvantovej fyziky – kvantového nekomutatívneho efektu – a vedie ku kontrole svetla na kvantovej úrovni a ku kvantovej kryptografii.

Komutatívny zákon hovorí, že ak do skupiny pridáte nejaký objekt a potom ten istý objekt zo skupiny odoberiete, konečný počet objektov bude rovnaký ako na začiatku. Funguje to pre jablká, pomaranče a iné každodenné objekty. Ak sa však aplikuje na fotóny, fundamentálne kvantové častice svetla, neplatí.

Na popísanie vlastností ako hybnosť alebo pozícia fotónu používajú vedci matematické operácie. Najzákladnejšie z nich sú sčítanie a odčítanie.

Vedci teoreticky preukázali, že v kvantovej fyzike vedie vykonávanie týchto operácií v rôznom poradí k rôznym výsledkom. Operácie nie sú komutatívne – pričítanie a odčítanie fotónov dávajú rôzne výsledky v závislosti od poradia, v ktorom sú vykonávané.

Pohľad na tieto nekomutatívne kvantové zvláštnosti ponúka Heinsbergov princíp nejasnosti. Princíp hovorí, že nemôžete s istotou vedieť presnú pozíciu ani hybnosť častice, pretože na ich zmeranie sa potrebujete častice dotknúť, čím zmeníte jej vlastnosti. Matematické vyjadrenie princípu hovorí, že meranie hybnosti a polohy v rôznom poradí dáva rôzne výsledky.

Marco Bellini z Národného inštitútu aplikovanej optiky vo Florencii v Taliansku spolu so svojimi kolegami ukázali tieto matematické zvláštnosti aj experimentálne.
Lúčom lasera zasvietili na točiacu sa sklenenú tabuľu, ktorá do priameho usporiadaného svetla pridala častice chaosu, čím s neho spravili lúč správajúci sa ako normálne slnečné svetlo. Presný počet fotónov v lúči nie je známy, ale stredná hodnota fotónov sa dá určiť.

Bellini potom použil detektor kvantového stavu, zmeral pomocou neho strednú hodnotu fotónov v lúči a potom upravil svetlo. Najskôr pridal, potom z neho odobral jeden fotón a znova zmeral strednú hodnotu. Potom spravil kroky pridania a odobratia v opačnom poradí.

Výsledná stredná hodnota bola vždy iná. V skutočnosti za určitých podmienok zmenilo odobratie fotónu kvantový stav lúča tak, že stredná hodnota fotónov vzrástla.

Podľa vedcov je to najzjavnejší dôkaz chýbajúcej komutatívnosti v kvantovom svete.

Technika môže byť v budúcnosti použitá na úpravu svetla do ktoréhokoľvek želaného kvantového stavu. „Môžete začať s normálnym svetlom a pridávaním a odoberaním fotónov dosiahnete ľubovoľné svetlo,“ tvrdí Bellini. To bude výhodné pri kódovaní informácií kvantovými priemermi.

Hľadanie mimozemského vysielania

Súbor teleskopov, ktoré budujú v Austrálii, by mohol zachytiť rádiové signály vysielané zo vzdialenosti 30 svetelných rokov.

 

Astronómovia navrhli zlepšenú metódu hľadania inteligentného mimozemského života pomocou zariadení, z ktorých jedno s označením MWA-LFD (The Low Frequency Demonstrator of the Mileura Wide-Field Array) práve teraz konštruujú v Austrálii. Zariadenie by mohlo teoreticky zaznamenať známky civilizácií okolo niektorej z 1000 najbližších hviezd.

Namiesto pátrania po úmyselnom vysielaní sa vedci chcú zamerať na zachytenie náhodných šumov unikajúcich z mimozemských civilizácií. Nový stroj bude slúžiť na zachytávanie frekvencií v rozsahu 80 – 300 MHz, ktoré sú používané aj na Zemi.
Na Zemi sú najväčšími vysielačmi vojenské radary, televízia a rádio. Ak podobné vysielanie existuje aj na iných planétach, MWA-LFD by ho mohlo zachytiť.

Vedci predpokladajú, že zariadenie by mohlo po mesiaci činnosti zachytiť signály zo vzdialenosti asi 30 svetelných rokov, čo je vzdialenosť, ktorá zahŕňa približne 1000 hviezd. Silnejšie vysielanie bude možné zachytiť aj z väčších vzdialeností.

Ak by bolo vedci zachytili mimozemské vysielanie, mohli by pomocou neho určiť charakteristiky zdrojovej planéty – rýchlosť rotácie a dĺžku roka na planéte. Spolu so znalosťami o hviezde v strede sústavy by mohli vedci určiť teplotu na planéte a odhadnúť prítomnosť tečúcej vody ako nutnej podmienky života.