Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Наука физика

Почему лошадиная сила до сих пор применяется для измерения мощности?

13.01.2022 22:10:33 | Автор: admin

Единица измерения «лошадиная сила» не имеет ничего общего с мощностью одной рабочей лошади

Мы привыкли, что мощность автомобилей измеряется в лошадиных силах. Только последние годы, с возросшей популярностью электромобилей (их история насчитывает порядка 200 лет), мощность иногда указывают в ваттах, но еще совсем недавно это вызывало недоумение, ведь речь идет об автомобиле, а не пылесосе. Да и зачем использовать другие единицы измерения, ведь на первый взгляд с лошадиной силой все предельно просто и понятно она соответствует мощности одной рабочей лошади. Но на самом деле это не так. К примеру, согласно данным, которые приводит Университета Калгари, кратковременно рабочая лошадь может развить мощность до 13-15 лошадиных сил. Вообще лошадиные силы правильнее было бы называть человеческими силами, так как один среднестатистический человек может развить чуть более одной лошадиной силы. Но почему же тогда придумали этот термин и используют по сей день, если он не соответствует действительности?

Кто и когда придумал термин лошадиная сила

Термин лошадиная сила был придуман Джеймсом Ваттом задолго до изобретения двигателя внутреннего сгорания в конце XVIII века. Этот шотландский инженер известен своими паровыми двигателями, которые на тот момент были невероятно эффективными. Однако он не преследовал цели точно указать мощность своих двигателей. Скорее наоборот, хотел прорекламировать и показать их превосходство над лошадьми.

Принцип, по которому Джеймс Ватт определял мощность двигателей, был достаточно прост. Из своих личных наблюдений он знал, что одна лошадь способна прокрутить мельничное колесо 144 раза за час. Используя это число, он подсчитал, что лошади способны толкать около 14 774 кг на 1 метр за одну минуту (32 572 фунта на 1 фут. Для удобства он округлил это значение до 33 000 фунтов на один фут в минуту (14 968,55 кг). Таким образом родилась единица измерения мощности.

Джеймс Ватт (Уатт), шотландский инженер, который придумал термин «лошадиная сила»

По сути, эта единица означает не мощность, а производительность. Но Ватта, как я сказал выше, не слишком заботила точность измерений. Главное, что покупателям было понятно, какой прирост производительности они получат, если купят один из его паровых двигателей. Бесспорно, машины действительно были гораздо более мощными, надежными производительными, чем лошади. Поэтому правдивость расчетов никого не интересовала.

Подписывайтесь на наш Яндекс.Дзен-канале, где вы найдете еще больше увлекательных материалов.

Со временем Ватт был признан инженерным гением. Ученые и инженеры настолько высоко оценили его новаторство и изобретательность, что единица измерения мощности в 1882 году была названа в его честь, то есть ватт. При этом для указания мощности моторов продолжали использовать лошадиные силы.

Таким образом, мы по сей день используем термин, созданный в рамках маркетинговой кампании. Но кого сейчас вообще заботит, соответствует он действительности или нет? Практически в каждом языке существует масса слов и терминов, которые уже давно оторваны от своего происхождения, и лошадиные силы один из них. Гораздо важнее, что узнав характеристику автомобиля, к примеру, 100 или 200 лошадиных сил, мы примерно понимаем, насколько у него мощный двигатель, и на что он способен.

Одна лошадиная сила составляет 735 Вт

Современное значение лошадиной силы

Разумеется, то определение лошадиной силы, которое было применено Ваттом, давно устарело. В настоящее время принято считать, что одна лошадиная сила это мощность, которая необходима, чтобы поднять груз весом 75 кг на высоту в один метр за одну секунду. Одна лошадиная сила составляет 735 Вт или 0,735 кВт.

Конечно, при определении мощности автомобильного никакие грузы не поднимают. Все гораздо проще этот параметр вычисляется путем умножения момента силы (крутящего момента) на частоту вращения вала. Крутящий момент это, по сути, силы, с которой крутится вал, или сила, которую необходимо приложить к валу, чтобы он остановился.

Крутящий момент сила, с которой вращается вал

Отсюда следует, что такие характеристики автомобиля, как динамика и максимальная скорость зависят не только от количества лошадиных сил, но и крутящего момента. В теории, коленчатый вал может вращаться без нагрузки с высокой скоростью, что обеспечит автомобиль большим количеством лошадиных сил. Однако его фактическая мощность может быть низкой в результате малого крутящего момента. Другими словами, под нагрузкой двигатель может не тянуть. Поэтому в характеристиках указывают не только мощность двигателя в л.с., но и крутящий момент, который указывается в Ньютонах на метр.

На практике же на крутящий момент мало кто обращает внимания, так как оба параметра взаимосвязаны. Знания мощности вполне обычно вполне достаточно, чтобы правильно оценить характер автомобиля. Напоследок отмечу, что средняя мощность легковых автомобилей в настоящее время составляет 117 лошадиных сил. Но существуют также настоящие монстры, как Hummer EV, мощность которого составляет 830 л.с..

Подробнее..

Что такое многомировая интерпретация квантовой механики?

19.01.2022 00:07:08 | Автор: admin

Если существует множество миров, то чем мы заняты в них?

Стандартным способом понимания квантовой физики является Копенгагенская интерпретация предложенная Нильсом Бором, одним из создателей современной физики. Согласно интерпретации квантовый мир полностью отделен от нашего повсеместного опыта, к тому же, начинается с парадокса. Собеседником Бора был его аспирант физик-теоретик Вернер Гейзенберг. Вместе они обсуждали как реальные, так и мысленные эксперименты, рассматривая предложения и возражения Эйнштейна, Шредингера, Паули, Пола Дирака и других. Гейзенберг, например, считал, что из квантовой теории должна вытекать единственно верная интерпретация, доказать которую можно в процессе дальнейших исследований. Эйнштейн, однако, не мог смириться с тем, что вытекает из этого предположения существование «параллельных вселенных», в каждой из которых действуют одни и те же законы природы. И действительно, подобные предположения нелегко согласовать с нашим восприятием Вселенной.

В двух местах одновременно

Одной из самых странных идей, появившихся в физике 20-го века, является многомировая интерпретация квантовой механики, которая пытается объяснить загадочные и противоречащие эффекты этой теории. Согласно Копенгагенской интерпретации каждый физический эксперимент, вне зависимости от того, относится ли он к явлениям повседневной жизни или к явлениям атомной физики, должен быть описан в понятиях классической физики. Вместе они образуют язык, с помощью которого мы описываем наши опыты и результаты.

Вот только заменить эти понятия нечем, а их применимость ограничена соотношением неопределенностей. Выходит, мы должны иметь в виду ограниченную применимость классических понятий и не пытаться выходить за рамки этой ограниченности. И чтобы лучше понять этот парадокс, необходимо сравнить интерпретацию опыта в классической и квантовой физике.

Некоторые физики считают, что могут существовать разные частицы, разные силы, даже разное количество измерений пространства по сравнению с тем, что мы видим вокруг нас.

Явления, о которых идет речь, похожи на квантовую интерференцию, при которой квантовая частица, проходящая через двойную щель, создает интерференционную картину, что может произойти только в том случае, если частица проходит через обе щели одновременно.

Интерпретация многих миров объясняет такое положение вещей идеей о том, что на самом деле в эксперименте участвуют две вселенные Напомним, что явление интерференции происходит при взаимодействии двух и более волн одинаковой частоты, распространяющихся в различных направлениях.

В одной из этих вселенных частица проходит через одну щель, в то время как в другой проходит через вторую. В остальном эти вселенные идентичны. Интерференционная картина возникает потому, что эти вселенные находятся в квантовой суперпозиции.

Это интересно: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Копенгагенская интерпретация

Итак, интерпретация многих миров гласит, что все, что может произойти, на самом деле происходит в параллельной вселенной. Таким образом, должно существовать бесконечное число параллельных вселенных, содержащих все, что когда-либо могло произойти. В одной из таких вселенной вы политик, в другой знаменитый музыкант.

Согласна, принять эту идею нелегко, особенно ввиду других проблем с интерпретацией многих миров. Так, она предсказывает, что все возможные исходы действительно случаются, но не объясняет, почему физики видят наиболее вероятный результат в сто раз чаще, чем другие. По этой причине многие ученые остаются при своем мнении и продолжают искать более правдоподобные интерпретации.

Квантовая запутанность явление, которое мы не можем объяснить

Одна из таких предложена физиками из университета Гриффита в Австралии. Они полагают, что нашли альтернативную интерпретацию, которая решает противоречащие проблемы квантовой механики и способна объяснить странные странные результаты научных исследований.

На первый взгляд, новая интерпретация имеет некоторое сходство с интерпретацией многих миров, предполагая реальное существование множества различных параллельных вселенных. Но есть важные отличия каждая из этих вселенных развивается в соответствии с классической ньютоновской физикой, отмечают исследователи.

Однако эти вселенные могут взаимодействовать посредством «отталкивания», которая не позволяет частицам в разных вселенных приближаться друг к другу близко. «Все квантоподобные эффекты возникают из-за существования этого взаимодействия», пишут авторы научной работы. «В отсутствие межмирового взаимодействия миры развиваются независимо в соответствии с чисто ньютоновской динамикой».

Больше по теме: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Так сколько же существует вселенных?

Исследователи утверждают, что согласно квантовой теории может существовать «множество взаимодействующих миров». Это утверждение немедленно решает проблему вероятности, так как квантовые вероятности не играют никакой роли ни в одном из миров. Парадоксально, но физики говорят, что «вероятности возникают только потому, что наблюдатели не знают, в каком мире они на самом деле находятся».

Выходит, миры развиваются по-разному, в зависимости от того, что на самом деле происходит в каждом из них. Это позволяет сгруппировать их в классы в соответствии с макроскопическими результатами.

никто точно не знает, какие квантовые процессы в реальном мире ответственны за соткание ткани пространства-времени.

Физики продолжают изучать ряд примеров, в которых отталкивающее взаимодействие между различными мирами приводит к различным квантовым эффектам, которые они видят. В интерпретации множества взаимодействующих миров физики представляют себе два параллельных мира, в каждом из которых частица направляется к барьеру. В одном мире частица отскакивает от него, но в другом отталкивание между частицами дает второй импульс, необходимый для преодоления барьера.

По мнению авторов исследования, увеличение числа миров все больше походит на предсказаная квантовой механики.

И все же впереди еще много проблем. Возможно, наиболее серьезным и, следовательно, наиболее интересным является то, как интерпретация множества взаимодействующих миров справляется с квантовой запутанностью.

Подробнее о том, что это такое мы рассказывали здесь.

Оригинальная копенгагенская интерпретация квантовой механики все еще популярна, а новая теория может привести к проверяемым предсказаниям. Ключ находится в количестве миров, которые на самом деле составляют вселенную или мультивселенную. Но если это так, что двумя вселенными дело не кончится — их количество стремиться к бесконечности.

Если существуют другие вселенные, то сколько их?

Но если существует конечное число миров, значит ученые рано или поздно смогут это доказать. Безусловно, для этого потребуется время, но результаты однозначно стоят проверки и наших ожиданий. Идея мультивселенной становится популярной, а квантовая механика наш ключ к поиску других миров. А как вы думаете, если параллельная вселенная существует, как в ней сложилась ваша жизнь? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Подробнее..

Мир в суперпозиции три теории параллельных вселенных

20.01.2022 00:15:27 | Автор: admin

Как описать все, что мы видим и делаем, в одном уравнении?

ХХ век позволил нам заглянуть внутрь самого мироздания. Мы знаем, что состоим из атомов, которые вырвались в космическое пространство из недр сверхновых звезд. Эти мельчайшие частицы химических элементов, состоящие из ядра и электронов, навсегда изменили наше представление о Вселенной и нас самих, а также привели к появлению квантовой механики. Эта область физики чрезвычайно точно описывает взаимодействие элементарных частиц между собой. Но когда мы пытаемся описать нашу повседневную жизнь с помощью квантовой теории, начинаются проблемы. Ведь если одна частица может находиться в двух местах одновременно, то можем ли мы, подобно коту Шредингера, находиться в суперпозиции? И если прямо сейчас я сделаю прыжок вправо, сделает ли прыжок влево другая я в параллельном мире?

Копенгагенская интерпретация

На сегодняшний день существует три основных теории, способных объяснить устройство Мультиверса: копенгагенская интерпретация, интерпретация «множества миров» или «волновой функции» и «параллельные браны» теории струн. Последнюю мы отложим для следующей статьи и сосредоточимся на двух других объяснениях.

Совокупность всех возможных состояний, в которых может существовать объект, называется суперпозицией, которая состоит из «волновой функции».

Квантовая механика требует гладкой, полностью детерминированной волновой функции математического выражения, которое передает информацию о частице в виде многочисленных возможностей ее местоположения и характеристик. Но она также требует чего-то, что реализует одну из возможностей и устраняет все остальные.

Узнать жив или мертв кот можно лишь открыть коробку

Копенгагенская интерпретация была разработана в 1920-х годах физиками Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, которые утверждали, что частица не имеет материального существования до тех пор, пока не будет подвергнута измерению (наблюдению). И ведет эта теория прямиком к мысленному эксперименту Шредингера.

Читайте также: Физики придумали как спасти кота Шредингера

Нужно поместить кошку в запечатанную коробку вместе с небольшим количеством радиоактивного материала и счетчиком Гейгера. Если счетчик Гейгера обнаруживает распад радиоактивного материала, то запускает выброс ядовитого газа, который убивает кошку. Но пока коробка запечатана, кот находится в суперпозиции он одновременно и жив и мертв. Только когда коробка открыта, кот перейдет в то или иное состояние.

Кот Шредингера находится в суперпозиции

Шредингер считал, что подобного не может быть и что квантовая суперпозиция не работает с большими объектами, такими как кошки, потому что организм не может быть одновременно живым и мертвым. Таким образом, он пришел к выводу, что Копенгагенская интерпретация должна быть ошибочной изначально.

Не пропустите: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

Интерпретация множественности миров

Альтернатива Копенгагенской интерпретации была предложена в 1957 году аспирантом Принстонского университета Хью Эвереттом. Он изучал физику под руководством Джона Уилера, который представлял себе структуру Вселенной как бурлящее субатомное царство квантовых флуктуаций.

В своей диссертации, озаглавленной «Теория универсальной волновой функции», Эверетт утверждал, что универсальная волновая функция реальна и не коллапсирует, как в Копенгагенской интерпретации. В этом случае каждый возможный результат квантового измерения реализуется в каком-то «мире» или вселенной, и по этой логике должно существовать очень большое или бесконечное число вселенных.

Волновая функция коллапсирует, допуская существование других миров

Согласно многомировой интерпретации квантовой механики все возможные события на самом деле происходят, но в каждой Вселенной может произойти только один результат. Требуется бесконечное число параллельных Вселенных, чтобы учесть все варианты, но эта интерпретация столь же верна, как и любая другая. Нет никаких экспериментов или наблюдений, которые бы исключали существования других миров.

Интересно, что многомировая интерпретация квантовой физики Эвереттом получила незначительную поддержку со стороны физического сообщества, так что он провел всю свою трудовую жизнь вне академических кругов. Сегодня его имя встречается все чаще, а недавно мы подробно рассказывали о его теории.

Еще больше интересных статей о том, что представляет собой Вселенная, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Согласно многомировой интерпретации квантовой механики все возможные события на самом деле происходят, но в каждой Вселенной может произойти только один результат. Требуется бесконечное число параллельных Вселенных, чтобы учесть все варианты, но эта интерпретация столь же верна, как и любая другая. Нет никаких экспериментов или наблюдений, которые бы исключали существование других миров.

Стивен Хокинг и теория инфляции

Знаменитый британский физик Стивен Хокинг скончался 14 марта 2018 года, проведя десятилетия прикованным к инвалидному креслу из-за бокового амиотрофического склероза. Заключительная исследовательская работа Хокинга, опубликованная всего за 10 дней до его смерти, была написана совместно с Томасом Хертогом, бельгийским профессором теоретической физики и касалась мультивселенной.

В статье, озаглавленной «Плавный выход из вечной инфляции?» Хокинг и Хертог предположили, что быстрое расширение пространства-времени после Большого взрыва, возможно, происходило неоднократно, создавая множество вселенных.

Стивен Хокинг допускал, что Мультивселенная существует

Теория инфляции предполагает, что до Большого взрыва Вселенная была наполнена энергией, которая была частью самого пространства. Именно эта энергия заставляла пространство расширяться с возрастающей скоростью и привела к Большому взрыву.

Больше по теме: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Но так как инфляция (как и все остальное) носит квантовый характер, она, должно быть, прекратилась в разное время в разных местах. Это означает, что должны существовать области пространства, в которых заканчивается инфляция и начинается Большой взрыв. Вот только эти области никогда не смогут столкнуться друг с другом, так как разделены раздувающимся пространством.

