Однажды сэр Артур Эддингтон, считающийся основателем теоретической астрофизики, заявил, что «ничего нет более простого, чем звезда». Действительно, при всей грандиозности большинство звезд – это почти однородные и очень стабильные объекты. Звезда главной последовательности в течение миллионов, миллиардов или, возможно, даже триллионов лет перерабатывает запасы водорода, постепенно сдвигаясь в красную часть спектра, а в конце пути, как правило, превращаясь в белый карлик. При этом о триллионах лет сейчас можно говорить лишь гипотетически, но красные и оранжевые карлики действительно могут просуществовать так долго, тогда как голубые сверхгиганты выгорают за миллионы лет. Например, возраст Спики (альфа Девы) составляет около 12,5 миллионов лет.

От переводчика: материал переведен под впечатлением оживленной дискуссии, развернувшейся в комментариях к посту о технологиях потенциального продления жизни. Читатели в большей степени заинтересовались переносом сознания на цифровой носитель, нежели продлением жизни биологического тела, поэтому я решил продолжить тему переводом слегка футурологического и не претендующего на объективность материала с портала "Medium". В этом переводе слово "эму" - это сокращение от "эмуляция"; я хотел неудачно пошутить и сделать в названии или даже в самом тексте отсылку к "войне с эму", но, все-таки, термин оставил, а отсылки убрал - это, в конце концов, перевод. Также отмечу, что теория Пенроуза и Хамероффа о квантовой природе сознания, на которую есть отсылка в тексте, в целом пока не подтверждается, но я считаю - хорошо, что она существует и подпитывает развитие квантовых вычислений.

Дорогая, любимая. Мне непросто писать из-за холода — 70 градусов ниже ноля и только палатка защищает… Мы оказались в тупике, и я не уверен, что мы справимся. Во время короткого завтрака я пользуюсь небольшой толикой тепла, чтобы написать письма, готовясь к возможной кончине. Если с мной что-то случится, я бы хотел, чтобы ты знала, как много ты значила для меня. Заинтересуй сына естественными науками, если сможешь. О, моя дорогая, моя дорогая, как я мечтал о его будущем. И все же, моя девочка, я знаю, что ты справишься. Ваши портреты найдут у меня на груди. Я мог бы многое рассказать тебе об этом путешествии. Какие истории ты смогла бы поведать нашему мальчику, но, ох, какой ценой. Лишиться возможности увидеть твое милое, милое лицо. Я думаю, что шансов нет. Мы решили не убивать себя, и бороться до конца, чтобы добраться до лагеря. Смерть в борьбе безболезненна, так что не волнуйся за меня.

Чтобы создать что-то по-настоящему новое, порой достаточно сделать первый шаг: выйти из плоскости.

Начну этот рассказ с краткого отступления – истории, изложенной в книге «Код» Чарльза Петцольда.

Луи Брайль (1809 - 1852), знаменитый автор шрифта для слепых, от рождения слеп не был. Отец Брайля работал шорником, и девятилетний ребенок случайно попал себе в глаз острым инструментом, играя в отцовской мастерской. На один глаз он ослеп сразу, но затем инфекция быстро перекинулась и на второй глаз, в результате чего Луи полностью утратил зрение и оказался в парижском приюте Валентина Гаюи (1745 - 1822), который в 1784 году основал в Париже «Мастерскую трудящихся слепых», а в 1806-1818 годах занимался аналогичной работой в Санкт-Петербурге.

Именно Валентин Гаюи впервые попытался разработать тактильный шрифт для слепых. Он делал рельефные отпечатки латинских букв, которые затем должны были на ощупь изучать его воспитанники. Тем не менее, эта система оказалась малоэффективной и непонятной, поскольку Гаюи не смог поставить себя на место слепого человека, вообще не представляющего, что такое визуальное восприятие буквы. Система Брайля, сделанная ослепшим для слепых, оказалась гораздо более эффективной и семантически насыщенной, чем изобретение его учителя.   

