AKTUALNOŚCI

Fizycy zwodzeni przez widma

Dodano: 25.02.2014

Fizycy zwodzeni przez widma

Dzięki rozpraszaniu fal akustycznych - słyszymy; dzięki rozpraszaniu światła – widzimy. Ale czy tylko takie kształty jakie odzwierciedla siatkówka oka. Nie zawsze. Udowodnili to naukowcy z Instytutu Fizyki PAN i Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. To nie jest wydumana science – fictions. Pomyślnie eksperyment polskich badaczy ma zasadnicze znaczenie dla nauki, dla teorii ludzkiego poznania.

"W przepięknie prostym doświadczeniu z użyciem mikrofal - mówi prof. Leszek Sirko z IF PAN - .zademonstrowaliśmy, jak w pewnych warunkach dwa obiekty znacznie różniące się kształtem mogą dla mierzącego je obserwatora wyglądać tak samo" -

W eksperymencie wykorzystano dwie struktury. Jedną podobną do litery H, drugą przypominająca literę O. Oba układy – fachowo określane jako tzw. grafy - miały taką samą długość.

„W pierwszy kroku dowiedliśmy matematycznie, że mimo różnic w kształcie i właściwościach, oba grafy będą rozpraszały promieniowanie w identyczny sposób” – wyjaśnia prof. Marek Kuś z CFT PAN.

Wyniki obliczeń sprawdzono w laboratorium IF PAN. Sieci falowodowe - a więc takich w których rozchodzą się fale – ukształtowano jak eksperymencie matematycznym, jako O i H - Dostarczono do tych układów fale mikrofalowe i mierzono jak rozpraszają się w szerokim zakresie częstotliwości. W wyniku uzyskano widma rozpraszania mikrofal.

Były nieodróżnialne, bliźniaczo podobne - mówi prof. Sirko - widma obu układów idealnie pokrywały się mimo ewidentnych różnic w kształcie grafów i nieuniknionemu w rzeczywistych układach pochłanianiu mikrofal w falowodach.

Polscy naukowcy udowodnili matematycznie i doświadczalnie, że dwie różne struktury tzw. sieci falowodowych mogą w identyczny sposób rozpraszać promieniowanie mikrofalowe. Tym samym, w pewnych warunkach obiekty znacznie różniące się kształtem mogą dla obserwatora wyglądać tak samo.

„To trochę tak, jakbyśmy w czasie badań okulistycznych bardzo dokładnie widzieli literę O tam, gdzie w rzeczywistości jest H” - mówi prof. Sirko

Badania nad rozpraszaniem w grafach, prowadzone w IF PAN i CFT PAN, mają ogromne znaczenie dla tzw. analizy spektralnej, będącej jednym z fundamentów współczesnej matematyki i fizyki. Eksperyment polskich naukowców dowiódł że niektóre wyniki mogą prowadzić do błędnych wniosków, co do struktury badanego układu.

„To rodzi pytanie co to znaczy poznawanie rzeczywistości? W jaki sposób mamy poznać rzeczywistość skoro, jak widzimy, sama natura maskuje nam poznawanie tej rzeczywistości? Bo w naszym doświadczeniu to, co odbieramy z dwóch różnych układów, jest dokładnie takie samo" - w rozmowie z PAP zastanawia się prof. Sirko.

W przesłanym PAP komunikacie badacze zaangażowani w doświadczenie nawiązują do pytania zadanego prawie 50 lat temu przez polskiego matematyka, Marka Kaca. Czy na podstawie samego dźwięku można rozpoznać kształt wydającego go bębna? Okazuje się, że nie. W latach 90. wykazano, że bębny o tej samej powierzchni membrany i takim samym obwodzie, lecz o różnych kształtach membran, mogą brzmieć identycznie. Fizycy udowodnili teraz, że podobne zjawisko zachodzi też w przypadku fal elektromagnetycznych - układy dwuwymiarowe o różnych kształtach geometrycznych mogą mieć to samo widmo energetyczne.

Badania prowadzone w Instytucie Fizyki PAN i Centrum Fizyki Teoretycznej PAN mają charakter poznawczy, ale także znaczenie praktyczne - analiza rozpraszania jest wykorzystywane we wszystkich typach pomiarów i zastosowaniach przemysłowych, w akustyce, przy projektowaniu sal koncertowych i tłumieniu hałasu, w elektronice i telekomunikacji, w technice wojskowej.

Projekt sfinansowano ze środków publicznych, w tym z grantu Narodowego Centrum Nauki. Wyniki doświadczenia opisano w prestiżowym czasopiśmie „Physical Review Letters”.

Na podstawie: PAP - Nauka w Polsce