Иногда под моими публикациями оставляют превосходные комментарии, причём читателя может привлечь какой-то второстепенный факт или сюжетный экскурс, лишь дополняющий статью. Такие комментарии мне особенно ценны, поскольку я вижу, что человек дочитал текст и воспринял его критически или эмоционально.

Один из таких комментариев оставил уважаемый @3epka к статье о поисках «острова стабильности» в глубинах таблицы Менделеева, высказавшись об астероиде Полигимния. А буквально вчера вечером я обнаружил ещё более резкий комментарий уважаемого @Panzerschrek с закономерным вопросом о том, существуют ли какие-либо естественные процессы, приводящие к возникновению элементов из Острова Стабильности. Я тоже задумывался о такой проблеме. Наука, растущая из сократовской майевтики и аристотелевского научного метода, основывается не только на опыте и наблюдении, но и на тщательном сравнении образцов с эталоном. Если же образец не вписывается в выборку, либо эталон нельзя смоделировать в лаборатории, то наука начинает пробуксовывать, чем то и дело не преминут воспользоваться уфологи, астрологи и креационисты.

Сегодня я вновь затрону полюбившуюся моим читателям тему знаковых иллюстраций в науке и напомню об одной из важнейших идей на стыке химии и физики, появившихся в XX веке. Это недостижимый (пока?) «остров стабильности» — область дальних трансурановых химических элементов, период полураспада которых значительно дольше, чем у более лёгких атомов, расположенных между ураном и «ближней отмелью» этого «острова». Гипотеза о существовании «острова стабильности» была выдвинута в середине 1960-х, а получением элементов, теоретически расположенных на этом «острове» в 2000-2010 занимались группы физиков из Дубны, Дармштадта и Ливермора. Благодаря их усилиям, удалось достроить последний полный период таблицы Менделеева, известный в настоящий момент. Он начинается с франция (Fr), открытого в 1937 году и радия (Ra), открытого в 1898 году, а заканчивается оганесоном (Og), открытым в 2002-2005 годах под руководством Юрия Цолаковича Оганесяна.

Мы успели привыкнуть к тому, что сегодня для нужд фундаментальной науки возводятся циклопические высокотехнологичные сооружения, такие как Hyper-Kamiokande, LHC, LIGO или IceCube. Нас даже не смущает судьба долгостроев вроде ITER, который позиционируется как полноценный термоядерный промышленный объект, но до сих пор остаётся полигоном для проверки научно-инженерных гипотез. Однако в Рунете (если не считать этой талантливой и красивой публикации в журнале «Мел») почти не рассмотрен феномен Ураниборга — первого и единственного средневекового замка, спроектированного не как фортификационное сооружение, а как лаборатория и обсерватория. Об этом замке я хочу вам подробно рассказать.

Время от времени на Хабре вспыхивает обсуждение того, является ли Вселенная компьютерной симуляцией, а в незапамятном 2010 году уважаемый @alizar даже упоминал об эксперименте, призванном это проверить. Если вас интересует подробный разбор гипотезы о голографической Вселенной – вы можете почитать знаменитую книгу Майкла Талбота об этой концепции или краткое изложение голографического принципа. Однако я хотел бы остановиться на поиске явных багов или необъяснимых «жёстко подставленных» значений в структуре реальности, которые могли бы указывать на не вполне спонтанное происхождение Вселенной. Поиск таких значений то и дело стимулирует учёных присматриваться к значениям фундаментальных физических констант, и одна из наиболее известных величин такого рода – это постоянная тонкой структуры, равная почти 1/137. Не так давно уважаемый @SLY_G публиковал на Хабре перевод о ней, и сегодня я хочу вернуться к разбору этой странной величины.

Привет, Хабр!

На страницах этого блога я не раз делал срезы новейших исследований, помогающих осмыслить, как Венера и Марс стали безжизненными, а Земля при этом сохраняет стабильную густонаселённую биосферу. Парадоксально, что безжизненность Венеры обусловлена сильнейшим парниковым эффектом, а на Марсе парниковый эффект практически отсутствует из-за того, что Марс потерял почти всю свою атмосферу – и из-за этого стал таким, каков он сейчас. Возможно, причина марсианского угасания заключается в специфике его геологической истории, и в далёком будущем климат Марса ещё может ненадолго стать чуть мягче.

