Когда Пол Глейшер вот-вот должен был получить ученую степень в 2012 году, вокруг только и было разговоров, что о бозоне Хиггса. Сталкивая протоны вместе вот уже два года, Большой адронный коллайдер ЦЕРНа вот-вот должен был выхватить загадочную частицу — которая помогает объяснить, как у вселенной появилась масса — из царства теории. Студентам, которым довелось попасть в исследовательскую группу БАК, выпал шанс осуществить крупнейшее открытие в современной физике.

В начале был знак вопроса. А потом и все остальное. Конец. Все мы слышали о теории Большого Взрыва (я сейчас про космологическую модель, а не про сериал), но важно понимать, чем эта теория является, а чем нет. Позвольте разъяснить одну точную, понятную и до смешного простую вещь: теория Большого Взрыва — это не теория создания Вселенной. Зафиксируйте это для протокола. Поправляйте людей, когда они ошибаются.

• А. Белый (полярный медведь)
• B. Бурый
• C. Чёрный
• D. Чёрно-коричневый (малайский медведь)
• E. Серый (гризли)

Источник: ПостНаука

ПостНаука развенчивает научные мифы и объясняет общепринятые заблуждения. Мы попросили наших экспертов прокомментировать популярные представления о движении и физических свойствах света.

Источник: Элементы
Оригинал: "Популярная Механика" #6, 2014
Автор: Алексей Левин

В 1933 году американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки, наблюдая за шестью сотнями галактик в скоплении Кома, расположенном в 300 млн световых лет от Млечного Пути в направлении созвездия Волосы Вероники (Coma Berenices), обнаружил, что масса этого скопления, определенная исходя из скорости движения галактик (так называемая динамическая масса), в 50 раз больше массы, вычисленной с помощью оценки светимости звезд. С такой же нехваткой массы в галактическом кластере Вирго тремя годами позже столкнулся американец Синклер Смит. Столь серьезное расхождение было невозможно объяснить погрешностью расчетов, поэтому ученые пришли к заключению, что Млечный Путь и некоторые спиральные галактики содержат несветящееся вещество, масса которого значительно превышает массу звезд. Это «невидимое» вещество Цвикки в 1933 году назвал темной материей. Голландский астроном Ян Оорт предложил этот термин годом раньше, но использовал его для изложения ошибочной гипотезы. Поэтому отцом темной материи считается всё же Цвикки.

^{Световая скульптура «Мультивселенная» Лео Виллареала, состоящая из 41 тыс. светодиодных элементов, расположенная между Национальной галереей искусства и парком National Mall, Вашингтон}

Источник: ПостНаука

Понятие мультивселенной обычно отождествляется с нетривиальной топологией окружающего нас пространства. Причем, в отличие от понятия «мультиверс» в квантовой физике, имеют в виду достаточно большие масштабы пространства, на которых квантовыми эффектами можно полностью пренебречь.

Что такое нетривиальная топология? Объясню это на простых примерах. Представим себе два предмета, вылепленные из пластилина: обычную чашку с ручкой и блюдце под эту чашку. Без разрывов пластилина и без склейки поверхностей, а только пластичной деформацией пластилина блюдце можно превратить в шар, но никак невозможно превратить в чашку или в бублик. Для чашки наоборот: из-за ее ручки чашку никак невозможно превратить в блюдце или в шар, но можно превратить в бублик. Эти общие свойства блюдца и шара соответствуют их общей топологии — топологии сферы, а общие свойства чашки и бублика — топологии тора.

Источник: ПостНаука

Спином называют собственный момент импульса частицы. Момент импульса характеризует количество вращательного движения, то есть спин характеризует тот факт, что частицы ведут себя так, будто бы они вращаются вокруг своей оси. Частицы похожи на маленькие волчки и ведут себя очень похожим образом. Спин задает направление частицы, как бы делает ее ориентированной так же, как ось волчка задает для волчка выделенное направление. Спин может реагировать на толчки так же, как это делает волчок, если толкать его в сторону, и вообще ведет себя подобно миниатюрным гироскопам.

Источник: ПостНаука

Эффект Шпольского — революционное открытие, которое позволило вывести спектроскопию на принципиально новый уровень и фактически положило начало целому научному направлению — люминесцентной спектроскопии сложных органических соединений.