Сегодняшний пост (что не вполне обычно для моего блога) не претендует на научную достоверность и во многом является попыткой резюмировать мысли на тему, обозначенную в заголовке. Основным материалом, побудившим меня к написанию этого поста, стал текст уважаемого Дмитрия Тюлина «Старение и бессмертие: взгляд биолога», а также дискуссия под ним. Также меня заинтересовала статья Николая Мушкамбарова о биологии мейоза, на которую ссылается Дмитрий Тюлин. Этот материал натолкнул меня на две линии размышлений и выводов, которыми я хочу здесь поделиться.

Сегодня я решил вернуться к уже несколько отшумевшему событию — застреванию контейнеровоза «Ever Given» в Суэцком Канале. Освещение этой темы в новостях показалось мне однобоким: корабль, который кажется динозавром по сравнению с аналогичными судами, ходившими еще 20 лет назад, сел на мель в самом узком месте глобальной транспортной системы, чем нанес заметный убыток всей мировой экономике, а также серьезно пошатнул репутацию гонконгской компании, которая его зафрахтовала.

Многие источники, в том числе Sputniknews, указывали, что высветившаяся при этом уязвимость Суэцкого канала должна (на фоне глобального потепления) подстегнуть развитие Северного Морского Пути.

В качестве контекста я рассмотрю эти проблемы, в том числе критику и потенциальные достоинства Северного Морского Пути. Но мне кажется, что возникший казус привлекает внимание не только к логистике и уязвимости морских контейнерных перевозок, но и к тому, каковы перспективы неледокольного атомного флота – и какие заметные достижения в области строительства гражданских грузовых атомоходов уже есть.  

Когда планета – не планета? Когда идут гелиевые дожди? Как вода одновременно может быть в твердом и жидком состоянии? Чтобы ответить на эти вопросы, ученые берут вещества, из которых обычно состоят планеты, подвергают их экстремальному давлению и смотрят, что получится.

Приветствую моих постоянных читателей и тех, кто сюда зашел впервые.

По мере того, как мой блог на Хабре продолжает приобретать узнаваемые очертания и читательскую аудиторию, я размышляю о том, какие его черты я хотел бы сохранить, и что объединяет наиболее успешные мои статьи – согласитесь, дискуссии на десятки и сотни комментариев, не сводящиеся к банальным холиварам, не могут не вдохновлять.

На данный момент мне кажется, что читателю хочется не только узнать о настоящем, но и заглянуть в будущее. То есть, мне нравится делать обоснованные экстраполяции на основе тех фактов, которые я беру за основу статьи.

Именно поэтому я не мог пройти мимо инфографики, найденной здесь. Статья Дэвида Алайона (David Alayon) написана в феврале 2018 года и называется «Things to come. A timeline of future technology» (Что впереди: технологическая хронология будущего). Автор сделал красивую подборку технологий, которые могут быть внедрены в течение ближайших тридцати лет, поступив при этом именно так, как я описал выше: аргументированно экстраполировав настоящее в будущее. Просто скопировать и перевести эту хронологию было бы недостаточно; вдобавок, картинка у автора вышла очень длинной. Поэтому я разберу ее на отдельные иллюстрации, охарактеризую каждую из упомянутых технологий, а также отмечу, на какие из тем этой хронологии планирую написать статьи в моем хаброблоге.

И бесконечного количества пар «частица-античастица» в вакууме тоже нет.

Выражение «виртуальная частица» часто попадается в физике и в научно-популярных объяснениях квантовой теории поля. Но на самом деле виртуальных частиц как таковых не существует. Сегодня мы поговорим о том, зачем (и в каком виде) нужны виртуальные частицы, и почему их не существует. 

Одна из неотменимых романтических целей космонавтики – поиск внеземной жизни. Человечество становится все прагматичнее, ресурсы и труд инженеров все дороже, а ошибки все болезненнее (хотя и реже) – но мечта найти внеземную жизнь остается вечно свежей, гуманистической и ефремовской. Найти бы хотя бы бактерий.

Сегодня я хотел вновь затронуть эту тему, так как при переходе такой мечты в практическую плоскость возникает ответ на первый вопрос: где мы будем искать внеземную жизнь? Пока он кажется довольно очевидным: там, где нежарко, и где есть жидкая вода.

