Zapytaj matrixa
Forum dyskusyjne Zapytaj Matrixa zostało otworzone przede wszystkim dla osób, które chcą poszerzać horyzonty i wymieniać się ciekawymi spostrzeżeniami na temat fizyki. Oczekujemy, że zadawane pytania będą służyły właśnie tym celom. Uprzedzamy, że na pytania o charakterze "rozwiąż za mnie problem" bądź na pytania już zadane na forum Morpheus nie będzie udzielać odpowiedzi.
Bezpieczenstwo kwantowej informacji
Katarzyna : Czy informaje kwantowe przekazywane za pomocą komunikacji kwantowej byłyby potencjalnie narażone na przechwycenie lub rozszyfrowanie przez osoby niepowołane, innymi słowy,jak ewentualnie można by uchronić przepływ poufnych informacji przed hackerami? Pozdrawiam
Morpheus: Pod hasłem kryptografia kwantowa (quantum cryptography), kryje się sposób bezpiecznego rozesłania między dwoma osobami ciągu przypadkowych liczb, który może być użyty następnie jako klucz szyfrujący. Bezpieczeństwo nie polega na tym, że informacji kwantowej nie można przechwycić, no można to zrobić, jednak gdy podsłuchujący próbuje podsłuchać przesyłaną informację nieuchronnie zaburzy stan układu kwantowego. Jeśli więc dwoje osób chcących wymienić się bezpiecznie kluczem postąpi sprytnie, mogą wymysleć protokół, w którym zawsze będą widzieli, czy ktoś ich podsłuchiwał czy nie (np. protokol BB84).
W związku z tym kryptografia kwantowa pozwala rozsyłać klucz w taki sposób, że każdy ślad podsłuchiwania będzie w nim widoczny. I to niezależnie od technicznej pomysłowości podsłuchującego.
Co ciekawe, przeprowadzono już wiele eksperymentów (używając fotonów jako układów kwantowych), polegających na rozsyłaniu klucza z wykorzystaniem m.in. protokolu BB84.
Korpuskularno-falowa natura światła
brenda10@op.pl: Zjawiska w których światło wykazuje naturę korpuskularną - omówienie, nazwanie, wzory.
Morpheus: To trochę obszerne zagadnienie. Musisz chyba pogrzebać samodzielnie.
Moge tylko wymienić parę esperymentów, w których ta natura się manifestuje:
- Eksperyment interferencyjny z dwoma szczelinami, gdy wysyłane pojedynczo jeden po drugim fotony interferują. Falowość przejawia się w tym, że obserwujemy interferencje, korpuskularność w tym, że w końcu foton jest zarejerowany w jednym konkretnym detektorze.
Jeszcze wyraźniej można to analizować, używając tzw. interferometru Macha-Zendera.
- Klasyczne ekesperymenty, prowadzące do pojawienia się koncepcji kwantu światła - fotonu: wyjaśnienie Plancka widma promieniowania ciała doskonale czarnego, efekt fotoelektryczny, efekt Comptona.
Przepraszam za skrótową odpowiedź, ale przyjmuję zasadę: im "obszerniejsze" pytanie tym krótsza odpowiedź :-)
Dualizm korpuskularno-falowy
Beata: Mam pytanie, co to jest kąt padania i kąt załamania oraz definicja światła według teorii kwantowej i według teorii falowej, z góry dziękuję.
Morpheus: Kąt padania jest to kąt pomiędzy padającym promieniem światła a prostą prostopadłą do powierzchni załamującej. Podobnie kąt załamania jest to kąt pomiędzy promieniem przechodzącym a prostą prostopadłą do powierzchni załamującej.
Zgodnie z fizyką XIX-wieczną, światło jest falą elektromagnetyczną.
Światłem widzialnym nazywamy fale elektromagnetyczne których długość fali mieści się w zakresie ok. 400-700 nm. Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych opisują równania Maxwella.
W teorii kwantowej światło poza swoją naturą falową "dostaje"
jeszcze naturę cząsteczkową (korpuskularną). To znaczy, że do opisu zjawisk z udziałem światła musimy używać zarówno pojęc falowych, np.
długość fali, interferencja fal itp., jak i pojęć korpuskularnych - światło określamy jako strumień fotonów. Mówimy że fotony niosa energię światla i energia ta niesiona jest w pewnych niepodzielnych porcjach - nie możemy miec mniejszej porcji energii niż energia jednego fotonu. Fotony w tym sensie sa niepodzielne, energia zawsze dostarczana jest co najmniej w takich porcjach jak energia fotonu.
