Artikkel

TV-serie inspirerer kvantefysikken

Wheeping angels på Fedcon i 2013
Dr. Who-entusiaster på Fedcon i 2013 etterligner weeping angels som forsøker å stjele tid, men blir hindret av offerets blikk. Foto: Wikimedia.

TV-serie inspirerer kvantefysikken

Fra Star Trek til Big Bang Theory og filmen The Martian. At filmer, TV-serier og resten av kulturindustrien lar seg inspirere av vitenskapen er det mange beviser på, men at fysikkvitenskapen selv lar seg inspirere av en TV-serie, er kanskje mer overraskende?

Forsker Ann-Cecilie Larsen med Dr. Whos-skjorte
Forsker ved Fysisk institutt  og Dr. Who-entusiast Ann-Cecilie Larsen undersøker TV-lignende funn fra Cornell. Foto: Espen Haakstad/UiO.

Forskere ved Cornell har kommet frem til at partikler oppfører seg svært lik en av hovedfiendene til Dr. Who i den berømte TV-serien med samme navn, nemlig weeping angels.

Forsker ved Fysisk institutt og Dr. Who-entusiast, Ann-Cecilie Larsen, ser nærmere på likhetene.

Partikler i kvantefrys

I Dr. Who har monstrene "the weeping angels"en stor svakhet. De kan gå i det som blir kalt kvantelås.

The weeping angels er monstre som lever av å stjele tid. Derfor er de spesielt interessert i Dr. Who som har en tidsmaskin.

Disse monsterenglene er svært raske og vanskelige å stoppe, men har denne svakheten at de ikke kan røre seg hvis de blir iakttatt. De går i det serien kaller en kvantelås og blir til statuer.

Forskerteamet ved Cornell har påvist at partikler som blir bombardert med laserlys ikke klarer å gjennomføre en såkalt kvantetunnelering.

– Først: hva er kvantetunnelering?

– Dette er kvantemekanikkens fantastiske verden! Det er en egenskap partikler har der de klarer å bevege seg gjennom barrierer som er egentlig burde være ugjennomtrengelige, altså at partikkelen egentlig ikke har nok energi til å trenge gjennom, men så gjør de det likevel!

– Tenk deg at du kaster en tennisball mot en vegg. Hvis du ikke er forferdelig sterk, vil tennisballen ikke gå igjennom veggen, men sprette tilbake. Men i kvanteverdenen ville det være som om tennisballen greide å smyge seg gjennom veggen, selv om den egentlig ikke hadde nok energi til å gjøre det, sier Larsen.

– Hva har dette med Dr. Who å gjøre?

– Ved første øyekast, ingenting, bortsett fra at disse monsterenglene har kvantemekaniske egenskaper de også! Likheten kommer i neste steg; når kvantemekaniske partikler blir bombardert med lys, klarer de ikke å tunnelere. De fryser fast. Akkurat som monsterenglene gjør når de blir observert.

Schrödinger 2.0

Det forskerne ved Cornell gjorde var å fange ultrakald rubidiumgass i et optisk gitter, slik at gasspartiklene bare kunne unnslippe gitteret ved hjelp av kvantetunnelering.

Forskerne oppdaget at de kunne hindre tunneleffekten ved å konstant bombardere partiklene med laserstråler.

– Dette er på mange måter Schrödinger 2.0! I det berømte tankeeksperimentet til Schrödinger viste han hvordan vi bare kunne avgjøre tilstanden til en partikkel når den ble observert. Her utsetter man partiklene for konstant observasjon. Og da greier ikke partiklene å forandre tilstand, de er fryst fast eller ”kvantelåst”, slik som englene i Dr. Who!

Mer som norske troll

– Det er dette som er kvante-Zeno-effekten?

Illustrasjon av mann som overvåker gryte
Illustrasjon av mann som overvåker gryte. Illustrasjon: Macaulay/Wikimedia

– For å si det litt uriktig og sleivete: Tenk deg at du venter på at vannet skal koke. Det koker bare når du snur deg vekk! Tilstanden til vannet kan ikke endre seg når det blir ”målt på” ved at du ser på det.

Dette kalles kvante-Zeno-effekten, etter den greske filosofen Zeno, som mente at bevegelse var umulig.

– Det kalles også Turingparadokset etter Alan Turing, som beskrev fenomenet på 50-tallet. Det som skjer er at lyset ”fryser” partiklene i rommet og dermed klarer de ikke å tunnelere i god partikkelstil.

– Så The Weeping Angels forutså kvante-Zeno-effekten?

– Nei, i TV-serien så er det observasjonen i seg selv som fryser englene fast. Fra et fysikkvitenskapelig ståsted vil det si at lysfotonene som spretter av monsterenglene bare har en fryse-effekt når de blir observert. I eksperimentet til Cornell-forskerne er det lyset selv som fryser partiklene.

Da oppfører atomene i eksperimentet seg mer som erkenorske troll, som blir til stein når solen står opp!

Les også:

Star Wars: Vitenskapen våkner

Vinn eller dø i spillet om tronen

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev(link is external) eller følg oss på Facebook.

Kontakt:

Forsker Ann-Cecilie Larsen ved Fysisk institutt

Les også

Tanzania

Det elektroniske avfallets videre liv skal granskes

Elektronikk vi i Norge har avskrevet som søppel, kan bli folks levebrød i Tanzania. Det utsetter både dem og omgivelsene for problematiske miljøgifter  som med vinden også kan finne veien til Arktis og Antarktis.

Forskere ved CTCC og Hylleraas-senteret

Forskerne ved Hylleraas-senteret jakter på kjemiens hellige gral

Forskerne ved Hylleraas-senteret i Oslo og Tromsø jakter på kjemiens hellige gral: De vil bruke datamaskiner til å beregne hvordan kjemiske bindinger brytes og lages. Det kan nemlig gi oss en rekke nye kjemiske stoffer med egenskaper vi bare kan drømme om i dag.