Действительно, мы активно ищем и находим воду на Марсе и на Луне, но нельзя сказать, что климат там тепличный. Марсианские озера, скорее всего, являются реликтом древней гидросферы, а вода на Луне может быть интересна скорее специалистам отечественной гелиодобывающей промышленности, чем экзобиологам. 

Но в Солнечной Системе есть места, где воды действительно очень много. Речь о больших спутниках Юпитера и Сатурна. В свите Юпитера это: Европа, Ганимед и Каллисто, а у Сатурна наиболее интересен ледяной спутник Энцелад. Не так давно на Хабре появлялись свежие материалы о физико-химических (или даже можно сказать – экологических) условиях на Энцеладе. Поэтому полагаю, что и безотносительно потенциальной обитаемости больших спутников у планет-гигантов стоит поговорить о том, откуда на них вода, почему там настолько тепло, и какова может быть роль больших спутников в будущих беспилотных и, возможно, пилотируемых исследованиях Солнечной системы.

Я только начинаю путешествие в сферу обратного проектирования интегральных схем (ICRE), но меня уже совершенно обуяла страсть к данной отрасли. Кроме компьютерных и электротехнических аспектов ICRE, для работы в этой сфере нужны обширные знания по физике и химии. Поначалу химическая составляющая меня пугала, поскольку химию я почти не знал. Не говоря уже о том, как опасна работа с продуктами, необходимыми для вскрытия (декапсуляции) и послойного препарирования чипов.

Верите ли, я готовился около 2 лет, прежде чем реально инвестировать в лабораторию. Я не хотел переходить к первому эксперименту, пока не приобрету все оборудование, нужное для безопасной работы, и не приму необходимые меры предосторожности. Общеизвестно первое правило химии: во всех ситуациях кроме нештатных на каждом шаге необходимо знать, что делать дальше. Однако, я человек настолько увлекающийся, что, если я вижу цель, ничто не может заставить меня свернуть с пути к ней.

В сюжете «Батавия» из книги «История Европы» Норман Дэвис рассказывает о жутком виде исправительных работ, применявшихся в Голландии в XVII веке. Осужденного помещали в запечатанную камеру, где был только насос и кран с текущей водой. Несчастному приходилось постоянно эту воду откачивать, иначе он рисковал захлебнуться. Подобная экзекуция применялась для перевоспитания тунеядцев и в миниатюре представляла именно тот культурно-географический контекст, в котором развивались Нидерланды. Так воспитывался «батавский характер».

Сегодня донельзя сложно читать о том, что государство Кирибати то ли тонет, то ли просто имитирует, чтобы под благовидным предлогом купить земли у Фиджи. Тем не менее, при ощутимом подъеме уровня моря – в XXI веке уровень моря может повыситься на 1 метр – мы продолжаем проявлять батавский характер и активно развиваем технологии возведения искусственных островов. 

Экспериментально подтверждается, что элементарная частица должна превысить скорость света, если квантовомеханическим образом «туннелирует» через стену. 

От автора перевода: статья переведена в качестве продолжения материала "Новая волна в исследованиях варп-двигателя. Решение Ленца и что из него следует". В ней затрагивались новейшие научные данные о возможности сверхсветовых перемещений в макромире. Предлагаемый перевод затрагивает смежную проблему - квантовое туннелирование на микроуровне, с описанием соответствующих экспериментов и первых выводов, сделанных на их основе. Для тех, кто дочитает, в конце оставлена ссылка на научно-фантастический рассказ. В качестве обложки использована иллюстрация Дарьи Сокол с сайта "scientificrussia.ru",

Едва только были открыты радикальные уравнения квантовой механики, физики открыли один из страннейших феноменов, допускаемых этой теорией.

«Квантовое туннелирование» демонстрирует, сколь глубоко отличаются элементарные частицы, например, электроны, от макроскопических объектов. Например, бросьте мяч о стену – и он отскочит. Дайте ему скатиться на дно ложбинки, и он останется там. Но частица в первом случае может случайно проскочить сквозь стену. У частицы есть шанс «проскользнуть через гору и выкатиться из ложбинки», как написали в журнале Nature двое физиков в 1928 году, в одной из самых ранних характеристик квантового туннелирования.