Z drugiej strony, żeby opisywać ruch fotonów i to gdzie je zarejestrujemy przez nasze detektory, musimy używać fal, których
rozchodzenie się i interferncja powiedzą nam, gdzie można się spodziewać pojawienia się fotonu. Podsumowując, można by powiedzieć, że światło są to cząstki których zachowanie opisujemy za pomocą stowarzyszonych z tymi cząstkami fal.
Kąt padania równy kątowi odbicia
Doda: Jak udowodnić, że gdy kąt padania jest równy kątowi odbicia to długość promienia jest najkrótsza?? Czyli że kiedy promień padający jest równy promieniowi obitemu to cały promień jest najkrótszy? Prosze o pomoc...
Morpheus: Zakładamy, że powierzchnia odbijająca pokrywa się z osią x układu współrzędnych. Niech punkt, z którego wychodzi promień ma współrzędne
A=(xa,ya). Punkt, do którego ma dojść promień po odbiciu niech bedzie B=(xb,yb). Oznaczmy punkt odbicia od powierzchni przez C=(x,0).
Chcemy stwierdzić, gdzie powinien odbić się promień, żeby droga ACB była najkrótsza. Najprostszą metodą jest zauważenie, że jeśli rozważymy punkt B' odbity symetrycznie względem powierzchni odbijającej B'=(xb,-yb), to droga ACB równa jest ACB'. Z drugiej strony widzimy, że droga ACB' jest najkrótsza wtedy, gdy wszystkie trzy punkty ACB' leżą na jednej prostej. A to oznacza, że również najkrótsza jest droga ACB. I wówczas właśnie kąt odbicia równy jest kątowi padania.
michał: na czym polega wewnetrzne calkowite odbicie światła
Morpheus: Pytanie to było już zadawane na forum Matrixa - zobacz odpowiedzi na pytanie od "Ja" i "Eweliny".
Całkowite wewnetrzne odbicie
ewelina: Witam, co to jest za zjawisko całkowite wewnętrzne odbicie i co można powiedzieć w skrócie o zwierciadle płaskim? z góry dziękuję
Morpheus: Gdy światło trafia na granicę dwóch ośrodków o różnym współczynniku załamania (n1, n2) od strony ośrodka o większym współczynniku załamania (n1>n2), to przy dostatecznie dużym kącie padania
sin(theta) > n2/n1
nie bedzie promienia przechodzącego przez granice ośrodków, a całe światło się odbije. To nazywa się zjawiskiem całkowitego wewnętrznego odbicia (więcej HRW tom 4 str 27).
Co do zwierciadła płaskiego, to co tu mądrego można powiedzieć? :-)
Jest to płaska powierzchnia odbijająca. Obraz przedmiotu jest pozorny (powstaje "za zwierciadłem"), jest tej samej wielkości co przedmiot i znajduje się w tej samej odległości za zwierciadłem co przedmiot przed zwierciadłem.
bartek: Jakie jest wykorzystanie odbicia światła np. w medycynie lub w jakiejs innej dziedzinie
Morpheus: Rozumiem ze chodzi Ci o całkowite wewnętrzne odbicie. Bo jeśli masz na myśli po prostu odbicie, to chyba nie trzeba za bardzo szukać zastosowań :-). Najważniejsze zastosowanie całkowitego wewnętrznego odbicia w medycynie jest ściśle związane ze światłowodami, w których całkowite wewnętrzne odbicie pełni kluczową rolę (patrz poprzednie pytania). Cienkie włókna światłowodowe można wprowadzać do organizmu i w sposob nieinwazyjny ogladać różne ciekawe zakamarki.
A z drugiej strony moża użyć lasera i światłowodu jako narzędzia operacyjnego i światłowodem kierować światło lasera tam, gdzie chce się coś przeciąć lub wypalić.
Ja: Opisz zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła.
Morpheus: Jest to bardzo ogólne pytanie i w wielu podręcznikach można znaleźć wyczerpującą odpowiedź na nie. Zajrzyj np. do podręcznika "Podstawy fizyki" (tom 4, str. 27-29). Jeśli chcesz dowiedzieć się czegoś bardziej szczegółowego, czego nie możesz znaleźć w książce, to dokładniej sformułuj swoje pytanie.
