Pull to refresh

Спросите Итана №46: Что такое квантовое наблюдение

Popular science Physics
Translation
Можно увидеть многое, просто наблюдая
— Йоги Бера


Читатель спрашивает:
А что такое «наблюдение»? У меня есть два примера, которые я тем меньше понимаю, чем больше о них думаю: эксперимент Юнга и теорема Белла. Чем больше я о них думаю, тем меньше я понимаю, что на самом деле означает «наблюдение».


Давайте начнём с рассмотрения этих двух классических примеров странности квантового мира.

image

Сначала возьмём эксперимент Юнга. Давно известно, что частицы ведут себя не так, как волны. Если вы возьмёте экран с двумя щелями и будете кидать туда камушки, или пульки, или другие макроскопические предметы, большинство камушков будет задержано экраном. Несколько пролетят через щели. Можно ожидать, и по сути, так и происходит, что несколько камушков пролетят через левую щель, и несколько – через правую.
Читать дальше →
Total votes 19: ↑15 and ↓4 +11
Views 37K
Comments 113

Спросите Итана №87: Форма вселенной: возможностей много, но реальность одна

Astronautics Physics
image

Перевод статьи Ask Ethan #87: The Shape Of The Universe

Не пытайтесь стереть прошлое. Оно формирует вас сегодняшнего и помогает вам стать тем, кем вы будете завтра.

Зиад К. Абдельнуар

Вселенная даже больше, чем мы с вами, сформирована условиями, существовавшими во время её рождения. Но какую же форму она приняла? Я выбрал вопрос читателя Тома Берри, который спрашивает:

Я так понимаю, что у вселенной форма седла. Интересно, почему в момент Большого взрыва вся материя не разлетелась равномерно во все стороны и не придала вселенной шарообразную форму?

Начнём с того, что уберём одно измерение, и поговорим о том, что формирует двумерную поверхность. Вы, наверно, представите себе плоскость – типа листа бумаги. Её можно скатать в цилиндр, и хотя поверхность окажется самосвязанной – с одной стороны можно перейти на другую, это всё равно будет плоская поверхность.

Что это значит? Например, можно нарисовать треугольник и сложить размеры внутренних углов. Если мы получим 180 градусов, то поверхность – плоская. Если нарисовать две параллельные линии, они останутся такими на всём протяжении.

Но это лишь один из вариантов.
Читать дальше →
Total votes 59: ↑46 and ↓13 +33
Views 44K
Comments 15

Спросите Итана №57: как умирают чёрные дыры?

Popular science Physics Astronomy
Translation

Самые плотные и массивные объекты Вселенной живут ужасно долго, но не вечно. И вот, что с ними случается


Перед фактом сядьте, словно ребёнок, и приготовьтесь расстаться с любым предубеждением, следуя скромно куда и к чему бы не привели бездны природы, или же вы ничему не научитесь.
— Т. Г. Хаксли


Представляя себе чёрные дыры вы, наверно, думаете о сверхплотных и очень массивных участках пространства, откуда ничто не может убежать. Ни материя, ни антиматерия, ни даже свет! Вы также можете думать, что они продолжают питаться всем, чему не посчастливилось столкнуться с ними, даже тёмной материей. Но в какой-то момент любая чёрная дыра во Вселенной не только закончит расти, но и начнёт уменьшаться, терять массу, до тех пор, пока не испарится полностью! На этой неделе в нашей колонке мы ответим на вопрос Павла Жужельского, который спрашивает:

Я часто видел объяснения излучения Хокинга типа: «пары виртуальных частиц появляются на горизонте событий. Одна падает в дыру, другая убегает, унеся с собой частичку массы дыры». И обычно мелким шрифтом указано, что это – упрощение. Наверно, это так и есть – ведь если одна из частиц падает в дыру, её масса должна увеличиваться на массу частицы. В чём подвох?


Это очень сложная тема, но такая, которую мы понимаем. Начнём с обсуждения того, как выглядит пустое пространство.
Читать дальше →
Total votes 20: ↑17 and ↓3 +14
Views 26K
Comments 108

Спросите Итана: если гравитация притягивает, как может «дипольный отражатель» отталкивать Млечный Путь?