Физики быстро обнаружили, что способность частиц туннелировать сквозь барьеры позволяет разрешить многие тайны. Эта способность объясняет и различные химические связи, и радиоактивный распад, и термоядерный синтез в недрах Солнца, где ядрам водорода удается преодолеть взаимное отталкивание и слиться – в результате чего возникает солнечный свет.

Но физиков одолело любопытство, сначала умеренное, а потом по-настоящему болезненное. Сколько же времени требуется частице, чтобы туннелировать сквозь барьер?   

Проблема заключалась в том, что ответ получался бессмысленным.

Первые ориентировочные подсчеты времени туннелирования были опубликованы в 1932 году. Возможно, в частных разговорах такие оценки делались даже раньше, но «когда получаешь ответ, с виду не имеющий смысла, ты его не публикуешь», - отмечает Эфраим Стейнберг, физик из Университета Торонто.

Только в 1962 году инженер Томас Хартман из «Texas Instruments» написал статью, в которой открыто принимал шокирующие выводы, проистекавшие из математики.

Хартман обнаружил, что по принципу действия барьер напоминает короткое замыкание. Когда частица туннелирует, она тратит на перемещение меньше времени, чем если бы барьер отсутствовал. Еще поразительнее оказалось вот что: он рассчитал, что при утолщении барьера практически не увеличивается время, нужное частице, чтобы через него туннелировать. Таким образом, при наличии достаточно толстого барьера частица могла бы перескочить с одной его стороны на другую быстрее, чем свет преодолел бы то же расстояние в вакууме.

Короче говоря, квантовое туннелирование открывает возможность для сверхсветовых перемещений, которые, казалось бы, в физике не допускаются.

“Настоящие поводы для беспокойства появились только после открытия эффекта Хартмана,” – сказал Стейнберг.

Эта дискуссия закручивалась десятилетиями, отчасти потому, что вопрос о времени туннелирования затрагивает один из наиболее загадочных аспектов квантовой механики. «Отчасти он касается общей проблемы, которая позволила бы понять, что такое время, и как время измеряется в квантовой механике, и что это значит,” сказал Илай Поллак, физик-теоретик из Института Вейцмана в Израиле. Со временем физики вывели не менее 10 альтернативных математических выражений, описывающих туннелирование во времени, и каждое из них отражает свой взгляд на процесс туннелирования. Ни один из этих вариантов не позволил решить проблему.

Но сегодня вопрос о том, как соотносится туннелирование и время, вновь обретает актуальность, благодаря серии виртуозных экспериментов, позволивших точно измерить время туннелирования в лаборатории.

Варп-двигатель — одна из тех концепций, которые кажутся преждевременно проникшими из фантастики в науку, притягательных и недостижимых. Как известно, варп-двигатель был «изобретен» во вселенной «Стар Трек» и представляет собой устройство, позволяющее космическому кораблю мгновенно перемещаться в пространстве из точки A в точку B, не совершая многолетних и многовековых перелетов на субсветовых скоростях. Этот двигатель работает на антивеществе и кристаллах дилития, поэтому, в сущности, авторы могли нарисовать его сколь угодно мощным, компактным и красивым, не ограничивая собственную фантазию. Для полноты картины приведу здесь его схему, взятую с сайта startreker.su.

Редко выпадает такая удача, что физическая идея возникает на кончике пера, а затем подтверждается экспериментально, спустя считанные годы. Наиболее известным примером такого рода является позитрон, первая античастица. Поль Дирак предсказал существование позитрона в 1930 году, и уже в 1931 Карл Андерсон получил и описал такую античастицу – за что в 1932 году Поль Дирак был удостоен Нобелевской премии по физике.

Совсем недавно схожая история произошла с Фрэнком Вильчеком, который в 2012 году задумался о существовании кристаллов времени.

11 марта исполнилось 10 лет со дня Великого японского землетрясения. Оно произошло у северо-восточного берега острова Хонсю, достигало силы 9 баллов по шкале Рихтера и надолго останется в истории как стихийное бедствие, спровоцировавшее тяжелейшую аварию на АЭС Фукусима-1.

