необычная физика. физика необычного.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Что такое энтропия?




Энтропия - это мера беспорядка или хаоса какой-то системы. Ее значение изменяется в зависимости от количества присутствующего вещества. В уравнениях энтропия обычно обозначается буквой S.
Высокоупорядоченная система имеет низкую энтропию.
Уравнение и расчет энтропии

Существует несколько способов вычисления энтропии. Но два наиболее распространенных уравнения относятся к обратимым термодинамическим и изотермическим процессам (с постоянной температурой).
Энтропия и второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики гласит, что общая энтропия замкнутой системы не может уменьшаться. Однако внутри системы энтропия одной системы может уменьшиться за счет повышения энтропии другой системы.
Энтропия и тепловая смерть Вселенной

Некоторые ученые предсказывают, что энтропия Вселенной возрастет до такой степени, что создаст систему, неспособную к полезной работе. И останется только тепловая энергия. Вселенная, по их словам, умрет от тепловой смерти.
Однако другие ученые оспаривают теорию тепловой смерти. Они утверждают, что Вселенная как система движется все дальше и дальше от энтропии. Даже если энтропия внутри ее некоторых внутренних областей
увеличивается.
Другие считают Вселенную частью еще большей системы. Третьи говорят, что возможные состояния не имеют равной вероятности. Поэтому обычные уравнения для вычисления энтропии не имеют никакого значения.
Пример энтропии

Кусочек тающего льда увеличивает энтропию. Поскольку тает. Это весьма наглядный пример увеличения беспорядка системы. Лед состоит из молекул воды, связанных друг с другом в кристаллической решетке. По мере таяния льда молекулы приобретают все больше энергии. Они расползаются все дальше и дальше и теряют структуру, образуя жидкость. Точно так же изменение фазы от жидкости к газу или от воды к пару увеличивает энтропию системы.
С другой стороны, энтропия может уменьшиться. Это происходит когда пар превращается в воду, или вода превращается в лед. Второй закон термодинамики при этом не нарушается. Потому что все это происходит не в замкнутой системе. Хотя отдельной системы может уменьшиться, энтропия окружающей среды при этом возрастает.
Энтропия и время

Энтропию часто называют стрелой времени. Потому что материя в изолированных системах имеет тенденцию переходить от порядка к беспорядку.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Где предел манипулирования природой?


Исследуя квантовый мир, учёные надеются обрести новые средства управления материей и энергией.
Находясь в затемнённой лаборатории, Мэтт Трусхайм (Matt Trusheim) щёлкает выключателем, и мощный зелёный лазер освещает крошечный алмаз, закреплённый на предметном столике под объективом микроскопа. На мониторе компьютера появляется изображение: мутное зелёное облако, усеянное ярко-зелёными точками. Светящиеся точки — это центры окраски. Они представляют собой крошечные дефекты алмаза — места, в которых два атома углерода заменил атом олова, в результате чего свет лазера окрашивается в зелёный цвет разных оттенков.
Позже алмаз будет охлаждён до температуры жидкого гелия. Управляя кристаллической структурой алмаза на атомном уровне, делая его температуру почти равной абсолютному нулю и применяя магнитное поле, исследователи Лаборатории квантовой фотоники (Quantum Photonics Laboratory), которой руководит физик Дирк Энглунд (Dirk Englund) из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), рассчитывают так тщательно подобрать квантово-механические свойства фотонов и электронов, чтобы появилась возможность передавать абсолютно защищённые от взлома секретные коды.
Работая в лаборатории, доктор Трусхайм, как и многие другие учёные, пытается выяснить, при каких условиях, с какими кристаллами и с какими внедрёнными в них атомами данная задача будет решена. Такова нынешняя действительность: исследователи всего мира учатся управлять природой на атомном и субатомном (вплоть до электронов и даже их долей) уровнях. Цель состоит в том, чтобы обрести рычаги управления фундаментальными свойствами природы и, двигая эти рычаги, настраивать материю и энергию так, как нужно человеку, создавать сверхмощные квантовые компьютеры или сверхпроводники, которые работают при комнатной температуре.
На этом пути учёным необходимо преодолевать две основные трудности. Во-первых, приходится иметь дело с чрезвычайно сложными техническими задачами. Например, чистота некоторых кристаллов должна составлять 99,99999999 %, чего можно достичь лишь в вакуумных камерах, где пустота выше, чем в космосе. Во-вторых, и это более фундаментальная проблема, квантовые эффекты, которые стремятся использовать учёные, — например, способность частицы находиться, подобно коту Шредингера, в двух состояниях одновременно, — имеют место лишь на электронном уровне. В макромире эта магия исчезает. Поэтому исследователи, манипулируя материей в микромире, пытаются уговорить природу выходить за пределы, установленные фундаментальной физикой. От того, насколько эта работа окажется успешной, зависят наши научные и технологические знания, которые удастся обрести в предстоящие десятилетия.
Мечта алхимиков

Манипулирование материей в значительной степени связано с управлением электронами. В конце концов, именно то, как ведут себя электроны, определяет свойства вещества — является ли оно металлом, изолятором, магнитом или чем-то ещё. Некоторые учёные пытаются изменить коллективное поведение электронов для создания так называемых квантово-синтетических материалов. Как заявила на недавней конференции физик Ева Эндрей (Eva Andrei) из Ратгерского университета (Rutgers University), по мнению исследователей, «можно взять изолятор и превратить его в металл или полупроводник, а затем — в сверхпроводник. Мы можем превратить немагнитный материал в магнитный. Мечта алхимиков, поистине, становится явью».
Эта мечта может привести к настоящим прорывам. Например, исследователи десятилетиями пытаются создать сверхпроводники, работающие при комнатной температуре. На их основе можно строить такие ЛЭП, которые совсем не теряют электроэнергию. В 1972 году физики Джон Бардин (John Bardeen), Леон Купер (Leon Cooper) и Джон Роберт Шриффер (John Robert Schrieffer) получили Нобелевскую премию за революционное открытие, сделанное ими в 1957 году. Они показали, что сверхпроводимость возникает тогда, когда свободные электроны, содержащиеся в металле (например, в алюминии), образуют так называемые «куперовские пары». В каждой из таких пар электроны имеют противоположные спин и импульс, и даже если один электрон из пары относительно далеко от другого, связь между ними сохраняется. Совсем как пары, танцующие на многолюдной дискотеке, парные электроны движутся согласованно, даже в тех случаях, когда между ними встревают другие электроны.
Парность свободных электронов позволяет току идти по металлу без сопротивления и, следовательно, без потерь. Сейчас для практического применения такое состояние проводника удаётся получить только путём его охлаждения до нескольких градусов выше абсолютного нуля. И всё же недавно исследователи обнаружили, что можно ненадолго заставить электроны образовать куперовские пары, ударив по материалу определённого рода светом высокоинтенсивного лазера. Физик Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) Дэвид Хси (David Hsieh), исследующий конденсированные вещества, создаёт фотоиндуцированную сверхпроводимость в «изоляторах Мотта» — веществах, становящихся изоляторами при очень низких температурах. Свет, попадая на такой изолятор, возбуждает электроны и заставляет их на короткое время выстраиваться парами. «Встряска должна быть очень мощной, — объясняет Хси. — Электрическое поле мгновенно становится чрезвычайно сильным, но это такой кратковременный эффект — тепла выделяется мало».
Чтобы под действием лазера материал не испарился, Хси применяет ударный импульс, который длится всего десятки или сотни фемтосекунд. (В одной секунде столько же фемтосекунд, сколько секунд в 32 миллионах лет). К сожалению, получаемая таким образом сверхпроводимость быстро исчезает. Учёные стремятся выяснить, как сделать этот кратковременный эффект достаточно долгим для того, чтобы его можно было использовать на практике. «То, что мы пытаемся сделать, — говорит Хси о своём и других исследованиях квантовых материалов, — это придумать такие сложные вещества, в которых даже большая порция электронов демонстрирует квантово-механическую странность, характерную лишь для отдельных частиц».
Коды, которые нельзя взломать