Popular science Astronomy
Translation

Относительные притягивающие и отталкивающие эффекты участков повышенной и пониженной плотности, воздействующие, в том числе, и на наш Млечный путь

Одна из самых необычных вещей, связанных со Вселенной – это кажущаяся большой скорость движения Млечного Пути. Несмотря на то, что космические массы в последнее время были размечены с беспрецедентной точностью, их всё равно не хватает для того, чтобы придать ему видимую скорость. Идея о существовании "великого аттрактора" не совсем соответствует нашим наблюдениям. Присутствующие там массы недостаточно «великие». Но новая идея о существовании дипольного отражателя может, наконец, объяснить эту давнюю загадку. Как это может работать и что это вообще такое? Об этом и спрашивает нас читатель:
Какова механика работы дипольного отражателя? Как может участок космоса, свободный от материи, отталкивать галактики достаточно сильно (и вообще отталкивать)?

Читать дальше →
Total votes 20: ↑18 and ↓2 +16
Views 17K
Comments 26

Спросите Итана: как быстро во Вселенной могла появиться жизнь?

Popular science Astronomy
Translation

Органические молекулы находят в регионах формирования звёзд, в остатках звёзд и в межзвёздном газе, по всему Млечному Пути. В принципе, ингредиенты скалистых планет и жизни на них могли появиться в нашей Вселенной достаточно быстро, и задолго до появления Земли

История о том, как Вселенная стала такой, какой мы видим её сегодня, от Большого взрыва до огромного пространства, заполненного скоплениями, галактиками, звёздами, планетами и жизнью, объединяет нас всех. С точки зрения жителей планеты Земля, до момента появления Солнца и Земли прошло 2/3 космической истории. Однако жизнь появилась на нашем мире настолько давно, насколько мы способны заглядывать в прошлое при помощи измерений – возможно, даже 4,4 млрд лет назад. Это заставляет задуматься: не появлялась ли жизнь во Вселенной раньше нашей планеты, и в принципе, насколько давно она могла появиться? Это хочет узнать наш читатель:
Как скоро после Большого взрыва могло накопиться достаточно тяжёлых элементов для формирования планет, и, возможно, жизни?

И даже если мы ограничимся тем типом жизни, который мы считаем «похожим на наш», ответ на этот вопрос отправит нас дальше в прошлое, чем вы могли бы себе представить.
Total votes 21: ↑18 and ↓3 +15
Views 12K
Comments 93

Спросите Итана: может быть, недостающая антиматерия спрятана внутри чёрных дыр?

Popular science Physics Astronomy
Translation

Представление художника о планетарной системе Кеплер-42. У нас есть все основания полагать, что вся она состоит из материи, а не из антиматерии, но чёрные дыры, возможно, расскажут нам совсем другую историю – у нас нет возможности установить, из чего они состоят

Одна из величайших космических загадок всей Вселенной – почему материи в ней настолько больше, чем антиматерии. Законы физики, насколько они нам известны, позволяют создавать и уничтожать материю и антиматерию строго в равных долях. Однако же, глядя на звёзды, галактики и крупномасштабные структуры Вселенной, мы обнаруживаем, что все они состоят из материи, а количество антиматерии пренебрежимо мало. Это космическая загадка заставляет многих людей рассуждать о том, что, возможно, и существовало равное количество антиматерии, а затем она каким-то образом отделилась от материи. Возможно ли это, и могла ли антиматерия спрятаться в чёрных дырах? Наш читатель спрашивает:
Существует загадка наличия материи и отсутствия соответствующего количества антиматерии. Некоторые удалённые и старые чёрные дыры сформировались гораздо быстрее, чем могут предсказать текущие теории. Может ли пропавшая антиматерия прятаться внутри этих доисторических чёрных дыр? Сравнима ли масса сверхмассивных чёрных дыр хотя бы приблизительно с количеством пропавшей антиматерии?
Мысль захватывающая. Давайте углубимся в эту теорию и разберёмся.
Читать дальше →
Total votes 20: ↑15 and ↓5 +10
Views 10K
Comments 19

Спросите Итана: как близко друг к другу могут появиться инопланетные цивилизации?