В 2019 году компания HBO выпустила нашумевший сериал «Чернобыль», продемонстрировавший, что радиоактивное заражение – тема по сей день актуальная и единственная, которую можно жанрово охарактеризовать как «постапокалипсис сегодня». Трагедия Фукусимы пока ждет своего режиссера и своей Светланы Алексиевич, хотя и вполне сопоставима с Чернобылем по масштабам, а по стечению роковых обстоятельств, возможно, и превосходит его. Тем более, что Япония – первая страна, испытавшая на себе радиоактивное загрязнение, но при этом критически зависимая от атомной энергетики.

На фоне замечательной технологии 3D-принтинга в наши годы слегка потерялось другое инженерное направление – выращивание материалов. Эта исследовательская область до сих пор воспринимается как экзотическая, ориентированная, например, на выращивание кристаллов с заданными свойствами. Сегодня мы затронем несколько более узкую и интересную тему из этой области: поговорим о выращивании материалов на основе технологий управления микроорганизмами.

Давно известно, что микроорганизмы способны связывать кремний и кальций, сооружая прочные каркасы-скелеты. Одни из интереснейших примеров такого рода — скелеты диатомовых водорослей.

В 2004 году, на момент выхода фильма «Послезавтра», сохранялось ощущение, что подобный сюжет является фантастикой, преувеличением или просто страшилкой. Сегодня мы живем в мире, где уже превратилась в недавнюю историю филиппика Греты Тунберг, где рекордно обмелел водопад Виктория, а на Ямале зафиксирована вспышка сибирской язвы – болезнь сохранилась в трупе северного оленя, долгие годы пролежавшем в вечной мерзлоте, которая сегодня все сильнее тает. Буквально на момент подготовки этого материала читаем о беспрецедентном ослаблении Гольфстрима. Книга «Необитаемая Земля» в 2020 году стала бестселлером по версии «Нью-Йорк Таймс», и еще в 2020 году была издана на русском языке.

Но таковы жанры фантастики и постапокалиптики, а вместе с ними — и экологический дискурс — что по-настоящему грозные последствия глобального потепления остаются в тени, поскольку не слишком зрелищны, растянуты во времени и на данный момент маловероятны. Даже более маловероятны, чем сюжет «Послезавтра» в 2004 году. Я очень удивился, насколько скудно раскрыты в Рунете и практически не раскрыты на Хабре вопросы бесконтрольного парникового эффекта и влажной стратосферы – и сегодня хочу остановиться на них.

Как известно, из-за продолжающейся эпидемии затягивается ремонт и откладывается запуск Большого Адронного Коллайдера. Еще не так давно, в середине 2010-х, работа этого грандиозного ускорителя частиц позволившего в 2012 году обнаружить бозон Хиггса и достроить Стандартную модель, могла сравниться по масштабу только с открытием гравитационных волн. Два этих события настолько органично дополняли друг друга и отмечали как один из последних кирпичиков в здании Старой Физики, так и один из первых в основании Новой, что почти незаметным осталось одно экзотическое звено, связывающее эти открытия. Это звено – таинственная странная материя, возможное существование которой обсуждалось уже более 30 лет назад. Возникновение мельчайших частиц подобной материи (страпелек, о которых мы здесь еще поговорим) было серьезным поводом для беспокойства еще на этапе конструкции БАК. Кроме того, коллаборация LIGO, впервые зафиксировавшая гравитационные волны при столкновении двух черных дыр, также открыла и события другого рода: столкновения нейтронных звезд и столкновение черной дыры с нейтронной звездой с поглощением последней. Именно при таких столкновениях нейтронные звезды заметно деформировались. Это и позволяет предположить, что на самом деле нейтронные звезды не однородны, а имеют слоистую структуру, как, впрочем, уже предполагалось ранее. Вещество, находящееся внутри нейтронных звезд, не может быть похоже ни на один материал, известный нам из повседневного опыта. Согласно традиционной точке зрения, нейтронная звезда представляет собой буквально «огарок» от обычной звезды, «при жизни» сравнимой по массе с Солнцем. Поскольку такая звезда должна состоять не из атомов, а из максимально плотно прилегающих друг к другу нейтронов, предполагается, что это и есть максимально плотное вещество во Вселенной, «чайная ложка которого весит как гора Эверест». Но именно факт сжатия двух нейтронных звезд при столкновении, дал новый толчок к исследованию странной материи.