В этом блоге я неоднократно рассматривал необычные формы вещества, в том числе, мюоний, кварк‑глюонную плазму и даже страпельки. Но моей излюбленной экзотической субстанцией, которую мы научились синтезировать, но пока не можем найти ей применения, является антивещество. Антивещество — это элементарные частицы (позитрон, антинейтрино) и небольшие атомы (антиводород, антигелий), аналогичные обычному веществу по химическим свойствам, но при этом инвертированные по кварковому составу. Первой известной античастицей был позитрон, открытый в 1932 году, и по сей день это самая распространённая из известных античастиц, встречающаяся в природе — позитроны обычны в составе космических лучей. Ранее я рассказывал на Хабре о естественных источниках антивещества, в частности, о пульсарах. А в этой статье попробуем обсудить, насколько реалистично выглядит промышленное производство антивещества, о каких объёмах может идти речь, и для чего можно использовать этот ресурс.

Приветствую, уважаемые читатели.

Меня очень порадовал и удивил ваш интерес к недавней статье об адамантанах и алмазоидах, которая собрала +52 и 21,7% дочтений. Поэтому я, продолжая заниматься следующей статьёй, предложу вашему вниманию интереснейший Guest Post под авторством уважаемой Владиславы Шраменко @Kotyara99о физико‑химических свойствах углеродных нанотрубок и о том, как их получать, правильно сжигая углеродный порошок. Статья богато иллюстрирована. Далее — от автора.

Дмитрию Ивановичу Менделееву приписывается фраза «Сжигать нефть — всё равно, что топить печку ассигнациями». Действительно, нефть — это смесь разнообразных углеводородов, и нефть требуется разделять на фракции, для чего и предназначен процесс ректификации. Но наряду с основными фракциями в нефти содержатся и незначительные экзотические молекулы, об одном из классов которых пойдёт речь в этой статье. Это адамантан (а также его производные) — насыщенный трициклический углеводород с общей формулой C₁₀H₁₆, обладающий уникальными свойствами, так как атомы углерода располагаются в адамантане точно как в алмазе.

Если вы когда‑либо слышали о «величайшей ошибке Эйнштейна» — скорее всего, речь шла о космологической постоянной. Это был поправочный коэффициент, который Эйнштейн ввёл в свои уравнения в 1917 году; с учётом такой постоянной Вселенная оставалась стационарной, четырёхмерной (три пространственных измерения + время), и в ней работали уравнения Эйнштейна. Космологическая постоянная действовала как фактор гравитации, не позволяя Вселенной ни схлопнуться в комок материи, ни развоплотиться. После того, как в 1929 году Эдвин Хаббл открыл закон расширения Вселенной (причём, это расширение идёт с ускорением), постулат о стационарности Вселенной был отброшен, и Эйнштейн признал космологическую постоянную своей величайшей ошибкой. Но после того, как в 1997–1998 годах две группы, одна под руководством Перлмуттера, другая — под руководством Шмидта и Рисса — открыли тёмную энергию, эту сущность отождествили с космологической постоянной. Поскольку тёмная энергия приводит к расширению Вселенной, очевидно, что она является антигравитационной. Но это сверхмалая величина, которая, по‑видимому, всё‑таки выше нуля; эта величина характеризует плотность энергии вакуума. Значение космологической постоянной составляет Λ = 1,089(29)⋅10⁻⁵² м⁻², соответственно, плотность вакуума оценивается в 5,84⋅10⁻²⁷ кг/м³.

В этой же статье я затрону некоторые факты, свидетельствующие в пользу того, что космологическая постоянная не является константой, и со временем меняется. Ранее на Хабре этот вопрос затрагивал уважаемый @SLY_G в статье «Ослабевает ли тёмная энергия? Новые данные подтверждают эту гипотезу». Давайте поговорим об этом подробнее.

Приветствую, уважаемые читатели.