Popular science Astronomy
Translation

Ближайшим к нашей Земле миром служит бесплодная, необитаемая Луна. Но можно представить себе, как недалеко от нас располагался бы другой населённый мир – возможно, даже в Солнечной системе. А как близко он мог бы быть к нам?

На нашей Земле, движущейся по орбите вокруг Солнца, мы представляем единственную разумную жизнь. Существует возможность того, что где-то в Солнечной системе раньше была жизнь, или до сих пор есть микробы – но то, что касается разумной, сложной, разнообразной и многоклеточной жизни, наш мир обогнал всё, что мы можем надеяться здесь отыскать. Разумные инопланетяне, если они живут где-то на другом мире, расположены, по меньшей мере, в световых годах от нас. Но обязательно ли так должно быть по всей Галактике? Именно это хочет узнать наш читатель:
Насколько близко могут существовать две независимых разумных цивилизации, без учёта межзвёздных путешествий, и если они развивались в разных звёздных системах, примерно следуя по тому пути, что мы называем «жизнь»? В шаровых скоплениях плотность звёзд может быть очень большой – но исключает ли слишком большая плотность возможность обитаемости миров? У астрофизика, живущего в плотном скоплении, было бы совсем другое представление о Вселенной и о поисках экзопланет.

Для появления жизни необходимо пройти несколько этапов, но ингредиенты для неё есть буквально повсюду. Даже если ограничиться жизнью, химически близкой к нашей, во Вселенной найдётся полно возможностей.
Читать дальше →
Total votes 16: ↑11 and ↓5 +6
Views 9.2K
Comments 4

Спросите Итана: можем ли мы сделать солнечный экран для борьбы с изменением климата?

Popular science Ecology Astronomy
Translation

Обычно такие структуры, как показанный здесь IKAROS, рассматриваются, как потенциальные космические паруса. Но другим их применением, если расположить их в нужной точке, может стать блокирование части солнечного света, что поможет охладить Землю.

Глобальное изменение климата – одна из наиболее неотложных сегодняшних проблем человечества. Наука чрезвычайно ясно говорит, что происходит: Земля разогревается, причиной тому служат испускаемые в результате человеческой деятельности парниковые газы, и концентрация этих газов со временем только продолжает расти, не переставая. И хотя раздаётся множество призывов по уменьшению выбросов, сбору углерода, отказа от ископаемого топлива, мало чего эффективного было сделано. Земля продолжает разогреваться, уровень моря повышается, и глобальный климат изменяется. Можем ли мы предпринять иной подход, и частично закрыть свет, идущий от Солнца? Такой вопрос задаёт нам наш читатель:
Почему бы нам не рассмотреть строительство солнечного экрана в космосе, изменяющего количество света (энергии), приходящей на Землю? Все, испытывавшие полное затмение, знают, что температура уменьшается, а свет приглушается. Идея в том, чтобы сделать что-нибудь, располагающееся между нами и Солнцем целый год.

Это один из наиболее амбициозных, но также и наиболее разумных вариантов, которые мы можем рассмотреть в области борьбы с глобальным изменением климата.
Читать дальше →
Total votes 15: ↑13 and ↓2 +11
Views 9.7K
Comments 45

Спросите Итана: откуда нам известен возраст Солнечной системы?

Popular science Astronomy
Translation

Представление художника о молодой звезде, окружённой протопланетным диском. У протопланетных дисков, принадлежащих солнцеподобным звёздам, есть множество неизвестных свойств, включая и элементарную сегрегацию различных типов атомов

Миллиарды лет назад, в каком-то забытом уголке Млечного Пути, молекулярное облако, не отличающееся от множества остальных, сжалось и сформировало новые звёзды. Одна из них появилась в относительной изоляции, собирая материал из окружающего её протопланетного диска, который, в итоге, превратился в наше Солнце, восемь планет и всю остальную Солнечную систему. Сегодня учёные заявляют, что Солнечной системе 4,6 млрд лет, плюс-минус несколько миллионов. Но откуда мы это знаем? Равен ли возраст, допустим, Земли и Солнца? Именно это хочет узнать наш читатель:
Откуда нам известен возраст Солнечной системы? Я весьма смутно представляю себе процесс измерения возраста камня с тех пор, как он был жидким, но примерно 4,5 млрд лет назад Тейя столкнулась с протоземлёй, сделав жидким практически всё. Откуда мы знаем, что мы определяем возраст Солнечной системы, а не просто находим десятки новых способов определения даты столкновения с Тейей?

