необычная физика. физика необычного.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

О двух (нет, о трёх) интересных поворотах.

Насколько помню себя, меня не вполне устраивали «школьные», а впоследствии и «институтские» обоснования многих физических явлений. Так, например, я не мог понять смысл гироскопических эффектов, силу Кориолиса, наличие центростремительного ускорения, проявление молекулярных сил Ван-дер-Ваальса. Как феномены, эти явления вполне предсказуемы, но их СМЫСЛ, причина их возникновения не имели адекватного объяснения. В дальнейшем, когда постижение научных теорий приходилось преодолевать самостоятельно, возникали другие недоумения, как то,- почему происходит увеличение размеров при переходе с одного поколения лептонов на другое, почему, вообще, атомы более лёгких элементов больше своих «тяжёлых» соседей, в чём смысл подъёмной силы крыла в частности, и уменьшения давления в бернуллиевом потоке, вообще? Наконец, в чём смысл самой большой загадки человечества – гравитации? Сейчас, когда в университетах обучаются уже мои дети, я вижу, что система осталась прежней, и им самим придётся искать скрытые смыслы бытия.
Есть такой эффект, когда пара противоположных вращений порождает мгновенное прямолинейное движение. Наш исследователь по проблемам атомного ядра Шашлов В.А. называет его ПС-эффект (от «пара спинов»). Причём, когда центры вращений лежат с центром системы на одной прямой, данный эффект нивелируется. Стоит же в системе вращений появиться пусть даже и небольшому «плечу», система сразу будет испытывать напряжение с реализацией такого мгновенного прямолинейного движения. Этот эффект можно наглядно представить в виде лодки, прямолинейное движение которой осуществляется двумя круговыми движениями вёсел.
ПС-эффект своей реализацией имеет следующие следствия:
1. Увеличение геометрических размеров объектов, участвующих в таком движении.
Так, геометрический размер лептонов увеличивается на величину, кратную «плечу» пары спинов. Причём, увеличиваются размеры как лептонов электронного класса (электрон, мюон и тау), так и кварковые структуры(u-c-t; d-s-b). В связи с этим интересна и нерешённая проблема размера (радиуса) протона. Почему смена электрона на мюон в эксперименте сразу ведёт к изменению и протонного радиуса? В стандартной физике все такие состояния одной и той же частицы принимаются как разные независимые частицы, плодя излишние сущности и увеличивая «зоопарк» первокирпичиков. Более наглядное увеличение геометрического размера мы можем наблюдать при термодинамическом расширении нагретого тела.
2.Возникновение магнитных моментов между такими объектами.
Этот эффект хорошо объясняет появление аномальных магнитных моментов нуклона - проблему, стоящую перед теоретической физикой с 30-х годов ХХ века.
3. Образование квантов действия (ћ), преобразующихся в кванты энергии (ΔЕ) и импульса (Δр).
Квант действия ка бы «раскладывается» по временному и пространственному интервалам с последующей передачей частице энергии и импульса, причём, не «смешивая» их.
В атомной физике существует правило Хунда, определяющее последовательность заполнения электронных оболочек атомов. Сначала все электронные спины в оболочке атома выстраиваются параллельно. Затем, когда все возможные варианты параллельного расположения окажутся заполненными, только после этого электроны начинают выстраиваться в антипараллельные пары. Такое заполнение атому «выгодно» потому что этим самым максимально отдаляется момент времени, когда начнет проявляться «нестабильный» ПС-эффект.
Очень интересно проявление ПС-эффекта в явлении сверхпроводимости. Вещество, находящееся в этом состоянии является как бы «вывернутым» относительно самого себя. Внешним для такого вещества становится не наше евклидово, а гиперболическое псевдоевклидово пространство. При этом «выворачиваются» и спины элементарных частиц. Они уже могут принимать не только фиксированные антипараллельные значения для двух диаметрально противоположных электронов (их ещё называют куперовскими парами), но и для любых (всех) своих соседей. Именно поэтому в состоянии сверхпроводимости вещество ведёт себя синхронно, как единый атом, как одна большая куперовская пара (семья).
Можно много рассказывать о многочисленных проявлениях ПС-эффекта в нашем мире,- образование химических связей (в частности, в молекуле воды), формирование структуры ДНК, принцип передачи нейронной связи, механизм реализации реактивной тяги, и многое другое. Я хочу отметить здесь вот какой момент. Мгновенное прямолинейное движение как результат ПС-эффекта, само далее порождает производное себе мгновенное же круговое движение. Структуру такого мгновенного кругового движения физики именуют нейтрино.
PS. В связи с изложенным становится понятным мгновенный характер передачи гравитационного взаимодействия.
PS2. Дочь просила написать что-нибудь про механизм образования шаровой молнии. Вполне может статься, что шаровая молния - это электрон, размеры которого "накачал" ПС-эффект.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Настоящий щит невидимости: принцип работы

Приветствую вас, мои любознательные читатели. Сегодня я расскажу вам об одном, очень интересном виде линзы, ставшей популярным трендом в интернете в последнее время, которая в прямом смысле слова делает объекты невидимыми. В этой статье я постараюсь полностью разобрать физические (оптические) характеристики этого удивительного полимера под названием "линза Лубора."


То, что вы видите на картинке выше, имеет общее название "линзы Френеля". Такие линзы использовались в старых телевизорах, а так же их можно встретить в конструкции маяков. Представляет собой пластиковую пластину с микроскопическими рёбрами на поверхности. Эти рёбра выполняют роль своеобразной призмы, перенаправляющей лучи света как это делают линзы фотокамеры или лупы, например.
Увеличенную версию такой линзы можно наблюдать в маяке. Это примерно то, что вы увидите глядя на линзу Френеля под микроскопом:


Эти рёбра в конструкции осветительного прибора служат для фокусировки и даже усиления световых лучей в различных направлениях. То есть линзы Френеля были спроектированы таким образом, чтобы перенаправлять сфокусированные лучи света в различных направлениях.

Но, стоит отметить, что не все линзы Френеля могут демонстрировать подобный оптический трюк.

На это способен одна специфическая их разновидность, под названием упомянутым в начале статьи - "линзы Лубора". Они работают следующим образом: поверхность принимает лучи света, идущие под тупым углом и проецируют их с обратной стороны, строго в прямом направлении.


Таким образом, изображение находящееся слева или справа от линзы проецируются так, будто они находятся прямо позади неё. Например, на столе перед вами стоит ноутбук, позади него стена. Поместив линзу перед ноутбуком, она будет "показывать" вам стену.


На картинке снизу мы можем наблюдать оптический обман линзы, которая показывает нам несуществующее "продолжение" горизонтально расположенных палочек. На самом деле длина палочек несколько короче.


Но, стоит развернуть линзу в вертикальное положение и мы можем наблюдать хоть и не совсем чёткое, но всё же реальное изображение, находящегося позади объекта. И как вы уже догадались, причиной тому служат те самые "рёбра" проходящие вдоль всей линзы, перенаправляющие лучи света.


Между прочим, увеличить эти линии можно и не прибегая к помощи микроскопа. Достаточно просто взять ещё одну такую линзу и совместить их вместе. На подсвеченном фоне видны интересные горизонтальные линии. На самом деле это возникает эффект Муара. Эффект Муара это по своей сути оптическая иллюзия, возникающая при взаимодействии оптических структур между собой.



Линии не представляют собой стройные полоски, а как бы состоят из отдельных сегментов, формирующих более-менее упорядоченные полоски. Хотя на самом деле они не отображают правильной направленности рёбер на поверхности. Если мы видим эти полоски как горизонтальные, то значит рёбра проходят вертикально.


