February 12, 2015

Neērtā patiesība

(Sleja publicēta žurnālā Ir 5.02.2015)

Sākšu ar ne–ziņu par kāda atklājuma «aizklāšanu». Pērn martā pasaules medijus pāršalca ziņa par gravitācijas viļņu «nospieduma» detektēšanu ar BICEP2 teleskopu, kas esot bijusi pirmā liecība par visagrīnākajiem Visuma eksistences brīžiem — tā saukto inflācijas laikmetu (par to 26.03.2014 vēstīja arī Ir rakstā Brīnišķīga atklāsme). Diemžēl šampanieša atkorķēšana un inflācijas teorijas autoru varonizācija ir izrādījusies pārsteidzīga. Pievienojot BICEP2 datu kopai Eiropas Kosmosa aģentūras Planck zondes kosmiskā teleskopa iegūtās reliktā starojuma kartes, pētnieki secinājuši, ka signāla lielākā daļa ir nākusi no mūsu galaktikas putekļiem. Ņemot vērā šo trokšņa avotu, vairs nav pamata apgalvot, ka detektēti ir tieši pirmatnējie gravitācijas viļņi. Zinātnieku komentārus par šiem neiepriecinošajiem secinājumiem,  ko 31. janvārī apkopoja The New York Times caurstāvo viena doma: patiesības izziņas ceļš zinātnē nav viegls, bet tieši tādēļ ir svarīgi nepadoties, kad piemeklē neveiksme. Āmen!
Bet tagad uzdošu kādu provokatīvu jautājumu. Kurš no lasītājiem spēj saviem vārdiem paskaidrot, kas ir kosmoloģiskās inflācijas teorija un kādēļ tā ir svarīga? Atbilde droši vien neiztiks bez Lielā Sprādziena, reliktā starojuma un gravitācijas viļņu pieminēšanas, un katrs no tiem ir Nobela prēmijas vērts modernās fizikas stāsts (precīzie gadskaitļi zinātkārajiem: 1978., 2006. un 1993.). Bet pieļauju, ka daudzus, ieskaitot mani, nepamet sajūta — fundamentālo atklājumu ķēdīte no nefiziķim saprotamās pasaules līdz zināšanu priekšējai robežai ir aizgājusi tik tālu, ka šos stāstus vairs grūti atšķirt no pasakām. Mikrodaļiņu vai tālā kosmosa pasaule pat populārzinātnisko teiku līmenī ir tik tēlaina un noslēpumaina, ka nekas cits neatliek, kā ticēt teicējam uz vārda un izturēties pret mūsdienu zinātnes atklājumiem kā pret brīnumiem.
Man ir bažas, ka alkas pēc šādiem brīnumstāstiem pamatīgi traucē atcerēties vienu neērtu patiesību par materiālo pasauli, ko 20.gadsimta fizika ir iemācījusi civilizācijai. Fizikas galvenie principi un elementi ir atklāti, ļoti precīzi izzināti un pārbaudīti. Operāciju sistēmas Mūsu Visums pirmkods ir zināms praktiski pilnībā. Vēl jāturpina precizēt pirmās mašīnkoda komandas no ielādes sektora un dažu retu nestandarta USB ierīču pieslēgšanas protokolu nianses, bet negaidiet jaunu versiju vai nedokumentētas funkcijas. Pašos pamatos matērija ir tāda, kāda ir, un tās likumi ir akmenī cirsti — nav ko pielikt vai atņemt. Lielo ģeogrāfisko atklājumu laikmets ir beidzies.
Paredzu, ka daudzi zinātnes vēstures cienītāji šeit viedi pasmaidīs un steigs citēt Lordu Kelvinu, kas 19.gadsimta beigās pauda šķietami līdzīgus uzskatus par fizikas ēkas pabeigtību. Bet tieši tā ir mana tēze — 21.gadsimts nav 19.gadsimts, un, iespējams, pati svarīgākā mācība, ko nākotnes tehnoloģiskā progresa virzītājiem būtu vērts mācīties no fizikas vēstures, ir tās likumu absolūtais un permanentais raksturs. Līdzīgi kā kuģu navigācijā, fizikā vairs nav gaidāmas paradigmu maiņas.