Отличный вопрос, полный нюансов – но наука справится с такой задачей. Вот вам история того, как всё было.
Total votes 25: ↑19 and ↓6 +13
Views 14K
Comments 4

Спросите Итана: могут ли потери на излучение звёзд объяснить тёмную энергию?

Popular science Astronomy
Translation

Представление художника о тех временах Вселенной, в которые формировались первые звёзды. Из-за их света и слияний они будут испускать излучение, как электромагнитное, так и гравитационное. Но способно ли преобразование материи в энергию создавать антигравитацию?

На пути нашего познания Вселенной встречаются загадки, ответ на которых пока никому не известен. Тёмная материя, тёмная энергия, космическая инфляция – все эти идеи неполны, и мы не знаем, какого типа частицы или поля отвечают за них. Вполне возможно, хотя большая часть профессионалов считает это маловероятным, что одна или несколько из этих загадок могут иметь нестандартное решение, которое никто из нас не ожидает.

Впервые в истории колонки «Спросите Итана» я получил вопрос от нобелевского лауреатаДжона Кромвелла Мазера – который хочет знать, не могут ли звёзды, преобразуя массу в энергию, отвечать за эффекты, приписываемые тёмной энергии:
Что происходит с гравитацией, которую оказывает исчезающая масса, в процессе преобразования её в свет и нейтрино путём ядерных реакций, происходящих в звёздах, или когда масса собирается в чёрную дыру, или когда она превращается в гравитационные волны? Иначе говоря, являются ли гравитационные волны, электромагнитные волны и нейтрино источником гравитации, точно совпадающим с существовавшей до этого массой, которая в них превратилась, или нет?

Потрясающая идея. Давайте разбираться, почему.
Читать дальше →
Total votes 24: ↑18 and ↓6 +12
Views 10K
Comments 37

Спросите Итана: в каких фильмах правильно показаны путешествия во времени?

Popular science Science fiction
Translation

Поезд «Жюль Верн» из третьей части «Назад в будущее». Возможно, Эйнштейн представлял себе совсем не это, когда формулировал свои мысленные эксперименты, связанные с теорией относительности, но степень научности всё же оценить можно.

То, как мы путешествуем во времени, со скоростью одна секунда за секунду, настолько скучно, что мы принимаем это, как само собой разумеющееся. Однако, согласно Эйнштейновской теории относительности, мы можем путешествовать во времени не только с разными скоростями (если увеличим скорость до величин, близких к скорости света), но и в разных направлениях, вперёд или назад, построив мост между двумя не связанными между собой местами пространства-времени. Путешествия во времени, вперёд или назад, давно уже были одним из лейтмотивов для нашего воображения и рассказов; кому не хотелось бы изучать неизвестное будущее или вернуться во времени, чтобы исправить прошлые ошибки? Однако сочинить корректную с научной точки зрения историю – это совершенно другая задача. Какие фильмы справились с этим лучше всего? Это и хочет узнать наш читатель:

Я – большой любитель фильмов про путешествия во времени (как бы их ни объясняли). Какие из фильмов лучше и точнее всего используют этот сюжетный инструмент?
Давайте подумаем над тем, что должно быть в хорошем фильме про путешествия во времени, и как с этим обходятся ваши любимые фильмы.
Читать дальше →
Total votes 33: ↑27 and ↓6 +21
Views 25K
Comments 82

Спросите Итана: если свет сжимается и расширяется вместе с пространством, как мы можем засечь гравитационные волны?