Выходит, сегодня никто не может ответить на вопрос о существовании Мультивселенной. Но у ученых появляется все больше идей и инструментов, с помощью которых мы можем попытаться понять как устроен мир. Физик Андрей Линде также является сторонником идеи Мультиверса и недавно мы подробно рассматривали его точку зрения, рекомендуем к прочтению.

Подробнее..

Почему электричество издает гудящий звук?

27.01.2022 00:12:17 | Автор: admin

Гул электричества вызван переменным током, который меняет направление с частотой 50 Гц

Проходя мимо высоковольтной ЛЭП или электрической подстанции, вы наверняка слышали характерный гул. Как правило, он не самый приятный, и часто вызывает у людей ощущение опасности, а также желание как можно быстрее покинуть такое место. Иногда гул возникает даже при включении бытовых электроприборов. Этот звук принято называть гулом сети. Но задумывались ли вы когда-нибудь почему электричество гудит и свидетельствует ли этот звук о какой-либо опасности? На самом деле не каждый вид электрического тока вызывает такой гул, а только переменный, или АС. Переменный он называется по той причине, что постоянно меняет направление. Чередование происходит в течение одной секунды десятки раз. Именно со сменой направления, как вы догадались, и связан звук сети. Но почему он возникает?

Какая связь между частотой сети и звуком

Так как звук сети связан со сменой направления тока, его частота также зависит от частоты сети. Существует два стандарта частоты. К примеру, в США, Японии, странах Южной Америки частота сети составляет 60 Гц, то есть ток меняет направление 60 раз в секунду. В Европе и России частота сети составляет 50 Гц, соответственно смена направления составляет 50 раз в секунду.

Как утверждают эксперты, частота звука в два раза превышает частоту сети. Если, к примеру, этот показатель в США составляет 60 Гц, то частота звука сети здесь равна 120 Гц. Музыканты, которые настраивают свой инструмент по тюнеру, знают, что этот звук находится между ля-бемоль и си-бемоль. В России, как и всей Европе, сеть, соответственно, издает звук на частоте 100 герц. Он находится между ля-бемоль и соль.

Основная причина гула высоковольтных ЛЭП коронный разряд

Почему в сети возникает гул

Причины возникновения гула сети существуют разные. Даже в близи высоковольтной ЛЭП бывает несколько источников звука. Основная причина характерного гудения заключается в том, что возле поверхности высоковольтного провода возникает мощное электрическое поле. В этом поле разгоняются свободные электроны, которые присутствуют в воздухе. Разогнавшись, они ионизируют воздух и приводят к возникновению так называемого коронного разряда. Этот разряд вспыхивает и гаснет с частотой 100 Гц, то есть с частотой нарастания и спада напряжения.

В результате каждого такого разряда воздух нагревается и расширяется, а затем остывает и сжимается. По мнению специалистов, именно постоянное сжатие и расширение воздуха порождает гудение. Громкость звука зависит от погоды, а точнее от проводимости воздуха. Кроме того, звук может вызывать звуковой резонанс. Колебания с частотой 100 Гц передаются на саму опору ЛЭП, в результате чего она также начинает гудеть.

Опоры ЛЭП могут входить в звуковой резонанс

Существует еще одна версия, согласно которой вибрируют жилы провода. Переменный ток с частотой 50 или 60 Гц образует магнитное поле. Оно заставляет жилы в проводах некоторых марок, особенно стальных, вибрировать и ударяться друг о друга. Еще вибрацию могут создавать магнитные поля проводов разных фаз, которые находятся рядом друг с другом. Так как частота изменения полей составляет 100 Гц, провода, которые находятся в магнитном поле друг друга, начинают вибрировать с такой же частотой. Кроме того, есть версия что постоянное расширение и сужение проводов также создает звук. К слову, уже создан материал, который проводит электричество, но при этом не нагревается.

Почему гудят электроприборы

Причина гудения приборов совсем иная. Как правило, звук издает магнитный элемент, который содержится внутри большинства устройств. К примеру, в блоках питания часто имеется трансформатор, который применяется для снижения или, наоборот, повышения напряжения питания. Он представляет собой электромагнитное устройство, которое состоит из железного сердечника, вокруг которого намотана проволока. В результате смены полярности, то есть постоянного включения и выключения магнита, трансформатор начинает вибрировать и издавать соответствующий звук. По этой же причине гудят трансформаторные будки.

В электроприборах чаще всего гудят трансформаторы

Насколько опасным является гудение? Как правило, этот звук сопровождает работу абсолютно исправных электроприборов, то есть является нормальным явлением. Но если характерный гул на частоте 100 Гц появляется внезапно у тех приборов, которые ранее его не издавали, к примеру, у кондиционера, это может свидетельствовать о выходе из строя тех или иных его элементов. В таком случае прибор лучше выключить и обратиться за помощью к специалистам.

Подписывайтесь на наш Пульс Mail.ru, где вы найдете еще больше интересных материалов.

Что касается звука высоковольтной ЛЭП, он не такой безопасный, как может показаться на первый взгляд. Во время коронных разрядов возникают токсичные газы, такие как озон, которые способны причинить вред здоровью. Поэтому при прокладке современных ЛЭП применяются меры, которые предотвращают или минимизируют коронные разряды. Напоследок предлагаю прочесть интересный материал о статическом электричестве.

Подробнее..

Могут ли законы физики меняться со временем?

22.02.2022 18:04:27 | Автор: admin

Наша Вселенная странное место. Судите сами: мы живем на шаре, который вращается вокруг обычной звезды (коих на просторах космоса не счесть), а наша галактика небольшая и по космическим меркам заурядная. Вокруг нас бесконечная Вселенная, которая расширяется с ускорением. И чтобы хотя бы немного понять как устроен окружающий мир, мы придумали физику науку, которая описывает земные и космические законы, то есть законы Природы. И если Общая теория относительности (ОТО) отлично применима для описания происходящего на Земле, то с космосом все не так просто. В 2010 году исследователи обнаружили, что законы физики на самом деле могут медленно меняться со временем, значительно усложняя наше понимание Вселенной. А недавно команда астрофизиков предложила еще один ответ на вопрос о том, различны ли законы физики в разных частях космоса.

Постоянная тонкой структуры

В прошлом году международная команда физиков проанализировала свет, исходящий от далеких звезд и предположила, что так называемая постоянная тонкой структуры значение которой, как и значение скорости света, считалось неизменным изменилась за миллиарды лет. По мнению исследователей времена меняются, как и фундаментальные константы физики.

Напомним, что постоянная тонкой структуры представляет собой объединение скорости света, заряда электрона и квантово-механического числа, известного как постоянная Планка. Иными словами это физическая константа, описывающая электромагнитное взаимодействие. Так, все три ее составляющие обеспечивают меру присущей силы электромагнитных взаимодействий. Например таких, как те, что связывают электрон с атомом.

Поглощение света атомом регулируется взаимодействием электрон-атом.

Значение константы составляет примерно 1/137, и ученые полагают, что так было с незапамятных времен. Например, в ранней Вселенной законы гравитации Ньютона о том, что вся материя во Вселенной притягивает другую материю с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между их центрами возможно, еще не были верны.

Это интересно: Наша Вселенная родилась в лаборатории?

В работе описывается, как одна из предполагаемых фундаментальных констант природы в конце концов оказывается не постоянной. «Магическое число» или константа тонкой структуры (обозначается греческой буквой ) по-видимому, действительно меняется по всей Вселенной.

Постоянная не постоянна. Почему?

Как сообщает PopMech со ссылкой на исследование, после измерения примерно в 300 отдаленных галактиках появилась последовательность: то самое магическое число, которое говорит нам о силе электромагнетизма и которое на самом деле одинаково не везде.

Выводы исследователей основаны на новых измерениях, проведенных с помощью Очень большого телескопа (VLT) в Чили, наряду с предыдущими измерениями с помощью крупнейших в мире оптических телескопов в обсерватории Кека на Гавайях.

комплекс из четырёх отдельных 8,2-метровых и четырёх вспомогательных 1,8-м оптических телескопов, объединённых в одну систему.

Постоянная тонкой структуры изменяется лишь на незначительную величину примерно на одну часть из 100 000 на большей части наблюдаемой Вселенной. Но может быть и так, что за пределами нашего наблюдаемого горизонта происходят гораздо большие изменения, объясняют физики.

Таким образом ответ на вопрос о том, сохраняется ли значение постоянной тонкой структуры во времени, зависит от поведения электромагнитных сил на ранних этапах существования Вселенной. Авторы статьи признают собственный скептицизм и с осторожностью описывают полученные выводы. Они предупреждают, что их работа является лишь первым шагом в формировании новой теории физики и требует дополнительных исследований.

Не пропустите: Действительно ли мир стоит на пороге открытия новой физики?

«Конечно, это только первый шаг. Но все же представить, что законы физики могут со временем изменяться напоминает о том, что Вселенная место еще более странное, чем мы можем себе представить,» пишут исследователи.

Читайте также: Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

Рождение новой физики

Интересно, что последствия открытия могут оказать большое влияние на современную теорию. Если законы физики окажутся просто «локальными подзаконными актами», в то время как наша наблюдаемая часть Вселенной благоприятствует существованию жизни и людей, могут существовать другие, гораздо более отдаленные регионы, где иные законы препятствуют образованию жизни, по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем.

Но и это еще не самое интересное в данной статье физики сравнивают Вселенную с системой машинного обучения: «Точно так же, как мы учим машины выполнять функции с течением времени, то есть учиться, законы Вселенной по сути являются алгоритмом», отмечают ученые.

Возможно, наш мир был сконструирован подобно игре Sims развлечения ради.

Мы понимаем законы физики так, как наблюдаем их, поэтому первоначальный физический закон был бы невероятно простым и способным к обучению и развитию. Также нельзя исключить, что Вселенная началась не с Большого взрыва, а с простого взаимодействия между частицами, объясняют физики.

Больше по теме: Симуляция или реальность? Физики полагают, что Вселенная способна к самообучению

Но если Вселенная и правда действует с помощью набора законов, которые, будучи изначально простыми, являются автодидактическими (самообучающимися) и, следовательно, способны развиваться с течением времени, то мы никогда не сможем создать Теорию всего.

В конечном итоге понимание их существования может помочь нам понять причину, по которой существуем мы.

Конечно, все это лишь домыслы, основанные на теоретической физике. И к данной работе необходимо относиться со здоровым скептицизмом. Ведь главный ее вывод звучит следующим образом возможно, мы живем внутри гигантского суперкомпьютера, который способен к самообучению. А как вы думаете, может ли вся наша жизнь оказаться компьютерной симуляцией? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Подробнее..

Атомные часы доказали гравитационное замедление времени

24.02.2022 22:20:28 | Автор: admin

Атомные часы демонстрируют как устроена Вселенная

Гравитация является самой главной силой во Вселенной. Именно она удерживает планеты на орбите вокруг Солнца. Она же удерживает Луну на земной орбите и создает звезды и планеты, притягивая материал, из которого они состоят. Но что особенно интересно, так это способность гравитации притягивать свет. Этот принцип открыл Альберт Эйнштейн, описав гравитацию как кривую в пространстве она огибает объект, например звезду или планету. И если поблизости находится другой объект, он также втягивается в кривую. Согласно Общей теории относительности (ОТО), время движется медленнее вблизи массивных объектов, так как их гравитационная сила изгибает пространство-время, которые неразрывно связаны. Это означает, что большие массы деформируют ткань пространства-времени своим огромным гравитационным влиянием. Недавно в научном журнале Nature вышла интересная статья. Ее авторы утверждают, что атомные часы, разделенные всего несколькими сантиметрами, измеряют разные скорости времени как и предсказывал Эйнштейн.

Универсальный закон тяготения Ньютона, сформулированный им в 1687 году, стал первой работой по объединению фундаментальных сил в физике.

Как устроена Вселенная?

  • Начнем с того, что в основе современной физики лежат четыре фундаментальных силы природы:

  • Электромагнетизм (физическое взаимодействие, которое происходит между электрически заряженными частицами);
  • Слабое ядерное взаимодействие (физическое взаимодействие распада атомных ядер);
  • Сильное ядерное взаимодействие (физическое взаимодействие в котором участвуют кварки и глюоны, а также составленные из них частицы адроны);
  • Гравитация (универсальное фундаментальное взаимодействие между материальными телами, обладающими массой. При этом именно гравитация является самой слабой из всех существующих сил).

Несмотря на то, что гравитация является самой слабой из четырех сил, именно она определяет, как устроена Вселенная в широком масштабе, на уровне планет и галактик. По этой причине гравитация может показаться универсальной силой, но на деле это не так.

Гравитация оказывает влияние на ткань пространства-времени.

Согласно ОТО, сформулированной Эйнштейном в 1916 году, гравитация не является свойством отдельных тел, речь идет о Вселенной в целом.

Выходит, ОТО описывает гравитацию не просто как силу, но как геометрию. Гравитация по Эйнштейну это следствие того, как материя искажает пространство-время. Знаменитый физик также предполагал существование гравитационных волн, ведь массивные объекты не только искажают пространство-время, они создают в нем рябь. Это происходит когда два объекта, например черные дыры, сталкиваются друг с другом.

Открытие гравитационных состоялось в 2016 году. Подробнее об этом научном прорыве рассказывал мой коллега Артем Сутягин, рекомендую к прочтению.

Гравитация и замедление времени

И все же принципы теории относительности не сочетаются с квантовой механикой, которая рассматривает Вселенную на уровне взаимодействия элементарных частиц. Несовместимость этих теорий одна из важнейших проблем современной науки. Хотя небольшая лазейка у физиков все же есть.

Чтобы приблизиться к созданию Теории всего и разобраться в устройстве Вселенной, исследователи решили обратить внимание на гравитационное замедление времени. Этот удивительный феномен также не противоречит постулатам квантовой механики время под действием сильной гравитации действительно меняет свой ход.

Гравитационное замедление времени это физическое явление, которое заключается в изменении темпа хода часов в гравитационном потенциале

Атомные часы наиболее точный на данный момент инструмент для измерения времени.

Ранее это удалось доказать измерив замедление времени двух атомных часов, расположенных друг над другом на расстоянии всего 33 см. Даже на таком небольшом расстоянии часы смогли обнаружить заметные изменения гравитации. Однако наличие двух отдельных атомных часов, расположенных близко друг к другу, физически невозможно. По этой причине авторам исследования пришлось разработать новые часы специально для эксперимента. Но что представляют собой эти приборы?

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

Атомные часы: как узнать точное время?

Атомные часы самый точный прибор для измерения времени. Эти устройства состоят из нескольких частей, а их электроника ответственна за стабильность работы и точность механизма. Несмотря на то, что атомные часы устройства сложные, изготовить их и использовать могут в любой стране мира. Сами по себе эти приборы не тяжелые и небольшие (а определение секунды основано на колебаниях атома цезия).

В ходе нового исследования, опубликованного журнале Nature, ученые уменьшили размер атомных часов. Это стало возможным благодаря замене пружин и шестеренок на специальный механизм, который позволил определять частоту электромагнитного излучения атомов цезия с помощью воздействия на частицы лазерным лучом.

Новые атомные часы отстают всего на одну секунду каждые 300 миллиардов лет

Не пропустите: Время на квантовом уровне течет иначе. Но как? И что это означает для физики?

В конечном итоге физики превратили атомные часы в набор из 15 независимых измерительных приборов, удаленных друг от друга на расстоянии шести микрометров. С помощью нового устройства исследователи смогли контролировать перемещение частиц и «послойно» замерить частоту колебаний облака из нескольких сотен тысяч атомов стронция-87, заключенных внутри специальной световой ловушки.

Наиболее важным и захватывающим результатом нашей работы является потенциальная возможность связать квантовую физику с гравитацией, так как частицы распределены в разных местах в искривленном пространстве-времени, объясняет один из авторов нового исследования Йе Цзюнь из Национального института стандартов и технологий США.

Сопоставив полученные данные авторы работы пришли к выводу, что гравитационное замедление времени можно применить к микрообъектам, которые подчиняются законам квантовой механики. Результаты эксперимента также показали, что не существует никаких препятствий для создания новых часов, которые будут работать в 50 раз точнее всех имеющихся на сегодняшний день устройств.

Для измерения гравитационного замедления времени требуются сверхточные часы.

Интересный факт
В мае 2021 года астрономы создали наиболее полную карту темной материи во Вселенной, которая выявила, что гравитация внутри космических пустот не подчиняется теории относительности.

Таким образом, основываясь на одном из заключений Общей теории относительности Эйнштейна (время в присутствии гравитационных полей разной силы и при движении с большой скоростью течет неоднородно), физики наконец смогли доказать существование гравитационного замедления времени. Оказалось, оно не проявляло себя на малых масштабах но оказала влияние на ход часов в полном соответствии с предсказаниями теории относительности.