June 05, 2014

Citādi lauki (mākslas izstādes recenzija)

— Sadarbībā ar ir.lv tapusi recenzija


Zinātnes un mākslas radošajā sintēzē parasti lielākais izaicinājums ir veiksmīgi «pieslēgt» skatītāju tieši zinātniskajai darba pusei. Uzzinot par izstādi Lauki izstāžu zālē Arsenāls, man radās pretējas bažas — vai fiziķa domāšanas ieradumi netraucēs uztvert darbu māksliniecisko dimensiju? To var noskaidrot tikai eksperimenta ceļā! Drosmei aicinot līdzi vēl divus testa subjektus — savus sākumskolas vecuma bērnus —, devos pretī mākslas pieredzei.

Lauka jēdziens ir ietilpīgs un elastīgs. Mūs ieskauj fizikālie, virtuālie, ideju lauki, nemaz neminot latviešu identitātei tika nozīmīgos laukus «parastos». Tikpat daudzdimensionāla ir Lauku apmeklētājiem piedāvātā instalāciju un interaktīvo objektu kopa.

Vairāki darbi pietuvina netveramajam pavisam burtiskā, fizikāli tehniskā ceļā, padarot redzamas un sadzirdamas elektromagnētiskā ētera svārstības ārpus tā banāli šaurā frekvenču diapazona, kam dabiski piemēroti mūsu maņu orgāni. Tāds ir sociālo vidi izaicinošais, mobilais čehu mākslieku projekts Imagograph,  hipnotizējošā Voldemāra Johansona telpiskā skaņas instalācija Diffusion,  pseidointeraktīvi «rādžiņi» Karla Heinca Jerona Nervu laukos. Īpaši gribas izcelt Sesilas Babioles darbu Bzzz! The sound of electricity, kas aicina uz pastaigu elektronisko «kukaiņu» radītajā skaņas laukā. Atkailinātas elektronikas shēmas un manāmi «drebošo» lakonisko skaļruņu loks liek aizdomāties par vienkāršām elektronikas ierīcēm kā ar saprātu (viedumu!) vēl neapveltītām mākslīgās dzīvības formām.

Tehnogēnās dzīvības un dabas kiborgizācijas idejas vijas cauri arī citiem darbiem. Vizuāli iespaidīga ir Martina Hauza instalācija Sketches of an Earth Computer, kā arī taureņu kolekciju atgādinošais radioelementu salodējums pie minētā Imagogarph. Sava veida ekokiborgu uzbur multimediju projekts Barības lauki, kas cita starpā piedāvā pataustīt un uzbūvēt Voltas stabu (bateriju) no medus un citronsulas.

Esmu patīkami pārsteigts, ka mana allaž paaugstinātā imūnreakcija uz pseidozinātniskām idejām par pasaules galu netraucē izbaudīt komplicēto Polsprung, kas veltīts Zemes magnētisko polu pārslēgšanās parādībai. Pat vissmalkākie zinātniskie mērījumi un racionālā izpēte reizēm nespēj dzēst mūsos dziļi mītošās eksistenciālās bailes, ko Polsprung veiksmīgi akcentē. Zinātnisko ideju mākslinieciskā komunikācijā mans favorīts ir Ginta Gabrāna un Jāņa Liepiņa Foood. «Celulāze» šķiet abstrakts vārds, līdz atpazīsti pussagremotas koka skaidas Petri šķīvītī. Un blakus gaumīgi pasniegti ēdieni no maizes līdz papīram baro cerības, ka ģenētiski modificēts organisms (kas speciāli radīts šim darbam!) paēdinās bada cietējus...

Bērnus paredzami iepriecina interaktīvie darbi. Par datorspēles objektu kļūst virtuālajā laukā «iekāpušie» Hannas Haslati instalācijas Habitus viesi, un, ja vēl viesi ir divi... Zoomorph lab krāsu laboratorija labi iederētos gan skolā, gan zinātnes centrā, savukārt lakoniskais Jāņa Jankevica videofiltrs Dust of the Past ļoti veiksmīgi piešķir negaidītu faktūru laika dimensijai. Bet bērnu piekrišanu izpelnās ne tikai kustība un spēle — visvairāk laika viņi pavada tumšā istabā The Working Life filmas varoņa kompānijā.

