Что такое статическое электричество и почему оно возникает?

Что такое статическое электричество и почему оно возникает? Каждый из нас сталкивается со статическим электричеством в повседневной жизни. Но что оно из себя представляет? Изображение: estatsolutions.co.uk. Фото.

Каждый из нас сталкивается со статическим электричеством в повседневной жизни. Но что оно из себя представляет? Изображение: estatsolutions.co.uk

Электричество – это совокупность явлений, в основе которых лежат существование, движение и взаимодействие электрических зарядов. Исследование электричества привело к возникновению множества идей, теорий и изобретений, без которых представить современную жизнь попросту невозможно. Однако между электричеством, используемым, скажем, для освещения городов и статическим электричеством, с которым мы можем столкнуться в самые неожиданные моменты повседневной жизни, есть разница. Так, если заряженные электрические частицы, как правило, ведут себя хаотично, уравновешивая друг друга, а их общий заряд в пространстве близок к нулю, то в случае статического электричества эти заряды скапливаются в одном месте, например, на поверхности шерсти или воздушного шарика. Рассказываем что это за явление природы и как его понимание помогает избежать неприятных ситуаций.

Что такое электричество?

Итак, статическое электричество и обычное электричество – это два разных типа электричества, которые проявляются по-разному и используются для различных целей. Так, первое возникает, когда электрический заряд накапливается на поверхности материала и остается на месте, пока не найдет путь для разряда, а второе благодаря источникам питания, таким как батареи, генераторы или электрические сети, которые создают и поддерживают поток электронов.

Электричество – это движение электрического заряда через проводник, такой как медь, алюминий или другие материалы. Этот тип электричества используется для передачи энергии.

Отметим, что история электричества началась еще в VII веке до нашей эры, когда греческий философ Фалес Милетский обнаружил, что потертый о шерсть янтарь (по-гречески – электрон) начинает притягивать к себе легкие предметы. Это явление, как мы знаем сегодня, оказалось проявлением электричества.

Что такое электричество? Изучения электричества началось с янтаря. Кто бы мог подумать? Изображение: i.ytimg.com. Фото.

Изучения электричества началось с янтаря. Кто бы мог подумать? Изображение: i.ytimg.com

Затем, в 1785 году французский физик Шарль Кулон открыл закон о взаимодействии электрических зарядов, напоминающий закон всемирного тяготения Ньютона. Таким образом, закон Кулона – это первый сформулированный на математическом языке фундаментальный количественный закон.

Это интересно: Ученые нашли способ, как добывать электричество из воздуха

Электрический заряд

Но главное в науке об электричестве – это электрический заряд – свойство тел, которые могут создавать вокруг себя электрическое поле и с его помощью воздействовать на другие заряженные тела. Напомним, что заряды бывают положительными и отрицательными, причем заряды одного знака отталкиваются, а заряды разных знаков притягиваются.

При движении заряженных тел также создается магнитное поле, что говорит о родстве магнетизма и электричества. Само же электричество стало неотъемлемой частью современной цивилизации. Для его получения строят электростанции, для хранения – производят батареи и аккумуляторы. Словом, электричество окружают нас повсюду, а еще находится непосредственно внутри наших тел.

Электрический заряд. Электричество добывают электростанции. Изображение: power.mhi.com. Фото.

Электричество добывают электростанции. Изображение: power.mhi.com

Да, да, в организме человека постоянно происходят электрические процессы. Так, нервные импульсы, то есть волны возбуждения, распространяются по нервному волокну и передают информацию от периферических рецепторов к нервным центрам и наоборот, от центральной нервной системы к мышцам и внутренним органам.

Хотите всегда быть в курсе новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Как добывают электричество?

Добыча электричества включает в себя несколько этапов и использует различные методы и технологии. Так, тепловые электростанции используют тепло, полученное путем сжигания угля, нефти, газа, природного газа или использования ядерного топлива для выработки электричества, а гидроэлектростанции – энергию падающей воды.

Если говорить несколько проще, то электричество добывается различными способами, в зависимости от доступных ресурсов и технологий. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, связанные с экологическим воздействием, затратами и эффективностью.

Как добывают электричество? Электроэнергия, которая поступает в наши дома, вырабатывается электростанциями. Изображение: sdelanounas.ru. Фото.

Электроэнергия, которая поступает в наши дома, вырабатывается электростанциями. Изображение: sdelanounas.ru

Тепловые, гидроэлектростанции и атомные электростанции обеспечивают основную часть мирового производства электроэнергии, в то время как возобновляемые источники, такие как ветер и солнце, набирают популярность благодаря своей экологической чистоте.

Не пропустите: Новое открытие в медицине: электричество помогает заживлять раны в 3 раза быстрее

Статическое электричество

Итак, что же в таком случае представляет собой статическое электричество? Наиболее подробное объяснение звучит так: статическое электричество – это форма электричества, возникающая в результате дисбаланса между положительными и отрицательными зарядами внутри материала, который возникает, когда электроны (отрицательно заряженные частицы в атоме) перемещаются из одного материала в другой.

Если материал, принимающий электроны, изолирован или не является электрическим проводником, он удерживает электроны, что приводит к накоплению электрического заряда. Поскольку этот заряд неподвижен, его называют статическим электричеством. Когда условия позволяют накопленному заряду течь, избыток статического электричества разряжается, и оно превращается в текущее электричество.

Статическое электричество. Притяжение волос к наэлектризованному шарику – это статическое электричество. Изображение: cdn.hswstatic.com. Фото.

Притяжение волос к наэлектризованному шарику – это статическое электричество. Изображение: cdn.hswstatic.com

Если же говорить проще, то статическое электричество возникает из-за трения между двумя материалами, в результате чего электроны переходят с одного объекта на другой. Например, если вы трете воздушный шарик о волосы, шарик может забрать электроны у ваших волос. В результате шарик становится отрицательно заряженным, а волосы – положительно заряженными.

Больше по теме: Альтернативная энергия: как компании вырабатывают электричество за счет движения людей?

Теперь, когда шарик заряжен, он может притягивать легкие предметы, такие как кусочки бумаги. Это происходит потому, что положительные заряды в бумаге притягиваются к отрицательному заряду на шарике. Точно так же, когда вы снимаете синтетическую одежду, то можете услышать треск и увидеть маленькие искры – это и есть статическое электричество.

Использование статического электричества

Некоторые из наиболее известных способов использования статического электричества применяются в воздушных фильтрах и устройствах для удаления пыли, которые используют разницу в зарядах между материалами для удаления частиц, находящихся в воздухе.

Когда электростатически заряженные частицы воздуха проходят через систему фильтров, слои фильтра, имеющие противоположный заряд, улавливают их и удерживают в ловушке. Однако накопление статического заряда не всегда полезно.

Использование статического электричества. Статическое электричество можно использовать для различных забавных экспериментов и демонстраций. Изображение: sofamel.com. Фото.

Статическое электричество можно использовать для различных забавных экспериментов и демонстраций. Изображение: sofamel.com

Это может привести к повреждению важных электрических компонентов компьютерных микросхем и других компонентов электрических цепей. Кроме того, трение, возникающее при перекачивании жидкостей по шлангам или трубопроводам, может привести к накоплению статического заряда, который может быть опасен, если эти жидкости или выделяемые ими газы являются легковоспламеняющимися. При соприкосновении с заземленным предметом этот статический заряд может вызвать искру, которая может воспламенить эти материалы.

Как избежать неприятностей?

Чтобы избежать неприятных сюрпризов со статическим электричеством, ученые рекомендуют использовать увлажнители воздуха (все потому, что в сухом воздухе статическое электричество образуется чаще, поэтому увлажнитель может помочь), а также антистатические спреи, которые можно распылять на одежду, чтобы предотвратить накопление зарядов.

Читайте также: Почему электричество издает гудящий звук?

Нелишним будет подумать и о заземлении – если вы носите обувь с проводящей подошвой или дотрагиваетесь до металлических предметов, это поможет разрядить статическое электричество.

Почему у радуги семь цветов?

Почему у радуги семь цветов? В чем заключается настоящая магия радуги? Изображение: images.newscientist.com. Фото.

В чем заключается настоящая магия радуги? Изображение: images.newscientist.com

Несмотря на то, что радуга похожа на реальный объект, висящий где-то вдали, все попытки приблизиться к ней будут обречены на провал – она будет удаляться от нас с той же скоростью, с которой мы приближаемся к ней. Поймать ее тоже не выйдет – в конечном итоге, радуга – это оптический объект, который не существует в определенной точке пространства. На самом деле радуга – это прекрасная иллюзия, поняв природу которой, можно многое узнать об окружающем мире и Вселенной. Так, древние цивилизации испытывали гораздо больше трудностей с понимаем природы света, чем с физическими объектами и даже рассматривали его как механизм зрения, приводящий к появлению таких странностей, как радуга. Древние греки, например, были уверены в том, что все вокруг состоит из четырех элементов, поэтому семь цветов радуги воспринимались ими как проявление божественной воли.

Тайна света

Исаак Ньютон справедливо считается одним из величайших ученых в истории человечества. И дело не только в теории гравитации, разработанной им в семнадцатом веке и описывающей движение объектов вблизи поверхности Земли, орбиту Луны вокруг Земли и орбиты планет вокруг Солнца. Именно Ньютон обнаружил, что белый свет – это смесь всех цветов.

К такому выводу ученый пришел, проведя эксперимент. Сначала он затемнил свою комнату таким образом, чтобы ни один луч света не мог в нее проникнуть. Затем раздвинул шторы так, чтобы сквозь них пробивался луч света, толщиной в карандаш и проходил через призму – треугольный кусок стекла.

Тайна света. Белый свет – это смесь всех цветов. Изображение: cdn.britannica.com. Фото.

Белый свет – это смесь всех цветов. Изображение: cdn.britannica.com

Призма, как оказалось, преломляла узкий луч белого света таким образом, что на выходе из нее он переставал быть белы, становясь разноцветным, прямо как радуга. Ньютон назвал свою искусственную радугу спектром.

Это интересно: В России чаще будет появляться радуга — почему это плохой знак?

Световой спектр

Спектр, о котором говорил Ньютон, устроен следующим образом – когда луч света проходит через воздух и попадает в стекло, он преломляется. Отметим, что преломление называется рефракцией, которая, в свою очередь, происходит не только в стекле, но и в воде. Об этом особенно важно помнить, когда мы говорим о радуге, ведь именно за счет рефракции весло выглядит изогнутым, когда мы погружаем его в реку.

Итак, свет преломляется, когда проходит через стекло или воду, но главное в этом процессе – это угол преломления, который напрямую зависит от цвета светового луча. Так, красный свет преломляется под более тупым углом, чем синий.

Световой спектр. Ньютон оказался прав, предположив, что белый свет – это смесь различных цветов. Изображение: www.mozaweb.com. Фото.

Ньютон оказался прав, предположив, что белый свет – это смесь различных цветов. Изображение: www.mozaweb.com

Таким образом, пропустив через призму белый свет, мы увидим, что синий свет преломится больше, чем красный, поэтому при выходе с другой стороны призмы они разделятся, а между ними окажутся желтый и зеленый. В результате перед нами появится ньютоновский спектр: все цвета радуги, расположенные в обычном для радуги порядке – красный, оранжевый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Хотите всегда первыми узнавать о последних открытиях в области науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Эксперименты Ньютона

Безусловно, Исаак Ньютон не был первым человеком, создавшим радугу с помощью призмы – у других экспериментаторов получался такой же результат, однако они считали, что это призма «окрашивает» белый свет. Ньютон же посмотрел на радугу иначе и предположил, что призма просто отделяет цвета друг от друга.

Справедливость своей догадки Ньютон впоследствии доказал серией экспериментов. Он брал призму, как и раньше, и направлял разноцветный поток света в маленькую прорезь, так что через нее проходил луч только одного цвета, например, красный. Потом на пути красного луча он установил еще одну призму, которая преломляла свет как обычно, однако на выходе луч оставался красным – никаких дополнительных цветов не появлялось.

Эксперименты Ньютона. Ньютон разгадал тайну света и радуги. Изображение: www.thoughtco.com. Фото.

Ньютон разгадал тайну света и радуги. Изображение: www.thoughtco.com

Таким образом выдающийся ученый подтвердил свою теорию о белом свете как смеси всех цветов и… продолжил эксперименты. Так, в следующий раз Ньютон решил стать более изобретательным и задействовал сразу три призмы. По сути, это был контрольный эксперимент, окончательно разрешающий научный спор тех лет.

Вам будет интересно: Расплетая радугу — как тайны света привели человечество к открытию темной материи?

Почему мы видим радугу?

Итак, с призмами разобрались, но что насчет настоящей радуги? Чтобы понять как она образуется, необходимо вспомнить про рефракцию, так как радуга появляется, когда солнечный свет отражается от капель дождя и попадает в глаза наблюдателя. Большинство дождевых капель имеют сферическую форму, которая и обеспечивает условия, необходимые для появления радуги.

Чтобы увидеть радугу, необходимы и другие условия, включая расположение солнца и дождевых капель по отношению к наблюдателю. Это означает, что солнце должно находиться у нас за спиной, низко над горизонтом (в идеале под углом не менее 42°). Чем ниже солнце опускается в небе, тем большую дугу радуги мы увидим. Радуга выглядит полукруглой над ровной поверхностью только на восходе или закате, когда солнце находится точно над горизонтом. В большинстве случаев виден меньший участок дуги.

Почему мы видим радугу? Для формирования радуги необходим ряд важных условий. Изображение: images.ctfassets.net. Фото.

Для формирования радуги необходим ряд важных условий. Изображение: images.ctfassets.net

Дождь, туман или какой-либо другой источник образования водяных капель также должен находится в нашем поле зрения, а вот размер дождевых капель напрямую не влияет на геометрию радуги, но туман или дымка, как правило, усиливают эффект.

Отметим, что солнечный свет состоит из света с множеством различных длин волн, которые замедляются на различную величину, в результате чего белый свет расщепляется или рассеивается. При этом более короткие синие и фиолетовые волны слегка меняют направление на более длинные волны красного света. Поскольку вода плотнее воздуха, свет, проходящий из воздуха в дождевую каплю под определенным углом, замедляется и меняет направление в процессе, называемом преломлением.

Не пропустите: Как бозон Хиггса помогает раскрывать тайны Вселенной?

Таким образом наблюдатель, находясь в нужном месте, увидит, как рассеянный солнечный свет отражается обратно в его сторону. Свет, рассеянный множеством капель, попадая в глаза наблюдателя, будет выглядеть как разноцветная радуга.

Различные цвета выходят из капель под углами, варьирующимися примерно на два градуса, от красного до фиолетового. Красный свет, видимый наблюдателем, исходит от капель, которые располагаются немного выше в атмосфере, чем те, что рассеивают фиолетовый свет в направлении наблюдателя.

Почему мы видим радугу? Радуга – это прекрасная иллюзия, скрывающая в себе природу света. Изображение: timesknowledge.wwmindia.com. Фото.

Радуга – это прекрасная иллюзия, скрывающая в себе природу света. Изображение: timesknowledge.wwmindia.com

Человеческий глаз способен различать множество оттенков, поэтому принято считать, что радуга состоит из семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. А значит самое время вспомнить знаменитую детскую считалку, обозначающую семь цветов радуги – «Каждый охотник желает знать где сидит фазан».

Альтернативная теория гравитации – новое понимание главной силы Вселенной

Альтернативная теория гравитации – новое понимание главной силы Вселенной. Гравитация управляет Вселенной. Но при чем тут темная материя? Изображение: www.techexplorist.com. Фото.

Гравитация управляет Вселенной. Но при чем тут темная материя? Изображение: www.techexplorist.com

Ученые почти столетие пытаются разгадать тайну темной материи –гипотетической формы материи, которая, как считается, ответственна за определенные гравитационные эффекты, необъяснимые общей теорией относительности (ОТО). К счастью, новая гипотеза может изменить ход событий. В работе, недавно опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society продемонстрировано возможное существование самой могущественной силы во Вселенной – гравитации – без присутствия массы. Столь необычный подход по мнению авторов исследования может поставить под сомнение само существование темной материи. В основе новой теории лежит идея о том, что гравитация, необходимая для удержания галактик и скоплений галактик вместе, может быть обусловлена особыми топологическими структурами, образовавшимися в ранней Вселенной. Звучит непросто, так что давайте разбираться!

Гравитация – одна из четырех основных сил в физике, наряду с электромагнитной силой, сильным и слабым ядерным взаимодействием.

Ее высочество гравитация

Прежде чем погружаться в запутанные дебри новой теории, определимся с гравитацией и тем, почему она играет ключевую роль в формировании и структуре Вселенной. Эта фундаментальная сила природы, которая притягивает объекты друг к другу, буквально неотделима от массы объектов – чем больше их масса, тем сильнее их гравитационное притяжение.

Помните знаменитое яблоко Исаака Ньютона? Именно он в XVII веке заметил, что яблоки падают с дерева на землю и предположил, что происходит это из-за силы, которая действует между яблоком и Землей. Ньютон разработал закон всемирного тяготения, который гласит, что сила гравитации между двумя объектами пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Ее высочество гравитация. Классическая теория тяготения Ньютона — закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. Изображение: static.techno-science.net. Фото.

Классическая теория тяготения Ньютона — закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. Изображение: static.techno-science.net

Больше по теме: Может ли гравитация быть источником света?

На Земле гравитация действует так, что все объекты падают на поверхность с ускорением примерно 9.8 м/с². Это означает, что при свободном падении скорость объекта увеличивается на 9.8 метров в секунду каждую секунду. В космосе же гравитация ведет себя иначе, удерживая планеты на орбитах вокруг звезд. Гравитация также ответственна за формирование звезд, планет и галактик – облака газа и пыли в космосе сжимаются под действием гравитации, образуя звезды и планетные системы.

Общая теория относительности

Теория всемирного тяготения Ньютона главенствовала в науке вплоть до начала ХХ века, когда Альберт Эйнштейн предложил новую теорию гравитации — общую теорию относительности (ОТО), которая описывает гравитацию не как силу, а искривление пространства и времени, вызванное массой объектов. Чем больше масса объекта, тем сильнее он искривляет пространство-время вокруг себя. ОТО удивительна, так как объясняет, почему объекты движутся по определенным траекториям в гравитационном поле.

Общая теория относительности. Общая теория относительности — общепринятая в настоящее время теория тяготения, описывающая тяготение как проявление геометрии пространства-времени. Изображение: static.dw.com. Фото.

Общая теория относительности — общепринятая в настоящее время теория тяготения, описывающая тяготение как проявление геометрии пространства-времени. Изображение: static.dw.com

Более того, за прошедшее столетие мы узнали о том, что гравитация имеет несколько эффектов, таких как чувство тяжести (которое мы испытываем на Земле), приливные силы Луны (гравитация спутника является причиной приливов и отливов на Земле). Самое интересное, однако, происходит за пределами Земли и относится к черным дырам – объектам, сила гравитации которых настолько сильна, что даже свет не может покинуть их пределы.

Не пропустите: Что такое Общая теория относительности Эйнштейна?

Итак, если говорить совсем просто, то гравитация — это неотъемлемая часть нашей жизни и Вселенной. Она управляет движением планет, формированием звезд и галактик и даже влияет на наши повседневные действия. Понимание этой фундаментальной силы природы помогает нам изучать устройство окружающего мира.

Гравитация и темная материя

Несмотря на кажущуюся простоту, гравитация представляет собой одну из величайших загадок современной науки. Так, исследователи до сих пор выдвигают самые разные теории на ее счет – от ускорения как ведущей силы до гравитонов – гипотетических безмассовых элементарных частиц. Все потому, что две ведущие физические теории – ОТО и квантовая механика – идеально работают по отдельности, но вместе противоречат друг другу.

Иными словами ученые по-прежнему находятся в поисках «теории всего», способной объяснить устройство нашего мира как в макро, так и микро масштабах, а гравитация является одним из камней преткновения. Во-первых, большую часть времени гравитацию относили исключительно к области материи, но что, если это на самом деле не так? Что, если эта удивительная сила природы может существовать без массы?

Гравитация и темная материя. Кажется, пришла пора посмотреть на гравитацию под совершенно другим углом. Изображение: images.newscientist.com. Фото.

Кажется, пришла пора посмотреть на гравитацию под совершенно другим углом. Изображение: images.newscientist.com

Звучит максимально непривычно, однако именно эта идея привлекла внимание авторов недавно опубликованного исследования. Дело в том, что если гравитация может существовать без массы, то необходимость в темной материи – гипотетической материи, не вступающей в электромагнитное взаимодействие и составляющей до 85% от общего объема Вселенной – полностью отпадает.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Напомним, что существование темной материи не доказано, а ее концепция впервые была разработана для объяснения того, что галактики удерживаются вместе при высокоскоростном вращении. Введение этой гипотетической и невидимой материи позволило физикам выдвигать всевозможные идеи и избегать несостыковок в существующих теориях.