Вам будет интересно: Физики впервые связали два разных квантовых объекта

Что-то новенькое

Но этот невероятный результат только начало. В будущем физики планируют повысить точность измерений используя атомные часы для наблюдений за тем, как гравитация влияет на работу сложных квантовых систем. Таким образом модернизированные атомные часы позволят добиться более точных данных в будущих исследованиях.

Выходит, нас с вами точно ждут невероятно интересные открытия. Безусловно, ученым предстоит много работы, но при удаче, решимости и постоянном финансировании усовершенствованные атомные часы могли бы проложить путь к разгадке одной из самых больших загадок физики и наконец создать Теорию всего.

Новые сверхточные атомные часы могут почувствовать гравитационные волны

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

Интересно и то, что атомные часы можно применять не только для расширения границ известной физики частиц. Их помощь пригодится и астрофизикам в поисках таинственной темной энергии, масса которой превышает массу обычного вещества во Вселенной (в пропорциях 5 к 1).

Благодаря точности измерений, атомные часы могут помочь в картографировании внутреннего строения Земли, измеряя гравитацию с невероятной точностью. Более того, атомные часы ключ к созданию инструментов для изучения тайн физики.

Согласно общей теории относительности, атомные часы на разных высотах в гравитационном поле должны тикать с разной скоростью.

Более того, атомные часы могут служить как микроскопы, позволяя увидеть мельчайшие связи между квантовой механикой и гравитацией, так и телескопами, созданными для наблюдений за самыми удаленными уголками Вселенной.

Больше по теме: Сможет ли телескоп Джеймс Уэбб обнаружить внеземную жизнь?

Недавно в космос был запущен телескоп Джеймс Уэбб. Его создатели отмечают, что открытия, сделанные с помощью астрономического инструмента, позволят узнать какой наша Вселенная была в первые микросекунды после Большого взрыва.

Подробнее..

Наша Вселенная это голограмма? И при чем тут черные дыры?

05.03.2022 16:07:52 | Автор: admin

Мы знаем о гравитации со времен Ньютона, но по-прежнему пытаемся ее понять

Одна из наиболее многообещающих попыток объяснить гравитацию это попытка взглянуть на нее иначе, например, как на что-то вроде голограммы трехмерного эффекта, который появляется на плоской двумерной поверхности. Идея заключается в том, что нам лишь кажется, что мы живем в трехмерной вселенной на самом деле изменений может быть только два. Такой взгляд на мир называется голографическим принципом. Итак, представим, что некоторая удаленная двумерная поверхность содержит все данные, необходимые для полного описания нашего мира, и, как и в голограмме, эти данные проецируются в трех измерениях. Подобно персонажам на экране телевизора, мы живем на плоской поверхности, которая выглядит так, будто у нее есть глубина.

Как понять Вселенную

Безусловно, голографическая Вселенная кажется абсурдом. Но когда физики, исходя из расчетов, предполагают нечто подобное, это означает, что всевозможные фундаментальные физические проблемы например природа черных дыр и согласование гравитации и квантовой механики становятся проще. Если совсем просто, то законы физики имеют больше смысла, когда описаны в двух измерениях, а не в трех.

Однако существуют важные различия. Во-первых, не существует прямых доказательств того, что наша Вселенная является двумерной голограммой. Во-вторых, подобные вычисления не то же самое, что математическое доказательство.

Голограмма это изображение системы, полученное при помощи меньшего количества измерений, способное вместить в себя всю информацию из оригинальной системы.

Больше по теме: Наша Вселенная родилась в лаборатории?

Скорее, это интригующие предположения. Сомнения вызывает также тот факт, что проверить эту теорию экспериментальным путем невозможно. И все же, сама идея того, что наша Вселенная голограмма, возникла из пары парадоксов, которые касаются странной физики черных дыр.

Хранят ли черные дыры информацию?

В 1974 году знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры испускают небольшое количество излучения с течением времени. Когда эта энергия уйдет с горизонта событий внешнего края черной дыры черная дыра должна полностью исчезнуть. Эта идея породила так называемую проблему потери информации в черной дыре.

Долгое время считалось, что физическая информация не может быть уничтожена: все частицы сохраняют свою первоначальную форму, а если они изменяются, то влияют на другие частицы. Таким образом в конце жизненного цикла черной дыры можно определить исходное состояние набора частиц.

Кто знает, быть может наш мир и вся Вселенная это голограмма

Но тут возникает проблема: если черная дыра исчезает, то вся информация, присутствующая в любом поглощенном объекте, по-видимому, исчезает тоже.

В конце ХХ века исследователи предположили, что когда объект оказывается внутри черной дыры, то оставляет после себя своего рода 2D-отпечаток, информация о котором закодирована на горизонте событий. Позже, когда излучение покидает черную дыру, оно улавливает отпечаток этих данных.

Это интересно: Вселенная расширяется быстрее, чем предполагали ученые?

Таким образом информация на самом деле не исчезает бесследно. Проведенные расчеты показали, что хранить информацию можно только на двумерной поверхности черной дыры. И с помощью этой информации можно полностью описать любые, казалось бы, трехмерные объекты внутри нее.

Вся информация, содержащаяся в некой области пространства, может быть представлена как голограмма

Напомним, что черные дыры ведут себя в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна. Но крошечные частицы за пределами черных дыр играют по правилам Стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает Вселенную в абсолютных мельчайших масштабах.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

От черных дыр до всей Вселенной

Взгляд на всю Вселенную как на двумерный объект, который лишь кажется трехмерным, может помочь решить некоторые более серьезные проблемы в теоретической физике. Дело в том, что математика работает вне зависимости от того, идет ли речь о черной дыре, планете или целой Вселенной.

Более того, рассматривая вселенную в двух измерениях, исследователи смогли создать теорию струн широкую структуру, в которой основными строительными блоками Вселенной являются одномерные струны, а не частицы четко согласованной с хорошо установленными законами физики элементарных частиц. Можно даже сказать, что голографический принцип объединил теорию гравитации с теориями физики частиц.

И да, все это все сильно отличается от утверждения о том, что наша Вселенная а не эта странная гипотетическая является голограммой.

математически, Вселенная требует только двух измерений. Все остальное лишь иллюзия

Но несмотря на отсутствие доказательств, голографический принцип предсказывает, что существует предел того, сколько информации может содержать пространство-время, потому что наше кажущееся трехмерным пространство-время кодируется ограниченным количеством 2D-информации.

Читайте также: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Голографическая двойственность также предполагает, что трехмерная вселенная, подобно пространству внутри черных дыр, математически связана с двумерной вселенной. И если математика действительно является языком Вселенной, то когда-нибудь ученые найдут ответы на многочисленные вопросы о том, является ли наш мир симуляцией, частью бесконечной Мультивселенной или чем-то совершенно иным, о чем никто на нашей голубой планете пока не знает.

Подробнее..

Почему W-бозон может перевернуть наши знания о Вселенной?

12.04.2022 16:20:19 | Автор: admin

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Количество последних может быть разным: от нуля до нескольких десятков.

Что мы знаем о Вселенной, в которой живем? Чтобы хоть немного понять устройство окружающего мира, были разработаны мощные научные инструменты. Такие телескопы как Хаббл и Джеймс Уэбб, что начнет полноценную работу уже в июне 2022 года, в прямом смысле слова открыли нам глаза. Но изучать Вселенную можно и на Земле, например, с помощью ускорителей частиц. Ведь согласно физическим теориям, все вокруг нас (как и мы сами) состоит из невидимых глазу частиц, что работают по своим законам. Общая теория относительности Эйнштейна блестяще описывает нашу повседневную реальность, но когда речь заходит об элементарных частицах, ОТО не работает, а знаменитую Стандартную модель элементарных частиц все чаще называют неполной. Так, согласно результатам нового исследования, частица Wбозон, кажется на 0,1% тяжелее других. И если это действительно так, нас ожидает пересмотр самой успешной научной теории всех времен.

Мы это звездная пыль

Итак, существует две теории объясняющие устройство Вселенной ОТО и квантовая механика. При этом ОТО все чаще получает подтверждения за пределами нашей планеты. Так, ученым удалось поймать гравитационные волны и наблюдать за самыми таинственными обитателями космоса черными дырами.

Как и предсказывал Эйнштейн, сила притяжения огибает свет вокруг этих массивных объектов, а их столкновение порождает гравитационные волны.

Но когда речь заходит о квантовой механике, все становится странным. Например, Вселенная расширяется с ускорением, что противоречит известным законам физики и ученые пока не могут объяснить почему. И пока астрономы наблюдают за звездами, их коллеги дробят материю на атомы.

Из чего состоит атом

Атомы это мельчайшие крупицы, из которых состоит все вокруг. Как однажды сказал астрофизик Лоуренс Краусс, «атомы вашей левой руки пришли от одной взорвавшейся звезды, а атомы правой от другой». Старые звезды погибают, выбрасывая в космос множество элементов, необходимых для появления жизни. Так что мы с вами в каком-то смысле и правда звездная пыль.

Больше по теме: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

И все же мы не знаем как строительные кирпичики Вселенной взаимодействуют между собой создавая реальность. Это порождает новые вопросы, ответы на которые могут подарить ускорители частиц.

Ускорители частиц

Чтобы понять как фундаментальные строительные блоки Вселенной сочетаются друг с другом, ученые создают новые компьютерные модели. Согласно результатам измерений, полученных с помощью коллайдера частиц в Национальной ускорительной лаборатории Ферми в США, физики кое-что обнаружили. Результаты опубликованы в научном журнале Science.

Ускорители частиц класс устройств для получения заряженных частиц высоких энергий. Принцип их работы довольно прост заряженные частицы ускоряются под действием электрического поля. Первые ускорители появились в 1930-хгг. Этот ускоритель был самым мощным в мире до 2009 года, затем его заменил Большой адронный коллайдер (БАК).

Несмотря на то, что ускоритель Ферми разбил свои последние протоны десять лет назад, физики наблюдали экспериментальное открытие процесса одновременного рождения трех W-бозонов. И после длительного анализа им наконец удалось точно измерить массу этих загадочных частиц.

Ученые заявили, что определили массу W-бозона с точностью 0,01 процента, что вдвое превышает точность предыдущих попыток.

Новое открытие, как сообщают его авторы, может навсегда изменить физику, так как полученные результаты сильно отличаются от прогнозов, основанных на Стандартной модели, разработанной в 1970-х годах. В ней прекрасно все, за исключением темной материи и гравитации что они собой представляют на субатомном уровне остается тайной.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области квантовой механики? Подписывайтесь на наш канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Из чего состоит реальность?

Как известно, все элементарные частицы обладают массой. Рассчитать ее можно с помощью взаимодействия с другими частицами Стандартной модели. Дальше эту предсказанную массу необходимо сопоставить с фактическими измерениями, проведенными на коллайдере. Этой работой заняты примерно 400 сотрудников лаборатории Ферми (Fermilab).

W-бозоны это элементарные частицы, которые влияют на ядерные процессы, например, те, что происходят на Солнце. Стандартная модель гласит, что их масса связана с массой бозона Хиггса и субатомной частицы топ-кварка.

Продолжая анализировать W-бозоны, производимые коллайдером Tevatron, физики отслеживают множество ошибок, чтобы добиться беспрецедентного уровня точности в своих измерениях. Если избыточный вес W-бозонов можно подтвердить, открытие будет означать существование неизвестных науке частиц или сил. Более того, оно может привести к первому серьезному переписыванию законов квантовой физики за последние 50 лет.

Изучение настолько редких процессов позволит проверить предсказания Стандартной модели.

Полученные данные могут полностью изменить наше видение мира. Значимость бозона Хиггса покажется не такой уж и важной. Дело в том, что Хиггс хорошо вписывается в Стандартную модель в отличие от W-бозонов, отмечают авторы исследования.

Но несмотря на полученные результаты и разговоры о Новой физике, наполнять бокалы шампанским еще рано. В то время как новое измерение массы W-бозона само по себе резко отличается от предсказаний Стандартной модели, другие эксперименты не такие впечатляющие.

Читайте также: Колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Загадочные бозоны

W-бозоны вместе с Z-бозонами опосредуют слабое взаимодействие одну из четырех фундаментальных сил Вселенной. В отличие от гравитации, электромагнетизма и сильного взаимодействия, слабое взаимодействие не столько толкает или притягивает, сколько превращает более тяжелые частицы в более легкие.

Например, мюон спонтанно распадается на W-бозон и нейтрино, а W-бозон затем становится электроном и другим нейтрино. Связанное с этим субатомное изменение формы вызывает радиоактивность.

Изучение W-бозона продолжается и сегодня, так как элементарная частица может участвовать в редких процессах, в которых ученые надеются найти следы Новой физики, полагают исследователи.

За последние 40 лет в различных экспериментах были измерены массы W- и Z-бозонов. Разница заключается в том, что массу W-бозона можно предсказать, объединив несколько других измеримых квантовых свойств в уравнениях Стандартной модели.

Эксперимент ATLAS продолжит работу, чтобы наконец узнать самые большие тайны Вселенной

Так, мюон при распаде кратковременно испускает W-бозон и эта промежуточная частица может взаимодействовать с другими частицами, в том числе неизвестными нам. Авторы исследования полагают, что именно это взаимодействие с неизвестностью может искажать массу W-бозона.

Вам будет интересно: Что такое бозон Хиггса и почему ученые хотели его открыть

Расхождение полученной учеными массы W-бозона примерно в семь раз больше предсказанной. В прошлом году физики коллаборации ATLAS уточнили темпы рождения мюонов и таонов в распадах W-бозонов на одноименном детекторе Большого адронного коллайдера (БАК уже произвел больше W-бозонов, чем его предшественник).

И хотя более высокая частота столкновений в БАК усложняет анализ массы W-бозона, сбор дополнительных данных критически важен. Особенно ввиду других открытий, которые также свидетельствуют о возможном пересмотре Стандартной модели. Подробнее об этих увлекательных исследованиях, мы рассказывали здесь, рекомендуем к прочтению. Новая физика маячит на горизонте.

Подробнее..

С точки зрения квантовой физики время всего лишь иллюзия

30.04.2022 18:11:56 | Автор: admin

Время абстрактная величина или математическое понятие, существующее в нашем представлении реальности.

Мы воспринимаем время как стрелу, указывающую вперед. К тому же, пространство и время неразрывно связаны между с собой. Их дуэт проявляется в движении и развитии материи. Что же до главой силы во Вселенной, то гравитация искусно вплетает материальные объекты в ткань пространства-времени и дуэт превращается в трио. Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна удивительно точно описывает Вселенную. Но квантовая механика нарушает эту гармонию, ведь в мире субатомных частиц все устроено иначе. Две фундаментальные физические теории не согласуются друг с другом, что привело к кризису в современной физике. Но что, если взглянуть на ситуацию радикально по-другому? Существует ли вообще время? И если нет, то как тогда устроена Вселенная?

Что такое время?

Начнем с того, что структуру реальности абсурдно ставить под сомнение. Ведь мы только и делаем, что сверяемся со временем. Отмечаем дни рождения и другие ежегодные праздники, да уж там, вся наша жизнь это одно большое расписание, график, к которому мы привыкли. Более того, все тонкие фрагменты времени, назовем их так, создают нас и повседневную жизнь повсюду.

Но если предположить, что радикальный пересмотр физической теории это правильный путь, способный все расставить по своим местам, для начала нужно понять что такое время.

Физики определяют время как последовательность событий из прошлого в настоящее и в будущее. Время также можно рассматривать как четвертое измерение реальности, используемое для описания событий в трехмерном пространстве. Следовательно, для нас время движется вперед, как стрела.

Время во Вселенной может не существовать вовсе

И если Вселенную рассматривать как замкнутую систему, ее энтропия (степень беспорядка) не может уменьшиться. Это означает, что Вселенная не может вернуться в прежнее состояние, следовательно, время не может обернуться вспять. Вроде бы, все верно, но недавно физики нащупали кое-что интересное: на квантовом уровне время течет иначе, а частицы могут путешествовать в прошлое.

Можно ли отследить квантовые частицы без наблюдателя? Ответ ловите в этой статье и не забудьте подписаться на наш канал в Telegram, чтобы всегда оставаться курсе последних научных открытий!

Уравнения, на которых построена физическая наука, гласят, что квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным стрелам времени (вперед и назад во времени). А значит, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад. Подробнее о том, как физики пришли к такому выводу, мы рассказывали ранее.

Движение вперед

Достижения в области физики предполагают, что времени действительно не существует, по крайне мере в нынешнем его понимании. Многие ученые всерьез рассматривают эту возможность. Как выяснили исследователи из Австралийского католического университета, новая физическая теория ставит под сомнение само существование времени в нашей реальности.

На квантовом уроне времени не существует.

Важно понимать, что данный подход обусловлен математическими уравнениями. Если взять трехмерный набор координат, например, (x, y, z) и убрать из него «z», предположив, что ее «больше не существует», решение уравнения покажет другой результат. Подобные решения привели физиков к теории квантовой гравитации.

