Eiropa piedāvā lētu kvantu optikas savienojumu ar kosmosa staciju

Viens no lielākajiem mūsdienu fizikas noslēpumiem ir saikne starp kvantu mehāniku un vispārējo relativitāti jeb gravitāciju. Bet kvantu parādības parasti notiek visniecīgākajos mērogos, savukārt gravitācija parasti notiek lielākos mērogos. Abi nekad nesatiksies.

Vismaz ne bez gudras domāšanas. Viena ideja ir sapīt fotonu pāri, pieķerties pie viena un nosūtīt otru tik lielā attālumā, ka gravitācija ir nozīmīga, citiem vārdiem sakot, pietiekami tālu, lai kosmosa gravitācijas izliekums varētu darboties.

Jautājums ir par to, vai sapīšanās — tīri kvantu parādība — šo izliekumu “jūt” tāpat kā tīri klasiskas lietas, piemēram, cilvēki.

Nepieciešamais attālums nav tik tāls — dažiem simtiem kilometru vajadzētu noderēt.

Bet ir problēma. Vistālākie zinātnieki, kas nosūtījuši sapinušos fotonus, ir tikai 144 kilometru attālumā. un atmosfēras zudumu un Zemes virsmas izliekuma dēļ vienīgais veids, kā iet tālāk, ir izšaut fotonus tieši uz augšu, kosmosā.

Šodien Tomass Šeidls no Austrijas Zinātņu akadēmijas Vīnē un pāris draugi iesaka vienkāršu un salīdzinoši lētu veidu, kā pirmo reizi veikt šāda veida eksperimentus, izmantojot Starptautisko kosmosa staciju (SKS), kas riņķo aptuveni augstumā. 400 kilometrus.

Viņu plāns ir izveidot uz zemes sapinušos fotonus un izstarot tos līdz SKS. Tas novērš vienu būtisku šāda veida darba problēmu, proti, ka liela daļa aparatūras, kas nepieciešama sapinušos fotonu radīšanai — lāzeri, nelineāri materiāli utt. — vēl nav kvalificēti lietošanai kosmosā, un šādas kvalifikācijas iegūšana ir dārgs bizness.

Tāpēc visu šo lietu atstāšana uz zemes ir saprātīga ideja. Viss, kas jums nepieciešams kosmosā, ir sensors, kas spēj noteikt fotonus un to polarizāciju. Citiem vārdiem sakot, kamera.

Kā izrādās, Starptautiskā kosmosa stacija nav slikta vieta, kur ievietot šādu ierīci. Tā kupolā jau ir kameras stiprinājums — septiņu logu skatu laukums, kas astronautiem sniedz apskaužamu skatu uz planētu.

Kupolam ir logi no četrām ar vakuumu atdalītām stikla rūtīm. Neskatoties uz to, Šeidls un citi aprēķina, ka vajadzētu iegūt pietiekami daudz fotonu, lai veiktu labu zinātni.

Un stiprinājums ir motorizēts, lai neitralizētu kosmosa stacijas kustību, ļaujot astronautiem uzņemt neparastus mūsu pasaules attēlus.

Scheidl un co plāns ir izveidot kameras izmēra fotonu sensoru, kas būtu piemērots šim motorizētajam stiprinājumam un uzrauga fotonus, kas izšauts no laboratorijām Austrijā vai Kanāriju salās.

Viņi aprēķina, ka ISS vajadzētu šķērsot viņu laboratorijas septiņas vai astoņas reizes mēnesī, katrai piedāvājot 20 sekunžu logu, lai nosūtītu sapinušos fotonus borta sensoram, lai tos uztvertu.

Šādu kameru būtu viegli uzbūvēt par salīdzinoši zemām izmaksām, un to varētu viegli ievietot rezerves kuģa aizmugurē, lai astronauti varētu to uzstādīt, kad viņiem ir brīvs brīdis.

Tas izskatās kā saprātīgs plāns pārbaudīt tehnoloģijas par salīdzinoši nelielu naudu. Un ir arī citi iemesli, lai mēģinātu.

Papildus fundamentālās fizikas problēmām šāda veida darbs ir svarīgs atspēriena punkts kvantu interneta izveidei, kas, izmantojot satelītsaites, var pārsūtīt pilnīgi drošus ziņojumus no vienas pasaules daļas uz otru.

Bet, iespējams, vissvarīgākā no visiem ir tā piedāvātā iespēja izmantot SKS lietderīgi. NASA vienmēr ir pārdevusi Starptautisko kosmosa staciju amerikāņu sabiedrībai kā kosmosa laboratoriju, kas veiks svarīgu zinātni. Tiem, kas zina, tas vienmēr ir bijis smieklīgs apgalvojums.

Tātad lēts kvantu optikas eksperiments ar potenciālu mainīt mūsu idejas par fiziku un bruģēt ceļu jaunai sakaru tehnoloģijai, sniedz NASA iespēju atjaunot līdzsvaru.

Atsauce: arxiv.org/abs/1211.2111 : Kvantu optikas eksperimenti Starptautiskajai kosmosa stacijai ISS: priekšlikums

paslēpties