Loodusajakirjad
Aasta puu: harilik saar
Harilik saar on Lääne-Eestist ja saartelt pärit inimestele koduselt tuttav, kuid Lõuna- ja Kagu-Eestis mitte niivõrd. Saates on külas Eesti maaülikooli metsa- ja putukateadlane Ivar Sibul, kellelt kuuleme, miks harilik saar valiti aasta puuks, kes ja mis on saarepuu vaenlased, kuidas on võimalik saarepuud kinnisilmi, lõhna järgi ära tunda ja mis teeb saarepuidu väärtuslikuks. Uusi tahke aasta puu kohta saavad teada needki, kes saarepuud hästi tunnevad. Saatejuht on Tiiu Rööp.
Saarepuu, metsade mitmekesisuse kandja
Tekst ja fotod: IVAR SIBUL
Tänavuse aasta puu on harilik saar, kes kandis seda tiitlit ka 2007. aastal. Sissejuhatavas artiklis meenutame saare kohta looduses ja metsanduses, vaatleme tema põhilisi vaenlasi ja kasutusvõimalusi. Vahepealse 18 aasta jooksul on Eestisse ilmunud ohtlik saarekahjustaja saaresurm, mille tõttu on meie metsades jäänud saarepuid varasemast märksa vähemaks.
Põdra kui liigi kujunemine
Teostus: Andrei Kupjanski / Loodusajakiri
Unustatud põlisliik kormoran
Teostus: Andrei Kupjanski / Loodusajakiri
AASTA LOOM | Põder on Eesti põlisasukas
Kui süveneda, siis võib iga liigi kohta öelda „paeluv“. Põder on kujunemise, eluviisi, keskkonnamõju ja kokkupuudete tõttu inimesega üks paeluvamaid meie kodumaa neljajalgsete seas. Põdrast pole saanud päris kodulooma, ta võib tänada saatust võimaluse eest olla omapead. Jätkem talle see võimalus.
Põdra jooksuaeg vältab augusti lõpust oktoobrini. Loodusfotograaf on tabanud armuvalust ohkava pulli ühel sügisesel varahommikul
Matsalu luhal. Koidupuna võimendab nooruse ja keskea piiril oleva heas toitumuses looma karvale punakaspruuni helki Foto: Remo Savisaar
Põder on luuleidude põhjal Eesti alale ilmunud koos 9000–10 000 aasta eest kujunenud subarktiliste metsadega ja siin ühe vanimana meie imetajafauna liikidest elanud ka 8000–9000 aasta eest, preboreaalsel kliimaperioodil, kui kasemetsadele lisandus ikka enam mändi [7]. Järgnenud boreaalsel perioodilkliima soojenes, metsaloomastik rikastus, leiti esimesei inimasustuse jälgi [18]. Vanimate Kunda Lammasmäe valdavalt põdra luuleidude iga küünib tõesti üle 9000 aasta [15]. 8000 aastat tagasi oli põder siinsetele küttidele-korilastele tähtis elatusallikas [1]. Lembi Lõugas on leidude põhjal oletanud, et põtru jahisaagina võidi tuua kohale ka tervelt [15].
Rändlindude kompassi töö põhineb kvantmehaanikal
ÜLAR ALLAS
Vöötsaba-viglele kuulub rändelennu rekord: 2022. aastal jõudis üks selle liigi esindaja 11 päevaga Alaskalt Lõuna-Austraaliasse, läbides peatusteta 13 560 km.
ANDREAS TREPTE, WWW.AVI-FAUNA.INFO
Esmapilgul näib kvantmehaanika kuuluvat hoopis teise maailma kui bioloogia. Ent ilmneb, et nii mõndagi protsessi organismis suudetakse paremini mõista, kui neid kirjeldada kvantteooria alusel. Asjaomast teadusharu nimetatakse kvantbioloogiaks. Üks põnevaim kvantbioloogia uurimisteema on lindude ränne. Nimelt on selgunud, et rändlinnud juhinduvad rändel Maa magnetväljast ja rakendavad kvantmehaanikat.
Kuidas ürgsetest kvantvõbelustest galaktikad said
HARDI VEERMÄE
Hubble’i kosmoseteleskoobi süvaväljafoto kaugetest galaktikatest. Allikas: NASA / ESA / WIKIPEDIA
Muistsed loomismüüdid etendasid suurt osa maailma struktureerimisel ja mõtestamisel. Nende järgi algas maailm tihti millestki lihtsast. Skandinaavia kosmogoonias esindas ürgse müstilise tühjuse ideed Ginnungagap, Vana-Kreekas jumal Chaos (Kaos) ning kristlikus mütoloogias lõi jumal maa ja taeva eimillestki. Kuigi praegusajal ei kipu me moodsat maailmakorda enam tekkelugudega iseloomustama, aitab universumi esimeste hetkede tundmine fundamentaalsel tasemel aru saada sellest, miks on maailm meie ümber just niisugune, nagu me seda näeme.