Мы не так часто об этом задумываемся и все же, как считаете, было ли у Вселенной начало? Исследователи считают, что она существовала всегда, в бесконечном прошлом и лишь недавно превратилась в то, что мы называем Большим взрывом. Продолжение можно прочитать здесь.

Безусловно, пересмотр нашей реальности это немалый подвиг. Особенно, когда речь заходит о теории петлевой квантовой гравитации или теории струн. И несмотря на то, что обе теории в некотором смысле потерпели неудачу, мечта Альберта Эйнштейна о создании теории всего вдохновляет ученых. Но есть еще кое-что интересное: теория петлевой квантовой гравитации допускает отсутствие времени как фундаментального понятия реальности.

Теория квантовой гравитации

Знаменитый мысленный эксперимент Эдвина Шредингера с кошкой и коробкой, внутри которой находится радиоактивное вещество это парадокс. Если мы откроем коробку, то кошка умрет из-за распада вещества. Но пока коробка закрыта и мы не видим кошку, она находится в квантовой суперпозиции, а значит и жива и мертва одновременно.

Для нас время может быть всего лишь иллюзией

Квантовая механика это область исследований, которая рассматривает, как частицы взаимодействуют между собой, находясь в суперпозиции. Это также означает, что частица может находиться в двух или даже во «всех» возможных местах одновременно. Конечно, путь к прогрессу тернист, однако ученые не были готовы к тому, насколько странной становится квантовая механика.

Загвоздка в том, что квантовая суперпозиция противоречит ОТО, которая была интегрирована в стандартную модель физики элементарных частиц с тех самых пор, как Эйнштейн впервые сформулировал ее в начале 1900-х годов.

Согласно ОТО, существующие физические объекты ведут себя ответ на силу гравитации. Время течет поразному в зависимости от того, где и как вы путешествуете в пространстве и является одним из ключевых законов Вселенной в рамках стандартной модели.

Но несмотря на популярную тенденцию подвергать сомнению природу времени, его физическая «реальность» не вызывает сомнений. Время является неотъемлемой частью Вселенной, а граница между событиями, которые были измерены, не определяет их исход.

Мы воспринимаем время как социальный конструкт

Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, квантовый мир существует так же как и реальный мир. Это разделение показывает нам что происходит в природе, когда ранее неопределенные вещи становятся определенными. Выходит, время может быть фундаментальным. Но может и нет. То же самое происходит с воспринимаемой нами стрелой времени.

Больше по теме: Что такое многомировая интерпретация квантовой механики?

Новая эра физики

Но если пойти еще дальше и предположить, что время единственное, что удерживало человечество с самого зарождения цивилизации, будет уничтожено, то что останется Согласно классической физике, на выходе мы получим «причинно-следственную связь», то есть идею, согласно которой одно событие влечет за собой другое.

Это понятие не поддается никаким абсолютным понятиям и существует абстрактно, полагают исследователи.

В попытках связать математические уравнения с реальностью, ученые предполагают, что если времени не существует, то оно не оказывает прямого влияния на нашу жизнь, даже если продвигает физику в новую эру. Дело в том, что мы воспринимаем время как социальный конструкт, который является для нас реальностью, а измеряем мы его просто посмотрев на часы.

И даже если время на самом деле не существует, наша жизнь будет идти своим чередом.

О том, как продвигаются исследования в этой области, можно узнать в одной из предыдущих статей, рекомендуем к прочтению.

В конечном итоге это довольно удобно, так как человеческий мозг с трудом справляется с такими понятиями, как бесконечность и ткань пространства-времени. Но так как взаимодействие элементарных частиц между собой вызывает массу вопросов, а ответы на них нам пока неизвестны, физики и математики над этим работают.

Подробнее..

Квантовый мир как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

25.11.2021 00:20:12 | Автор: admin

Квантовый мир скрывает множество тайн, крохотную часть из которых мы пытаемся постичь

Самые распространенные частицы природы, за исключением фотонов (частиц света) это нейтрино. Они не имеют заряда и исходят от Солнца, а также от сверхновых и других космических событий. Более того, около триллиона нейтрино прямо сейчас проходят через вашу руку! Ученые выделяют несколько типов или разновидностей нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино, а также надеются на существование четвертого типа «стерильных нейтрино». Если они действительно существуют, то помогли бы разрешить несколько фундаментальных загадок в физике, например, почему нейтрино имеют массу, в то время как теории предсказывают, что массы у этих частиц быть не должно? Стерильные нейтрино также связывают с таинственный субстанцией, которая заполняет 85% наблюдаемой Вселенной темной материей, пронизывающей космос. Наличие этих загадочных частиц предсказывали ранее проведенные эксперименты, но вот незадача: теория также предсказывает возможное существование не только «стерильных» нейтрино, но и множества других, дополнительных частиц. Эти нейтрино могли бы взаимодействовать друг с другом посредством своих собственных тайных сил где-то на задворках Вселенной. Но обо всем по порядку.

Из чего состоит все вокруг?

С точки зрения физики мы состоим из кварков и лептонов. Как объясняет в своем видео для Пост-Науки доктор физико-математических наук Данилов Михаил Владимирович, нейтроны состоят из u-кварков и d-кварков и составляют атомные ядра. Из атомных ядер и электронов образуются атомы, которые затем объединяются в молекулы, образуя абсолютно все, что мы видим вокруг себя.

Согласитесь, довольно простая картина. Электроны в атомах удерживаются за счет электромагнитного взаимодействия, а его переносчик фотоны. Кварки внутри протона и нейтрона удерживаются за счет сильного взаимодействия, переносчиками которого появляются глюоны.

Бозон Хиггса многое изменил в мире элементарных частиц

За счет сильного взаимодействия протоны и нейтроны удерживаются в ядре атома, а слабое взаимодействие ответственно за переход нейтрона в протон, электрон и антинейтрино. Тут, однако, необходимо отметить, что у каждой частицы есть своя античастица, которая отличается от частицы отрицательным зарядом, отмечает Данилов.

Но несмотря на столь элегантную и простую на первый взгляд картину, природа не так проста. И доказательством тому служит существование еще одного набора кварков и лептонов, которые физики называют поколениями. Интересно, что эти частицы тяжелее обыкновенных кварков и лептонов, но вокруг нас их нет. Они возникают лишь в редких случаях.

Итак, что мы в итоге знаем о Вселенной?

В природе существуют кварки и лептоны. Кварки принимают участие в сильном взаимодействии, лептоны нет.

По сути, эти крошечные частицы фундамент всего, что мы видим. Обнаруженный в 2012 году Бозон Хиггса, кажется, завершил картину, так как именно он дает массу всем остальным частицам Стандартной модели. Подробнее о том, что такое Стандартная модель и как физики дробят материю на атомы, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Загадочные нейтрино

Но вернемся к нейтрино. В 1990-х годах во время экспериментов по изучению этих таинственных частиц произошло нечто странное: в детекторе появилось слишком много частиц. В 2002 году ученые начали еще один эксперимент, чтобы выяснить, что произошло. Это испытание также показало удивительные результаты но по-другому.

Нейтрино это загадочные квантовые частицы, которые имеют массу, но очень малы и их трудно измерить. Они удивительны, потому что масса, которую они содержат, не учитывается в Стандартной модели, описывающей субатомный мир.

Эти избыточные частицы в ранних экспериментах взволновали ученых. Дело в том, что они выглядели как возможные признаки существования так называемых «стерильных нейтрино», мешающих нормальным нейтринным ароматам (как их поэтично называют физики): стерильные нейтрино взаимодействовали бы с другими частицами только с помощью гравитации, тогда как известные три аромата нейтрино с помощью слабого взаимодействия.

Физики поэтично называют разные типа кварков ароматами

И все же они могут оказывать влияние на другие нейтрино из-за странного свойства, которым обладают все эти частицы: способности «колебаться» или менять аромат. Частица, например, электронное нейтрино, может превратиться в тау или мюонное нейтрино, и наоборот. Обычно это преобразование происходит, когда нейтрино преодолевают определенное расстояние, но, похоже, оно происходит быстрее в других экспериментах.

Однако в 2013 году существование стерильных нейтрино было поставлено под сомнение, поскольку исследования, проведенные в Институте Макса Планка в Германии по ранней вселенной, не обнаружили их следов, как, например, объясняет в этой связи журнал Quanta.

Больше по теме: Физики открыли новую элементарную частицу тетракварк

С тех пор появились предположения о возможности существования не одного стерильного, а множества дополнительных нейтрино, которые могли бы взаимодействовать друг с другом посредством своих собственных тайных сил в месте во Вселенной, которое мы до сих пор не знаем.

В поисках стерильного нейтрино

Детектор нейтрино LSND, расположенный в Национальной лаборатории Лос-Аламоса и мини-ускоритель нейтрино MiniBooNE в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) позволили исследователям прийти к удивительным выводам.

Более двадцати лет физики ищут таинственное стерильное нейтрино

Интересный факт
Ранее считалось, что мюонные нейтрино могут превращаться в стерильные нейтрино, а затем в электронные нейтрино этот процесс может происходить быстрее, чем простое переключение мюонного аромата на электронный.

В своих экспериментах физики генерируют поток мюонных нейтрино и направляют их на детектор, расположенный на расстоянии 470 метров. Детектор гигантский резервуар, заполненный 170 метрическими тоннами чистого жидкого аргона ждет, чтобы поймать нейтрино в момент столкновения с ядром одного из атомов аргона. Такие столкновения крайне редки, и единственными их признаками являются вторичные частицы, образующиеся в результате взаимодействия.

Как пишет Scientific American, ученые объявили о результатах, полученных с помощью детектора MicroBooNE 27 октября, заявив, что не увидели никаких признаков, свидетельствующих о наличии дополнительных частиц.

Да, это немного странно, говорит представитель MicroBooNE Бонни Флеминг из Йельского университета. «В более ранних экспериментах наблюдались дополнительные частицы, похожие на электроны или фотоны», отмечает он.

Детектор элементарных частиц MicroBooNE

Это интересно: Ученые приблизились к пониманию того, почему антиматерии во Вселенной меньше, чем материи

Однако MicroBooNE может гораздо точнее определить направление движения частиц и энергию, которую выделяют частицы. Это означает, что физики могут решить, является ли что-то электроном или фотоном. Настоящий триумф эксперимента заключается в том, что технология работает настолько хорошо.

Тем не менее, исследователи практически уверены в том, что там, где они искали, нет лишних электронов или фотонов, что ослабляет надежды на обнаружение стерильных нейтрино. Если бы мюонные нейтрино могли быстро превращаться в стерильные нейтрино, а затем в электронные нейтрино, электроны появились бы в детекторе.

Детектор находится недостаточно далеко от своего источника, чтобы возникло обычное колебание мюонного нейтрино в электронное нейтрино

Но если нет лишних электронов или фотонов, то что это за избыточные частицы, которые были зарегистрированы LSND и MiniBooNE? Один из вариантов ответа заключается в том, что необъяснимые столкновения нейтрино на самом деле не происходили ни в одном из предыдущих экспериментов и что в случае с MiniBooNE исследователи просто пропустили некоторые помехи внутри детектора в ходе эксперимента.

Детектор находится недостаточно далеко от своего источника, чтобы возникло обычное колебание мюонного нейтрино в электронное нейтрино.

Другие соглашаются. «Очень маловероятно, что в детекторе произошла какая-то ошибка», рассказал журналистам физик-теоретик Северо-Западного университета Андре де Гувеа. Должен быть новый источник либо электронов, либо фотонов, либо чего-то похожего на электроны или фотоны. Возможно, говорит он, происходит что-то более сложное.

Эти частицы могут распадаться на другие например, на обычное нейтрино и нечто экзотическое, например «темный фотон» (двоюродный брат обычных фотонов, физики предполагают его существование, однако никаких доказательств их существования на сегодняшний день нет).

Читайте также: Стоит ли доверять науке?

Причем здесь темная материя?

И все же, стерильные нейтрино остаются привлекательной перспективой для физиков. Они, вероятно, являются побочным продуктом теорий, пытающихся объяснить, почему нейтрино вообще имеют массу. Более того, эти таинственные частицы могут помочь объяснить, что такое темная материя.

Дело в том, что некоторые виды стерильных нейтрино сами могут быть кандидатами на темную материю, или же быть частью «темного сектора», в котором частица темной материи оказывается связана со стерильными нейтрино или распадается на них. И выяснение того, что происходит в этих экспериментах с нейтрино, может стать первым шагом к ответу на эти более масштабные вопросы.

Это действительно интересно, потому что все очевидные возможности уже проверены, считают исследователи.

Так как темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие с фотонами света, наблюдать ее непосредственно невозможно

Вам будет интересно: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Как предложил Джанет Конрад, физик из Массачусетского технологического института (MIT), и Карлос Аргуэльес-Дельгадо, физик из Гарвардского университета, стерильные нейтрино могут распадаться на набор невидимых частиц: они подтвердили бы существование темного сектора, выведенного в качестве альтернативы невозможности обнаружения «неповрежденных» стерильных нейтрино.

Напомню, что темная материя не состоит из обычных частиц, таких как электроны, протоны или электроны, поэтому считается, что она должна состоять из частицы, не распознаваемой Стандартной моделью.

Исторически стерильные нейтрино были кандидатами для объяснения состава темной материи, поэтому проверка того, что они доминируют в темном секторе с помощью невидимых частиц, которые являются их прямыми потомками, также объяснило бы, почему Вселенная находится в постоянном расширении.

Возможно, ученые вскоре обнаружит нечто такое, что навсегда изменит современную физику

Больше по теме: Ученые считают, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении

Словом, хорошо то, что у нас есть инструменты для дальнейшего изучения этого вопроса так что, надеемся, что ученые докопаются до сути. Поиск стерильных нейтрино продолжается, следите за новостями и подписывайтесь на наш канал в Telegram, так вы точно не пропустите ничего интересного!

Подробнее..

Подвесные мосты оказались опаснее, чем считалось ранее

22.12.2021 22:10:11 | Автор: admin

Висячий мост через португальскую реку Пайва

На данный момент самым длинным висячим мостом в мире считается переправа через португальскую реку Пайва. Его строительство завершилось в мае 2021 года длина моста составила 516 метров и для прохождения через него требуется до 10 минут. Правда пройтись по этой переправе осмеливаются немногие, потому что из-за шагов большого количества людей мост сильно шатается в стороны и возникает опасность падения. Впрочем, эта проблема актуальна даже для огромного Бруклинского моста и многих других подобных сооружений. До сих пор считалось, что мосты начинают опасно шататься из-за синхронного движения людей когда они идут нога в ногу, возникает эффект маятника. Однако, в ходе недавнего исследования ученые выяснили, что мосты являются более опасными сооружениями и расшатываются, даже если люди идут не синхронно.

Интересный факт: в 2022 году рекорд самого длинного моста в мире будет побит. В чешском регионе Моравия начато строительство переправы от хребта Сламник до хребта Хлум. Мост длиной 721 метр будет опираться на тросы толщиной более 7 сантиметров.

Почему мосты шатаются при ходьбе?

О новой причине раскачивания мостов было рассказано в научном издании Science Alert. Еще раз стоит подчеркнуть, что полученные результаты не опровергают факт того, что мосты раскачиваются из-за эффекта маятника, вызванного синхронной ходьбой людей. Полученные данные лишь расширяют знания ученых об этом явлении. В ходе исследования стало ясно, что хождение по длинным и неустойчивым мостам опасно даже при условии, что шаги людей не совпадают.

Не каждый человек осмеливается ходить по подвесным мостам и этому есть причины

В рамках научной работы ученые изучали разные случаи опасного раскачивания мостов. В одних случаях все пешеходы шли синхронно, а в других каждый своим шагом.

Опасность подвесных мостов

Одним из самых ярких примеров экстремального раскачивания моста является случай, произошедший в 2000 году. В июне этого года открылся лондонский мост Миллениум, но первые посетители были обеспокоены тем, что при ходьбе он сильно шатается. В связи с этим мост был закрыт на два дня, а потом вовсе на пару лет его нужно было укрепить. В конечном итоге мост был заново открыт в феврале 2002 года.

Лондонский мост Миллениум

Еще один случай произошел в 2003 году. Тогда на Восточном побережье США произошло отключение электричества и многим людям пришлось пешком пройти через Бруклинский мост, который соединяет Нью-Йорк и Манхэттен. Из-за многочисленных шагов он начал сильно расшатываться и люди даже сообщали о возникновении головокружения и неспособности сохранить головокружение.

Люди на Бруклинском мосту в 2003 году

Изучив подробности об этих случаях, ученые пришли к выводу, что даже при асинхронном хождении, люди сильно раскачивают конструкцию. Это связано с тем, что каждый и них пытается сохранить равновесие и своими усилиями еще сильнее увеличивают эффект маятника. По словам авторов научной работы, это отличный пример отрицательного демпфирования, когда слабые колебания вызывают гораздо больший конечный результат, чем сильные. В случае с мостом Миллениум, для раскачивания конструкции было достаточно движений 165 человек. Если мост меньше, для нарушения его стойкости хватает еще меньшего количества людей.