Топологические дефекты

Ведущий автор нового исследования, астрофизик Ричард Лью из Университета Алабамы в Хантсвилле, предположил, что вместо темной материи, связывающей галактики и другие небесные тела, Вселенная может содержать тонкие, похожие на оболочку слои «топологических дефектов», которые порождают гравитацию без какой-либо основной массы.

Топологические дефекты – это макроскопические структуры, обладающие макроскопическими свойствами. Пространственные масштабы влияния топологических дефектов можно сопоставить с размером наблюдаемой Вселенной.

Лью начал с попытки найти другое решение уравнений поля Эйнштейна, которые связывают искривление пространства-времени с присутствием в нем материи. Как описал Эйнштейн в ОТО, пространство-время искривляется вокруг сгустков материи и потоков излучения во Вселенной в зависимости от их энергии и импульса. Эта энергия, конечно же, связана с массой в знаменитом уравнении ученого: E=mc2.

Топологические дефекты. Теория Эйнштейна на порядок сложнее, чем ньютоновская теория всемирного тяготения, а новая теория заходит еще дальше, убирая из уравнения массу. Изображение: thedebrief.b-cdn.net. Фото.

Теория Эйнштейна на порядок сложнее, чем ньютоновская теория всемирного тяготения, а новая теория заходит еще дальше, убирая из уравнения массу. Изображение: thedebrief.b-cdn.net

Таким образом, масса объекта связана с его энергией, которая искривляет пространство-время – это искривление пространства-времени и есть то, что Эйнштейн назвал гравитацией. Иными словами ОТО гласит, что гравитация неразрывно связана с массой, однако Лью утверждает, что это не так.

Это интересно: Существует ли темная материя? И почему мнения ученых разделились?

Космические струны

В ходе работы астрофизик приступил к решению упрощенной версии уравнений поля Эйнштейна, которые допускают конечную силу притяжения при отсутствии какой-либо обнаруживаемой массы. Лью говорит, что его усилия были «продиктованы разочарованием в существующем положении вещей, а именно в представлении о существовании темной материи, несмотря на отсутствие каких-либо прямых доказательств на протяжении целого столетия«.

Решение, предложенное автором работы, заключается в выявлении топологических дефектов в форме оболочек, которые могут возникать в очень компактных областях пространства с очень высокой плотностью вещества. Эти наборы концентрических оболочек содержат тонкий слой положительной массы, спрятанный внутри внешнего слоя отрицательной массы.

Эти две массы нейтрализуют друг друга, поэтому общая масса двух слоев равна нулю. Но когда звезда находится на этой оболочке, то испытывает большую гравитационную силу, притягивающую ее к центру, – говорится в статье.

Космические струны. Гравитация без массы действительно может существовать. Правда на данный момент есть только математические доказательства. Изображение: muyinteresante.com. Фото.

Гравитация без массы действительно может существовать. Правда на данный момент есть только математические доказательства. Изображение: muyinteresante.com

Напомним, что топологические дефекты – это очень компактные области пространства с очень высокой плотностью вещества, которые обычно представляют в форме линейных структур, известных как космические струны. Однако также возможны двумерные структуры, такие как сферические оболочки.

Некоторые ученые не согласны с выводами Лью и полагают, что именно темная материя является ключом к теории гравитации. Подробности здесь, не пропустите!

Более того, ученым давно известно, что сила притяжения позволяет всем объектам, как безмассовым, так и иным, взаимодействовать друг с другом, поскольку это, по сути, влечет за собой искривление самого пространства-времени. Например, ранее было установлено, что небесные тела оказывают гравитационное притяжение на безмассовые фотоны.

Безусловно, все предположения, выдвинутые мной в статье спорные, но если в будущем они подтвердятся, то необходимость продолжать искать темную материю полностью отпадает. Таким образом, следующий вопрос заключается в том, можно ли подтвердить или опровергнуть мои предположения с помощью наблюдений, – говорит Лью.

Космические струны. Вселенная полна загадок. Изображение: i0.wp.com. Фото.

Вселенная полна загадок. Изображение: i0.wp.com

И хотя астрофизик признает, что предложенное им решение «наводит на размышления» и само по себе не может дискредитировать гипотезу о темной материи, его работа может стать интересным математическим упражнением, так как позволяет взглянуть на Вселенную и управляющие ей силы под другим углом. Тем не менее выводы, опубликованные в статье, являются первым математическим доказательством того, что гравитация может существовать без массы. А это – уже не мало, согласны?

Самый долгий эксперимент в истории можно смотреть в прямом эфире

Самый долгий эксперимент в истории можно смотреть в прямом эфире. Американский физик Джон Мэйнстоун следит за падающим битумом. Источник фотографии: peoples.ru. Фото.

Американский физик Джон Мэйнстоун следит за падающим битумом. Источник фотографии: peoples.ru

Проведение научных экспериментов — это то, чем большую часть своего рабочего времени занимаются ученые. Именно в результате опытов они и совершают открытия, которые рассказывают интересные подробности о строении окружающего нас мира. Обычно эксперименты идут несколько недель или месяцев, но некоторые тянутся на многие годы. Например, таковым является опыт с капающим пеком по измерению времени течения битума в Квинслендском университете (Австралия). Пек представляет собой осадок от перегонки каменноугольных смол и выглядит как твердое вещество. Авторы этого исследования хотели показать, что даже кажущиеся твердыми вещи на самом деле могут быть жидкостями с высокой вязкостью. Эксперимент длится уже почти сотню лет, и наблюдать на зим можно в прямом эфире.

Опыт с падающим пеком

Самый долгий эксперимент по версии Книги рекордов Гиннесса был начат в 1927 году австралийским профессором физики Томасом Парнеллом. Чтобы продемонстрировать свойства высоковязких материалов, он взял остатки перегонки каменноугольных смол. Профессор разогрел их и поместил в стеклянную воронку — чтобы материал принял форму сосуда, потребовалось три года.

Опыт с падающим пеком. Девушка держит бумажку с датами падения капель пека. Источник фотографии: The University of Queensland. Фото.

Девушка держит бумажку с датами падения капель пека. Источник фотографии: The University of Queensland

В 1930 году исследователь отрезал нижнюю часть воронки и тем самым позволил высоковязкой жидкости медленно вытекать в установленный снизу сосуд. Нужно ли говорить, что капли из предельно вязкого материала образовывались очень долго? Первая капля битума упала в сосуд спустя восемь лет с начала эксперимента. В дальнейшем капли образовывались примерно раз в десять лет. В девятый раз капля падала в 2014 году, но камеры оказались слишком слабыми, чтобы запечатлеть этот момент. На сегодняшний день еще никто не застал это событие.

Камеры пытались занять момент падения капли, но не смогли

Самый долгий эксперимент в истории

Эксперимент длится уже почти сотню лет. Профессор Томас Парнелл и его ассистент Джон Мейнстоун уже умерли, поэтому сегодня за проектом присматривает Эндрю Уайт. Воронка с вязким материалом находится под стеклянной колбой, чтобы на процесс не повлияли внешние условия. На эту колбочку направлено несколько веб-камер, которые ежедневно ведут прямую трансляцию на сайте Квинслендского университета.

У этой трансляции не так уж и много зрителей, потому что 99% времени там ничего не происходит. Это зрелище можно сравнить с британским фильмом «Paint Drying», в котором на протяжении 10 часов демонстрируется стена с сохнущей краской. Только в случае с каплей битума, действие продолжается много лет. Однако, у зрителей есть небольшой шанс своими глазами увидеть момент падения вязкой массы в сосуд. Но кому это нужно?

Самый долгий эксперимент в истории. Смотреть прямую трансляцию опыта с капающим пеком можно на сайте университета. Фото.

Смотреть прямую трансляцию опыта с капающим пеком можно на сайте университета

Примечательно, что с 1988 года эксперимент начал длиться дольше, чем обычно. До этого момента в комнате, где стоит сосуд, постоянно менялась температура, из-за чего капли падали с периодичностью 8-10 лет. Потом в помещении установили кондиционер для сохранения одинаковой температуры, поэтому сейчас капли образуются с частотой 12-14 лет.

На сегодняшний день эксперимент лишь показал, что осадок от каменноугольных смог имеет вязкость примерно в 230 миллиардов раз больше, чем у воды.

Эксперимент Розенхана: как попасть в сумасшедший дом?

Самый долгий эксперимент с сорняками

Еще один очень долгий эксперимент проводится в университете американского штата Мичиган. В 1879 году профессор ботаники Уильям Джеймс Билл наполнил двадцать бутылок от виски влажным песком и поместил туда семена 21 вида сорняков. Он закопал их горлышком вниз, чтобы внутрь не попала вода — цель эксперимента заключалась в том, чтобы проверить, насколько живучими являются сорняки.

Исследователь, а потом и перенявшие его дело ученые, раскапывали по одной бутылке раз в несколько лет. Постепенно они увеличивали время между изучением каждого сосуда. Пятнадцатая бутылка была выкопана только в 2000 году, следующая будет извлечена только в 2100 году.

Самый долгий эксперимент с сорняками. Еще один эксперимент в мире длится более 100 лет, но не входит в Книгу рекордов Гиннесса. Источник фотографии: atlasobscura.com. Фото.

Еще один эксперимент в мире длится более 100 лет, но не входит в Книгу рекордов Гиннесса. Источник фотографии: atlasobscura.com

На данный момент эксперимент помог выявить самые живучие виды сорняков. Ученые уже пытаются выяснить, благодаря чему они могут выживать на протяжении десятков лет.

А вы подписаны на наш Дзен-канал с открытыми комментариями? Проверьте прямо сейчас!

Описанные выше эксперименты предельно безопасны. Но иногда научные опыты ведут к ужасным последствиям — например, особенно шокирующей является история эксперимента «Вселенная-25». Он завершился тем, что испытуемые начали заниматься каннибализмом, поэтому хорошо, что опыт проводился на мышах.

Как бозон Хиггса помогает раскрывать тайны Вселенной?

Как бозон Хиггса помогает раскрывать тайны Вселенной? Бозон Хиггса – фундаментальная частица, открыть которую удалось всего 12 лет назад. Изображение: assets.newatlas.com. Фото.

Бозон Хиггса – фундаментальная частица, открыть которую удалось всего 12 лет назад. Изображение: assets.newatlas.com

В 2012 году ученые сообщили об одном из величайших событий в области квантовой физики – открытии бозона Хиггса – фундаментальной частицы, несущей силы поля Хиггса и отвечающую за придание массы другим частицам. Предположение о существовании поля Хиггса впервые выдвинул физик Питер Хиггс в середине шестидесятых годов (в честь него названы и поле и частица). 2024 год, увы, стал последним в жизни этого выдающегося ученого – 8 апреля Питер Хиггс скончался в своем доме в Эдинбурге в возрасте 94 лет. Его беспрецедентное наследие, однако, продолжает оказывать огромное влияние на будущее физики элементарных частиц, как никакое другое открытие до него. Более того, если текущие измерения бозона Хиггса верны, то Вселенная нестабильна в своем нынешнем состоянии. Это, в свою очередь, означает, что нам придется пересмотреть все имеющиеся знания как о космосе, так и о физике элементарных частиц. Ну а новое открытие, о котором погоаорим в данной статье, лишь подливает масла в огонь.

Открытие бозона Хиггса совместными усилиями ATLAS и CMS сыграло решающую роль в раскрытии тайн поля Хиггса и его потенциала. Многие ученые полагают, что «Новая физика» не за горами.

Наследие Хиггса

Английский физик Питер Уэйд Хиггс родился в 1929 году. В то время понимание материи и Вселенной было совершенно иным, а ведущая модель материи гласила, что существуют всего три фундаментальные неделимые частицы – протоны (находятся внутри атомных ядер), электроны (окружают протоны) и фотоны (частицы света, ответственные за электромагнитное взаимодействие).

При жизни Хиггса произошла удивительная революция, кульминацией которой стало создание Стандартной модели физики элементарных частиц – самой успешной в истории системы для понимания строения Вселенной. Однако путь Хиггса к одному из величайших открытий в истории науки был тернистым. Более половины своей жизни физик ждал подтверждения своих теоретических предсказаний.

Наследие Хиггса. Питер Хиггс — британский физик-теоретик, профессор Эдинбургского университета. Лауреат Нобелевской премии по физике. Изображение: dzeninfra.ru. Фото.

Питер Хиггс — британский физик-теоретик, профессор Эдинбургского университета. Лауреат Нобелевской премии по физике. Изображение: dzeninfra.ru

Читайте также: Обнаружены новые элементарные частицы. Почему это важно?

Идею о существовании частицы, способной придавать массу всем другим частицам, Хиггс озвучил в 1964 году, однако окончательно подтвердить ее существование удалось лишь к 2013 году на Большом адронном коллайдере. В том же году британский ученый был удостоен Нобелевской премии по физике, а частица, названная в его честь стала всемирно известной.

ЦЕРН – европейская организация по исследованию элементарных частиц, объявила об открытии бозона Хиггса с большой помпой. Однако сам Хиггс, казалось, был этим смущен и всегда подчеркивал, что многие другие ученые внесли свой вклад в теорию и озвучивали похожие идеи, – говорится в некрологе.

Первая статья Хиггса была опубликована в 1964 году в журнале Physical Review Letters, в которой говорилось о новом типе массивных бозонов (одном из типов субатомных частиц). В то время другие теоретики работали в том же направлении, но знаменитая ныне «частица Бога» тогда существовала только в теории.

Наследие Хиггса. Хиггс использовал математические идеи о симметрии – и о том, как она может быть нарушена – чтобы объяснить, как безмассовые частицы могут приобретать массу. Изображение: www.cnet.com. Фото.

Хиггс использовал математические идеи о симметрии – и о том, как она может быть нарушена – чтобы объяснить, как безмассовые частицы могут приобретать массу. Изображение: www.cnet.com

Напомним, что бозон Хиггса связан с полем Хиггса, которое придает массу другим частицам, таким как электроны и кварки, о чем Хиггс сообщил в 1966 году. Если бы тогда поле Хиггса удалось обнаружить, то ученые доказали бы, что стандартная модель – последовательная теория природы. Поиск бозона Хиггса, однако, оказался чрезвычайно сложной задачей. Сам ученый и вовсе считал, что этот вопрос не будет решен при его жизни.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области физики и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Уникальные свойства «частицы Бога»

Итак, как мы знаем сегодня, в основе Вселенной лежат уникальные свойства бозона Хиггса. Подобно твердому, жидкому и газообразному состояниям вещества, поле Хиггса соответствует фазе Вселенной, которую можно определить, измерив взаимодействие бозона Хиггса с другими частицами.

За десятилетие, прошедшее с момента его открытия, многие из этих взаимодействий были обнаружены на БАК. Эти результаты подняли новые вопросы. Стабильность Вселенной – ее способность сохраняться в своем нынешнем состоянии более или менее вечно — по-видимому, зависит от массы и взаимодействий бозона Хиггса.

Уникальные свойства «частицы Бога». Поле Хиггса взаимодействует с атомными субчастицами. Изображение: media.licdn.com. Фото.

Поле Хиггса взаимодействует с атомными субчастицами. Изображение: media.licdn.com

Если текущие измерения этой частицы верны, Вселенная попросту нестабильна, а значит что в какой-то момент она может перейти в другую форму. Ответы, поиском которых сегодня занимаются ученые, могут доказать ошибочность Стандартной модели.

Физики также хотят понять, действительно ли поле Хиггса объясняет все массы элементарных частиц, как предсказывает Стандартная модель. Что касается редкого распада бозонов Хиггса, о которых мы ранее рассказывали, то выяснить, на какие еще частицы они распадаются исследователи пока не могут.

Чтобы окончательно разобраться в хитрых переплетениях субатомных частиц, ученые из Европы, США и Китая работают над строительством новых коллайдеров элементарных частиц, ориентированных на изучение бозона Хиггса. Наследием выдающегося ученого станет программа экспериментальной физики элементарных частиц 21-го века.

Уникальные свойства «частицы Бога». Питер Хиггс – человек из другой эпохи. Изображение: habrastorage.org. Фото.

Питер Хиггс – человек из другой эпохи. Изображение: habrastorage.org

Необходимо отметить, что Хиггс был физиком из другой эпохи. Сегодня практически невозможно представить, чтобы кто-то с его послужным списком смог удержаться в академических кругах – он опубликовал всего несколько статей, почти все из которых написал в одиночку. Все потому, что современная академическая среда построена на жесткой конкуренции, а ученые вынуждены публиковать работы как можно чаще.

Трудно представить, что в нынешних условиях у меня будет достаточно тишины и покоя, чтобы заниматься тем, чем я занимался в 1964 году… Сегодня я бы не устроился на академическую работу… Не думаю, что меня сочли бы достаточно продуктивным, – сказал Хиггс в интервью 2013 года.

Симметрия и новые эксперименты

Так как научные открытия (а тем более прорывы) требуют времени, говорить о полном пересмотре нашего понимания устройства мироздания и Веленной несколько преждевременно. Но повод для пересмотра Стандартной модели все-таки есть: бозон Хиггса является лишь одним из результатов «спонтанного нарушения симметрии» поля Хиггса, а значит могут существовать и другие подобные бозоны.

Эти дополнительные субчастицы могут взаимодействовать друг с другом и с бозоном Хиггса. Если их существование удастся подтвердить экспериментальным путем, то ученые, вероятно, смогут объяснить дисбаланс вещества и антиматерии во Вселенной.

Симметрия и новые эксперименты. Вселенная окутана тайнами. Изображение: symmetrymagazine.org. Фото.

Вселенная окутана тайнами. Изображение: symmetrymagazine.org

Не пропустите: Что такое бозон Хиггса и почему ученые хотели его открыть

Недавно ученые из коллаборации ATLAS опубликовали результаты поиска двух новых бозонов Хиггса – X и S – которые могли бы взаимодействовать с бозоном Хиггса стандартной модели (H). Предполагается, что S-бозон распадается на b-кварки, тогда как H-бозон распадается на фотоны.

Таким образом, неизменные массы этих продуктов распада могут быть использованы для восстановления масс соответствующих бозонов, – пишут авторы научной работы.

Поскольку физики не знают масс гипотетических бозонов Хиггса, они прибегли к помощи параметризованной нейронной сеть (PNN) – этот метод позволил им не только изучить диапазон масс X и S с высокой степенью детализации, но и получить четкое представление о массах новых бозонов, если они будут обнаружены.

Симметрия и новые эксперименты. Локальное наблюдаемое значение превышения фоновых процессов стандартной модели в зависимости от масс (m_X, m_S). Изображение: ATLAS Collaboration/CERN. Фото.

Локальное наблюдаемое значение превышения фоновых процессов стандартной модели в зависимости от масс (m_X, m_S). Изображение: ATLAS Collaboration/CERN

Безусловно, все вышеописанное крайне сложно, однако, заглядывая в будущее
можно сказать, что модели, исследованные в новом анализе, остаются многообещающими возможностями для раскрытия новых физических явлений, выходящих за рамки Стандартной модели. Данные, собранные во время третьего запуска БАК, и дальнейшая работа коллайдера прольют еще больше света как на бозоны Хиггса, так и на тайны Вселенной.

Физики работают над новой теорией гравитации – какую роль в ней играет темная материя?

Физики работают над новой теорией гравитации – какую роль в ней играет темная материя? Может ли новая теория гравитации ответить на величайшие загадки космологии? Фото.

Может ли новая теория гравитации ответить на величайшие загадки космологии?

История человечества – настоящая сага с множеством действующих лиц. Веками мы ищем ответы на вопросы о том, кто мы, откуда пришли и куда движемся. По мере развития науки и технологий вопросов стало больше но и узнали мы немало. Оказалось, что наша планета – крошечная голубая точка, вращающаяся вокруг самой обычной звезды, коих не счесть на просторах Вселенной. И чем больше мы узнаем о небесных объектах и устройстве космоса, тем меньше понимаем происходящее. Так, две ведущие физические теории – общая теория относительности (ОТО) и квантовая механика – идеально работают по-отдельности, но вместе – нет. Более того, мы изучаем далекие галактики в попытках понять устройство мироздания и вводим разные переменные, например, темную материю, призванную объяснить величайшие загадки. Вот только доказательств ее существования по-прежнему нет, как нет и новой физической теории. Но почему и стоит ли ожидать революции в космологии? Давайте разбираться!