Эдуард Владимирович Шпольский — знаменитый советский ученый, который в 1930–1975 годах был главным редактором журнала «Успехи физических наук». В 1950-х годах коллектив кафедры теоретической физики Московского пединститута (в настоящее время Московский педагогический государственный университет) под руководством Шпольского активно занимался изучением спектров фотолюминесценции примесных молекулярных кристаллов — твердых растворов молекул органических красителей. То есть жидкий раствор красителя фактически замораживался, и изучение спектров веществ происходило при очень низких температурах.

Источник: Naked Science

Нобелевская неделя набирает ход, и сегодня мир узнал имена ученых, кому досталась премия по физике. Награду вручили двум ученым из Канады и Японии – Артуру Макдоналду и Такааки Кадзите.

Сообщение о лауреатах появилось на официальном сайте Nobelprize.org. Нобелевскую премию присудили исследователю из Японии Такааки Кадзите (Takaaki Kajita) и канадцу Артуру Макдоналду (Arthur B. McDonald). Награда вручена за «открытие осцилляции нейтрино, доказывающей, что у них есть масса». Нейтринными осцилляциями называют превращение нейтрино в нейтрино другого поколения или в антинейтрино. Отметим, что нейтрино являются чрезвычайно легкими частицами и первоначально считалось, что они не имеют массы. Открытие удалось сделать при помощи двух детекторов: японского Супер-Камиоканде и канадской нейтринной обсерватории в Садбери. Его уже успели назвать историческим.

Скачать

Еще сто лет назад Альберт Эйнштейн только-только опубликовал свою революционную и новую теорию гравитацию, атомные ядра были полнейшей загадкой, а квантовая «теория» представляла собой вереницу домыслов. Сверхпроводимость, природа химической связи и источник энергии звезд сбивали с толку самых лучших физиков.

Скачать

Один дядя получил предписание на снос своего ларька и попросил другого дядю на кране передвинуть его прелесть. Крановщик оказался неопытным, а затем мёртвым.

В поисках внеземного разума ученые часто получают обвинения в «углеродном шовинизме», поскольку ожидают, что другие жизнеформы во Вселенной будут состоять из тех же биохимических строительных блоков, что и мы, соответствующим образом выстраивая свои поиски. Но жизнь вполне может быть другой — и люди об этом задумываются — поэтому давайте изучим десять возможных биологических и небиологических систем, которые расширяют определение «жизни».

«Наблюдения показывают, что Вселенная расширяется с увеличивающейся скоростью. Она будет расширяться вечно, и становиться всё более пустой и тёмной».

Стивен Хокинг

Источник: Элементы
Оригинал: "Химия и жизнь" #4, 2015

История пузырькового термоядерного синтеза, он же bubblefusion или sonofusion, полна загадок, нестыковок и трагедий. В околонаучной американской прессе ее даже окрестили «баблгейт».

До развязки дела, начавшегося в конце XX века, еще далеко, а промежуточным итогом можно считать публикацию в «Успехах физических наук» (2014, 184, 9) статьи активного участника событий — академика Р. И. Нигматулина, математика и специалиста по акустике, директора Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, и его американских коллег.

Нет сомнения, что с математической точки зрения у нас нет недостатков во всяческих красивых и элегантных математических аппаратах. Но не все они имеют смысл в физической вселенной. На каждую гениальную идею, описывающую то, что мы можем увидеть и измерить, найдётся ещё одна гениальная, которая попытается описать то же самое, но окажется неправильной. Обсуждая на прошлой неделе вопросы, касающиеся альтернатив струнной теории, я нашёл следующее высказывание:

Во-первых, есть большая разница между квантовой гравитацией, решением теории струн и другими альтернативами.

Начнём с нашей дорогой вселенной. Есть общая теория относительности – наша теория гравитации. Она постулирует, что вся система работает несколько хитрее, нежели простое «дальнодействие», которое придумал Ньютон, у которого все массы во всех местах вселенной испускали силы, действующие друг на друга, обратно пропорциональные квадрату расстояния между ними.

Масса, как объяснил Эйнштейн при помощи принципа эквивалентности E = mc² в 1907, есть лишь одна из форм энергии. Эта энергия заворачивает самую ткань пространства-времени, изменяя путь, по которому движутся тела, и изгибая то, что наблюдатель увидел бы как декартовскую решётку. Объекты не ускоряются невидимой силой, а просто путешествуют по пути, искривлённому различными формами энергии, присутствующими во вселенной.

Это гравитация.