Читайте также: Человечество изменило сушу до неузнаваемости. Но что насчет воды?

Обрушения подвесных мостов

Случаи обрушения подвесных мостов это далеко не редкость. Один из таких случаев произошел в 2016 году на территории Индонезии. В ходе проведения церемонии через мост между островами Нуса-Лембонган и Нуса-Ченинган проходило слишком много людей. Из-за большого веса (и, скорее всего, колебания конструкции), один из тросов лопнул и люди упали в воду. В результате этого ужасного происшествия пострадало около 34 человек.

Обрушение моста между островами Нуса-Лембонган и Нуса-Ченинган

Три года спустя очередной несчастный случай произошел в Китае, но в этом случае причиной была банальная глупость людей. На видеоролике видно, один переходивших на другую сторону реки в провинции Гуандун людей начал раскачивать мост, держащийся на веревках. Само собой разумеется, конструкция этого не выдержала и люди упали в воду. И таких случаях очень много новости о них появляются по несколько раз в год.

Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. Подпишитесь!

В мире существует огромное количество мостов и они отличаются как по внешнему виду, так и по предназначению. На нашем сайте есть статья про десять самых длинных мостов в мире настоятельно рекомендую к прочтению. Вот ссылка.

Подробнее..

Наблюдатель без наблюдателя как отследить квантовые частицы?

29.12.2021 02:13:51 | Автор: admin

Исследователи нашли Способ отслеживать квантовые частицы, не наблюдая за ними

В 2017 году исследователи из Кембриджского университета, кажется, добились невозможного они открыли способ наблюдать квантовые частицы, не наблюдая при этом за ними напрямую! Одна из фундаментальных идей квантовой теории гласит, что квантовые объекты способны существовать в двух состояниях одновременно: и волны и частицы. При этом ни одна частица не может существовать без другой пока обе не будут измерены наблюдателем. Работа британских исследователей представляет квантовые частицы в совершенно новом свете, потенциально помогая другим ученым понять их движение и поведение. Интересно, что открытие служит предпосылкой для знаменитого мысленного эксперимента Эрвина Шредингера: если поместить в коробку колбу с радиоактивным веществом и специальным механизмом, ее открывающим, а следом взять кошку и закрыть ее в этой коробке, кошка окажется в суперпозиции совокупности всех состояний, в которых может одновременно находиться кошка. В некотором смысле исследователи смогли изучить «запретную область» квантовой механики, отслеживая движения квантовых частиц, не наблюдая за ними напрямую.

Квантовая механика фундаментальная физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (молекул, атомов, атомных ядер, частиц)

Кто в суперпозиции?

Сегодня мы знаем о существовании целого зоопарка элементарных частиц, которые удалось классифицировать в Стандартную модель невидимые глазу частицы являются фундаментальными кирпичиками Вселенной. Атомы, из которых мы состоим, зародились в результате вспышек сверхновых звезд где-то на космических просторах. Мы едва поспеваем за каждым новым открытием в области квантовой механики все происходит стремительно.

Но вернемся к коту в суперпозиции волновой функции если по-научному. Целью мысленного эксперимента Шредингера был ответ на вопрос о том, когда квантовая суперпозиция и реальность становятся вероятностью.

Кошка одновременно жива и мертва

Вот что говорят по этому поводу авторы работы, опубликованной в журнале в Physical Review: Каждый раз, когда частица взаимодействует с окружающей ее средой, она оставляет своего рода «метку», благодаря которой информация кодируется в частицах.

По сути, исследователи сформировали теорию, которая позволяет им сопоставлять эти «метки» без необходимости непосредственного наблюдения за частицами их движение можно отследить не измеряя их, а наблюдая за воздействием частиц на окружающую среду.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Как увидеть то, чего нет?

Как отмечают авторы исследования, метки, которые генерируют частицы, взаимодействуют с окружающей средой но лишь тогда, когда никто за ними не наблюдает прямо как в знаменитом эксперименте с кошкой. Так что физики взяли на себя создание способа отслеживания секретных движений квантовых частиц.

Если говорить совсем просто, то когда частицы движутся, они «помечают» свое окружение. Каждая такая метка или взаимодействие с окружающей средой кодирует информацию внутри частиц, объясняет Дэвид Арвидссон-Шукур, один из авторов исследования и аспирант Кавендишской лаборатории Кембриджа.

Фундаментальные «истины» квантовой физики можно проверить с помощью уже имеющихся данных и новой информации. Так что ждем новых и невероятных новых захватывающих открытий.

Следуя «меткам» исследователи обнаружили, что могут декодировать информацию от частиц в конце эксперимента то есть когда за частицами наблюдают. Это позволяет следить за движением частиц и узнать гораздо больше информации об их странном поведении. Новый метод позволяет отслеживать отображения «отмеченных» взаимодействий без непосредственного наблюдения за ними.

Вам будет интересно: Парадокс Вигнера: что нужно знать о двойственности реальности?

Ну а теперь самое интересное этот способ отслеживания ненаблюдаемых квантовых частиц позволит ученым проверить извечные предсказания квантовой механики. В недалеком прошлом волновая функция считались абстрактными вычислительным инструментом, используемыми только для прогнозирования результатов квантовых экспериментов.

Волновая функция величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (например, электрона, протона, атома, молекулы)

Но исследование показало, что информация, закодированная в каждой квантовой частице после каждого взаимодействия, напрямую связана с волновой функцией, которая, в свою очередь, тесно связана с фактическим состоянием частиц. Вот так ученым удалось исследовать «запретную область» квантовой механики: определить путь квантовых частиц, когда за ними никто не наблюдает.

Читайте также: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Что же до ближайшего будущего, то нас однозначно ожидает череда удивительных открытий в области квантовой механики. Недавно мы рассказывали о путешествии во времени в квантовом мире оказалось, что на квантовом уровне время может идти как вперед, так и назад. Вот такая физика, сложная но изумительная.

Подробнее..

Обнаружены новые элементарные частицы. Почему это важно?

24.06.2022 16:14:05 | Автор: admin

Обнаружены новые элементарные частицы. Неужели новая физика маячит на горизонте?

Мы — часть Вселенной. И это не просто слова. Каждое живое существо на нашей планете состоит из крошечных, невидимых глазу элементарных частиц. То же касается всей видимой материи, которую астрономы наблюдают с помощью телескопов. К счастью, для изучения атомов не нужно отправляться в космическое путешествие физики прекрасно справляются с этой задачей на Земле. Например, с помощью Большого адронного коллайдера (БАК) ускоряя частицы и дробя материю на атомы. Так, за последние годы мир узнал о существовании самых разных частиц бозона Хиггса, тетракварков и энионов. Все эти частицы создают реальный мир и могут многое рассказать об устройстве Вселенной, например, о таинственной темной материи, увидеть которую никому не удалось. Недавно исследователи сообщили об открытии «кузена» бозона Хиггса, а также об аномалиях, предположительно вызванных стерильными нейтрино.

Нейтрино загадочные квантовые частицы, массу которых трудно измерить. Нейтрино удивительны, так как масса, которую они содержат, не учитывается в Стандартной модели элементарных частиц, описывающей субатомный мир.

Мир элементарных частиц

Общая теория относительности (ОТО) с невероятной точностью описывает законы физики как на Земле так и в космосе. Эйнштейн также предсказал существование гравитационных волн и черных дыр, правда, он считал, что их обнаружение невозможно. Но несмотря на открытия последних лет, ОТО не может описать Вселенную целиком.

Масла в огонь подливает квантовая механика фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в масштабе атомов и субатомных частиц. Считается, что они пронизывают Вселенную и формируют фундаментальные силы природы.

Интересный факт
Основная проблема построения научной теории всего состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теория относительности применима к макромиру.

Существует четыре фундаментальных силы или взаимодействия гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия. В совокупности они составляют основу известных природных явлений.

Напомним, что Стандартная модель элементарных частиц описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие. Фотоны, например, опосредуют электромагнетизм, а крупные частицы, такие как W и Z-бозоны, опосредуют слабое ядерное взаимодействие, которое управляет ядерным распадом на субатомном уровне.

Но чем больше физики погружаются в изучение микромира, тем больше у них возникает вопросов. И особенно о нейтрино самых распространенных в природе частицах, увидеть которые нельзя. Большинство нейтрино поступают от Солнца, но некоторые образуются в верхних слоях атмосферы. Словом, современная физика пока не может описать Вселенную целиком.

Больше по теме: Физики доказали существование энионов третьего царства частиц

Стерильные нейтрино

Итак, сегодня мы знаем о существовании трех типов или разновидностей нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Многие исследователи полагают, что существует четвертый аромат стерильные нейтрино.

Свое название эти частицы получили исходя из предположения о том, что они взаимодействуют с другими частицами исключительно за счет гравитации. А вот оставшиеся три разновидности могут объяснить природу темной материи.

Нейтрино входит в число самых распространенных частиц во Вселенной, но поймать их сложно. Так как у этих частиц практически нет массы и электрического заряда. Отследить их можно только по слабому ядерному взаимодействию.

Темная материя таинственная невидимая и неуловимая субстанция, на долю которой приходится 85% всей материи во Вселенной. В то же самое время одними из возможных частиц, составляющих темную материю, могут быть стерильные нейтрино.

Особое отношение физиков к нейтрино обусловлено их странными свойствами электронное нейтрино может превратиться в тау- или мюонное нейтрино, и наоборот. Это объясняет интересный квантомеханический эффект под названием нейтринные осцилляции когда один вид нейтрино превращается в другой, или же становится антинейтрино.

Поисками нейтрино ученые занимаются по всему миру

Ряд аномалий, выявленных еще в 1990-х годах во время экспериментов по изучению нейтрино, подтвердила работа 2002 года, а также исследования последних лет. К тому же новый эксперимент, проведенный глубоко под землей, также зафиксировал наличие аномалий, Так что либо стерильные нейтрино действительно существуют, либо все наши знания физики ошибочны.

Еще больше интересных статей читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Осевой бозон Хиггса

Существование бозона Хиггса было предсказано в 1964 году физиком-теоретиком Питером Хиггсом, но обнаружить частицу удалось лишь на Большой адронном коллайдере (БАК) десять лет назад. Считается, что именно бозон Хиггса придает массу всем остальным частицам Стандартной модели и фактически ее подтверждает.

Но недавно физики из Бостонского университета сообщили об обнаружении родственной бозону Хиггса частицы так называемой осевой бозон Хиггса. К такому выводу исследователи пришли без помощи БАК, что удивительно. Более того, наличие у «частицы Бога» родственника свидетельствует о недостатках современной физической теории, включая неточность Стандартной модели элементарных частиц.

Кстати, обнаружить «кузена» бозона Хиггса удалось в ходе настольного оптического эксперимента, который проводился на обычном столе, сообщает Live Science.

Большой адронный коллайдер позволил обнаружить частицы, существование которых предсказывали десятилетия назад

Стандартная модель включает два типа частиц: бозоны, к которым относятся глюоны и гравитоны; и фермионы, которые составляют материю и включают в себя нейтрино, электроны и кварки. Однако поиски частиц, способных полностью объяснить природу Вселенной, частенько заводят физиков в тупик. Так что исследователи ожидают новый запуск БАК после почти трехлетнего перерыва и надеются обнаружить больше частиц, что скрываются на просторах Вселенной.

Читайте также: Физики получают все больше доказательств существования новой, неизвестной силы природы

Стандартная модель навсегда

По словам авторов научной работы, опубликованной в журнале Nature, осевой бозон Хиггса создает магнитное поле. А еще эта частица может являться частью темной материи, из которой состоит большая часть Вселенной.

Чтобы обнаружить таинственную частицу ученые использовали редкоземельный трителлурид квантовое вещество с двухмерной кристаллической структурой. В нем электроны самоорганизуются в волну, в которой плотность заряда периодически увеличивается или уменьшается.

Бозон Хиггса частица, которая переносит взаимодействие между другими частицами и имеет инертную массу

По словам исследователи, осевой бозон Хиггса возник, когда в квантовом веществе при комнатной температуре имитировали определенный набор волн. Для дальнейшего наблюдение за новой частицей физики использовали рассеивание света.

Изначально мы просто исследовали светорассеивающие свойства этого вещества. Но потом обнаружили аномальные изменения, которые намекали на существование чего-то нового, объясняют авторы научной работы.

Самое главное в этой истории заключается в том, что появление осевого бозона Хиггса все еще согласуется со Стандартной моделью элементарных частиц. Теоретически, новый бозон Хиггса может объяснить существование темной материи. Правда, для этого нужна новая теория, которая согласовывалась бы с существующими экспериментами и еще не обнаруженными частицами. Так что говорить о новой физике пока рано.

Не пропустите: Физика частиц и новейшие технологии: что нас ждет в ближайшие 10 лет?

Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

С другой стороны ряд ранее опубликованных исследований свидетельствует об аномалиях и обнаружении новой силы природы. Подробнее о том, что эта за сила и почему физика стоит на пороге перемен мы рассказывали здесь, рекомендуем к прочтению.

Подробнее..

Физики впервые связали два разных квантовых объекта

05.11.2021 02:01:15 | Автор: admin

Физика стремительно развивается, особенно квантовая механика

Наш мир устроен невероятно сложно. Если посмотреть в телескоп, то перед нами откроется целая Вселенная, бесконечная и расширяющаяся все быстрее и быстрее. От одной мысли о том, что в одной лишь наблюдаемой Вселенной существует около 10 триллионов галактик, может закружиться голова. Но отложив в сторону телескоп, мы вскоре понимаем, что вокруг нас (и внутри) обитают триллионы крошечных бактерий, микроорганизмов и вирусов, таких, как COVID-19. И если с помощью специальных инструментов посмотреть на этот скрытый мир поближе, мы, в конечном итоге узрим микромир, наполненный не только бактериями, но и атомами, из которых они состоят. В результате, мы сталкиваемся со сложным макромиром с его планетами и галактиками, и микромиром, работающим по своим собственным законам. Как отмечают физики, квантовая механика позволяет описать движение электронов и протонов, а также изучить, какими законами управляется микромир. Интересно, что одним из нерешенных и наиболее острых вопросов современной физики является несогласованность квантовой механики и Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), которая описывает, как устроен и наш мир и мир за пределами Земли. А недавно ученые пошли еще дальше. Они не только связали два квантово-запутанных объекта, но и изобрели новый подход для квантовых вычислений.

Погружение в квантовый мир

Будучи наукой, описывающий устройство окружающего мира, квантовая механика позволила человечеству обзавестись цифровыми технологиями, интернетом, лекарствами и медициной и даже освоить космическое пространство. Об этом мало кто задумывается, но если бы не создание квантовой механики в самом начале XX века, ничего этого просто не было бы. Так что если существует предполагаемый некоторыми исследователями Мультиверс, возможно, где-то есть мир, который каким-то удивительным образом избежал этой физической теории.

Нам же с вами невероятно повезло, так как квантовые технологии окружают нас буквально повсюду. Экран смартфона или компьютера, с которого вы читаете эту статью, светодиодная лампочка в вашей спальне все эти девайсы, как и все их составляющее, основаны на транзисторах. Такие системы как GPS используют атомные часы, а в оптоволоконных линиях связи используется лазерное излучение. И это не говоря о ядерной энергетике и оружии.

Современные квантовые технологии поражают воображение

Интересно, что лазеры, GPS навигаторы, томографы и транзисторы невозможно изобрести случайно, без понимания законов квантового мира. И все же, как это нередко случается в мире научных открытий, квантовой механике уделяется невероятно мало внимания, хотя она оказала огромное влияние на нашей развитие цивилизации. Более того, ее очень любят приплетать разного рода шарлатаны и мракобесы, как бы говоря «а вот квантовую физику никто не понимает, как и вот эти наши поля/чакры/ауры» и далее по списку.

Безусловно, квантовая механика сложная наука. И создавалась настоящими гениями. Но в ней все-таки можно попробовать разобраться, приложив усилия, любознательность и хорошее воображение.

Становление квантовой механики

Начиная с 1900 года ученые положили начало квантовой теории. Так как классическая механика была уже разработана и широко применялась, физики попытались совместить ее с некоторым набором «квантовых условий» тех, что противоречат классической физике, но при этом необходимы для объяснения полученных экспериментальных данных. На самом деле именно появление квантовой физики показало, что свет состоит из крошечных неделимых единиц, или квантов энергии, которую мы называем фотонами.