Что касается Трусхайма и Энглунда, то, управляя электронами, они надеются разработать не допускающее взломов квантовое шифрование. В их случае цель состоит не в том, чтобы изменить свойства материалов, а в том, чтобы в созданных ими алмазах электроны делились своими квантовыми свойствами с фотонами, передающими криптографический ключ. В лаборатории Энглунда в центрах окраски алмазов крутятся свободные электроны, спины которых можно измерять с помощью сильного магнитного поля. Спин электрона, ориентированный по направлению поля, можно назвать спином 1, а ориентированный против поля — спином 2, что эквивалентно числам 1 и 0 цифрового бита. «Это квантовая частица, поэтому в одно и то же время она может находиться в обоих состояниях», — говорит Энглунд. Данное обстоятельство позволяет электрону играть роль квантового бита, или кубита, способного выполнять несколько вычислений одновременно.
И тут появляется таинственное свойство, известное как квантовая запутанность. Пусть рядом с вами коробка с двумя шарами — красным и синим. Не глядя на шары, возьмите один из них, положите в карман и погуляйте по городу. Потом достаньте из кармана взятый вами шар. Допустим, он оказался красным. Вам сразу же становится ясно, что в коробке остался синий. Это и есть запутанность. В мире квантовой механики данный эффект позволяет мгновенно передавать информацию даже на огромные расстояния.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Иллюстрации Джен Кристиансен (Jen Christiansen). Теперь вернёмся в лабораторию Энглунда. Посредством запутывания центры окраски алмаза передают квантовые состояния содержащихся в них электронов фотонам, создавая то, что Энглунд называет «летающими кубитами». Как и при стандартной оптической связи, фотон можно послать в приёмник — в данном случае, в какую-то вакансию (точечный дефект) другого алмаза. Здесь этот фотон передаёт своё квантовое состояние новому электрону, в результате чего появляются два соотносящихся друг с другом электрона. Двум людям, передающим такие запутанные биты, можно совместно использовать криптографический ключ. «У каждого есть строка, состоящая из нулей и единиц, или из разных спинов, которые выстроились, вроде бы, случайно, но при этом идентичны», — говорит Энглунд. Использование такого ключа в качестве коэффициента умножения для других отправляемых данных делает коммуникацию безопасной. Любая попытка перехватить передачу сразу же становится известной тем, кто общается, ибо квантовое состояние меняется, когда его измеряют.
Энглунд экспериментирует с квантовой сетью, где фотоны по оптическим волокнам курсируют между его собственной лабораторией, расположенной в Гарвардском университете (Harvard University), и Лабораторией имени Линкольна Массачусетского технологического института (M.I.T.’s Lincoln Laboratory), которая находится в соседнем городе Лексингтон, штат Массачусетс. Квантово-криптографические ключи уже удаётся передавать и на бóльшие расстояния: в 2017 году китайские учёные сообщили о передаче такого рода ключа с искусственного спутника Земли двум наземным станциям, находящимся на расстоянии 1200 километров друг от друга в горах Тибета. Однако битрейт китайского эксперимента оказался слишком низким для практического использования: среди шести миллионов пар была обнаружена лишь одна запутанная. Сделать наземные квантово-криптографические сети практически полезными позволяют квантовые повторители. Эти устройства, размещаемые в сети через определённые интервалы, способны усиливать сигнал, не влияя на его квантовые свойства. Цель Энглунда — получить необходимые для производства квантовых повторителей материалы с атомными дефектами.
Здесь вот какая трудность: для переноса данных нужно создавать много спин-запутанных фотонов. Электрон в азото-замещённой вакансии (nitrogen vacancy) долго — около секунды — сохраняет своё спиновое состояние, увеличивая шансы на то, что, проходя через это место, свет лазера произведёт запутанный фотон. Но атом азота настолько мал, что заполняет не всё пространство, возникающее после удаления атомов углерода. Это несоответствие может привести к тому, что следующие друг за другом фотоны будут слегка различаться по цвету, а значит, окажутся не соответствующими друг другу. Другие атомы, например атом олова, заполняют вакантное место плотнее и потому дают стабильную длину волны, однако они не способны достаточно долго сохранять своё спиновое состояние. Поскольку идеальный баланс не найден, работа исследователей продолжается.
Секущиеся концы

В то время как Энглунд и его коллеги стремятся обуздать отдельные электроны, есть исследователи, которые ещё глубже погружаются в квантовый мир, пытаясь манипулировать долями электронов. Начало этой работе положил эксперимент, проведённый в 1982 году учёными из Bell Laboratories и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory). Они сделали «бутерброд» из двух пластин разных полупроводниковых кристаллов, охладили его почти до абсолютного нуля и включили сильное магнитное поле, чтобы захватывать электроны в плоскости на стыке двух кристаллических слоёв. В результате получилось что-то вроде «квантового супа», в котором движение любого электрона зависит от зарядов других электронов. «Фактически, это вовсе не автономные частицы, существующие сами по себе, — говорит Майкл Манфра (Michael Manfra), руководитель Группы квантовых полупроводниковых систем (Quantum Semiconductor Systems Group) Университета Пёрдью (Purdue University). — Представьте себе балет, где каждый танцор не только исполняет свою партию, но ещё и реагирует на движения партнёра и других танцоров. Вот с какого рода обобщающей реакцией мы имеем дело».
У этого «электронного балета» есть странное свойство: в нём могут появляться дробные заряды. Электрон — неделимая единица, его нельзя разрезать на три части, но в «квантовом супе» группа электронов может создать так называемую квазичастицу с зарядом 1/3. «Электроны будто разбиты на части, — говорит Мохаммад Хафези (Mohammad Hafezi), физик из Объединённого квантового института (Joint Quantum Institute), созданного на основе научно-исследовательского партнерства Университета Мэриленда (University of Maryland) и Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology). — Это очень странно». Хафези создаёт данный эффект в сильно охлаждённом графене — листах углерода атомарной толщины. Недавно он показал, что, освещая графен лазером, можно управлять движением квазичастиц. «Теперь оно под контролем, — говорит Хафези. — Теперь у меня есть внешние рычаги управления, такие как магнитное поле и свет. С помощью этих рычагов можно менять природу коллективного состояния электронов».
Манипулирование квазичастицами может послужить основой для создания кубитов особого вида — топологических. Топология — это область математики, которая изучает свойства объекта, остающиеся неизменными даже при его скручивании и деформировании. Стандартный пример — бублик: будь он идеально эластичным, вы могли бы, не прибегая к существенным изменениям, преобразовать его в кофейную чашку; при этом дырка бублика станет играть роль отверстия для пальцев в ручке чашки. Однако преобразовать бублик в крендель без изменения исходной топологии не получится, ибо придётся проделать в бублике дополнительную дырку.
Топологический кубит сохраняет свои свойства даже в меняющихся условиях. Обычно частицы меняют свои квантовые состояния, или «декогерируют», испытывая какое-то внешнее воздействие, например небольшую вибрацию, возникающую при нагревании окружающей среды. Но при создании кубита из двух квазичастиц, находящихся на некотором расстоянии друг от друга — скажем, на противоположных концах нанопроволоки, электрон, по существу, расщепляется. Обе «половинки» должны испытывать одно и то же воздействие, ведущее к декогерации, и характер этого явления едва ли случаен.
Данное свойство делает топологические кубиты привлекательными для создателей квантовых компьютеров. Не будь кубиты способными в одно и то же время пребывать в суперпозиции многих состояний, квантовые компьютеры не смогли бы решать такие невероятно сложные вычислительные задачи, как моделирование Большого взрыва. Работа Манфра, по сути, является частью глобальных усилий Microsoft по созданию квантовых компьютеров на основе топологических кубитов. Есть и другие подходы, но вряд ли они более простые. Например, Google и IBM стремятся получить квантовые компьютеры на основе проводов, становящихся полупроводниками при очень сильном охлаждении, а также на основе находящихся в вакуумной камере ионизированных атомов, которые захватываются лазерами. Проблема этих подходов состоит в том, что получаемые при их реализации кубиты гораздо чувствительнее к возмущениям окружающей среды, чем топологические, и чем больше кубитов, тем выше чувствительность.
Так что топологические кубиты вполне могут оказаться предвестниками революции в сфере манипулирования крошечными фрагментами микромира. Есть, однако, существенная проблема: эти кубиты ещё не созданы. Исследователи пытаются построить их из объекта, называемого майорановской частицей. Согласно гипотезе Этторе Майораны (Ettore Majorana), выдвинутой в 1937 году, эта частица является собственной античастицей. У электрона и его античастицы (позитрона) свойства, за исключением заряда, идентичны, но заряд майорановской частицы равен нулю.
Учёные считают, что определённые конфигурации электронов и «дыр» (отсутствующих электронов) могут вести себя как майорановские частицы, что когда-нибудь позволит им превратиться в топологические кубиты. В 2012 году физик Лео Коувенховен (Leo Kouwenhoven) из Делфтского технологического университета (Delft University of Technology), Нидерланды, и его коллеги обнаружили в сети, состоящей из сверхпроводящих и полупроводниковых нанопроводов, частицы, похожие на майорановские. И всё же, утверждает Санкар Дас Сарма (Sankar Das Sarma) из Центра теории конденсированного состояния (Condensed Matter Theory Center) в Университете Мэриленда (University of Maryland), Колледж-Парк, единственный способ убедительно доказать существование этих квазичастиц — построить из них топологический кубит.
Однако другие специалисты настроены оптимистично. «На мой взгляд, можно не сомневаться, что в конце концов кто-то сумеет построить топологический кубит — просто потому, что это интересно, — и опишет, как это делается, — считает Стив Саймон (Steve Simon), теоретик из Оксфордского университета (University of Oxford), изучающий конденсированное состояние. — Вот только найдёт ли это применение в квантовых компьютерах будущего — большой вопрос».
Для создания квантовых компьютеров, а также высокотемпературных сверхпроводников и абсолютно защищённых квантовых шифров, могут потребоваться годы. Впрочем, возможно, что всё это окажется неосуществимым. Но, как бы то ни было, исследователи продолжат борьбу за освоение природы в самых маленьких масштабах. Учёные ещё не знают, в какие глубины материи им удастся погрузиться. Они уже забрались на удивление далеко, но чем больше глубина, тем больше сопротивление природы.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://zen.yandex.ru/media/transfor...28df4e59a390a2