Protams, sastopu arī darbus, kuriem neizdodas «pieslēgties». Medus baterijām līdzīgu ideju, šķiet, mēģina komunicēt Biotricity 1.46V, bet zinātniskā komponente (bakteriju degvielas šūnas) paliek mistērija, un tās sonifikācija un vizualizācija intelektuālo diskomfortu neatvieglo. Transgenics «transģenēzes perversitāte» atstāja iracionāli atbaidošu, sliktai dūšai līdzīgu iespaidu (ko darba autori, pieļauju, uzskatītu par panākumu). Lauki stāsta arī par vairākiem apjomīgiem projektiem ar nopietnu sociālu dimensiju, kurus var tikai daļēji ietilpināt izstādes formātā.

Izejot no Arsenāla, izstādes kopvērtējumu labi raksturo septiņgadīgā dēla neprovocētais jautājums: «Tēt, kad tu mūs atkal vedīsi uz mākslas izstādi?» Mākslinieku drosme, skarto dimensiju daudzveidība un sintēzes autentiskums sola bagātīgu pieredzi katram izstādes apmeklētājam. Vismaz mums šis solījums tika piepildīts.

December 10, 2013

Par zinātnes un sabiedrības attiecībām un jēdziena "zinātne" robežām

Šī "ticības apliecība" tapa pirms kāda laika, atļaujos sevi pārpublicēt:

Populārzinātniskajā izklāstā jebkura zinātniska teorija pārtop par mītu, jo klausītajam ir jātic autoritātei. Cik katrā mītā ir patiesības, var pateikt tikai attiecīgās jomas profesionāļi. Un tā ir zinātnieku kolektīvā un individuālā atbildība sabiedrības priekšā, lai nepamatoti mīti netiek pasniegti kā "mūsdienu zinātnes jaunākie sasniegumi". 

Robeža starp "zinātni" un "nezinātni" vienmēr būs izplūdusi, jo to veido neperfektie, dzīvie cilvēki ar visām savām vājībām, kaislībām un kļūdām, nemaz nerunājot par racionālā, zināšanas objektivizējošā izziņas ceļa principiālo aprobežotību. Galējības ir bīstamas no abām pusēm. Viena no tām ir konservatīvais pūrisms, kas cītīgi cenšas pasargāt "zinātnes tīrību" un bieži vien iekrīt augstprātības slazdā. Bet ne mazāk bīstama ir pretējā galējība - mītu atvasināšana no mītiem un sholastisku prātojumu pasludināšana par "mūsdienu zinātni". Zinātnes aizstāšana ar populārajiem mītiem vienmēr būs... populāra. Vai tad nav patīkami apzināties, ka dzīvojam "hologrāfiskajā visumā" un "fraktālajā laikā"? Tādēļ arī sabiedrībai ir vajadzīgi akadēmiķi un zinātnieki, kuru rokās tiek likta atbildība lai mūsu jaunajiem prātiem ir gudrības avoti labāki par "tirgus laukuma patiesību", kuru definē sabiedrisko attiecību meistarība un pārdošanas māksla, nevis argumentu un pierādījumu spēks.

Par zinātnes autoritātes sabrukumu postmodernajā sabiedrībā ir noteikti sarakstītas biezas profesionāļu grāmatas, ar šīm rindkopām es gribēju tikai skaidri nodefinēt savu pozīciju.


Un šeit videoieraksts par atsevišķajiem šīs sasāpējušās problēmas aspektiem:



(prezentētie četri slaidi ir atrodami šeit).

February 05, 2013

No threat to quantum cryptography (at least from quirks of fluid mechanics)

 A few days ago my colleague at University of Latvia,  +Andris Ambainis, has shown me a recent preprint by  +Ross Anderson and +Robert Brady. The title and the content of their paper are so provocative (e.g., "full range of quantum phenomena from completely classical motion" and "quantum cryptography is not probably secure") that it has understandably attracted some attention of the cryptography community and led to sensational news reports attributed to "Cambridge experts".