Кроме того, я затрагивал тему приливного захвата — так называется ситуация, в которой спутник всегда обращён к планете одной стороной (как Луна к Земле), либо планета всегда обращена одной и той же стороной к родительской звезде. В этой статье я хочу затронуть удивительный феномен – оказывается, Венера сейчас уже почти застыла в приливном захвате, но именно её мощная атмосфера и причудливая метеорологическая нестабильность не дают планете окончательно остановиться.

Одним из важнейших и самых узнаваемых изображений в истории науки XX века является двойная спираль ДНК. Старина Джеймс Уотсон, в конце жизни сильно сдавший, а до этого постепенно вытесненный и низложенный из рядов неолиберального научного сообщества за острую и непримиримую гражданскую позицию, имеет все шансы отметить в начале апреля свой 97-й день рождения. Он пережил своего прославленного коллегу Френсиса Крика более чем на 20 лет и не только стал первым человеком, чей геном был полностью секвенирован (это произошло в 2007 году), но и в полной мере застал новую эпоху, в которую нуклеотидные цепочки не только редактируются, но и конструируются с нуля. Ниже я расскажу о некоторых опытах по расширению генетического алфавита ДНК и о создании нуклеиновых кислот с расширенным набором нуклеотидов. Такие исследования восходят к середине 1980-х, когда ими независимо занялись биолог Стивен Беннер, биохимик Эрик Кул, биохимик Флойд Ромсберг, а также некоторые другие учёные.  Для контекста приведу взятую отсюда инфографику, которая иллюстрирует хронологию описываемых исследований.

Эффект квантового превосходства остаётся самым очевидным и при этом труднообъяснимым преимуществом квантовых компьютеров над классическими. Квантовое превосходство наступает в момент, когда квантовый компьютер оказывается в состоянии выполнить вычисление, недоступное классическому компьютеру.  Впервые квантовое превосходство было достигнуто в октябре 2019 года на компьютере Google Sycamore, для вычислений на котором используются 53 кубита. Этот эксперимент был подробно описан уважаемым Тимуром Кешелавой в статье «Квантовое превосходство», вышедшей по горячим следам эксперимента. Сегодня реальность квантового превосходства уже не вызывает сомнений, и учёные пытаются определить, чем можно объяснить этот эффект. Уважаемый @dionisdimetor ещё в 2023 году написал на Хабре подробную статью «Квантовый компьютер: его превосходство, несходство и недосходство в сравнении с классическим», и в этой статье упомянул одну экзотическую идею. По мнению ряда учёных, среди которых особенно заметен Дэвид Дойч, квантовый компьютер экспериментально свидетельствует в пользу многомировой интерпретации квантовой механики, предложенной Хью Эвереттом. Ранее на Хабре уважаемый @SLY_G публиковал на сайте перевод статьи «Многомировая интерпретация и мультивселенная — могут ли они оказаться одной и той же идеей» под авторством знаменитого физика Шона Кэрролла (род. 1966). Если вас интересует подробный разбор многомировой интерпретации с точки зрения квантовой и классической физики, рекомендую прочитать увлекательную книгу Шона Кэрролла «Квантовые миры», которую я в своё время перевёл на русский язык для издательства «Питер». Ниже попробуем разобрать, как с такой интерпретацией согласуется квантовое превосходство.  

Привет, Хабр!

Мне очень понравились ваши отклики на одну из моих недавних статей «Не трогай моих чертежей! История науки в знаменитых изображениях» (и ваша высокая оценка +43), поэтому я какое‑то время подумывал продолжить эту тему большой статьёй об инфографике. Но время шло, и за помощью по этой теме я обратился к уважаемой Анастасии Лазукиной @anastasiamrr, ранее писавшей для этого блога отличные гостевые посты. На Хабре Анастасия сотрудничает с корпоративным блогом FirstVDS, где пишет замечательные материалы с выраженной биореакторной спецификой. Подписывайтесь на неё, следите за обновлениями, а пока заходите под кат. Далее — от автора.

Большая часть той материи, из которой состоит Вселенная, является невидимой. Можно измерять тяготение (гравитационное воздействие) этой тёмной материи на орбитах звёзд и галактик. Заметно, как она искривляет проходящий мимо неё свет, а также мы можем фиксировать воздействие тёмной материи на реликтовое излучение, оставшееся от первобытной плазмы, существовавшей непосредственно после Большого Взрыва. Эти сигналы измерены с исключительной точности. Есть все основания полагать, что тёмная материя повсюду. Но нам по-прежнему неизвестно, что она собой представляет.