Что не так с космологией?

О том, что космология находится в кризисе, кажется, знают все. Причина кроется в несоответствии постоянной Хаббла. Это означает, что либо ученые делают что-то не так, либо на просторах Вселенной происходит нечто неведомое.

Постоянная Хаббла – число, которое астрономы используют для измерения расширения Вселенной. Впервые о нем сообщил американский астроном Эдвин Хаббл, который обнаружил другие галактики за пределами Млечного Пути и пришел к выводу, что они постоянно удаляются от нас. Однако скорость, с которой это происходит (и почему) – загадка. Да что уж там, каждый раз изучая вращение далеких галактик ученые приходят в недоумении.

Что не так с космологией? Наша Вселенная расширяется с ускорением, что на самом деле довольно странно. Фото.

Наша Вселенная расширяется с ускорением, что на самом деле довольно странно

Дело вот в чем – звезды внутри галактик удерживаются вместе гравитацией – силой тяжести которая предотвращает их выброс в межгалактическое пространство при вращении. Загадка же кроется в том, что самые удаленные части галактик движутся слишком быстро при этом не теряя звезд. Тот факт, что светила не выбрасываются в межзвездное пространство поражает астроном и является одной из величайших космологических загадок. Какая-то сила, должно быть, удерживает галактики вместе, но что это за сила и откуда она берется неизвестно.

Вам будет интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

На данный момент лучшее объяснение происходящему звучит так – темная материя, оказывающая гравитационное воздействие на все небесные тела. Поиск этой таинственной материи является одним из ведущих направлений исследований, но несмотря на годы изучения и достижения, обнаружить доказательства существования темной материи до сих пор не удалось.

Новые идеи

К счастью, исследователи смотрят в разных направлениях – пока одни занимаются темной материей, другие ищут альтернативные причины наблюдаемых космологических «проблем». Так, еще в 1980-х годах физик по имени Мордехай Милгром предположил, что в галактическом масштабе законы движения Ньютона могут незначительно отличаться от тех, которые наблюдаются на Земле.

По Милгрому, эта модифицированная ньютоновская динамика (MOND), может обеспечить дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Но, как и в случае с темной материей, свидетельств в поддержку этой идеи крайне мало.

Новые идеи. Астрономы склоняются в пользу идеи темной материи. Но что, если они ошибаются? Фото.

Астрономы склоняются в пользу идеи темной материи. Но что, если они ошибаются?

Различные исследования рассматривали то, какое влияние MOND может оказывать на орбиты удаленных объектов, таких как Плутон или космические аппараты «Пионер» и «Вояджер», но обнадеживающих результатов не последовало. Более того, многим астрономам эта идея не нравится, так как представляет собой, по сути, произвольную интерпретацию ньютоновской динамики (собственно вот она – причина повсеместного интереса к темной материи).

Еще больше интересных статей в области космологии и физики читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Теперь же, ситуация может измениться – все благодаря работе Джонатана Оппенгейма и Андреа Руссо из Университетского колледжа Лондона, которые выяснили, почему идея MOND Милгрома все-таки может быть верной. Работа, пока что не прошедшая экспертной оценки, дает MOND теоретическую основу, которая повышает привлекательность теории для астрономов и физиков.

Хорошо забытое старое

Исследование, опубликованное на сервере препринтов AiRXiv, основано на идее, которую Оппенгейм выдвинул несколько лет назад, чтобы примирить несовместимость между двумя великими основами современной физики: квантовой механикой и общей теорией относительности. Напомним, что квантовая механика объясняет устройство Вселенной в мельчайших масштабах, в то время как ОТО – в самых больших масштабах.

И, как мы уже не раз рассказывали, характер обеих теорий совершенно противоположен: квантовая механика предполагает, что Вселенная вероятностна по своей природе, в то время как ОТО подразумевает, что она полностью классическая. Эта несостыковка создает дилемму, когда дело доходит до создания теории квантовой гравитации, которую физикам только предстоит разработать.

Хорошо забытое старое. Квантовая гравитация — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия. Фото.

Квантовая гравитация — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия.

Подробнее о квантовой гравитации мы рассказывали здесь, не пропустите!

Идея Оппенгейма в том, что ОТО – классическая теория, но в своей основе, однако, стохастическая – то есть имеет случайный характер, скорее похожий на броуновское движение – случайное движение частицы, взвешенной в жидкости. Такое видение позволяет объединить квантовую механику и теорию относительности математически совместимым образом.

Из этого «хорошо забытого» подхода также следует, что гравитация для нас с вами работает именно так, как описал Ньютон (и как наблюдают физики). А вот в галактических масштабах ускорение, обусловленное гравитацией, может изменяться на небольшую, но случайную величину, как если бы пространство-время вызывало какое-то броуновское движение масс внутри него.

Хорошо забытое старое. Мы, возможно, неправильно понимаем гравитацию – главную движущую силу Вселенной. Фото.

Мы, возможно, неправильно понимаем гравитацию – главную движущую силу Вселенной

Мы показываем, что стохастическая природа пространства-времени порождает дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Энтропия, управляемая стохастической космологической постоянной, может объяснить кривые вращения галактик, а значит привлекать темную материю не нужно, – пишут авторы научной работы.

Темная материя больше не нужна?

Идея Милгрома (и авторов нового исследования) может оказаться необходимым следствием объединения теории относительности и квантовой механики в единую структуру. Как минимум эту идею следует рассмотреть всерьез и провести ряд научных экспериментов, проверяющих природу ньютоновской динамики.

Авторы работы, все же, призывают быть осторожными, указывая, что помимо вращения галактик есть и другие причины предполагать существование темной материи. Например, гравитационная масса далеких галактик действует подобно линзе, преломляя проходящий мимо свет. И размер этого изгиба предполагает, что темная материя должна вносить свой вклад в эту массу.

Темная материя больше не нужна? Физики применяют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией. И это – очень хорошо. Фото.

Физики применяют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией. И это – очень хорошо

Таким образом, прежде чем новая, альтернативная идея получит распространение, ее необходимо тщательно и подробно изучить, в частности, путем компьютерного моделирования броуновского движения пространства-времени и его влияния на массу. Ну а речь о полном отказе от темной материи не идет и вовсе.

Читайте также: Астрофизики обнаружили «мосты» из темной материи. Что это такое?

Выходит, у астрономов прибавилось работы, ведь помимо поисков темной материи как в космосе, так и на Земле, внимание придется уделить и идее Милгрома. Но именно так работает наука – чем более открыто и непредвзято мы смотрим на Вселенную, тем больше шансов узнать еще несколько ее тайн.

Почему не взорвались бутылки с шампанским на борту затонувшего “Титаника”

Почему не взорвались бутылки с шампанским на борту затонувшего “Титаника”. Археологи часто находят рядом с затонувшими кораблями бутылки с шампанским. Фото.

Археологи часто находят рядом с затонувшими кораблями бутылки с шампанским

После трагического случая с подводным аппаратом “Титан”, произошедшим в июне 2023 года когда команда пыталась погрузиться к месту крушения “Титаника”, многих заинтересовало такое явление, как имплозия, или взрыв направленный внутрь. Напомним, что батискаф “Титан” не выдержал колоссального давления на большой глубине, в результате чего его стенки просто схлопнулись, несмотря на то, что были выполнены из титана, и изначально создавались для погружения на большую глубину. Но почему в таком случае не взорвались бутылки с шампанским, обнаруженные исследователями на дне рядом с останками корабля, неужели стекло бутылки прочнее титановых стенок батискафа?

Почему некоторые предметы не взрываются на большой глубине

Имплозия возникает при большой разнице между внутренним и внешним давлением, если стенки не в состоянии выдержать это давление. Сильный взрыв попросту уравнивает давление внутри и снаружи, в результате чего стенки схлопываются, как это произошло с “Титаном”. Надо сказать, что Имплозия может произойти не только в воде на большой глубине, но и на поверхности. Например, это нередко происходит с цистернами, когда давление в них становится сильно ниже атмосферного.

Отсюда следует, что имплозия может не произойти только в двух случаях — если давление внутри и снаружи выровняется в результате разгерметизации, как это произошло с самим “Титаником”, либо стенки способны выдержать внешнее давление, как у надежных батискафов, которые опускаются на большую глубину. И это правило распространяется абсолютно на все предметы, в том числе и бутылки с шампанским.

Почему некоторые предметы не взрываются на большой глубине. Бутылки с шампанским, обнаруженные на дне рядом с затонувшим «Титаником». Фото.

Бутылки с шампанским, обнаруженные на дне рядом с затонувшим «Титаником»

Почему на большой глубине не взорвались

Бутылки часто находят невредимыми на дне возле потерпевших крушение кораблей. Например, шампанское доставали с глубины 50 метров, и оно было вполне пригодным для питья. Но в чем секрет? Во-первых, в бутылке с шампанском изначально давление выше атмосферного, причем существенно — оно достигает 6 бар, то есть шести атмосферных давлений. Кроме того, шампанское разливают в прочные бутылки, которые выдерживают давление до 20 бар.

Это позволяет шампанскому выдерживать глубину в сотни метров. Причем только на глубине около 60 метров давление снаружи и внутри бутылки выравнивается, соответственно ей в таких условиях вообще ничего не угрожает. В эксперименте на видео ниже, бутылка с шампанским выдержала давление, которое возникает на глубине 1940 метров, а «на глубине» примерно 1950 метров бутылка взорвалась. Но “Титаник”, как известно, находится на глубине 3800 метров. Это значит, что давление на дне составляет 381 бар.

Версию о том, что в XIX веке делали сверхпрочные бутылки, способные выдержать подобное давление, отбросим сразу. Если раньше бутылки и были прочнее, то не до такой степени. Но даже если представить, что стекло способно выдержать давление на глубине почти 4 км, пробку от бутылки просто вдавило бы внутрь. Причем это произошло бы до того, как бутылка оказалась на дне.

Если стекло и пробка не способны выдержать такое давление, остается только один вариант — бутылка разгерметизировалась, и вода попала внутрь, в результате чего давление снаружи и внутри выровнялось. Если обратить внимание на пробку бутылки на фото, вы заметите, что она сильно деформирована и повреждена. Очевидно, в этом и заключается весь секрет — бутылка была разгерметизирована по мере погружения на дно. В противном бы случае с ней произошло то же самое, что и с бутылкой во время эксперимента на видео.

Почему на большой глубине не взорвались. Неоткрытая бутылка с шампанским, найденная на месте крушения «Титаника». Фото.

Неоткрытая бутылка с шампанским, найденная на месте крушения «Титаника»

Правда, во время эксперимента обе бутылки взорвались, так как пробки обеспечивали герметичность. Однако во время второго эксперимента, когда бутылка взорвалась, пробка резко сжалась, так как давление начало на нее воздействовать со всех сторон, но затем она быстро приняла свой нормальный объем, так как ячейки в пористой структуре пробки разгерметизировались.

Переходите по ссылке на наш ДЗЕН КАНАЛ. Мы подготовили для вас множество интересных, захватывающих материалов, посвященных науке.

Напоследок напомним, что не все бутылки с “Титаника” утонули. Одна достигла берега Канады спустя более 100 лет после крушения корабля. Речь о бутылке с запиской, написанной 12-летней девочкой Матильдой Лефевр, которая в итоге погибла. Подробнее почитать об этой записке можно по ссылке.

Может ли взрыв атомной бомбы поджечь атмосферу Земли

Может ли взрыв атомной бомбы поджечь атмосферу Земли. Создатели ядерного оружия опасались, что взрыв может пожечь атмосферу Земли. Фото.

Создатели ядерного оружия опасались, что взрыв может пожечь атмосферу Земли

В августе 1942 года в США был запущен «Манхэттенский проект» — программа, в ходе которой ученые пытались разработать ядерное оружие. В рамках проекта участникам удалось создать три атомные бомбы. Первой стала плутониевая «Штучка», которая была взорвана в ходе испытания 1945 года в американском штате Нью-Мексико. Вторая бомба получила название «Малыш» и в том же году была сброшена на Хиросиму. Третьей бомбой стал «Толстяк», сброшенный на японский Нагасаки. Создателем ядерного оружия считается американский физик-теоретик Роберт Оппенгеймер, о котором в 2023 году вышел одноименный фильм. Во время разработки он и его коллеги очень беспокоились о потенциальных ужасах, которое может повлечь их изобретение. Например, они опасались, что взрыв атомной бомбы может поджечь атмосферу Земли и моментально уничтожить человечество.

Интересный факт: в Манхэттенском проекте приняло участие более 130 000 человек. Стоимость разработки ядерного оружия составила примерно 2 миллиарда долларов США. Исследование и производство велось на территории более 30 площадок в США, Великобритании и Канаде. Первые в истории человечества образцы ядерного оружия были созданы менее чем за три года работы.

Термоядерный синтез в атмосфере Земли

По данным научного издания IFL Science, первые опасения насчет того, что ядерный взрыв может поджечь атмосферу Земли, возникли у ученых задолго до первых испытаний. В 1942 году американский физик-теоретик Эдвард Теллер предположил, что в результате взрыва на небе может возникнуть термоядерный синтез, который происходит внутри Солнца.

Термоядерный синтез в атмосфере Земли. Американский ученый Эдвард Теллер. Фото.

Американский ученый Эдвард Теллер

Термоядерный синтез внутри Солнца — это процесс, при котором атомы водорода объединяются, создавая гелий и высвобождая огромное количество энергии. Ученый опасался, что при взрыве мощной бомбы за счет деления ядер атомов, атмосфера может сильно нагреться. По его мнению, температура могла оказаться настолько высокой, что привести к слиянию ядер изотопа азота-14 друг с другом. Или же, они могли объединиться с другими легкими изотопами вроде водорода-1, углерода-12 или кислорода-16.

Читайте также: Что такое договор о контроле над ядерным оружием и в чем его суть

Может ли атмосфера Земли сгореть

Такие же опасения были и у Роберта Оппенгеймера. Согласно историческим документам, в 1942 году он обсудил этот вопрос с экспертом по радиационной физике Артуром Комптоном. Подробности об этом разговоре были раскрыты в 1959 году — ученые пришли к выводу, что в результате взрыва действительно может произойти термоядерный синтез. Причиной его начала могла быть высокая температура, выделяемая при взрыве бомбы. Также исследователи не исключили, что в взрывная реакция могла произойти даже в океане, потому что в нем растворено много водорода.

Может ли атмосфера Земли сгореть. «Отец атомной бомбы» Роберт Оппенгеймер. Фото.

«Отец атомной бомбы» Роберт Оппенгеймер

Однако в отчете, который был рассекречен в 1979 году, упомянутый выше Эдвард Теллер все же пришел к выводу, что ядерный взрыв не сможет ни поджечь атмосферу, ни вызвать взрыв океана. Действительно, в процессе взрыва ядерной бомбы выделяется много энергии в виде света и тепла. Однако, большая ее часть теряется в пространстве — ее не хватает для поджигания атмосферы Земли. По крайней мере бомбам, которые существовали в 1950-е годы, мощности для этого точно не хватало.

Может ли атмосфера Земли сгореть. Взрыв атомной бомбы «Штучка». Фото.

Взрыв атомной бомбы «Штучка»

Последствия ядерного взрыва

То, что ядерный взрыв не может поджечь атмосферу, было подтверждено в рамках испытаний. Однако, использование такого оружия ведет за собой огромное количество разрушений и смертей. При взрыве образуется мощная ударная волна, которая способна сравнять с землей все постройки в радиусе нескольких километров. Также при взрыве выделяется тепловое излучение, которое вызывает пожары и буквально заживо сжигает людей и животных. Не стоит забывать и про радиационные последствия — радиация вызывает лучевую болезнь, и даже выжившие люди впоследствии быстро умирают. Наконец, ядерный взрыв может поднять в воздух много пыли и грязи, из-за чего может начаться ядерная зима.

Последствия ядерного взрыва. Последствия взрыва ядерной бомбы. Фото.

Последствия взрыва ядерной бомбы

Обязательно подпишитесь на нас в Дзене. Так вы не пропустите ничего интересного!

В начале статьи мы упомянули про фильм «Оппенгеймер». Если вы еще не смотрели эту биографическую драму, самое время заняться этим — недавно моя коллега Любовь Соковикова подробно рассказала, почему этот фильм должен посмотреть каждый. Также на нашем сайте есть статья «5 впечатляющих фактов о фильме “Оппенгеймер”» , в котором мы объяснили, почему там много черно-белых сцен, и какие эмоции он оставляет после просмотра. Настоятельно рекомендуем!

Главные научные открытия 2023 года по версии Hi-News.ru

Главные научные открытия 2023 года по версии Hi-News.ru. Наука не стоит на месте и 2023 год вновь это доказал. Фото.

Наука не стоит на месте и 2023 год вновь это доказал

2023 год можно назвать годом перемен – пандемия COVID-19 закончилась, Индия стала самой густонаселенной страной мира, а искусственный интеллект захватил нашу жизнь (и стал похож на ИИ из научно-фантастических фильмов). В это же время вооруженные военные конфликты обострились, климатические изменения усилились, а угроза ядерной войны вновь напомнила о себе. Словом, год выдался непростой, однако ученые совершили огромное количество открытий, многие из которых навсегда изменят повседневную жизнь. Чего стоит одна только Нобелевская премия по химии за новаторское открытие в области нанотехнологий, а физики и вовсе пролили свет на движение электронов внутри атомов и молекул. В ударе были и астрономы, которые обнаружили низкочастотные гравитационные волны, а нейробиологи и вовсе создали устройство, переводящее мысли в текст. Рассказываем какие открытия, по мнению редакции Hi-News.ru, стали самыми выдающимися за прошедший год!

Открытие новых миров

В очередной звездный для науки год астрономы обнародовали новые открытия о космосе, а число открытых экзопланет – миров, за пределами Солнечной системы – перевалило за 5500, среди которых есть те, которые мы раньше не видели. Так, космическая обсерватория Джеймса Уэбба подтвердила присутствие тяжелых элементов — углерода и кислорода — в атмосфере далекой экзопланеты HD149026b, более известной как Смертриос.

Для астрономов это открытие стало неожиданностью, поскольку газовые гиганты в нашей Солнечной системе, такие как Юпитер и Сатурн, содержат в своей атмосфере только водород и гелий. Общее правило таково: чем больше планета, тем меньше тяжелых элементов в ее атмосфере. Открытие перевернуло эту идею с ног на голову.

Открытие новых миров. Смертриос — экзопланета у звезды HD 149026, находящаяся на расстоянии приблизительно 257 световых лет от Солнца в созвездии Геркулеса. Фото.

Смертриос — экзопланета у звезды HD 149026, находящаяся на расстоянии приблизительно 257 световых лет от Солнца в созвездии Геркулеса.

Читайте также: Ученые НАСА обнаружили экзопланету с большим количеством метана

Список экзопланет также пополнился миром, который, по словам некоторых исследователей, не должен существовать. Речь идет о планете под названием LTT9779 b, которая отражает около 80% света, падающего на нее от звезды, вокруг которой она вращается.

Эту «зеркальную планету» окутывают металлические облака, которые состоят в основном из силиката (то есть песка и стекла) и титана. На сегодняшний день LTT9779 b является единственной в своем роде.

Открытие новых миров. Далекая планета под названием LTT9779 b отражает 80% света своей звезды, что делает странный мир с металлическими облаками самым большим известным «зеркалом» во Вселенной. Год в этом зеркальном мире длится всего 19 часов. Фото.

Далекая планета под названием LTT9779 b отражает 80% света своей звезды, что делает странный мир с металлическими облаками самым большим известным «зеркалом» во Вселенной. Год в этом зеркальном мире длится всего 19 часов.

Еще одним впечатляющим открытием стала планета K2-18b, на которой обнаружены признаки существования жизни. И хотя мир, расположенный на расстоянии 110 световых лет от Солнца, был открыт еще в 2015 году, признаки жизни удалось уловить только в 2023 году.

Считается, что K2-18b полностью покрыта водой, в которой могут плавать микроскопичнеские организмы.

Революция в космологии

В 2023 году исследователи сообщили об открытии низкочастотных гравитационных волн, пронизывающих Вселенную. Напомним, что гравитационные волны, существование которых предсказал Альберт Эйнштейн, удалось зафиксировать в 2015 с помощью американской лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) и европейской обсерватории VIRGO. С тех пор было обнаружено около 100 других гравитационно-волновых сигналов.

В ушедшем году эксперты коллаборации NANOGrav сообщили об обнаружении так называемых стахатических (или низкочастотных) гравитационных волн. Их источником предположительно могут быть медленно сближающиеся пары сверхмассивных черных дыр, космические струны и космологические фазовые переходы.

