FIZYKA
Kwantowe rzeębienie
Sprz´Å»enie zwrotne pozwala
naukowcom decydowaç o kszta"cie
funkcji falowej atomu
ozwój mechaniki kwantowej, teo-
rii opisujÄ…cej podstawowe pra-
Rwa rzÄ…dzÄ…ce materiÄ… i energiÄ…
w skali atomów i elektronów, zrewolu-
cjonizowa" nie tylko nasze rozumienie
WszechĘwiata, lecz takÅ»e technik´, przy-
noszÄ…c tranzystory, lasery i moÅ»liwoĘç
obrazowania za pomocÄ… magnetyczne-
go rezonansu jÄ…drowego. Obecnie Philip
H. Bucksbaum i jego wspó"pracownicy
z University of Michigan po"Ä…czyli kil-
ka najnowszych metod z systemem
NIE TYLKO DLA MóÚCZYZN? Rozpocz´to badania kliniczne sprz´Å»enia zwrotnego, aby kszta"towaç
nad skutecznoĘcią Viagry u kobiet.
podstawowe cechy czÄ…stek kwantowych:
ich funkcje falowe. Eksperyment Bucks-
sromowych i Ęcian pochwy oraz pro- mi analizowa" dane pochodzące z Na- bauma to  zdaniem Michaela G. Ray-
dukcj´ wydzieliny pochwowej. Do po- tional Health and Social Life Study, któ- mera, fizyka z University of Oregon 
miarów stopnia podniecenia seksual- rym obj´to w 1992 roku 1749 kobiet i  prawdziwa inÅ»ynieria kwantowa. Po-
nego u kobiet naukowcy stosujÄ… urzÄ…- 1410 m´Å»czyzn. By"o to pierwsze prze- winien on stworzyç wiele nowych moÅ»-
dzenie wielkoĘci tamponu, nazywane prowadzone na tak duŻą skal´ amery- liwoĘci; wi´kszoĘci z nich nawet sobie
pochwowym fotopletyzmografem. Apa- kał
skie badanie dotyczÄ…ce reakcji seksu- nie potrafimy jeszcze wyobraziç.
rat ten wykorzystuje Ęwiat"o do oceny alnych ludzi od czasu raportów Kinseya Funkcja falowa definiuje stan fizyczny
stopnia przekrwienia pochwy. Dzia"a z poczÄ…tku lat pi´çdziesiÄ…tych. W arty- obiektu kwantowego. Funkcje falowe
on na podobnej zasadzie jak zak"adane kule opublikowanym w Journal of the mają ulotne w"asnoĘci, związane z praw-
na palec aparaty do pomiaru ciĘnienia American Medical Association autorzy ci dopodobieł
stwem, a nie z pewnoĘcią.
t´tniczego. donosili, Å»e zaskakujÄ…co duÅ»y odsetek Spe"niajÄ… one s"ynnÄ… zasad´ nieozna-
Stosunkowo ma"o wiadomo o fizjo- kobiet (43%) i m´Å»czyzn (31%) doĘwiad- czonoĘci Heisenberga: gdy jedna cecha
logii kobiecych narządów p"ciowych. Ir- cza róŻnego stopnia zaburzeł
funkcji charakterystyczna jest dobrze zdefinio-
win Goldstein i Jennifer R. Berman z Bo- seksualnych, z brakiem pop´du lub sa- wana, wówczas druga zwiÄ…zana z niÄ…
ston University Medical Center planują tysfakcji seksualnej oraz niezdolnoĘcią pozostaje wysoce niepewna. Na przy-
stworzenie dok"adnej mapy przebiegu do osiÄ…gni´cia orgazmu w"Ä…cznie. k"ad dobrze zlokalizowany elektron mu-
naczył
krwionoĘnych i nerwów zaopa- Naukowcy spodziewajÄ… si´, Å»e Viagra si mieç szeroki zakres moÅ»liwych pr´d-
trujÄ…cych pochw´ i "echtaczk´. Wed"ug z"agodzi jedynie niektóre z tych obja- koĘci. Niemniej jednak w ostatnim
wst´pnych danych unerwienie kobiet wów, poniewaÅ» reakcje seksualne ludzi dziesi´cioleciu wiele zespo"ów badaw-
róŻni si´ nieco od unerwienia m´Å»czyzn. zaleŻą w duÅ»ym stopniu od czynników czych po"Ä…czy"o techniki pozwalajÄ…ce
Cindy M. Meston z University of Texas psychicznych, na które lek nie ma wp"y- analizowaç ca"kowite funkcje falowe
w Austin odkry"a, Że wspó"czulny uk"ad wu. W istocie, pierwsze doniesienie na w najdrobniejszych szczegó"ach i decy-
nerwowy, który odpowiada g"ównie za temat skutecznoĘci Viagry u kobiet nie dowaç o ich postaci.