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Физика Бога: к каким выводам пришли ученые

Члены некоторых религиозных общин часто раздают прохожим брошюры, в которых рассказывается об уникальности нашей планеты.
В буклетах повествуется о необычности воды, которая при 4 °С имеет максимальную плотность, а при охлаждении ниже этой температуры начинает расширяться, об удивительном расстоянии от Земли до Солнца, дарующем нам мягкий климат на планете... Хватает и других факторов, без которых жизнь в нашем мире была бы невозможна. Исходя из указанных фактов, делается вывод, что своим существованием человечество обязано Богу-Творцу.


Случайности не случайны...

Конечно, рассуждения «Свидетелей Иеговы» и последователей иных религиозных учений выглядят наивно, но и в кругу ученых указывается, что для появления жизни вообще, и разумной жизни в частности, потребовалось много необычных совпадений. Правда, тут речь идет о физических константах. Однако само соотношение фундаментальных физических параметров столь нетривиально, что удивляет самих ученых. В качестве выхода был сформулирован «Антропный принцип» (по-гречески «антропос» означает человек).
Антропный принцип был предложен английским математиком Б. Картером в 1973 году с целью объяснения связи между физическими свойствами Вселенной и существованием в ней наблюдателя, то есть человека. Различают сильный и слабый антропный принципы, причем второй является составной частью первого, обратное утверждение не верно.
Сильный антропный принцип имеет несколько формулировок, общий принцип которых сводится к следующему:

Во Вселенной естественным образом должны были сложиться те физические параметры, которые позволили бы развиваться разумной жизни.

В 1983 году американец Джон Уилер создал свою формулировку сильного антропного принципа, которая гласила, что наблюдатели являются обязательным фактором для обретения Вселенной бытия. Попросту, перефразировав Уилера, получаем, что без наблюдателей Вселенная не существует.


Источник изображения: hackneybooks.co.ukСлабый антропный принцип выглядит более щадящим в отношении существования наблюдателей и известных нам космологических констант. Он также имеет различные формулировки, которые можно свести к следующему:

Мы наблюдаем не всю Вселенную, и даже не ее произвольную часть, а только ту часть, где возможно развитие и существование разумной жизни.

Учитывая подобное утверждение, можно предположить, что существуют части Вселенной, где привычные нам константы имеют совершенно иные значения, но разумная жизнь в таких условиях развиться не может.
Являются ли физические константы константами?

Основным опорным пунктом антропного принципа оказывается предположение, что наблюдаемые человечеством физические константы и законы не являются единственно существовавшими или существующими сейчас. Это значит, что имеются (или имелись) различные части Вселенной (а может и иные Вселенные) в которых реализуются (реализовывались) иные физические законы и константы.


Ученые проанализировали возможность наличия различных законов и констант в зависимости от времени и пространства, что привело к следующим выводам:

• Если существует только единственная Вселенная, то в процессе ее бесконечной эволюции физические константы постоянно меняют свои значения, до тех пор, пока не примут приемлемые величины для зарождения жизни и развития ее в разумную фазу.
• Единственная Вселенная может быть разбита на множество не взаимодействующих между собой областей, в каждой из которых физические постоянные имеют различные величины. В тех частях Вселенной, где сочетание физических постоянных является благоприятным, эволюция приводит к появлению разумных наблюдателей.
• Возможно существование большого количества параллельных миров (Мультивселенная), в каждом из которых реализуются свои значения физических констант.
• Антропный принцип Уилера указывает, что только наличие наблюдателя переводит Вселенную в состояние реальности. Это связано с тем, что провести редукцию квантового состояния (то есть перевести различные квантовые состояния в одно конкретное реальное) способен исключительно разумный наблюдатель.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

18 октября
7,3 тыс. дочитываний
3,5 мин.
9,2 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
7,3 тыс. дочитываний, 80%. Пользователи, дочитавшие до конца.
3,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.




Звук в космосе, атомы размером с Манхэттен… 5 удивительных фактов о наблюдаемой Вселенной

Космическое пространство хранит множество тайн, которые ученые пытаются разгадать не одну сотню лет. Что-то мы узнали, что-то предстоит узнать, а что-то нам не откроется никогда. Тем не менее, с каждым годом космических открытий становится все больше и многие из них действительно поразительны. Мы хотим рассказать вам о 5 фактах о нашей Вселенной, которые вызовут у вас удивление и неподдельный интерес.
1. Атомы размером с Манхэттен



Когда огромная звезда приближается к закату жизни, она превращается в сверхновую: ее внешние слои улетучиваются и остается только одно ядро.
Давление внутри звезды резко падает, запасы водорода истощаются, прекращается синтез, светило больше не производит никакой энергии. После начинается катастрофическое сжатие (при условии, что масса ядра звезды больше 1,4 масс Солнца), его еще называют гравитационным коллапсом - внешняя часть ядра устремляется к центру звезды. Гравитационный коллапс так сильно сжимает атомы, что электроны, вдавленные в ядра, объединяются с протонами, образуя нейтроны. Таким образом рождается нейтронная звезда, сердцевина которой состоит из нейтронов, покрытых тяжелыми атомными ядрами. Все это выглядит примерно как одно большое атомное ядро.
Если масса нейтронной звезды от 1 до 3 масс Солнц, то она будет сжата до 25 километров в диаметре. Получается, что приблизительно 500 тысяч масс Земли будут спрессованы в шар, размером с Манхеттен, который будет напоминать одно большое атомное ядро.
В настоящее время неизвестно, что находится внутри нейтронной звезды. Там могут находиться плотно упакованные нейтроны или какая-нибудь сверхтекучая жидкость, а может и вовсе совершенно неизвестное вещество.
2. Пространство не пустое