Одной из вечнозелёных и поистине излюбленных футуристических тем Хабра является сфера Дайсона, её варианты (кольца, рои), а также публикации о попытках обнаружить такое астроинженерное сооружение. О ней высказывались уважаемый @Pavel-Well (здесь), уважаемый @SLY_G (например, здесь) и даже я в одной из моих первых статей – «Скорлупа сверхцивилизации. Об энергетических, инженерных и экологических аспектах сферы Дайсона». Но в тени сферы Дайсона часто проходит незамеченным подлинный масштаб кругозора и невероятных, если не сказать — безумных фантазий этого астрофизика, прожившего 96+ очень интересных лет в истории нашей цивилизации (1923-2020). Попытку обобщить идеи Фримена Дайсона однажды предпринял на Хабре уважаемый Георгий Тимс @Physics-for-Humanities в статье «Фримен Дайсон: космический мечтатель». В конце статьи Георгий любезно ссылается на книгу эссе Дайсона «Мечты о земле и о небе», подготовкой которой, кстати, руководил я, ещё когда работал в издательстве «Питер». Но даже в этой статье Георгий не упоминает, что Фримен Дайсон любил не только сферы и кольца, но и деревья. Пожалуй, самые необычные деревья, которые может представить себе далёкий потомок лесной обезьяны. О них я и расскажу под катом.

Довольно отважный и безрассудный опыт свидетельствует, что, если опубликовать на Хабре статью «Проявление свойств эфира: доказано экспериментами», то вместе с жаркой дискуссией в 346 комментариев и весомыми 27 000 просмотров такая статья получит оценку -23. Не претендуя на лавры её авторов, я всё-таки возьмусь рассказать под катом об истории и пользе безусловно лженаучной теории флогистона, которая на Хабре пока практически не затрагивалась. Дело в том, что даже самые дикие теории борются за существование, а их сторонники отчаянно пытаются обвешать теорию научными фактами, междисциплинарными связями и оригинальными экспериментами. Теория флогистона, при помощи которой до открытия кислорода пытались объяснять механизмы горения, кажется мне настолько интересной с исторической точки зрения и при этом предостерегающей нас от неверных выводов, что я рискну обрисовать её научный контекст и некоторые печальные аналогии, на которые она может нас натолкнуть.

Летом 2022 года я опубликовал на Хабре статью «Как и зачем создавать вселенную в лаборатории», которую задумывал исключительно в качестве оммажа великому космологу и мыслителю Андрею Дмитриевичу Линде, сыну одной из последних ночных ведьм, покинувших наш мир. Но с тех пор я иногда возвращался к мыслям о том, насколько сложные физические процессы в принципе поддаются лабораторному моделированию, и что нам могут подсказать такие опыты. Сегодня я расскажу об амбициозных и пока не слишком удачных попытках смоделировать проходимую червоточину в виде компьютерной симуляции. Червоточина (wormhole), также называется «кротовая нора» или «мост Эйнштейна-Розена». Такая гипотетическая структура могла бы связывать произвольно удалённые друг от друга точки пространства-времени, если бы была проходимой. При этом, искусственная червоточина была бы очень интересна сама по себе, так как могла бы подсказать способ унифицировать гравитацию с другими взаимодействиями Стандартной Модели, в конечном счёте — объединить квантовую и классическую физику.

В 1987 году вышла дебютная научно-популярная книга Джеймса Глика «Хаос. Создание новой науки», впервые опубликованная на русском языке в переводе издательства «Амфора» и выложенная здесь. Эта книга оживила интерес к теории самоорганизующихся систем, сформулированной в середине XX века в работах Германа Хакена (1927-2024) из Штутгартского университета, посвящённых синергетике. Смежные исследования по физике неравновесных систем принадлежат Илье Романовичу Пригожину (1917 - 2003),  франко-американскому физику российского происхождения. В основе этих работ лежит идея о том, что существуют такие системы, нарастающая энтропия в которых постепенно выравнивается, и общая структура системы остаётся относительно неизменной, несмотря на то, что в отдельных частях системы энтропия продолжает нарастать. В том же 1987 году появилось удивительное исследование Пера Бака, Чао Танга и Курта Визенфельда, в котором они описали модель песчаной кучи.    

Феномен связан с изучением и моделированием самоорганизующихся систем и их устойчивости, а также смыкается с исследованием фракталов, степенных рядов и клеточных автоматов. В контексте фракталов эту тему рассматривал на Хабре уважаемый Андрей Заболотский @Browning в статье «Фракталы в песках или больше трёх не собираться». Если желаете вместо моего текста почитать строгое, но вполне популярное и увлекательное изложение данной темы — отсылаю вас к статье уважаемого Никиты Калинина «Песочная модель», размещённой на сайте МФТИ. Под катом я расскажу, как эта модель работает и какие неожиданные вопросы подбрасывает.

