Kvanttimekaniikkaa makroskooppisesti

5.11.2020/Text: Mikael Kervinen

Mikael Kervinen

Kvanttimekaniikka tekee joitain todella ihmeellisiä ennustuksia ympäröivästä maailmastamme. Nämä ennustukset ovat kuitenkin kokeellisesti varmistettu yhä uudelleen ja uudelleen. Kvanttimekaniikka on siis perustavanlaatuinen kuvaus todellisuudesta. Emme kuitenkaan havaitse näitä asioita arkipäiväisessä elämässämme. Kvanttimekaniikan tutkimus on edennyt pelkästään teoreettiselta tasolta yhä edemmäs kohti kokeellista tutkimusta, jonka hyödyntäminen toimii perustana usealle uudelle teknologialle. Kun nämä tutkittavat kappaleet tulevat yhä suuremmiksi ja suuremmiksi, kysymys kuuluu, onko olemassa rajaa, jossa kvanttimekaaniset ominaisuudet katoavat.

Me tutkimme kvanttimekaniikan ilmiöitä makroskooppisessa mekaanisessa värähtelijässä. Värähtely on meille tuttua musiikista. Musiikissa jokainen nuotti soi omalla taajuudellaan. Äänen lähteenä on jokin mekaaninen värähtelijä, kuten soittimen kieli, joka värähtelee tietyllä taajuudella. Mutta mitä ihmiskorva ei kuule, on että tämä värähtely koostuu pienistä energiapaketeista. Kvanttimekaniikan perustavanlaatuisen ajatuksen mukaan kaikki energia on kvantittunut. Värähtelyjen energialla on siis pienin mahdollinen rakennuspalikka, joiden määrä on kokonaisluku. Tavallisessa arjessa tämä luku on mittaamattoman suuri ja koko ajan muutoksessa. On kuitenkin mahdollista tutkia värähtelijöitä siten että niiden yksittäiset energiakvantit tulevat näkyviin. Vaikka värähtelijä on kokoluokaltaan vain hiuksen paksuinen, se koostuu kuitenkin miljardeista atomeista, joiden yhteinen liike voi yhä noudattaa kvanttimekaniikan lakeja.

Yksi kvanttimekaaninen ominaisuus on superpositio. Superpositio tarkoittaa, että mekaaninen värähtelijä sekä värähtelee että ei värähtele yhtä aikaa. Idea makroskooppisesta kappaleesta superpositiossa voi tuntua ajatuksena uskomattomalta. Näiden ilmiöiden tutkiminen kokeellisesti on hyvin haastavaa. Pelkästään viimeisen vuoden aikana olemme tehneet innovaatioita, jotka ovat auttaneet meitä saavuttamaan tavoitteemme. Vaikka kaikki palaset ovat olleet alusta lähtien saatavilla, vasta laittamalle ne paikoilleen oikealla tavalla olemme saaneet aikaan toivottuja tuloksia. Tämä on opettanut minulle, että seuraava suuri keksintö, joka hyödyntää kvanttimekaniikan saloja, saattaa olla vain nurkan takana.

Uusimmat artikkelit

Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 17.2.2021

Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta Suuri osa maailman ja myös Suomen sähköntuotannosta toteutetaan polttoprosessien kautta. Sähköntuotanto polttoprosessien kautta on teoriassa yksinkertaista: Polttoaine palaa, jolloin vapautuu lämpöä. Lämmön avulla höyrystetään vettä ja höyry kuumennetaan usean sadan asteen lämpötilaan ja useiden kymmenien atmosfäärien paineeseen. Höyry johdetaan turbiinin, jossa höyryn annetaan laajentua. Höyry tekee työtä, joka saa turbiinin … Jatka artikkeliin Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta

Huoneenlämpötilan kvantti-ilmiöitä valjastamassa

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 9.2.2021

Huoneenlämpötilan kvantti-ilmiöitä valjastamassa Tietokoneet ovat muuttaneet elämäämme monin tavoin, mutta niiden perustana toimivan elektroniikan kehityskulku alkaa tulla tiensä päähän. Tietoa siirtyy internetin kautta yhä suurempia määriä, kun striimaamme teräväpiirtolaatuisia ohjelmia kotisohvilta ja älypuhelimemme toistavat loputtomasti videoita somen uutissyötteissä. Parempi kuvan- ja äänenlaatu tarkoittaa suurempaa käsiteltävää datamäärää. Lisäksi uudet koneoppimista hyödyntävät sovellukset vaativat valtavia määriä tietoa … Jatka artikkeliin Huoneenlämpötilan kvantti-ilmiöitä valjastamassa

Vetytalous voi mullistaa energiamarkkinat

Kirjoittajalta Marianna / 1.2.2021

Vetytalous voi mullistaa energiamarkkinat Sähköautot ovat alkaneet viime aikoina löytää markkinasijaa polttomoottoriautojen joukossa. Toistaiseksi lähes kaikissa myydyissä sähköautoissa energia tuotetaan akun avulla. Vaihtoehtona akulle voidaan pitää vetypolttokennoa, joka tarkoittaisi, että akun latauksen sijaa autoon tankattaisiin vetyä. Vetypolttokennoautojen teknisenä haasteena on vetyinfran puuttuminen. Kalifornia on vetypolttokennoautojen edelläkävijä yli 50 vetyasemallaan. Hiilineutraalisuus tavoitteena tarkoittaa sitä, että myös … Jatka artikkeliin Vetytalous voi mullistaa energiamarkkinat