В 1925 году физик была опубликована революционная статья физика Вернера Гейзенберга (он предположил, что реальность не существует до тех пор, пока ее не наблюдают). И всего два года спустя, во время Сольвейской конференции в 1927 году, квантовая механика получила официальную формулировку. Подробнее о том, как развивалась эта удивительная область физики, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Физики впервые связали два разных квантовых объекта

Начиная с этого времени, научный прогресс совершил самый настоящий рывок. Ученые нашли подход к исследованию конкретных и невероятно сложных задач, придумали удобные обозначения, которые лежат в основе Стандартной модели физики элементарных частиц. Интересно, что сейчас исследователи проводят серии экспериментов, результаты которых этой модели не соответствуют. Подробнее о том, почему некоторые ученые говорят о рождении «новой физики» можно прочитать здесь.

После 1927 года споры между учеными нарастали. Так, Альберт Эйнштейн не мог смириться с концепцией, предложенной физиком Нильсон Бором, согласно которой атомы напоминают крошечные модели Солнечной системы, так как электроны вращаются вокруг ядра, подобно планетам. Но проведенные последующие эксперименты показали, что электроны ведут себя по-другому, нежели планеты Солнечной системы.

Сегодня мы знаем, что электрон перемещается с одной орбиты сразу на другую, будто бы не пересекая пространство между ними. Этот процесс физики называют «квантовым скачком». Но есть еще одно, пожалуй, самое странное свойство квантовой механики. И это квантовая запутанность.

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

Квантовая запутанность

Несмотря на критику квантовой теории, Альберт Эйнштейн полагал, что ей чего-то не хватает. Чего-то, что позволило бы описать свойство частиц, в том числе их местонахождение в тот момент, когда никто за ними не наблюдает (здесь речь идет об эксперименте Юнга, подробнее мы рассказывали вот тут). И в 1935 году гениальный ученый нашел ее слабое место невероятно странное явление, противоречащее все известным существующим законам квантовую запутанность.

Квантовая запутанность теоретическое предположение, которое вытекает из уравнений квантовой механики. Запутанность гласит, что две частицы могут запутаться, если находятся довольно близко друг к другу. Их свойства при этом становятся взаимосвязанными.

Но и это еще не все. Если разделить эти частицы и отправить их в разные стороны (как и предлагает квантовая механика), они все равно останутся запутанными и будут неразрывно связаны. Эту невозможную связь Эйнштейн предложил назвать «сверхъестественной связью на расстоянии».

Квантовая механика один из важнейших и наиболее сложных разделов физики

Допустим, кто-то взял пару перчаток, разделил их и положил каждую в отдельный чемодан. Затем один чемодан отправили вам, а второй в Антарктиду. До того момента, пока чемоданы закрыты, вы не знаете, какая из перчаток там лежит. Но открыв чемодан и обнаружив в нем левую перчатку, мы со 100% уверенностью узнаем, что в чемодане в Антарктиде лежит правая перчатка, даже если в него никто не заглядывал, физик Брайан Грин в передаче о квантовой запутанности для National Geographic.

Теперь же эта история получила невероятное продолжение. Команда ученых провела крупное международное исследование, которое раскрывает скрытые структуры квантовых запутанных состояний. Но обо всем по-порядку.

Как связать два квантовой-запутанных объекта?

В 2020 году исследователям из Института Нильса Бора Копенгагенского университета удалось связать два очень разных квантовых объекта. Результат имеет несколько потенциальных применений в сверхточном зондировании и квантовой связи. Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature Physics.

Запутанность является основой для квантовой связи и квантового зондирования. По сути, это квантовая связь между двумя объектами, которая заставляет их вести себя как единый квантовый объект.

Исследователям удалось создать запутанность между механическим генератором вибрирующей диэлектрической мембраной и облаком атомов, каждый из которых действует как крошечный магнит. Эти очень разные сущности удалось запутать, соединив их с фотонами квантами света. Атомы могут быть полезны при обработке квантовой информации, а мембраны или механические квантовые системы в целом могут пригодиться для хранения квантовой информации.

Солгасно принципу квантовой запутанности, две частиц могут быть связаны находясь друг от друга на огромных расстояниях

Профессор Юджин Ползик, возглавлявший эту работу, заявил: С помощью этой новой техники мы находимся на пути к расширению границ возможностей запутывания. Чем больше объекты, чем дальше они друг от друга, чем более они разрозненны, тем более интересной становится запутанность как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. С новым результатом стало возможным переплетение между очень разными объектами.

Примечательно, что запутанные системы могут оставаться идеально коррелированными, даже если они находятся на расстоянии друг от друга именно эта особенность так тревожила ученых 100 лет назад.

Появление новых квантовых технологий

В 2021 году международная команда ученых, в которую вошли исследователи из Шотландии, Тайваня и Южной Африки, предложила новый и быстрый инструмент для квантовых вычислений и связи.

«Квантовые состояния, запутанные во многих измерениях, являются ключом к нашим новым квантовым технологиям, где большее количество измерений означает более высокую квантовую пропускную способность (быстрее) и лучшую устойчивость к шуму (безопасность), что имеет решающее значение как для быстрой и безопасной связи, так и для ускорения безошибочных квантовых вычислений, пишут авторы нового исследования.

Исследователям удалось добиться невероятных результатов.

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

В ходе работы им удалось изобрести новый подход к исследованию «многомерных» квантовых состояний, сократив время измерения с десятилетий до минут. Этот подход команда протестировала на 100-мерном квантовом запутанном состоянии. Им удалось показать, что основную информацию квантовой системы сколько измерений запутано и до какого уровня чистоты можно получить за считанные минуты.

Новый подход требует только простых «прогнозов», которые можно легко выполнить в большинстве лабораторий с помощью обычных инструментов. Используя свет в качестве примера, физики применили полностью цифровой подход для выполнения измерений. Проблема, как сообщают авторы, заключается в том, что, хотя состояния высокой размерности легко создаются, особенно с запутанными частицами света (фотонами), их нелегко измерить арсенал инструментов для их измерения и управления практически пуст.

Вы не сможете увидеть всю картинку целиком, поэтому получить точные данные очень сложно. Способ обойти эту проблему сделать томографию, как это делают врачи, создавая изображение из многих, многих срезов того или иного объекта, объясняют авторы научной работы.

Кто знает, к чему приведут новейшие открытия

Используя разработанный подход, исследователи предположили, что существует набор измерений, который содержит важную информацию о том и другом объекте. Говоря техническим языком, физики объединили эти два подхода к измерению, чтобы сделать несколько проекций (которые выглядят как томография) и измерить видимость результата. Их метод в результате позволил выявить скрытую информацию, которую можно было извлечь из силы квантовых корреляций во многих измерениях.

Не пропустите: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Сочетание скорости и информации, получаемой с помощью нового, «томографического» подхода, означает, что ключевые квантовые параметры, такие как размерность и чистота квантового состояния, могут быть определены быстро и количественно. Работа опубликована в журнале Nature Communications, ознакомиться с текстом можно здесь.

Сейчас команда рассматривает свой подход как фактор, способный повлиять на исследования реальных квантовых каналов связи, где быстрое измерение имеет решающее значение.
Вот такой он, сложный, парадоксальный и удивительный мир научных открытий. Посмотрим, что будет дальше, но кажется, физики нащупали что-то по-настоящему интересное.

Подробнее..

Физики получают все больше доказательств существования новой, неизвестной силы природы

12.11.2021 02:07:54 | Автор: admin

Последние исследования предполагают существование новой фундаментальной силы природы, которая, если будет доказана, приведет к революции в современной физике

В начале этого года ряд экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) показал удивительные результаты оказалось, что кварки превращаются в другие частицы под воздействием неизвестной силы. Иными словами, полученные данные свидетельствуют о возможном существовании новой фундаментальной силы природы, что ставит под сомнение основные принципы Стандартной модели наиболее общепринятой физической теории, описывающей все, что мы знаем о материи, составляющей окружающий мир. Но так как ученые люди осторожные, говорить о «крахе Стандартной модели» или новой силе природы рано необходимо больше исследований и больше доказательств. И все же, работа физиков из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), которая предрекает скорый конец нашим представлениям о физике, вдохновила ученых из Кембриджского университета, да так, что те доказали наличие постоянной аномалии в мире мельчайших элементарных частиц: неизвестная науке сила природа действительно ожидает своего часа, чтобы объяснить квантовую гравитацию, Большой взрыв, темную материю и в конечном итоге создать Теорию всего.

Стандартная модель физики элементарных частиц

Разговоры о появлении новой физики ведутся не первый год. На самом деле, исследователи предсказывали существование Бозона Хиггса еще в 1960-х годах ХХ века, однако обнаружить частицу удалось лишь в 2012 году. Теперь же внимание физиков приковано к неуловимым и нестабильным частицам под названием B-мезон.

В-мезоны представляют собой парные нестабильные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются. Как предполагает Стандартная модель физики частиц, элементарные кирпичики материи шесть видов лептонов и шесть сортов (иногда говорят ароматов) кварков. Все вместе эти частицы называются фермионами. Все больше исследований физики элементарных частиц проводятся в ЦЕРН на БАК.

В-мезоны неуловимые и нестабильные парные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются.

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет физикам изучать взаимодействия элементарных частиц

По сути, физики из ЦЕРН заняты «прогоном» элементарных частиц и их столкновением друг с другом на Большом адронном коллайдере. Эти эксперименты позволяют обнаружить ранее неизвестные свойства нейтронов, протонов и электронов.

По мнению некоторых исследований, в ближайшие пару лет физики окончательно смогут подтвердить наличие новой силы природы. Напомню также, что Большой адронный коллайдер достигает в длину 100 километров, а диаметр этого гигантского ускорителя частиц превышает 25 км.

Подробнее о том, какие именно эксперименты позволили ученым сделать вывод о присутствии неизвестного фактора при взаимодействии элементарных частиц мы рассказывали здесь, рекомендую к прочтению.

Доказательства «новой физики»

Итак, существующие на сегодняшний день данные сподвигли исследователей оценить существование до сих пор неизвестной силы, которая влияет на то, как кварки превращаются в другие частицы. Работа ученых из Кембриджа, по сути, является продолжением предыдущего исследования физиков из ЦЕРН, опубликованного в марте прошлого года физикам удалось обнаружить неожиданное поведение некоторых прелестных b-кварков.

Стандартная модель гласит, что этот аромат кварков должен распадаться на равные количества электронов и мюонов, когда те подвергаются процессу распада. Однако эксперимент LHCb обнаружил, что этот процесс производит больше электронов, чем мюонов.

Новая физика маячит на горизонте

Оказалось, что распад мюона происходит только при 85% частоты распада электрона. Исследователи отмечают, что полученный результат вряд ли может быть случайностью.

Для ученых эти результаты означают, что еще не обнаруженная частица, которую они назвали лептокварком считается, что она влияет на процесс распада и способствует образованию этих дополнительных электронов, что если подтвердится приведет к краху Стандартной модели.

Больше по теме: У Вселенной может быть пятое измерение

Эти прелестные кварки

Но вернемся к нашим баранам, то есть кваркам. Измерения, проведенные физиками из Лаборатории Кавендиша Кембриджского университета, показали аналогичные результаты. В ходе работы физики изучили два новых распада кварков тех, что использовались в работе исследователей из ЦЕРН. Команда получила тот же результат, но с некоторыми различиями в распаде мюонов.

Как объясняют авторы научной работы, одним из лучших способов поиска новых частиц и сил является изучение b-кварков экзотических кузенов верхних и нижних кварков, которые составляют ядро каждого атома.

Ранее физики из ЦЕРН сообщили об обнаружении нового типа частиц тетракварков

Хотя b-кварки не существуют в больших количествах естественным образом, Большой адронный коллайдер способен производить миллиарды из них каждый год и все они регистрируются специально разработанным детектором под названием LHCb. Именно на распад b-кварков может влиять неизвестная сила природы или частица. И оба проведенных эксперимента бросают вызов Стандартной модели.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области физики элементарных частиц и квантовых технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram! Так вы точно не пропустите ничего интересного!

В ближайшие год-два мы должны многое узнать о фундаментальных законах Вселенной

Тот факт, что мы наблюдали тот же эффект, что и наши коллеги в марте, безусловно, увеличивает вероятность того, что мы действительно находимся на грани открытия чего-то нового», отмечает один из исследователей Гарри Клифф.

Хотя результаты, о которых мы говорили в этой статье не являются окончательными, обе научные работы представляют больше доказательств того, что во Вселенной существует неизвестная нам фундаментальная сила природы. Или частица. И она ждет, пока мы ее откроем.

Подробнее..

Время на квантовом уровне течет иначе. Но как? И что это означает для физики?

04.12.2021 02:04:13 | Автор: admin

Законы квантового мира очень сильно отличаются от тех, что мы можем непосредственно наблюдать

До начала ХХ столетия считалось, что время есть величина абсолютная. Но после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), стало понятно, что время понятие более субъективное и имеет отношение к наблюдателю, который его измеряет. И все же, многие продолжали трактовать время так, словно это прямая железнодорожная линия, двигаться по которой можно только вперед или назад. Но что, если эта железнодорожная линия ветвится или вовсе имеет окружные пути, двигаясь по которым поезд возвращается на станцию, которую уже проезжал? Иными словами, можно ли путешествовать в будущее или прошлое? Начиная со знаменитого романа Герберта Уэллса «Машина времени», научные фантасты придаются фантазиям во всю. Но в реальной жизни представить нечто подобное невозможно. Ведь если бы кто-то в будущем изобрел машину времени, неужто он бы не предупредил нас об угрозе пандемии COVID-19 или об ужасных последствиях глобального потепления? Но к нам так никто и не прибыл. Быть может, стоит посмотреть на время под другим углом?

Квантовая механика раздел теоретической физики, описывающий физические явления, действие в которых сравнимо по величине с постоянной Планка.

Ход времени

Наше понятие времени восходит к картине, описанной Исааком Ньютоном: стрела времени движется только вперед, лишая нас всякой возможности вернуться назад, в прошлое. В то же самое время ОТО гласит, что ход времени различен для наблюдателей в разных гравитационных полях.

Это означает, что у поверхности Земли время течет медленнее, так как сила гравитации на планете сильнее, чем на орбите. И чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Подробнее о том, почему время на вершине горы и на пляже течет по-разному, можно прочитать здесь.

Выходит, законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения времени в пространстве, а теория относительности и вовсе поставила на этой идее крест. Более того, как пишут в своей книге «Кратчайшая история времени» физики Стивен Хокинг и Леонард Млодинов, путешествия во времени возможны.

Обложка замечательной книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова, настоятельно рекомендуем к прочтению

Это интересно: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Теория относительности показывает, что создание машины времени, способной переместить нас в будущее действительно возможно. Все, что нужно сделать после ее создания войти внутрь, подождать некоторое время, а затем выйти и обнаружить, что на Земле время шло иначе, нежели для вас. То есть намного быстрее. Безусловно, никто на планете не обладает подобными технологиями, но их появление вопрос времени. Ведь если хорошенько подумать, то что нужно для изобретения такой машины?

Во-первых, она должна разгонятся до околосветовых скоростей (напомню, что скорость света достигает 300 000 км/с), а во-вторых, следует вспомнить знаменитый парадокс близнецов, при помощи которого физики пытаются доказать противоречивость специальной теории относительности, которая гласит, что с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются.

Согласно специальной теории относительности (СТО) все физические законы одинаковы для всех свободно двигающихся наблюдателей, независимо от их скорости.

Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности 106 лет назад.

Немного проясним данный способ предполагает, что машина времени, в которую вы вошли, взлетает, разгоняется до околосветовой скорости, движется так какое-то время (в зависимости от того, как далеко вперед во времени вы направляетесь) и затем возвращается назад. Когда путешествие заканчивается, покинув машину времени вы понимаете, что для вас прошло намного меньше времени, чем для всех жителей Земли вы совершили путешествие в будущее. Но если отныне мы воспринимаем время по-другому, быть может, законы физики подскажут, как путешествовать в прошлое?

Не пропустите: Что такое общая теория относительности Эйнштейна?

Можно ли отправиться в прошлое?

Первый намек на то, что человек может совершать путешествия во времени, появился в 1949 году, когда австрийский математик Курт Гедель нашел новое решение уравнений Эйнштейна. Или новую структуру пространства-времени, допустимую с точки зрения ОТО.

Вообще, говоря об уравнениях Эйнштейна, важно понимать, что они удовлетворяют множество разных математических моделей Вселенной. Эти модели различаются, например, начальными или граничными условиями.

И чтобы понять, соответствуют ли они Вселенной, в которой мы живем, мы должны проверить их физические предсказания.

Кстати, если вы давно не пересматривали «Назад в будущее» самое время)

Гедель, будучи математиком, прославился тем, что доказал не все истинные утверждения можно доказать, даже если дело сводится к попытке доказать все истинные утверждения, например, с помощью простой арифметики. Таким образом, подобно принципу неопределенности, теорема Геделя о неполноте может быть фундаментальным ограничением нашей способности познавать и предсказывать Вселенную.