przesy"anie impulsów, odgrywa istot- potwierdzi"o jej korzystnego dzia"ania. Bucksbaum i jego doktoranci Thomas
niejszÄ… rol´ w reakcjach seksualnych ko- W marcu br. Steven Kaplan z Columbia C. Weinacht i Jaewook Ahn zastosowa-
biet niÅ» m´Å»czyzn. Presbyterian Center w New York Pres- li swojÄ… metod´ do pewnego rodzaju sta-
Meston oĘwiadczy"a, Że dzia"ania fir- byterian Hospital w artykule opubliko- nu kwantowego, znanego pod nazwą
my Pfizer, zmierzajÄ…ce do zatwierdze- wanym w czasopiĘmie Urology og"osi", stanu Rydberga; pojawia si´ on wtedy,
nia stosowania Viagry u kobiet,  wzbu- Że Viagra nie poprawi"a w wyraęny spo- gdy elektron w atomie zostaje wzbudzo-
dzi"y wielkie zainteresowanie badania- sób satysfakcji seksualnej i nie zwi´kszy- ny do tak wysokiego poziomu energe-
mi reakcji seksualnych kobiet.  Viagra "a poŻądania w grupie 33 kobiet w okre- tycznego, Że ledwo jest związany z ato-
jest wspania"a  powiedzia"a.  W ciÄ…- sie postmenopauzalnym. mem.  Stany Rydberga to wspania"e
gu ostatnich dwóch miesi´cy dosta"am Pfizer bada obecnie dzia"anie Viagry laboratorium do testowania nowych
wi´cej pieni´dzy na badania niÅ» przez u kilkuset kobiet w Europie. Wed"ug idei  wyjaĘnia Bucksbaum. Elektron
siedem ostatnich lat. Caprino firma ma nadziej´ przedstawiç o tak wielkiej energii moÅ»e zajmowaç
Potrzeba leczenia zaburzeł
seksual- wyniki tego badania klinicznego w ciÄ…- bardzo duÅ»o stanów kwantowych. ¸Ä…-
nych u kobiet jest oczywista. W lutym gu kilku miesi´cy. Nast´pnie planowa- czÄ…c je ze sobÄ… w róŻnych proporcjach
Raymond C. Rosen z University of Me- ne jest przeprowadzenie eksperymen- (tzn. dokonujÄ…c ich superpozycji), mo-
dicine and Dentistry of New Jersey-Ro- tu klinicznego na duÅ»ej grupie kobiet Å»emy rzeÄ™biç kszta"t jego funkcji falo-
bert Wood Johnson Medical School w w Stanach Zjednoczonych. wej. Na przyk"ad w jednej z kombinacji
Piscataway wraz ze wspó"pracownika- Carol Ezzell elektron jest rozmyty w pierĘcieniu ota-
ÂWIAT NAUKI Lipiec 1999 19
SAM OGDEN
wÄ…  metod´, którÄ… po raz
ELEKTROAKUSTYKA
pierwszy zademonstro-
 180  120  60 0 60 120 180
wali rok temu. W holo-
FAZA (STOPNIE)
grafii optycznej prze- Mikromikrofony
WZORCOWA FUNKCJA FALOWA
strzenny kszta"t obiektu
Nowe czujniki wykrywajÄ… dÄ™wi´k
odtwarza si´ z jego holo-
za pomocą Ęwiat"a i ciep"a
gramu  odpowiednio
wykonanego dwuwymia-
rowego obrazu interfe- omimo wieloletnich wysi"ków in-
rencyjnego. W holografii Å»ynierom dotÄ…d nie uda"o si´ za-
kwantowej pomiary do- Padaptowaç technologii mikropro-
starczajÄ… danych, b´dÄ…- cesorowych do konstrukcji mikrofonów
cych daleką analogią ho- równie tanich i ma"ych jak komputero-
logramu, na podstawie we chipy. Jednak obecnie to si´ zmienia.