Разумеется военные и полицейские во всём мире оценили перспективу использования этого материала. Технология может совершенствоваться до создания, например "костюма-невидимки" и то что раньше мы видели только в фантастических фильмах уже совсем скоро найдет своё применение в самых различных областях.
Но даже сейчас такую линзу можно найти, например здесь - http://ali.pub/440lmk

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://fil.wikireading.ru/55657
http://znaniya-sila.narod.ru/universe/uni000_07.htm,
https://phoba.jimdo.com/%D0%BC%D0%BE...0%D0%B8%D0%B8/
https://michael101063.livejournal.com/1010394.html


https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A...BD%D0%BE%D0%B9

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Что такое информационный парадокс черных дыр

21 мая
3,3 тыс. дочитываний
6 мин.
6,3 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
3,3 тыс. дочитываний, 53%. Пользователи, дочитавшие до конца.
6 мин. Среднее время дочитывания публикации.





Вселенная — удивительное и странное место, наполненное необъяснимыми явлениями. Одно из таких явлений — информационный парадокс черных дыр, — кажется, нарушает основополагающий физический закон.


Горизонт событий черной дыры считается последним рубежом: попав за его пределы, ничто не может покинуть черную дыру, даже свет. Но касается ли это информации как таковой? Будет ли она навсегда утеряна в черной дыре, как и все остальное?
Прежде всего, надо понять, что информационный парадокс черных дыр не связан с тем, как мы привыкли воспринимать информацию. Когда мы думаем о напечатанных в книге словах, количестве битов и байтов в компьютерном файле или конфигурациях и квантовых свойствах составляющих систему частиц, мы думаем об информации как о полном комплекте всего необходимого для воссоздания чего бы то ни было с нуля.
Однако такое традиционное определение информации не является непосредственным физическим свойством, которое можно измерить или вычислить, как, например, это можно сделать с температурой. К счастью для нас, существует физическое свойство, которое мы можем определить как эквивалентное информации, — энтропия. Вместо того чтобы считать энтропию мерой беспорядка, о ней следует размышлять как о «недостающей» информации, необходимой для определения конкретного микросостояния какой-либо системы.


При поглощении массы черной дырой, количество энтропии вещества определено его физическими свойствами. Однако внутри черной дыры значение имеют только такие свойства, как масса, заряд и угловой момент. Для сохранения второго закона термодинамики это представляет серьезную проблему / © NASA/CXC/M.WEISSВо Вселенной есть определенные правила, которым должна следовать энтропия. Второй закон термодинамики можно назвать самым нерушимым из них: возьмите любую систему, не позволяйте ничему в нее попасть или выйти из нее — и ее энтропия никогда внезапно не уменьшится.
Разбитое яйцо не собирается обратно в скорлупу, теплая вода никогда не разделяется на горячую и холодную части, а пепел никогда не собирается в форму объекта, которым он был до того, как сгорел. Все это было бы примером уменьшающейся энтропии, и, очевидно, ничего такого в природе не происходит само по себе. Энтропия может оставаться одинаковой и увеличиваться при большинстве обстоятельств, но она никогда не может вернуться в более низкое состояние.
Единственный способ искусственно уменьшить энтропию — ввести в систему энергию, тем самым «обманув» второй закон термодинамики, увеличивая внешнюю по отношению к этой системе энтропию на большее значение, чем она уменьшается в этой системе. Уборка в доме — отличный пример. Другими словами, от энтропии невозможно избавиться.
Так что же происходит, когда черная дыра кормится веществом? Давайте представим, что мы бросили книгу в черную дыру. Единственные свойства, которые мы можем приписать черной дыре, довольно прозаичны: масса, заряд и угловой момент. Книга содержит информацию, но, когда вы кидаете ее в черную дыру, она только увеличивает ее массу. Изначально, когда ученые начали изучать эту проблему, считалось, что энтропия черной дыры равна нулю. Но если бы это было так, попадание чего-либо в черную дыру всегда нарушало бы второй закон термодинамики. Что, конечно, невозможно.


Масса черной дыры — единственный определяющий фактор радиуса горизонта событий для невращающейся, изолированной черной дыры. В течение долгого времени считалось, что черные дыры — это статичные объекты в пространстве-времени Вселенной / © SXS Team/Bohn et. al. Но как вычислить энтропию черной дыры?


Эту идею можно проследить до Джона Уилера, размышлявшего о том, что происходит с объектом при падении в черную дыру с точки зрения наблюдателя вдалеке от горизонта событий. С большого расстояния нам бы казалось, что падающий в черную дыру человек асимптотически приближается к горизонту событий, все больше и больше краснея из-за гравитационного красного смещения и бесконечно долго двигаясь по направлению к горизонту из-за эффекта релятивистского замедления времени. Таким образом, информация от чего-либо, упавшего в черную дыру, осталась бы «зашифрованной» на ее поверхности.
Это элегантно решает проблему и звучит разумно. Когда что-то падает в черную дыру, ее масса увеличивается. При увеличении массы увеличивается и ее радиус, а значит, и площадь поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем больше информации можно зашифровать.
Это означает, что энтропия черной дыры вовсе не нулевая, а как раз наоборот — огромная. Несмотря на то что горизонт событий относительно мал по сравнению с размерами Вселенной, количество пространства, необходимое для записи одного квантового бита, мало, а значит, на поверхности черной дыры можно записать невероятные объемы информации. Энтропия увеличивается, информация сохраняется, а законы термодинамики сохраняются. Можно расходиться, так?


На поверхности черной дыры могут быть закодированы биты информации, пропорциональной площади поверхности горизонта событий / © T.B. Bakker/Dr. J.P. Van Der Scharr/Universiteit Van Amsterdam Не совсем. Дело в том, что, если черные дыры обладают энтропией, у них должна быть и температура. Как и в случае с любым другим объектом с температурой, от них должно исходить излучение.
Как продемонстрировал Стивен Хокинг, черные дыры испускают излучение в определенном спектре (спектр абсолютно черного тела) и на конкретной температуре, определенной массой черной дыры. Со временем это излучение энергии приводит к потере черной дырой ее массы, согласно известному уравнению Эйнштейна: E=mc^2. Если энергия испускается, она должна откуда-то исходить, а это «где-то» должно быть самой черной дырой. Со временем черная дыра будет терять свою массу быстрее и быстрее и в один момент — в далеком будущем — она полностью испарится в яркой вспышке света.
Но если черная дыра испаряется в излучении абсолютно черного тела, определенном только ее массой, что же происходит со всей информацией и энтропией, записанной на ее горизонте событий? Ведь нельзя просто уничтожить эту информацию?
Это корень информационного парадокса черных дыр. Черная дыра должна обладать высокой энтропией, включающей в себя всю информацию о том, что ее создало. Информация о падающих в нее объектах записывается на поверхности горизонта событий. Но при распаде черной дыры посредством излучения Хокинга горизонт событий исчезает, оставляя за собой только излучение. Это излучение, как предполагают ученые, зависит только от массы черной дыры.
Представим, что у нас есть две книги — об абсолютной бессмыслице и «Граф Монте-Кристо», — содержащие разные объемы информации, но идентичные по массе. Мы кидаем их в идентичные черные дыры, от которых ожидаем получить эквивалентное излучение Хокинга. Для стороннего наблюдателя все выглядит так, будто информация уничтожается, а учитывая то, что мы знаем об энтропии, это невозможно, так как нарушило бы второй закон термодинамики.
Если мы сожжем эти две книги одинакового размера, то вариации молекулярных структур, порядок букв на бумаге и другие мелкие различия содержали бы в себе информацию, при помощи которой мы могли восстановить информацию в книгах. Она может прийти в полный беспорядок, но сама по себе никуда не денется. Тем не менее информационный парадокс черных дыр представляет собой реальную проблему. Как только черная дыра испаряется, от этой изначальной информации не остается ни следа в наблюдаемой Вселенной.
Симулированный распад черной дыры приводит не только к испусканию излучения, но и распаду центральной вращающейся массы, удерживающей стабильность большинства объектов. Черные дыры — нестатичные объекты, изменяющиеся со временем. Однако, на горизонтах событий черные дыры, сформировавшихся из разных материалов, должна сохранятся разная информация / © EU’s Communicate Science
Возможно, решения этого парадокса пока нет и он представляет серьезную проблему для физики. Тем не менее есть два варианта его возможного решения:

