W zeszłym roku, na fali sukcesu filmu Barbie, również my daliśmy się ponieść fenomenowi lalki, pisząc o Barbie w kontekście własności intelektualnej. Nasze wpisy o Barbie znajdują się tutaj i tutaj. Tym razem, dla równowagi, przyszła pora na wpis inspirowany konkurentem Barbie z letniego box office, czyli filmem „Oppenheimer” (dystr. Universal Pictures). Pretekst do tego nadarza się niejeden, jako że obraz Oppenheimer świeżo zdobył Złoty Glob i rozpoczął wyścig po Oscara.
Dlaczego postanowiliśmy zainspirować się postacią J.R. Oppenheimera we wpisie na temat własności intelektualnej?
J. Robert Oppenheimer był pionierem fizyki kwantowej w USA, jednej z dziedzin nauki najbardziej oddziałującej na wyobraźnię. Zapytacie, w jaki sposób? Czy nie jest fascynujące założenie, że cząstka może być jednocześnie falą, co oznacza, że materia może wcale nie jest materią? A czy można obojętnie przejść obok teoretycznej dopuszczalności wszechświatów równoległych? Jeśli do tego dodać ikonicznego kota Schrödingera, żywego i martwego jednocześnie, uważamy, że fizyka kwantowa warta jest wpisu.
J. Robert Oppenheimer, szef projektu Manhattan był ojcem nie tyko bomby atomowej, ale przede wszystkim – amerykańskiej szkoły fizyki teoretycznej. Jest autorem wielu prac z mechaniki kwantowej, fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych oraz z astrofizyki. Jego osiągnięcia naukowe obejmują:
- opis teoretyczny procesu Oppenheimera-Phillips,
- przybliżenie Borna-Oppenheimera,
- rozwinięcie teorii tunelowania kwantowego,
- rozwinięcie teorii relatywistycznej mechaniki kwantowej,
- rozwinięcie kwantowej teorii pola,
- rozwinięcie teorii czarnych dziur i promieniowania kosmicznego,
- prace nad elektronami i pozytonami.
Spis treści
czym jest mechanika kwantowa
Mechanika kwantowa to jedna z dwóch fundamentalnych gałęzi fizyki teoretycznej, obok cząstkowej teorii grawitacji, czyli ogólnej teorii względności. Fizyka kwantowa opisuje świat w mikroskali, tzn. świat nieskończenie małych elementów, jak atomy, fotony, elektrony, protony. To nauka o materii i energii w najmniejszych skalach.[i] A. Hobson określa fizykę kwantową jako naukę o naturze i zachowaniu kwantów, które są podstawowym budulcem wszechświata.[ii] Termin kwant pochodzi od angielskiego słowa quantum, które z kolei pochodzi od quantity, oznaczającego ilość.[iii] Hobson opisuje kwanty jako porcje czy paczki energii, choć wskazuje, że takie określenia, jak pakiet, porcja czy paczka mogą być mylące, bo kwant może np. składać się z dwóch oddalonych od siebie na kosmiczne odległości fragmentów.[iv]
Dla porównania, teoria grawitacji opisuje świat w makroskali, tzn. zachowanie i naturę największych obiektów we wszechświecie. Cechą mechaniki kwantowej, w przeciwieństwie do teorii grawitacji, jest nieoznaczoność. Wg fizyków, prawa mechaniki kwantowej są uniwersalne, tzn. nie muszą odnosić się tylko do nieskończenie małych elementów, ale też do wszystkich innych obiektów.
Świat mechaniki kwantowej wydaje się pełen paradoksów. Wg jednego z praw tej gałęzi fizyki każdy obiekt materialny może być, w zależności od okoliczności, falą lub cząstką. Ten dualizm (zwany dualizmem korpuskularno-falowym) dla laika jest sprzeczny z intuicją, biorąc pod uwagę, że fala to zjawisko przenoszenia energii bez przenoszenia materii (zaburzenie rozchodzące się w określonym środowisku), zaś cząstka to budulec materii. Materia odnosi się substancji, która ma ciężar wyrażony w masie; jest zbudowana z atomów i cząsteczek. Promieniowanie zaś (rozumiane jako energia rozchodząca się w postaci fal) to substancja, która nie ma masy (ciężaru).
Jednak obie teorie, tj. ta zakładająca, że elektron jest cząstką, jak i ta, że w określonych okolicznościach może zachowywać się jak fala, są poprawne[v].