Наша атмосфера медленно утекает в космос (это происходит с атмосферой всех планет Солнечной системы): электроны, ускоренные в электрическом и магнитном полях в околоземном пространстве сталкиваются и возбуждают атмосферные газы. Высокозаряженные электроны создают электрические токи, которые нагревают верхнюю границу земной атмосферы и ускоряют отдельные молекулы. В результате сотни тонн газа из верхней границы атмосферы Земли улетучиваются в космос.
Получается, что космическое пространство в какой-то степени наполнено газом. Правда, этот газ настолько разрежен, что не способен даже переносить звук.
Кроме того, считается, что большая часть массы Вселенной состоит из темной материи - субстанции, которую мы еще не смогли обнаружить, но следы которой ученые наблюдают при помощи гравитационных линз и благодаря гравитационному эффекту, возникающему во время движения звезд и других небесных тел.
3. Наша Галактика является частью массивной межгалактической структуры



Наша Галактика входит в состав сверхскопления галактик Ланиакея. Это сверхскопление содержит около 100 000 галактик и простирается на 520 миллионов световых лет. В центре Ланиакеи находится Великий аттрактор - гравитационная аномалия, в десятки тысяч раз более массивная, чем Млечный Путь. Наша галактика и все другие в пределах миллионов световых лет от нас вращаются вокруг этого объекта и постепенно притягиваются к нему.

Подробнее о Ланиакеи вы можете прочитать в нашей статье

4. Планеты-сироты



Планеты-сироты - это планеты (или тела размером с планету), которые зачастую вращаются вокруг центра Млечного Пути. Эти межзвездные странники гравитационно не привязаны ни к одной звезде и свободно перемещаются в космическом пространстве на огромные расстояния. Некоторые ученые предполагают, что рано или поздно эти объекты все же выходят на орбиту какой-либо звезды (их захватывает гравитация светила) или врезаются в другую планету.
В 2017 году на основе данных, собранных методом микролинзирования, ученые пришли к выводу, что в нашей Галактике находится около 100 млрд планет-сирот, в большинстве случаев, они являются суперземлями (класс планет, масса которых превышает массу Земли, но меньше массы газовых гигантов).
5. В космосе есть звук ... Но только иногда



Обычно утверждается, что «в космосе нет звуков», потому что звуковым волнам нужна определенная среда, чтобы распространяться, например, воздушная или газовая, но в вакууме ее нет. Если двух условных людей поместить в вакуум, они не смогли бы услышать друг друга, ведь для того, чтобы слышать, их уши должны воспринимать колебания воздуха.
Однако существует ситуация, когда звуковые волны могут распространяться в пространстве, в частности, во время взрыва сверхновой. Когда происходит взрыв, звуковые волны могут проходить через материал, выброшенный взрывом, например, передвигаться по газовой оболочке.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Квантовая физика наших тел



“Азот в наших ДНК, кальций в наших костях, железо в нашей крови, углерод в наших яблочных пирогах созданы в недрах умирающих звезд. Мы все сотворены из звездной пыли” - Карл Саган, астроном, астрофизик, популяризатор науки.
Почти 13,8 миллиардов лет назад, когда горячая плотная точка, которой тогда была нашей Вселенной, стала быстро расширялась, вся материя и антиматерия, которые существовали, должны были аннигилировать и оставить нам только энергию. И все же небольшое количество материи сохранилось.
В итоге мы оказались в мире, наполненном элементарными частицами. И это не просто какие-то частицы - а частицы, чьи массы и заряды были достаточно точными, чтобы позволить человеку жить. Вот несколько фактов о физике частиц, которая присутствует в вас прямо сейчас.
Частицы, из которых мы состоим
Около 99 процентов вашего тела состоит из атомов водорода, углерода, азота и кислорода. Вы также содержите гораздо меньшее количество других элементов, которые необходимы для жизни.
Хотя большинство клеток вашего тела восстанавливаются каждые 7–15 лет, многие частицы, из которых состоят эти клетки, фактически существуют миллионы тысячелетий. Атомы водорода в вашем теле были созданы в результате Большого взрыва, а атомы углерода, азота и кислорода - в звездах. Очень тяжелые элементы в вас были созданы во взрывающихся звездах.
Размер атома определяется средним расположением его электронов. Ядра примерно в 100 000 раз меньше атомов, в которых они размещены. Если бы атомное ядро ​​было размером с арахис, атом был бы размером с футбольное поле. Если бы мы вдруг потеряли все пустое пространство внутри наших атомов, каждый из нас смог бы поместиться в частицу пыли, а весь человеческий род вписался бы в объем одного сахарного кубика.
Как вы можете догадаться, эти разнесенные частицы составляют лишь крошечную часть вашей массы. Протоны и нейтроны внутри ядра атома состоят из трех кварков. Масса кварков, возникающая в результате их взаимодействия с полем Хиггса, составляет всего несколько процентов от массы протона или нейтрона. Глюоны, носители сильной ядерной силы, которая удерживает эти кварки вместе, совершенно безмассовые.
Если ваша масса не исходит от массы этих частиц, откуда она появляется? Ответ - из энергии. Ученые считают, что почти вся масса вашего тела происходит от кинетической энергии кварков и энергии связи глюонов.
Частицы, которые мы производим
Ваше тело представляет собой небольшую фабрику радиоактивных частиц. Вы получаете дозу в 40 миллирем в год от естественной радиоактивности, возникающей внутри вас. Это то же количество радиации, которое вы получите, если сделаете четыре рентгеновских снимка грудной клетки.
Уровень вашей дозы облучения может увеличиваться на один или два миллирема за каждые восемь часов, которые вы проводите, когда спите рядом с вашим столь же "радиоактивным" близким человеком.
Вы излучаете радиацию, потому что многие продукты, которые вы едите, напитки, которые вы пьете, и даже воздух, которым вы дышите, содержат радионуклиды, такие как калий-40 и углерод-14. Они включаются в ваши молекулы и в конечном итоге распадаются и производят излучение в вашем теле.
Когда калий-40 разлагается, он выделяет позитрон, двойник антивещества электронов, так что вы также содержите небольшое количество антивещества. Средний человек производит более 4000 позитронов в день, около 180 в час. Но сразу после этого позитроны врежутся в ваши электроны и аннигилируют в излучение в форме гамма-лучей.
Частицы, с которыми мы встречаемся
Радиоактивность, излучаемая внутри вашего тела, представляет собой лишь часть излучения, с которым вы естественным образом (и безвредно) сталкиваетесь каждый день. Средний человек получает дозу облучения около 400-500 миллирем в год. Пища, которую вы едите, дом, в котором вы живете, камни и почва, по которой вы ходите, подвергают вас воздействию низкого уровня радиоактивности.
Космические лучи, высокоэнергетическое излучение из космоса, постоянно попадают в нашу атмосферу. Там они сталкиваются с другими ядрами и производят мезоны, многие из которых распадаются на частицы, такие как мюоны и нейтрино.
Все они обрушиваются на поверхность Земли и проходят через вас. Они добавляют около 27 миллирем к вашей годовой дозе радиации. Эти космические частицы могут иногда нарушать нашу генетику, вызывая тонкие мутации, и могут быть фактором, способствующим эволюции.
В дополнение к бомбардировке нас фотонами, наше Солнце также выпускает поток частиц, называемых нейтрино. Нейтрино - это постоянные посетители в вашем теле, которые проникают через него со скоростью почти 100 триллионов в секунду.
Многие нейтрино были вокруг с первых нескольких секунд рождения ранней вселенной, они даже старше ваших собственных атомов. Но эти частицы настолько слабо взаимодействуют с веществом, что проходят сквозь вас, не оставляя никаких признаков взаимодействия.
Вы также, вероятно, сталкиваетесь с постоянным потоком частиц темной материи. Темная материя не излучает, не отражает и не поглощает свет, что затрудняет ее обнаружение, однако ученые считают, что она составляет около 80 процентов вещества во Вселенной.
Глядя на плотность темной материи во всей вселенной, ученые подсчитали, что сотни тысяч этих частиц могут проходить сквозь вас каждую секунду, сталкиваясь с нашими атомами примерно раз в минуту. Но темная материя практически не взаимодействует с веществом, из которого вы состоите, поэтому вряд ли она оказывает какое-либо заметное влияние на ваше тело.
В следующий раз, когда вам станет интересно, как физика элементарных частиц применима к вашей жизни, просто мысленно загляните внутрь себя и подумайте что - "Мы все рождены из звезд".