PRZEKSZTA¸CANIE
którego moŻna zrekon- W marcu br. na konferencji w Berlinie
funkcji falowej atomu
w celu uzyskania kszta"tu struowaç ca"kowitÄ… funk- przedstawiono projekty kilku przetwor-
i fazy (odniesionej
cj´ falowÄ… obiektu. Jed- ników akustycznych o rzeczywiĘcie mi-
do zmiany w czasie)
nakŻe zgodnie z zasadą kroskopowych rozmiarach. Takie  mi-
zgodnych z wzorcowÄ…
nieoznaczonoĘci kaÅ»dy kromikrofony mogÄ… wkrótce znaleÄ™ç
funkcjÄ… falowÄ… wymaga
pomiar zak"óca  obiekt zastosowanie w prawie niewidocznych
tylko trzech iteracji.
kwantowy, a zatem  ho- miniaturowych aparatach s"uchowych,
logram powstaje z poje- w czujnikach na skrzyd"ach samolotów
dynczych pikseli w wie- eksperymentalnych i w kamerach ultra-
lu seriach pomiarowych, dÄ™wi´kowych, które pozwolÄ… nurkom
w których za kaÅ»dym ra- widzieç w ciemnej i m´tnej wodzie.
czającym atom, w innej zlokalizowany zem uczestniczą tysiące identycznie Niektóre z tych urządzeł
dzia"ajÄ… tak
i porusza si´ po orbicie wokó" atomu przygotowanych atomów. jak zwyczajny mikrofon, tyle Å»e znacznie
w sposób bardzo podobny do planety Kiedy fizycy wykonajÄ… juÅ» map´ osta- mniejszy. InÅ»ynierowie z duÅ‚
skiej firmy
okrąŻającej S"oł
ce. tecznej postaci funkcji falowej, szukajÄ… Microtronic oraz niemieckiej Robert
Podstawowym narz´dziem s"uŻącym róŻnicy mi´dzy otrzymanÄ… funkcjÄ… i tÄ…, Bosch GmbH ze Stuttgartu wytworzyli
do takiego rzeÄ™bienia funkcji falowej jest którÄ… chcieliby uzyskaç. Informacj´ t´ wy- p"ytki krzemowe wype"nione chipami
silny i bardzo krótki impuls laserowy, korzystujÄ… nast´pnie do precyzyjnego do- mikrofonów pojemnoĘciowych, w któ-
który wzbudza elektron z niÅ»szego po- brania kszta"tu impulsu laserowego, za rych dÄ™wi´k zostaje przetworzony na
ziomu energetycznego. Za pomocÄ… uk"a- pomocÄ… którego wzbudzÄ… kolejnÄ… porcj´ sygna" elektryczny dzi´ki drganiom na-
du zaprojektowanego przez Warrena S. atomów. Bucksbaum zauwaŻy", Że juŻ po "adowanych elektrycznie membran gru-
Warrena z Princeton University moÅ»na dwóch lub trzech iteracjach sprz´Å»enie boĘci zaledwie 400 nm. Mimo Å»e ca"e to
kszta"towaç impuls laserowy, stosujÄ…c zwrotne niweluje róŻnic´ i doprowadza urzÄ…dzenie mieĘci si´ na chipie o po-
tzw. modulator akustooptyczny  krysz- do poŻądanej postaci funkcji falowej. wierzchni zaledwie 2 mm2, dzia"a rów-
ta", którego w"asnoĘci optyczne sÄ… na- Kwantowe kszta"towanie postaci nie dobrze jak konwencjonalny dziesi´-
rzucone przez precyzyjnie ukszta"towa- funkcji falowej znajduje zastosowanie ciokrotnie wi´kszy mikrofon.