Ранее я публиковал на Хабре статью «Пещерные астронавты. Предыстория освоения внеземных лавовых трубок». Будет удивительно, если и освоение Марса начнётся с пещерного века, уже пережитого нашими предками на Земле. Впоследствии эта тема натолкнула меня на поиски и находки, подсказывающие, что современные города неплохо приспособлены к подземному расширению, и дело не ограничивается разветвлёнными хорошо проветриваемыми метрополитенами. Примерно с начала XXI века разрабатываются дизайнерские, полуфантастические и вполне утилитарные проекты подземных городов, а первые образцы «человеческих муравейников» известны со времён расцвета Византийской империи. Ниже расскажу о некоторых общих чертах современной подземной урбанистики, основным двигателем развития которой сейчас стали глобальные изменения климата.

В этом блоге я не раз писал о компактных объектах звёздной массы, обладающих причудливыми физическими свойствами. Одним из наиболее известных таких объектов является нейтронная звезда или пульсар. Если вам интересна краткая история изучения нейтронных звёзд, рекомендую посмотреть статью Д. М. Полякова «Нейтронные звёзды и пульсары», опубликованную на сайте Санкт-Петербургского государственного университета в 2014 году. Тем интереснее, что уже в 2015 году были открыты гравитационные волны, распространяющиеся по ткани пространства-времени после столкновения таких компактных объектов — например, нейтронных звёзд или чёрных дыр. Поскольку по силе и рисунку гравитационной ряби можно предположить свойства столкнувшихся объектов, вскоре начали накапливаться факты, косвенно свидетельствующие о столкновениях ещё более экзотических и даже гипотетических тел. Среди них — так называемые «бозонные звёзды», о которых на Хабре впервые написал в 2023 году уважаемый @SLY_G в статье «Астрономы, возможно, нашли бозонную звезду». Под катом поговорим, что же такое бозонная звезда, и может ли она вообще существовать.

Думаю, один из самых завораживающих и интересных феноменов, о котором я узнал именно с Хабра — это клеточные автоматы. О Джоне Конвее и его игре «Жизнь» я впервые прочитал в переводной статье уважаемого @SLY_G «Джон Хортон Конвей: Жизнь, как игра», а среди авторских материалов мне запомнились «Наша Вселенная — симуляция на основе большого клеточного автомата?», которую мне довелось прочитать, будучи в жюри конкурса «Технотекст», «Простейшие клеточные автоматы и их практическое применение» уважаемого @oshibka404 и, наконец, блестяще иллюстрированная алгоритмическая работа «Эволюционирующие клеточные автоматы» уважаемого @xcont. Эти статьи натолкнули меня на размышления о том, почему биологическая (дарвиновская) эволюция не слишком популярна в качестве источника сюжетов для компьютерных игр. Если как следует поискать, такие игры всё-таки существуют (пусть многие из них и напоминают образовательные пет-проекты), но мейнстримом они определённо не стали. Под катом попробую рассмотреть, так ли интересно играть в эволюцию и не слишком ли фаталистична и сложна эта тема в качестве развлекательной.

Привет, Хабр.

В своё время я обнаружил в хабе «Научпоп» интересную нишу, статьи из которой вам нравится читать. Речь о статьях, которые рассматривают экзотические агрегатные состояния вещества. Я впервые попробовал зайти в неё со статьями «Колыбель для страпельки» и «Чёрное сердце Нептуна, или как был открыт суперионный лёд». Ещё одно важное экзотическое агрегатное состояние – это конденсат Бозе-Эйнштейна, обладающий уникальным набором свойств (кстати, уважаемый @it_history публиковал на Хабре переводной материал «Человек, подчинивший себе половину частиц во Вселенной», посвящённый великому Шатьендранату Бозе).

Экзотические агрегатные состояния возникают в условиях, когда температура, давление и концентрация вещества сильно отличаются от значений, обычных у поверхности Земли. В этой статье мы разберём ещё одно, несомненно, реальное агрегатное состояние вещества — кварк-глюонную плазму, а также затронем физические свойства условно гипотетических, но неплохо описанных на кончике пера «глюболлов» — клубочков, не содержащих кварков, а состоящих из чистых глюонов. 

Гоблины, призраки, монстры, богини: фантастические твари и где они обитают.

В конце апреля OpenAI опубликовала у себя в блоге пост, в котором объяснила, почему модели OpenAI то и дело говорят о гоблинах. А также о гремлинах.