Kuidas kvantsensorid aitavad läbi seinte näha
ANDI HEKTOR
Need pildid on näide selle kohta, milliseid võimalusi loovad tundlikud ja täpsed osakestedetektorid. Vasakpoolsel pildil on looduslike müüonite abil loodud kujutis Eestis Paldiskis asuva tuumareaktori sisemusest. Reaktorit ei tohi avada, sest see on radioakiivne ja pealegi täidetud kivistunud betooniga. Paremal pool on näha reaktorist koostatud kolmemõõtmeline pilt, kus müüonitega mõõdetud andmete põhjal on loodud inseneridele sobiv nn CADi-mudel reaktorist. Aastal 2023 Eesti ettevõttes GScan ellu viidud projekt oli ainulaadne: esimest korda ajaloos kasutati müüontomograafiat, et muuta reaktorite lammutamine ohutumaks Allikas: GScan
Füüsikud on juba 70 aastat teadnud, et looduslikust kosmilisest kiirgusest pärinevad osakesed, mida nimetatakse müüoniteks, võimaldavad sõna otseses mõttes näha läbi seinte. See võime aitaks meil tõhusamalt renoveerida ehitisi, ära hoida hoonete ja sildade ootamatuid varinguid, hooldada tuuma- ja keemiatööstuse seadmeid. Ühtlasi saaks seda kasutada turvalisuse ja meditsiini tarbeks.
Kvantmagnetism avab tee uutele tehnoloogiatele
Raivo Stern
Kvantmagnetismi uurimisega seotud edusammud lubavad luua kiiremaid ja tõhusamaid andmetöötlustehnoloogiaid koos võimalike rakendustega krüptograafias ja keerukates simulatsioonides.
Allikas: PIXABAY
Kvantmagnetismis saavad kokku kvantmehaanika ja magnetism. See teadusvaldkond uurib materjalide magnetilisi omadusi, mille tähtis osa on kvantefektid. Klassikalisest magnetismist arenenud distsipliin on võimaldanud kvantmehaanikat hõlmates avastada uusi magnetfaase ja ebaharilikke kvantolekuid. Mõnes mõttes on tegu „topeltkvantiseerimisega“, sest kvantfüüsikat appi võtmata ei õnnestu kuidagi lõpuni ära seletada ka klassikalist magnetismi. Hiljutised edusammud kvantmagnetismi vallas on tunduvalt parandanud meie arusaamist materjalide kummalistest omadustest, avades ukse uuenduslikele tehnoloogilistele rakendustele. Muu hulgas analüüsitakse kvantspinnide (peamiselt elektronspinnide, aga mingil tasandil ka aatomi tuumaspinnide) vastastikmõju eri materjalides. Spinni ja selle avaldumiste käsitlus ning klassikalise magnetismi ülevaade jääb siinsest artiklist välja. Spinnide vastastikused mõjutused ehk nende vastasmõjud võivad ilmneda ainulaadsetel viisidel, mida mõjutavad nii materjali struktuuriomadused kui kindlasti ka keskkonnategurid. Proovime siin näidata, kuidas need nn kvantkäitumised aitavad luua uusi võimalusi tehnoloogias ja teaduses.
Kvantinformatsioon kiirendites: mis ja milleks?
LUCA MARZOLA
Sissevaade CERN-i suure hadronite põrguti osakestedetektorisse ATLAS Allikas. CERN
Kvantinformatsiooniteooria (KIT) kirjeldab, kuidas mõjutada, üle kanda ja dekodeerida kvantsüsteemi kodeeritud informatsiooni. Kõige tavalisem on olukord, kus Alice ja Bob vahetavad kvantbittidesse kodeeritud informatsiooni, kuna pealtkuulaja Eve üritab sõnumi sisu teada saada. Kvantbitid on süsteemid, mis Schrödingeri kassina elavad kahe baasoleku – „surnud“ ja „elus“ või 0 ja 1, kui soovite – superpositsioonis. See tähendab, et erinevalt tavalistest bittidest ei ole kvantbitt ei 1 ega 0, kuni me selle väärtust pole mõõtnud. Alles siis on see 1 või 0 (selle leiulaine kollabeerub) vastava tõenäosusega, mida ennustab kvantmehaanika.