Революция в космологии. Наиболее трудными для обнаружения считаются стохастические гравитационные волны, исходящие от менее массивных объектов и «окутывающих» нашу планету со всех сторон по всей Вселенной. Фото.

Наиболее трудными для обнаружения считаются стохастические гравитационные волны, исходящие от менее массивных объектов и «окутывающих» нашу планету со всех сторон по всей Вселенной.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Обнаружить эту стохатическую ряб пространства-времени удалось с помощью миллисекундных пульсаров – звезд, с периодом вращения в диапазоне от 1 до 10 миллисекунд, расположенных по всему Млечному Пути. Это открытие можно назвать огромным и революционным успехом.

Во-первых, теперь мы точно знаем, что само пространство-время заполнено низкочастотными гравитационными волнами, а во-вторых сможем понять как формируются структуры в космосе (уже в самом ближайшем будущем).

Революция в космологии. Сказать, что мы хоть что-то знаем про космос, будет очень самонадеянно. Фото.

Сказать, что мы хоть что-то знаем про космос, будет очень самонадеянно.

Полученные данные также означают, что в ранней Вселенной было гораздо больше гигантских черных дыр, чем считалось ранее, а дальнейшее изучение нового типа гравитационных волн может раскрыть детали происхождения Вселенной и объяснить невидимые силы, питающие темные космический океан.

Не пропустите: Необычное открытие доказало, что Вселенная расширяется не так, как мы думали

«Новая физика» – редкий распад бозона Хиггса

Вы наверняка слышали о «новой физике», приход которой знаменует собой крах Стандартной модели, описывающей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех известных элементарных частиц. Отметим, что революции в физике говорят уже много лет, а в январе 2021 года ученые доказали существование энионов – третьего царства частиц. Последующие открытия также подтвердили существование неизвестных для науки элементарных частиц, взаимодействие между которыми необходимы для эволюции и при роды Вселенной.

2023 год не стал исключением и в этом плане. Так, одним из важнейших открытий в области физики стало свидетельство редкого распада бозона Хиггса – знаменитой «частицы Бога», о существовании которой мир узнал в 2012 году. Напомним, что бозон Хиггса отвечает за механизм появления масс у некоторых элементарных частиц и – главное – подтверждает правильность Стандартной модели.

«Новая физика» – редкий распад бозона Хиггса. Первое свидетельство редкого распада бозона Хиггса является косвенным доказательством существования частиц, выходящих за рамки Стандартной модели. Фото.

Первое свидетельство редкого распада бозона Хиггса является косвенным доказательством существования частиц, выходящих за рамки Стандартной модели.

Самое поразительное в этом открытие то, что зафиксированный редкий распад выходит за рамки той самой Стандартной модели и является косвенным доказательством существования неизвестных науке элементарных частиц. Дальнейшие эксперименты запланированы на 2029 год, а значит наше представление о мироздании (как и вся современная физика с ее противоречиями и загадками) уже в самом скором будущем могут измениться.

Вам будет интересно: Обнаружены новые элементарные частицы. Почему это важно?

Самый жаркий год за всю историю наблюдений

Несмотря на то, что ученые много лет говорят о последствиях климатических изменений, именно 2023 год показал какими суровыми они могут быть. Так, температура в июле стала самой высокой не только за всю историю наблюдений, но и за последние 100 тысяч лет. Более того, данные научных исследований свидетельствуют об ускоренном таянии ледников и вечной мерзлоты.

Количество экстремальных погодных явлений в прошлом году заставило задуматься об изменении климата даже тех, кто никогда им не интересовался – в сентябре, например, на Ливию и Азию обрушились тайфуны и наводнения, а лесные пожары в Канаде и на гавайском острове Мауи стали самыми смертоносными за последние сотню лет.

Самый жаркий год за всю историю наблюдений. 2023 год побил все мыслимые и немыслимые температурные рекорды. Фото.

2023 год побил все мыслимые и немыслимые температурные рекорды

Читайте также: Землю начинает трясти из-за глобального потепления климата

Наша страна также не стала исключением – в июне температура в Сибири на протяжении двух недель достигала 40°C, а 2024 год для Москвы и Санкт-Петербурга также начался с рекордов, правда на этот раз речь идет о минусовых температурах.

Искусственный интеллект изменил мир

По данным портала «Грамота.ру» словом 2023 года стало существительное «нейросеть». Выбор, как отмечают специалисты, был сделан на основе сбалансированных критериев – анализа больших данных, частотности запросов, оценки ведущих экспертов: лингвистов, социологов и других экспертов. И да, вряд ли кто-то сильно этому удивлен.

Как бы не ходили вокруг да около, но главным прорывом (открытием, достижением, сенсацией – как угодно) действительно стали системы Искусственного интеллекта или же просто нейросети – системы, принимающие огромные объемы данных, ищущие в них закономерности и генерирующие статистически вероятные результаты. И да, они все больше и больше напоминают поведение человека (хотя по-прежнему очень далеки от нас).

Искусственный интеллект изменил мир. Нейронная сеть — это система искусственного интеллекта, котор учит компьютеры обрабатывать данные способом, вдохновленным человеческим мозгом. Фото.

Нейронная сеть — это система искусственного интеллекта, котор учит компьютеры обрабатывать данные способом, вдохновленным человеческим мозгом.

Подробнее по теме: В чем искусственный интеллект лучше людей в 2023 году

Как и другие технологии, ИИ-системы меняют общество и его устройство. Как подчеркивают авторы ежегодного доклада AI Index Report 2023, искусственный интеллект в ушедшем году вступил в новую фазу своего развития, а внедрение этой технологии, наравне с рисками и возможностями, находятся в руках корпоративных компаний. Так или иначе за небольшой промежуток времени нейросети оказали существенное влияние на мировую экономику, образование и рынок труда.

К счастью, общество довольно быстро адаптировалось к этой технологической инновацией, а разговоры о том, не уничтожит ли это чудо 21 века человеческую цивилизацию не утихали на протяжении всего года. И, к слову, как бы скептически к подобным речам мы не относились, риски, связанные с ИИ действительно стоят внимания.

Читайте также: Как нейросети влияют на климат и окружающую среду?

Новые методы лечения болезни Альцгеймера

Ранее мы рассказывали, что болезнь Альцгеймера может поражать даже 19-летних. Что поразительно, так как Альцгеймер — самая распространенная неизлечимая форма деменции, при которой мозг человека начинает разрушаться, а лекарства от недуга не существует. В прошлом для лечения болезни применялось несколько препаратов, которые не прошли клинических испытаний, но в июле 2023 года исследователи сообщили об изобретении нового препарата под названием .

Leqembi – первый в своем роде препарат, который замедляет снижение когнитивных функций у пациентов с ранней стадией болезни Альцгеймера. Производят лекарство такие фармацевтические компании как Eisai и Biogen.

Новые методы лечения болезни Альцгеймера. Болезнь Альцгеймера — одна из самых страшных заболеваний в мире, против которой у ученых все еще нет эффективного лекарства. Фото.

Болезнь Альцгеймера — одна из самых страшных заболеваний в мире, против которой у ученых все еще нет эффективного лекарства.

Препарат воздействует на бета-амилоид – основной компонент амилоидных бляшек, обнаруживаемых в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера и влияющих на память и мышление. Разработанное лекарство «помечает» бляшки для очистки иммунной системой организма, что замедляет симптомы болезни Альцгеймера. Словом, это крайне важная веха в лечении болезни.

Не пропустите: Ученые смогли превратить мутировавшие раковые клетки в здоровые

Еще одним знаменательным собтием, связанным с болезнью Альцгеймера, стало открытие редкой генетической мутации, защищающей от этого недуга. Мутация, выявленная учеными, передается по наследству. И хотя мы по-прежнему далеки от лечения опасных нейродегенеративных заболеваний, подобных болезни Альцгеймера, открытия 2023 года приближают нас к созданию универсального лекарства и метода лечения. Это означает, что в будущем миллионы людей не будут страдать от деменции.

Нобелевская премия 2023: квантовые точки, м-РНК вакцины и аттосекунды

Нобелевская премия 2023: квантовые точки, м-РНК вакцины и аттосекунды. Ежегодно присуждается шесть Нобелевских премий, каждая из которых признает новаторский вклад отдельного человека или организации в определенной области. Фото.

Ежегодно присуждается шесть Нобелевских премий, каждая из которых признает новаторский вклад отдельного человека или организации в определенной области.

Каждый октябрь Шведская королевская академия наук называет лауреатов премий в различных областях науки, включая литературу и экономику. В этом году победители были объявлены в период со 2 по 9 октября, а отмеченные наградами научные открытия поражают воображение. Судите сами: работа лауреатов Нобелевской премии по физике буквально проливает свет на движение электронов внутри атомов и молекул, что ранее считалось невозможным, а премия по химии присуждена за создание настолько малых частиц, что их свойства определяются квантовыми явлениями. И, конечно, не обошлось без COVID-19 – премия по физиологии и медицине досталась ученым, чьи исследования позволили разработать эффективные мРНК-вакцины против коронавирусной инфекции. В этой статье рассказываем обо всех лауреатах Нобелевской премии 2023 года.

Кто и когда присуждает Нобелевскую премию?

Ежегодно, начиная с 10 декабря 1901 года, Шведская королевская академия наук присуждает шесть Нобелевских премий, каждая из которых признает новаторский вклад отдельного человека или организации в определенной научной области. Премии присуждаются за достижения в области физиологии и медицины, физики, химии, экономических наук, литературы и миротворческой деятельности.

Лауреаты традиционно получают диплом о присуждении Нобелевской премии, медаль и документ с подробным описанием премиальной суммы, которая в 2023 году составляет 11 миллионов шведских крон, или около одного миллиона долларов. Церемония награждения победителей пройдет в Стокгольме в декабре.

Кто и когда присуждает Нобелевскую премию? Со 2 по 9 октября в Стокгольме и Осло называют имена новых обладателей Нобелевских премий. Фото.

Со 2 по 9 октября в Стокгольме и Осло называют имена новых обладателей Нобелевских премий.

Подробнее о том, как и когда появилась Нобелевская премия мы рассказывали ранее, рекомендуем к прочтению!

Напомним, что в 2022 году лауретами Нобелевской премии стали физики Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер, которые удостоились награды за эксперименты по квантовой запутанности. Их открытия, по мнению представителей Нобелевского комитета, в будущем могут привести к созданию квантовой телепортации.

Нобелевская премия по физиологии и медицине

В мае 2023 года Всемирная организация здравоохранения объявила об окончании пандемии COVID-19, которая бушевала три года и унесла почти 7 миллионов жизней. Несмотря на чрезвычайную ситуацию в области здравоохранения, скорость разработки вакцин против коронавирусной инфекции стала беспрецедентной.

На момент написания этой статьи было введено более 13,5 миллиардов доз вакцин против COVID-19, а более 70% населения земного шара получило по крайней мере одну дозу. Учитывая проделанную исследователями работу, Нобелевский комитет присудил премию по физиологии и медицине ученым, чьи открытия привели к разработке мРНК вакцин Pfizer-BioNTech и Moderna.

Нобелевская премия по физиологии и медицине. Награду за открытие в области медицины и физиологии присудили биохимикам Каталин Карико (Венгрия) и Дрю Вайсману (США) за работу по модификации нуклеозидных оснований. Фото.

Награду за открытие в области медицины и физиологии присудили биохимикам Каталин Карико (Венгрия) и Дрю Вайсману (США) за работу по модификации нуклеозидных оснований.

Больше по теме: Мифы и факты о вакцинации против COVID-19. Разбираем на пальцах

Напомним, что вакцины, созданные на основе мРНК, содержат в своем составе матричную (информационную) рибонуклеиновую кислоту (РНК). После инъекции клетки организма поглощают вакцину, однако в ядро клетки (где содержится ДНК), она не проникает. Некоторые исследователи считают, что именно мРНК вакцины могут помочь в изготовлении вакцин против других смертельных болезней.

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине 2023 стали венгерский ученый Каталин Карико и ее коллега из США Дрю Вайсман. Исследователи встретились в 1998 году и с тех пор работают вместе.

В 2005 году Карико и Вайсман начали работу по «модификации нуклеозидных оснований», которые не дают иммунной системе запускать воспалительную реакцию на мРНК лабораторного происхождения. Именно это открытие имело решающее значение для разработки эффективной мРНК вакцины против COVID-19.

Нобелевская премия по физике

В этом году внимание Нобелевского комитета привлекли трое Пьер Агостини, Ференц Крауш и Энн Л’Улье, которые буквально пролили свет на движение электронов внутри атомов и молекул, что ранее считалось невозможным. На сайте Нобелевского комитета говорится, что исследователи удостоились премии «за экспериментальные методы, генерирующие аттосекундные импульсы света для изучения динамики электронов в веществе».

Эта хитрая формулировка означает, что эксперименты, проведенные физиками, позволили получить невероятно короткие световые импульсы, измеряемые в аттосекундах, тем самым продемонстрировав, что эти импульсы можно использовать для получения изображений процессов внутри атомов и молекул. Впервые в истории.

Нобелевская премия по физике. В будущем станет легче обнаруживать следы болезней благодаря работе трех лауреатов Нобелевской премии по физике. Фото.

В будущем станет легче обнаруживать следы болезней благодаря работе трех лауреатов Нобелевской премии по физике.

Аттосекунда — это одна квинтиллионная (1: 1.000.000.000.000.000.000) доля секунды. Чтобы ее получить, нужно сначала разделить секунду на миллион частей, затем еще на миллион, и потом – еще раз.

Представители Нобелевского комитета отмечают, что в будущем исследования Пьера Агостини из университета Огайо, Ференца Крауза из Института Макса Планка и Анн Л’Юйе из Лундского университета, помогут создать инструмент для обнаружения болезнетворных молекул в образцах крови. «Способность генерировать аттосекундные импульсы света открывает дверь в крошечный, чрезвычайно крошечный масштаб времени и мир электронов», – сказала Ева Олссон из Комитета по отбору лауреатов Нобелевской премии по физике.

Нобелевская премия по химии

Лауреаты Нобелевской премии по химии 2023 года отмечены Шведской королевской академией наук за новаторскую работу в области нанотехнологий, а именно «за открытие и синтез квантовых точек – частиц настолько малых, что их свойства определяются квантовыми явлениями». Это означает, что квантовые точки (наночастицы) настолько малы, что их размер определяет их свойства. Премия присуждена химикам Мунги Бавенди, Луиcу Брюсу и Алексею Екимову.

Долгое время никто не думал, что на самом деле можно создать такие маленькие частицы. Но лауреатам 2023 года это, наконец, удалось, – сказал Йохан Оквист, председатель Нобелевского комитета по химии, во время пресс-конференции.

Все началось в 1980-х годах, когда российский химик Алексей Екимов создал зависящие от размера квантовые эффекты в цветном стекле и продемонстрировал, что размер частиц влияет на цвет стекла с помощью квантовых эффектов.

Нобелевская премия по химии. Премия присуждена химикам Мунги Бавенди, Луиcу Брюсу и Алексею Екимову. Фото.

Премия присуждена химикам Мунги Бавенди, Луиcу Брюсу и Алексею Екимову.

Позже Брус стал первым ученым в мире, доказавшим, что зависящие от размера квантовые эффекты в частицах свободно плавают в жидкости. В 1993 году Бавенди произвел революцию в химическом производстве квантовых точек – его методы привели к получению почти идеальных частиц, необходимых для использования в широком спектре применений.

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области науки и высоких технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Отметим, что квантовые точки являются самыми маленькими компонентами нанотехнологий, которые сегодня можно встретить повсюду – от компьютерных мониторов и телевизионных экранов, до биотехнологий и медицины. Так, с помощью квантовых точек хирурги могут составлять подробные карты тканей и эффективно удалять раковые опухоли.

Нобелевская премия по экономике

В этом году премия в области экономических наук памяти Альфреда Нобеля была присуждена профессору Гарвардского университета Клаудии Голдин за “понимание результатов работы женщин на рынке труда”. Голдин представила первый всеобъемлющий отчет о доходах и участии женщин на рынке труда на протяжении веков, собрав данные по США за более чем 200 лет.

Работа Голдин показала, что участие женщин на рынке труда сократилось с началом промышленной революции, а также объяснила сохраняющийся разрыв в доходах между полами, – объясняют представители Нобелевского комитета.

Нобелевская премия по экономике. В 2023 году Нобелевским лауреатом по экономике стала профессор Гарварда и научный сотрудник Национального бюро экономических исследований США Клаудия Голдин. Фото.

В 2023 году Нобелевским лауреатом по экономике стала профессор Гарварда и научный сотрудник Национального бюро экономических исследований США Клаудия Голдин.

Представители Шведской королевской академии наук отмечают, что понимание роли женщин в сфере труда невероятно важно для общества, а новаторское исследование Клаудии Голдин позволяет гораздо больше узнать
о том, какие важные факторы лежат в основе существующего неравенства и как с ним бороться.

Вам будет интересно: Почему не существует Нобелевской премии по математике

Нобелевская премия по литературе

Лауреатом Нобелевской премии по литературе в 2023 году стал Джон Фосс, один из самых известных драматургов в мире. Его разностороннее творчество включает в себя все – от пьес и романов, написанных в сдержанном минималистском стиле, до поэтических сборников, эссе и детских книг. К основным произведениям Фосса относятся романы «Эллинг» (1989) и «Меланхолия» I и II (1995–1996).

Нобелевская премия по литературе. Шведская академия в Стокгольме высоко оценила новаторские пьесы норвежского драматурга. Фото.

Шведская академия в Стокгольме высоко оценила новаторские пьесы норвежского драматурга.

По произведениям норвежского драматурга было поставлено более 1000 различных пьес, а его работы переведены на 40 языков. Член Шведской академии Андерс Олссон сказал, что работа Фоссе «затрагивает самые глубокие чувства, которые только можно испытать«.

Не пропустите: Что такое «Задача трех тел» и почему ее невозможно решить?

Нобелевская премия мира

Лауреатом Нобелевской премии мира 2023 стала иранская активистка и вице-президент правозащитной организации Наргес Мохаммади, заключенная в тюрьму в Тегеране. В сумме Мохаммади проведет в заключении 12 лет. Обладательница Нобелевской премии мира родилась в 1972 году, а правозащитной деятельностью занялась будучи студенткой-физиком. В 2003 году Мохаммади стала сотрудничать с Центром защиты прав человека в Тегеране, основанным лауреатом Нобелевской премии мира Ширин Эбади.

Эта премия – прежде всего признание очень важной работы целого движения в Иране, с его бесспорным лидером Наргес Мохаммади. Только обеспечив равные права для всех, мир сможет достичь братства между нациями, к которому стремился Альфред Нобель, – сказала глава Норвежского Нобелевского комитета Берит Рейсс-Андерсен.

Нобелевская премия мира. Лауреатом Нобелевской премии мира 2023 года стала иранская активистка и вице-президент правозащитной организации Наргиз Мохаммади. Фото.

Лауреатом Нобелевской премии мира 2023 года стала иранская активистка и вице-президент правозащитной организации Наргиз Мохаммади

Это интересно: История создания премии «Оскар»: кто ее придумал и как выбирают победителей?

На сайте Нобелеского комитета говорится, что премия мира 2023 года также присуждается сотням тысяч людей, которые на протяжении последнего года протестовали в Иране против дискриминации женщин. Присуждение премии Наргес Мохаммади следует давней традиции, в соответствии с которой Норвежский Нобелевский комитет присуждает премию мира тем, кто работает над продвижением социальной справедливости и прав человека.

О чем фильм «Оппенгеймер» и почему его должен посмотреть каждый?

О чем фильм «Оппенгеймер» и почему его должен посмотреть каждый? Как пишут СМИ, 5 августа кассовые сборы «Оппенгеймера» преодолели отметку в 500 миллионов долларов по всему миру. Фото.

Как пишут СМИ, 5 августа кассовые сборы «Оппенгеймера» преодолели отметку в 500 миллионов долларов по всему миру.

Менее 80 лет назад в мире не существовало оружия, способного уничтожить всю жизнь на Земле. Создание атомной бомбы повлекло за собой чудовищные последствия, однако общество до сих пор не осознает всю опасность его существования и применения. При этом мы редко задумываемся и о самих создателях оружия Судного дня – что сподвигло эти без преувеличения великие умы создать нечто подобное и как они чувствовали себя осознав, что именно произвели на свет? Американский писатель-фантаст Курт Воннегут одним из первых обратил внимание на этот «гений разума» в знаменитом романе «Колыбель для кошки», пытаясь ответить на вопрос о том, почему ученый Феликс Хонникер использовал силу своего интеллекта для создания страшного оружия, способного уничтожить не только своего создателя, но и все живое? Теперь же ответ на этот вопрос ищет голливудский режиссер Кристофер Нолан в нашумевшем «Оппенгеймере» – фильме об одном из величайший людей в истории человечества.