Получился интересный документ, как минимум, частично касающийся той работы, которой мы вместе с Мюрреем Шанаханом и Гамильтоном Моррином занимались на протяжении нескольких месяцев. Теперь, в зависимости от того, с кем именно мы беседуем, я могу сказать, что этот проект был призван помочь разобраться в глубинной психологии больших языковых моделей (БЯМ) и о том, как она влияет на коммуникацию нейронок с пользователями. Но другому собеседнику я мог бы сказать, что наша работа скорее сближалась с демонологией.   

Мои постоянные читатели знают, что ранее я не раз затрагивал на Хабре тему скрытой массы и поиск гипотетических частиц или объектов, из которых может состоять тёмная материя. Базовый минимум о тёмной материи на русском языке изложен в отличной книге Йостейна Кристиансена «Невидимая Вселенная», вышедшей в 2022 году. Чаще всего рассматривается два основных варианта «скрытой массы»: либо предполагается, что она состоит из каких-то пока не известных частиц, не взаимодействующих с обычной материей, либо заключена в чёрных дырах. В первом случае речь может идти о материи из аксионов — об этих частицах на Хабре рассказывал уважаемый @BiktorSergeev в статье «Аксион: частица, которая может объяснить темную материю». Во втором случае скрытая масса может приходиться на пока не открытые микроскопические первичные чёрные дыры, рассеянные в пространстве и обладающие огромной гравитацией. Эту точку зрения популяризует уважаемый Валерий Исаковский @valisak в статье «Cага о первичных чёрных дырах: призрак Стивена Хокинга и генезис невидимой Вселенной». А я публиковал на Хабре переводную статью «Что если мы никогда не найдём тёмную материю?», в которой приводил инфографику в форме диаграммы Венна, демонстрирующую соотношение различных частиц-кандидатов на роль тёмной материи и таблицу с обзором их возможных свойств.

Есть и ещё одна относительно маргинальная теория о том, что сверхтяжёлая неучтённая материя может входить в состав CUDO – «компактных ультраплотных объектов», которые могут содержать химические элементы с атомным числом до 164 и находиться в глубине метеоритов и астероидов, под слоем обычной материи. Одним из самых известных подобных объектов в Солнечной системе может быть астероид Полигимния, о котором мы и поговорим под катом.    

Привет, Хабр!

С наступлением лета пришло время для очередного гостевого поста в моём хаброблоге. Рассмотрим одну из интересных тем, за которую я не брался годами, при этом очень важную и интересную с точки зрения расширения горизонтов науки. Речь под катом пойдёт о некоторых условно успешных попытках получить вещества прочнее алмаза, то есть, расширить всем известную шкалу твёрдости минералов, предложенную в XIX веке немецким учёным Фридрихом Моосом. Автор исследования - уважаемая Владислава Шраменко @Kotyara99, магистрантка химического факультета Кубанского государственного университета и админ восхитительного мемного паблика "Коты и химия" в сети ВК. Залетаем под кат, там hard science и крутые иллюстрации.

Ранее я публиковал на Хабре относительно успешную статью «Негостеприимные красные карлики. Об ультрафиолетовой зоне обитаемости». В ней я упоминал, почему поблизости от многочисленных звёзд спектрального класса М (красных карликов) маловероятно возникновение жизни земного типа (на основе нуклеиновых кислот), поскольку высокая и нерегулярная активность звезды в ультрафиолетовом спектре не оставляет окна для образования клеточных организмов. Сегодня вернёмся к этой теме и поговорим о некоторых интересных опытах, которые указывают на относительную благоприятность звёзд спектрального класса K (оранжевых карликов) для развития фотосинтеза и, соответственно, инопланетной флоры. Цвет подобной гипотетической растительности едва ли будет зелёным, но долговременное существование растительного покрова на скалистой планете близ оранжевого карлика кажется вполне реалистичной картиной. Давайте обсудим эти модели подробнее.