Принцип неопределенности говорит, что мы не можем знать определённые свойства квантовой системы в один и тот же момент времени. Например, мы не можем одновременно узнать положение частицы и ее скорость. Но что это говорит нам о реальном мире? Если бы мы могли заглянуть за кулисы квантовой теории, обнаружили бы мы, что объекты действительно обладают определенным положением и скоростью? Или принцип неопределенности означает, что на фундаментальном уровне объекты просто не имеют четкой координаты и импульса одновременно. Другими словами, неполна ли наша теория или реальность «размыта» на самом деле?

Скачать

Некоторые физики на самом деле считают, что вселенная, в которой мы живем, может быть гигантской голограммой. Такое научное исповедание становится все более популярным. И самое интересное, что эта идея не совсем напоминает моделирование вроде «Матрицы», а скорее приводит к тому, что хотя нам кажется, что мы живем в трехмерной вселенной, у нее может быть всего два измерения. Это называется голографическим принципом.

Наука выделяет четыре основных пути, на которых Вселенная может встретить свою судьбу. Это Большое Замерзание, Большой Хруст, Большое Изменение и Большой Разрыв. Если вам эти названия ничего не говорят, сейчас все поймете. Вас не должен удивить факт того, что наша планета обречена. Пройдет немного времени, всего 6 миллиардов лет, и Земля, скорее всего, испарится, когда Солнце расширится до красного гиганта и поглотит нашу планету.

Считается, что в древности все люди думали, будто Земля — плоский диск. Однако подобного мнения придерживаются только невежды, потому что ученым о шарообразности Земли было известно давно. Так, один из первых достаточно точных экспериментов в этой области провел греческий математик и астроном Эратосфен Киренский. Дело происходило за 200 лет до Рождества Христова.

Источник: ПостНаука

ПостНаука развенчивает научные мифы и борется с общепринятыми заблуждениями. Мы попросили наших экспертов прокомментировать устоявшиеся представления о радиоактивных веществах и их воздействии на человека.

Ночью 15 октября 1991 года небо над штатом Юта прорезала частица, получившая название "Oh-My-God".

Это было космическое излучение, содержавшее в себе 320 эксаэлектронвольт (10¹⁸ эВ) энергии – в миллион раз больше, чем могут достичь частицы в Большом Адронном Коллайдере. У частицы была такая скорость, что, соревнуйся она со светом, за год отстала бы от него на 1/1000 толщины волоса. Энергии в ней столько, как если бы вы уронили шар для боулинга на свой палец – только в шаре для боулинга столько атомов, сколько звёзд на небе. «Никто не ожидал, что можно впихнуть столько энергии в одну частицу»,- сказал Дэвид Киеда, астрофизик из Университета Юты.

Милях в пяти от места падения частицы, на верхушке пустынной горы в старом трейлере жили крысы и работал исследователь. Незадолго до события, на закате, Менгжи Луо по прозвищу «Стивен» включил компьютеры детектора «Глаз мухи» (Fly's Eye). Это массив из десятка сферических зеркал, расположенных на голой земле. Каждое зеркало было закреплено внутри «консервной банки», сделанной из канализационной трубы, и смотрело «вниз» в течение дня, чтобы его чувствительные датчики не страдали от солнечного излучения. С наступлением темноты, чистой и безлунной ночью, Луо повернул «банки» лицом к небу.

«Эксперимент был ещё сырой,- говорит Киеда, который работал с „Глазом мухи“ вместе с Луо и другими учёными. – Но главное, что он сработал».


Глаз мухи

Группа ученых из NASA некоторое время работает над новым и потенциально революционным ракетным двигателем, не требующим использования ракетного топлива и в теории способным доставить космический корабль до Марса всего за 10 недель. Работа над этим двигателем ведется в течение нескольких последних месяцев, и сейчас NASA рассказало о результатах новых испытаний, которые, как отмечает NASASpaceflight, делают невозможное фактически возможным.

Может ли реальность быть иллюзией, которую создает наше сознание? Создает ли сознание материальный мир? Прежде чем ответить на этот вопрос, важно отметить, что «реальность» не просто состоит из крошечных физических кусочков. Молекулы состоят из атомов, атомы — из субатомных частиц вроде протона и электрона, которые на 99,99999 % представляют собой пустое место. Они, в свою очередь, состоят из кварков, которые, по всей видимости, являются частью поля суперструн, которые состоят из вибрирующих струн энергии.

