Mes visai neblogai suprantame, kaip pasaulis veikia, iki kol susiduriame su kvantinės fizikos dėsniais. Pasisekė, kad turime mokslininkų, kurie gali tą mikropasaulį paaiškinti, – viena iš jų yra vokiečių fizikė profesorė Michele Heurs, dirbanti su ypatingais lazeriais, kuriais matuojamos gravitacinės bangos ir tai, kaip jos veikia erdvėlaikį.Mes visai neblogai suprantame, kaip pasaulis veikia, iki kol susiduriame su kvantinės fizikos dėsniais. Pasisekė, kad turime mokslininkų, kurie gali tą mikropasaulį paaiškinti, – viena iš jų yra vokiečių fizikė profesorė Michele Heurs, dirbanti su ypatingais lazeriais, kuriais matuojamos gravitacinės bangos ir tai, kaip jos veikia erdvėlaikį.
Michele Heurs / J. Stacevičiaus / LRT nuotr.
Prof. M. Heurs savo moksliniuose tyrimuose daugiausia dėmesio skiria neklasikinei interferometrijai, kvantinei metrologijai ir kvantinei optomechanikai. Mokslininkė stengiasi išmatuoti itin sunkiai užfiksuojamas gravitacines bangas, ko nebuvo įmanoma padaryti visą šimtmetį nuo tada, kai buvo numanomas jų egzistavimas.
LRT.lt portalui ji aiškino, ką veikia savo moksliniame darbe, kodėl fundamentalusis mokslas svarbus žmonijai ir kas yra didžiausia jos motyvacija.
LRT.lt publikuoja interviu iš straipsnių ciklo „Mokslo spektras“ su užsienio mokslininkais, kuriame pristatysime ne tik mokslo bendruomenei, bet ir kiekvienam mūsų skaitytojui aktualias temas.
– Jūs dirbate kvantinės optikos srityje, tačiau reikia pripažinti, kad daugumai žmonių žodis „kvantinis“ kelia sumaištį galvoje. Galbūt galite paprastai paaiškinti, kokiais tyrimais užsiimate?
– Iš pradžių gal trumpai paaiškinsiu, kas yra kvantinė dalis. Mes gyvename makroskopiniame pasaulyje – viskas aplink mus yra santykinai didelių dydžių. Turime taisykles, pagal kurias funkcionuojame savo gyvenime, pagal kurias viskas veikia. Jeigu kažką pastumiu, tai pajuda, žinau, kaip tai veikia, nes tuo gyvenu.
Kvantinė mechanika veikia kitaip – čia turime kitokias taisykles. Viskas yra apie tikimybes. Jeigu kažką darai, vyksta veiksmas, yra tikimybė, kad rezultatas nebūtinai bus toks, kokio tikiesi. Ir tai mums, makroskopiniams deterministiniams padarams, yra kažkas, ką sunku priimti. Tačiau turime sutikti su žaidimo taisyklėmis, o tuomet kvantinė mechanika pasidaro nors ir nepasakyčiau, kad lengva, nes tai vis tiek kontraintuityvu, tačiau mes bent jau galime užsiimti skaičiavimais.
Kvantinė mechanika labai gerai apibūdina tai, kas vyksta mikroskopiniame lygmenyje. Mes nesame radę nieko, kas jai prieštarautų. Viskas kol kas yra labai nuoseklu.
– O kaip dėl kvantinės optikos?
– Aš dirbu su lazeriais. Užsiimu specifine optikos sritimi, kur kvantinė šviesos prigimtis – tikimybinė prigimtis – tampa dominuojanti.
Lazeriai yra labai ypatingos lempos. Visi žino lazerius: lazerinius taikiklius, lazerių šou, lazerinę chirurgiją ir t. t. Mes lazerius naudojame matavimams. Jeigu nori kažką matuoti, gali tai padaryti tiek tiksliai, kiek geras yra tas prietaisas, kuriuo matuoji.
Jeigu noriu pamatuoti stalo aukštį, galiu panaudoti savo plaštakos ilgį – žinau, kad, pavyzdžiui, tai bus 20 centimetrų, o stalo aukštis, taip sudėjus delnus, tuomet išeitų apie 80. Jeigu noriu išmatuoti tiksliau, man jau reikia matuoklio. Kadangi jame nurodyti ir milimetrai, galime išsiaiškinti, kad stalas yra 85,5 centimetrų aukščio.
Tačiau jei noriu dar tiksliau pamatuoti aukštį, man reikia dar geresnio matuoklio. O šviesa yra pati geriausia tam – nes tai yra elektromagnetinė banga, sudaryta iš dalelių. Jeigu naudoji lazerio skleidžiamos šviesos bangos charakteristiką, gali skaičiuoti bangų ilgius. Arba gali apskaičiuoti kelis ruožus, pamatuotus šviesos bangomis. Tai vadinama interferometrija.