1. Информация полностью уничтожается при испарении черной дыры, а значит, с этим процессом связаны новые физические законы.
2. Испускаемое излучение каким-то образом содержит в себе эту информацию, следовательно, излучение Хокинга представляет собой нечто большее, чем известно науке.
Большинство людей, работающих над этой проблемой, считают, что должен существовать некий способ, при помощи которого сохраненная на поверхности черной дыры информация «отпечатывается» в исходящем излучении. Однако никто пока не знает, как именно это происходит. Возможно, информация на поверхности черной дыры вносит квантовые поправки в исключительно тепловое состояние излучения Хокинга? Может быть, но это пока не доказано. На сегодня есть множество гипотетических решений этого парадокса, но ни одно из них еще не было подтверждено.
Информационный парадокс черных дыр не зависит от того, является ли природа квантовой Вселенной детерминистической или недетерминистической, какую квантовую интерпретацию вы предпочитаете, существуют ли скрытые переменные и множества других аспектов природы реальности. И хотя многие предложенные решения включают голографический принцип, пока не известно, играет ли он какую-то роль в итоговом решении парадокса.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Живем ли мы в голограмме


Одна из самых интересных гипотез о природе реальности на сегодня — так называемый голографический принцип, согласно которому наша реальность — голограмма.


В конце 1990-х физики-теоретики обнаружили примечательную связь между двумя, казалось бы, несвязанными концепциями в теоретической физике. Эта связь имеет принципиально технический характер, но она может иметь далеко идущие последствия для нашего понимания гравитации и даже всей Вселенной.

Чтобы проиллюстрировать эту связь, мы начнем… с черной дыры. Исследователи обнаружили, что при попадании одного бита информации в черную дыру, площадь ее поверхности увеличивается на очень точное значение: квадрат планковской длины (около 1,6 х 10-35 метра).
Поначалу факт увеличения черной дыры при падении в нее вещества или энергии может показаться не особо интересным. Однако удивительно здесь то, что в прямой пропорции с попавшей в черную дыру информацией увеличивается именно площадь ее поверхности, а не объем, что в корне отличается от любого другого из известных объектов во Вселенной. В случае большинства известных нам объектов справедливо утверждать, что при «поглощении» одного бита информации, объем объекта вырастет на единицу, а площадь его поверхности – всего на долю. Но в случае с черными дырами ситуация обстоит иначе. Как будто эта информация попадает не внутрь компактного объекта, а остается на его поверхности.
Голограмма черной дыры

Голограмма – это изображение системы, полученное при помощи меньшего количества измерений, способное вместить в себя всю информацию из оригинальной системы. Например, мы живем в трех (пространственных) измерениях. Когда вы делаете селфи, камера смартфона делает двухмерный снимок вашего лица, но при этом не запечатлевает всю информацию, и когда позже вы рассматриваете ваш снимок и подбираете фильтр, вы не можете, например, увидеть свой затылок, как бы вы ни крутили изображение.


Иллюстрация излучения Хокинга / © Communicate Science
Запись голограммы сохранила бы всю эту информацию. Даже будь она двухмерной, вы все равно смогли бы исследовать ее со всех углов в трех измерениях.
Описание черной дыры как голограммы может предоставить решение так называемому информационному парадоксу черных дыр – проблемы, связанной с тем, куда девается информация при попадании вещества за горизонт событий. Однако, это отдельная тема, статью на которую вы можете прочесть здесь. Концепция черной дыры, как голограммы также является хорошим примером, который стоит помнить при рассмотрении всей Вселенной.
Жизнь на границе

Связь между ответвлениями физики на первый взгляд не связанных между собой, о которой говорилось в начале это статьи – это другое применение голографических приемов, известное как AdS/CFT-соответствие.
AdS означает «антидесситоровское пространство» — частное решение уравнений Общей теории относительности Эйнштейна, описывающее абсолютно пустую вселенную с отрицательной кривизной пространства. Это довольно скучная вселенная: в ней нет вещества или энергии, а параллельные линии в итоге расходятся из-за геометрии, лежащей в ее основе. Пусть оно и не описывает Вселенную, в которой мы живем, для начала это уже какая-то вселенная. И у этой модели есть необходимые математические свойства для осуществления связей, необходимых теоретикам.


Слева: модель антидеситтеровского пространства. Справа: модель нашей Вселенной / © The Physics Mill
Другой стороной этого соответствия является система, известная как конформная теория поля (conformal field theory, CFT). Теоретическая физика не очень аккуратна с теориями полей – это те самые молоты, при помощи которых ученые забивают множество квантовых гвоздей, используемых для описания трех из четырех сил природы. У электромагнетизма, сильного ядерного взаимодействия и слабого ядерного взаимодействия есть описания в теории поля, которые активно использовались в течение последних 50 лет.
Теперь, когда мы разобрались со всеми нужными определениями, давайте рассмотрим, почему эта связь так важна.
Скажем, вы пытаетесь решить очень сложную задачу вроде квантовой гравитации при помощи теории струн, которая в свою очередь является попыткой объяснить все фундаментальные взаимодействия и частицы во Вселенной с точки зрения маленьких вибрирующих струн. На самом деле, это настолько сложная задача, что до сих пор никто не нашел ей решения, несмотря на десятилетия попыток. AdS/CFT-соответствие говорит нам, что для того, чтобы избежать невероятной головной боли, можно использовать голографический прием.
Вместо того, чтобы пытаться решить проблему квантовой гравитации в нашей трехмерной Вселенной, AdS/CFT-соответствие позволяет нам переключиться на эквивалентную проблему на границе вселенной, где:
А) присутствует всего два измерения;
Б) отсутствует гравитация.
Именно, на границе нет гравитации. Умопомрачительно сложная математика теории струн замещается набором просто безумно сложных уравнений теории поля. Далее у вас появляется возможность решить свои задачи без того, чтобы в них вмешивалась гравитация, и перенести полученный результат в нормальную трехмерную Вселенную и сделать предсказания.


Структура оболочки и космологической границы вселенной, расширяющейся в пустоту / © DPons Не так быстро!
Звучит все это, как чудесная идея: обмануть природу, обойдя гравитационные махинации. Более того, это может оказаться замечательным способом «решить» квантовую гравитацию. Однако тут есть несколько моментов. Во-первых, вы не живете во вселенной с антидесситоровским пространством. Наша Вселенная полна вещества, излучения и темной энергии, и обладает практически идеальной плоской геометрией. Существует ли похожее соответствие, которое работает в нашей реальной Вселенной? Возможно, и теоретики усердно работают над ее поисками.


Модель голографической вселенной в AdS/CFT-соответствии / © Alfred T. Kamajian

Во-вторых, «граница», о которой говорится в AdS/CFT-соответствии, – это космологический горизонт, граница того, что мы можем видеть в нашей наблюдаемой Вселенной. И все бы ничего, но мы живем в динамическом пространстве-времени с постоянно расширяющимся пространством, где граница постоянно смещается. Современные теории пока не очень хорошо справляются с этим моментом.
И в-третьих, когда вы переходите от полностью описанной антидеситтеровской вселенной к более простой пограничной модели, к которой применима конформная теория поля, новые наборы уравнений разрешимы только в принципе. И они вполне могут оставаться такими же невероятно сложными для решения. Так что, если вы срезали угол и обошли гравитацию, это не означает, что вы уже со всем разобрались. А иначе теоретики, работающие в этой области, давно бы уже нашли единое решение этой проблемы.
Жизнь в голограмме?

Итак, живем ли мы в голограмме? Даже, если связь AdS/CFT-соответствия окажется плодотворной для работы с квантовой гравитацией, и если ученые смогут найти способ обойти сложности и сделают эту технику соответствующей Вселенной, в которой мы живем, это не будет значить, что мы действительно живем в голограмме. Другими словами, если AdS/CFT-соответствие предоставляет удобный способ решения проблем с гравитацией, это вовсе не означает, что наша Вселенная с гравитацией и тремя пространственными измерениями – иллюзия, и мы на самом деле живем на двухмерной границе без гравитации.