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Теория струн на пальцах



Пространство Калаби-ЯуЕдинственная проблема — принять эту теорию как физическую, она слишком математична. Почему?
Потому что появлением своим обязана одной простой функции — бета-функции Эйлера на самом деле, не такой сложной, как с первого взгляда кажется. Эту функцию изучают в курсе математического анализа.
Так почему же именно эта функция явилась началом такой большой и запутанной теории?


бета-функция Эйлера (График бета-функции при вещественных аргументах)В 1968 году молодой итальянский физик-теоретик Габриэле Венециано пытался описать, как взаимодействуют между собой частицы атомного ядра: протоны и нейтроны. У ученого появилась блестящая догадка. Он понял, что все многочисленные свойства частиц в атоме может описать одна математическая формула (бета-функция Эйлера). Она была придумана двести лет назад швейцарским математиком Леонардом Эйлером и описывала интегралы в математическом анализе.
Венециано использовал ее в своих расчетах, но не понимал, почему она работает в этой области физики. Физический смысл формулы смогли раскрыть в 1970 году американские ученые Йоиширо Намбу, Леонард Сасскинд, а также их датский коллега Хольгер Нильсен. Они предположили, что элементарные частицы — маленькие колеблющиеся одномерные струны, микроскопические нити энергии. Если эти струны являются такими крохотными, рассуждали исследователи, то они по-прежнему будут выглядеть как точечные частицы и, следовательно, не будут влиять на результаты экспериментов. Так и появилась теория струн.
С давних пор философы спорят о том, есть ли у Вселенной определённое происхождение или она существовала всегда. Общая теория относительности подразумевает конечность «жизни» Вселенной — расширяющаяся Вселенная должна была возникнуть в результате Большого взрыва.
Однако, в самом начале Большого взрыва теория относительности не действовала, поскольку все происходившие в тот момент процессы носили квантовый характер. В теории струн, которая претендует на звание квантовой теории гравитации, вводится новая фундаментальная физическая постоянная — минимальный квант длины (т.е. наименьшая длина по сути). В результате старый сценарий Вселенной, рождённой в Большом взрыве, становится несостоятельным.


Пространство на квантовом уровнеСтруны – это самые маленькие объекты во Вселенной.Размер струн сопоставим с планковской длиной (10^ –33 см). Согласно теории струн, это минимальная длина, которую может иметь объект во Вселенной.
Большой взрыв всё же имел место, но плотность материи в тот момент не была бесконечной, а Вселенная, возможно, существовала и до него. Симметрия теории струн предполагает, что у времени нет ни начала, ни конца. Вселенная могла возникнуть почти пустой и сформироваться к моменту Большого взрыва или пройти несколько циклов гибели и возрождения. В любом случае эпоха до Большого взрыва оказала огромное влияние на современный космос.
В нашей расширяющейся Вселенной галактики разбегаются, словно рассеивающаяся толпа. Они удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними: галактики, разделённые 500 млн. световых лет, разбегаются вдвое быстрее, чем галактики, разнесённые на 250 млн. световых лет. Таким образом, все наблюдаемые нами галактики должны были в момент Большого взрыва одновременно стартовать из одного и того же места. Это справедливо даже в том случае, если космическое расширение проходит периоды ускорения и замедления. На диаграммах пространства и времени галактики перемещаются по извилистым путям в наблюдаемую часть пространства и из неё (жёлтый клин). Однако пока точно неизвестно, что же происходило в тот момент, когда галактики (или их предшественники) начали разлетаться.


История ВселеннойВ стандартной модели с Большим взрывом (на рисунке слева), основанной на общей теории относительности, расстояние между любыми двумя галактиками в определённый момент нашего прошлого равнялось нулю. До этого момента время не имеет смысла.
А в моделях, учитывающих квантовые эффекты (на рисунке справа), в момент старта любые две галактики были разделены некоторым минимальным расстоянием. Такие сценарии не исключают возможности существования Вселенной до Большого взрыва
Вторая часть будет скоро, оставайтесь с нами.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

47















47






THE SPACEWAY12 818 подписчиков




Парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена или почему во Вселенной есть копия каждого из нас

Вчера
1,7 тыс. дочитывание
1,5 мин.
2 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
1,7 тыс. дочитываний, 86%. Пользователи, дочитавшие до конца.
1,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.



В 1933 году Альберт Эйнштейн вместе со своими учениками Борисом Подольским и Натаном Розеном провел необычный мысленный эксперимент, который, как планировал физик, должен был пошатнуть основы квантовой теории того времени.


© popularmechanics.comОднако это привело к тому, что Эйнштейн буквально пришел в бешенство от собственных же идей и все это по сей день служит источником головной боли для квантовых физиков.
Итак, представьте атом, испускающий в противоположных направлениях два электрона, которые вращаются в разных направлениях, а значит их суммарное вращение равно нулю.
При этом, важно отметить, вы не знаете какой электрон в каком направлении вращается.
Если у вас в запасе достаточно много времени, то вы застанете тот момент, когда расстояние между электронами будет составлять миллионы или даже миллиарды световых лет.
Теперь представьте, что вы получаете возможность измерить спин какого-то из электронов и вы узнаете, что его вектор направлен вверх. Через доли секунды вы уже будете знать, что спин второго электрона направлен противоположно вниз.
То есть вы бы получили информацию мгновенно и расстояние в миллионы/миллиарды световых лет для вас не было бы проблемой!

Разве это не противоречит легендарной теории относительности Эйнштейна? Парадокс заставил ученого серьезно понервничать и, пытаясь найти объяснение столь логичному эксперименту, ситуация лишь усугублялась.
Альберта Эйнштейна бесило не то, что информация о спине электрона передается быстрее скорости света, а идея "нелокальности Вселенной".

Все тяжелые элементы были рождены в результате взрывов сверхновых и их распространение было равномерным по всем направлениям. Выходит, что атомы из которых состоят наши тела, связаны невидимыми нитями с аналогичными атомами на другом конце Вселенной.


© sellfy.comВыходит, что атомы из которых состоит Земля, связаны с такими же атомами, как и атомы Солнца, атомы всего Млечного Пути, всей локальной группы галактик.
Бесконечность Вселенной гарантирует существование копии каждого из нас, нашей Земли, Солнечной системы и так далее.

Другими словами, "локальная Вселенная" подразумевает уникальность происходящего здесь и сейчас, но квантовая физика доказывает, что есть взаимосвязанные атомы из которых состоит все, что присутствует в нашем материальном мире.
Наши движения и мысли мгновенно отражаются на состояниях атомов, находящихся в миллиардах световых лет от нас или же наоборот...
Мы недавно публиковали видео о том, как нечто загадочное синхронизирует галактики, превращая их в единый "организм" и, кажется, разбираясь в данной теме мы, смогли приблизиться к ответу.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Теория струн на пальцах. Часть 2




В прошлой части я рассказывал о том, откуда взялась теория струн, а теперь попробую рассказать, почему этих теорий так много: теории струн, суперструн, М-теории.