As a condensed matter physicist, I'd like to state a few things that I hope will quickly clarify this confusion.  Below are you will find a list of statements regarding  arXiv:1301.7351 by Anderson and Brady (A&B) and arXiv:1301.7540 by Brady. You don't have to trust me - run the list by any tenured physicist at your university/department.
  1. There is no explicit model for entanglement (or any other kind of many-particle correlation) in Brady's "sonon" model of an electron or in the A&B preprint.
  2. As a corollary, the model is irreconcilable with each of the myriad of experimental facts underlying our trust in the conventional quantum many-body theory (ie., Shcrodinger equation in Fock space). Explicitly: 
    1. Spectrum of any atom beyond hydrogen. 
    2. Superconductivity (from which Josephson-effect-based QIP is derived).
    3. Anomalous value of electron's gyromagnetic ratio (which by itself long ago has fundamentally invalidated any single-particle approximation for the physical electron, including Dirac equation which Brady connects his model to).
    4. Exchange interaction and ferromagnetism.
    5. The Standard Model of particle physics. 
  3. Another corollary: in contrast to standard theory, A&B provide no alternative method to compute the outcome of any of Bell-inequality testing experiment.  (The latter belong the same myriad of experimental keyholes that quantum theory has successfully passed through).
  4. Brady's use of the historical name "fine structure constant" for his estimate of the squared dimensionless Coulomb charge of the "sonon" ($\alpha < 1/49$) is misleading. There is no spin-orbit interaction in his model and hence no prediction for fine structure of atomic spectra.
One can go on and pick apart individual superficial analogies put forward by A&B that a non-specialist may mistake for valid criticism of contemporary quantum theory, but I hope that I have made it clear enough that scientific implications of the controversy stirred by A&B, if any, do not belong to the domain of physical sciences.

January 05, 2013

LaTeX latviski un mūsdienīgi


The only way to learn is to suffer.
/prof. A Aharony, my PhD advisor/

Kopš es pirmo reizi saskaros ar LaTeX latviskošanu, rakstot bakalaura darbu Latvijas Universitātē (1996. gads), šī apbrīnojami stabila tehnoloģija ir spērusi dažus būtiskus soļus uz priekšu. Svarīgākais, kas pa šo laiku noticis datorpasaulē ar latviešu (un neskaitāmām citām!) valodām ir Unicode. Galvassāpes par dažādiem kodējumiem (encodings) nu lēnām pazūd kā ļaunais murgs, un pasauli pārņem utf-8.  Diemžēl, jo tālāk pagātnē ir studenta gadi, jo mazāk ir laika iedziļināties tehnoloģiju attīstībā. Un pat ja es ar sāpēm raugos, kā nākamā paaudze pārņem aizvēsturiskus latviskošanas trikus, līdz pagājušā gada nogalei man nebija laika un iegansta iedziļināties un vienreiz sarakstīt latvisku LaTeX dokumentu "kā nākas". Par to tad arī šis bloga ieraksts.

Vispirms dažos teikumos par to, kas ir LaTeX. Tā ir kompleksu tekstu sagatavošanas sistēma, kas nodrošina tipogrāfisku ekselenci "automātiski", ļaujot nedomāt par fontiem, atstarpēm un atsaucēm, bet veltīt sevi saturam. Ļoti noderīga diplomdarbiem, disertācijām, atskaitēm ar prāvu literatūras sarakstu, gariem vienādojumiem vai daudzveidīgām valodām. Protams, bauda no braukšanas nāk tikai tam, kas labi iejuties šofera krēslā, tādēļ jo sevišķi noderīgi ir padomi iesācējiem, kas palīdz "nekāpt uz grābekļiem" un pārvarēt apjukumu instalējot, uzskaņojot un uzsākot pareizi lietot tādu jaudīgu ieroci, kāds ir LaTeX.

Par laimi, pat latviski ir pieejamas labas pamācības, kā instalēt un uzsākt lietot LaTeX (patiecoties Jānim Valeinim un Kristapam  Bergfeldam), nemaz neminot globālo telpu un profesionāļu kopienu. Diemžēl, populārākais latviskošanas paņēmiens no 1996. gada - ar manuālām garumzīmēm ("ā" vietā rakstot "\={a}") - ir strupceļš, kas atņem virkni modernā LaTeX priekšrocību un padara daudz grūtāku teksta tālāko lietošanu ārpus LaTeX. Arņa Votikāna instrukcijas ir būtisks solis gaišās nākotnes virzienā, es piedāvāju vēl dažus solīšus.