Скачать

Ликбез по физике токамаков и по физикам, видимо, тоже. Идее проведения управляемого термоядерного горения с магнитным удержанием стукнуло 60 лет, и многие задаются вопросом “и где возврат потраченного на исследования?”, “где обещанный источник чистой и дешевой энергии?”. Пришло время посмотреть, какие отмазки у физиков есть сегодня. Я не буду в этой статье затрагивать другие установки, кроме токамаков, но мы взглянем на проблемы нагрева, удержания плазмы, ее нестабильности, проблему бридинга трития, перспективы и даже где-то историю вопроса.

Ликбез

Если взять 2 нейтрона и 2 протона и слепить из них атом гелия мы получим очень много энергии. Просто очень много энергии — с каждого килограмма налепленного гелия — эквивалент сжиганию 10 000 000 килограмм бензина. При такой смене масштаба энергосодержания наша интуиция пасует, и об этом надо помнить, когда придумываешь свой вариант термоядерной установки.

Скачать

Физики хотят найти единую теорию, которая описывает всю Вселенную, но для этого им придется решить сложнейшие проблемы в науке. Недавно вышедший фильм «Теория всего» рассказывает историю Стивена Хокинга, который стал всемирно известным физиком вопреки тому, что был прикован к инвалидной коляске с молодости. Фильм в основном про жизнь Хокинга и его отношения с женой, но все же находит немного времени, чтобы объяснить, на чем сделал карьеру Хокинг.

Вы, наверное, слышали о так называемом эффекте Казимира в научно-фантастическом фильме, но было ли вам известно, что энергию пустого пространства можно в теории использовать для исследования Вселенной? Эффект Казимира описывает, что в пустом пространстве есть энергия, которая может воздействовать на физические объекты. Ученые разрабатывают способы применения этой концепции в самых разных областях, от освоения космоса до нанотехнологий. Правильно используемое «пустое пространство» Вселенной может быть использовано для ускорения космических кораблей в регионы, в настоящее время неизведанные человеком.

Что такое время? Августин Блаженный говорил: «Я знаю, что такое время, пока не задумываюсь о нем». Согласно стандартной модели физики, время — четвертое измерение, дополнение к трем пространственным измерениям. Значит, сквозь него можно проходить. Долгие годы научные фантасты смаковали возможности перемещений во времени в самых разных подробностях. С каждым столетием мы осваиваем все больше новых технологий, открываем новые аспекты науки. Что нам осталось узнать о путешествиях во времени, прежде чем мы начнем воплощать их в реальности?

Источник: ПостНаука
Автор: Александр Потехин, доктор физико-математических наук

В 2015 году идее кварковых звезд исполняется 50 лет, однако до сих пор не доказана возможность их существования. О том, что они собой представляют, как могут образовываться и можно ли обнаружить кварковую звезду, мы попросили рассказать доктора физико-математических наук Александра Потехина.

Этот пост является вольным переводом ответа, который Mark Eichenlaub дал на вопрос What's an intuitive way to understand entropy?, заданный на сайте Quora

Энтропия. Пожалуй, это одно из самых сложных для понимания понятий, с которым вы можете встретиться в курсе физики, по крайней мере если говорить о физике классической. Мало кто из выпускников физических факультетов может объяснить, что это такое. Большинство проблем с пониманием энтропии, однако, можно снять, если понять одну вещь. Энтропия качественно отличается от других термодинамических величин: таких как давление, объём или внутренняя энергия, потому что является свойством не системы, а того, как мы эту систему рассматриваем. К сожалению в курсе термодинамики её обычно рассматривают наравне с другими термодинамическими функциями, что усугубляет непонимание.

Источник: Naked Science

Бельгийские и французские физики предложили необычный эксперимент: с помощью ядерного реактора они хотят найти нейтроны, попавшие в нашу Вселенную из других миров.

Ученые руководствуются теорией о том, что наш трехмерный мир (трехмерная брана) вложен в многомерное пространство (гиперпространство). Эту теорию впервые выдвинули немецкие физики Теодор Калуца и Оскар Клейн еще в 1920-х годах. Сегодня она включена в современную теорию струн и расширения Стандартной модели с дополнительными измерениями.