Математические аппараты, насколько бы полезными они не были, не обязательно точно диктуют то, как нам следует воспринимать фундаментальную природу реальности. Если голографические принципы полезны для решения задач, это не означает, что мы живем в голограмме. И даже, если бы мы действительно жили в голограмме, мы все равно вряд ли смогли бы заметить разницу.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Видео: бесконечность не предел — есть ли у Вселенной стены

Екатерина
53914
1 месяц назад


Существует грань, которую человек не в силах преодолеть. Но все же благодаря мощным инструментам человечество способно заглянуть за горизонт Млечного Пути. Но есть ли у Вселенной стены?
Неслучайная Вселенная

Наблюдая ночное небо, создается впечатление, что звезды и галактики расположены хаотично. Это не так. Вселенная — это не беспорядочная вереница объектов. Все здесь устроено гармонично. За Млечным Путем существуют триллионы других галактик, они разнообразны по типам, размерам и массам.

Ночное небо прекрасно Кроме них просторы Вселенной бороздят туманности, скопления светил и галактик и даже сверхскопления галактик. Некоторые из них ученые выделили в масштабные структуры из-за непостижимо больших размеров. Они простираются на миллиарды световых лет и имеют вытянутую форму, за что получили название «галактические нити». Они переплетены между собой, наполняют пустующее космическое пространство. Однако это еще не все.
Что такое вселенские стены

Войды и галактические нити способны в совокупности образовывать Великие стены. Они являются плоскими структурами, состоящими из галактик и пустот. Предполагается, что эти пустоши заполнены темной материей, которая и определяет структуру Вселенной.
Великая стена BOSS

Протяженность структуры составляет около 1 млрд световых лет. Ученые считают, что это самый большой наблюдаемый объект во Вселенной, однако с этим убеждением согласны не все. Скептики уверены, что структура не может считаться целостной из-за большого количества заломов, которые не позволяют считать объект единым вселенским монолитом. Спор могут решить последующие результаты наблюдений, при более дательном изучении космического колосса. Как бы то ни было, пройдет время, и будет обнаружена структура, превышающая BOSS по своим размерам. А затем еще и еще. Суть в том, что один объект закрывает собой другой и этому процессу нет конца.
Возможности человека ограничены

Момент Большого взрыва, кажется, определяет грань наблюдаемой Вселенной. Однако реальной гранью всего это не является. Это временная граница, ведь есть предел того, что может увидеть человек. Существует скорость света, которая ограничивает информацию в перемещении. Из-за того, что Вселенная беспрерывно расширяется, то, что было за пределами Большого взрыва, скрыто от человеческих умов навсегда. Даже самый мощный телескоп не позволит догнать горизонт — границу Вселенной.

https://www.youtube.com/watch?v=Sqe7...ature=emb_logo

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Почему в зеркале право и лево меняются местами, а верх с низом нет?

18 июня
84 тыс. дочитываний
1,5 мин.
105 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
84 тыс. дочитываний, 79%. Пользователи, дочитавшие до конца.
1,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.






Если встать перед зеркалом, то можно заметить одно интересное явление – когда мы машем правой рукой, то наше отражение в зеркале машет левой. То есть лево и право меняется местами, при этом верх и низ остаются на своих местах. Но почему так происходит?
Как предметы отражаются в зеркалах?

Принцип работы зеркал основан на идеальной гладкой поверхности, отражающей попавшие на нее световые лучи. Движение отраженных лучей по поверхности зеркал подчиняется законам геометрической оптики.
Почему в зеркальном отражении происходит изменение сторон?

Допустим, существует некий источник света, один из лучей которого попадает на зеркальную поверхность. Из геометрии мы помним, что угол падения всегда равняется углу отражения. А значит и отражение в зеркале будет идентичным и такого же размера, как и оригинал.
Получается, что зеркало работает так, будто бы за ним на таком же расстоянии расположен предмет, идентичный отражаемому. Другими словами, в зеркале не стороны меняются местами, а происходит изменение одной из координат по оси, расположенной перпендикулярно зеркальной поверхности. Например, если человек стоит перед зеркалом, то в отражении поменяются зад и перед, а если он поставит зеркало сбоку от себя – лево и право.


Что бы понять это явление достаточно представить перчатку. Правая перчатка, вывернутая наизнанку легко может быть надета на левую руку. Так и зеркало отражает объекты как бы вывернутыми наизнанку.
А для того что бы человек мог нормально воспринимать свое отражение в зеркале, ему приходится мысленно вертеть себя вокруг вертикальной оси. И именно поэтому в зеркальном отражении право всегда меняется на лево.
Можно ли увидеть в зеркале предмет, перевернутый сверху вниз?

В зеркальном отражении происходит переворот горизонтальной оси координат. От того какая ось подвержена изменению и будет зависеть какое отражение мы увидим в зеркале.
Так, например, когда человек встает к зеркалу боком, изменению подвергается ось право-лево. И в этом случае, верх-низ и зад-перед остаются такими же в отражении, а вот правая и левая стороны меняются местами.


А если же человек будет стоять на зеркальном полу, то в отражении зад будет сзади, перед спереди, стороны право и лево на своих местах. Изменения коснутся только оси верх-низ, и в зеркале человек увидит свое перевернутое верх ногами отражение.
***

Таким образом, причина подмены сторон в зеркалах, кроется в особенностях нашего зрения и восприятия. И от того как предмет расположен по отношению к зеркалу, зависит и то каким мы его увидим в зеркале.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Живем ли мы в одноэлектронной Вселенной: гид по одной из самых экзотических гипотез


В 1940 году два известных физика-теоретика рассуждали об электроне и его свойствах, так у них возникла мысль, что все электроны — один и тот же электрон.




У физиков Джона Уилера и Ричарда Фейнмана был довольно нетрадиционный взгляд на устройство реальности. Например, они теоретизировали, что во всей Вселенной есть всего лишь один электрон, находящийся попеременно во всех точках пространства — начиная от Большого взрыва и до конца всего (будь то Большой разрыв, Большое сжатие, тепловая смерть или что-нибудь еще). Другими словами, речь идет о том, что 10^80 электронов, с которыми мы имеем дело в каждый момент времени, — один и тот же электрон. Один электрон, пронизывающий каждый атом и молекулу, независимо от пространства и времени.
Теория одноэлектронной Вселенной, предложенная Джоном Уилером во время телефонного разговора с Ричардом Фейнманом, предполагает, что все электроны и позитроны, по сути, проявления одного объекта, перемещающегося вперед и назад во времени. «Однажды в аспирантуре Принстона я получил звонок от профессора Уилера, он мне сказал: «Фейнман, я знаю, почему у всех электронов одинаковые заряд и масса». — «Почему?» — «Потому что это один и тот же электрон». © Ричард Фейнман
К выводу о том, что позитрон — это электрон, двигающийся обратно во времени, Уилера подтолкнула квантовая запутанность. Позже Фейнман высказал эту же гипотезу в своей статье «Теория позитронов», опубликованной в 1949 году в Гарварде.


Ричард Фейнман / © Kevin Fleming/Corbis
Идея основывается на мировых линиях, прочерчиваемых каждым электроном через пространство-время. Уилер предположил, что вместо бессчетного количества таких линий это все может быть частями одной линии, прочерченной одним электроном, подобно огромному запутанному узлу. Каждый момент времени представляет собой часть пространства-времени и пересекается с мировой линией, связанной в узел, множество раз. В точках пересечения половина линий будет направлена вперед во времени, а половина — обратно. Уилер предполагал, что эти обратные секции представляют собой античастицу электрона — позитрон. Атака клонов
Кванты существуют вне пространства-времени и не занимают трехмерные позиции. Можно даже сказать (но с большой осторожностью), что сами пространство и время создаются взаимодействиями квантов, а именно — путем квантовой запутанности, которая была подтверждена экспериментально. Более того, в «запутанной» Вселенной время может быть просто иллюзией. И это подводит нас к другому важному вопросу: что означает запутанность всех частиц? Что означает существование за пределами пространства и времени для электрона?
Представим себе частицу, движущуюся невероятно быстро во времени в период очень ранних стадий развития Вселенной. Она путешествует настолько далеко в будущее, что «врезается» в «стену» (пусть это будет конец расширения Вселенной, где частица больше не может «двигаться» в энтропии) и отскакивает обратно во времени, где «врезается» уже в Большой взрыв, откуда она и вылетела изначально. Повторение этого процесса снова и снова на очень высокой скорости создаст клонов одной и той же частицы — в нашем случае электрона, — и все будет выглядеть так, будто этих частиц триллионы и они повсюду.