ne fale dÄ™wi´kowe. Przebieg zmian w rozwijajÄ…cej si´ dziedzinie obliczeÅ‚
Inni uczestnicy konferencji prezento-
nat´Å»enia i faza trwajÄ…cego 150 fs im- kwantowych, w której kodowanie da- wali radykalniejsze rozwiÄ…zania. Jörg
pulsu laserowego decyduje o tym, jak nych na poszczególnych stanach kwan- Sennheiser, szef jednej z najwi´kszych
dost´pne stany wzbudzone elektronu towych moÅ»e przyczyniç si´ do rozwo- europejskich firm produkujÄ…cych mikro-
wiąŻą si´ ze sobÄ…, nadajÄ…c ostateczny ju komputerów kwantowych. Inna fony, pokaza" tzw. microflown  mikro-
kszta"t funkcji falowej elektronu. ewentualnoĘç to kontrolowanie przebie- fon przep"ywowy, w którym nie ma Å»ad-
Jaki zatem kszta"t musi mieç impuls gu reakcji chemicznych. Odpowiednio nych cz´Ä˜ci ruchomych. Nie wykrywa
laserowy, by da"o si´ wyrzeÄ™biç okre- ukszta"towane impulsy optyczne wy- on zmian ciĘnienia akustycznego, lecz
ĘlonÄ… postaç funkcji falowej? W zasa- muszajÄ…ce okreĘlone wzbudzenia w wy- reaguje na s"aby powiew wyst´pujÄ…-
dzie kszta"t taki moÅ»na wyliczyç z gó- branych wiÄ…zaniach czÄ…steczki mogÄ… cy na czole przemieszczajÄ…cej si´ fali
ry, ale w praktyce trzeba zmagaç si´ wzmocniç lub os"abiç alternatywne kie- akustycznej.
z aparaturą, której daleko do doskona- runki reakcji. Kilka zespo"ów badaw- Dwa wąskie mostki z platyny i azot-
"oĘci, i z niezupe"nym zrozumieniem czych niezaleŻnie od siebie wykorzysta- ku krzemu, kaŻdy szerokoĘci zaledwie
uk"adu fizycznego, który chcemy kon- "o w tym celu sprz´Å»enie zwrotne, ale 10 µm, przechodzÄ… nad kana"ami wytra-
trolowaç. bez jednoczesnego zastosowania szcze- wionymi w krzemowej p"ytce. PrÄ…d elek-
Nowy pomys" Bucksbauma opisany gó"owego obrazowania funkcji falowej. tryczny przepuszczany przez takie prz´s"a
w Nature z 21 stycznia br. polega na wy- Carlos R. Stroud, fizyk kwantowy nagrzewa je do temperatury ponad 300°C.
korzystaniu sprz´Å»enia zwrotnego do z University of Rochester, zastrzega, Å»e Gdy fala dÄ™wi´kowa przepycha czÄ…stecz-
zmiany kszta"tu impulsu. Jego zespó" zastosowanie metody Bucksbauma do ki powietrza w poprzek takich równole-
wykorzystuje do eksperymentów par´ szerszego zakresu uk"adów kwanto- g"ych ĘcieÅ»ek, towarzyszÄ…cy temu powiew
atomową cezu; kaŻda jej porcja zawiera wych wymaga dalszych badał
. Nie- przenosi ciep"o z pierwszego mostka do
oko"o miliona atomów. Impuls o kszta"- mniej jednak  Bucksbaum wraz ze drugiego.* Efekt jest niewielki, ale zmie-
cie zbliÅ»onym do poŻądanego wzbudza wspó"pracownikami powi´kszyli zbiór nia rezystancj´ prz´se" mostków w takim
atomy i wtedy naukowcy sporzÄ…dzajÄ… narz´dzi, którymi dysponuje dziĘ me- stopniu, Å»e moÅ»na go przetworzyç na sy-
map´ funkcji falowej powsta"ego stanu. chanika kwantowa  twierdzi. gna" elektryczny o poziomie wystarczajÄ…-
StosujÄ… do tego celu holografi´ kwanto- Graham P. Collins co wyÅ»szym od poziomu szumów.
20 ÂWIAT NAUKI Lipiec 1999
THOMAS C. WENACHT i PHILIP H. BUCKSBAUM,
University of Michigan