Меня довольно смущает плохо замаскированная эмерждентность окружающего мира, причём не только пространства, но и времени. Ранее я не мог не высказаться о знаменитом эксперименте с двумя щелями, а также о некоторых парадоксальных свойствах субатомного мира. Например, о том, что протон, по-видимому, самопроизвольно не распадается вообще, а нейтрон не распадается только в составе атомного ядра — в свободном же состоянии период полураспада нейтрона составляет около 10 минут. Как я ещё раньше упоминал в статье «Вы снова здесь, изменчивые тени», можно каким-то рациональным образом обосновать подобные факты, если допустить, что элементарные частицы – это тени четырёхмерных объектов, однако, это скорее фантазия, чем гипотеза. Сегодня же я хочу рассказать ещё об одних удивительных фермионах, зафиксированных в ушедшем 2024 году и названных «электронами Дирака». Электроны Дирака приобретают массу, лишь будучи в движении, и догадки о сути их природы, возможно, потребуют уточнить наши представления об электронах и фотонах.

Среди наиболее удачных редакционных материалов Хабра, вышедших в начале этого года, была и переводная статья уважаемого @SLY_G «Энтропия — это мера того, как мало мы на самом деле знаем». Незадолго до того мне попадалась на глаза ещё одна переводная статья, вышедшая в корпоративном блоге издательства «Питер» рекламирующая книгу «Пространство, время и движение» Шона Кэрролла и также посвящённая совершенно различным трактовкам энтропии, но в данном случае с акцентом на энтропию чёрных дыр. Поэтому я решил оперативно высказаться об ещё одной малоизвестной концепции, сформулированной всего около полутора лет назад и рассматривающей энтропию в необычном прикладном аспекте — как инструмент для проектирования новых материалов и прогнозирования их потенциальных свойств. 

В Рунете осталась практически незамеченной интересная теория, предложенная летом 2023 года исследователями из Пенсильванского университета под руководством Зи-Ку Лю. В своей статье авторы попытались ответить на вопрос о том, почему в некоторых материалах объём вещества уменьшается при повышении температуры. Практическая ценность этого вопроса заключается в проектировании материалов, которые могли бы сочетать в себе свойства ферромагнетиков и парамагнетиков, чтобы, к тому же, эти материалы можно было управляемо переключать между такими состояниями. В термодинамике известна формула, согласно которой производная объёма относительно температуры (термическое расширение) равна по модулю производной энтропии относительно давления. Эта закономерность подтверждается эмпирически, но формального объяснения не имеет. Поиск ответа на этот вопрос позволил учёным наметить очертания теории, которую они назвали «центропией». Центропия пока развивается в рамках вычислительной термодинамики, но в случае удачного развития поспособствует точному проектированию новых материалов и созданию материалов с заданными свойствами. В дальнейшем она открывает перспективы создания целого «генома материалов» — множества данных не менее масштабного, чем Геном человека.

Одна из самых больших дискуссий в моём блоге на Хабре развернулась под статьёй «Укрощение кислорода и подводные камни терраформирования», опубликованной в апреле 2023 года (+69, 15k просмотров, 237 комментариев). В этой статье я затрагивал, в том числе, и тему «кислородной катастрофы», то есть, крайней губительности кислорода для первых анаэробных организмов. Об эволюционном смысле кислородной катастрофы подробно рассказывает знаменитый популяризатор науки Сергей Ястребов в статье «Кислородная революция и Земля-снежок», вышедшей в 2016 году в журнале «Химия и жизнь». Тема кислородной катастрофы на Хабре исследована слабо (но затрагивается в ещё одной чрезвычайно удачной статье «Мы уникальны. И, вероятно, одиноки», которую уважаемый @Barrayar опубликовал в блоге компании VK), поэтому заинтересовавшихся ею отсылаю, прежде всего, к статье господина Ястребова. Но здесь я затрону смежный вопрос, всерьёз интересующий современных астробиологов: а как быть с тем, что первая жизнь на Земле образовалась в практически бескислородный период, при отсутствии озонового слоя? Модели, описывающие роль ультрафиолета на ранних этапах биологической эволюции, сегодня даже заставляют выделять специфическую «ультрафиолетовую зону обитаемости» и присматриваться к доле ультрафиолетового излучения в спектре звёзд M и K (красных и оранжевых карликов). О соотношении убийственной и живительной роли звёздного ультрафиолета поговорим под катом.   