Джон Арчибальд Уилер / ©Wikipedia
Если это слишком сложно, попробуем провести еще один мысленный эксперимент.
Если бы в понедельник вы отправились обратно во времени в воскресенье и вернулись домой, а затем повторяли этот процесс всю неделю (вплоть до пятницы), то у вас получилось бы пять своих копий в то же самое воскресенье! А теперь представьте, что электрон делает это триллионы раз, а «воскресенье» — это современная эпоха во Вселенной.
Именно о такой концепции «позитрона» (античастицы электрона) говорил Ричард Фейнман. Чуть позже физик-теоретик Йоитиро Намбу применил ее ко всему возникновению и аннигиляции пар частица-античастица в своей статье, опубликованной в 1950 году, заявив, что «возможное создание и аннигиляция пар, которые могут происходит в любой момент времени, — это не создание и не аннигиляция, а лишь изменение направления движущихся частиц из прошлого в будущее или из будущего в прошлое».
Это также может быть причиной того, почему невозможно одновременно узнать и импульс электрона, и его позицию (согласно принципу неопределенности Гейзенберга). Чтобы понять, почему Уилер думал об электронах таким образом, нам следует рассмотреть их свойства. Одноэлектронная Вселенная
Кванты не похожи на привычные всем «объекты». Квантовый мир вообще странный, о нем сам Ричард Фейнман сказал: «Думаю, смело могу сказать, что квантовую механику никто не понимает».
Электроны обладают корпускулярно-волновым дуализмом. Это значит, что они могут вести себя и как частицы, и как волны — в зависимости от взаимодействия. Чтобы точнее концептуализировать кванты, о волновом состоянии следует думать как об области вероятности, которую мы записываем в виде интерференционной картины, а состояние частицы — это та самая вероятность, сколлапсировавшая в одну точку взаимодействия.


Интерференционная картина в эксперименте с двумя прорезями / © Stackexchange
Согласно Общей теории относительности (ОТО), пространство и время едины, но когда речь заходит об ОТО с квантовой механикой, у теоретиков и космологов возникают проблемы. Но они знают, что происхождение Вселенной в современной космологической модели — сингулярность — безвременное состояние пространства, а полного понимания этого факта пока нет.
Нельзя с уверенностью утверждать, что до Большого взрыва была сингулярность — это создало бы противоречие, поместив безвременное во «время». Более того, у безвременного нет временного отношения, его не может существовать до или после чего-либо. Общая теория относительности говорит о том, что время и пространство — одна ткань, а значит, у пространства не может быть своего отдельного времени, а у времени — своего отдельного пространства.
У квантов есть некоторая схожесть с «сингулярностью» Большого взрыва: и то и другое представляет собой безвременную, внепространственную энергию. Так как они и безвременные, и внепространственные, они неразделимы, ведь сама концепция разделения существует в пространственно-временном континууме. Квантовая относительность
Если кванты и сингулярность неразделимы, следовательно, они одно и то же. Это подводит нас к еще одному важному моменту. Сингулярность не исчезла во взрыве миллиарды лет назад. Кванты — это сингулярность, взаимодействующая сама с собой. Тогда буквально получается, что все — одно. Вот такая квантовая относительность.
Вы можете спросить: а что насчет гравитации? Общая теория относительности гласит, что гравитация — это геометрическое свойство пространства и времени, а экспериментальные данные показывают, что пространство и время — побочные продукты квантовой запутанности. Не так давно ученые выяснили, что некоторые геометрические модели можно использовать для сильного упрощения вычислений квантовых взаимодействий и квантовой запутанности. Далеко идти не надо, чтобы предположить, что геометрия, создающая гравитацию, на самом деле — свойство квантовых областей вероятности.


Квантовая запутанность в представлении художника / © Nicolle R. Fuller/ NSF
Квантовая запутанность обходит ограничения скорости, с которой можно передать информацию. Взаимодействия между запутанными частицами происходят моментально вне зависимости от того, насколько далеко они друг от друга находятся. Говоря топологически, этот факт дает возможность предположить, что между ними нет пространства. Реально ли время или это лишь иллюзия восприятия, созданная наблюдателем? Настолько же пространство иллюзорно, как и время?
Единственный вариант, при котором электрон мог бы одновременно быть «здесь» и «там» — если разделение прошлого, настоящего и будущего иллюзорно. Если существует некоторая первичная ткань, на которой все происходит одновременно, тогда один электрон может напоминать нити в вязаных вещах, при помощи которых выткана ткань. Однако, конечно, у этой гипотезы есть свои серьезные проблемы и вопросы. Критика и противоречия
Недостающее антивещество. Во Вселенной по Уилеру у нас должно быть равное количество позитронов и электронов, но в реальности это не так. Электронов наблюдается несоизмеримо больше, чем позитронов. По словам Фейнмана, он обсуждал этот вопрос с Уилером и последний предполагал, что недостающие позитроны могут скрываться в протонах (при помощи позитронного захвата).
Кроме того, есть такая вещь, как другие свойства электронов. Эти частицы подвержены распаду. В случае с одним электроном число перевоплощенных вселенных росло бы все больше и становилось бы менее стабильным. Итог
Теория одноэлектронной Вселенной звучит интригующе и интересно, но доказать ее невозможно. К проблемам теории, описанным выше, можно добавить вопрос о том, почему количество электронов во Вселенной конечно, а не наоборот? Эти простые, но наглядные примеры ставят всю гипотезу под сомнение.
Однако, если теория верна, что еще она может означать для нас? Возможно, любая другая частица — от протонов до нейтронов и даже до таких экзотических частиц, как нейтрино — тоже всего лишь одна частица, путешествующая вперед и назад во времени. Это, в свою очередь, означало бы, что мы не только состоим из одних и тех же частиц, но, по сути, каждый из нас состоит из одного протона, одного нейтрона и одного электрона.
Сам Фейнман, как он признался, никогда не воспринимал идею Уилера всерьез, но именно она натолкнула его на мысль о том, что электрон и позитрон связаны. На основе того, что эти частицы отличаются только зарядом, ученый доказал, что если запустить электрон обратно по оси времени, он будет полностью идентичен позитрону. Конечно, это не соответствует действительности, а всего лишь физическая интерпретация явления. Спустя 25 лет после рассуждений об одноэлектронной Вселенной, в 1965 году Фейнман был удостоен Нобелевской премии по физике.
Возможно, важнейший урок теории одноэлектронной Вселенной заключается в том, что независимо от того, насколько странной и невозможной выглядит идея, вы никогда не узнаете, к чему она может привести, пока не исследуете ее.
©Wikipedia

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Что было до Большого взрыва?

Егор Морозов | 27 Апреля, 2020 - 14:53
0





В начале был бесконечно плотный крошечный шар материи. Затем он взорвался, породив атомы, молекулы, звезды и галактики, которые мы видим сегодня. Ну или, по крайней мере, так нам говорили физики в течение последних нескольких десятилетий.

Однако новые исследования теоретической физики недавно открыли возможное окно в очень раннюю Вселенную, показав, что она, возможно, не такая уж и «очень ранняя» в конце концов. Вместо этого она может быть просто последней итерацией цикла взрыва-отскока, который продолжается уже ... ну, по крайней мере один раз, а, возможно, и бесконечное число раз.