Джулиус Оппенгеймер является квинтэссенцией исторической фигуры, воплощающей в себе как лучшее, так и худшее из 20-го века. Оппенгеймер – герой и злодей своей собственной истории, а его жизнь простирается гораздо глубже, чем сферы науки и политики.

Краткая история ядерного оружия

Атомная бомба и ядерные взрывные устройства – это мощное оружие, использующее ядерные реакции в качестве источника взрывной энергии. Разработка технологии создания ядерного оружия началась во время Второй мировой войны, а применялись атомные бомбы дважды – в 1945 году Соединенные Штаты нанесли удар на японские города Хиросима и Нагасаки.

Распространение ядерного оружия, несмотря на чудовищные последствия его применения, началось после Второй мировой войны, а в годы холодной войны США и СССР соперничали за превосходство в глобальной гонке ядерных вооружений. Работа над созданием атомного оружия началась в 1942 году в СССР и США.

Краткая история ядерного оружия. Грибовидное облако, появившееся в ходе испытаний ядерной бомбы «Тринити». Фото.

Грибовидное облако, появившееся в ходе испытаний ядерной бомбы «Тринити»

Создание атомного оружия стало возможным благодаря открытию физиков-ядерщиков в Берлинской лаборатории в 1938 году после того, как Отто Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман открыли деление атомных ядер (расщепление ядра). Напомним, что при делении ядро атома радиоактивного материала распадается на два или более меньших ядра, что вызывает внезапное, мощное высвобождение энергии. Открытие ядерного деления позволило создавать ядерные технологии, включая оружие.

Читайте также: Тактическое ядерное оружие — что это такое и в чем его опасность

Атомные бомбы получают свою энергию в результате реакций деления. Термоядерное оружие (или водородные бомбы) основано на сочетании процессов ядерного деления и термоядерного синтеза. Ядерный синтез – это еще один тип реакции, в ходе которой два более легких атома соединяются с выделением энергии.

Манхэттенский проект

28 декабря 1942 года президент США Франклин Рузвельт санкционировал создание Манхэттенского проекта для объединения различных ученых и военных чиновников, занимающихся ядерными исследованиями.

Напомним, что Манхэттенский проект был кодовым названием возглавляемых американцами усилий по разработке функциональной атомной бомбы во время Второй мировой войны. Проект был начат из-за опасений того, что немецкие ученые с 1930-х годов работали над созданием оружия с использованием ядерных технологий.

Манхэттенский проект. «Проект Манхэттен» — кодовое название программы США по разработке ядерного оружия, осуществление которой формально началось 13 августа 1942 года. Фото.

«Проект Манхэттен» — кодовое название программы США по разработке ядерного оружия, осуществление которой формально началось 13 августа 1942 года.

Большая часть работ в рамках Манхэттенского проекта была выполнена в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, под руководством физика-теоретика Дж. Роберта Оппенгеймера – “отца атомной бомбы”. 16 июля 1945 года в отдаленном пустынном месте близ Аламогордо, штат Нью—Мексико, была успешно взорвана первая атомная бомба – знаменитое испытание «Тринити».

Это интересно: Что такое договор о контроле над ядерным оружием и в чем его суть

Водородная бомба

Первый успешный запуск атомной бомбы в СССР состоялся 29 августа 1949 года на территории Казахстана. Руководителем проекта был академик Игорь Васильевич Курчатов, который работал на секретном объекте «Арзамас-16» с 1942 года.

Так как создание ядерного оружия происходило в разгар холодной войны, огромную роль сыграли шпионы: так, первым усилиям по созданию оружия Судного дня в СССР в значительной степени помогли шпионы Манхэттенского проекта, в первую очередь Клаус Фукс.

В 1947 году к программе по созданию советской атомной бомбы Курчатов привлек Игоря Тамма, попросив последнего исследовать возможность создания водородной бомбы. Затем была образована небольшая группа, в которую вошел Андрей Дмитриевич Сахаров. Успешная работа советских ученых вдохновила США на создание собственной водородной бомбы – все потому, что мощность этого типа бомб не ограничена.

Водородная бомба. РДС-6с — первая советская водородная бомба. Первое в мире ядерное взрывное устройство с использованием термоядерной энергии, изготовленное в виде бомбы, пригодной к практическому военному применению. Фото.

РДС-6с — первая советская водородная бомба. Первое в мире ядерное взрывное устройство с использованием термоядерной энергии, изготовленное в виде бомбы, пригодной к практическому военному применению.

12 августа 1953 года Советский Союз испытал свое первое термоядерное устройство в Центральной Сибири – мощность бомбы составляла 400 килотонн, а еще ее можно было сбросить с самолета. Через два года состоялось первое успешное испытание водородной бомбы мощностью 1,6 мегатонны на Семипалатинском испытательном полигоне, после чего последовала серия испытаний, кульминацией которых стал взрыв 23 октября 1961 года мощностью около 58 мегатонн.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Гений Оппенгеймера

Отцом атомной бомбы по праву считается Джулиус Роберт Оппенгеймер, чья гениальность и, не побоимся этого слова, безумие сделали его уникальной исторической фигурой, изменившей ход мировой истории. Обладая ненасытной жаждой знаний, глубоким чувством ответственности и непоколебимой преданностью научным исследованиям, Оппенгеймер является символом блестящей научной деятельности и… создателем оружия Судного дня.

Роберт Оппенгеймер родился 22 апреля 1904 года в семье немецких иммигрантов и с детства отличался непоколебимым интеллектуальным любопытством. Так, он внес огромный вклад в астрофизику сделав ряд новаторских предсказаний о космических объектах. Самое заметное из них прозвучало в 1939 году в статье под названием «О продолжающемся гравитационном сжатии», которая предвещала существование черной дыры.

Гений Оппенгеймера. Кристофер Нолан – величайший режиссер современности. Фото.

Кристофер Нолан – величайший режиссер современности

Первоначально оставленная без внимания, эта работа позже была вновь открыта физиками, которые признали предвидение Оппенгеймера и его значение для понимания этих загадочных небесных объектов.

Ненасытная жажда знаний позволяла Оппенгеймеру быстро усваивать информацию – гениальный ученый владел шестью языками, включая греческий, латынь, французский, немецкий, голландский и древнеиндийский язык санскрит, а во время учебы в Гарвардском университете преуспел в самых разных предметах, включая физику и химию.

Гений Оппенгеймера. Главную роль в картине Нолана сыграл Киллиан Мерфи. Фото.

Главную роль в картине Нолана сыграл Киллиан Мерфи

С семи лет Оппенгеймер увлекся кристаллами из-за их структуры и взаимодействия с поляризованным светом. Его изобретательность вышла за рамки дозволенного, и члены Нью-Йоркского минералогического клуба пригласили его на семинар, когда ему было всего 12 лет. Затем, в 1943 году Оппенгеймер выбрал отдаленное плато Лос-Аламос в качестве места для новаторского научного исследования по созданию атомной бомбы.

Не пропустите: Атомный взрыв без спецэффектов: 5 впечатляющих фактов о фильме «Оппенгеймер»

Моральная дилемма: фильм Кристофера Нолана

Британский и американский кинорежиссер, сценарист и продюсер Кристофер Нолан является одним из самых кассовых режиссеров в истории. Обладатель восьми статуэток Оскар подарил миру такие картины как «Интерстеллар», «Начало» «Дюнкерк», «Темный рыцарь» и, наконец, главный фильм 2023 года – «Оппенгеймер».

Оппенгеймер обладал силой Божьей и увидел чудовищность ядерного оружия с более близкого расстояния. Это привело его к знаменитому высказыванию “Я становлюсь смертью…”, которое отражало его моральную дилемму, – сказал Нолан в интервью британскому Times.

Будучи гениальным режиссером (мало кто готов с этим поспорить), Нолан в своих картинах поднимает важные глобальные вопросы. В одном только «Интерстеллар» можно наблюдать его восхищение наукой, космосом и человеческим гением, способным как уничтожить себя, так и превратить в нечто большее, чем сегодня.

Моральная дилемма: фильм Кристофера Нолана. Картина Нолана – хит 2023 года. Фото.

Картина Нолана – хит 2023 года

Больше по теме: Что произойдет с планетой после ядерной войны?

Поразительно, но вопросы, которыми задается режиссер, не так уж часто беспокоят общественность. И хотя романы Курта Воннегута, пережившего Вторую мировую войну, пронизаны размышлениями о будущем человечества и ответственности ученых за свои изобретения, вспоминают о них нечасто. А ведь «Колыбель для кошки» (а также «Бойня номер пять» и другие романы) позволяет нам с вами, простым читателям, хоть мельком заглянуть в душу безумного или же «злого гения».

Смелый и крайне своевременный фильм Нолана позволяет зрителю взглянуть на то, как отец атомной бомбы справлялся с преследующей его разрушительной силой, высвободившейся с его помощью и поглотившей миллионы жизней: охваченный глубоким внутренним смятением, Оппенгеймер написал и лично передал военному министру Генри Стимсону письмо, в котором страстно выступал за запрещение ядерного оружия.

Моральная дилемма: фильм Кристофера Нолана. Кадр из фильма «Оппенгеймер». Фото.

Кадр из фильма «Оппенгеймер»

Роберт Оппенгеймер был измучен последствиями научного прогресса, отягощен грузом ответственности и личной вины. подобные чувства испытывал и создатель советской водородной бомбы Андрей Сахаров:

Сегодня термоядерное оружие ни разу не применялось против людей на войне. Моя самая страстная мечта (глубже чего-либо еще) — чтобы это никогда не произошло, чтобы термоядерное оружие сдерживало войну, но никогда не применялось, — писал он.

Зачем смотреть «Оппенгеймер»?

В 2023 году человечество все еще находится в тисках технологических инноваций, таких как искусственный интеллект. Это технологическое завоевание служит мягким напоминанием об испытаниях, с которыми столкнулись создатели оружия Судного дня, включая Роберта Оппенгеймера, ведь ядерное оружие в ХХ века стало безжалостным врагом человечества.

Параллели между сегодняшним днем и эпохой Оппенгеймера мягко перекликаются в картине Нолана, подчеркивая непреходящую значимость его борьбы и глубокое влияние на ход истории в соответствующие периоды времени.

По словам Кристофера Нолана, «Оппенгеймер был самым важным человеком, который когда-либо жил в истории человечества». Это утверждение уважаемого режиссера приобретает еще больший вес по мере того, как мы углубляемся в глубокую силу и прочное наследие, которым титулованный ученый одарил мир.

Зачем смотреть «Оппенгеймер»? Мировые сборы «Оппенгеймера» превысили 500 миллионов долларов. Фото.

Мировые сборы «Оппенгеймера» превысили 500 миллионов долларов

"Оппенгеймер", рекламируемый как самый амбициозный фильм Нолана на сегодняшний день, рассказывает о событиях, приведших к испытанию первой атомной бомбы 6 июля 1945 года, с точки зрения Оппенгеймера. В каждом интервью, связанном с фильмом, Нолан и команда подчеркивали субъективный характер повествования о фильме.

Последний фильм Нолана снят по мотивам книги «Американский Прометей» и является захватывающей биографией, исследующей жизнь одноименной фигуры. С момента анонса фильм вызвал оживленные дискуссии вокруг непревзойденного физика, его монументальных достижений и происхождения первой в мире ядерной бомбы.

Могут ли законы физики объяснить устройство Вселенной?

Могут ли законы физики объяснить устройство Вселенной? Законы физики, кажется, не могут объяснить устройство Вселенной. Но почему? Фото.

Законы физики, кажется, не могут объяснить устройство Вселенной. Но почему?

С огромными масштабами космоса трудно смириться: в одной только нашей Галактике количество звезд составляет примерно 400 миллиардов, а ведь галактик во Вселенной не счесть. Космологи, однако, больше обращают внимание не на цифры – ученые хотят ответить на вопрос о том, как появились все эти звезды и галактики за отведенное им время – 13,8 миллиардов лет. Вот оно – настоящее доисторическое приключение. В конечном итоге жизнь не может развиваться без планет, а планеты – без звезд; звезды, в свою очередь, должны находиться внутри галактик, а галактики не существовали бы без богато структурированной Вселенной, поддерживающей их. Поразительно, но еще совсем недавно казалось, что понять устройство космоса можно с помощью применения небольшого числа физических законов. Вот только целая череда последних научных открытий свидетельствует о том, что Вселенная и ее устройство – намного сложнее и едва ли поддается объяснению.

Единый закон Вселенной

Когда-то казалось, что, несмотря на всю необъятность Вселенной, космос можно понять. Все, что для этого нужно – применить жесткие физические законы. Эту идеи впервые сформулировал Исаак Ньютон, показав, как яблоки, падающие с деревьев, и орбиты планет вокруг Солнца возникают под действием одной и той же силы – гравитации.

Такого рода радикальное объединение земных и небесных явлений: сохраняется и сегодня: ученые полагают, что все бесчисленные молекулы, атомы и субатомные частицы в нашей Вселенной подчиняются одному и тому же набору законов. Большинство свидетельств указывают на то, что подобное предположение верно, из чего следует, что совершенствование нашего понимания этих законов разрешит все оставшиеся вопросы о космической истории.

Единый закон Вселенной. Вселенная расширяется с ускорением, но почему так происходит – неизвестно. Фото.

Вселенная расширяется с ускорением, но почему так происходит – неизвестно

Это, однако, логическое заблуждение. Даже если представить, что человечество в конечном счете откроет “теорию всего”, охватывающую все отдельные частицы и взаимодействия, ценность подобного объяснения для самой Вселенной, вероятно, будет незначительной. Так, в ХХ веке, даже когда физика элементарных частиц раскрыла секреты атомов, стало ясно, что поведение частиц невозможно понять, сосредоточившись исключительно на отдельных объектах.

Читайте также: Могут ли законы физики меняться со временем?

О том, что современная наука (включая физику и космологию) находится в кризисе, вы наверняка знаете. Об этом свидетельствует несоответствие между ведущими физическими теориями – Общей теории относительности (ОТО) и квантовой механике. Подробнее о том, почему каждая из теорий прекрасно работает по отдельности, мы рассказывали ранее, не пропустите.

Все дело в вычислениях?

Солнечная система может показаться воплощением предсказуемости, а ее долгосрочное будущее неопределенно: в изоляции одна планета вращалась бы вокруг одной звезды бесконечно, но на самом деле планет множество, и каждая из них притягивает, хотя и очень незаметно, другие. Со временем серия крошечных толчков может привести к серьезному эффекту, для прогнозирования которого требуется непомерное количество вычислений.

В какой-то степени компьютеры могут справиться с этой задачей, моделируя коллективный результат путем суммирования индивидуальных воздействий с помощью быстрой и надежной арифметики. Проблема в том, что симуляции не согласуются друг с другом. Некоторые предсказывают, что Солнечная система стабильна, в то время как другие предполагают, что в течение нескольких миллиардов лет Меркурий может столкнуться с Венерой или даже быть выброшен в глубокий космос.

Это интересно: Почему наша Вселенная такая странная и существуют ли законы физики?

Все дело в вычислениях? Если даже Солнечная система непредсказуема, попытка понять Вселенную в целом может показаться обреченной. Фото.

Если даже Солнечная система непредсказуема, попытка понять Вселенную в целом может показаться обреченной

Ученым хорошо известно, что многочисленные моделирования Солнечной системы не могут учесть абсолютно все. По этой причине даже малейшие изменения и разногласия приводят к совершенно иным результатам. Иными словами, все наши попытки смоделировать и предсказать будущее как отдельной звездной системы, так и целой Вселенной хаотичны.

Хаос показывает, что планетные системы могут вести себя иначе и непредсказуемо, чем может предполагать холодный, безжизненный закон всемирного тяготения. Однако если даже Солнечная система хаотична и непредсказуема, то можем ли мы вообще понять и объяснить устройство Вселенной и мироздания? Неужели все наши попытки разобраться в происходящем обречены на провал?

Хотите всегда быть в курсе новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Можно ли понять Вселенную?

Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим галактики, которые в среднем в десятки миллионов раз больше по протяженности, чем Солнечная система, и чрезвычайно разнообразны по своим формам, цветам и размерам. Понимание того, как галактики стали такими разнообразными, требует от ученых, как минимум, знания того, как и где внутри них образовались звезды.

Однако звездообразование – тоже хаотичный процесс, в ходе которого рассеянные облака водорода и гелия медленно конденсируются под действием силы тяжести, и ни один компьютер даже близко не в состоянии отследить все необходимые атомы. Но даже если бы вычисления были выполнимы, хаос в любом случае увеличил бы малейшие неопределенности, лишив нас возможности получить окончательный ответ.

Ну а если бы мы строго придерживались традиционных законов физики в качестве объяснения галактик, то это был бы конец пути.

Можно ли понять Вселенную? Вселенная – место странное и таинственное. Фото.

Вселенная – место странное и таинственное

Чтобы поместиться в компьютерах, моделирование формирования галактики должно объединить огромное количество молекул, описывая, как они массово движутся, давят друг на друга, переносят энергию, реагируют на свет и излучение и так далее, и все это без явного упоминания бесчисленных индивидуумов внутри. Это требует от нас творческого подхода, поиска способов описания сути множества различных процессов, позволяющих достичь различных результатов, не зацикливаясь на деталях, которые в любом случае непостижимы.

Не пропустите: Перестают ли законы физики работать на краю Вселенной?

Имеющиеся расчеты основаны на экстраполяциях, компромиссах и всесторонних предположениях, разработанных экспертами. Неопределенные части охватывают не только звезды, но и черные дыры, магнитные поля, космические лучи и все еще не понятые “темную материю” и “темную энергию”, которые, по-видимому, управляют общей структурой Вселенной.

Можно ли понять Вселенную? Мы слишком мало знаем о Вселенной и ее обитателях. Фото.

Мы слишком мало знаем о Вселенной и ее обитателях

Это никогда не приведет к созданию буквальной цифровой копии вселенной, в которой мы обитаем. Такое воссоздание так же невозможно, как и точный прогноз будущего Солнечной системы. Но моделирование, основанное даже на неточных описаниях и наилучших предположениях, может служить ориентиром, подсказывая, как галактики могли эволюционировать с течением времени, позволяя нам интерпретировать результаты, полученные с помощью все более совершенных телескопов, и подсказывая, как узнать больше.

Вам будет интересно: Колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

В конечном итоге, галактики меньше похожи на машины и больше на животных – непонятные, полезные для изучения, но лишь частично предсказуемые. Принятие этого требует от нас иного подхода и восприятия Вселенной, однако именно это делает наше видение Вселенной богаче и интереснее.

Согласно законам физики пчелы не должны уметь летать: правда или миф?

Согласно законам физики пчелы не должны уметь летать: правда или миф? В 1930-е годы ученые решили, что пчелы слишком большие, чтобы уметь летать. Где они совершили ошибку? Фото.

В 1930-е годы ученые решили, что пчелы слишком большие, чтобы уметь летать. Где они совершили ошибку?

В Интернете можно найти утверждение, что согласно законам физики, пчелы и шмели не должны уметь летать. В некоторых источниках говорится, что в научном центре NASA даже висит плакат с надписью о том, что «аэродинамическое тело пчелы не приспособлено летать, но хорошо, что пчела об этом не знает». Существует такой плакат на самом деле или нет, точно сказать невозможно, однако предположение что жужжащие насекомые нарушают законы физики действительно есть — оно было выдвинуто в первой половине 20 века. Ученые тех времен обратили внимание, что пчелы имеют настолько крупные тела, что их крошечные крылья не способны создать достаточную подъемную силу. Правда ли это, или ученые ошиблись в своих расчетах?

Почему пчелы не умеют летать

История гласит, что предположение о неспособности пчел летать появилось в 1930-е годы, во время беседы биолога и специалиста по аэродинамике. Первый спросил, не кажется ли его собеседнику странным, что крупные насекомые летают при помощи маленьких относительно их тела крыльев. Эксперт по аэродинамике сделал несколько быстрых расчетов и объявил, что исходя из веса пчелы и площади ее крыльев, она не должна уметь летать — это противоречит законам физики.