Tātad, trīs lietas, ko apguvu gadu mijā un sirsnīgi iesaku LaTeX iesācējiem un lietpratējiem:
  1. XeLaTeX ar polyglossia valodu atbalstam un fontspec OpenType fontu izvēlei.
  2. KOMA-script kā pamats dokumenta stilam article vai report vietā.
  3. biblatex literatūras sarakstam(-iem) kā Bibtex pēctecis. (Ar Mendeley palīdzību var grābt metadatus no avotu mājaslapām un pat pdf failiem.)
Nedaudz sīkāk par katru no punktiem. Uzsākt ir ļoti vienkārši. Instalējot moderno MikTeX 2.9 vai TeX Live 2011 (de facto standarti attiecīgi Windows un Linux vidē), latviešu valoda strādā "out-of-the-box"! Nekāds konfigurēšanas, pakotņu pieinstalēšanas, vai "formātu failu atjaunošanas". Ir tikai jālieto Unicode-savietojams teksta redaktors (TeXnic center, TeXworks, jEdit, da jebkurš ne-antīks teksta redaktors, pat notepad!).

Šis ir "hello world" piemērs:
Rezultāts pdf failā izskatās sekojoši:
Par vienu "grābekli" gan gribu brīdināt: neskaidru iemeslu dēļ satura rādītājs ar KOMA-script un latviešu valodu negāja kopā, kamēr pārkopēju polyglossia failu ar latviešu valodas definīcijām "gloss-latvian.ldf" no MikTeX dziļumiem uz mana dokumenta folderi.

Protams, mums nav jāapstājas pie noklusējuma fonta un stila. Šeit ir plašāks paraugs ar paskaidrojošajiem komentāriem. "Nokompilētā" veidā šis piemērs, cerams, dod priekšstatu par LaTeX ideju un garu. Ievērojiet arī, ka OpenType fontu pieslēgšana piešķir garumzīmēm īsto garumu un novietojumu:
Tiem, ka ir tikuši tik tālu un vēlas (varbūt, ir spiesti) lietot Unicode-laikmeta LaTeX, novēlu pacietību un veiksmi! Ja ir ar ko padalīties, pastāstiet par savām veiksmēm vai neveiksmēm ar LaTeX. Nākamais solis būtu pārstrādāt Jāņa Valeiņa dimplomdarba stila failu "ludis", kas ir populārs fizmatu vidū.

Papildinājums: Andreja Vihrova 2011. gada pakotne "fixlatvian" ir lielisks atradums, kas pēc būtības līdz galam atrisina LaTeX latviskošanas jautājumu. Manā testā konflikti ar KOMA-script neradās. Nomainot garākā piemērā 2. un 3.rindiņu uz "\usepackage{fixlatvian}", bet 36. rindiņā - \ref uz \nref, rezultāts kļūst vēl tīkamāks. 

January 03, 2013

Kvantu skaitīkļi un 2012. gada Nobeļa prēmija fizikā


Ceļš uz fundamentālās zinātnes “lielajiem mērķiem” - piemēram, Higsa bozonu vai kvantu datoriem - ir ceļojums nezināmajā, kas paver jaunus apvāršņus un negaidītus pielietojumus. Šis stāsts ir par dažiem atklājumiem ceļā uz kvantu datoru izveidi, kuri ļoti praktiskā veidā stiprinājuši augsto tehnoloģiju un ražošanas pašus pamatus - metroloģijas zinātni. Ar šo jomu ir cieši saistīta nupat piešķirtā Nobeļa prēmija fizikā, bet savukārt vienā no šī ceļa takām - “kvantu skaitīkļu” izveide no nanotranzistoriem - ir arī Latvijas fiziķu pēdas.

Metroloģija no senatnes līdz mūsdienām

Metroloģija ir zinātne par precīzu mērīšanu un mērvienībām. Tā ir tikpat sena kā pati civilizācija - jo civilizācija nav iespējama bez tirdzniecības, bet tirgotājam jāzin, cik daudz viņš pērk vai pārdod. Vissenākais un vistiešākais veids, kā vienoties par mēriem, ir izvēlēties mērvienību paraugus jeb etalonus. Piemēram, Londonā Trafalgāras laukumā ir atrodami 1876. gadā bronzā iekaltas pēdas un jarda etalonu kopijas.