Конечно, прежде чем физики решат отказаться от Большого взрыва в пользу цикла «взрыв-отскок», эти теоретические предсказания должны будут выдержать натиск наблюдательных исследований.

Прыгающая космология

У ученых есть действительно хорошая картина очень ранней Вселенной — то, что мы знаем и любим как теорию Большого Взрыва. В этой модели описывается, что давным-давно Вселенная была намного меньше, намного горячее и намного плотнее, чем сегодня. В этом раннем аду 13,8 миллиарда лет назад все элементы, которые делают нас такими, какие мы есть, были сформированы в течение примерно дюжины минут.

Еще раньше, как предсказывает эта модель, в какой-то момент вся наша Вселенная — все звезды, все галактики, вообще все — была размером с персик и имела температуру более квадриллиона градусов (в этом числе 15 нулей).


Модель Большого взрыва и дальнейшего развития Вселенной.

Удивительно, но эта фантастическая история соответствует всем современным наблюдениям. Астрономы проделывали все, начиная от наблюдений за остатками электромагнитного излучения из молодой Вселенной и заканчивая измерением обилия самых легких элементов, и обнаружили, что все отлично соответствует тому, что предсказывает теория Большого Взрыва. Насколько мы можем судить, она дает нам точный портрет нашей ранней Вселенной.

Но, как бы хорошо это ни было, мы знаем, что картина Большого Взрыва не является полной — отсутствует кусок головоломки, и этот кусок — самые ранние моменты жизни Вселенной.

И это довольно большой кусок.

Большой пожар

Проблема заключается в том, что физика, которую мы используем для понимания ранней Вселенной (удивительно сложная мешанина общей теории относительности и физики частиц высоких энергий), не может завести нас достаточно глубоко. По мере того, как мы пытаемся проникнуть все глубже и глубже в первые моменты жизни нашего космоса, математику становится все труднее и труднее решать, вплоть до того момента, когда она просто ... ломается.


Главным признаком того, что нам еще предстоит дорабатывать математическую модель, является наличие сингулярности, или точки бесконечной плотности, в момент Большого Взрыва. Если принять это за чистую монету, то получается, что в какой-то момент Вселенная была втиснута в бесконечно крошечную и бесконечно плотную точку. Это очевидно абсурдно, и на самом деле это говорит нам о том, что нам нужна новая физика для решения этой проблемы — наш нынешний инструментарий просто недостаточно хорош.

Уровни строения мира: макроскопический (1), молекулярный (2), атомный (3), субатомный (4 и 5) и струнный (6).

Чтобы спасти положение, нам нужна какая-то новая физика, что-то такое, что способно управлять гравитацией и другими силами, объединенными на сверхвысоких энергиях. И это именно то, что дает нам теория струн: модель физики, которая работает с микроскопическими квантовыми струнами, которые намного порядков меньше известных нам частиц. И, простите за каламбур, в теории теория струн может объяснить самые ранние моменты существования Вселенной.

Одним из самых ранних понятий теории струн является «экпиротическая» Вселенная, которая происходит от греческого слова, означающего «пожар» или «огонь». В этом сценарии то, что мы знаем как Большой Взрыв, было вызвано чем-то другим, происходившим до него — иными словами, Большой Взрыв был не началом, а частью более крупного процесса.

Расширение экпиротической концепции привело к появлению теории, опять же мотивированной теорией струн, называемой циклической космологией. Конечно, технически идея о том, что Вселенная постоянно повторяется, существует уже тысячи лет и предшествует физике, но теория струн дала этой идее твердое математическое обоснование.

Циклическая Вселенная постоянно переживает состояния больших взрывов и больших «схлопываний», переходя от одного к другому теоретически на протяжении вечности.

Перед началом

Как бы круто это ни звучало, ранние версии циклической модели испытывали трудности с подтверждением теории путем наблюдений — что очень важно, когда вы пытаетесь заниматься наукой, а не просто рассказываете истории у костра.


Микроволновый фон. Красные области имеют более высокую температуру, синие более низкую.

Главным препятствием является согласование циклической модели с нашими наблюдениями космического микроволнового фона — ископаемого света, оставшегося с тех времен, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Проблема в том, что до этого момента во Вселенной был лишь горячий однородный суп из частиц, заглянуть в который мы не можем — а, значит, наша информация о более ранних временах остается чисто теоретической.

Поэтому кажется, что циклическая Вселенная является лишь очередной красивой теорией, которую мы никак не можем подтвердить.

Но экпиротический факел продолжал гореть на протяжении многих лет, и статья, опубликованная в январе в базе данных ресурса arXiv, поправила некоторые шероховатости в математике и использовала некоторые ранее упущенные возможности. Физики Роберт Бранденбергер и Зивей Ван из Университета Макгилла в Канаде вместо того, чтобы смотреть на раннюю Вселенную, решили зайти с другой стороны и математически просчитать момент «отскока», когда наша Вселенная сжимается до невероятно маленькой точки и возвращается в состояние Большого взрыва.

И здесь они не встретили никаких противоречий — иными словами, циклическая Вселенная действительно может существовать, и сложная плохо понятая физика этой критической эпохи действительно может позволить радикально пересмотреть взгляд на наше время и место в космосе.

Единственная проблема заключается в том, что мы живем во времена инфляции, или расширения, Вселенной. Поэтому для подтверждения «отскока» нужно или изобрести абсолютно новые космологические эксперименты, или же ждать несколько десятков (если не сотен) миллиардов лет, пока Вселенная не начнет схлопываться. Но, кто знает — возможно в будущем мы узнаем правду о нашем прошлом каким-нибудь другим более простым способом.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Ученые утверждают, что Вселенная плоская

9 июня
8,5 тыс. дочитываний
1 мин.
9,5 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
8,5 тыс. дочитываний, 90%. Пользователи, дочитавшие до конца.
1 мин. Среднее время дочитывания публикации.




Исходя из самых последних и наиболее точных измерений темной энергии, ученые заключили, что наша Вселенная абсолютно плоская.


© phys.orgСовершенствуя способ измерения воздействия темной энергии - силы, которая, как считается, управляет непрекращающимся расширением Вселенной, - команда ученых из Портсмутского университета обнаружила, что Вселенная является пространственно плоской.
Примечательно, что "теория плоской Вселенной" разрешает множество астрономических загадок.
Новые технологии

Ранее, измеряя темную энергию, ученые отслеживали отдаленные сверхновые. Ученые из Портсмута пошли другим путем и в качестве маркером использовали более миллиона галактик и квазаров. Их масштабное исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Полученные данные улучшили наше понимание того, как темная энергия "толкает" пространство, заставляя Вселенную расширяться. Следовательно, это может окончательно урегулировать продолжающиеся споры по поводу постоянной Хаббла, которая применяется для определения скорости расширения Вселенной.
Деформированная структура

Когда ученые говорят, что Вселенная плоская, то это не означает, что она представляет собой бесконечно расширяющийся лист бумаги. Речь идет о свойстве трехмерной плоскостности — евклидовой (неискривленной) геометрии в трех измерениях.


Вселенная все еще остается плоской / © postnauka.ruНапример, некоторые данные указывают на то, что наша Вселенная может быть изогнута в тор (тороид) - форму, напоминающую пончик, которая в космологических моделях считается "плоской".
Даже если представить нашу Вселенную, как плоский лист железа, то на микроуровне, в кристаллических решетках, вокруг атомных ядер вращаются электроны, формируя электронную оболочку атомов.
Если это знание интерпретировать на Солнечную систему, то Солнце - атомное ядро, Земля - электрон, а мы - нечто запредельно элементарное, проживающее на поверхности электрона.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://zen.yandex.ru/media/scikit/p...d4bf0baebe9a86

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Левитация не фантастика: первые бесконтактные химические реакции проводят ученые

06 июля 2020 14039 www.wallpaperflare.com


Что такое левитация? Это способность какого-либо предмета парить воздухе без поддержки и опоры. В современном мире левитация долгое время считалась фантастикой. Она могла присутствовать в фантастических романах и даже в фильмах, где использовались образные спецэффекты. Магия и чудо — так описывали современники способность предметов висеть в воздухе.