В некоторых источниках говорится, что отрицателем летательной способности пчел является Людвиг Прандтль — немецкий механик и физик, который внес огромный вклад в основы гидродинамики и разработал теорию пограничного слоя. Другая версия гласит, что автором предположения является швейцарский ученый Якоб Аккерет, который тоже работал в области аэродинамики и известен как один из главных экспертов в воздухоплавании 20 века. Но, скорее всего, авторами расчетов были французский энтомолог Антуан Маньян и математик Андре Сент-Лагю.

Почему пчелы не умеют летать. Ученые решили, что пчелы не должны уметь летать потому, что в первой половине 20 века очень мало знали об особенностях полета насекомых. Фото.

Ученые решили, что пчелы не должны уметь летать потому, что в первой половине 20 века очень мало знали об особенностях полета насекомых

Итак, ученые пришли к выводу, что пчелы не должны уметь летать. Однако, их расчеты с самого начала были ошибочными, потому что все происходило во времена, когда наука не была так хорошо развита, как сейчас. В тридцатые годы прошлого столетия ученые не могли разглядеть как именно насекомые машут крыльями. Поэтому расчеты велись так, как будто насекомые летают как самолеты с жесткими крыльями.

Интересный факт: самый первый самолет в мире назывался «Флайер 1» и был создан в 1903 году братьями Уилбером и Орвиллом Райт. На сегодняшний день одна часть этого летательного аппарата находится на Марсе.

Как летают самолеты

Самолеты с жесткими крыльями летают совершенно не так, как насекомые. Они держатся в воздухе за счет разного давления над крыльями и под ними — оно возникает за счет того, что нижняя часть каждого крыла ровная, а верхняя имеет выпуклость. Когда самолет летит, его крылья буквально разделяет воздушный поток на две части. За счет выпуклости, скорость верхнего потока увеличивается, а нижний поток остается таким же. В результате этого, давление на самолет сверху снижается, а снизу увеличивается. Летательное средство будто бы плывет по воздуху.

Как летают самолеты. На летательную способность самолета также сильно влияет угол атаки крыла. Фото.

На летательную способность самолета также сильно влияет угол атаки крыла

Как летают насекомые

В отличие от самолетов, пчелы и другие насекомые имеют гибкие крылья. Они не только махают ими вверх и вниз, но и совершают круговые движения. В результате под ними образуется вихрь воздуха, который и позволяет маленьким крыльям поднимать массивные тела пчел и шмелей. Благодаря сверхточным камерам было выяснено, что пчелы способны совершать до 250 взмахов крыльями в секунду и лететь со скоростью до 65 километров в час. Когда человек видит пчел и шмелей в процессе опыления растений, они могут показаться неторопливыми созданиями. Но, на самом деле, они могут демонстрировать впечатляющую быстроту.

Полет пчелы в замедленном действии

В конечном итоге получается, что утверждение о том, что пчелы нарушают законы физики и на самом деле не должны уметь летать — это миф, который был порожден ошибочными вычислениями.

Если хотите еще больше любопытных статей, подпишитесь на наши каналы в Дзен и Telegram. Будьте уверены, что не разочаруетесь!

Напоследок стоит отметить, что ученые до сих пор узнают о пчелах много интересного. Например, в 2022 году ученые провели научный эксперимент и выяснили, что шмели любят развлекаться с игрушками так же, как и многие другие виды животных вроде собак и кошек. Если дать им небольшой шарик, они хватаются за них лапками и катаются на них верхом. Если хотите узнать подробности об этом исследовании, читайте статью моего коллеги Андрея Жукова «Пчелы любят играть с игрушками?».

Свет ведет себя как частица и волна не только в пространстве, но и во времени

Свет ведет себя как частица и волна не только в пространстве, но и во времени. Результаты нового исследования показали, что свет ведет себя как волна и частица не только в пространстве, но и во времени. Фото.

Результаты нового исследования показали, что свет ведет себя как волна и частица не только в пространстве, но и во времени.

Один из самых странных и известных экспериментов в физике – двухщелевой эксперимент, лучше прочих иллюстрирует таинственную природу квантовой механики. Все потому, что свет, воспринимаемый нами как нечто обыденное, может вести себя и как частица и как волна одновременно, что удалось подтвердить экспериментальным путем в 2021 году. Однако первым на этот необычный феномен обратил внимание английский физик и математик Томас Юнг в 1801 году, когда заметил, что при сложении звуковых волн происходит ослабление и усиление звука. Предположив, что свет подобен звуку, Юнг решил провести эксперимент, в ходе которого направил пучок света на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого был установлен еще один, проекционный экран. Ширина прорезей, при этом, была приблизительно равна длине волны излучаемого света. Результатом эксперимента стала интерференционная картина, которая демонстрирует, что фотон как будто проходит через обе щели одновременно. Недавно, однако, ситуация усложнилась – изменения, внесенные физиками в классический опыт Юнга, показали, что поведение фотонов меняется в зависимости от… времени.

Классический опыт Юнга

Прежде чем перейти к увлекательным результатам исследования, опубликованного в журнале Nature Physics, обратимся к классическому эксперименту Юнга, а также вспомним основные принципы квантовой механики. Так, по мнению автора этой статьи, читателю будет проще разобраться в происходящем.

Начнем с того, что споры о природе света в академических кругах велись с 18 века. Исаак Ньютон, например, считал, что свет состоит из потока частиц, а голландский физик и астроном Кристиан Гюйгенс, напротив, называл свет волнами, вибрирующими в некоем подобии эфира. Эти догадки основывались на волновой природе звуковых волн, которые распространяются по изогнутым трубам, огибая углы, в отличие от света. Более того, Ньютон заметил, что в воде скорость света менялась, что заставило его привнести в свою теорию необъяснимую силу, способную объяснить это странное явление.

Классический опыт Юнга. Исаак Ньютон был убежден, что свет – это частица, а не волна. Фото.

Исаак Ньютон был убежден, что свет – это частица, а не волна

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

Так как в те годы молодой ученый пользовался большой популярностью, оспорить его теорию никто не решался вплоть до 1801 года. Тогда, как упоминалось выше, Томас Юнг впервые наблюдал интерференцию. Причиной, по которой этот эрудированный ученый с опытом в разных областях науки, включая медицину, заинтересовался светом, стала препарация бычьего глаза, во время которой он размышлял о том, как глаза фокусируются на объектах на разных расстояниях. Впоследствии Юнг предложил теорию цветового зрения.

Юнг также восхищался Ньютоном, однако к 1800 году заметил кое-что неладное в корпускулярной теории. Так, свет вел себя по-разному между воздухом и водой – одна его часть отражалась, а вторая преломлялась, что невозможно объяснить теорией Ньютона. Чтобы разобраться в происходящем, Юнг, как и его предшественники, обратился к звуку, заметив, что при пересечении двух звуковых волн, они интерферируют друг с другом. Со временем физик начал понимать, что явление интерференции может быть применимо и к свету.

Напомню, что интерференция возникает, когда два набора волн накладываются друг на друга. Ранее я рассказывала о результатах эксперимента, который показал, что квантовая запутанность существует между разнородными частицами.

Классический опыт Юнга. Свет не так прост, как кажется. Фото.

Свет не так прост, как кажется

В 1801 году, размышляя над экспериментами Ньютона, Юнг выдвинул основную идею знаменитого эксперимента, однако его результаты впоследствии были раскритикованы академическим сообществом. Установка, предложенная Юнгом, в дальнейшем использовалась для демонстрации волновой природы света и способности электронов вести себя как волны и создавать интерференционные картины.

Ситуация изменилась многим позже благодаря становлению квантовой механики, когда физики (во многом благодаря опыту Юнга) перестали сомневаться в двойственной природе света, который, как мы знаем, может вести себя и как волна и как частица одновременно.

ВАЖНО: В 2021 году физики экспериментально подтвердили корпускулярно-волновой дуализм.

Становление квантовой механики

< Квантовая физика изучает устройство мира на микроскопическом уровне. В отличие от классической физики, сосредоточенной на исследовании макромира (включая космос и небесные тела), эта область исследований сконцентрирована на атомах – крошечных кирпичиках мироздания, увидеть которые невооруженным глазом невозможно. Но это – лишь малая часть странностей, встречающихся на пути ученых. Учитывая специфический характер квантовой механики, ее основателями были многие выдающиеся ученые, включая физика-теоретика Макса Планка, «отца» атома Нильса Бора, создателя Общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, физика Вернера Гейзенберга и многих других знаменитых деятелей науки. Все потому, что разобраться в происходящем было невероятно сложно.

Становление квантовой механики. Перед вами первый в истории снимок света и как волны, и как частицы. Фото сделано в лаборатории Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone) в Федеральной политехнической школе Лозанны. Фото.

Перед вами первый в истории снимок света и как волны, и как частицы. Фото сделано в лаборатории Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone) в Федеральной политехнической школе Лозанны

Больше о других не менее странных явлениях квантовой механики читайте в нашей статье "Тайны квантовой механики – что такое квантовая запутанность?"

И все же первенство в создании современной квантовой теории принадлежит немецкому физику Максу Планку, который опубликовал новаторское исследование, продемонстрировав, что энергия в определенных ситуациях может проявлять характеристики физической материи. Отметим, что в те годы энергия считалась исключительно непрерывным волнообразным явлением, независимым от характеристик физической материи.

Теория Планка, напротив, утверждала, что энергия состоит из компонентов, похожих на частицы или “кванты”. Его работа помогла разрешить ранее необъяснимые природные явления, включая поглощение света на атомном уровне, за что в 1918 году он был удостоен Нобелевской премии по физике.

Затем Эйнштейн, Бор, Луи де Бройль, Шредингер и Дирак развили теорию Планка, подарив миру квантовую механику – математическое приложение квантовой теории, согласно которому энергия является одновременно и материей и волной и зависит от рядя переменных. Таким образом, квантовая механика придерживается вероятностного взгляда на устройство мироздания, что сильно отличается от механики классической, в которой все точные свойства объектов поддаются вычислению.

Становление квантовой механики. Перед вами фото, сделанное в 1927 году в ходе V Сольвеевского конгресса. Все 29 участников до неузнаваемости изменили мир. Фото.

Перед вами фото, сделанное в 1927 году в ходе V Сольвеевского конгресса. Все 29 участников до неузнаваемости изменили мир.

Сегодня квантовая механика и теория относительности являются основой современной физики и... ее главной проблемой. Подробнее о том, почему ОТО противоречит квантовой механике и что это означает для современной науки читайте в статье "Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?", рекомендую!

Как квантовая механика изменила мир?

Сегодня о «таинственной» квантовой физике не слышал разве что ленивый, так как ее используют для объяснения самых разных и даже не существующих явлений. Что неудивительно, ведь вряд ли в мире найдется ученый, который полностью понимает устройство Вселенной на микроуровне. Квантовая механика, тем не менее, окончательно и бесповоротно изменила мир, способствуя развитию и становлению современной цивилизации. Чтобы внести некоторую ясность и обосновать громкие заявления, перечислим основные достижения этой научной дисциплины.

  • Компьютеры и смартфоны – это ярчайший пример того, что подарила миру квантовая механика. Все потому, что работа современной электроники на основе полупроводников зависит от волновой природы электронов. И поскольку мы понимаем эту волновую природу, то можем манипулировать электрическими свойствами кремния для создания компьютерных чипов: получить их можно смешивая крошечные доли необходимых элементов друг с другом.
  • Как квантовая механика изменила мир? Вы читаете эту статью благодаря квантовой механике. Фото.

    Вы читаете эту статью благодаря квантовой механике

    Компьютерные чипы питают и приводят в действие настольные компьютеры, ноутбуки, планшеты, смартфоны и даже мелкую бытовую технику. Без детального понимания квантовой природы материи создать их было бы невозможно.

  • Лазеры и телекоммуникации: в классических волоконно-оптических телекоммуникациях, используемых для передачи сообщений по волоконно-оптическим кабелям, источниками света являются квантовые устройства – лазеры. Да-да, каждый раз, когда вы делаете телефонный звонок, то прямо или косвенно используете лазер, или, если хотите, саму квантовую физику.
  • Как квантовая механика изменила мир? Лазеры – это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне. Фото.

    Лазеры – это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне

    Ключевой принцип лазера описан Эйнштейном в 1917 году в работе о статистике фотонов (хотя сам термин был введен позже) и их взаимодействии с атомами. Результатом этого взаимодействия является индуцированное (или когерентное) излучение, при котором оба фотона грубо говоря "клонируют" друг друга, т. е. имеют одинаковые частоту, фазу и направление.

  • С помощью навигационных систем GPS, подключенных к Интернету, можно проложить путь в любое незнакомое место. Все потому, что навигацию на смартфонах обеспечивает глобальная система позиционирования – сеть спутников, каждый из которых передает сигнал, принимаемый GPS-навигатором, определяющим местоположение с точностью до нескольких метров. Работа GPS основана на постоянной скорости света для преобразования времени в расстояние.
  • Как квантовая механика изменила мир? Каждый раз, когда вы пользуетесь смартфоном, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, благодарите за него квантовую механику. Фото.

    Каждый раз, когда вы пользуетесь смартфоном, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, благодарите за него квантовую механику

    Для точной и синхронизированной работы спутниковой системы, в каждый из них встроены атомные часы, работающие благодаря принципам квантовой механики. "Тиканье" часов – это колебание микроволн, которое приводит к переходу между двумя определенными квантовыми состояниями в атоме цезия (или рубидия, в некоторых часах).

Удивительно, правда? Несмотря на то, что квантовая физика загадочна и непостижима, представить повседневную жизнь без нее попросту невозможно.

Современный опыт Юнга

Томас Юнг провел свой знаменитый эксперимент без малого 222 года назад. По этой причине современный опыт выглядит несколько иначе – физики пропускают излучение отдельных частиц света или материи через две щели или отверстия, вырезанные в непрозрачном барьере. По другую сторону барьера находится экран, который регистрирует прибытие частиц.

Результат эксперимента, несмотря на модернизацию, не меняется: вместо того, чтобы пройти через ту или иную щель и накапливаться за каждой из них, фотоны переходят в определенные части экрана и избегают друг друга, что приводит к созданию чередующихся полос света и тьмы, то есть к интерференции. Так, однако, происходит не всегда – оказалось, что в любой момент времени через аппарат проходит только один фотон.

Современный опыт Юнга. Поведение фотонов меняется когда мы просто наблюдаем за ходом эксперимента. Реальность намного сложнее, чем кажется. Фото.

Поведение фотонов меняется когда мы просто наблюдаем за ходом эксперимента. Реальность намного сложнее, чем кажется.

Это кажется нелогичным, но если посмотреть на фотон с математической точки зрения, приняв его за волновую функцию (абстрактную математическую функцию, представляющую состояние фотона/его местоположение), как все встает на свои места. Дело в том, что волновая функция ведет себя как волна а значит фотон попадает в обе щели. В результате новые волны исходят из каждой щели с другой стороны, распространяются и мешают друг другу.

Читайте также: Нобелевская премия по физике 2022: квантовая запутанность и телепортация

Таким образом мы можем сформулировать основную идею эксперимента с двумя щелями – даже если пропускать фотоны через обе щели по одному за раз, то он все равно будет вести себя как волна, создавая интерференционную картину. Вот только эта волна – вероятность, поскольку ученые не знают, через какую из двух щелей пройдет тот или иной фотон. Проблема заключается в том, что когда ученые пытаются определить какой именно фотон проходит через конкретную щель, интерференционная картина не возникает (что бы ученые не делали).

Эксперимент с отложенным выбором

Отметим, что в квантовой механике существует целый ряд классических двухщелевых экспериментов, включая эксперимент «с отложенным выбором» (так называемый «квантовый ластик с отложенным выбором»). Несмотря на странное название, идея достаточно проста – испускаемые лазером фотоны попадают на двухщелевую пластину, за которой находится нелинейный оптический кристалл, который разбивает один фотон на пару запутанных фотонов (подробнее прочитать об этом явлении можно здесь).

Цель эксперимента заключается в формировании стандартной интерференционной картины, которую должен создать один из фотонов, а его «партнер» – направиться к детектору. Этого, однако, не происходит: даже если второй фотон можно обнаружить после того, как первый попадает на экран, интерференционный картины не возникает.

Эксперимент с отложенным выбором. Классический опыт Юнга, описание. Фото.

Классический опыт Юнга, описание

Теоретически это означает, что наблюдение за фотоном может изменить события, которые уже произошли. Вот только как именно все это работает по-прежнему неизвестно, а значит перед нами одна из величайших загадок квантовой механики.

А вы знаете, что существуют разные интерпретации квантовой механики? Например, известно ли вам, что такое интерпретация Эверетта?

Как свет ведет себя во времени и пространстве?

Не прекращая попытки установить причину странного поведения фотонов, физики из Имперского колледжа Лондона опубликовали результаты инновационной работы в журнале Nature Physics, продемонстрировав, что опыт Юнга справедлив не только в отношении пространства, но и времени. В первоначальном эксперименте световые волны проходили через узкие промежутки в физическом пространстве, но в новой вариации физики использовали специальный материал, меняющий степень отражения света.

Когда на тонкий слой оксида индия – электропроводящего прозрачного материала, который регулярно используется в сенсорных экранах смартфонов – попадает интенсивный лазерный импульс, то он на крошечную долю секунды становится зеркалом. Этот материал, как говорится в работе, чрезвычайно быстро меняет свою отражательную способность, что сравнимо с частотой колебаний света.

Если бы вся история Вселенной от Большого взрыва до момента, когда вы читаете эту статью, длилась секунду, колебание света было бы равнозначно одному дню. Скорость переключения зеркал-щелей оказалась феноменальной — считаные фемтосекунды, – объясняет ведущий автор статьи Ромен Тироль.

Как свет ведет себя во времени и пространстве? Группе физиков удалось воссоздать двухщелевой эксперимент, который доказал волновую природу света во времени. Фото.

Группе физиков удалось воссоздать двухщелевой эксперимент, который доказал волновую природу света во времени.

Если говорить совсем просто, то физики смогли наблюдать процессы интерференции света во времени – после прохождения щелей световые волны то усиливали, то гасили друг друга (точно так же, как это происходит в классическом эксперименте Юнга). Однако на этот раз интерференция происходила на шкале времени.

Таким образом, 222 года спустя, ученые доказали, что свет ведет себя как частица и волна не только в пространстве, но и во времени.

Мы также узнали о существовании более точных способов измерения оптического отклика среды, а результаты исследования в будущем могут привести к созданию новых вычислительных технологий и спектроскопии (что пригодится при изучении черных дыр и других астрофизических явлений). Помимо теоретической и концептуальной ценности, подобные эксперименты продолжают служить источником новых знаний и проводятся для разных типов волн, включая электронные, звуковые и др.

Как свет ведет себя во времени и пространстве? Только представьте какое влияние новое открытие может оказать на вычислительную мощность квантовых компьюетров. Фото.

Только представьте какое влияние новое открытие может оказать на вычислительную мощность квантовых компьюетров

Мы также не можем исключать и других последующих открытий, к которым сегодня никто не решается приступить. В конечном итоге мы слишком мало знаем о природе Вселенной, в которой неизученных областей намного больше, чем можно себе представить. А как вы думаете, к чему могут привести дальнейшие эксперименты в области квантовой физики? Ответ, как и всегда, будем ждать в нашем Telegram-чате, спасибо за внимание!

Кто открыл гравитацию — Исаак Ньютон или Леонардо да Винчи?

Кто открыл гравитацию — Исаак Ньютон или Леонардо да Винчи? Ученые считают, что Леонардо да Винчи начал расшифровку законов гравитации раньше, чем Исаак Ньютон. Фото.

Ученые считают, что Леонардо да Винчи начал расшифровку законов гравитации раньше, чем Исаак Ньютон

Согласно популярной легенде, первым человеком, узнавшим о существовании силы гравитации, был Исаак Ньютон — английский физик, математик, механик и астроном. Озарение пришло случайно, когда великий ученый сидел под деревом и на его голову упало яблоко. После этого происшествия, Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, которая гласит, что все тела во Вселенной притягиваются друг к другу. Этот закон объяснил, почему Луна всегда удерживается в пределах Земли, а также помог астрономам узнать массу Солнца, открыть планету Нептун и совершить много других научных прорывов. Нам со школьных лет говорят, что гравитацию открыл сэр Исаак Ньютон, однако недавно были найдены весомые доказательства того, что впервые о ее существовании узнал Леонардо да Винчи. Что же это, получается, что скоро учебники по физике будут переписаны?

Интересный факт: история о том, как на формулировку закона всемирного тяготения Исаака Ньютона вдохновило упавшее яблоко, скорее всего, не выдумка. Впервые она была рассказана в книге «Воспоминания о жизни Ньютона» под авторством биографа Уильяма Стьюкли. Со слов племянницы ученого, история произошла в 1666 году, когда он пережидал эпидемию чумы в поместье своей матери.