święty Graal fizyki – połączenie mechaniki kwantowej i teorii grawitacji
Zarówno fizyka makroskali, czyli teoria grawitacji, jak i fizyka mikroskali, czyli mechanika kwantowa, są prawdziwe, tzn. zostały dowiedzione eksperymentalnie.[vi] Jednocześnie, okazuje się, że obie te teorie są niezgodne ze sobą, tzn. obie jednocześnie nie mogą być poprawne. [vii] Próba połączenia, dotąd bezskuteczna, teorii grawitacji z mechaniką kwantową, jest poszukiwaniem jednolitej teorii unifikującej fizykę, tzw. kwantowej teorii grawitacji. To poszukiwanie jest jednym z największych wyzwań współczesnej fizyki teoretycznej, w istocie jej świętym Graalem. Dlaczego? Fizycy wierzą, że przy założeniu, iż wszechświat nie działa w sposób dowolny, ale determinują go określone prawa, połączenie tych dwóch teorii cząstkowych w jedną pozwoli opisać wszystko, co dzieje się we wszechświecie.[viii] Owa poszukiwana teoria określana jest ostateczną teorią wszechświata.[ix] Innymi słowy, naukowcy wierzą, że z chwilą, gdy uda się połączyć mechanikę kwantową z teorią grawitacji, wiedza ludzkości o świecie będzie kompletna.
kwantowana teoria grawitacji w Hollywood
Komu wydaje się to nudne, a jest, być może, fanem science – fiction, niech przypomni sobie film „Interstellar” (Paramount Pictures Warner Bros). Istotny element scenariusza „Interstellar” opierał się właśnie na problemie znalezienia połączenia między mechaniką kwantową, a teorią grawitacji i zastosowaniu poznanej dzięki temu teorii kwantowej grawitacji do uratowania ludzkości od zagłady. Bohaterce filmu udało się znaleźć owego świętego Grala fizyków, tj. poznać prawa kwantowej grawitacji, pozyskane z osobliwości znajdującej się we wnętrzu czarnej dziury – Gargantui.[x] Pozwoliło to ludzkości w jej masie pokonać grawitację i zamieszkać w przestrzeni kosmicznej na dryfujących stacjach, do czasu znalezienia nowego domu. Uważacie, że to niepoważne? Interstellar to film w całości oparty na nauce i założeniach fizyki teoretycznej. Doradcą naukowym i współproducentem filmu jest wybitny fizyk teoretyczny, noblista Kip Thorne, profesor California Institute of Technology. Naukowiec opisał swój udział w powstawaniu filmu oraz jego naukowe podstawy w książce pt. „Interstellar i nauka”.[xi]
fizyka teoretyczna, a własność intelektualna
Gdy mowa o wynalazkach stworzonych w oparciu o teorie fizyczne, na gruncie prawnym należy wyraźnie rozdzielić teorię naukową od opartego na niej wynalazku. Zgodnie z art. 28 ustawy Prawo własności przemysłowej (pwp), odkryć, teorii naukowych i metod matematycznych nie uważa się za wynalazki. Wynalazkiem jest, zgodnie z ustawą, rozwiązanie techniczne, które jest nowe, posiada poziom wynalazczy (czyli są nieoczywiste) i nadaje się do przemysłowego zastosowania. Zdolność do przemysłowego stosowania oznacza, że według wynalazku może być uzyskiwany wytwór lub wykorzystywany sposób, w rozumieniu technicznym, w jakiejkolwiek działalności przemysłowej.
Odkrycia nie mogą być wynalazkiem, ponieważ dotyczą zjawisk występujących naturalnie w przyrodzie.[xii] Przykładowo, substancja występująca w naturze, ale wcześniej nieodkryta, sama w sobie nie może być wynalazkiem, bowiem jest odkryciem. Dopiero wykazanie, że substancja ta może mieć określone, nowe zastosowanie techniczne, może być wynalazkiem nadającym się do opatentowania.
Teoria naukowa również nie jest wynalazkiem, bo nie ma – sama w sobie – przemysłowego (praktycznego) zastosowania. Na gruncie fizyki, teoria jest przewidywaniem co do istnienia określonej prawidłowości rządzącego światem. Jak wskazuje S. Hawking, każda teoria fizyczna jest prowizoryczna, ponieważ pozostaje tylko hipotezą i nigdy nie można jej udowodnić. Niezależnie bowiem od tego, ile razy wynik eksperymentu potwierdzi założenia teorii, nigdy nie ma pewności, czy rezultat kolejnego doświadczenia jej nie zaprzeczy. Obalić teorię jest zaś stosunkowo łatwo, znajdując choć jeden wynik eksperymentu sprzeczny z jej założeniami.[xiii] Teoria fizyczna funkcjonuje więc tak długo, jak długo wyniki eksperymentu zgadzają się z przewidywaniami; w ten sposób teoria fizyczna zyskuje na wiarygodności, a zaufania do niej wzrasta. Jeśli choć jeden nowy wynik doświadczalny zaprzeczy teorii, należy ja porzucić lub poprawić.[xiv]
Dopiero więc konkretne rozwiązanie techniczne o praktycznym zastosowaniu, oparte na prawach fizyki teoretycznej, może potencjalnie stanowić wynalazek mogący być chroniony prawem wyłącznym, jakim jest patent.
wynalazki oparte na fizyce kwantowej
Na prawach mechaniki kwantowej opartych jest wiele ważnych wynalazków, m.in. reaktor jądrowy, tranzystor, laser, czy zegar atomowy, będący podstawą działania GPS. Pierwszy reaktor atomowy zbudował w USA w latach 40 XX w. wybitny fizyk Enrico Fermi. W 1995 Fermi wraz z Leo Szilardem uzyskali w Stanach Zjednoczonych patent na reaktor jądrowy.[xv]
patentowe spory o laser
Długa i pełna zwrotów akcji jest z kolei historia sporów patentowych dotyczących lasera. Nazwa laser to akronim od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Poprzednikiem lasera był MASER, czyli Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Teoretyczne podwaliny pod przyszły laser położył Albert Einstein w początkach XX w. W 1950 r. C. H. Townes stworzył pierwsze urządzenie działające w oparciu o teorie Einsteina, czyli właśnie maser. W 1960 r. T. Maiman po raz pierwszy zbudował maser emitujący światło zamiast mikrofal, czyli właśnie laser.
Niemniej, z punktu widzenia własności intelektualnej, ciekawą postacią w historii lasera jest Gordon Gould. Około 1957r. pracujący wcześniej z Townesem Gould spisał notatki na temat możliwości optycznego wykorzystania masera i zatytułował je „Some rough calculations on the feasibility of a LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Uważa się, że notatkach tych po raz pierwszy pojawił się akronim LASER, jak również opis, jak zbudować to urządzenie. Gould uznał się za wynalazcę lasera i złożył swoje notatki u notariusza, a następie na tej podstawie zaczął ubiegać się o patent na laser. W ten sposób rozpoczął się trwający ok. 30 lat, wielowątkowy spór patentowy dotyczący tego urządzenia. Gould początkowo nie uzyskał patentu na laser. Pierwszy patent związany z technologią laserową udało my się uzyskać dopiero w 1977 r., w międzyczasie jednak toczył wojny patentowe z innymi naukowcami pracującymi nad tą technologią. W 1960 patent w USA na maser uzyskali Arthur L Schawlow i Charles H Townes.
CERN
Pisząc o własności intelektualnej opartej na fizyce teoretycznej, w tym mechanice kwantowej, warto wspomnieć o CERN – Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (fr. Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) z siedzibą w Szwajcarii, ośrodku naukowo – badawczym w dziedzinie fizyki. Do CERN należą obecnie dwadzieścia trzy państwa. Akronim CERN pochodzi od pierwotnej nazwy organizacji, fr. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire i mimo jej zmiany po 1953, został zachowany.
Jak wskazuje sam CERN, jego misją jest pomaganie naukowcom w odkrywaniu, z czego zbudowany jest wszechświat i jak działa. Misję tę CERN realizuje m.in. przez umożliwianie badań w akceleratorach cząsteczek, w tym największym na świecie akceleratorze – Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Technologie opracowywane przez CERN znajdują wiele zastosowań, m.in. w elektronice i systemach komunikacji (sieć www), technikach obrazowania używanych w medycynie, inżynierii lądowej, geologii i archeologii, czy obserwowaniu w czasie rzeczywistym reakcji chemicznych, czy neutralizacji odpadów nuklearnych.
CERN jest właścicielem wielu patentów z dziedziny fizyki, w tym również patentu wykorzystującego technologię laserową. Od 2019 r. przysługuje mu patent na system optyczny produkujący ustrukturyzowany promień światła.
CERN udziela przedsiębiorcom i ośrodkom naukowym licencji na opracowane przez siebie technologie, współpracuje z podmiotami komercyjnymi i badawczymi w dziedzinie R & D, jak również świadczy usługi dla biznesu w zakresie zaawansowanych technologii. Specjalne warunki licencji do technologii CERN, organizacja przewiduje dla start-upów.
komputer kwantowy
Przy omawianiu kwantów nie sposób pominąć komputera kwantowego. Wyścig technologiczny zmierzający do jego stworzenia trwa.