За всё время существования моего блога на Хабре одна из самых забавных астрофизических публикаций вышла в июле 2023 года. Она называлась «Зима наступает. Возможные астрофизические объяснения климатического хаоса в Вестеросе», и в ней я разобрал некоторые гипотетические причины (связанные с инсоляцией и небесной механикой), которые могли бы приводить к неограниченно долгим и внезапно наступающим похолоданиям в известном фэнтезийном мире, придуманном Джорджем Мартином. Времена года — интереснейшая черта земного климата, и в Солнечной системе смена сезонов также достоверно зафиксирована на Марсе, а в специфической форме — и на газовых гигантах, в частности, на Юпитере. Периодичность и продолжительность времён года определённо должна коррелировать с эксцентриситетом орбиты и с наклоном оси планеты. Поскольку вся земная биосфера функционирует в тесной взаимосвязи со сменой времён года, предполагается, что выраженная сезонность может быть биосигнатурой.

По-моему, в этом блоге ни разу не упоминался свитер. Исправим данное упущение.

Повсеместное проникновение Интернета Вещей способствует разработке различной гибкой электроники. В основном речь идёт о развитии жидких кристаллов и гибких дисплеев на их основе. Но существует и менее известное направление, которое уже вскользь упоминалось на Хабре. Это производство умных волокон и умных тканей, позволяющих внедрять датчики и дисплеи в одежду. Уже в 2021 году выпускались медицинские датчики, наклеиваемые на кожу и позволяющие одновременно измерять кровяное давление и биохимические показатели. Летом 2022 года я публиковал на Хабре статью «Умные бронежилеты и введение в текстронику». Текстроника – это передовая инженерная дисциплина, изучает создание гибридных материалов, сочетающих черты текстиля и электроники. Оформилась в середине прошлого десятилетия, одна из первых популярных статей на русском языке, которую мне удалось найти, «Многофункциональный текстиль и умная одежда» вышла в 2016 году. Сегодня я расскажу о некоторых новых разработках в этой области, обеспечивающих не только снятие и отображение простейших биометрических данных, но и полноценный обмен информацией, обмен энергией, а также обрисую перспективы использования таких материалов и метаповерхностей.

Вот уже более десяти лет прошло с тех пор, как я активно переводил научно-популярные книги. Далеко не сразу в их титрах стала появляться моя фамилия, но в тот период меня это мало волновало. Я очень хотел научиться издательскому делу, в целом заниматься просвещением и иметь ранний доступ к максимально свежим научно-популярным книжкам. В тот период я уже не первый год сотрудничал с Дмитрием Гурским, который готовил в одной из своих ранних компаний «Ideanomix» макеты для крупных российских издательств, в частности, «ЭКСМО». Именно от него весной 2011 года я получил в перевод одну из самых необычных книг в моей практике. Написал её кембриджский профессор Джон Бэрроу (1952-2020), и в оригинале она называлась «Cosmic Imagery». Только в 2014 году переведённая книга вышла в издательстве «ЭКСМО» под названием «История науки в знаменитых изображениях».

Наверное, именно эта книга, настолько же эклектичная, насколько и богато иллюстрированная, предвосхитила мой интерес к Хабру, вернее, к той его части, которая впоследствии стала называться «Гиктаймс» (и вновь влилась в «Хабр»). Сегодня я расскажу о наиболее запомнившихся мне сюжетах из этой книги и о том, какой огромной ценностью обладали научные иллюстрации сотни и тысячи лет назад.

На исходе 2021 года я опубликовал в этом блоге перевод статьи Шона Раймонда (Sean Raymond) «Гипотетическая звёздная система с 416 планетами в зоне обитаемости». Автор создал компьютерную симуляцию, демонстрирующую подобное астроинжереное сооружение, создатели которого попытались бы упаковать максимально возможное количество планет земного типа на комфортном расстоянии от звезды. Стабильная структура такого рода могла бы получиться, если бы для всех планет был тщательно подобран орбитальный резонанс, а также все планеты располагались бы на своих орбитах не поодиночке, а попарно, и каждая пара обращалась одновременно вокруг звезды и вокруг общего центра масс этой пары.

В 2023 году среди данных, полученных на чилийском телескопе ALMA, были, наконец, обнаружены две планеты, обращающиеся по одной и той же орбите возле родительской звезды PDS 70. Это красный карлик, расположенный в созвездии Центавра на расстоянии 370 световых лет от Солнца.