Vienkāršākie mērvienību etaloni ir saistīti ar konkrētu, unikālu priekšmetu, kura īpašība (piemēram, masa) definē mērvienību. Savukārt 20. gadsimta revolūcijas fizikā - kvantu un relativitātes teorijas - pavēra ceļu uz etaloniem, kas balstās universālajos fizikas likumos un ir realizējami neatkarīgi no konkrētiem priekšmetiem-etaloniem. Attīstoties 21. gadsimta zinātnei un tehnoloģijām, nemitīgi pieaug prasības mērīšanas un etalonu precizitātei, un mūsdienu metroloģija iet kopsolī ar fundamentālo fiziku. Abas strādā uz tehnoloģisko iespēju robežas, kāpjot tai pāri un radot vēl nebijušas iespējas.

Kvantu izaicinājums un 2012. gada Nobeļa prēmija

Mūsdienu metroloģijas ciešo saikni ar fundamentālo fiziku lieliski apliecina 2012. gada Nobeļa prēmija fizikā Seržam Harošam (Serge Haroche) un Dāvidam Vainlandam (David Wineland).  Vainlands strādā ASV Nacionālajā metroloģijas institūtā (National Institute of Standards and Technology, NIST). Abu laureātu darbs ir saistīts ar fizikas fundamentālāko un mūsdienās visprecīzāk izmērāmo lielumu – laiku.

Lai mērītu laiku, ir vajadzīgs pulkstenis – fizikāla iekārta. Bet pulksteņa „sirds” (tiešā nozīmē!) ir svārsts, jeb, kā fiziķi to sauc svešvārdā, oscilators. Mūsdienu visprecīzākos pulksteņus sauc par atompulksteņiem  jo to „sirds” ir elektronu svārstības atomos vai jonos. (Jons ir atoms, kam trūkst vai ir par daudz elektronu, tas ir elektriski lādēts un līdz ar to viegli noturams vakuumā ar elektrisko lauku).

To, kā svārstās elektroni atomā, apraksta nu jau teju 100 gadu vecā fizikas teorija – kvantu mehānika. Tā ir radusies tieši no fiziķu centieniem saprast, kā ir uzbūvēts atoms. Bet šo atompasaules neparasto likumu saistība ar ikdienas (kā fiziķi saka – klasisko) pasauli nekad nav bijusi līdz galam skaidra. Līdz nesenam laikam tā bija izpētāma tikai „domu eksperimentos”. Šo situāciju ir palīdzējuši mainīt šī gada Nobeļa prēmijas laureāti. Viņi ir attīstījuši tehnoloģijas, ka ļauj vakuumā satvert un kontrolēti ietekmēt atsevišķus jonus un gaismas daļiņas, atsedzot to kvantu īpašības. Ieguvēja ir ne tikai kvantu fizika, bet arī metroloģija: Vainlanda komanda ir radījusi “jonu pulksteni”, kura sirds “pukst” simtiem reižu ātrāk un precīzāk, nekā pašreizējam sekundes etalonam, cēzija atompulkstenim.

Kvantu skaitīkļi un strāvas etalons

Nanoelektronikas pētījumu Latvijas universitātē lielais mērķis ir realizēt šīs pašas „..metodes, kas ļauj mērīt un manipulēt ar atsevišķajiem kvantu sistēmām” (citāts no Nobeļa komitejas paziņojuma 2012. gada 9. oktobrī). Atšķirībā ir tikai tajā, ka atomu un vakuuma kameru vietā mēs pētām atsevišķos elektronus nanotranzistoros (t.s. kvantu punktus). Mēs strādājam no teorijas puses, savukārt eksperimenti ar atsevišķu elektronu manipulēšanu tiek veikti Eiropas lielvalstu -- Vācijas un Lielbritānijas -- nacionālajos metroloģijas institūtos. Vācijā tas ir Fizikas un tehnikas federālais institūts Braunšveigas pilsētā (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB).