Принцип неопределенности принцип, сформулированный Гейзенбергом и утверждающий, что нельзя одновременно точно определить и положение, и скорость частицы; чем точнее мы знаем одно, тем менее точно другое.

Интересно, что пространство-время Геделя имело любопытную особенность: Вселенная в его представлении вращалась как целое. А вот Эйнштейн был очень огорчен тем, что его уравнения допускают подобное решение. Общая теория относительности в его понимании не должна позволять путешествия во времени. Уравнение Геделя, однако, не соответствует Вселенной, в которой мы живем, но его труд позволил миру взглянуть на время (а заодно и на Вселенную) иначе.

Итак, пространство-время, как известно, тесно взаимосвязаны. Это означает, что вопрос о путешествиях во времени переплетается с проблемой перемещения на скоростях, превыщающих 300 000 км/с, то есть скорость света. А когда речь заходит о фотонах, общая теория относительности, увы, уходит на задний план, а ее место занимает квантовая механика.

Подробнее о том, что изучает квантовая механика, а главное как, мы рассказывали в этой статье, рекомендую к прочтению!

Переход на квантовый уровень

Не так давно команда физиков из Университетов Вены, Бристоля, Балеарских островов и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Вена) показала, как квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным временным стрелкам (вперед и назад во времени). Иными словами, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени.

Квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени

Ранее, чтобы понять почему, ученые установили, что время знает только одно направление вперед. Так что нам с вами придется вспомнить второй закон термодинамики. Он гласит, что в замкнутой системе энтропия системы (то есть мера беспорядка и случайности внутри системы) остается постоянной или увеличивается.

Читайте также: Существуют ли путешествия во времени без парадоксов?

Если наша Вселенная представляет собой замкнутый цикл, свернутый в клубок, ее энтропия никогда не может уменьшиться, а это означает, что Вселенная никогда не вернется в более раннюю точку. Но что, если бы стрела времени «посмотрела» на явления, где изменения энтропии невелики?

Второй закон термодинамики это статистический закон, в среднем верный для макроскопической системы. В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционируют в сторону ситуаций с более низкой энтропией, пишут авторы научной работы.

Вот что говорит об этом Джулия Рубино, научный сотрудник Университета Бристоля и ведущий автор новой статьи: «Давайте предположим, что в начале газ в сосуде занимает только его половину. Затем представьте, что мы удаляем клапан, который удерживал его в пределах половины сосуда, так что газ теперь может свободно расширяться по всему сосуду».

Термодинамика хранит в себе множество тайн о нашем мире и Вселенной

В результате мы увидим, что частицы начнут свободно перемещаться по всему объему сосуда. Со временем газ займет весь сосуд. «В принципе, существует ненулевая вероятность того, что в какой-то момент газ естественным образом вернется, чтобы занять половину сосуда, только эта вероятность становится меньше, чем больше становится количество частиц, составляющих газ», объясняет Рубино.

Не пропустите: Возможны ли путешествия во времени?

Если бы существовало только три частицы газа вместо огромного количества газа (состоящего из миллиардов частиц), эти несколько частиц могли бы снова оказаться в той части сосуда, откуда они первоначально стартовали. Вот такая физика.

ОТО допускает путешествия во времени в будущее. С прошлым все намного сложнее

Далее, как вы могли догадаться, следует второй закон термодинамики так называемый статистический закон, который является верным в среднем для макроскопической системы. «В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционирует в сторону ситуаций с более низкой энтропией», отмечают исследователи.

Стрела времени

Чтобы разобраться еще подробнее, отметим, что в ходе нового исследования физики задавались вопросом о последствиях применения описанной выше парадигмы в квантовой области. Согласно принципу квантовой суперпозиции, отдельные единицы (например, свет) могут существовать одновременно в двух состояниях, как в виде волн, так и в виде частиц, проявляясь в том или ином виде в зависимости от того, что именно вы тестируете.

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

Команда Рубино рассмотрела квантовую суперпозицию с состоянием, которое развивается как назад, так и вперед во времени. Измерения показали, что чаще всего система в конечном итоге движется вперед во времени. Если бы не небольшие изменения энтропии, система действительно могла бы продолжать развиваться как вперед, так и назад во времени.

Разрушение суперпозиции состоянии при взаимодействии с окружением с течением времени Изображение Joint Quantum Institute

Так как же эти сложные физические понятия соотносятся с реальным человеческим опытом? Неужели наконец-то пришло время начать собирать вещи для путешествия назад во времени? Увы.

«Мы, люди, являемся макроскопическими системами. Мы не можем воспринимать эти квантовые суперпозиции временных эволюций», говорит Рубино. Для нас время действительно движется вперед. Возможно, это тот случай, когда мир немного не определился.

И действительно на самом фундаментальном уровне мир состоит из квантовых систем (которые могут двигаться вперед и назад). Более глубокое понимание того, как описать течение времени на уровне этих элементарных составляющих, могло бы позволить физикам сформулировать более точные теории для их описания и, в конечном счете, получить более глубокое понимание физических явлений мира, в котором мы живем.

Еще больше интересных статей обо всем на свете, а также о путешествиях во времени и Мультивселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Выводы

Однако не все согласны с тем, что различие между макроскопическим и микроскопическим является четким. Как пишет Popular Mechanics, Рамакришна Подила, доцент кафедры физики и астрономии Университета Клемсона в Южной Каролине, говорит, что статистика многих частиц по сравнению со статистикой отдельных частиц является более точным способом описания вещей.

Даже у одной частицы есть свои собственные, уникальные микросостояния. Подила считает, что в нашем стремлении понять время мы ставим уравнения выше физической реальности и упускаем главное.

Связывание стрелы времени с энтропией или коллапсом квантово-механической системы (как указано в статье) это не формальные утверждения, а популярные методы, которые просты в использовании. Даже то, что время движется вперед, само по себе не аксиома, а теория, которую астрофизик Артур Эддингтон придумал и популяризировал в 1927 году.

Время и пространство неразрывно связаны, но правильно ли мы их понимаем?

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

Так что, возможно, идея о том, что пространство и время сливаются в один переплетенный континуум, имеет право на жизнь. С тех пор как Альберт Эйнштейн сформулировал теорию относительности, мы перестали воспринимать пространство как трехмерную фигуру, а время — как одномерное.

Время стало четвертым элементом четырехмерного вектора, описывающего пространство и время, — говорит Рубино. Это единая, динамичная сущность, над которой мы все еще ломаем голову.

В заключение же хочу не только поблагодарить читателя за внимание, но и вновь процитировать ученых: «Хотя время часто рассматривается как непрерывно увеличивающийся параметр, наше исследование показывает, что законы, управляющие его течением в квантово-механических контекстах, намного сложнее. Это может означать, что нам нужно переосмыслить то, как мы представляем эту величину во всех тех контекстах, где квантовые законы играют решающую роль».

Из-за квантовой суперпозиции ход времени в микромире не имеет определенного направления исчезает грань между причиной и следствием.

Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature. Кстати, как вы думаете, можно ли путешествовать во времени и что новое исследование говорит нам о Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

Подробнее..

Астрофизики обнаружили мосты из темной материи. Что это такое?

07.12.2021 02:17:33 | Автор: admin

Ученые находят «мосты» темной материи, которые могут раскрыть будущее нашей галактики

Ранее в этом году мы рассказывали о новой карте темной материи, создание которой во многом принадлежит искусственному интеллекту (ИИ). Эта подробная карта показывает ранее не обнаруженные нитевидные структуры, соединяющие галактики. Достижения ИИ сильно помогают ученым, которые используют его для создания еще одной карты темной материи, на этот раз в локальной Вселенной, охватывающей намного меньшую область. Интересно и то, что создание подобной, невероятно точной карты, может привести к новому пониманию темной материи и внести наконец ясность относительно будущего нашей Вселенной. Карта содержит ранее неизвестные «скрытые мосты», которые связывают галактики, а также показывает ранее неизвестные «мосты», благодаря которым все галактики в локальной Вселенной связаны в единую сеть из нитевидных структур. Ученые надеются, что их карта, опубликованная вместе с их статьей в научном журнале Astrophysical journal, сможет дать новое представление о темной материи и истории нашей Вселенной.

Скелет из темной материи

Существование таинственной субстанции, занимающей около 85% всей материи во Вселенной, сегодня не доказано. В то же самое время все больше и больше ученых не сомневаются в том, что темная материя действительно существует. Эту ситуацию можно сравнить с гравитационными волнами, существование которых предсказал Альберт Эйнштейн, однако обнаружить их удалось несколько лет назад.

Подробнее об открытии гравитационных волн можно прочитать в увлекательной статье моего коллеги Артема Сутягина

История существования темной материи началась, разумеется, после публикации общей теории относительности (ОТО) 106 лет назад. Немногим позже астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от Земли (и друг от друга) со все возрастающей скоростью. Последующие десятилетия такие выдающиеся умы как Нильс Бор, Макс Планк, Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг и другие трудились над созданием квантовой теории.

Тот самый конгресс: V Сольвеевский конгресс (1927): 1-й ряд (слева направо): Ирвинг Ленгмюр, Макс Планк, Мария Кюри, Хендрик Лоренц, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен, Шарль Гюи, Чарльз Вильсон, Оуэн Ричардсон. 2-й ряд (слева направо): Петер Дебай, Мартин Кнудсен, Уильям Брэгг, Хендрик Крамерс, Поль Дирак, Артур Комптон, Луи де Бройль, Макс Борн, Нильс Бор. Стоят (слева направо): Огюст Пикар, Эмиль Анрио, Пауль Эренфест, Эдуард Герцен, Теофил де Дондер, Эрвин Шрёдингер, Жюль Эмиль Вершафельт, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Ральф Фаулер, Леон Бриллюэн.

Хотя непосредственно наблюдать темную материю невозможно, так как она не вступает в электромагнитное взаимодейтсвие с фотонами, она является общепринятым понятием. Ученые сделали много выводов о существовании и поведении темной материи, наблюдая ее гравитационное влияние на другие космические объекты.

Космологи считают, что темная материя служит нитевидным каркасом космической сети, которая, в свою очередь, составляет крупномасштабную структуру Вселенной, частично управляющую движением галактик и других космических систем.

Больше по теме: Наша Вселенная становится горячее, выяснили ученые

Еще одной трудной задачей является прямое измерение распределение темной материи в нашей локальной Вселенной, поэтому в ходе работы астрофизики использовали искусственный интеллект для создания новой карты.

«Локальная вселенная», в которую входим и мы, представляет собой область радиусом около 1 миллиарда световых лет, где галактики и связанные с ними космические объекты «по существу заморожены в своих современных конфигурациях», а эффекты космической эволюции незначительны, объясняют астрономы.

Как рассказал Big Think один из авторов научной работы Донхуй Чжон, доцент астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете, изучать распределение темной материи гораздо проще в наиболее удаленных объектах, так как они точно отражают невероятно далекое прошлое нашей Вселенной. «Со временем, по мере того как крупномасштабная структура Вселенной росла, сложность Вселенной возрастала, поэтому по своей сути сложнее проводить измерения темной материи локально,» пишут авторы исследования.

Карта темной материи в локальной вселенной.

На изображении выше более мелкие нитевидные объекты (желтые) действуют как скрытые мосты между галактиками. Гравитационное влияние темной материи на галактики обозначено черными точками. Характерные черты Вселенной показаны красными точками, а крестиком отмечен Млечный Путь.

Еще больше интересных статей читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен! Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Новая карта темной материи

Итак, космические веб-карты, созданные ранее, основывались на моделировании эволюции Вселенной за 13,8 миллиарда лет до наших дней. Такие усилия требовали огромного объема вычислений и по сути не давали точных представлений о локальной вселенной, что побудило исследователей разработать новый подход.

Для новой карты они сосредоточились на использовании машинного обучения для создания модели, основанной на распределении и движении галактик. Это позволило им оценить, как распределяется темная материя.

Крупномасштабная карта Вселенной во всей красе

ИИ был обучен моделированию галактик, похожих на Млечный Путь, с помощью Illustris-TNG продолжающейся серии симуляций, в которой представлены галактики, темная материя, газы и другая материя. Как объяснили журналистам авторы научной работы, если ввести конкретную информацию в модель, она сможет заполнить пробелы, опираясь на уже обработанные данные. Ученые дополнительно подтвердили отображение, применив его к реальным локальным данным галактик из каталога Cosmicflows-3, содержащего информацию о расстояниях почти 18 тысяч галактик.

Это интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Скрытые мосты

Полученная исследователями карта изумительна. Только вдумайтесь, впервые мы можем рассмотреть основные структуры в локальной Вселенной и в том числе в Млечном Пути. Астрофизики также описали близлежащие галактики и «локальную пустоту» близлежащую область пустого пространства. Более того, карта позволила ученым обнаружить новые структуры.

В частности, они надеются более подробно изучить обнаруженные ими небольшие нитевидные структуры, которые, по-видимому, связывают галактики между собой. Исследователи назвали их "скрытыми мостами".

Чжон считает, что эти нити могут подарить представление о будущем нашей Галактики. Один из конкретных вопросов, заслуживающих внимания, заключается в том, столкнется ли Млечный Путь в конечном итоге с галактикой Андромеды.

Космические нитевидные структуры и мы. Какие крохотные, правда?

«Поскольку темная материя доминирует в динамике Вселенной, она в основном определяет нашу судьбу», говорят авторы исследования.

Таким образом, астрофизики могут «попросить» компьютер разработать карту на миллиарды лет, чтобы увидеть, что произойдет в локальной вселенной. Более того, теперь они могут создать новую модель, чтобы буквально отправиться в виртуальное путешествие назад во времени. Дальнейшие исследования определенно точно сделают наши карты точнее, а количество новых данных о галактиках, полученных в результате новых астрономических исследований, ошеломляет. Так что интересные временами нас с вами ждут, друзья. Ну а о том, можно ли путешествовать во времени читайте в этой статье, надеюсь, вам понравится.

Подробнее..

Могут ли странные квантовые объекты объяснить наше существование?

21.12.2021 02:02:49 | Автор: admin

Q-balls странные квантовые объекты, способные вызывать гравитационные волны

Каждый из нас хочет знать кто мы, откуда и куда движемся. Ответы на эти вопросы предлагают самые разные люди, от философов до священников и физиков-теоретиков, но именно последние обладают наибольшими знаниями о Вселенной. До начала ХХ века, однако, никто и предположить не мог, что элементарных частиц окажется так много, что из них можно составить целый «зоопарк». Лишь в 1925 году на смену старой квантовой теории пришла квантовая механика, которая основывается на волновых уравнениях и принципе неопределенности, а ее положения значительно отличаются от положений механики классической. Всего за несколько десятилетий было обнаружено множество элементарных частиц, а их взаимодействие друг с другом легло в основу Стандартной модели. Запуск Большого адронного коллайдера (БАК) и последующее обнаружение «частицы Бога» по-научному Бозон Хиггса стало лишь началом в понимании нашего сложного мира. Каждый год ученые открывают новые частицы, параллельно пытаясь ответить на вопрос о том, почему мы существуем.

Частица за частицей

Одной из последних обнаруженных физиками частиц является тетракварк (подробнее про их открытие я рассказывала вот здесь). Если совсем кратко, то тетракварки представляют собой частицу экзотической материи, которая содержит два тяжелых кварка и два легких антикварка. Кварки, как, вероятно, помнит читатель, являются фундаментальными строительными блоками Вселенной, из которых состоит вся материя.

Кварки также являются частицами, из которых могут состоять адроны — первая группа элементарных частиц. До недавнего времени считалось, что нейтроны состоят из трех кварков, но новая частица адрона состоит из четырех. Исследователи отмечают, что тетракварк самая долгоживущая частица из всех известных.

Тетракварки были обнаружены в 2020 году

Не пропустите: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Еще одной новинкой в нашем зоопарке оказались энионы. Это не просто новые частицы, они настолько необычны, что физики отнесли их к третьему царству элементарных частиц.

Критерий деления элементарных частиц на два царства это значение спина, квантового числа, которое характеризует собственный момент импульса частицы. Иными словами, если спин отдельно взятой частицы определяется целым числом перед вами бозон, а если полуцелым фермион.

Теперь же утверждение о том, что каждая последняя частица во Вселенной от космических лучей до кварков является либо фермионом, либо бозоном, кажется, придется пересмотреть. Вот что говорит об этом Фрэнк Вильчек, лауреат Нобелевской премии по физике из Массачусетского технологического института: «Раньше у нас были бозоны и фермионы, а теперь у нас есть это третье царство элементарных частиц».

В ходе научного исследования ученые доказали, что энионы принадлежат к отдельному классу элементарных частиц.

В ходе недавнего исследования физикам наконец удалось доказать, что энионы ведут себя как нечто среднее между поведением бозонов и фермионов. Более того, их поведение в точности соответствует теоретическим предсказаниям.

Больше по теме: Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

Причем здесь гравитационные волны?