О каждой из теорий поподробнее:
Теория струн:
Как мы с вами уже знаем теория струн — это чисто математическая теория, которая гласит, что все в нашем мире (и не в нашем:) тоже) является следствием «колебаний» микроскопических объектов порядка планковской длины.


Возможно, вся материя состоит из струн.По свойствам струна напоминает струну скрипки. Каждая струна может совершать огромное (на самом деле бесконечное) число различных колебаний, известных под названием резонансных колебаний. Это колебания, у которых расстояние между максимумами и минимумами одинаково, и между закреплёнными концами струны укладывается в точности целое число максимумов и минимумов. Например, человеческое ухо воспринимает резонансные колебания как различные музыкальные ноты. Схожие свойства имеют струны в теории струн. Они могут осуществлять резонансные колебания, в которых вдоль длины струн укладывается в точности целое число равномерно распределённых максимумов и минимумов. Точно так же, как различные моды (набор характерных для колебательной системы типов гармонических колебаний) резонансных колебаний скрипичных струн рождают различные музыкальные ноты, различные моды колебаний фундаментальных струн порождают различные массы и константы взаимодействия.


Согласно специальной теории относительности энергия и масса (Е равно эм це квадрат:) представляют собой две стороны одной медали: чем больше энергия, тем больше масса и наоборот. А в соответствии с теорией струн, масса элементарной частицы определяется энергией колебания внутренней струны этой частицы. Внутренние струны более тяжёлых частиц совершают более интенсивные колебания, струны лёгких частиц колеблются менее интенсивно.
Что особенно важно, характеристики одной из мод колебаний струн в точности совпадают с характеристиками гравитона, гарантируя, что гравитация является неотъемлемой частью теории струн.
Я не хочу пока вдаваться в подробности про «геометрию» струн, скажу только что безмассовые частицы, которые могут быть фотонами, происходят из колебаний или открытых, или замкнутых струн. Гравитоны происходят только из колебаний замкнутых струн, или петель. Струны взаимодействуют между собой, образуя петли. Из этих петель возникают более крупные частицы (кварки, электроны). Масса этих частиц зависит от энергии, выделяемой петлей, когда та вибрирует.
В теории струн могут быть только две фундаментальные константы (в других теориях констант намного больше, даже самых фундаментальных. Например, Стандартная модель требует 26 констант). Одна, называемая натяжением струны, описывает, сколько энергии содержится на единицу длины струны. Другая, называемая струнной константой связи, есть число, означающее вероятность распада струны на две струны, соответственно вызывая силы; поскольку это вероятность, это просто число, без размерных единиц.
Теория суперструн:
Все, что нужно знать и понимать из этой фразы то, что эта теория является обобщенной теорией струн. В этой теории всё рассматривается с точки зрения суперсимметрии — … НО!
Перед тем, как перейти к обсуждению суперсимметрии, вспомним понятие спина. Спин — это собственный момент импульса, присущий каждой частице. Он измеряется в единицах постоянной Планка и бывает целым или полуцелым. Спин является исключительно квантовомеханическим свойством, его нельзя представить с классической точки зрения. Наивная попытка трактовать элементарные частицы как маленькие «шарики», а спин — как их вращение, противоречит специальной теории относительности, так как точки на поверхности шариков должны в таком случае двигаться быстрее света. Электроны обладают спином 1/2, фотоны — спином 1.
Суперсимметрия — это симметрия между частицами с целым и полуцелым спином.
Вкратце она заключается в построении теорий, уравнения которых не изменялись бы при преобразовании полей с целым спином в поля с полуцелым спином и наоборот. С тех пор были написаны тысячи статей, суперсимметризации были подвергнуты все модели квантовой теории поля, был разработан новый математический аппарат, позволяющий строить суперсимметричные теории.
Известные в природе частицы в соответствии с их спином подразделяются на бозоны (целый спин) и фермионы (полуцелый спин). Первые частицы являются переносчиками взаимодействий, например, фотон, который переносит электромагнитные взаимодействия, глюон, который переносит сильное ядерное взаимодействие, и гравитон, который переносит гравитационные силы. Из вторых же состоит материя, из которой мы сделаны, такая как электрон или кварк.


Фермионы (частицы, которые подчиняются статистике Ферми-Дирака) и бозоны (частицы, которые подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна) могут сосуществовать в одной и той же физической системе. Такая система будет обладать особым видом симметрии — так называемой суперсимметрией, отображающей бозоны в фермионы и наоборот. Для этого, конечно, требуется равное количество бозонов и фермионов, но условия существования суперсимметрии этим не ограничиваются. Суперсимметричные системы живут в суперпространстве. Суперпространство получается из обычного пространства-времени, когда к нему добавляются фермионные координаты. В суперпространственной формулировке преобразования суперсимметрии выглядят похожими на вращения и сдвиги в обычном пространстве. А живущие в нем частицы и поля представляются набором частиц или полей в обычном пространстве, причем таким набором, в котором строго фиксировано количественное соотношение бозонов и фермионов, равно как и некоторые их характеристики (в первую очередь спины). Входящие в такой набор частицы-поля называются суперпартнерами.
Итак, обычная теория струн описала лишь частицы, являвшиеся бозонами, потому она получила название «бозонная теория струн». Но она не описывала фермионы. Поэтому кварки и электроны, например, не были включены в бозонную теорию струн.
Но добавив к бозонной теории струн суперсимметрию, получили новую теорию, которая описывает как силы, так и материю, составляющую Вселенную. Она получила название «теория суперструн».
Существует три различные имеющие смысл теории суперструн, т.е. не имеющие математических несообразностей. В двух из них фундаментальным объектом является замкнутая струна, тогда как в третьей, строительным блоком является незамкнутая струна. Более того, смешав лучшие стороны бозонной теории струн и теории суперструн, получили последовательные теории струн — гетеротические теории струн.
Таким образом, суперструна — это суперсимметричная струна, то есть по-прежнему струна, но живущая не в обычном нашем пространстве, а в суперпространстве.
М-ТЕОРИЯ
В середине 1980-х теоретики пришли к выводу, что суперсимметрия, являющаяся центральным звеном теории струн, может быть включена в неё не одним, а пятью различными способами, что приводит к пяти различным теориям: типа I, типов IIA и IIB, и две гетеротические струнные теории. Из соображений здравого смысла (не может действовать одновременно 2 варианта одного и того же физического закона) считалось, что только одна из них могла претендовать на роль «теории всего», причём та, которая при низких энергиях и компактифицированных (т.е. свернутых до размеров планковских длин.
Получается, что мы как раз и наблюдаем нашу 4-х мерную Вселенную без этих 6-ти измерений, которые мы просто-напросто не видим) шести дополнительных измерениях согласовывалась бы с реальными наблюдениями. Оставались открытыми вопросы о том, какая именно теория более адекватна и что делать с остальными четырьмя теориями.
Суть:
Если при этом размер компактного измерения окажется порядка размера струн (10 в -33 степени сантиметра), то мы из-за малости этого измерения попросту не сможем никак его напрямую увидеть. В конечном итоге мы получим наше (3+1)-мерное пространство, в котором каждой точке нашей 4-мерной Вселенной отвечает крохотное 6-мерное пространство.
В ходе исследований было показано, что такое наивное представление неверно. В середине 1990-х Эдвард Виттен и другие физики-теоретики обнаружили веские доказательства того, что все пять суперструнных теорий тесно связаны друг с другом, являясь различными предельными случаями единой 11-мерной фундаментальной теории. Эта теория получила название М-Теории.
Когда Виттен дал название М-теории, он не уточнял, что обозначает М, предположительно, потому, что не чувствовал за собой права давать название теории, которую он не мог полностью описать. Предположения о том, что может обозначать М, стало игрой среди физиков-теоретиков. Одни говорят, что М означает «Мистическая», «Магическая» или «Материнская». Более серьёзные предположения — «Матричная» и «Мембранная». Кто-то заметил, что М может быть перевёрнутой W — первая буква имени Witten (Виттен). Другие предполагают, что М в М-теории должно означать «Недостающая» (англ. Missing) или даже «Мутная» (англ. Murky).