• Airbus впервые построит грузовой корабль для полетов в космос: он полетит на Марс
  
  

Однако теперь левитация становится реальностью. Ученые смогли поднять капли жидкости над поверхностью, не используя для поддержки никаких приспособлений. Смешивать жидкости до нужного состояния и наблюдать за ними совершенно непросто.





Однако результаты того стоят. Специалисты ACS в Analytical Chemistry смогли провести бесконтактный эксперимент, разработав в итоге метод, который назвали бесконтактной левитацией. Ими было создано устройство для левитации объектов небольшой формы. Физика требует, чтобы такие предметами обладали физическими свойствами. Это электрический заряд или магнетизм.


В другом случае акустическая левитация, которая использует звуковые волны для того, чтобы разместить объекта в газе, не зависит от таких свойств. Однако ученые смогли доказать, что существующие устройства для акустической левитации и смешивания отдельных частиц или капель являются сложными, и из них трудно получить измерения, когда происходит химическая реакция.

• Тайна прозрачного стекла: ученые проследили его историю от Древнего Рима до Египта
  
  

Исследователи Стивен Броттон и Ральф Кайзер заявили о своей готовности разработать универсальную методику бесконтактного контроля двух химически различимых капель. Они также использовали универсальный набор зондов, чтобы следить за реакцией при слиянии капель. Две капли были подведены на максимально близкое расстояние, одна была расположена над другой.



Затем верхнюю каплю заставили колебаться, тем самым она изменила амплитуду звуковой волны. Колеблющаяся верхняя капля сливлась с нижней каплей. Полученная химическая реакция контролировалась с помощью инфракрасной, рамановской и ультрафиолетовой спектроскопии. Исследователи таким же образом комбинировали различные капли.
В одном из экспериментов они соединили ионную жидкость с азотной кислотой, вызвав при этом небольшой взрыв. Новый метод левитации может помочь ученым изучать различные типы химических реакций в таких областях, как материаловедение, медицинская химия и планетология.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Просто о сложном: Что такое сингулярность?

12 июля
19 тыс. дочитываний
8 мин.
43 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
19 тыс. дочитываний, 44%. Пользователи, дочитавшие до конца.
8 мин. Среднее время дочитывания публикации.





Пространство-время – та сцена, на которой разворачивается вся история Вселенной: с момента Большого Взрыва, через рождение Млечного Пути, Солнца и расцвет динозавров – к Александру Македонскому и электронным научно-популярным журналам. К нему часто добавляют слово континуум, от латинского «непрерывное» – но кое-где и пространство-время обрывается. Здесь теряют силу привычные законы физики. Здесь время выглядит иначе. Здесь даже нельзя сказать «здесь», поскольку здесь нет и пространства. Это – область нигде и никогда. Это – гравитационная сингулярность.


©Wikipedia
Притяжение геометрии

Со времен древних греков пространство казалось чем-то неизменным, постоянным, однородным, а время – не связанной с ним циклической спиралью вечного возвращения и повторения. К эпохе научно-технических революций эти представления лишь укрепились. Декартова система координат расчертила мир тремя взаимно перпендикулярными осями, время выпрямилось в отдельную, независимую от пространства (и вообще ни от чего) прямую стрелу. Во многом мы до сих пор живем в тех представлениях, возникших еще в XVIII веке.

Революционность взглядов Эйнштейна во многом состояла в понимании двух важных фактов, переворачивающих взгляды и на время, и на пространство. Во-первых, они взаимосвязаны и представляют собой единый пространственно-временной континуум. А во-вторых, континуум этот вовсе не неизменен и не постоянен: он деформируется в присутствии любой формы энергии, в том числе – в виде массы.
Классический способ представить этот обновленный Эйнштейном мир дает пример из геометрии. Представьте себе двухмерное пространство – туго натянутую сетку, на которую положен тяжелый бильярдный шар. Запустите мимо него теннисный мяч: шар немного растянул сетку, и мяч в своем движении отклонится, словно притянутый им, а возможно, даже «упадет» на него. Гравитация в эйнштейновском понимании может рассматриваться как геометрическое свойство пространства-времени, его искажение, возникающее под действием энергии (массы). Даже просто вращающееся массивное тело увлекает за собой «сетку» пространства-времени.
Мысленно расширьте этот пример на четыре измерения (три пространственных плюс одно временное) – и вы получите примерную геометрическую модель реального пространства-времени. Обратите внимание: где есть масса (энергия) – там нет прямых координатных осей, да и само время перестает быть прямолинейным и равномерным для всех наблюдателей. Представление о прямой оказывается просто математической абстракцией: самая прямая вещь, которую мы знаем из физики, – это траектория светового луча, движение фотона – но и оно искажается под действием гравитации. Притянутая материя локально движется по прямой, однако в глобальном рассмотрении эта прямая в гравитационном поле оказывается кривой.


©Depositphotos
Разрывая сети

Но что если мы бросим на сетку из нашего геометрического примера не бильярдный шар, а что-нибудь потяжелее? Гантель, двухпудовую гирю. Скорее всего, наш демонстрационный экспонат не выдержит и лопнет, а в центре его останутся лишь дыра, нити, обрывки пространства-времени нашей модели. Нечто вроде сингулярности.
Даже в философском смысле сингулярность – антоним континуальности (непрерывности, отсутствия лакун, квантованности, разделенности на фрагменты – NS). Сингулярность – нечто, происходящее лишь однажды. Точка, к которой события стремились, пока не разрешились уникальным исходом. Взрыв, слияние, освобождение. В точках сингулярности математические функции резко меняют свое поведение: устремляются в бесконечность, переламываются, внезапно обращаются в ноль. Если переменная Х стремится к нулю, а функция от Х – к бесконечности, знайте: вы уже в сингулярности. В области, где обрывается непрерывная (континуальная) геометрия пространства-времени – и происходит нечто совсем уж невообразимое.
Удивительно, что Общая теория относительности сама обозначает границы своей применимости: в сингулярности «не работает» и она. При этом теория не только указывает на саму возможность существования гравитационных сингулярностей, но в некоторых случаях делает их вообще обязательными. Речь, в частности, о черных дырах – объектах колоссальной плотности, которая делает их невероятно массивными для своих размеров.


Черная дыра / ©Wikimedia Commons
Черная дыра может иметь массу, сравнимую с массой крупной планеты или с миллиардом крупных звезд, но эта масса определяет лишь величину той области вокруг нее, где царит одна лишь гравитация – и откуда не вырваться ничему, ни веществу, ни излучению, ни информации. Размер этой «области невозврата» называется радиусом Шварцшильда, а ограничивает ее горизонт событий, условная линия, по одну сторону которой Вселенная живет своими законами, а по другую властвует сингулярность.

Гравитационная плюс космологическая

Принято говорить, что в сингулярности «законы физики теряют силу». Это не так – просто привычные законы здесь неприменимы, как неприменимы законы классической механики к миру квантовых частиц. По красочному выражению немецкого профессора Клауса Уггла, поведение математических уравнений и функций в сингулярности «становится патологическим». Заметить этот момент достаточно просто – достаточно наблюдать поведение свободно падающих частиц.
Независимо ни от вида самой частицы, ни от того, где именно она падает, она стремится двигаться по максимально прямой траектории, которая только существует в данных условиях. В пустом космосе, у поверхности Земли или за границей горизонта событий частица меняет траекторию лишь под действием других сил, в том числе гравитации. Но в сингулярности гравитационное поле возрастает до бесконечности, и свободно падающая частица просто… перестает существовать.
Прямые здесь обрываются (это свойство сингулярности называется геодезической неполнотой), а с ними обрывается и судьба частицы. Как показал еще около 40 лет назад великий математик Роджер Пенроуз, геодезическая неполнота должна возникать внутри любой черной дыры. Впоследствии его выкладки развил Стивен Хокинг, расширив эти представления до целой Вселенной.