W jaki sposób będzie działać komputer kwantowy? Klasyczny komputer dokonuje obliczeń przetwarzając najmniejsze jednostki informacji, czyli bity (od ang. binary digit czyli cyfra dwójkowa). Bit przyjmuje zawsze jedną z dwóch wartości: 0 lub 1, aby określić jeden z dwóch równie prawdopodobnych stanów rzeczy. Komputery kwantowane będą dokonywały obliczeń na bitach kwantowych, czyli kubitach, które, zgodnie z prawami rządzącymi mechaniką kwantową, w szczególności stanem tzw. superpozycji, mogą przyjmować różne wartości pomiędzy 0, a 1 jednocześnie. Za sprawą ciągłego rozedrgania pomiędzy stanami 0 i 1 możliwe jest wykonywanie obliczeń równolegle na wielu stanach kwantowych, a nie tylko na dwóch: 0 lub 1.[xvi] Zatem, dzięki operowaniu na kubitach komputer kwantowy będzie miał nieporównywalnie większą moc obliczeniową, niż znany nam obecnie komputer.
Bardzo dużym wyzwaniem jest jednak skonstruowanie urządzenia, które fizycznie będzie mogło oddać kwantowe, trudno uchwytne konstrukcje matematyczne, takie jak superpozycja, stan splątania czy pomiar i kolaps kwantowy[xvii] (pomiar i kolaps kwantowy, to pojęcia związane z sytuacją, kiedy próbujemy dokonać obserwacji kubitu i zmierzyć stan, w którym się znajduje; okazuje się wówczas, że znajduje się w jednym z klasycznych stanów 0 albo 1; innymi słowy superpozycja nie może być zaobserwowana). Owo wyzwanie inżynieryjne wynika m.in. z tego, że cząstka będąca w stanie superpozycji dokonuje kolapsu kwantowego, czyli powraca do jednego z dwóch klasycznych stanów binarnych (0 lub 1), natychmiast, gdy wejdzie w jakikolwiek kontakt z otoczeniem.[xviii] Trudno jest więc zbudować maszynę mogącą utrzymywać kubity w ciągłym stanie superpozycji, a to właśnie jest potrzebne do osiągnięcia pożądanej mocy obliczeniowej.
quantum– washing?
Na koniec coś lekkiego, czyli o kwantach robiących karierę w marketingu produktów konsumenckich… Niewątpliwie, pojęcie kwantów jest teraz modne. Z jednej strony zapewne dlatego, że świat ekscytuje się trwającymi pracami nad komputerem kwantowym, którego możliwości znacznie przekraczają to, co znamy obecnie. Z drugiej strony, kwanty są atrakcyjne w dyskursie publicznym, bo kojarzą się ze specjalistyczną dziedziną wiedzy, po części wciąż tajemniczą dla człowieka. Okazuje się więc, że firmy opierające swoje produkty na nauce próbują z różnym skutkiem popłynąć na kwantowej fali.
O tym, że można nie trafić z marketingowym szafowaniem „kwantową komunikacją”, przekonała się na przełomie 2023 i 2024 r. firma Guerlain. Luksusowa marka wprowadziła na rynek krem przeciwstarzeniowy Orchidée Impériale Gold Nobile. Kosmetyk był reklamowany jako „kwantowy” i oparty na „nauce kwantowej”. W swojej komunikacji marka używała takich haseł takich jak „nowy sposób kosmetycznego odmładzania skóry zrodzony z nauki kwantowej”, „inspiracja rewolucją kwantową”.
kot Schrödingera dobry na wszystko
Nie trzeba było długo czekać, aby komunikacja marki znalazła się pod pręgierzem, poddana analizie przez pro-naukowego YouTubera, który przeanalizował komunikację, wykazując naukowe nieścisłości i półprawdy. Media społecznościowe szybko wypełniły się komentarzami zarówno naukowców, skarżących się, że Schrödinger i Heisenberg przewracają się w grobach, jaki i internautów wyobrażających sobie testowanie kremu na kocie Schrödingera, który rzekomo posmarowany kremem został włożony do pudełka i do czasu, gdy otworzymy pudełko kot jest młody i stary jednocześnie…
Marka odniosła się do zarzutów wprowadzania w błąd przez nadużywanie pojęć naukowych przy niejasnych do tego przesłankach, wydając oświadczenie, w którym zapowiedziała doprecyzowanie komunikacji w celu wyjaśnienia wszelkich niejasności.
Guerlain, chcąc nie chcąc przyczynił się do memicznej popularności współczesnej ikony mechaniki kwantowej: kota Schrödingera. Jednak do oceny zachowania marki zastosowanie mają zupełnie klasyczne reguły zakazujące wprowadzania w błąd konsumentów. Wprowadzanie konsumenta w błąd przez nierzetelny komunikat marketingowy ma miejsce, gdy pod jego wpływem konsument może podjąć decyzję o zakupie produktu, której nie podjąłby, gdyby znał rzeczywisty stan rzeczy. W tym wypadku problem polega jednak w tym, że, jak powiedział Richard Feynman, wybitny amerykański fizyk teoretyczny: „można śmiało powiedzieć, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej” .