Naudojame lazerius vadinamajai lazerinei interferometrijai, kad labai tiksliai išmatuotume ilgių skirtumus arba tų skirtumų pokyčius keliuose matuojamuose ruožuose.
Aš dirbu gravitacinių bangų detekcijos srityje. Esu kvantinės optikos specialistė, tačiau dirbu su astrofizika. Kai buvau jaunesnė, norėjau būti astrofizikė.
Matuoti gravitacines bangas yra labai sudėtinga, nes jos turi labai silpną efektą – šių bangų negalėjome matuoti iki pat 2015-ųjų. O bandėme dešimtmečius. Kai jos numanomos buvo dar 1915–1916-aisiais.
Taigi mes naudojame lazerinę interferometriją tam, kad matuotume gravitacines bangas. To reikia tam, kad suprastume, kokį poveikį gravitacinės bangos turi erdvėlaikiui, o tai iš esmės yra mūsų tikrovės audinys. Erdvėlaikis yra ištemptas ir suspaustas gravitacinių bangų poveikio. Jeigu aš įsprausta į erdvėlaikį, esu periodiškai ištempiama ir suspaudžiama, tačiau labai mažai – tik vos vos. Negaliu to jausti. Bet mes galime pamatuoti periodinį erdvėlaikio tempimo ir spaudimo efektą.
Interferometrija yra tikrai nuostabus dalykas. Tarkime, bangos ilgis yra mikronas. Jūsų plaukas yra maždaug 100 mikronų storumo. Tai bangos ilgis yra šimtoji plauko dalis. Galiu matuoti labai mažus ilgio pokyčius. Žinoma, viskas yra daug sudėtingiau, visgi labiausiai mus riboja ne techninis lazerių triukšmas, o kvantinis. Tada ir prasideda labai įmantrūs kvantiniai niuansai.
– Žinau, kad mokslininkams šis klausimas nepatinka, tačiau noriu paaiškinimo – kodėl šie tyrimai yra svarbūs?
– Galite savęs paklausti, kokia apskritai yra astrofizikos prasmė. Kodėl mes tiriame tokius dalykus, kai yra daug didesnių problemų pasaulyje? Turime rasti vaistus nuo vėžio, sustabdyti karus, išspręsti klimato krizę ir išgelbėti planetą. Tai yra absoliuti tiesa, aš visiškai su tuo sutinku. Šaunus dalykas yra tai, kad astronomija, astrofizika visada buvo inovacijų varomoji jėga.
Jeigu nešiojate akinius, galbūt žinote tokius multifunkcinius lęšius, kai gali žiūrėti ir į priešais nosį esantį ekraną, ir į toliau esantį žmogų, abu dalykus matant puikiai. Tai atsirado iš astrofizikos. O GPS mes turime tik todėl, kad yra palydovai. Daugelis dalykų mūsų gyvenime yra dėl fundamentaliosios fizikos, turinčios poveikį mūsų kasdieniam gyvenimui.
Telefonus su gerai veikiančiu GPS turime tik dėl fizikos. Ir nesakau to todėl, kad tai smagu, o todėl, kad tiesa. Pavyzdžiui, keramikinė kaitlentė taip pat yra astrofizikos išradimas.
Visa tai kyla iš tyrimų, kurie buvo padaryti iš motyvacijos kažką sukurti industrijai ar visuomenei, tai pavyko dėl geresnės astrofizikos. Jeigu mes tiksliai žinotume, ką norime sukurti, būtų paprasčiau tiesiog eiti tuo keliu, tačiau turime atlikti ir tyrimų iš smalsumo, be aiškaus tikslo tam, kad tos inovacijos atsirastų.
Nenuvertinkite žmonių smalsumo ir proto. Tai, kad mes norime žinoti, iš kur atsiradome ir kaip veikia Visata, yra didžiulis inovacijų variklis.
– Galėtume sakyti, kad didžiausi atradimai yra atsitiktiniai?
– Nesakyčiau, kad dauguma jų, nes visuomet įdedama daug darbo ir pastangų. Kai kurie įspūdingi išradimai ar atradimai galėtų būti vadinami atsitiktiniais, neabejoju, kad yra labai daug puikių pavyzdžių, tik dabar nepaminėsiu. Sakyčiau, kad svarbu išlaikyti atvirą požiūrį, atsižvelgti į idėjas ir kartais mąstyti plačiau.