Итак, освежив в памяти Стандартную модель, которая объясняет как взаимодействуют невидимые глазу частицы создавая реальность, идем дальше: если взаимодействие элементарных частиц создает наш мир, то может ли физика объяснить наше существование?

Очень похоже на то. По крайней мере астрофизики полагают, что в начале Вселенной существовал дисбаланс между материей и антивеществом. И чтобы понять, откуда он взялся, ученые обратились к гравитационным волнам.

Гравитационные волны это изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Если совсем просто, то они искажают пространство-время. Подробнее о том, что такое гравитационные волны и когда и как их открыли читайте в увлекательном материале моего коллеги Артема Сутягина.

Гравитационные волны могут разрешить кризис космологии

Команда физиков-теоретиков, возглавляемая Грэмом Уайтом из Института физики и математики Вселенной Кавли, сосредоточилась на явлении, под названием Q-ball. Как и во многих концепциях теоретической физики, Q-ball относительно трудно объяснить.

Между тем, одна из самых больших космологических загадок заключается в том, почему Вселенная состоит из гораздо большего количества материи, чем антивещества. Совсем недавно команда физиков-теоретиков поняла, где искать ответ необходимо обнаружить гравитационные волны, создаваемые причудливыми квантовыми объектами под названием Q-ball.

Не будем также забывать, что у каждого вида обычной частицы материи есть партнер из антивещества с противоположными характеристиками. Так что когда материя взаимодействует с антивеществом, они уничтожают друг друга. Именно этот факт и делает наше существование загадкой, поскольку космологи почти уверены, что на заре Вселенной было равное количество вещества и антивещества.

Гравитационные волны, зафиксированные детектором LIGO, произошли из-за столкновения черных дыр

Но если все эти партнеры по материи и антивеществу должны были уничтожить друг друга, Вселенная бы осталась без материи вообще. Но материя, как мы знаем, существует, и исследователи начинают постепенно понимать в чем весь сыр-бор.

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

Одна из потенциальных причин может заключаться в Q-ball-ах теоретических «комках», которые образовались сразу после Большого взрыва, до того, как Вселенная начала расширяться. Эти объекты должны содержать свою собственную асимметрию материи и антивещества. Это означает, что внутри каждого Q-ball-а существуют неравные доли материи и антивещества.

И если бы Qball-ы высвободили больше материи, чем антивещества, то стали бы причиной гравитационной ряби в пространстве-времени. Согласно результатам нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, в таком случае обнаружить Q-ball-ы можно было бы с помощью гравитационных волн. Но как?

Распад Q-ball ключ к созданию гравитационных волн

По сути, Q-ball-ы это скопления заряженных полей, которые превратились в комки и слиплись. Однажды склеенные, они, как правило, служат долго, пережив фоновое излучение, возникшее в результате расширения Вселенной. Но вот в них потенциально интересно, так это то, что происходит, когда Q-ball распадаются.

Распад Q-ball происходит быстро и яростно. Причем настолько, что они образуют гравитационные волны! Более того, эти события распада относительно распространены, и у ученых должны быть средства для их обнаружения. Обсерватории гравитационных волн, такие как LIGO, уже обнаружили гравитационные волны от других источников, сравнимые по силе и частоте с волнами, вызванными распадающимися Q-ball-ами.

Вероятно, скоро мы узнаем о Вселенной много нового

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

Отметим, что до сих пор не было обнаружено гравитационных волн, приписываемых распадам Q-ball-ов. Тем не менее, доктор Уайт и его коллеги с оптимизмом смотрят в ближайшее будущее:

Почти наверняка мы скоро обнаружим сигнал с начала времен, подтверждающий эту теорию о том, почему мы и остальной мир материи вообще существуем. Это захватывающее утверждение, и оно должно интересовать любого, кто кровно заинтересован в том, почему материя вообще существует, пишут авторы научной работы.

Разобраться как устроен наш мир непросто, но, кажется, реально

И напоследок хочется напомнить видимо в ближайшие годы нас ожидает огромное количество открытий. Ранее в этому году мы рассказывали о "новой силе природы" ученые из ЦЕРН действительно стоят на пороге открытия новой физики.

Так что ждем с нетерпением дальнейших исследований и стараемся разобраться в невероятно сложной для человеческого понимания физике строительных блоков нас самих и нашей Вселенной.

Подробнее..

Погружение в теорию хаоса непредсказуемость и эффект бабочки

04.01.2022 20:12:25 | Автор: admin

Можно ли отправиться в прошлое, изменить его и вернуться обратно?

Кто из нас не мечтал о путешествиях во времени? Например, о путешествии в прошлое чтобы спасти кого-то от фатальной ошибки, собрать доказательства нераскрытых преступлений и увидеть наконец, как жили наши далекие предки в африканской саванне. Эта тема настолько популярна, что в Голливуде от нее откажется разве что ленивый. Исследователи, однако, утверждают, что мир не ведет себя аккуратно и упорядоченно. Если бы это было так, идентичные события всегда приводили бы к одним и тем же моделям «побочных эффектов», а будущее было бы полностью предсказуемым и даже предрешенным. К счастью, теория хаоса утверждает обратное и полная случайность тоже не про нас. Мы существуем где-то посередине, в мире, который часто кажется случайным, но на самом деле подчиняется определенным правилам и законам. Согласно теории хаоса малейшие изменения могут привести к радикальным последствиям в будущем в другом месте и в другое время.

Теория хаоса гласит, что небольшие изменения приводят к большим последствиям.

Теория хаоса

В 1970-х годах американский математик и метеоролог Эдвард Лоренц не только открыл хаос (что было событием случайным) но также определил его ключевой механизм, отметив странное свойство повторение (построение траектории с течением времени) любых двух близлежащих точек приводит к их разделению.

По сути, хаос это наука о неожиданностях, о нелинейности и непредсказуемости. В то время как большинство научных областей имеют дело с предположительно предсказуемыми явлениями, такими как гравитация, электричество или химические реакции, теория хаоса являет собой фактическую невозможность предсказания или контроля, например турбулентности, погоды, экономики, состояния мозга и так далее.

Наш мир устроен бесконечно сложно

Эти явления часто описываются с помощью фрактальной математики, которая отражает бесконечную сложность природы. Многие природные объекты обладают фрактальными свойствами, включая облака, деревья и реки, однако многие системы, в которых мы живем, демонстрируют сложное, хаотичное поведение.

Признание хаотической, фрактальной природы нашего мира может подарить нам его новое понимание. Хаос это не просто беспорядок. Он исследует переходы между порядком и беспорядком, которые часто происходят удивительным образом.

Принципы хаоса

Один из принципов хаоса предложенных Лоренцом тот самый эффект бабочки. Если бабочка хлопает крыльями в России, это, возможно, приведет к урагану где-то в Нью-Мексико. Согласна, звучит как полная бессмыслица, но эта связь реальна. Если бы бабочка не взмахнула крыльями в нужной точке пространства/времени, урагана бы не произошло.

Еще один принцип заключается в том, что небольшие изменения в начальных условиях приводят к резкому изменению результатов. В конце-концов наша жизнь является постоянной демонстрацией этого принципа. Кто знает, каковы будут долгосрочные последствия обучения миллионов детей хаосу и фракталам?

Фракталы это бесконечно сложные паттерны, которые создаются путем многократного повторения простого процесса в непрерывном цикле обратной связи. Движимые рекурсией, фракталы представляют собой образы динамических систем картины Хаоса. Геометрически они существуют между нашими привычными измерениями.

На микроуровне все происходит иначе

Важно понимать, что закономерности внутри хаоса скрыты, так как они очень чувствительны к любым, даже самым крошечным изменениям. Это означает, что похожие, но не идентичные ситуации могут привести к совершенно разным результатам. Другой способ при этом гласит: в хаотичном мире последствия могут быть совершенно несоразмерны их причинам. И хотя правила детерминированы, будущее непредсказуемо в долгосрочной перспективе.

Поскольку хаос настолько чувствителен к небольшим изменениям, существует почти бесконечное количество способов, следующих правилам, и нам необходимо знать невероятное количество подробностей о настоящем и прошлом, чтобы точно определить, как будет развиваться мир.

Теория хаоса утверждает, что небольшие изменения могут привести к последствиям. Но одной из центральных концепций теории является невозможность точного предсказания состояния системы.

Фрактал, с математической точки зрения, это, прежде всего, множество с дробной, промежуточной, не целой размерностью.

Это интересно: Можно ли верить прогнозам погоды?

Точно так же мы не можем перепроектировать некоторую часть информации о прошлом, просто зная текущие и даже будущие ситуации. При этом путешествие во времени не помогает восстановить прошлую информацию, так как даже при движении назад во времени хаотическая система все еще в игре и приводит к непредсказуемым последствиям.

И хотя эффект бабочки является классической поэтической метафорой, иллюстрирующей теорию хаоса, хаотическая динамика также проявляется в реальном контексте, включая рост популяции тигров и вращение лун Плутона. Чудеса.

Не забудьте подписаться на наш канал в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Существует ли эффект бабочки?

Итак, поскольку мы не можем знать все начальные условия сложной системы в достаточной (т.е. совершенной) детализации, надеяться предсказать конечную судьбу этой самой системы мы тоже не сможем. Однако результаты исследования в области квантовой физики, проведенное Лос-Аламосской Национальной лаборатории, показали, что так называемый эффект бабочки можно преодолеть в квантовой сфере, чтобы «расшифровать» потерянную информацию, по существу обратив время вспять.

Безусловно, эффект бабочки отлично смотрится в теориях о путешествиях во времени, однако результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, показали, что никаких доказательств эффекта бабочки в квантовой механике не существует.

Законы квантового мира очень сильно отличаются от тех, что мы можем непосредственно наблюдать

Как пишут авторы научной работы, мысленный эксперимент по «расшифровке» информации с помощью операций, обращающих время вспять, «как ожидается, приведет к тому же эффекту бабочки, что и в знаменитом рассказе Рэя Брэдбери «И грянул гром» путешественник во времени наступает на насекомое в далеком прошлом, но вернувшись назад понимает, что мир полностью изменился.

Больше по теме: Компьютерная симуляция доказала эффекта бабочки не существует

Но как выяснили исследователи квантовая система может эффективно исцелять и даже восстанавливать информацию, которая была зашифрована в прошлом и для этого не нужен хаос и эффект бабочки. С помощью компьютерного моделирования авторы исследования обнаружили, что во время путешествий во времени мир остается прежним, а это значит, что в квантовой механике эффекта бабочки не существует.

Путешествие во времени требует изменения прошлого даже простого добавления путешественника во времени, отмечают исследователи. Более того, понятие хаоса в классической физике и в квантовой механике должно пониматься по-разному.

Термин эффект бабочки появился в 1972 году

Нельзя не отметить и результаты еще одного интересного исследования, которые гласят, что на квантовом уровне путешествия во времени возможны. Подробнее о результатах можно прочитать здесь. И, конечно, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram так вы всегда будете в курсе последних событий из мира науки и высоких технологий!

Подробнее..

Физика частиц и новейшие технологии что нас ждет в ближайшие 10 лет?

19.02.2022 00:06:58 | Автор: admin

Квантовые технологии стремительно развиваются

Квантовая теория родилась в первой половине XX века. Среди ее создателей были Нильс Бор, Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Вернер Гейзенберг, Эрвин Шредингер и другие, не менее выдающиеся ученые. Создание Стандартной модели элементарных частиц ознаменовало собой революцию в понимании Вселенной. Именно квантовая теория подарила миру лазеры, МРТ, ускорители частиц, компьютеры, интернет и ядерное оружие. Но что дальше? Некоторые физики полагают, что в ближайшие пять лет будут созданы устройства, которые до недавнего времени описывались лишь на страницах научно-фантастических романов. Дело в том, что любой скачок в области квантовых вычислений увеличивает потенциал технологии, способной выполнять вычисления и моделирование, выходящие за рамки современных суперкомпьютеров. Иными словами, мир готовится к квантовому будущему. И если квантовые технологии действительно изменят вычисления в том виде, в каком мы их знаем, то какое будущее нас ждет?

Основные принципы квантовой теории

Итак, в отличие от классической физики, которая опирается на гравитацию и законы движения Ньютона, квантовые частицы действуют по своим собственным правилам. Например, такое понятие как суперпозиция указывает на способность квантовой системы находиться в нескольких состояниях одновременно.

И хотя звучит немного безумно и напоминает мысленный эксперимент кота Шредингера, частица действительно может находиться в нескольких состояниях сразу, но лишь до того момента, пока ее не измерят.

Эйнштейн называл квантовую запутанность сверхъестественной связью

Следующий принцип называется квантовой запутанностью. Наблюдать ее можно когда два атома связаны между собой, несмотря на то, что их разделяет огромное расстояние. Если свойства одного из атомов изменяются, его запутанный аналог тоже меняется, причем мгновенно. Запутанность присутствует даже тогда, когда атомы расположены на противоположных концах Вселенной.

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

Суперпозиция и запутанность являются основополагающими принципами квантовой теории. Эти квантовые системы нашли свое повседневное применение, и ученые, наконец, учатся управлять ими и использовать в собственных интересах.

Квантовые вычисления и технологии

Квантовая теория необходима для понимания ядерной структуры, составляющей ядро частицы протона и нейтрона которые сильно притягиваются друг к другу ядерными силами, а их столкновение высвобождает ядерную энергию.

Квантовые эффекты также лежат в основе полупроводников и транзисторов, которые привели к настоящей электронной революции и массовому производству классических компьютеров. И если говорить о современных технологиях, основанных на квантовой теории, то они могут быть усовершенствованы.

Запутанность квантовых состояний это реальность.

Так, мы знаем, что информация в обычных компьютерах принимает форму двоичных цифр (битов), которые могут иметь только два состояния: 0 или 1. Суперпозиция квантовых битов (кубитов) позволяет компьютеру хранить и 0 и 1 по отдельности, а также комбинацию обоих значений одновременно используя суперпозиции этих двух состояний.

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

На самом деле квантовые вычисления являются самой горячей темой среди физиков и инвесторов, так как обладают невероятным потенциалом с точки зрения скорости и эффективности по сравнению с классическими компьютерами. И все же впереди еще много работы, прежде чем квантовые компьютеры появятся на рынке.

Для создания функционального квантового компьютера требуется удерживать объект в состоянии суперпозиции достаточно долго, чтобы выполнять на нем различные процессы.

По мнению некоторых исследователей, квантовые компьютеры предоставят нам возможность изучать саму квантовую физику неизвестным до сих пор способом. Его можно будет использовать, например, для моделирования поведения молекул лекарств и разработке новых материалов для более эффективных батарей или источников энергии.

Квантовая телепортация, датчики и связь

Звучит как фантастика, но связь между запутанными парами частиц необходима для успешной квантовой телепортации. Исследователи провели множество экспериментов и к 2017 году им удалось телепортировать фотон с Земли на орбиту. Квантовая телепортация также лежит в основе планов по созданию квантового интернета.

Больше по теме: Возможна ли телепортация человека?

В свою очередь, квантовые датчики могут измерять стимулы, например, магнитные поля или высокочастотные сигналы. Их можно использовать в том числе для выявления рассеянного склероза на ранней стадии; мониторинга и заблаговременного предупреждения о вулканической активности; а также для помощи самоуправляемым транспортным средствам «видеть» что находится за поворотом.

Квантовые технологии сложная область физики, которая исследует поведение субатомных частиц

Что же до квантовой коммуникации, то защита данных с использованием законов квантовой физики может использоваться для обмена секретной информацией, используемой для шифрования и аутентификации. Кванты также могут быть использованы для вычислений и решения определенных задач, с решением которых обычные компьютеры не справятся.

Квантовое будущее

Страны по всему миру, включая Китай, Канаду и США, объявили о многомиллионных и миллиардных исследовательских программах по продвижению квантовых технологий и работы в области квантовой информатики. Очевидно, что квантовые информационные технологии окажут мощное влияние на весь мир, но мы только-только начинаем понимать, как будет выглядеть квантовое будущее.

Не пропустите: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Если квантовые компьютеры станут достаточно большими и будут содержать тысячи или миллионы кубитов, они позволят понять сложные химические реакции и разработать новые лекарства. Это, в свою очередь, приведет к разработке новых материалов и вычислений.

Разработка квантовых компьютеров позволит добиться научного прорыва в области биологии, химии, медицины и транспорта.

В конечном итоге все эти данные позволят ученым оптимизировать алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения, кибербезопасности и финансов, а также расшифровке кода, на котором основана безопасность современных систем связи.

Более того, некоторые исследователи полагают, что в течение ближайшего десятилетия мы наконец увидим появление искусственного интеллекта. Интересно и то, что появление квантовых технологий приблизит нас к новому пониманию природы, Вселенной и нас самих. А как вы думаете, куда в первую очередь приведут нас инновации в квантовой теории? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2022, umnikizdes.ru