Ранее в этом блоге я уже обращался к личности сэра Роджера Пенроуза (род. 1931), великого математика и космолога, также прославившегося исследованием апериодических мозаик и сознания. В 2020 году Пенроуз стал одним из самых возрастных лауреатов Нобелевской премии (по физике) с формулировкой «За открытие того, что образование чёрных дыр с необходимостью следует из общей теории относительности». Именно теоретическое изучение чёрных дыр (наряду с написанием очень хороших научно-популярных книг) является тем аспектом деятельности Пенроуза, который почти не затронут на Хабре — и именно на нём я остановлюсь.

Согласно модели Роя Керра, все чёрные дыры должны вращаться. Вращение — это источник энергии, и, согласно принципу, заложенному в основу механизма Пенроуза, данная энергия теоретически извлекаема из ближайших окрестностей горизонта событий, именуемых эргосферой.

Весной 2022 года я поднимал в этом блоге две необычные темы из области фундаментальной химии. Первая называлась «Из чего состоит мировой эфир. Последняя теория Менделеева» — в ней я рассказывал, как Дмитрий Иванович Менделеев, продолжая опираться на атомный вес, пытался надстроить «нулевой» период над водородом и, вероятно, неосознанно двигался к открытию нейтрона. Вторая статья называлась «Распад протона – невозможность 2,5 класса». Наряду с проблемой практически абсолютной стабильности протона (без внешнего воздействия он не распадается, в отличие от нейтрона, который вне атома живёт всего около 10 минут). В этой статье я также упомянул некоторые экзотические атомы, то есть, атомоподобные частицы, имеющие нулевой заряд; наиболее известной из них является антипротон.

Чтобы представить себе химический элемент, который был бы значительно легче водорода, нужно поместить в его ядро частицу, значительно уступающую по массе протону, но превосходящую по массе электрон или позитрон, так, что вокруг неё могло бы собраться «электронное облако». Сегодня расскажу об удивительном атоме такой природы, открытом ещё в 1960 году. Он называется «мюоний».

В прошлом году одна из наиболее оживлённых дискуссий в моём блоге (116 комментариев) развернулась под статьёй о ложном вакууме, опубликованной в конце августа. В начале этой статьи я упоминал, что уровень энергии вакуума и, следовательно, масса рождающихся элементарных частиц, а также масса протона, напрямую зависят от свойств скалярного поля Хиггса. Бозон Хиггса, открытый в 2012 году на Большом Адронном Коллайдере, является квантом этого поля. Там же я вскользь упоминал, что бозон Хиггса может быть не единственным, а представлять собой лишь одну из группы подобных частиц. Если бы в пространстве доминировало поле Хиггса, заключающее иную энергию, нежели наблюдаемое нами, то настройки Вселенной и нуклеосинтеза в частности могли бы слететь непредсказуемым и, скорее всего, катастрофическим образом. Поэтому важно понимать, существуют ли альтернативные поля, подобные полю Хиггса, и можно ли экспериментально получить другие частицы, функционально похожие на бозон Хиггса. Одно из первых сообщений о том, что на Большом Адронном Коллайдере обнаружен новый бозон Хиггса, поступило в 2015 году от знаменитого физика Марио Ливио. С тех пор ведутся исследования и делаются прогнозы о том, как искать такие альтернативные бозоны, и сколько их может быть в соответствии с какими теориями (спойлер: до пяти). Об этих поисках коротко расскажу под катом.

В научной фантастике одной из самых перспективных субстанций, которая могла бы стать идеальным топливом для звездолётов, считается антивещество. Антивещество — это экзотическая форма материи, основными составляющими которой являются антипротоны и позитроны (антиэлектроны). Кроме того, искусственно получены атомы антигелия и антиводорода. Антипротон и позитрон инвертированы по свойствам протону и электрону. 

Ранее на Хабре я несколько раз затрагивал тему скрытой массы Вселенной. Скрытая масса также известна под названием «тёмная материя»; этот термин (dunkle Materie) предложил в 1933 году швейцарский астрофизик Фриц Цвикки. Из наиболее экзотических гипотез, потенциально объясняющих тёмную материю, я успел рассмотреть теорию симметронов, которую сформулировали в 2022 году Аниш Найк и Клэр Бэррейдж. Также я описывал модель, согласно которой избыточная масса может объясняться вращением Вселенной. На мой взгляд, одну из лучших обобщающих статей по тёмной материи «Cага о первичных чёрных дырах: призрак Стивена Хокинга и генезис невидимой Вселенной» написал на Хабре уважаемый Валерий Исаковский @valisak, вне Хабра я бы рекомендовал почитать на эту тему статьи «Тёмная материя и тёмная энергия» с сайта «Эпизоды космонавтики», а также переводной материал о Фрице Цвикки «Сверхновая, альпийское восхождение и космическая эпопея» (Оливер Нилл) с сайта «Методолог», лежащий в Интернете с 1998 года.