Wyzwania fizyki
Andrzej: Mam pytanie natury ogólnej - jakie są wzywania współczesnej fizyki, na jakiej dziedzinie dzisiaj skupiają się najwybitniejsi fizycy świata ? I jeszcze mały komentarz - mam wrażenie że Efekt Goosa-Hanchena jest w swej naturze podobny do wcześniej opisywanego również na tej stronie efektu wnikania kwantowej cząstki w obszar bariery potencjału.
Morpheus: Chyba nie ma na świecie osoby która mogłaby odpowiedzieć na to pytanie. Fizyk wie dobrze co się dzieje w jego malutkiej działce i trudno mu śledzić najnowsze osiągniecia nawet w bardzo zbliżonych dziedzinach. No cóż spróbuje coś jednak napisać, ale proszę zbytniej wagi do tego nie przykładać. Zacznę od dziedziny, o której wiem najwięcej.
1. Informatyka kwantowa: próba zbudowania komputerów kwantowych - urządzeń mogących przetwarzać informację na poziomie pojedynczych atomów, i wykorzystywać możliwości jakie daje fizyka kwantowa do
rozwiązywania problemów szybciej, niż komputery klasyczne.
Jest to zagadnienie natury nie tylko technicznej, ale i teoretycznej. Czy są jakieś fundamentalne ograniczenia na przetwarzanie kwantowej informacji? Niektórzy fizycy sądzą że tak, i że te ograniczenia nigdy nie pozwolą zbudować komputerów kwantowych.
2.Kosmologia.
Problem natury tzw. ciemnej materii, czyli masy która wydaje się być,
bo obserwujemy jej grawitacyjne działanie na inne ciała, a nie potrafimy zidentyfikować jej z żadnymi znanymi obiektami astronomicznymi.
Wyznaczenie paramterow kosmologicznych: stała kosmologiczna, stała
Hubbla, gestość materii we Wszechświecie.
Badanie kosmicznego promieniowania tła (w tym jego polaryzacji)
w celu sformułowania modeli wczesnego rozwoju Wszechświata.
Pochodzenie błysków gamma.
3. Fizyka cząstek elementranych.
Poszukiwanie cząstki Higgsa - to może nie najświeższy problem, ale cząstki Higgsa wciąż nie znaleziono. Nadzieją jest budowany obecnie w CERN akcelerator LHC.
Stworzenie teorii unifikujacej elektromagnetyzm, oddziaływania silne i słabe z grawitacja - tzw. kwantowa grawitacja.
Formułowanie i testowanie nowych modeli teoretycznych cząstek elementarnych konkurencyjnych do modelu standardowego.
4. Mechanika kwantowa.
Wciaz fizycy kłócą się ze soba o intepretację mechaniki kwantowej oraz o to, jak należy mysleć o funkcji falowej. Wciaż wielu fizyków próbuje przedstawić swoją wersję interpretacji mechaniki kwantowej.
5. Fizyka statystyczna.
Próba zbudowania tzw. nierównowagowej fizyki statystycznej, która pozwalałaby wyjaśnić z poziomu mikroskopowego procesy zachodzące daleko od stanu równowagi termodynamicznej.
6. Teoria grawitacji.
Problem dwóch ciał w ogólnej teorii względności.
Zagadnienie warunków początkowych w ogólnej teorii względności.
i wiele wiele innych....
Całkowite wewnętrzne odbicie
eda28@op.pl: Jakie jest wykorzystanie zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia
Morpheus: Najważniejszym zastosowaniem zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia jest komunikacja. A konkretnie komunikacja światłowodowa.
Informację w światłowodzie przesyła się za pomocą impulsów świetlnych. Ważne jest aby światło nie "wyciekało" ze światłowodu.
W tym celu wnętrze światłowodu wykonuje się z substancji o wyższym współczynniku załamania, a zewnętrzne światłowodu z materiału o niższym współczynniku załamania. Jeśli promień leci wewnątrz światłowowdu i np. światłowód zakręca, wtedy promień będzie "chciał" wylecieć ze światłowodu. Uderzy w warstwę o niższym współczynniku załamania i... dozna całkowitego wewnętrznego odbicia - w ten sposob nie bedzie w stanie uciec ze światłowodu. Dzięki temu sygnał w światłowodzie może utrzymać się na dość dużych odległościach, bez konieczności wzmacniania. Oczywiście światłowód nie może zakręcić zbyt gwałtownie, bo wtedy kąt padania promienia będzie zbyt mały i nie nastąpi zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Ale umiarkowane zginanie nie szkodzi transmisji sygnału.
« wsteczdalej »