Kvantaegruum
LAUR JÄRV
Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria järgi liiguvad gravitatsiooni mõju all
olevad kehad sirgjooneliselt, kuid teevad seda kõveras aegruumis Allikas: Wikipedia
Albert Einstein esitas gravitatsiooni kirjeldava üldrelatiivsusteooria 1915. aasta novembris. Järgmisel suvel, esimeses artiklis gravitatsiooniainete kohta, on ta muu hulgas lausunud: „Paistab, et kvantteooria ei peaks muutma mitte ainult Maxwelli elektrodünaamikat, vaid ka uut gravitatsiooniteooriat.“
Aastasada kvantmehaanilist maailmatunnetust
KRISTJAN KANNIKE
Füüsika on küps teadus, kus pole enam suurt midagi teha, ütles noore saksa füüsiku Max Plancki juhendaja talle aastal 1878. Ometi oli Max Planck üks füüsikuist, kes pani aluse saja aasta tagusele kvantmehaanika revolutsioonile.
Kvantmehaanika isad (kellaosuti liikumise suunas): Erwin Schrödinger (1887–1961), Werner Heisenberg (1901–1976),Max Born (1882–1970) ja Pascual Jordan (1902–1980).
Schrödingeri lainemehaanika ja Heisenbergi, Borni ja Jordani maatriksmehaanika osutusid peagi ühtse kvantmehaanika erilaadseteks matemaatilisteks kirjeldusteks. Kvantmehaanika esimene suursaavutus oli aatomite kiirgusspektritele selgituse andmine Allikas: Wikipedia
Planckile ei andnud rahu, miks kehad ei kiirga igal sagedusel ühepalju energiat. Klassikalise füüsika järgi ei peaks küdev kamin levitama mitte ainult õdusat soojust ja pehmet valgust, vaid ühtviisi heledalt kiirgama ohtlikke röntgeni- ja gammakiiri, rääkimata ultravioletist. Seletamaks, miks me end kamina ääres soojendades ära ei kiirita, pakkus Planck, et valguslaine energia ei saa olla suvaline, vaid peab olema täisarv väikeseid energiahulki ehk kvante. Hiljem osutus, et valguskvandid on täieõiguslikud osakesed, mida hakati kutsuma footoniteks. Kvantmehaanika loomise järel selgus, et sellistel osakestel nagu elektron on omakorda laineomadused.
Kvantarvutid kompavad tavaarvutite võimete piiri
JOHANNES HEINSOO
Kvantarvutid töötavad ja on saavutanud kvantüleoleku. See tähendab, et kvantarvutitel on tehtud arvutusi, mida kõige võimsamad tavaarvutid ei suuda samasuguse täpsuse ja arvutusajaga teha. Samas on siiski võimalik kontrollida leitud lahenduste õigsust. Seni on sel eesmärgil valitud niisugused matemaatilised ülesanded, mille lahenduse leidmise algoritm sobib ideaalselt praegustele kvantarvutitele ja kasutab maksimaalselt nende võimsust. Ometi pole tehtud arvutustest tänini olnud muud kasu kui kvantarvuti võimete demonstratsioon – kvantkasu pole veel saavutatud.
Matemaatilisi probleeme liigitatakse muu hulgas nende lahenduse leidmise keerukuse järgi. Näiteks selleks et leida sortimata nimekirjast mingi nimi, tuleb tavaarvutil halvimal juhul kõik nimed läbi vaadata. Säärase probleemi raskus on tavaarvuti jaoks võrdeline nimekirja pikkusega. Seevastu näiteks molekulide täpse kuju leidmise keerukus kasvab eksponentsiaalselt elektronide arvuga. Kuigi eeltoodud otsimisülesande keerukus on kvantarvuti jaoks võrdeline vaid nimekirja pikkuse ruutjuurega, on selle ülesande korral kvantarvuti eelis liiga väike, et üle kaaluda tavaarvuti mälu suurus, töösagedus ja madal hind. Seepärast on otstarbekas tavaarvutiga lahendada kõik probleemid, kus kvantalgoritmi keerukus ei ole tavaprogrammi keerukusest kõrge astmega polünoomi võrra väiksem.
Samas on teada mitu tähtsat ülesannet, mida kvantarvuti lahendab eksponentsiaalselt väiksema tehete arvuga. See tähendab, et isegi kui tavaarvutit edasi arendatakse, saab kvantarvutiga ühel päeval lahendada tavaarvutile praktiliselt võimatuid ülesandeid. Nende hulka kuuluvad arvutused keeruliste molekulide õige kuju või reaktsioonide täpse käigu kohta. Väikeste molekulide korral saab seda kvantarvutitega teha juba praegu.