Все эти нестыковки с «лишней массой» возникают из-за того, что мы не вполне понимаем суть гравитации, в частности, чрезвычайную слабость гравитации в сравнении с другими фундаментальными взаимодействиями, а также неограниченный предел действия гравитации.  В этой статье попробуем обсудить, какие свойства приписываются гравитону — гипотетической частице, которая может являться как переносчиком гравитационного взаимодействия, так и именно той неучтённой материей, на которую приходится скрытая масса, какие эксперименты могли бы проверить существование гравитона. Вот уже более десяти лет минуло с открытия гравитационных волн, а гравитон по-прежнему не желает соскакивать с кончика пера.

Как известно, галактика Млечный Путь имеет выраженно плоскую (дисковидную) форму, так как диаметр его составляет около 100 000 световых лет, а толщина — всего лишь 1000 световых лет. Тем непостижимее кажутся два огромных двойных облака, простирающихся от центра нашей Галактики на север (вверх) и на юг (вниз) от плоскости её диска. Эти структуры были открыты в 2010 году в гамма-диапазоне при анализе наблюдений космического гамма-телескопа «Ферми» и названы «пузырями Ферми». В 2020 году российско-германский космический телескоп EROSITA открыл ещё более крупные пузыри рентгеновского излучения, охватывающие пузыри Ферми как внешняя оболочка. Получилась такая картина:

Игра — один из наиболее универсальных и интересных способов знакомства со сложными концепциями и взаимосвязями. Тема обучающих игр для программистов на Хабре популярна и хорошо разобрана в отдельных статьях (особенно в корпоративных блогах). Я бы отметил работы уважаемой Дарьи @t3chnowolf в блоге компании «МТС», затрагивающие эту тему, в частности, «5 обучающих игр для разработчиков» (почти 29 500 просмотров) и «Обучающие игры для разработчиков: кодим, играя» (более 24 000 просмотров). Какое-то время назад я также хотел попробовать свои силы в этой теме, однако нашёл значительно более увлёкший меня боковой сюжет: игры, помогающие осмыслить квантовые феномены и смоделировать работу квантового компьютера. Наиболее узнаваемые из них — пожалуй, «квантовый сапёр» и «квантовый тетрис». Впрочем, давайте обо всём по порядку.

Когда-нибудь я хотел бы рассказать на Хабре о величайшей «инсайдерской сделке» в истории нашей планеты — как хлоропласты и митохондрии стали симбионтами эукариотов, а затем были ими порабощены, по-видимому, утратив большую часть генома и сначала потеряв способность жить вне клетки-хозяина, а затем и превратившись в известные нам органеллы. Но за исследованием этой темы мне попался сюжет, достойный отдельной публикации на Хабре, которую вы сейчас видите.

Одной из самых высокотехнологичных и жизненно необходимых операций в арсенале современной медицины является трансплантация органов и тканей. При этом такие операции до сих пор остаются крайне инвазивными и рискованными как из-за глубины хирургического вмешательства, так и из-за опасности иммунного отторжения трансплантата. Ещё в 2018 году уважаемый Максим Агаджанов @marks писал на Хабре об искусственной коже, изобретённой в Массачусетском технологическом институте для покрытия бионических протезов. Но меня заинтересовало, а существует ли хотя бы в статусе НИОКР технология, которая позволила бы отказаться от трансплантации органов и (хотя бы в молодом организме, пострадавшем из-за болезни или травмы, а не из-за одряхления) аккуратно восстанавливать органы и ткани? В наше время подобные наработки уже существуют, они связаны с использованием искусственных бактерий и биоплёнок в области точной медицины с применением генной инженерии.