Черная дыра / ©Wikimedia Commons
Да, вначале была сингулярность. Еще в 1967 году Хокинг строго доказал, что если взять любой вариант решения уравнений Общей теории относительности и «развернуть их» назад во времени, то при любом раскладе в расширяющейся Вселенной мы придем к ней, к сингулярности. Из бесконечного провала этой «космологической праматери» и распустился цветок нашего пространства-времени.
Впрочем, при всей своей красоте «теоремы сингулярности Пенроуза – Хокинга» лишь указывают на возможность их существования. О том же, что происходит там, внутри, что можно «увидеть» в сердце черной дыры и чем была Вселенная до Большого Взрыва, они не говорят ровным счетом ничего. Возьмем хотя бы космологическую сингулярность Хокинга: она должна иметь одновременно бесконечную плотность и бесконечную температуру, совместить которые пока никак не получается. Ведь бесконечная температура означает бесконечную энтропию, меру хаоса системы – а бесконечная плотность, наоборот, указывает на хаос, стремящийся к нулю.


©Wikimedia Commons
Сингулярность оголяется

Впрочем, это далеко не единственная странность вокруг сингулярности. Среди диковинных гипотез, построенных на строгой основе общей тео­рии относительности, стоит вспомнить идею существования «голых сингулярностей» – не окруженных горизонтом событий, а значит и вполне наблюдаемых извне.
По мнению некоторых физиков, голая сингулярность может появляться из обычной черной дыры. Если черная дыра вращается чрезвычайно быстро, сингулярность вместо точки может приобрести кольцеобразную форму тора, окруженного горизонтом событий. Чем быстрее дыра вращается, тем сильнее сходятся внешний и внутренний горизонты – и в какой-то момент они могут слиться, исчезнув.
К сожалению, в реальности наблюдать голую сингулярность пока не удается, зато в фантастике она встречается регулярно. Одна из населенных разумными существами колоний в культовой киносаге «Звездный крейсер «Галактика» вращается не вокруг звезды или планеты, а вокруг такой голой сингулярности.


Голая сингулярность / ©Wikimedia Commons Стоит сказать, что Роджер Пенроуз ввел в космологию принцип космической цензуры, предположение, согласно которому голых сингулярностей во Вселенной быть не может. Ученый образно сформулировал свой подход: «Природа не терпит голых сингулярностей». Этот принцип до сих пор остается недоказанным и не опровергнутым окончательно.

Как (не) попасть в сингулярность

Рассуждая логически, можно прий­ти к выводу о том, что оказаться внутри сингулярности мы не сможем никогда – вплоть до момента окончательной гибели Вселенной. Давайте представим частицу, притянутую черной дырой. Вот она, ускоряясь, по спирали приближается к ней. Чем сильнее гравитация и выше скорость, тем, согласно уравнениям того же Эйнштейна, сильнее замедляется течение времени. Наконец наша частица пересекает горизонт событий.
Сколько у нее ушло на это времени? Для стороннего наблюдателя это могут быть годы. Но вот частица устремляется к сингулярности в центре дыры – пространство-время вокруг нее буквально встает на дыбы, время для частицы практически останавливается. Можно представить это и наоборот: время Вселенной в сравнении с ней ускоряется практически бесконечно.
Но ведь даже черные дыры не вечны. Как показал Стивен Хокинг еще в 1970-х, в результате сложной игры гравитации и квантовых эффектов у горизонта событий все черные дыры понемногу испаряются и рано или поздно исчезают. Быть может, исчезнет и частица, так и не добравшись до сингулярности. Но тут снова появляются парадоксы почище тех, что встретились Алисе в Стране Чудес. Например – где же находится эта частица?


©Wikimedia Commons
С точки зрения теоретической физики, черные дыры – пустые. Да, их ограничивает горизонт событий, но за ним нет ничего, что можно было бы измерить, обозначить, зафиксировать – а значит, нет ничего вообще. Вся масса черной дыры сосредоточена в сингулярности – бесконечно малой точке, окруженной сферой, полной почти метафизической тьмы.


©Wikimedia Commons
Что у нее внутри?

Некоторые теоретики полагают, что Вселенная не терпит не только голой сингулярности, но и разрывов пространства-времени. Поэтому каждая сингулярность является червоточиной – своего рода провалом, туннелем, соединяющим одну область мира с какой-то другой «прямым ходом», образно называемым «кротовой норой» или «червоточиной». Но это лишь гипотеза, и неизвестно, появится ли у нас когда-нибудь хотя бы возможность подтвердить ее или опровергнуть.


©Wikimedia Commons
Главный вопрос остается: что там, внутри сингулярности? Что наступает после того, как сама ткань пространства-времени мнется, растягивается, дыбится, пока не разрывается окончательно? Ответить на него проще простого: неизвестно.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://habr.com/ru/post/506896/

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Физики рассказали о новом квантовом парадоксе
Как минимум одно из трех фундаментальных предположений о нашем мире — неверно.

Квантовый мир сложен для понимания / Pixabay
Принципы квантовой физики практически идеально подходят для предсказания и описания поведения атомов и субатомных частиц. Но применение квантовой теории к объектам куда большим, чем атомы к наблюдателям — например, к наблюдателям, производящим измерения, — вызывает много сложных концептуальных вопросов. В новой статье, опубликованной в Nature Physics, группа австралийских исследователей описывает парадокс, связанный с подобным масштабированием.
«Этот парадокс означает, что если квантовая теория работает для описания [поведения] наблюдателей, то ученым придется отказаться от одного из трех устоявшихся предположений», — объясняет один из авторов работы Эрик Кавальканти. Первое из этих предположений заключается в том, что наблюдаемый результат измерения является единственным реальным событием, и не существует никаких иных вариантов данного события в «альтернативных вселенных».
Второе предположение состоит в том, что экспериментальные установки могут быть выбраны свободно и без каких-либо ограничений, что позволяет ученым проводить рандомизированные испытания. А последнее предположение — в том, что, как только такой свободный выбор установки сделан, его влияние не может распространяться во Вселенную быстрее скорости света. «Каждое из этих фундаментальных предположений кажется вполне разумным <…>. Но мы показали, что как минимум одно из этих распространенных убеждений должно быть неправильным, — заключает Кавальканти. — Отказ от любого из них имеет далекоидущие последствия для нашего понимания мира».
Исследователи пришли к этому парадоксу, проанализировав сценарий со вполне разделенными квантово запутанными частицами в сочетании с «квантовым наблюдателем» — системой, которую можно модифицировать и измерять извне, но которая при этом сама может производить измерения квантовых частиц. Основываясь на трех фундаментальных предположениях, ученые математически определили пределы того, какие экспериментальные результаты возможны в этом сценарии. Но, будучи примененной к наблюдателям, квантовая теория предсказывает результаты, которые нарушают эти самые пределы.
Схема экспериментальной установки, использованной в ходе экспериментов / Wiseman, Cavalcanti, Tischler et al., Nature Physics, 2020
В дальнейшем ученые планируют модифицировать свой экспериментальный сценарий для окончательного подтверждения парадокса. «У нашего «наблюдателя» был, так сказать, очень маленький мозг. У него всего два состояния памяти, которые реализуются как два разных пути для фотона», — говорит соавтор работы Нора Тишлер.
«Эксперимент нашей мечты — это опыт, в котором квантовый наблюдатель представляет собой программу искусственного интеллекта уровня, сравнимого с человеком, работающую на мощном квантовом компьютере, — добавляет руководитель исследований Говард Вайзман. — Уже давно ясно, что квантовые компьютеры революционизируют нашу способность решать сложные вычислительные задачи. Чего мы не осознавали, пока не начали это исследование, так это того, что они могут помочь в решении сложных философских проблем: природы физического и ментального мира, а также их взаимодействий».

Ранее мы сообщали о том, что американские ученые нашли способ сделать квантовые состояния длительнее в десять тысяч раз, а один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков.