Сохраняй посты, комментируй и ставь оценки
Благодарю за ваш комментарий! Чего-то в таком роде я и пытаюсь добиться. Из наиболее похожих «предвестников» подобной самоорганизации есть вот такая конфигурация.
На момент публикации сервис Github Pages прилег отдохнуть, потому ссылка может открываться не с первого раза — потому добавлю видео (симуляция в нем воспроизводится ускоренно).
Хочу рассказать об эксперименте, целью которого было продемонстрировать, что с помощью небольшого набора правил можно создавать сложные, интересно устроенные виртуальные миры прямо в окне браузера.
Это своего рода симуляция «цифровой химии» — межатомных взаимодействий в 2D- и 3D-пространствах:
Основные цели данного проекта заключаются в изучении самоорганизующихся систем, синтезе конфигураций с большим многообразием сложных соединений, а также сложных реакций между ними. В идеале — в получении «молекул», имеющих формальные признаки жизни — саморепликацию, наследственную изменчивость и метаболизм.
Частицы разных типов визуализируются разными цветами. От типа частицы зависят их свойства, представленные в конфигурации мира:
На последнем пункте остановимся поподробнее. Без этого правила почти все сгенерированные вселенные через какое-то время застывали или приходили в вечное движение, но без регулярного образования новых связей. Для решения этой проблемы я ввел правило, по которому частица каждого типа имеет возможность повлиять на максимальную длину связей частиц разных типов в сторону увеличения или уменьшения. Таким образом получилось достичь эффекта непрекращающегося синтеза и распада сложных «молекулярных» соединений.
Всеми основными параметрами симуляции можно управлять через пользовательский интерфейс, меняя таким образом «физику» мира. Кроме того, за счет настраиваемой рандомизации можно создавать практически неограниченное количество уникальных новых «вселенных» со своими неповторимыми законами. В общем, получилась занимательная и залипательная штука.
Для высокопроизводительной обработки взаимодействий между тысячами частиц пришлось применить множество приемов оптимизации (объектный пул, прокси-фасад, кубическая кластеризация пространства и другие). Расти в этом направлении еще есть куда, но эту работу я уже буду продолжать на Python с использованием Numpy и Numba, потому что браузер позволяет использовать только одно ядро процессора на одну открытую вкладку, что сильно ограничивает возможности масштабирования.
Вот ссылки на демо нескольких любопытных конфигураций со сложным поведением частиц:
Потыкать и почувствовать себя демиургом можно здесь.
Исходный код живет на гитхабе. Поделиться ссылкой на интересную конфигурацию можно здесь, в комментариях, или в специальном issue.
Кстати, встретив интересный набор законов, не хочется, чтобы он канул в лету после закрытия окна браузера, — поэтому я внедрил кнопку создания ссылки на запуск симуляции с заданным набором параметров. А поделиться ссылками на интересные конфигурации можно в специальном issue либо здесь, в комментариях.
Спасибо за внимание!
Привет, дорогие вомбатчане!
Раз уж на этой неделе мы обсуждаем термин “элемент”, то давайте попробуем собрать элемент питания в домашних условиях (получится или нет - открытый вопрос, порядок действий искала в интернете).
Делать будем простую гальваническую батарейку. Это когда между двумя металлами (катодом и анодом) в электролите возникает электрический ток из-за самопроизвольной химической окислительно-восстановительной реакции.
Для эксперимента нам нужны медь, алюминий и электролит. Ну и светодиод для проверки работы батарейки.
Медь имеется в желтых латунных монетах (латунь - сплав меди и цинка), их чеканили до середины 2006 года.
Во второй половине 2006 монетки стали делать из более дешёвой стали и только покрывать латунью, они не подходят.
Смотрим годы выпуска.
Латунные монеты зеленоватые на вид и не так блестят. А еще стальные монеты выдают потертости на гурте - ребре.
У меня нашлось всего 13 латунных монеток по 10 и 50 копеек. Замачиваем их в уксусе, чтобы почистить (у меня это 70% эссенция).
А пока вырезаем из картона кружочки, они будут играть роль электролита (тоже когда вымочатся в уксусе).
Замачиваем в уксусе картон.
Роль анода будет выполнять фольга, она из алюминия, из нее тоже нарезаем кружочки.
Так. Теперь самое интересное. Нам нужно собрать бутерброд из гальванических пар. Каждая пара - это батарейка. Чем больше пар, тем больше напряжение нашей финальной батарейки.
Кладём строго по порядку: монетку, картон, фольгу; монетку, картон, фольгу; и т.д. И аккуратно, чтобы боковинки не замыкали другие слои.
Беру светодиод и проводки для проверки. И .. ничегошеньки не загорается.
Пересобираю батарейку еще 10 раз. Ноль.
В расстройстве ложусь спать, но утром ищу тестер, надо же понять, почему не получается, и куда делось моё электричество?
И вот оно, на месте.
И оказывается моя батарейка выдает целых 2 вольта! Для сравнения, пальчиковая АА выдает 1.5 вольта.
Спрашиваю у знающих людей, и оказывается, что я светодиод не теми сторонами прикладывала - у него строгая полярность.
Пробую снова.
Горит!
Причем еще момент - батарейке нужно постоять, чтобы реакция взялась получше. Если будете делать, сложите пары и подождите немного - светодиод будет разгораться всё ярче.
Так что работает, ребзики мои! Только монетки патиной покрылись от уксуса.
А на этом всё, всем прочитавшим спасибо!
С вам была диванный профан в физике 8 класса, и всем максимально спокойного понедельника!
❤️
В августе 2012 года физики Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) разогрели материю до невообразимых 5,5 триллиона градусов — это высочайшая температура, когда-либо достигнутая в лабораторных условиях.
Для сравнения: температура в центре нашего Солнца — "всего" 15 миллионов градусов. Ученым удалось превзойти этот показатель почти в 367 000 раз.
Рекордная температура была достигнута в Большом адронном коллайдере (БАК) — крупнейшем ускорителе частиц в мире, расположенном на границе Швейцарии и Франции. БАК представляет собой кольцевой туннель длиной 27 километров, проложенный на глубине 100 метров под землей.
В рамках эксперимента 2012 года физики разгоняли ядра свинца до скорости, близкой к скорости света, после чего сталкивали их "лоб в лоб". В результате на мгновение возникали условия, которые, согласно теоретическим моделям, существовали во Вселенной через несколько микросекунд после Большого взрыва.
В ходе таких манипуляций материя переходит в особое состояние — кварк-глюонную плазму. Это не твердое тело, не жидкость, не газ. Это состояние, в котором протоны и нейтроны распадаются на составляющие их кварки и глюоны, свободно движущиеся в мегагорячей "супе".
В обычных условиях кварки заперты внутри протонов и нейтронов из-за сильного взаимодействия — одной из фундаментальных сил природы. Но при экстремальных температурах это взаимодействие ослабевает, и кварки освобождаются.
На фоне этого достижения меркнет не только Солнце, но и самые массивные звезды, недра которых разогреваются до трех миллиардов градусов, а также ядра звезд во время вспышки сверхновой, температура которых подскакивает до 100 миллиардов градусов. Температура, достигнутая на БАК, — это не просто рекорд, а возможность изучать процессы, которые ни при каких других условиях нельзя наблюдать в нашей Вселенной.
Цель экспериментов в БАК — понять, как устроена материя на фундаментальном уровне и как родилась Вселенная.
Сразу после Большого взрыва (примерно 13,8 миллиарда лет назад) Вселенная была невероятно горячей и плотной. В первые микросекунды она представляла собой кварк-глюонную плазму. Затем, по мере расширения и остывания, кварки объединились в протоны и нейтроны, из которых позже сформировались атомы.
Воссоздавая условия ранней Вселенной в лаборатории, физики изучают поведение кварк-глюонной плазмы, взаимодействие кварков и глюонов при экстремальных температурах, переходы материи из одного состояния в другое. Это позволяет уточнять наши теоретические модели и проверять всевозможные гипотезы.
Сегодня одна из главных нерешенных загадок космологии — почему материя победила антиматерию. После зарождения Вселенной их должно было быть поровну, но сейчас антиматерии практически нет. Эксперименты такого рода приближают нас к ответу.
Рекордная температура существует ничтожно короткое время — порядка 10⁻²³ секунды. Это время, за которое свет проходит расстояние меньше диаметра протона.
Затем кварк-глюонная плазма остывает и обратно "собирается" в обычные частицы — протоны, нейтроны, мезоны. Этот удивительный процесс называется адронизацией. Детекторы БАК фиксируют следы этих частиц, и по ним физики буквально реконструируют события, происходившие в момент столкновения.
Энергия, выделяемая в ходе одного такого столкновения, ничтожна — примерно как энергия летящего комара. Но эта энергия сосредоточена в объеме размером с атомное ядро (10⁻¹⁵ метра), тогда как комар состоит из пяти квинтиллионов атомов. Именно поэтому температура достигает столь запредельных значений.
Казалось бы, температура в триллионы градусов должна испепелить все вокруг. Но этого не происходит по двум причинам:
До БАК температурные рекорды принадлежали Релятивистскому коллайдеру тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории, США. В 2005 году там впервые получили кварк-глюонную плазму при температуре около четырех триллионов градусов.
Именно тогда ученые впервые доказали, что кварк-глюонную плазму можно создать в лабораторных условиях. Но БАК, работающий на более высоких энергиях, превзошел этот результат.
Но физики не собираются останавливаться на достигнутом. ЦЕРН развернул масштабную программу High-Luminosity LHC по модернизации Большого адронного коллайдера, которая должна завершиться к концу 2020-х годов. Цель — увеличить количество столкновений в пять-десять раз. Это позволит не только достигать более высоких температур, но и собирать больше данных, которые пока ускользают от детекторов.
Кроме того, ЦЕРН работает над концепцией Future Circular Collider, предусматривающей строительство 100-километрового ускорителя. Когда его введут в эксплуатацию (по плану к 2040-м годам), энергия столкновений вырастет в семь-десять раз. Это означает, что появится возможность достигать температуры в десятки триллионов градусов, а значит еще сильнее приблизиться к условиям самых первых мгновений Большого взрыва.
Китай также планирует построить свой гигантский ускоритель CEPC-SPPC — сначала для электронов и позитронов, затем для протонов. К возведению приступят в 2030 году, а сбор данных начнут в 2040 году. Поднебесная не скрывает амбиций обогнать ЦЕРН и достичь энергий, недоступных БАК.
В мире также разрабатываются концепции плазменных и лазерных ускорителей, которые позволят достигать сопоставимых энергий без необходимости строить многокилометровые установки.
Теоретически существует планковская температура — 1,4 × 10³² K. Это абсолютный предел, при достижении которого современная физика просто "перестает работать". На этом рубеже гравитация становится* сравнимой с другими фундаментальными силами, пространство-время начинает "кипеть" квантовыми флуктуациями.
*Считается, что при достижении планковской температуры интенсивности всех четырех взаимодействий (ядерное, электромагнитное, слабое и гравитационное) выравниваются. Они становятся неразличимы и, предположительно, сливаются в одну единую силу.
Планковская температура существовала только в первое мгновение Большого взрыва — 10⁻⁴³ секунды после него. С тех пор ничто во Вселенной не достигало таких значений.
Учитывая действующий рекорд, до планковской температуры нам еще очень далеко — разница как между атомом и галактикой. Однако достичь ее в лабораторных условиях невозможно: чтобы разогреть хотя бы микроскопический объем материи до этого предела, потребовалась бы энергия, превышающая энергию всех звезд в наблюдаемой Вселенной.
Прочитав заголовок, многие подумают о золоте, платине или палладии. Однако самый дорогой металл на Земле — это не то, из чего делают кольца и серьги, а радиоактивный элемент, грамм которого стоит около 27 миллионов долларов (по состоянию на 23 июня 2026 года — почти два миллиарда рублей). А называется этот металл — калифорний.
Его впервые синтезировали в феврале 1950 года в Калифорнийском университете в Беркли. Американские ученые Стенли Томпсон и Альберт Гиорсо бомбардировали атомы кюрия (Cm) альфа-частицами и в итоге получили новый элемент, которому присвоили название калифорний (Cf) — в честь штата Калифорния, его "родины". В периодической системе химических элементов он занял 98-й атомный номер.
Калифорний — искусственный элемент, который ни разу не был обнаружен в природе. Хотя теоретически он может образовываться в ничтожных количествах при ядерных реакциях в урановых рудах.
Насколько известно*, в мире существует всего два места, где синтезируют калифорний (главным образом изотоп калифорний-252): Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде, Россия, и Ок-Риджская национальная лаборатория в штате Теннесси, США.
*Допускаю, что неофициально производством может заниматься Китай, чтобы ни от кого ни в чем не зависеть.
Процесс производства крайне сложный и долгий. Плутоний-239 подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе. В результате серии захватов нейтронов и бета-распадов образуется калифорний. Весь цикл занимает 8-18 месяцев. После этого из смеси облученных элементов химическими методами выделяют крошечные количества калифорния.
Ежегодно Россия и США в совокупности производят всего 30-60 миллиграммов калифорния. Для сравнения: вес одной среднестатистической фасолины в сухом виде составляет около одного грамма.
Калифорний — серебристо-белый актиноидный металл, который обладает настолько высокой податливостью и мягкостью, что его можно легко резать ножом. Температура его плавления — около 900 °C, а кипения (по расчетам) — 1 470 °C.
Но главная его особенность — высокая радиоактивность. Калифорний-252, самый распространенный изотоп, — это мощнейший искусственный источник нейтронного и гамма-излучения. Благодаря способности к спонтанному делению, всего один грамм этого изотопа испускает примерно 2,3 триллиона нейтронов в секунду. Для сравнения: один грамм урана-235 испускает около 0,0003 нейтрона в секунду.
Несмотря на мизерные объемы производства, калифорний находит применение в самых разных областях:
Калифорний применяется в брахитерапии, представляющей собой метод лучевой терапии, в рамках которой источник излучения вводится непосредственно в опухоль или располагается рядом с ней.
Нейтронное излучение калифорния эффективно разрушает раковые клетки, особенно те, что устойчивы к обычному рентгеновскому облучению. Локальное воздействие позволяет значительно уменьшить влияние на здоровые ткани, а значит, и снизить выраженность побочных эффектов.
Калифорний используют в нейтронном каротаже — методе геофизического исследования горных пород в скважинах. Нейтроны, испускаемые калифорнием, проникают глубоко в породу и по характеру рассеяния позволяют определить ее состав, влажность, наличие нефти или газа. Этот метод намного точнее рентгеновского, что при массовой разработке месторождений позволяет экономить десятки миллионов долларов.
Калифорний применяется в нейтронно-активационном анализе для поиска золота, серебра, других металлов и редкоземельных элементов. Облучение породы нейтронами позволяет выявить даже следовые количества искомых элементов.
С помощью нейтронной радиографии просвечивают детали самолетов, турбин, ядерных реакторов. Метод позволяет обнаружить микротрещины, пустоты, коррозию — дефекты, которые не видны на рентгеновских снимках. Благодаря этому калифорний минимизирует любые риски, тем самым спасая тысячи жизней.
Калифорний используют в фундаментальной физике для изучения структуры атомных ядер, синтеза новых сверхтяжелых элементов, исследования свойств материи и ее поведения в экстремальных условиях.
Таким образом, калифорний — не просто самый дорогой металл. Это уникальный инструмент, который помогает лечить рак, искать нефть, контролировать качество сложнейших конструкций и исследовать материю на атомном уровне. И все это — благодаря крошечным количествам вещества, которое человечество научилось синтезировать лишь 76 лет назад.
Привычная картина гибели массивной звезды выглядит так – исчерпав ядерное топливо, светило схлопывается под собственной тяжестью, пока вся масса не сжимается в точку бесконечной плотности, а на его месте остаётся чёрная дыра, из которой не вырывается даже свет.
Теперь же пара физиков предлагает для этого финала неожиданную альтернативу.
Даниэль Ямпольски (Daniel Jampolski) и профессор Лучано Реццолла (Luciano Rezzolla) из Университета Гёте во Франкфурте описали сценарий, в котором коллапс рождает не чёрную дыру, а крошечную расширяющуюся вселенную внутри самой сжимающейся материи.
По расчётам, в центре падающего вещества из нулевого размера зарождается крошечный расширяющийся пузырь пространства-времени, так называемая область де Ситтера, наполненная подобием тёмной энергии. Её давление наружу нарастает и в какой-то момент уравновешивает гравитационное сжатие. Звезда успевает схлопнуться почти полностью, но финальную стадию коллапса останавливает встречная сила.
Большой взрыв зарождающейся вселенной может произойти, когда звезда уже почти схлопнулась до состояния чёрной дыры.
По его словам, поведение предельно сжатого вещества пока не описано, что и оставляет место для новой физики.
Авторы сравнивают эффект с кирпичом, который не даёт гаражной двери закрыться до конца. В роли такого упора выступает тёмная энергия, чьё давление наружу не позволяет материи сжаться в сингулярность.
Итогом равновесия становится стабильный гравастар – сокращение от gravitational vacuum condensate star. Этот класс объектов с ядром из тёмной энергии предложили около 25 лет назад, но вопрос о том, как именно гравастары образуются при коллапсе обычной материи, оставался без ответа. Франкфуртская модель даёт на него первый динамический ответ в рамках общей теории относительности Эйнштейна.
Условия рождения такого объекта во многом напоминают момент Большого взрыва, с которого миллиарды лет назад началась наша Вселенная.
Та же тёмная энергия, что подпирает гравастар изнутри, по современным оценкам составляет около 68 процентов всего энергетического и массового содержания известной Вселенной и отвечает за её расширение.
Однако учёные не призывают хоронить чёрные дыры. Реццолла отметил, что поиск альтернатив не означает скепсиса по отношению к чёрным дырам, которые остаются самым естественным и простым решением для финала гравитационного коллапса.
При этом он добавил, что физикам важно непредвзято исследовать и общепринятые, и более экзотические трактовки, ведь история не раз показывала, как вторые становятся первыми.
Ничто, обладающее массой, не может двигаться со скоростью света, поэтому в данном мысленном эксперименте берем 99% от нее. Также условно представим, что монета при вхождении в атмосферу не будет разрушена и достигнет поверхности Земли.
На первый взгляд ничего серьезного произойти не должно, ведь речь идет о предмете массой всего около трех граммов. Но при скорости, близкой к скорости света, обычная формула кинетической энергии уже не работает: здесь нужно учитывать релятивистские эффекты.
И результат такого столкновения был бы ужасающим.
Рублевая монета, летящая со скоростью 99% от скорости света, имела бы энергию около 1,64 × 10^15 джоулей. Это примерно 392 000 тонн в тротиловом эквиваленте, то есть около 392 килотонн. Для сравнения: мощность атомной бомбы "Малыш", сброшенной на Хиросиму, составляла около 15 килотонн — примерно в 26 раз меньше.
Так что рублевая монета, ударившаяся о поверхность Земли с такой скоростью, не просто оставила бы небольшой кратер. Она сформировала бы крупное ударное образование, вызвала мощную ударную волну, яркую вспышку, выброс вещества и разрушения на огромной площади.
Этот мысленный эксперимент хорошо показывает, насколько обманчивой может быть масса. При падении с обычной скоростью, привычной нам в повседневной жизни, рублевая монета максимум звякнула бы о землю. Но при разгоне до околосветовой скорости энергия ее движения превращается в чудовищную силу.
В ускорителях заряженных частиц, таких как Большой адронный коллайдер, протоны или ядра разгоняют почти до скорости света. Когда они сталкиваются, энергия высвобождается, рождая новые частицы, изучение которых позволяет проверять и уточнять наши теории. Но в случае с коллайдером речь идет о микроскопических частицах, масса которых ничтожна, поэтому даже огромная по меркам физики энергия остается управляемой для установки и не представляет опасности.
С макроскопическим объектом все иначе. Чем больше масса, тем чудовищнее становится цена разгона. Если бы мы решили отправить к звездам аппарат массой около тонны, что совсем немного для космического зонда, то для разгона до 99% скорости света в идеальных условиях потребовалось бы около 550 эксаджоулей энергии. Это сопоставимо с годовым энергопотреблением всего человечества. И это только идеальный минимум: без учета потерь, реальной эффективности двигателя и того, каким способом такую энергию вообще удалось бы передать аппарату.
По мере приближения к цели зонд нужно было бы еще и затормозить. В космосе нельзя просто нажать на педаль, как в машине: чтобы остановить объект, летящий с околосветовой скоростью, нужно куда-то передать всю его колоссальную кинетическую энергию.
Так что организация подобных научных миссий упирается не только в отсутствие технологий, но и в энергетику: разогнать невероятно трудно, затормозить — почти так же трудно, да и взять энергию для всего этого просто неоткуда.
Когда луч света проходит сквозь облако атомов, фотоны порой будто бы проводят в нём отрицательное количество времени, словно свет покидает облако ещё до того, как в него войти.
Теперь физики подтвердили этот квантовый курьёз, обратившись с вопросом к самим атомам. Cоавтор работы Говард Уайзман (Howard Wiseman), теоретический физик-квантовик из Университета Гриффита в Австралии, сразу предупредил:
Это не значит, что мы вот-вот построим машину времени или что-то подобное.
По его словам, всё объяснимо стандартной физикой, просто это ещё одно странное свойство квантового мира, о котором прежде не подозревали.
Фотоны, проходящие сквозь атомное облако, могут на время поглощаться. Они исчезают как частицы света и вновь возникают в виде атомных возбуждений, своего рода запасённой энергии, прежде чем испуститься обратно.
Часть фотонов, так называемые прошедшие, минуют облако примерно в том же направлении, в каком вошли. Другие же рассеиваются в случайные стороны.
Эксперименты ещё с 1993 года намекали, что прошедшие фотоны достигают детектора раньше, чем центр их собственного импульса вообще успевает войти в облако. Это и подразумевает отрицательное время прохождения.
Однако у такой схемы была загвоздка. Фотоны в начале импульса могут проходить охотнее, чем в его конце, и если смотреть только на прошедшие, они выглядят "ранними". Эта лазейка оставляла место для более простого объяснения.
В новой работе, опубликованной 13 апреля в журнале Physical Review Letters, физики зашли с другой стороны. Вместо того чтобы следить за моментом прибытия фотона на детектор, они отслеживали, находились ли атомы в возбуждённом состоянии, пока фотон проходил сквозь них.
Поглотив фотон, атом хранит его как энергию и переходит в так называемое возбуждённое состояние, в котором остаётся до повторного испускания фотона. Значит, измерив длительность этого состояния, можно узнать, как долго фотон был поглощён атомом.
Команда замеряла это с помощью второго луча света, который улавливал крошечный сдвиг фазы в зависимости от уровня возбуждения атомов. Луч работал как живой индикатор того, что атомы переживали от мгновения к мгновению. Атомный "опрос" подтвердил квантовое безумие прежних экспериментов.
Если спросить атомы, как долго фотон был с вами, вы получите тот же ответ.
По его словам, атомы тоже "называют" величину, и это отрицательное время.
Добиться ответа оказалось непросто, ведь измерение квантовых систем вносит возмущения и в грозит вовсе сорвать поглощение фотона. Для этого команда применила "слабые измерения", деликатные, но крайне зашумлённые, так что любой отдельный запуск тонул в случайных флуктуациях.
Чёткий сигнал проступил лишь после усреднения примерно миллиона запусков. Около семи наборов параметров эксперимента в сумме потребовали порядка 70 часов сбора данных.
Следующая цель команды, это фотоны, которые сквозь облако не проходят. Теория предсказывает, что у рассеянных фотонов есть дополнительное положительное время возбуждения, которого хватает, чтобы уравновесить отрицательное время прошедших и удержать средний показатель для всего луча на нуле или выше.
Эту догадку пока ни разу не проверяли.
К 1978 году 36-летний Анатолий Бугорский зарекомендовал себя как опытный физик-ядерщик в Институте физики высоких энергий в Протвино, научном городке на территории бывшего Советского Союза.
Его работа была сосредоточена на синхотроне У70 , крупнейшем ускорителе частиц в СССР. Бугорский отвечал за эксплуатацию и техническое обслуживание ускорителя, обеспечивая бесперебойное проведение всех экспериментов.
Внутри кольцеобразных туннелей синхротрона протоны ускоряются почти до скорости света, после чего направляются на экспериментальные мишени.
Однако в то время неисправности оборудования были обычным явлением. На таком сложном объекте всегда требовалась калибровка.
Утром 13 июля 1978 года Бугорский уведомил диспетчерскую о необходимости отключить луч, чтобы устранить неисправность в аппарате. Затем он дождался срабатывания автоматической блокировки безопасности.
Бугорский и его команда не знали, что блокировки безопасности были обойдены или вышли из строя во время предыдущего испытания. Никто этого не заметил.
Также загорелся визуальный сигнальный индикатор, показывающий, что луч высокой энергии включен. В тот день красная сигнальная лампочка перегорела.
Поэтому, когда Бугорскому разрешили переместиться в канал, он ожидал, что луч будет отключен. Он также отметил, что, поскольку лампа выключена, опасности нет.
Чтобы осмотреть неисправное оборудование, ему приходилось наклоняться вперед, в открытое пространство между вакуумными трубками ускорителя.
Он проверял определенный канал на аппарате, где размещались экспериментальные приборы и средства защиты. Голова Бугорского оказалась на пути протонного пучка синхротрона.
Прежде чем он успел что-либо предпринять, Бугорский получил удар пучком частиц по голове. Это были концентрированные протоны, движущиеся со скоростью 99% от скорости света и обладающие энергией в 76 миллиардов электронвольт.
По его словам, он увидел вспышку ярче тысячи солнц, но боли не почувствовал. Луч прошел через затылок, затылочную и височную доли головного мозга и вышел через левую сторону носа.
Фактически он получил дозу радиации в 3000 Гр. Это эквивалентно более чем 340 000 рентген. Для сравнения, после первоначального взрыва открытый реактор на Чернобыльской АЭС испустил в непосредственной близости от себя 15 тысяч рентген.
Доза облучения в Чернобыле была достаточной, чтобы гарантировать смерть через несколько минут после начала воздействия. Разница заключалась в том, что это происходило мгновенно, и облучение было настолько локализованным, что по ширине было меньше карандаша.
Это отличалось от других аварий, связанных с радиацией, где облучение было постоянным в течение минут, часов, дней и лет.
Бугорский за время, меньшее, чем потребовалось для моргания, усвоил дозу, более чем в 20 раз превышающую смертельную. Затем он закончил работу и отправился домой, как ни в чем не бывало.
Никто из присутствующих на объекте не заметил произошедшего. Бугорский поднялся и проверил оборудование, которое он осматривал. Он заполнил журнал учета операций, где записал свою работу на синхротроне.
Как физик-ядерщик, Бугорский понимал, что означает эта яркая вспышка света. Его голова была фактически разделена пополам лучом, но он не был уверен в масштабе повреждений.
Никто не знает, было ли это шоком или типичным советским стоицизмом, почему он молчал в тот день.
Лицо Анатолия Бугорского старело медленнее на стороне, парализованной протонным пучком, чем на непарализованной. Фотография из архива РИА Новости, общественное достояние.
За одну ночь Бугорскому стало невозможно игнорировать то, что произошло с его телом. Левая половина его лица распухла до неузнаваемости. Кожа начала шелушиться, обнажая следы протонного луча, прошедшего через его лицо, череп и мозг.
Эта рана не была радиационным ожогом, как можно было бы ожидать. Это был туннель разрушения, прожженный чем-то, движущимся с такой скоростью, что организм только сейчас осознал масштабы повреждений.
Увидев отек и предположив, что острое радиационное повреждение на клеточном уровне началось, Бугорский обратился за помощью к медицинской бригаде учреждения. Его срочно доставили в больницу № 6 , где лечили пациентов, подвергшихся лучевой терапии.
Врачи и ученые считали его обреченным на гибель. Подсчитав, что уровень воздействия в сотни раз превышает смертельный порог, врачи полагали, что в конечном итоге у Бугорского произойдет полный коллапс нервной системы.
Однако у них не было протоколов для действий в случае попадания высокоэнергетических пучков частиц. Установка была предназначена для оказания помощи жертвам радиационного облучения, при котором поражается весь организм. Никто не знал, чего ожидать от такого локализованного попадания.
Врачи поместили Бугорского в стерильные условия, чтобы наблюдать за ним и документировать то, что произойдет с ним перед смертью. Его медицинскую команду возглавляла доктор Ангелина Гускова, пионер в области лучевой терапии.
Ожоги и шелушение образовали хирургическую линию на лице и шее Бугорского. Впервые врачи смогли визуально увидеть туннель, который луч коагулят через его мозг и лицевые ткани.
Оказалось, что прямое поражение получили затылочная доля, отвечающая за обработку зрительной информации, и височная доля, управляющая сенсорными ощущениями, речью и памятью. Эти области находятся в центре сознания человека. И всё же смерть не наступила.
Шли дни, потом недели, и отек начал спадать. Удивительно, но кожа зажила над местом прохождения луча через его голову. Бугорский, который должен был быть мертв или, по крайней мере, в вегетативном состоянии, все еще был активен, задавал вопросы. В основном он оставался самим собой.
Оставшиеся повреждения были по-прежнему очень локализованы. Однако слух в левом ухе сменился звоном.
Левая сторона лица Бугорского парализовалась из-за разрушения нервов. Интересно, что, в то время как правая сторона его лица с годами старела, левая оставалась неподвижной в течение 36 лет.
Вопрос, который волновал как врачей, так и ученых, заключался в том, как Бугорскому удалось выжить и почему повреждения остались локализованными.
Типичная острая радиация, наблюдавшаяся в Хиросиме, Нагасаки и Чернобыле, облучала кости, органы и ткани, словно пулями размером с электрон, нарушая их функционирование на клеточном уровне.
Повреждения затрагивают весь организм одновременно. Именно эта сокрушительная атака приводит к гибели всех систем.
В Чернобыле все тела жертв подвергались воздействию высокоэнергетических гамма-лучей. Однако в случае с Бугорским облучению подверглась только голова, и лучи проходили через нее по одному пути. Таким образом, повреждения ограничились одной линией.
Пучок протонов также отличался высокой точностью. Он проходил сквозь Бугорского, как хирургический инструмент, разрушая ткани по всей своей узкой траектории. Но при этом оставлял все по обе стороны от него нетронутым.
Интенсивность луча, попавшего в него, вероятно, отчасти объясняет его выживание. К счастью для Бугорского, участки его мозга, через которые прошел протонный луч, не затронули жизненно важные органы.
Если бы пуля прошла на миллиметры в любом другом направлении, история закончилась бы иначе. Например, если бы она задела ствол головного мозга, он бы умер мгновенно.
Бугорский получил заключение об отсутствии патологии и в конечном итоге был выписан из больницы № 6 после заживления кожи. Он был классифицирован как медицинская аномалия.
Ему было предписано возвращаться в больницу не реже двух раз в год до конца жизни для сбора данных и проведения профилактических осмотров.
Его интеллектуальные способности не пострадали, но у Бугорского развилась усталость от умственной работы. Впоследствии у него периодически случались припадки. Однако способность рассуждать, анализировать и рассматривать различные аспекты своей области оставалась неизменной.
Одна из самых примечательных тем в истории Бугорского — это не сам несчастный случай, а то, что он пережил после него. Несмотря на полученные травмы и потенциальные проблемы со здоровьем, Бугорский продолжал работать физиком-ядерщиком в институте, где произошла авария.
Он даже взял на себя роль координатора экспериментов в проектах, связанных с тем же ускорителем, который чуть его не убил. Это был отказ позволить худшему моменту в его жизни стать определяющим фактором его существования.
Он также продолжал дважды в год посещать Московскую больницу № 6 для обследований и встречался с другими жертвами ядерной аварии. Бугорский стал незримым символом советской радиационной медицины.
Тем не менее, большая часть подробностей его истории парадоксальным образом оставалась скрытой от общественности.
Он продолжал работать в Институте физики высоких энергий, но учреждение перешло в режим выживания. Чтобы справиться с постсоветскими экономическими проблемами, оно было поглощено Национальным исследовательским центром имени Курчатова. Также произошёл переход от фундаментальных исследований в области физики высоких энергий к прикладным исследованиям.
Проработав значительно дольше стандартного пенсионного возраста и обеспечив себе некоторую стабильность, Бугорский наконец-то вышел на пенсию в 77 лет, занимая должность координатора физических экспериментов. В настоящее время он проживает в Протвино со своей 83-летней женой.
Бугорский, за исключением задокументированного локализованного паралича лицевого нерва, остается клинически здоровым и прожил на четыре десятилетия дольше, чем ожидалось.
Команда исследователей из Массачусетского технологического института под руководством Сета Ллойда опубликовала в журнале Physical Review Letters работу, теоретически обосновывающую возможность передачи сообщений в прошлое.
Учёные вдохновлялись фильмом Кристофера Нолана "Интерстеллар" и попытались формально объяснить, как главный герой картины Купер мог передавать сообщения своей дочери через время.
В фильме после пыльной бури в комнате юной Мёрф Купер появляются странные узоры на полу. Её отец, бывший пилот NASA, опознаёт их как гравитационную аномалию, кодирующую двоичные координаты. Позднее, оказавшись внутри тессеракта, построенного существами из высших измерений, Купер получает возможность управлять гравитацией сквозь время и сам становится тем самым "призраком", оставлявшим послания дочери.
Авторы исследования рассматривают два теоретических механизма для подобной передачи. Первый – замкнутая времениподобная кривая (CTC), которую допускает общая теория относительности. Это траектория объекта в пространстве-времени, которая ведёт в будущее, а затем возвращается в прошлое.
Второй механизм связан с квантовой запутанностью. Запутанные частицы остаются связанными независимо от расстояния и могут передавать информацию друг другу. Если одну из них разогнать до околосветовой скорости и отправить в будущее, она по-прежнему будет обмениваться информацией с напарницей, оставшейся в прошлом.
Часть физиков полагает, что характерная для запутанных частиц мгновенная чувствительность к состоянию друг друга объясняется именно отправкой сообщений из будущего в прошлое. Ллойд ранее уже сумел смоделировать аналог CTC с помощью запутанных фотонов, отправив одну из частиц на несколько наносекунд назад во времени.
В новой работе команду интересовал вопрос – можно ли по такому каналу передавать осмысленные сообщения. Несмотря на интуитивное ожидание обратного, выяснилось, что для "шумного" аналога CTC, сравнимого с квантовой версией статических помех на телефонной линии, передача сообщения в прошлое оказалась эффективнее, чем в будущее.
Доступ к бесшумной CTC того или иного типа открывает поразительные возможности для обработки информации.
По их описанию, канал ведёт себя как квантовый, по которому информация эффективно движется так же, как через обычный канал, с одной разницей – она оказывается в прошлом.
В "Интерстеллар" Купер смог достучаться до Мёрф потому, что помнил, как именно она расшифровывала послания. Записывая сообщения, он повторял ту форму, которую запомнил, чтобы дочь смогла их прочитать.
Авторы отмечают, что единственное нарушение привычного хода времени в этой схеме связано с самой временной петлёй. Если бы Купер не мог обратиться к собственной памяти, передача ничем не отличалась бы от обычной отправки сообщений из прошлого в будущее. По сути, речь идёт о доступе к воспоминаниям, относящимся к чужому будущему, и передаче информации на их основе через зашумлённую петлю времени.
Следующим шагом группа планирует смоделировать описанную схему на фотонах и проверить их поведение в шумной временной петле.
Параллельно учёные напоминают, что само существование CTC ведёт к парадоксальным последствиям, включая нарушение причинно-следственной связи и теоретическую возможность вырваться из чёрной дыры.
Реальный выход из гравитационного поля тессеракта, как у Купера в финале "Интерстеллара", остался бы при этом отдельной проблемой.
В далеком 1916 году Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн, но впервые их зарегистрировать удалось почти век спустя. В 2015 году детектор LIGO уловил сигнал от слияния черных дыр и открыл новую эпоху в астрономии — эпоху гравитационно-волновых наблюдений. Теперь физики предлагают использовать подобные инструменты не только для изучения катастрофических событий во Вселенной, но и для поиска возможных следов внеземных технологий.
Принцип основан на фундаментальном следствии общей теории относительности: любой объект с массой при ускорении порождает гравитационные волны — возмущения пространства-времени, распространяющиеся со скоростью света. Обычно эти волны настолько слабы, что зарегистрировать их удается только от экстремальных астрофизических событий вроде слияний черных дыр или нейтронных звезд.
Но если гипотетическая инопланетная цивилизация строит аппараты планетарного масштаба (например, корабли поколений) и разгоняет их до релятивистских скоростей, то такие объекты тоже могут стать источниками гравитационных волн, доступных для регистрации.
LIGO — это лазерно-интерферометрическая обсерватория. Два лазерных луча проходят по четырехкилометровым трубам в перпендикулярных направлениях и отражаются от высокоточных зеркал. Когда через детектор проходит гравитационная волна, пространство слегка растягивается в одном направлении и сжимается в другом. Это вызывает микроскопические смещения зеркал, которые фиксирует интерферометр.
Международная команда физиков попыталась оценить, каким должен быть инопланетный аппарат, чтобы его ускорение можно было заметить с помощью наших технологий. Для этого они рассчитали ключевые параметры: массу объекта, скорость разгона, расстояние до него и силу сигнала, который могли бы уловить современные детекторы.
Такие гипотетические объекты ученые назвали RAMAcraft — отсылка к роману Артура Кларка "Свидание с Рамой", где человечество сталкивается с гигантским инопланетным объектом. В научной работе этот термин использовался для описания быстро ускоряющихся массивных космических аппаратов, которые в теории способны оставить след в данных гравитационно-волновых обсерваторий.
Расчеты показали: аппарат массой с Юпитер, ускоряющийся до 30% скорости света, можно было бы обнаружить на расстоянии до 326 000 световых лет — то есть в любой точке Млечного Пути. Объект массой с Луну при том же ускорении регистрировался бы на расстоянии до 32 600 световых лет.
Гравитационно-волновая обсерватория LIGO не создавалась для поиска инопланетных аппаратов, но, согласно исследованию, ее чувствительности уже достаточно, чтобы засечь космические корабли планетарного масштаба — если они обладают огромной массой и разгоняются до релятивистских скоростей. Однако здесь необходима крайняя осторожность: потенциальную техносигнатуру легко спутать с обычным астрофизическим событием, а инструментальную погрешность — принять за "любопытный сигнал".
Более точную картину смогут дать будущие обсерватории — LISA, DECIGO и Big Bang Observer, — а также уже работающие пульсарные тайминговые массивы. Часть этих инструментов может быть введена в эксплуатацию уже в 2030-е годы. Они позволят лучше определять параметры источника, проверять сигналы в других диапазонах и надежнее отличать возможную техносигнатуру от природных явлений или шума детектора.
Важно отметить, что сейчас LIGO не используется для целенаправленного поиска инопланетных кораблей. Но исследование показывает: гравитационно-волновая астрономия может стать новым инструментом в поиске разумной жизни во Вселенной — особенно если речь идет о цивилизациях, способных строить гигантские космические аппараты и совершать межзвездные перелеты.
Астрофизики давно используют явление гравитационного линзирования, одно из самых наглядных проявлений корпускулярно-волнового дуализма света. Поток света, движущийся от далёкой звезды, отклоняется в гравитационном поле массивных небесных тел на его пути, причём делает это предсказуемо и измеримо.
Физик из Университета Вуллонгонга Энбанг Ли создал лазерную систему на основе оптоволокна, которая освоила это гравитационное искривление света для задач дистанционного зондирования. При этом, гаджет достаточно компактен и прочен, чтобы работать на борту самолёта или даже подводной лодки.
По словам разработчика, подобные приборы однажды будут применяться в аэросъёмке для картографирования подземных структур, экологического мониторинга, а также в системах подводной навигации.
Крошечные сдвиги в гравитации могут показать критические изменения под нами или вокруг нас, от уровня грунтовых вод до накопления магмы под вулканами, что может указывать на будущие извержения.
Специалисты в оборонной сфере и горнодобывающей промышленности уже давно пользуются механическими гравитационными сенсорами. Такие приборы помогают определять плотность пород, скрытые водоносные карманы или подземные пещерные сети, но их показания легко искажаются даже от едва заметных вибраций.
Технология Ли, которую он в новой статье назвал "гравитационным картографированием", даёт серьёзные преимущества в мобильности и чувствительности.
Прибор имеет размер около одного метра в высоту, и содержит две катушки оптоволоконного кабеля, каждая из которых при разматывании достигает чуть более десяти километров. Принцип работы строится на сравнении задержки между двумя лазерными лучами, которые стремительно прогоняют фотоны по своим спиральным катушкам и обратно.
Крохотные временные задержки порядка нескольких пикосекунд и становятся теми масштабируемыми точками данных, которые фиксируют искажение лазерного света под действием гравитации. В лабораторных условиях учёный тестировал установку, поместив рядом с катушками цилиндрический стальной груз весом 72 килограмма на колёсной платформе.
В пресс-релизе Университета Вуллонгонга гаджет описывают как ранний прототип на стадии концепта, отмечая, что для полевого применения потребуются дополнительные исследования взаимодействия света с гравитационными полями.
Эксперименты проводились в полностью кондиционированной оптической лаборатории в здании без вибраций, что помогло исключить побочные факторы при калибровке. При этом сам автор признаёт, что предстоит ещё много работы, чтобы окончательно определить источники флуктуаций в измеряемых сигналах временной задержки.
В процессе этих исследований результаты могут поставить под сомнение один из фундаментальных постулатов физики, а именно представление о постоянстве скорости света.
В 1905 году Альберт Эйнштейн постулировал, что скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения наблюдателя. Наши экспериментальные результаты указывают на то, что фотоны могут взаимодействовать с гравитационным полем Земли способами, способными повлиять на то, как передаётся свет, что даёт новый взгляд на это давнее предположение.
Разработчик-одиночка из Челябинска под псевдонимом rtsDimon опубликовал свежий трейлер своей стратегии в реальном времени Dust Front, целиком посвященный системе разрушений. Ролик демонстрирует, как строения, укрепления и элементы окружения разлетаются на куски под ударами артиллерии, ковровых бомбардировок и танковых залпов, и дает общее представление о том, чего ожидать от физики разрушений в финальной версии игры.
Видео вызвало заметный отклик в сообществе, где зрители сравнивают увиденное с динамической разрушаемостью Company of Heroes, а некоторые называют Dust Front "мрачной Command & Conquer, о которой даже не подозревали, что хотели". Особенно отмечают характерный визуальный стиль игры – грязную, выжженную эстетику пыльной планеты, которая выделяется на фоне многих современных тайтлов. Сам автор в ролике упомянул, что разрушаемость еще будет дорабатываться, и это лишь промежуточный результат.
Dust Front представляет собой классическую стратегию в реальном времени с элементами глобальной стратегии, процедурной генерацией карт и нелинейной кампанией. Действие разворачивается на планете, опустошённой бесконечными войнами, где под слоями сажи и бетона погребены остатки былого могущества человечества. Игрокам предстоит строить базы, собирать ресурсы, создавать армии из танков, пехоты и авиации, а также сталкиваться с асимметричными сражениями против численно превосходящего противника.
На глобальной карте разворачивается отдельный стратегический слой с экономикой территорий, ветками технологий, системой гарнизонов с ветеранами, которых можно переносить из боя в бой, и планированием с одновременными ходами. Три фракции располагают супероружием, способным стирать города в пыль или превращать их в очаги неизлечимых болезней. В захваченных регионах возникают случайные события, торговцы и наемники с уникальными юнитами.
Дата выхода Dust Front пока не объявлена. Игра доступна для добавления в список желаемого в Steam.
Группа физиков из Лос-Аламосской национальной лаборатории опубликовала в журнале Physical Review X исследование, описывающее новый протокол управления квантовыми системами, который позволяет манипулировать так называемой стрелой времени на квантовом уровне.
На основе этого механизма учёные разработали измерительный движок для извлечения энергии из квантовых систем, при этом обнаружив, что их инструмент делает эволюцию квантовой системы "более согласующейся со временем, текущим в обратную сторону" – в статистическом смысле.
Чтобы понять, о чём идёт речь, стоит вспомнить базовую интуицию о направленности времени. Если кто-то покажет видео, на котором разбитый стакан сам собирается, а разлитая вода собирается обратно в чашку, любой сразу поймёт, что запись воспроизводится в обратном направлении. Это и есть стрела времени – физически необратимые процессы мы воспринимаем как однонаправленные.
Однако, как объясняет ведущий автор исследования Луис Педро Гарсиа-Пинтос, многие природные явления сами по себе не имеют предпочтительного направления времени.
Строго говоря, в математическом аппарате физики направление стрелы времени не играет никакой роли. Стрела времени возникает в вероятностном смысле лишь тогда, когда система измеряется и эти измерения вносят в неё случайность.
Фундаментальные законы физики утверждают, что на квантовом уровне время симметрично, и новая работа опирается именно на эту идею. Как правило, появление стрелы времени квантифицируют путём "сравнения вероятности прямого процесса во времени с его обращённой во времени версией". Новый протокол представляет собой математический каркас, описывающий эволюцию наблюдаемых квантовых систем.
Исследователи создали конструкцию наподобие движка и применили протокол к системе через механизм обратной связи. Это позволило "компенсировать, усиливать или избыточно компенсировать" возмущения, вносимые измерением системы. В результате учёные получили возможность свободно "изменять то, как система эволюционирует" и "переформировывать стрелу времени".
При этом ученые отдельно отметили принципиальный момент:
Наша работа никак не связана с путешествиями во времени. В фундаментальном плане она показывает конкретные способы, которыми квантификаторы стрелы времени можно обмануть, заставив их сигнализировать о неправильном направлении течения времени.
Важно учитывать, что описанный движок пока существует исключительно как теоретическая конструкция, хотя статья предлагает убедительные идеи для его реализации. Команда нацелена на экспериментальную проверку концепции с использованием сверхпроводящих кубитов.
Если это удастся воплотить, исследователи полагают, что механизм позволит максимизировать энергетический потенциал таких технологий, как квантовые батареи, или конкретных алгоритмов в квантовых устройствах.
По словам Гарсиа-Пинтоса, инструмент оказался "достаточно универсальным", чтобы другие исследователи могли найти для него неожиданные применения. В качестве следующего шага команда планирует испытать протокол на сверхпроводящих кубитах, чтобы оценить его применимость в более прикладных экспериментальных установках.
Этот вопрос до сих пор не решён. Причём ответ очень важен для понимания физики начиная с квантовой, которая работает на мизерных расстояниях и заканчивая космологией (развитие вселенной в целом).
Есть такая теория, ОТО называется, но в ней есть пугавшая покойного Эйнштейна фигня, назвали её космологической постоянной. И вот эту постоянную вычислить невозможно, её можно определить только эмпирически, т.е. вычислить на основе наблюдений нашей вселенной. От неё зависит всё в уравнениях Эйнштейна. Какой возраст Вселенной, будет она статичной, будет расширяться (пока да, расширяется), будет сжиматься и пр. Если получить точные ответы на этот вопрос, то либо отсеятся, либо будут подтверждены многие теории появления вселенной (а из физики насочиняли их тьму и ещё маленькую тележку).
Господин Эдвин Хаббл, в честь которого назван телескоп, обнаружил обнаружил, что красное смещение увеличивается с расстоянием до далёких объектов. Чем дальше объект, тем "краснее" это смещение, что и вынудило Эйнштейна ввести эту самую постоянную. А от неё многое зависит...
Естественно учёные напридумывали толпу различных методов измерения расстояния, но тут зарылась засада. Если измерения, основанные на пульсарах, цефеидах и т.д. давали оценку возраста вселенной в 13.4 миллиарда лет, то методы полученные от космического микроволнового фона, соответствуют возрасту в 14 миллиардов лет. Но какой из этих двух возрастов является правильным? Какая в таком случае космологическая постоянная?
Исследователи из Болонского университета и Потсдамского института астрофизики им. Лейбница (AIP), а также других институтов предложили новый способ решения проблемы. Используя точные данные о звёздах, они определили возраст тщательно отобранных очень старых звёзд Млечного Пути и пришли к выводу о наиболее вероятном возрасте около 13,6 миллиардов лет.
Т.е. они стали искать самые старые звёзды и по их спектру (читай хим. составу) определять их возраст (а там термоядерные реакции, которые описываются квантовой физикой, точность которой зашкаливающая), смогли и очень точно его определить.
Это совсем другой подход к определению возраста вселенной. Их результат 13.6 миллиарда лет, да, чуть выше чем у цефеид, но сильно ниже чем по микроволновому излучению.
В любом случае, правы они или нет, но проблема разногласия не исчезла. Где-то, что-то физики-теоретики недодумали...
Какие снимки победили в конкурсе Global Physics Photowalk
12 февраля международная сеть научных коммуникаторов в области физики элементарных частиц Interactions Collaboration объявила победителей конкурса Global Physics Photowalk. В нем участвовали 16 лабораторий из США, Европы и Азии, которые изучают фундаментальные свойства материи и Вселенной — фотографии были сделаны во время экскурсий. Посмотрите на лучшие снимки, отобранные участниками онлайн-голосования и жюри конкурса, а также редакторами N + 1.
Победителем стала фотография Марко Донгия (Marco Donghia), сделанная в криогенной лаборатории итальянского Национального институте ядерной физики. На переднем плане — криостат, способный охлаждаться до −273,14 градусов Цельсия, всего на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля. При таких температурах ученые могут регистрировать предельно слабые и редкие сигналы — в том числе возможные следы частиц темной материи.
Участникам онлайн-голосования больше всего понравился снимок Яннига ван де Ваувера (Yannig Van De Wouwer), сделанный в Национальном ускорителе тяжелых ионов GANIL во французском Кане. В кадре — коридор в задней части линейного ускорителя SPIRAL2 с почти графичной перспективой: ряды кабелей и труб выстроены в строгом порядке, а источники света, снятые с малой диафрагмой, превращаются в лучистые вспышки. SPIRAL2 разгоняет протоны и тяжелые ионы до высоких энергий, позволяя исследовать свойства атомных ядер и получать редкие изотопы.
Еще одним фаворитом жюри стало фото Маттео Монцали (Matteo Monzali) — он сделал снимок фотонного детектора AGATA и магнитного спектрометра PRISMA. Эти приборы используют в экспериментах по ядерной физике при низких и средних энергиях в Национальных лабораториях INFN в Леньяро.
Участникам голосования фотография тоже понравилась, но в их топе она заняла только третье место.
Второе место по итогам голосования онлайн-аудитории заняла работа Яннига ван де Ваувера (Yannig Van De Wouwer), также снятая на площадке GANIL. На первый взгляд это абстрактная композиция из линий и металлических поверхностей, но на самом деле перед нами крупный план корпуса вакуумной трубы. Именно в условиях сверхвысокого вакуума внутри труб пучки частиц разгоняются практически без столкновений с молекулами воздуха.
Замыкает тройку победителей в рейтинге жюри работа Уго Пардинилья (Hugo Pardinilla) — он запечатлел фотоумножитель в нейтринном телескопе KM3NeT. Эта установка находится в Средиземном море у побережья Прованса. На глубине 2500 метров располагаются ряды стеклянных сфер, каждая из которых содержит 31 фотоумножитель, способный улавливать едва заметные вспышки света. Они возникают, когда нейтрино взаимодействует с веществом окружающей среды и рождает заряженные частицы, испускающие характерное излучение Черенкова. По схожему принципу работает и Байкальский нейтринный телескоп Baikal GVD — о нем мы писали в материале «Кто стрелял?».
Кстати, в прошлом году физики из коллаборации KM3NeT подтвердили открытие космического нейтрино рекордно большой энергии (как минимум 120 петаэлектронвольт). Его источником могут быть двенадцать блазаров. Впрочем, эту версию еще предстоит подтвердить — об этом мы писали в материале «Не ждали?».
В отдельную галерею Interactions Collaboration собрала лучшие снимки конкурса — всего 48 кадров. Мы показали их редакционным физикам и арт-директорке и попросили выбрать фаворита.
Экс-главреду N + 1 и физику Александру Дубову понравился кадр, сделанный в лаборатории ЦЕРН. Свой выбор он объяснил так: «В хорошей фотографии визуальный образ всегда провоцирует размышления о чем-то большем, иначе зачем это все. Плетение из сверхпроводящих нитей резерфордовского кабеля в такой оптике — пусть до неприличного банальная и прямолинейная, но все равно довольно сильная метафора. Сплести один такой кабель, который потом пойдет в дипольный магнит на ускорителе, — задача вроде понятная, но при этом совсем не тривиальная; и мысль на подумать о том, как соотносятся повседневность и загадка, можно выбрать на свой вкус — сгодится почти любая высокопарная ерунда. Так-то это просто довольно красиво».
Автор N + 1 и физик Егор Конюхов был в восторге от квантового компьютера в Фермилабе: «Хотя квантовыми вычислениями я занимаюсь уже несколько лет (преимущественно теоретической частью), вид квантовых компьютеров поражает меня до сих пор — масштаб экспериментальных установок, конечно, не сравнится с физикой элементарных частиц, но тоже впечатляет».
Зато снимок с мега-сейенс установки выбрал Дмитрий Рудик — редактор-физик N + 1. Ему приглянулся кадр, сделанный в японской организации по изучению физики высоких энергий KEK: «Меня всегда восхищали мега-установки в физике: в них вложено колоссальное количество труда многих поколений ученых. На фото же запечатлен не только ускоритель, но и светлячок, путешествующий вдоль него. Тут и красота сочетания природы и технологического прогресса, и отсылка к первому в мире багу, и схожесть пути светлячка с треками элементарных частиц в детекторах».
Физик, автор блогов про видеоигры и ИИ Марат Хамадеев был солидарен с жюри и зрителями конкурса — ему больше всего понравился снимок AGATA: «В центр камеры нацелены приемные окна фотонных детекторов, но может быть ровно наоборот — как в установках по лазерному зажиганию термоядерной реакции. Я насмотрелся на подобные установки, когда писал материал про игру Quantum Break. Видимо, авторы игры тоже — поэтому их вымышленный реактор тоже напоминает AGATA вплоть до панелей-шестиугольников».
Материаловед и автор N + 1 Наталья Самойлова выделила фотографию установки ANTHEM (AdvaNced Technology for Human centrEd Medicine — «Передовые технологии для человеко-ориентированной медицины»). Этот выбор она прокомментировала так: «Меня по-обывательски впечатляют сложные установки для работы при экстремально низких температурах и в других жёстких условиях. А держатель для образцов — вещь на первый взгляд простая: он есть в любой лаборатории, даже в студенческом практикуме. Но именно с ним часто возникают проблемы, особенно при нагреве или охлаждении образцов. Нужно подобрать материал так, чтобы он не повреждал образец, не деформировался и не разрушался. За этим стоят расчеты и неудачные эксперименты. И здесь держатель уже не новый, а “натруженный”».
Арт-директорка Анастасия Лихенко выбрала снимок котлована глубиной 33,5 метра: «В прошлом году хотела выйти на подобный вид, добравшись до одного полигона заброшенного под Петербургом, однако не пролезла через окно и впоследствии пожалела, узнав, что это был вполне себе реалистичный план. Эта картинка выбрана как отсылка на незакрытый гештальт».
Инженеры из исследовательского подразделения Microsoft разработали инновационную систему хранения данных на основе боросиликатного стекла, способную сохранять информацию в первозданном виде не менее 10 тысяч лет. Технология Project Silica позволяет записывать колоссальные объемы архивов, которые не требуют энергии для поддержания сохранности и защищены от деградации.
Как пишет данные Silica. Механизм записи данных в этой системе основан на явлении, которое ученые называют наноразмерными плазменными взрывами. Лазер посылает импульсы длительностью в несколько фемтосекунд — это квадриллионные доли секунды. В точке фокусировки луча происходит мгновенный выброс энергии, который локально меняет плотность стекла. В результате образуется крошечная полость, меняющая поляризацию света при считывании, что и позволяет кодировать бинарный код в физической структуре камня.
Проблема долговечного хранения цифровых данных становится все более острой, так как традиционные магнитные ленты и жесткие диски приходят в негодность уже через десять лет. Новое решение предлагает использовать пластины из прочного стекла размером с плитку шоколада.
С помощью сверхбыстрого лазера исследователи создают внутри материала микроскопические деформации, которые кодируют информацию в трех измерениях. Одна такая пластина толщиной всего два миллиметра способна вместить почти пять терабайт данных, что сопоставимо с библиотекой из двух миллионов книг.
Чтение информации осуществляется при помощи скоростного микроскопа и алгоритмов машинного обучения, которые расшифровывают искажения света, проходящего через структуру стекла. В отличие от облачных хранилищ, этот метод не требует постоянного охлаждения или регулярного перезаписывания данных для предотвращения их потери. Испытания показали, что носитель выдерживает экстремальные температуры и агрессивное внешнее воздействие, оставаясь стабильным на протяжении тысячелетий. Работа опубликована в журнале Nature.
Переход от чисто научных экспериментов к созданию готовой к внедрению системы знаменует новый этап в индустрии центров обработки данных. Хотя процесс записи и считывания требует специализированного оборудования, неизменность носителя делает его идеальным для сохранения культурного наследия, научных реестров и государственных архивов.
Питер Казанский, исследователь из Саутгемптонского университета, ранее сотрудничавший с Microsoft, отмечает: «Показав полную систему, они продемонстрировали, как эта технология может по-настоящему революционизировать индустрию центров обработки данных».
В будущем такие стеклянные накопители могут стать основой для создания «золотых записей» человечества, подобных тем, что были отправлены в космос на аппаратах «Вояджер». Главное преимущество технологии заключается в том, что однажды записанная информация становится физической частью структуры материала. Это исключает риск случайного стирания и минимизирует расходы на содержание архивов в долгосрочной перспективе, превращая стекло в самый надежный сейф для цифровой памяти цивилизации.
К сожалению, мы никогда не достигали ядра Земли (и, скорее всего, никогда не достигнем), но мы многое знаем о его строении, так как располагаем замечательной наукой под названием сейсмология, а также данными гравиметрии, геомагнетизма, геохимии и лабораторных экспериментов при экстремальных давлениях.
Помимо этого, часть важных знаний о внутреннем устройстве нашей планеты мы получили благодаря подповерхностным ядерным испытаниям в период Холодной войны, которые снабдили ученых "спровоцированными" сейсмическими сигналами.
Сегодня мы можем с уверенностью сказать, что внешнее ядро Земли расплавлено, а внутреннее — твердое. Кроме того, исходя из наших знаний о распространенности химических элементов во Вселенной и о том, что с ними происходит при определенных условиях, мы знаем, что ядро состоит преимущественно из железа, которое находится под гигантским давлением.
Имеющиеся данные указывают на то, что температура земного ядра составляет примерно 6 000 градусов (тут и далее температура в градусах Цельсия), что делает его даже горячее солнечной поверхности (около 5 500 градусов). От поверхности Земли ядро отделяют порядка 3 000 километров — если бы наше светило оказалось так близко, оно тут же бы испепелило планету.
Почему же тогда более горячее ядро Земли за 4,6 миллиарда лет не расплавило ни планету, ни ее обитателей?
Ядро изолировано от поверхности огромной толщей мантии, состоящей в основном из твердых горячих горных пород, которые "текут" (мантийная конвекция) со скоростью в несколько сантиметров в год.
Несмотря на огромную температуру ядра, тепло из глубин поднимается к поверхности крайне неэффективно, так как породы плохо проводят его, а перенос за счет медленной мантийной конвекции занимает колоссальное время. Поэтому в данном случае важна не только температура ядра, но и то, сколько тепловой энергии может быть передано наружу и с какой скоростью.
В результате до поверхности доходит слишком маленький "поток" тепловой энергии, чтобы прогреть всю планету до температур плавления: Земля просто медленно теряет тепло (оно уходит в космос), а не "закипает" изнутри. При этом мантия не "плавится снизу" так, чтобы расплав постепенно поднимался все выше. В глубине давление повышает температуру плавления пород, поэтому даже при высоких температурах нижняя мантия в основном остается твердой. А там, где расплав все же появляется, он обычно не накапливается: поднимаясь, он попадает в более холодные области и частично кристаллизуется. В итоге в недрах Земли не существует "роста" океана расплава снизу вверх — возникают лишь отдельные зоны частичного плавления.
Искра бенгальского огня может иметь температуру в 1 500 градусов, но если она случайно попадет в вас, то вы, скорее всего, даже не почувствуете этого. А вот погружение в ванну с кипятком (каких-то 100 градусов) стало бы фатальным для большинства обитателей Земли, потому что у воды большая масса и теплоемкость — она успевает передать много энергии.
Тот же принцип и с Землей: "печка" спрятана очень глубоко, и тепло наружу просачивается постепенно — через конвекцию в мантии и теплопроводность пород. Поэтому планета не плавится, а медленно остывает.
Физики не перестают восхищаться красотой общей теории относительности – описания гравитации Эйнштейном как искривления пространства-времени. Теория последовательно помогает совершать прорывы в астрофизике, и когда ученые сталкиваются с космическими загадками, они обращаются к ней за ответами.
Одна из таких загадок, описанная в недавней статье в The Astrophysical Journal Letters, касается циркумбинарных экзопланет – точнее, их дефицита среди более чем 6000 подтвержденных на сегодня планет. Подобно Татуину из оригинальных "Звездных войн", циркумбинарные экзопланеты вращаются вокруг пары звезд, а не одной.
Согласно новому исследованию, нехватка таких планет вокруг тесных двойных систем – где две звезды находятся относительно близко друг к другу – частично объясняется эффектами общей теории относительности на взаимодействия трех тел между двумя звездами и планетой. Сложный гравитационный профиль в итоге приводит к гибели планеты или её выбросу с орбиты.
Астрономы предполагали, что двойные звезды не должны сильно уступать одиночным в формировании крупных экзопланет – около 10% одиночных звезд имеют такие планеты. Однако удержать эти планеты оказывается совсем другой задачей, так как сформировавшиеся объекты не всегда остаются стабильными в долгосрочной перспективе. Новое исследование задалось вопросом, почему так происходит и какие силы удаляют или дестабилизируют планеты со временем.
Космический телескоп Kepler обнаружил около 3000 двойных звездных систем. Но из этих 3000 астрономы смогли найти только 47 кандидатов в циркумбинарные планеты методом транзитов, из которых лишь 14 получили реальное подтверждение.
Мохаммад Фархат, ведущий автор исследования и постдокторант Калифорнийского университета в Беркли, заявил:
Наблюдается общая нехватка циркумбинарных планет, а вокруг двойных систем с орбитальными периодами семь дней или меньше – абсолютная пустыня.
Вместе со своим коллегой Джихадом Тума, физиком из Американского университета Бейрута в Ливане, Фархат обратился к проверенному инструменту – общей теории относительности. Исследование стремилось выяснить, объясняется ли кажущаяся нехватка экзопланет вокруг двойных систем технологическими ограничениями или чем-то другим, например, воздействием сильных орбитальных эффектов, удаляющих планетоподобные объекты со временем.
Исследователи провели математический анализ для оценки последствий релятивистских сил вокруг двойных систем. Общая теория относительности предложила интригующие ответы. В частности, ученые изучили, как она может влиять на орбиты тесных двойных систем, постепенно смещая их ориентацию и изменяя долгосрочную гравитационную среду.
В двойных системах звезды колеблются ближе друг к другу на протяжении десятков миллионов лет, а их орбитальные параметры постепенно смещаются и сжимаются. Когда в игру вступает планета – или даже зачатки формирующейся планетезимали – её орбита вытягивается в тонкий овал, делая ближайшее и дальнее расстояние от звезды еще более экстремальными.
И на этом пути планета встречает зону нестабильности вокруг двойных систем, где включаются эффекты трех тел и гравитационно очищают зону.
Это может означать одно из двух – либо планета подлетает слишком близко к звездам и разрывается ими, либо улетает слишком далеко и покидает систему полностью.
С другой стороны, возможно, методы обнаружения экзопланет просто недостаточно чувствительны. Но если предположить, что неоткрытые аналоги Татуина существуют, последний анализ объясняет, почему их так сложно найти. Те 14 циркумбинарных экзопланет, о которых мы знаем – просто очень удачные находки.
Фархат и Тума теперь задаются вопросом, может ли аналогичный подход пролить свет на то, как релятивистские эффекты влияют на другие необъяснимые экстремальные космические явления.
Ученые из Оксфордского университета совместно с коллегами из США создали уникальные флуоресцентные белки, яркостью которых можно дистанционно управлять с помощью магнитных полей. Исследователям удалось значительно усилить природную чувствительность молекул, превратив их в эффективные биосенсоры, способные работать внутри живых организмов.
Когда свет падает на белок MagLOV, электроны переходят в возбужденное состояние, образуя пары с определенным спином (направлением «трехмерного вращения»). Магнитное поле меняет скорость перехода между этими квантовыми состояниями, направляя энергию либо на излучение света, либо на неизлучающий переход. Это позволяет управлять биологическим процессом на уровне субатомных частиц. Это всегда считалось невозможным в теплой и влажной среде живой клетки.
Современная биотехнология получила в свое распоряжение инструмент, позволяющий буквально «общаться» с клетками на языке магнитных сигналов. История этого открытия началась с наблюдения, что обычный зеленый флуоресцентный белок (GFP) слегка тускнеет в магнитном поле.
Несмотря на то что эффект составлял всего один процент, физик Эндрю Йорк и биохимик Мария Ингарамо увидели в этом огромный потенциал. Методом направленной эволюции был создан новый белок MagLOV, яркость которого при воздействии магнита снижается наполовину. Работа опубликована в журнале Nature.
Генетически закодированная природа этого белка позволяет встраивать его в любые ткани, а способность магнитных полей беспрепятственно проникать сквозь тело делает его идеальным маркером для глубокого сканирования организма. «Мы хотим создать набор инструментов из белков, функциями которых можно управлять дистанционно с помощью магнитов», — отмечает соавтор работы Эндрю Йорк.
Эксперименты на бактериях кишечной палочки и червях-нематодах подтвердили, что сочетание магнитных полей и радиоволн позволяет не только менять свечение, но и точно определять местоположение конкретных клеток в объеме непрозрачного материала.
Причина столь необычного поведения белка кроется в области квантовой механики, а именно в изменении свойств электронных пар под внешним воздействием. Это открытие означает целое новое направление в синтетической биологии, где белки могут выступать не только пассивными датчиками, но и активными исполнительными механизмами.
На основе этой технологии уже разрабатываются так называемые «магнитные тела» — антитела, сила связывания которых с мишенью регулируется внешним магнитом. В перспективе это позволит создавать лекарства, которые активируются строго в нужное время и в нужном месте, минимизируя побочные эффекты для остального организма. Квантовые эффекты в биологических макромолекулах могут стать фундаментом для медицины нового поколения, где контроль над биохимическими процессами осуществляется без прямого физического контакта.