Развитие 11-мерной М-теории позволило физикам заглянуть за пределы времени, перед которым произошёл Большой взрыв.


Браны в 10-11 мерном пространстве сталкиваются и создают Большой Взрыв на "поверхности" бран... Была создана теория, согласно которой наша Вселенная является следствием столкновения объектов в другой Вселенной, которых, в свою очередь, может быть бесчисленное множество. Таким образом, раскрытие одного вопроса привело к появлению еще большего количества вопросов.
М-Теория была взята учёными, как теория всего. То есть эта теория подходит для объяснения всего: как зародилась Вселенная, что было до рождения нашей Вселенной, отвечает на вопрос существования времени до зарождения Вселенной (время существовало ещё до рождения Вселенной), раскрывает будущее Вселенной.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Теория струн на пальцах. Часть 3

Предыдущая часть
Струнные дыры
Общепринятая сейчас теория чёрных дыр, выдвинутая сорок лет назад физиком Джоном Уилером, гласит, что после «выгорания» звезды, её останки сжимаются с такой силой, что сила притяжения превышает силу отталкивания, и в результате остаётся сингулярность: точка в пространстве, где материя находится в состоянии «бесконечной плотности». Сингулярность окружает так называемый «горизонт событий», гипотетическая граница, которую не способны преодолеть оказавшиеся внутри неё материя и энергия. Они «втягиваются» в чёрную дыру и навсегда остаются внутри.


Представление чёрной дырыЭто-то «навсегда» и вызывает вопросы.
В 1975 году крупнейший теоретик чёрных дыр Стивен Хокинг из Кембриджского университета установил (правда, лишь теоретически), что чёрные дыры медленно, но неизбежно испаряются. В соответствии с законами квантовой механики, пары «виртуальных» частиц и античастиц постоянно бурлят в пустом пространстве. Хокинг показал, что гравитационная энергия чёрных дыр может передаваться «виртуальным» частицам у самого горизонта событий. В этом случае «виртуальные» частицы становятся реальными и выходят за пределы горизонта вместе с позитивной энергией в форме «излучения Хокинга». Таким образом, со временем чёрная дыра испаряется.
Температура излучения Хокинга (излучение вблизи горизонта событий чёрной дыры, имеющее тепловой спектр):
Температура излучения чёрной дыры


где — постоянная Планка, c — скорость света в вакууме, k — постоянная Больцмана, G — гравитационная постоянная, и, наконец, M — масса чёрной дыры. Например, несложно вычислить, что черная дыра массой 2*10^30 кг (масса Солнца) будет иметь температуру излучения равную 6,135*10^(-8) Кельвинов. Это очень маленькая температура, даже по сравнения с фоновым излучением Вселенной с температурой 2,7 Кельвина.
Но температуры известных астрономам чёрных дыр слишком малы, чтобы излучение от них можно было бы зафиксировать — массы дыр слишком велики. Поэтому до сих пор эффект не подтверждён наблюдениями.
Однако такой взгляд приводит к «информационному парадоксу». Получается, что согласно теории относительности, информация о материи, попадающей в чёрную дыру, теряется, тогда как квантовая механика утверждает, что информация может в итоге вырваться наружу.
Хокинг на это отметил, что хаотичная натура «излучения Хокинга» означает, что энергия вырывается наружу, а информация нет. Однако в 2004-м году он изменил своё мнение — и это лишь один из пунктов пересмотра современной наукой всех своих взглядов на чёрные дыры.


Дело в том, что сейчас теоретики пытаются «примерить» на чёрные дыры (и все теоретические неувязки, связанные с ними) теорию струн. Теория струн сейчас — это лучшая попытка объединить общую теорию относительности и квантовую механику, поскольку сами струны несут в себе гравитационную силу, а их вибрация является случайной, как и предсказывает квантовая механика.
В 1996 году Эндрю Стромингер и Камран Вафа из гарвардского университета решили подойти к проблеме информационного парадокса путём определения того, как чёрная дыра может быть устроена изнутри.
Выяснилось, что теория струн дозволяет выстраивание исключительно плотных и мелкомасштабных структур из самих струн и других описываемых теорией объектов, часть из которых имеют более трёх измерений. И эти структуры вели себя как раз как чёрные дыры: их гравитационная тяга не выпускает наружу свет.
Количество способов организации струн внутри чёрных дыр, — просто огромно. И, что особо интересно, эта величина полностью совпадает с величиной энтропии чёрной дыры, которую Хокинг и его коллега Бекенштейн рассчитали ещё в семидесятые годы.
Однако определение количества возможных вариантов сочетания струн — это ещё не всё. В 2004-м году команда Самира Матура из Университета штата Огайо взялась за прояснение вопроса возможного расположения струн внутри чёрной дыры. Выяснилось, что почти всегда струны соединяются так, что образуют единую — большую и очень гибкую — струну, но куда большего размера, нежели точечная сингулярность.
Группа Матура вычислила физические размеры нескольких «струнных» чёрных дыр, (которые участники группы предпочитают называть fuzzballs — «пуховыми шариками», или stringy stars — «струнными звёздами»). И с удивлением обнаружили, что размеры этих струнных образований совпадали с размерами «горизонта событий» в традиционной теории.
В связи с этим Матур предположил, что т.н. «горизонт событий» на самом деле представляет собой «пенящуюся массу струн», а не жёстко очерченную границу.
И что чёрная дыра на самом деле не уничтожает информацию по той причине, например, что никакой сингулярности в чёрных дырах просто нет. Масса струн распределяется по всему объёму до горизонта событий, и информация может храниться в струнах и отпечатываться на исходящем излучении Хокинга (а следовательно выходить за порог событий).
Впрочем, и Вафа, и Матур признают, что эта картина носит весьма предварительный характер. Матуру ещё предстоит проверить, как его модель подходит к крупным чёрным дырам, или понять, как чёрные дыры эволюционируют.
Ещё один вариант предложен Гэри Горовицем из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре и Хуаном Малдасеной из принстоновского Института передовых исследований. По мнению этих исследователей, сингулярность в центре чёрной дыры всё-таки существует, однако информация в неё просто не попадает: материя уходит в сингулярность, а информация — путём квантовой телепортации — отпечатывается на излучении Хокинга. Многие физики оспаривают данную точку зрения, отвергая возможность мгновенного перехода информации.
Экстремальные черные дыры.
Многообразие (Евклидово пространство является самым простым примером многообразия. Более сложным примером может служить поверхность Земли. Возможно сделать карту какой-либо области земной поверхности, например карту полушария, но невозможно составить единую (без разрывов) карту всей её поверхности) по которому может двигаться струна называется D-браной или Dp-браной (при использовании второго обозначения ‘p’ — целое число, характеризующее число пространственных измерений многообразия). Пример — две струны, у которых один или оба конца закреплены на 2-мерной D-бране или D2-бране:
D-браны могут иметь число пространственных измерений от -1 до числа пространственных измерений нашего пространства-времени. Само слово ‘брана’ произошло от слова ‘мембрана’, которая является двумерной поверхностью.