Golovanov.net corporate blog Popular science Physics Astronomy
Translation

Вид с воздуха на детектор гравитационных волн Virgo, расположенный в муниципалитете Кашина близ города Пиза в Италии. Virgo – это гигантский лазерный интерферометр Майкельсона с плечами длиной по 3 км, дополняющий два одинаковых детектора LIGO длиной по 4 км.

За последние три года у человечества появился новый тип астрономии, отличающийся от традиционных. Для изучения Вселенной мы уже не просто ловим свет телескопом или нейтрино при помощи огромных детекторов. Кроме этого, мы также впервые можем видеть рябь, присущую самому пространству: гравитационные волны. Детекторы LIGO, которые теперь дополняет Virgo, и скоро будут дополнять ещё KAGRA и LIGO India, обладают чрезвычайно длинными плечами, которые расширяются и сжимаются при проходе гравитационных волн, выдавая обнаруживаемый сигнал. Но как это работает? Наш читатель спрашивает:
Если длины волн света растягиваются и сжимаются вместе с самим пространством-временем, как LIGO может обнаружить гравитационные волны? Они ведь расширяют и сжимают два плеча детектора, поэтому волны внутри них тоже должны расширяться и сжиматься. Разве укладывающееся в плечо количество длин волн не будет оставаться постоянным, в результате чего интерференционная картина не будет меняться, и волны будет нельзя засечь?

Это один из самых распространённых парадоксов, которые представляют себе люди, размышляющие о гравитационных волнах. Давайте разберёмся и найдём ему решение!
Total votes 50: ↑42 and ↓8 +34
Views 17K
Comments 216

Спросите Итана: как будет выглядеть наша первая прямая фотография землеподобной экзопланеты?

Golovanov.net corporate blog Popular science Astronomy
Translation


Фото земли, полученное камерой DSCOVR-EPIC, и оно же, ухудшенное до разрешения 3х3 пикселя – примерно в таком виде исследователи будущего увидят экзопланеты

За последнее десятилетия, в основном благодаря миссии Кеплер, наши знания касательно планет других звёздных систем чрезвычайно сильно увеличились. От всего нескольких миров – в основном массивных, с быстрыми, внутренними орбитами, вращающихся вокруг звёзд с небольшой массой – к буквально тысячам планет совершенно разных размеров. Теперь мы знаем, что миры размером с Землю и чуть побольше встречаются чрезвычайно часто. Обсерватории из следующего поколения, которые появятся как в космосе (например, телескоп Джеймса Уэбба), так и на земле (ГМТ и ELT), смогут напрямую сфотографировать ближайшие из этих миров. Как же они будут выглядеть? Об этом спрашивает наш читатель:
Какого рода разрешение можно ожидать от этих фото? Несколько пикселей, или каких-нибудь видимых подробностей?

Сами по себе фотографии не будут очень впечатляющими. Однако из них мы сможем узнать всё, о чём можно мечтать (в разумных пределах).
Читать дальше →
Total votes 38: ↑35 and ↓3 +32
Views 12K
Comments 13

Спросите Итана: по какой фундаментальной причине E = mc²?

Popular science Physics
Translation


Альберт Эйнштейн в 1920 году. Хотя он и совершил множество прорывов в физике, от специальной и общей теорий относительности до фотоэлектрического эффекта и статистической механики, многие задачи он решить не сумел. Самым его знаменитым уравнением остаётся E = mc².

Спросите любого человека, даже не разбирающегося в науке, о достижениях Эйнштейна, и вам приведут в пример самое его знаменитое уравнение: E = mc². Проще говоря, оно означает, что энергия равняется массе, перемноженной с квадратом скорости света. И это очень многое говорит о нашей Вселенной. Единственное уравнение говорит о том, сколько энергии содержится в массивной частице в состоянии покоя, и сколько энергии требуется для создания частиц и античастиц. Оно говорит нам о том, сколько энергии высвобождается в ядерных реакциях, и сколько энергии порождает аннигиляция материи с антиматерией.

Но почему? Почему энергия равняется массе, перемноженной с квадратом скорости света? Почему не как-то иначе? Об этом спрашивает наш читатель:
Читать дальше →
Total votes 21: ↑17 and ↓4 +13
Views 35K
Comments 31