Источник: ПостНаука
Автор: митрий Гольберг, кандидат физико-математических наук

Об открытии нанотрубок объявил японский ученый Сумио Ииджима, который работает в городе Цукуба в Японии: в 1991 году он заявил о том, что существуют очень тонкие специальные цилиндрические образования из углерода. Эти материалы на самом деле были известны давно: еще в 1950-е годы в работах русских ученых было показано, что существуют очень тонкие волокна, сделанные исключительно из углеродных атомов. Они тоньше человеческого волоса в 50 000 раз. Но в то время, в 1950-е годы, еще не было просвечивающего электронного микроскопа, который мог бы идентифицировать эти материалы и показать, что они состоят из геликоидально завернутого листа графита и имеют внутри канал.

Сразу скажу, фильм "Гравитация" 2013 г., режиссера Альфонса Куарона, меня впечатлил. Шикарные виды, графика, Сандра Буллок и Джордж Клуни, сюжет… но несмотря на все это, меня, человека от физики далекого, заинтересовала воззможность возникновения и реализации этого сюжета в реальности. Нашелся оченьинтересный, на мой взгяд, отзыв на фильм. Автор: Афанасьев Александр Николаевич.

Источник: Наука и Жизнь
Оригинал: Engineering at Illinois

Прочтя заголовок, легко представить, что физики придумали некое таинственное заклинание, которое может изменить одну из фундаментальных констант вселенной. Нет, никакой мистики здесь нет, в ходе эксперимента ни один физический закон не был нарушен, а постоянная скорости света в вакууме осталась нетронутой. Однако звуковые волны действительно способны воздействовать на свет, и работа исследователей может оказаться очень полезной для развития технологий оптоволоконной передачи данных. Как это работает?

Источник: "Наука и Жизнь" #3, 2005
Автор: Фёдор Митенков, академик, научный руководитель ФГУП "Опытное конструкторское бюро машиностроения" им. И.И. Африкантова.

Академик Федор Михайлович Митенков был удостоен премии "Глобальная энергия" 2004 года за разработку физико-технических основ и создание энергетических реакторов на быстрых нейтронах. Исследования, проведенные лауреатом, и их практическое воплощение в действующие реакторные установки БН-350, БН-600, строящуюся БН-800 и проектируемую БН-1800, открывают человечеству новое, перспективное направление развития атомной энергетики.

Однажды осенним утром в 2009 году команда из трех физиков сгрудилась вокруг экрана компьютера в небольшом офисе с видом на Бродвей в Нью-Йорке. Они надели самую красивую одежду — даже аспиранты были с запонками — и приготовили бутылку шампанского. Одним щелчком мышки они надеялись разоблачить фундаментальную частицу, которая ускользала от физиков десятки лет: бозон Хиггса.

Источник: Элементы
Оригинал: "Химия и Жизнь" #8, 2014

Откуда взялся уран?

Скорее всего, он появляется при взрывах сверхновых. Дело в том, что для нуклеосинтеза элементов тяжелее железа должен существовать мощный поток нейтронов, который возникает как раз при взрыве сверхновой. Казалось бы, потом, при конденсации из образованного ею облака новых звездных систем, уран, собравшись в протопланетном облаке и будучи очень тяжелым, должен тонуть в глубинах планет. Но это не так. Уран — радиоактивный элемент, и при распаде он выделяет тепло. Расчет показывает, что если бы уран был равномерно распределен по всей толще планеты хотя бы с той же концентрацией, что и на поверхности, то он выделял бы слишком много тепла. Более того, его поток по мере расходования урана должен ослабевать. Поскольку ничего подобного не наблюдается, геологи считают, что не менее трети урана, а может быть, и весь он сосредоточен в земной коре, где его содержание составляет 2,5?10^–4 %. Почему так получилось, не обсуждается.

Аномалия, обнаруженная на Большом адронном коллайдере, побудила ученых пересмотреть математическое описание связанной с экспериментами физики. Изучая две силы, которые отличаются в повседневной жизни, но объединяются при экстремальных условиях в коллайдере (напоминающих условия после рождения Вселенной), они упростили одно из описаний взаимодействий элементарных частиц. Новый подход позволяет сделать особые предсказания событий будущих экспериментов БАК и других коллайдеров, которые помогут выявить «новую физику» и частицы или процессы, которые еще только предстоит открыть.

Астрономия, как известно, самая древняя наука. Древние цивилизации по всему миру смотрели на небо и звезды, но только в 17 веке астрономы начали задумываться о том, как оно там, наверху, работает. Эти открытия в конечном итоге привели к прекрасной и захватывающей картине вселенной, которая у нас есть сегодня. Перед вами несколько важнейших вех, которые были достигнуты на этом пути.