Tuvākais šo kvantu tehnoloģiju pielietojums ir saistīts ar elektronikas pamatlielumu – strāvu un tās mērvienību ampēru.Strāva ir noteikts lādiņa daudzums laika vienībā. Pateicoties kvantu mehānikai, laiku un frekvenci mēs protam mērīt precīzāk par visiem citiem lielumiem. Ja vien mēs prastu skaitīt elektronus tik pat droši un nekļūdīgi kā, piemēram, domino kauliņus, tad strāvu varētu mērīt, vienkārši saskaitot elementārlādiņu (elektronus) skaitu vienā sekundē.

Mēs strādājam pie tā saucamo kvantu sūkņu teorijas, kas cenšas noskaidrot fundamentālās robežas, ar kurām precīzo skaitīšanu ierobežo kvantu fizikas pamatlikumi. Šī sapratne attīstās soli pa solim – vienu soli teorija, otru eksperiments utt. –  ejot uz priekšu nezināmajā. Šogad kopā ar LU studentiem esam spēruši vēl vienu soli uz priekšu kvantu sūkņu teorijā: novembra beigās ASV prestižākajā fizikas žurnālā (Physical Review Letters) ir publicēts mūsu raksts par to, kā atsegt kvantu punktā ieslazdotā elektrona viļņu īpašības. Izrādās, ka tieši tas, ka elektrons ir kvantu daļiņa un līdz ar to uzvedas arī kā vilnis, ir minētais fundamentālais šķērslis jaunā strāvas etalona izveidei. Mums izdevies izstrādāt metodi, kā radīt tik precīzu kvantu sūkni, cik vien pieļauj Heizenberga nenoteiktības princips (kas ir viens no kvantu fizikas stūrakmeņiem).

Skats nākotnē

Praktiskie sasniegumi motivē tālākus fundamentālos pētījumus. Kvantu nanoelektronikas nākotne ir spoža: cīņā par labāko iespējamo precizitāti ir apzināti veidi, kā kvantu punktu pārvērst no “elektronu trauciņa” par kvantu informācijas glabātuvi. Jaunais lietišķais virziens ir lādiņu skaitītāju izmantošana ļoti jūtīgiem mērījumiem, kas pietuvojas kvantu nenoteiktības diktētajai robežai. Un ja ņemam vēsturi par paraugu, var droši apgalvot, ka nākotnē fizikas un metroloģijas draudzība sagādās vēl nevienu vien noderīgu un pārsteidzošu atklājumu.

Šajā rakstā minētie Latvijas zinātnieku sasniegumi ir tikai daļa no starpdisciplināra pētījumu projekta „Datorzinātnes pielietojumi un tās saiknes arkvantu fiziku” rezultātiem. Projekts tika īstenots Latvijas Universitātes Datorikas fakultātē no 2009. gada 1. decembra līdz 2012.gada 30. novembrim Eiropas struktūrfondu programmas 2007.-2013.gadam „Cilvēkresursi un nodarbinātība” aktivitātas „Cilvēkresursu piesaiste zinātnei” ietvaros. Projekta kopējās izmaksas ir 1 242 000 lati, no kurām 85% ir Eiropas Sociālā fonda līdzfinansējums.

September 20, 2012

Zinātkāre brīvsolī

Publicēts žurnālā IR 20.09.2012.

Lai piedzīvotu brīnumus, pietiek paskatīties uz pasauli no neierasta skatpunkta, un Rīgā to ļauj interaktīvs zinātnes minimuzejs

Sociālajos tīklos uzzinot, ka Galleria Riga atklāts zinātkāres centrs Zili brīnumi, jautājums, kā pavadīt svētdienas pēcpusdienu ar ģimeni, uzreiz bija atrisināts. Atceroties bērnu sajūsmu par Zilu brīnumu «vecākā brāļa» zinātnes centra Zin(oo) apmeklējumu šovasar Cēsīs, jutos drošs, ka Rīgā mūs gaida kaut kas ne mazāk interesants. Šīs cerības pārņemti, mēs — tētis un divi bērni — devāmies izpētīt, kādus brīnumus varēs piedzīvot.