Sveika išeiti už savo tyrimo ribų ir pažvelgti plačiau. Dievinu tarpdiscipliniškumą, bendrauju su mokslininkais iš pačių įvairiausių sričių. Pastebiu, kad taip atrandame labai daug naujų idėjų.
Svarbu laikytis savo krypties, atsiduoti darbui sprendžiant tam tikras sudėtingas problemas. Bet tam tikrais momentais reikia žengti žingsnį į šoną ir pasikalbėti su žmonėmis, nesusijusiais su jūsų sritimi, kad gautumėte šviežių idėjų, kaip išspręsti problemas, kurios kitu atveju nebūtų išsprendžiamos, nes esate per daug įtempę savo protą. Tai ne tiek atsitiktinis dalykas, kiek mažesnis vadovavimasis dogmomis.
– Kokių stebuklų galime dar tikėtis iš kvantinių technologijų srities?
– Yra daug stulbinančių inovacijų, bet aš norėčiau paminėti kvantinius kompiuterius. Pastebiu, kad žmonės nelabai supranta, ką su tuo galima daryti. Kvantinis kompiuteris nepakeis jūsų nešiojamojo kompiuterio. Tai bus prietaisas, su kuriuo galėsime spręsti specifines problemas, netinkamas įprastam kompiuteriui.
Tipinis pavyzdys būtų faktorizavimas, jeigu nori skaičių išskaidyti į pirminius. Tai dažnai naudojama kriptografijoje, įprasti kompiuteriai siaubingai su tuo nesusitvarko, o kvantiniam tai nesunki užduotis. Tai svarbu komunikacijos saugumui ir tai turi reikšmingos įtakos mūsų gyvenimui, ekonomikai.
– Kas jus labiausiai motyvuoja kasdieniame darbe?
– Mane labai motyvuoja dirbti su kitais žmonėmis, kurie jaučia tokią pačią aistrą mokslui kaip ir aš. Man tikrai labai patinka dirbti su jaunais mokslininkais – mokyti ir mokytis iš jų.
Mane be galo įkvepia išmokti naujų, nežinomų dalykų. Mes netgi galime sužinoti dalykus, kurių nežinojome net, kad nežinome. Nežinomos nežinomybės – fantastiška, tiesa? Norime aptikti supernovas, dar to nepadarėme, bet taip pat norime atrasti signalus, kurių nežinome.
Tai išties jaudina, nes iki šiol apie Visatą žinome labai mažai. Kalbame apie tamsiąją materiją, tamsiąją energiją – skambūs pavadinimai, bet mes nežinome, kas tai yra. Nors tai ne mano tema, vis tiek baisiai įdomu. Jeigu galiu nors truputį prisidėti prie šių paslapčių išaiškinimo, tai suteikia man beprotišką motyvacijos pliūpsnį.
Nuskambės idealistiškai ir pripažinsiu, kad esu kartais naivi, nors ir nemanau, kad tai blogas dalykas. Bet tikiu, kad galiu pakeisti kažką į gera, bent mažą savo aplinkos dalį. Jeigu aš galiu kitus paskatinti domėtis fizika, jei galiu dirbti su nuostabiais žmonėmis, gauti finansavimą vertingiems projektams, jaučiuosi išties laiminga.
– Kas sunkiausia būnant mokslininke ir kodėl nusprendėte ja tapti?
– Sunkiausia tai, kad niekada neturiu laiko. Besibaigiant dienai visada dar būna likę per daug darbo. Neišspręsti kažkokios problemos nėra sunkioji dalis, tam reikia tik kantrybės ir bendravimo su kitais, dalijimosi žiniomis.
O tapau mokslininke todėl, kad esu patologiškai smalsi. Man neįdomu, ką veikia mano kaimynai, esu ne šia prasme smalsi, bet mane domina, kaip veikia pasaulis. Visada buvau be galo smalsi. Svarsčiau apie mediciną, biologiją, informacines technologijas. Visi jie būtų buvę geri pasirinkimai, ypač medicina, tačiau esu baili ir bijau kraujo, todėl tai atkrito.
Galiausiai pagalvojau, kad fizika visgi yra visų gamtos mokslų motina. Joje gali pasukti bet kuria kryptimi, tai mane ir įkvėpė rinktis šią sferą. Tapti mokslininke ir ja išlikti paskatino tai, jog Vokietijoje mokslininkai yra ir dėstytojai, ir tyrėjai kartu. Man tai atrodo idealu. Manau, kad jie taip puoselėja vieni kitus. Dėstymas man duoda daug teigiamo grįžtamojo ryšio ir malonumo, kad galiu pasidalinti naujomis žiniomis, aptarti jas su jaunais protais. Atlikti tyrimus ir įtraukti tai į dėstymą atrodo tobula.