Неожиданные рукописи Леонардо да Винчи

Доказательства причастности Леонардо да Винчи к открытию гравитации нашлись в Кодексе Арундела. Так называется собрание из почти 300 заметок, сделанных ученым в период с 1480 по 1518 год. На старинных листах имеется много текстов и рисунков, которые касаются тем механики и геометрии. Кодекс получил свое название в честь графа Арундела, который приобрел его в 1630-е годы в Испании.

Неожиданные рукописи Леонардо да Винчи. Леонардо да Винчи оставил после себя огромное количество рукописей, который до сих пор изучаются специалистами. Фото.

Леонардо да Винчи оставил после себя огромное количество рукописей, который до сих пор изучаются специалистами

В 2017 году профессор Калифорнийского технологического института Мори Гариб (Mory Gharib) изучал рукописи ученого, в надежде найти иллюстрации, которые он мог бы показать своим ученикам. На одной из страниц он нашел весьма интригующий набросок с кувшином и высыпающимися из него частицами. Посоветовавшись с двумя инженерами, профессор пришел к выводу, что на рисунке изображен эксперимент, который дал начало расшифровке законов гравитации. Это произошло за десятилетия до того, как об этом задумался Исаак Ньютон.

Неожиданные рукописи Леонардо да Винчи. Иллюстрация эксперимента, проведенного Леонардо да Винчи. Фото.

Иллюстрация эксперимента, проведенного Леонардо да Винчи

Статья в тему: Ученые нашли ныне живущих потомков Леонардо да Винчи

Эксперимент Леонардо да Винчи, о котором никто не знал

В эксперименте Леонардо да Винчи, кувшин с водой или песком перемещается по прямой траектории, параллельно земле. В процессе этого перемещения, содержимое сосуда стекает вниз. Итальянский ученый отметил, что частицы воды или песка не падают с постоянной скоростью, а ускоряются. Он показал, что после высвобождения из кувшина, частицы перестают двигаться вместе с ним по горизонтали, а падают вниз.

Эксперимент Леонардо да Винчи, о котором никто не знал. Равнобедренный треугольник в набросках Леонардо да Винчи. Фото.

Равнобедренный треугольник в набросках Леонардо да Винчи

Наброски ученого также демонстрируют, что если кувшин движется по горизонтали с тем же ускорением, что и падающие частицы, создается равнобедренный треугольник. А если сосуд движется со строго определенным ускорением, образуется наклонная линия. Судя по записям, Леонардо да Винчи также хотел сформулировать уравнение для описания ускорения, но сделать этого он не смог. При всем этом, компьютерное моделирование показало, что если ученый действительно провел эти эксперименты, ему бы вполне удалось рассчитать значение свободного падения с точностью 97%.

Читайте также: Древнейшая карта ночного неба оказалась поразительно точной, но кто и как ее создал?

Что открыл Леонардо да Винчи?

Пожалуй, итальянец Леонардо да Винчи является самым известным ученым во всем мире — о нем слышали все. Большинству из нас он знаком как художник, руки которого создали знаменитую «Мона Лизу» и роспись «Тайная вечеря». Но также он был очень продуктивным изобретателем — он создал устройства, опередившие свое время. Так, в далеком 1508 году он разработал прообраз контактных линз в виде наполненного шара с водой. Если интересно, вы можете почитать об этом изобретении по этой ссылке.

Что открыл Леонардо да Винчи? Наброски изобретений Леонардо ла Винчи. Фото.

Наброски изобретений Леонардо ла Винчи

Если выводы профессора Мори Гариба и его коллег верны, Леонардо да Винчи вполне может быть первым человеком, который догадался о существовании гравитации. По словам профессора, они не знают, продолжил ли итальянец свои эксперименты. Но сам факт наличия таких записей говорит о том, что ученого интересовало, почему и как объекты падают на землю. Мышление Леонардо да Винчи дошло очень далеко, но сформулировать закон всемирного тяготения ему все-таки не удалось — это сделал Исаак Ньютон. Скорее всего, именно он останется общепринятым человеком, который открыл гравитацию. Но первые шаги в этом направлении сделал Леонардо да Винчи.

Что открыл Леонардо да Винчи? Кажется, Леонардо да Винчи опередил Исаака Ньютона, но не довел дело до конца. Фото.

Кажется, Леонардо да Винчи опередил Исаака Ньютона, но не довел дело до конца

Самые свежие новости науки и технологии вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас!

Напоследок стоит отметить, что великий ученый является автором самой дорогой картины в мире — она называется «Спаситель мира». В нее заложен любопытный секрет, о котором мы рассказывали в этом материале.

Создан первый в мире лазер-громоотвод, направляющий молнии

Создан первый в мире лазер-громоотвод, направляющий молнии. Первый в своем роде лазерный громоотвод позволит управлять молниями. Фото.

Первый в своем роде лазерный громоотвод позволит управлять молниями

Молния чрезвычайно горячая — всего одна вспышка способна нагреть воздух до температуры, в пять раз превышающей температуру поверхности Солнца. Из-за резкого скачка температур окружающий молнию воздух создает раскаты грома, которые мы слышим увидев вспышку. По сути, молния – это мощный электрический разряд, возникающий в грозовых облаках. Попав, например, в дерево или дом, она может стать причиной пожара и гибели людей. Так, чтобы обеспечить защиту зданий и их обитателей от подобной участи, почти три столетия назад американский политик и интеллектуал Бенджамин Франклин изобрел молниеотвод. С тех пор эти металлические решетки над зданиями спасли тысячи жизней и критически важных объектов, а в основу всех последующих разработок в этой области легло изобретение Франклина. И все же недавно произошло кое-что интересное – инженеры разработали устройство для управления молнией с помощью лазера. Последний, как оказалось, работает как громоотвод, рассеивая атмосферные разряды.

В чем опасность молнии?

По статистике каждую секунду поверхность нашей планеты принимает не менее сотни ударов молний, каждый из которых движется со скоростью более 320 000 километров в час и вырабатывает огромное количество электроэнергии. Удары молний во время грозы создают радиочастотные помехи и скачки напряжения, которые сокращает срок службы электронных устройств.

Так, удары молний ответственны за 20% случаев повреждения электрооборудования в жилых и офисных помещениях, а остальные 80% приходится на скачки напряжения. Но вот что особенно интересно – по данным государственной электросетевой корпорации Китая, в 84% случаев повреждения оборудования молниезащита не сработала, хотя сами молниеотводы исправно работают.

В чем опасность молнии? Удары молний – серьезная проблема не только для электроники. Фото.

Удары молний – серьезная проблема не только для электроники

Это интересно: Шаровая молния — самое таинственное природное явление

Причина, как указывают специалисты, заключается в ошибках при установке и обслуживании комплекса устройств по защите от молний. В то же самое время современная молниезащита не может на 100% гарантировать сохранение оборудования после удара.

Помимо угрозы для всех типов электрических и коммуникационных сетей, удары молний опасны для жизни. Исследователи выделяют пять различных способов поражения человека молнией. Так, жертвы прямого удара чаще всего находятся на открытой местности, а часть тока проходит вдоль поверхности кожи и непосредственно над ней, другая часть проходит через тело – как правило через сердечно-сосудистую и/или нервную системы.

Подробнее о том, в какие места чаще всего попадают молнии и как от них спастись ранее рассказывал мой коллега Рамис Ганиев, рекомендую к прочтению

Что такое молниеотвод?

Молниезащита (грозозащита или громоотвод) – представляет собой комплекс разнообразных мер. Самый известный тип громоотвода называется «стержень Франклина» – проводящий электричество металлический стержень, который перехватывает молнии и направляет их на землю. Чаще всего молниеотвод устанавливают на аэродромах, портах, промышленных зданиях или рядом с ними.

Что такое молниеотвод? Молниеотвод помогает предотвратить накапливание заряда. Фото.

Молниеотвод помогает предотвратить накапливание заряда.

Если говорить совсем просто, то система молниезащиты обеспечивает легкий путь молнии к земле. Каждая часть «стержня Франклина» изготавливается из алюминия или меди и устанавливается в самой высокой точке здания или другой конструкции.

Больше по теме: Интересные и малоизвестные факты о молниях

Громоотводы также соединяются с другими металлическими компонентами например, с телевизионной антенной и нисходящими проводами, соединяющие стержень и систему заземления. Интересно, что устанавливать громоотводы можно на любом количестве зданий и других конструкций.

Что такое молниеотвод? Молния — электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Фото.

Молния — электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.

К слову, деревянные конструкции без «стержней Франклина» подвержены риску возгорания, а пористые или насыщенные водой строительные материалы, такие как кирпич и бетон, могут и вовсе взорваться после удара молнии.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Может ли лазер защитить от молнии?

Недавно группа ученых из Женевского университета и других исследовательских центров разработала первый в мире лазерный громоотвод. С его помощью, как сообщают авторы изобретения, можно отражать молнии на десятки метров причем даже в плохую погоду. И несмотря на то, что это звучит необычно, в 2004 и 2011 году над ней работали исследователи из разных стран мира. Правда, никаких убедительных доказательств получить так и не удалось.

Теперь мощный лазер, направленный в небо, можно использовать как громоотвод. Дело в том, что мощный лазерный луч, направленный в атмосферу, ионизирует путь, по которому следует молния и фактически направляет ее в определенное место, где ее можно заземлить.

Может ли лазер защитить от молнии? Устройство испытали на горе Санти для защиты 124-метровой телекоммуникационной антенны. Фото.

Устройство испытали на горе Санти для защиты 124-метровой телекоммуникационной антенны.

Читайте также: Можно ли в грозу разговаривать по телефону?

Чтобы доказать работоспособность теории, ученые провели эксперимент на горе Санти на северо-востоке Швейцарии, установив новый громоотвод рядом с телекоммуникационной антенной высотой 124 метра. В результате новое лазерное устройство уловило и перенаправило разряд молнии в небо, предотвратив его попадание в антенну.

Мы потратили год анализируя данные и пришли к выводу, что разряд молнии следует за лучом практически 60 метров прежде чем достигает антенны. Это означает, что лазер увеличивает радиус защитной поверхности со 120 до 189 см, – объясняют авторы эксперимента.

Так как удары молнии можно предсказать, исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали систему искусственного интеллекта, дополняющую лазерный громоотвод для прогнозирования вспышек молнии. Новая система позволяет прогнозировать удар за 10-30 минут на площади 30 километров (с погрешностью 20%).

Может ли лазер защитить от молнии? Новое исследование призвано улучшить стратегии молниезащиты жизненно важной инфраструктуры — электростанций, аэропортов и стартовых площадок для космических миссий. Фото.

Новое исследование призвано улучшить стратегии молниезащиты жизненно важной инфраструктуры — электростанций, аэропортов и стартовых площадок для космических миссий.

И хотя новая модель имеет фундаментальное преимущество над ранее разработанными системами, у ученых впереди много сложной работы. Так, исследователям предстоит понять как именно возникают удары молнии и найти наилучший способ защиты зданий, самолетов, небоскребов и людей.

Не пропустите: В документах XII века найдено самое первое упоминание шаровой молнии

Как управлять молнией

Создатели первого в мире лазерного молниеотвода пришли к выводу о необходимости дополнительных исследований и экспериментов, полученные ими результаты расширяют современное понимание лазерной физики в атмосфере и могут помочь в разработке новых стратегий защиты людей и критически важных объектов инфраструктуры.

Как управлять молнией. В ходе эксперимента за шесть часов работы во время грозовой активности лазер изменил траекторию четырех восходящих грозовых разрядов. Фото.

В ходе эксперимента за шесть часов работы во время грозовой активности лазер изменил траекторию четырех восходящих грозовых разрядов.

А вы знали, что антиматерию охладили почти до абсолютного нуля лазерным лучом? Все подробности здесь, не пропустите!

Полученные результаты также имеют большое значение для изучения климатических изменений – удары молнии над горами (в результате глобального потепления) могут спровоцировать ураганы и послужить дополнительной причиной лесных пожаров, которые ранее достигли беспрецедентного уровня. Ученые также надеятся, что их разработка существенно снизит риск поражения молнией в густонаселенных районах мегаполисов.

Почему со временем научных открытий становится меньше?

Почему со временем научных открытий становится меньше? Одни из величайших культурных и технологических достижений произошли в период с 1945 по 1971 год. Фото.

Одни из величайших культурных и технологических достижений произошли в период с 1945 по 1971 год.

Как думаете, мы и правда живем в «золотой век» технологического, медицинского, научного и социального прогресса? Похоже, все действительно так – нас окружают удивительные технологии, представить которые было не так уж и просто всего 20 лет назад. Средняя продолжительность жизни растет с каждым днем и практически каждую неделю мы узнаем о «новых надеждах» для больных раком, разработках в лаборатории, которые могут привести к новым методам лечения, разговорах о новой эре космического туризма, суперджетах и отправке людей на Марсе. Звучит потрясающе, но если присмотреться внимательнее, то видение беспрецедентных инноваций оказывается иллюзорным – многие из захватывающих дух историй о прогрессе на самом деле предположения (а временами и вовсе фантазии). Так, согласно недавно опубликованному исследованию, темпы новаторских научных открытий и технологических инноваций замедляются, несмотря на постоянно растущий объем знаний. Но почему?

Эксперты называют прорывными открытиями те, которые не основаны на уже существующих идеях и выводят всю научную область на новую территорию.

«Золотой век» научно-технического прогресса

За несколько лет до публикации Общей теории относительности (ОТО), академическое сообщество считало, что физика, как дисциплина, достигла предела. Однако после публикации Эйнштейна, ставшей самой настоящей революцией в этой области, появилась квантовая механика. Сегодня едва ли кто-то усомниться в том, что середина ХХ века стала отправной точкой стремительного научно-технического прогресса.

Так, в 1942 году в США был разработан первый атомный реактор, а 11 лет спустя ученые изучили молекулярную структуру ДНК (которая хранит генетический код), что положило начало развитию генной инженерии. Четыре года спустя, в 1957 году, СССР запустили в космос первый спутник, а в 1961 году – Юрий Гагарин стал первым человеком в космосе. Поразительно, но спустя всего 8 лет американская миссия «Аполлон-11» достигла Луны и астронавты Нил Армстронг и Эдвин «Базз» Олдрин впервые ступили на поверхность нашего спутника.

«Золотой век» научно-технического прогресса. Исследователи обнаружили, что в последние десятилетия темпы прорывных научных открытий замедлились. Фото.

Исследователи обнаружили, что в последние десятилетия темпы прорывных научных открытий замедлились.

И несмотря на то, что в 1990 годы интернет стал доступен широкой публике, как и мобильная спутниковая связь, «золотой век» научно-технического прогресса пришелся на 40-50-е гг. ХХ века. многие исследователи считают, что это стало возможным благодаря превращению науки в главный фактор социально-экономического развития общества.

Больше по теме: Математика конца света: может ли научный прогресс привести к гибели человечества?

Ряд исследователей и вовсе считает, что так называемый золотой век инноваций длился примерно с 1945 по 1971 год. Практически все, что определяет современный мир, либо возникло, либо посеяло семена именно в этот период: таблетки, электроника, компьютеры, Интернет, атомная энергия, телевидение, антибиотики, космические путешествия и пр. Но что происходит сегодня? Можем ли мы с уверенностью утверждать, что научно-технический прогресс по-прежнему продолжается?

«Золотой век» научно-технического прогресса. Современная наука распадается на более изолированные области знания. Фото.

Современная наука распадается на более изолированные области знания

Может показаться удивительным, но несмотря на все достижения в области медицины, ядерной энергетики и искусственного интеллекта, научно-технический прогресс замедляется, а новых, иновационных открытий становится меньше. К такому выводу пришли авторы работы, недавно опубликованной в журнале Nature. Они полагают, что большинство современных открытий развивают уже существующие знания.

Вам будет интересно: Каким будет мир с населением 10 миллиардов человек?

Научно-технический прогресс замедлился

В ходе работы авторы проанализировали примерно 45 миллионов научных работ и не менее 3,9 миллионов патентов в период с 1945 по 2010 год. Полученные результаты показали, что с начала этих временных интервалов исследовательские работы и патенты консолидировали или развивали уже имеющиеся знания. При этом больше всего пострадали области естественных наук, таких как химия и физика.

Характер исследований меняется, поскольку постепенные инновации становятся все более распространенными, – пишут авторы научной работы.

Научно-технический прогресс замедлился. Научно-технический прогресс замедлился. В будущем эта тенденция, скорее всего продолжится. Фото.

Научно-технический прогресс замедлился. В будущем эта тенденция, скорее всего продолжится

Исследователи обнаружили, что, несмотря на взрывной рост инноваций и научных исследований в последние десятилетия, разработки стали более постепенными и менее разрушительными, замедлив прогресс во многих ключевых областях. Это означает, что “может потребоваться больше времени, чтобы сделать те ключевые прорывы, которые значительно продвинут науку вперед”.

Читайте также: Стоит ли доверять науке?

Полученные результаты также подчеркивают необходимость переосмысления методов в научных исследованиях и использовать инновации для решения насущных проблем человечества, например изменение климата и освоение космоса. И это несмотря на достижения за последние годы, включая развитие искусственного интеллекта, ядерного синтеза и редактирования генома – по мнению авторов нового исследования, эти достижения не противоречат замедлению темпов роста научно-технического прогресса.

Научно-технический прогресс замедлился. Научно-технический прогресс застопорился во многих ключевых областях науки. Фото.

Научно-технический прогресс застопорился во многих ключевых областях науки.

Обнаружение гравитационных волн и разработка вакцин против COVID-19 являются прекрасными примерами новаторской работы, происходящей в то время, когда большинство исследований носят более поэтапный и медленный характер. При этом наблюдаемый упадок прорывных научных открытий вряд ли связан со снижением качества исследований. Но как в том случае объяснить происходящее?

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области науки и технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Причины упадка научно-технического прогресса

Среди причин замедления научно-технического прогресса исследователи выделяют процесс обучения, который стал более длительным и включает в себя масштабный объем знаний. Некоторые эксперты называют сложившуюся ситуацию «бременем исследований» отмечая, что современным ученым приходиться слишком много учиться, из-за чего у них остается не так много времени на грандиозные и прорывные открытия.

Другой причиной также может быть обстановка в академических кругах, которая требует от исследователей публиковать все больше и больше научных статей (по которым эксперты оценивают друг друга). Сегодня многие специалисты и изобретатели вынуждены фокусироваться на узких специализациях, а они редко являются чем-то новаторским.

Причины упадка научно-технического прогресса. XX век подвел итоги развития фундаментальной науки, после чего начался переход к совершенно новой форме существования знания. Фото.

XX век подвел итоги развития фундаментальной науки, после чего начался переход к совершенно новой форме существования знания

Прогресс прекратился более 40 лет назад. Большая часть того, что произошло с тех пор – постепенное улучшение. Хотя с этой точкой зрения многие не согласны, – отмечают ученые, которые не принимали участие в исследовании

При этом авторы научной работы полагают, что мы не становимся менее инновационными как вид, однако ситуация в которой ученых «заставляют сокращать свои статьи», чтобы увеличить количество публикаций, может привести (и очевидно приводит) к «притуплению научных исследований».

Это интересно: В поисках межзвездных памятников или что останется после нас?

Авторы метаанализа призывают университеты и финансирующие корпорации уделять больше внимания качеству публикаций, а не количеству, а также рассмотреть возможность предоставления годичных академических отпусков, что позволит ученым больше размышлять и пробовать что-то новое.

Социально-экономическое развитие общества

Возможно наибольшим эффектом на развитие науки и технологий обладает экономическая ситуация – сегодня прогресс практически полностью направлен на потребителя. Американский экономист Тайлер Коуэн в своем эссе «Великая стагнация» (2011) утверждает, что, по крайней мере, в США достигнуто технологическое плато. Конечно, смартфоны великолепны, но вряд ли их можно сравнить с созданием космических обсерваторий и победой над оспой.

Социально-экономическое развитие общества. Современная наука переживает очередной кризис – некогда единое научное пространство фрагментируется. Фото.

Современная наука переживает очередной кризис – некогда единое научное пространство фрагментируется

Экономисты описывают этот экстраординарный период в терминах увеличения богатства. После Второй мировой войны мир захлестнул бум научных и технологических инноваций наряду с увеличением продолжительности жизни и ее качества. Еще одной причиной может являться глобальное старение населения, о чем мы рассказывали ранее.

Читайте также: «Теорема конца света»: как и когда человечество исчезнет с лица Земли?