Jau nosaukums «zinātkāres centrs» liek atteikties no stereotipiem un aizdomāties. Vai tā ir mākslas galerija, mācību klase, zinātnes muzejs, meditācijas telpa? Pa druskai no katra, bet visvairāk tā ir vieta, kur vienkāršas lietas var ieraudzīt un piedzīvot pavisam negaidītā leņķī, reizēm vārda vistiešākajā nozīmē. Ekspozīcija ir eklektiska — sākot ar instalācijām, kas piemāna telpas izjūtu un redzi, un beidzot ar gudrām skārienjutīgām virsmām, skaņas, ūdens, dzīvnieku eksponātiem un pat sportam spēlēm. Visam var pieskarties, izmēģināt, pamainīt.


Bērni ir palaisti brīvsolī un steidz visu atklāt paši. Ja rodas aizķeršanās, jauni un laipni centra darbinieki palīdz noorientēties, bet ar lielāko daļu bērni un vecāki tiek galā paši (vai noskatās, ko dara citi apmeklētāji).
Telpu plānojums un daudzveidīga ekspozīcija palīdz katram atrast savu īpašo «pērli» vai nodarbi.  Mans personīgais favorīts ir pilošais ūdens ar stroboskopisku apgaismojumu, kas rada pārliecinošu (taustāmu!) ilūziju par apturētu vai pat pretēji pagrieztu laiku. Dēlam, kurš vēl iet bērnudārzā, visvairāk patika būvēt koka dzelzceļu un uzspēlēt florbolu, savukārt otrklasnieci meitu apbūra iespēja «jogot» jeb izmēģināt jogu, un viņa visspilgtāk atceras dīvainu rokturi, kuram pievienotie striķi pārvērta rata griešanu par koka «sliekas» locīšanos. Centrs nav liels, bet arī pēc divarpus stundām nedz mazajiem, nedz lielajam vēl negribējās iet prom.

Zili brīnumi ir ne tikai interaktīvs zinātnes minimuzejs. Kamēr bērni ir nodarbināti, vecāki var atrast laiku un telpu kādai dziļākai domai. Tam palīdz veiksmīgs telpu dizains, tēli no Alda Kalniņa grāmatas Zili brīnumi, eksponātu skices, fotogrāfijas un citi interjera elementi. Ja atnāks par ģimeni lielāka skolēnu grupa, atradīsies arī vieta macību stundai vai radošajām aktivitātēm.

Kopumā manī radās pārliecība, ka Zili brīnumi ir veiksmīgs sākums — gan šaurākā, gan plašākā nozīmē. Vispirms jau pašam centram ir kur augt — ne visi eksponāti ir vienlīdz saistoši, dažiem (piemēram, mikroskopam ar projektoru vai interaktīvajai tāfelei) ir vēl neizmantots potenciāls pārsteigt un uzrunāt. Savukārt cerība uz turpinājumu plašākā nozīmē ir saistīta ar Zilo brīnumu veiksmīgi apliecināto pamattēzi: radot izbrīnu, mēs rosinām zinātkāri. Taustāmi un saistoši eksponāti palīdz ieraudzīt «smagos» skolas mācību priekšmetus — matemātiku, fiziku, bioloģiju, informācijas tehnoloģijas — pievilcīgā gaismā. Bet izbrīns vien vēl nepalīdz sasaistīt centrā piedzīvoto ar skolas vielu. Mani kā «fizmatu» pēc pārliecības un profesijas daudzi eksponāti uzrunā kā lieliskas fizikas parādību un matemātikas koncepciju demonstrācijas. Piemēram, meitas iecienītais «rokturis» slēpj sevī saistību starp sinusu un kosinusu, viļņa fāzi un amplitūdu. Aizkavētās runas caurule ļauj aprēķināt skaņas ātrumu. Mikroskops var atklāt planšetdatora ekrāna uzbūvi un darbības principu. Kāpēc kāda no skolas stundām nevarētu notikt zinātnes centrā? Protams, ar brīnumiem vien būs par maz. Lai būvētu tiltu no zinātkāres uz zināšanām, ir vajadzīgs liels radošs ieguldījums gan no ekspozīciju veidotājiem, gan no skolotāju un izglītības speciālistu puses. Veiksmīgi piemēri no kaimiņavalstīm — zinātnes centri AHHAA Igaunijā vai HEUREKA Somijā — dod cerību, ka tas ir paveicams.