Для чего я тут про это написал, а вот:
Браны сделали возможным описание некоторых специальных черных дыр в рамках теории струн (Это открытие сделали Эндрю Строминджер и Кумрун Вафа в 1996 г. Выше.)
Взаимосвязь бран с черными дырами косвенная, но убедительная. Вот как это происходит: Вы начинаете с выключения гравитационной силы (вы делаете это, устанавливая струнную константу связи (число, означающее вероятность распада струны на две струны — одна из двух фундаментальных постоянных в теории струн. Первая — это «натяжение» струны) на нуле). Это может показаться странным для описания черных дыр, которые есть ничто иное, как гравитация, однако, посмотрим, что происходит дальше. С отключенной гравитацией мы можем рассмотреть геометрии, в которых многие браны накручены вокруг дополнительных измерений. Теперь мы используем факт, что браны переносят электрические и магнитные заряды. Оказывается, что имеется предел того, как много заряда может иметь брана, этот предел связан с массой браны. Конфигурации с максимально возможным зарядом очень специфичны и называются экстремальными. Они включают в себя одну из ситуаций, когда имеются дополнительные симметрии, которые позволяют проводить более точные вычисления. В особенности, такие ситуации характеризуются наличием нескольких различных суперсимметрий, которые связывают фермионы и бозоны.
Имеется также максимальное количество электрического или магнитного заряда, которое может иметь черная дыра, и все еще быть стабильной. Они называются экстремальными черными дырами, и они многие годы изучались специалистами по ОТО.
Несмотря на тот факт, что гравитационная сила была выключена, экстремальная система бран делит некоторые свойства с экстремальными черными дырами. В особенности, идентичны термодинамические свойства двух систем. Таким образом, через изучение термодинамики экстремальных бран, накрученных на дополнительные измерения, можно воспроизвести термодинамические свойства экстремальных черных дыр.
Одной из проблем физики черных дыр было объяснение открытия Якоба Бекенштейна и Стивена Хокинга, что черные дыры имеют энтропию и температуру. Новая идея из теории струн такова (в случае экстремальных черных дыр) что вы можете продвинуться в изучении аналогичных систем экстремальных бран, свернутых вокруг дополнительных измерений. Фактически, многие свойства двух систем в точности одинаковы. Это почти сверхъестественное совпадение возникает потому, что в обоих случаях имеется несколько различных суперсимметричных преобразований, связывающих фермионы и бозоны. Оказывается, они позволяют сконструировать убедительную математическую аналогию, которая заставляет термодинамики* двух систем быть идентичными.
____________
* Термодинамика черной дыры (свойства):

• Сила гравитации одинакова по всей поверхности горизонта событий
• Площадь горизонта событий черной дыры не может уменьшаться со временем при любом классическом процессе.
• В любых неравновесных процессах с участием чёрных дыр (например, при их столкновении) площадь поверхности увеличивается.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Вечный двигатель своими руками. Очень быстро. И он функционирует

2 ноября
9,5 тыс. дочитываний
1,5 мин.
15 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
9,5 тыс. дочитываний, 63%. Пользователи, дочитавшие до конца.
1,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.



Все очень просто, друзья. Берем например, вот эти две достаточно толстые книжки в твердом переплете и выставляем их вертикально рядом. Расстояние между поверхностями 2 - 3 сантиметра. Вот в принципе, все. Незаметно, что что то происходит, но оно происходит. Определенно, происходит.


...Так что же, что мы должны увидеть и понять?! - воскликнет нетерпеливый любознательный читатель. А вот что. Между двумя любыми плоскопараллельными поверхностями происходит нечто. Назовем это "структурирование пространства". Или же "индуцированный сброс квантов в резонаторе". То и другое по своему верно.
Как же я пришел к такому выводу? Разумеется, не компилируя статьи других авторов под мерное жужжание кондиционера, как то ныне принято. Король истины - практический опыт.


Слева на рисунке крутильные весы, вид сверху. Проводя эксперимент совсем в других целях, я заметил, что плоская поверхность, укрепленная на коромысле крутильных весов, во что бы то ни стало стремится притянуться к другой подобной параллельной ей поверхности. Заинтересовавшись этим я исключил влияние сил электростатики и повторил опыт. Даже при том, что обе пластины были металлическими, соединялись с "землей" и соответственно друг с другом медной нитью, эффект притяжения повторился.
С чем это может быть связано? Вероятно, между сведенными на определенное расстояние (до 4 см.) пластинами принимается циркулировать воздушный вихрь. Давление здесь несколько понижается. И, разумеется, упомянутые объекты идут на сближение.
Вихрь достаточно слаб. Почувствовать его можно только, как в нашем случае, если одна из пластин подвешена рядом с другой на коромысле весов, вне посторонних влияний. Но он есть.
В другом варианте пластины располагались во вместительной стеклянной бюретке (около 2, 5 л.), так же параллельно друг другу. Расстояние варьировалось. Частицы акварели, взвешенные в воде или сиропе должны были бы обрисовать течения полученного таким образом вихря. Своеобразного красивого "яблока" с сердцевиной из пластин, как было задумано, получить в общем то не удалось. Пока. Однако стало понятно что вещество между пластинами определенно, образует некую структуру.



Об этом мы и поговорим в следующем выпуске "Живой науки". Сейчас же сделаем вывод. Вихри образуются везде. Затравка их появления - элементарные две поверхности. В некоторых случаях центром "вихреобразования" может стать единичный объект.
И надо думать, друзья мои, эти вихри собирают к этим центрам рассеянную в пространстве, казалось бы, уже безвозвратно потерянную в сутолоке элементарных частиц, энергию...

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

8






Движение - это жизнь1777 подписчиков




Научные эксперименты по изучению материального характера энергии (ЦИ)

25 октября
776 дочитываний
1 мин.
1,1 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
776 дочитываний, 68%. Пользователи, дочитавшие до конца.
1 мин. Среднее время дочитывания публикации.



(Отрывок из книги "300 вопросов о цигун")
Эксперименты с инфракрасной аппаратурой.
Был использован инфракрасный тепломер типа HD-II (в диапазоне 8-14 мкм). Один из авторов этой книги, Линь Хоушэн, держал ладонь на расстоянии 1м от прибора и посылал устойчивое излучение внешнего ци на прибор, точка лао-гун (в центре ладони) давала сигналы инфракрасного излучения, которые отличаются от тепла, излучаемого обычными людьми, более низкой частотой.


Отрывок из книги "300 вопросов о цигун"Эксперименты с приборами статического электричества.
Во время эксперимента мастера цигуна Чэн Чжицзю и Лю Цзиньжун излучали ци всеми точками своего тела, при этом сигналы регистрировались на расстоянии 2 см от точки ин-тан у Чэн Чжицзю и на расстоянии 5 см от точки бай-хуй у Лю Цзиньжуна, величина сигнала колебалась от 10-14 до 10-11 Кл (это примерно равно заряду в 100 тыс. - 1 млн электронов). Обнаружено также, что при изменении характера упражнений величина статического электричества и форма сигнала, его мощность и полярность также изменялись.

Эксперименты с приборами, регистрирующими магнитное излучение.
Во время опытов Лю Цзиньжун направил свое излучение на точку бай-хуй, его партнер наносил по этой точке удары металлической пластиной (шириной 5 см, длиной 76 см, толщиной 4 мм), пластина гнулась, но Лю боли не ощущал. Измерения с помощью двухполюсной магнитной трубки показ

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.gismeteo.ru/news/science...ndexZenSpecial
Финский ученый записал «песню», которую исполняет сама Земля

25 ноября 8:20Ученый Люсиль Турк, занимающийся исследованиями магнитосферы Земли в Хельсинкском университете (Финляндия), смоделировал гул, издаваемый планетой в процессе ее «защиты» от воздействия солнечного ветра. О научной работе сообщает American Geophysical Union.
https://www.youtube.com/watch?time_c...ature=emb_logo


Как известно, звуки не распространяются в условиях вакуума. Поэтому в космическом пространстве невозможно ничего услышать. Но можно «конвертировать» то, как проявляет себя магнитное поле Земли, в звук. Тогда выяснится, что наша планета издает довольно серьезный шум.
Vlasiator team, University of HelsinkiИсследователи переводят в звуковой формат магнитно-акустические волновые колебания, возникающие в процессе взаимодействия магнитосферы Земли и солнечного ветра, а затем анализируют получившийся сигнал.
Для записи своеобразной музыкальной композиции, исполняемой самой Землей, были задействованы четыре спутника ESA.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?time_c...ature=emb_logo