И все же за последние десятилетия мир сильно изменился – то, что считалось нормой в 1945 году (и даже в 1970-х) сегодня кажется неприемлемым, а общество избавилось от огромного количества предрассудков, которые отошли на второй план. Так что будем наблюдать к чему нас приведут ближайшие десятилетия.

Ученые наблюдали новый вид квантовой запутанности внутри атомных ядер

Ученые наблюдали новый вид квантовой запутанности внутри атомных ядер. Коллайдер тяжелых ионов (RHIC) позволяет отслеживать частицы, возникающию в результате столкновений в центре детектора. Фото.

Коллайдер тяжелых ионов (RHIC) позволяет отслеживать частицы, возникающию в результате столкновений в центре детектора.

Как устроена реальность? И не является ли она постоянной иллюзией? Физики десятилетиями пытаются ответить на эти вопросы, но чем больше они узнают о мире, тем более странным он становится. Мы знаем, что материя состоит из крошечных частиц, а их взаимодействие между собой едва ли можно представить. Взять, к примеру, квантовую суперпозицию – согласно этому принципу частицы могут находиться в нескольких состояниях одновременно, однако определить результат их состояния до момента наблюдения невозможно. Еще одним фундаментальным принципом физики элементарных частиц является квантовая запутанность, согласно которой частицы остаются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними. И хотя «привычная» запутанность демонстрирует иллюзорность нашей реальности, в начале 2023 года физики из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) сообщили о ее новом виде, обнаруженном впервые в истории.

Новая квантовая запутанность

Фундаментальные принципы квантовой механики раз за разом бросают вызов здравому смыслу, показывая что реальность в значительной степени иллюзорна. К счастью, современные научные инструменты позволяют детально изучать форму и детали внутри атомных ядер – последнее удалось физикам из Брукхейвенской национальной лаборатории США с помощью релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC).

В ходе эксперимента исследователи наблюдали за фотонами и ионами золота в момент их ускорения вокруг коллайдера и обнаружили новый тип квантовой запутанности. Но вот что еще удивительнее – ученые также наблюдали совершенно новый вид квантовой интерференции – экзотического эффекта, согласно которому частица вроде фотона при движении может пересекать собственную траекторию. Исследование этого эффекта считается одним из самых перспективных в современной физике. Но обо всем по-порядку.

Новая квантовая запутанность. Законы, по которым работает Вселенная, весьма странные. Фото.

Законы, по которым работает Вселенная, весьма странные.

Интересный факт
Изучая одну запутанную частицу, ученые сразу же узнают о другой, даже если они находятся на расстоянии миллионов световых лет друг от друга. Эта странная связь между двумя (и более) частицами происходит мгновенно, по-видимому, нарушая фундаментальный закон Вселенной. По этой причине Альберт Эйнштейн называл запутанность "жуткой" и "сверхъестественной".

Коллайдер RHIC располагается в учреждении Министерства образования и науки США, где физики могут изучать строительные блоки ядерной материи – т.е. кварки и глюоны, из которых состоят протоны и нейтроны. Сталкивая ядра тяжелых атомов, например золота, исследователи наблюдали их движение в противоположных направлениях вокруг коллайдера со скоростью, близкой к скорости света.

Это означает, что интенсивность столкновений между ядрами может «расплавить» границы между отдельными протонами и нейтронами, позволяя изучать кварки и глюоны такими, какими они существовали вскоре после Большого взрыва – до образования протонов и нейтронов, – говорится в работе.

Новая квантовая запутанность. На самом деле никто не знает, какие квантовые процессы в реальном мире отвечают за создание пространства-времени. Фото.

На самом деле никто не знает, какие квантовые процессы в реальном мире отвечают за создание пространства-времени.

Как гласит принцип квантовой запутанности, аспекты одной частицы запутанной пары зависят от аспектов другой частицы, вне зависимости от того, насколько далеко друг от друга они находятся (и что лежит между ними). Этими частицами могут быть, например, электроны или фотоны, а аспектом может быть состояние, в котором они находятся, к примеру, «вращение» в том или ином направлении. Физики также хотят знать, как кварки и глюоны ведут себя внутри атомных ядер в их нынешнем состоянии чтобы лучше понять силу, которая удерживает эти строительные блоки материи вместе.

Больше по теме: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Что происходит внутри атомных ядер

Чтобы узнать больше информации о частицах и их поведении, физики использовали «облака» фотонов (частиц света), которые окружали ускоряющиеся ионы вокруг коллайдера RHIC – именно этот способ позволил ученым заглянуть внутрь ядер. Если два иона золота проходили мимо друг друга на близком расстоянии и не сталкивались, фотоны, окружающие один ион, позволяли изучить внутреннюю структуру другого.

Эта двумерная визуализация, как показали результаты эксперимента, оказалась революционной – атомное ядро выглядит слишком большим по сравнению с тем, что предсказывали теоретические модели. Более того, поляризованный свет позволил получить подробные изображения атомных ядер с высокой энергией и рассмотреть распределение глюонов (вдоль направления движения фотона и перпендикулярно ему).

Что происходит внутри атомных ядер. Полученные результаты также совпадают с теоретическими предсказаниями распределения глюонов и измерения распределения электрического заряда внутри ядер. Фото.

Полученные результаты также совпадают с теоретическими предсказаниями распределения глюонов и измерения распределения электрического заряда внутри ядер

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области квантовой механики и высоких технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Новые измерения также показали, что импульс и энергия самих фотонов запутываются с импульсом и энергией глюонов. Измерение только вдоль направления фотона (или его неизвестного направления) приводит к искажению изображения фотонными эффектами. Но измерение в поперечном направлении позволяет избежать «размытия» частиц света.

Теперь мы можем сделать снимок, на котором можно различить плотность глюонов под заданным углом и радиусом. Полученные изображения настолько точны, что мы начинаем видеть разницу между тем, где находятся протоны, и тем, где расположены нейтроны внутри этих больших ядер, – пишут авторы исследования.

Что происходит внутри атомных ядер. Коллайдер в Брукхейвенской национальной лаборатории США. Фото.

Коллайдер в Брукхейвенской национальной лаборатории США

Измеряя две частицы с различными зарядами физики наблюдали интерференционную картину, что указывает на запутанность или синхронизацию частиц друг с другом, даже если эти частицы разные (включая заряд).

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Новый взгляд на запутанность и интерференцию

Авторы работы, опубликованной в начале 2023 года в журнале Science Advances, отмечают, что все частицы, о которых идет речь в работе,
существуют не только как физические объекты, но и как волны – подобно ряби на поверхности пруда, они ударяются о камень (математические “волновые функции”) и могут интерферировать, усиливая или нейтрализуя друг друга.

Интерференция возникает между двумя волновыми функциями идентичных частиц, но без запутывания (между двумя разнородными частицами) эта интерференция была бы невозможна. Вот так квантовая механика становится все более и более странной – новый эксперимент показал, что квантовая запутанность существует между разнородными частицами.

Читайте также: Могут ли фотоны двигаться вперед и назад во времени?

«Этот метод похож на позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ-сканирование), чтобы увидеть происходящие внутри мозга и других частей тела процессов», – объясняет Джеймс Дэниел Бранденбург из Брукхейвенской лаборатории (США). В последние годы ученые уделяют все больше внимания квантовой механике. Одна из причин повышенного внимания заключается в создании новых мощных средств связи и компьютеров.

Новый взгляд на запутанность и интерференцию. Запутанность квантовых состояний – это реальность. Фото.

Запутанность квантовых состояний – это реальность.

Исследователи также намерены проводить новые измерения в RHIC с более тяжелыми частицами (чтобы проверить другие возможные сценарии квантовой запутанности). Подробнее о том, какие открытия 2022 года оказали огромное влияние на наши знания об устройстве Вселенной мы рассказывали здесь, не пропустите!

Могут ли фотоны двигаться вперед и назад во времени?

Могут ли фотоны двигаться вперед и назад во времени? «Квантовый переворот времени» заставляет свет двигаться одновременно вперед и назад во времени. Фото.

«Квантовый переворот времени» заставляет свет двигаться одновременно вперед и назад во времени

Законы, по которым работает Вселенная, весьма странные. И хотя физики смогли объяснить взаимодействие наблюдаемых небесных тел, на уровне элементарных частиц все намного сложнее. Так, сразу два отдельных исследования, проведенных осенью 2022 года, продемонстрировали так называемый «квантовый переворот времени» – эксперимент, в котором фотоны могут одновременно двигаться вперед и назад во времени. И хотя речь не идет о создании Делориана, это открытие может помочь в разработке квантовых компьютеров и создании теории квантовой гравитации (той самой теории всего). Трудно поверить, но в ходе работы физикам удалось расщепить фотон (квант самого света) и наблюдать его как в прямом, так и в обратном временном состоянии, в очередной раз демонстрируя многочисленные странности квантового мира. Исследователи отмечают, что в основе проведенных экспериментов лежат самые загадочные принципы квантовой механики.

Странный квантовый мир

Квантовая механика объясняет как крошечные элементарные частицы взаимодействуют между собой создавая окружающий мир. И хотя мы практически не сталкиваемся с квантовым миром в повседневной жизни, представить современную жизнь без нее невозможно, из-за чего ученые уделяют ей много времени, постепенно раскрывая различные области ее применения.

Ведущим принципом квантовой механики является квантовая суперпозиция – явление, продемонстрированное в ходе двухщелевого эксперимента, результат которого показал, что частицы могут одновременно находиться в двух или во «всех» возможных местах одновременно. Лучше прочего этот феномен описал физик Эрвин Шредингер в своем мысленном эксперименте с кошкой и коробкой (подробнее мы рассказывали здесь).

Больше по теме: Тайны квантовой механики – что такое квантовая запутанность?

Странный квантовый мир. В квантовом мире время может одновременно протекать в нескольких направлениях. Фото.

В квантовом мире время может одновременно протекать в нескольких направлениях.

Но квантовая суперпозиция – не единственный феномен физики элементарных частиц. Альберт Эйнштейн, к примеру, не мог смириться с таким явлением как квантовая запутанность, которую он называл «сверхъестественной». И его можно понять – как могут элементарные частицы, находясь вдали друг от друга, оставаться взаимозависимыми?

Напомним, что квантовая запутанность возникает когда две или более частицы поддерживают между собой связь – то, что происходит с одной частицей, моментально оказывает влияние на другую, несмотря на расстояние между ними. Согласитесь, объяснить это классическим способом невозможно, как, собственно, и должным образом представить. И тем не менее эти два принципа – суть квантовой механики.

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области физики элементарных частиц и новейших технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Кошка в коробке

Квантовый эксперимент, в котором частица света может одновременно двигаться вперед и назад во времени, является еще одним примером странностей квантового мира. В ходе двух не связанных между собой экспериментах физикам удалось продемонстрировать явление под названием
«квантовый переворот времени», в основе которого, как вы могли догадаться, лежат квантовая суперпозиция и квантовая запутанность.

Кошка в коробке. Совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот называется квантовой суперпозицией. Фото.

Совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот называется квантовой суперпозицией

Так как квантовая суперпозиция позволяет таким частицам как фотоны существовать в разных состояниях, а запутанность связывает их между собой, «квантовый переворот времени» позволяет фотонам существовать как в прямом, так и в обратном временных состояниях. Это означает, что частицы подчиняются одним и тем же законам физики, даже когда они находятся в перевернутом (или зеркальном) состоянии.

Не пропустите: Существует ли реальность без наблюдателя?

Объединив две основные концепции квантовой механики физики из Оксфордского университета расширили математические представления о том, как может выглядеть суперпозиция процессов, одновременно идущих вперед и назад во времени. (Суперпозиция процессов по мнению физиков, больше похожа на объект, вращающийся одновременно по и против часовой стрелки).

Кошка в коробке. Мы воспринимаем время как стрелу, указывающую вперед. Но что, если это не так? Фото.

Мы воспринимаем время как стрелу, указывающую вперед. Но что, если это не так?

Представить этот «квантовый переворот времени» можно вновь воспользовавшись кошкой и коробкой – будучи ни живой ни мертвой (т.е. в состоянии суперпозиции), кошка в коробке движется в прошлое и будущее одновременно. Да, кажется безумием. Но только на первый взгляд.

Квантовый переворот времени

Как пишет один из авторов нового исследования Эрик Лутц из Штутгартского университета, если квантовая механика допускает суперпозицию состояний, почему нельзя допустить суперпозицию процессов? Удивительно, но это утверждение удалось доказать в ходе проведенного эксперимента.

Читайте также: Нужна ли нам возможность путешествия назад в прошлое?

Выбрав фотон в качестве испытуемой частицы, физики успешно расщепили его с помощью специального оптического кристалла, при котором фотон существует в разных временных состояниях. Обе команды, как сообщает Live Science, наблюдали как расщепленная частица света проходит через кристалл. Повторив этот эксперимент необходимое количество раз, обе команды статистически доказали, что расщепленная частица может двигаться сразу в двух направлениях времени — прямом и обратном.

Квантовый переворот времени. Квантовый компьютер – тихнологии будущего. Фото.

Квантовый компьютер – тихнологии будущего

Мы наблюдали квантовую интерференционную картину – узор из светлых и темных полос, который мог существовать только в том случае, если фотон был расщеплен и двигался в обоих временных направлениях, – говорится в работе.

В будущем это открытие, как отмечают его авторы, может помочь в создании теории всего (объединив квантовую механику с нашим понимаем гравитации), а также может оказаться полезным для квантовых вычислений.

Читайте также: С точки зрения квантовой физики время – всего лишь иллюзия

Проведенные эксперименты в конечном итоге позволят исследователям наблюдать самые загадочные явления во Вселенной, став ключом к пониманию экзотической физики черных дыр и путешествий во времени и пространстве. Полученные результаты противоречат многим фундаментальным законам физики, которые в целом симметричны и не имеют предпочтительного направления времени (что ставит под сомнение известную и общепринятую сегодня концепцию стрелы времени).

Квантовый переворот времени. Свет может одновременно вести себя и как частица и как волна. Фото.

Свет может одновременно вести себя и как частица и как волна

Отметим, что обе работы были недавно опубликованы на сервере препринтов arXiv и пока не прошли экспертную оценку (рецензирование). Ознакомиться с текстом исследований можно здесь и здесь. Напомним также, что новым этапом в развитии квантовых технологий может стать применение так называемых кристаллов времени, о чем мы ранее подробно рассказывали.

Какие вещи нельзя оставлять в автомобиле в зимние морозы

Какие вещи нельзя оставлять в автомобиле в зимние морозы. Существуют вещи, которые лучше не оставлять зимой внутри автомобиля. Фото.

Существуют вещи, которые лучше не оставлять зимой внутри автомобиля

Зима — красивое, но достаточно тяжелое время года. Чтобы выйти на улицу, людям приходится надевать целую кучу теплой одежды, но это далеко не все заботы в зимнее время. Например, владельцам автомобилей необходимо по утрам выходить на улицу раньше, чтобы успеть прогреть двигатель — нельзя просто взять и поехать по делам. Но и это не единственная забота автомобилистов, потому что им нужно тщательно следить за тем, чтобы не оставить на морозе личные вещи. Ведь если ночью нагрянет сильный мороз, забытая в салоне техника может быть сломана, а продукты могут быстро испортиться. В рамках данной статьи предлагаем выяснить, какие вещи категорически нельзя оставлять в машине в мороз — возьмите на заметку!

Как ломается техника на морозе

В первую очередь нужно запомнить, что зимой ни в коем случае нельзя оставлять в салоне автомобиля электронную технику. Речь идет не только о смартфоне — нужно следить, чтобы внутри не остался фитнес-браслет, портативный аккумулятор, колонка для прослушивания музыки и так далее.

Как ломается техника на морозе. Холод вредит любой электронной технике. Впрочем, как и жара…. Фото.

Холод вредит любой электронной технике. Впрочем, как и жара…

В первую очередь, низкие температуры вредят литий-ионным аккумуляторам. Мороз может стать причиной не только быстрого разряда (особенно с этим явлением знакомы владельцы техники Apple) — после ночи в машине техника с высокой долей вероятности начнет работать меньше времени от одного заряда. Это связано с тем, что холод замедляет движение ионов лития, сгущает электролит, и увеличивает внутреннее сопротивление. Обычно после прогрева устройство включается, но ущерб устройству наносится навсегда.

Как ломается техника на морозе. Особенно сильно от мороза страдают литий-ионные аккумуляторы смартфонов. Фото.

Особенно сильно от мороза страдают литий-ионные аккумуляторы смартфонов

Также при нагреве замершего смартфона или другой техники, внутри корпуса может образоваться конденсат. Он приводит к коррозии металлических деталей и сокращает срок службы устройства.

Читайте также: Почему автомобильные дороги часто ремонтируются в дождь и снег?

Как портятся лекарства на морозе

В каждом автомобиле должна быть аптечка, и многие люди даже не помнят о ее существовании. А очень зря, потому что от мороза сильно страдают микстуры, сиропы и капли — их эффективность заметно уменьшается. Таблетки и капсулы подвержены влиянию низких температур меньше, но все равно нуждаются в бережном хранении. Лучше всего, в особенно морозные дни аптечку или пакет с лекарствами забирать домой. В противном случае, в нужный момент они могут оказаться бесполезными.

Как портятся лекарства на морозе. Лекарства нужно хранить так, как написано в инструкции. Фото.

Лекарства нужно хранить так, как написано в инструкции

Это нужно знать каждому: Что делать с просроченными лекарствами?

Как портится бытовая химия на морозе

Наверное, с каждым человеком происходила неприятная ситуация, когда после приезда из магазина, один пакет с товарами остался в салоне или багажнике. Как бы ни хотелось остаться дома, лучше одеться и сходить за ним. Если в пакете находится бытовая химия, упаковка запросто может лопнуть от холода — в состав жидких чистящих средств обязательно входит вода, которая при замерзании расширяется и разрывает упаковку.

Как портится бытовая химия на морозе. Бытовой химии тоже не место в автомобиле. Фото.

Бытовой химии тоже не место в автомобиле

Вообще, это касается любой емкости с жидкостью. Если в салоне или багажнике автомобиля остались бутылки с напитками, они с высокой долей вероятности лопнут при сильном морозе. В этот же список можно добавить консервы, йогурты и так далее. Если емкости останутся целыми, могут пострадать вкусовые качества продуктов.

Почему нельзя хранить яйца на морозе

Куриные яйца рекомендуется хранить при температуре около +2,2 градусов Цельсия. Получается, что лучшее место для них — это дверце холодильника, а не автомобиль, стоящий во дворе. При низких температурах, скорлупа яиц покрывается крошечными трещинами, потому что находящаяся внутри жидкость замерзает и расширяется. Эти трещины не видны для человеческого глаза, но их ширины достаточно для того, чтобы внутрь проникли бактерии. Когда поврежденные холодом яйца оказываются в тепле, они очень быстро портятся. А это чревато пищевым отравлением. Так что яйца лучше не оставлять на морозе.

Почему нельзя хранить яйца на морозе. Оставшиеся на морозе яйца быстрее портятся. Фото.

Оставшиеся на морозе яйца быстрее портятся

Читайте также: Ученые рассказали, почему люди простужаются на холоде

Повреждение музыкальных инструментов на морозе

Наконец, стоит отметить, что в холодном автомобиле нельзя оставлять музыкальные инструменты. Особенно это касается гитар — обычно они стоят дорого, а мороз может быстро их испортить. Загибайте пальцы: при низкой температуре воздуха, древесина коробится, а лак начинает трескаться и шелушиться. Если передержать инструмент на морозе, корпус гитары деформируется до такой степени, что лопаются струны. Так что, если не хочется распрощаться с любимой гитарой или любым струнным инструментом, лучше не оставлять их на холоде, даже на пару часов.

Повреждение музыкальных инструментов на морозе. Гитару нельзя оставлять на холоде, иначе она станет непригодной для использования. Фото.

Гитару нельзя оставлять на холоде, иначе она станет непригодной для использования

В конечном итоге получается, что зимой владельцам автомобилей лучше каждый день проверять, не осталось ли в салоне или багажнике ничего лишнего.

Можно даже составить небольшой чек-лист:

  • смартфон, часы и любая другая техника;
  • таблетки и другие лекарства;
  • бытовая химия и другие жидкости;
  • продукты питания;
  • музыкальные инструменты.

Не забудьте подписаться на наш Дзен-канал. Там вы найдете много чего интересного!

Вообще, в машине лучше не оставлять лишнего никогда — вещи могут привлечь внимание грабителей. Может быть, вам есть чем дополнить этот список? Пишите в комментариях.