Представьте себе нейрон в человеческом мозге. Или ветвь старого дерева. Или тончайшую сеть капилляров под кожей. На первый взгляд — совершенно разные вещи, рожденные разными законами и эпохами эволюции. Но современная физика все чаще показывает: природа любит повторять удачные решения. Иногда — с почти математической точностью.

Недавно ученые сделали шаг, который еще пару десятилетий назад показался бы эксцентричным: они взяли инструменты теории струн — одной из самых абстрактных областей теоретической физики — и применили их к… биологии. Результат оказался неожиданно наглядным.

Более ста лет господствовала простая и интуитивная гипотеза: живые системы формируют свои сети так, чтобы минимизировать длину. Меньше длина — меньше материала, меньше энергии, выше эффективность. В математике такие сети описывались как тонкие линии или провода, соединяющие точки кратчайшим путем. Эта идея выглядела красиво, но при сравнении с реальными биологическими структурами она регулярно давала сбои: тройные и четверные разветвления, тонкие боковые отростки, ветви, растущие почти под прямым углом.Согласитесь, с точки зрения минимизации длины — странно и невыгодно. С точки зрения живых систем — повсеместно.

Международная научная коллаборация совершила качественный скачок в проверке границ квантового мира, впервые продемонстрировав интерференцию искусственных металлических наноструктур.

Представьте на секунду, что самое важное в машине — то, что заставляет её двигаться, — вдруг стало мягким, бесшумным и практически вечным. Не металлическим, скрипучим и ломким, а гибким, текучим... почти живым. Звучит как сцена из научно-фантастического романа, верно? Но именно это сейчас происходит в научных лабораториях. Физики и инженеры один за другим совершают тихую революцию, отказываясь от привычных шестерёнок и валов. И что самое удивительное — замену они нашли буквально под рукой: в самой обычной жидкости.

Вот уже тысячи лет принцип передачи движения не менялся: зуб одной железной шестерёнки цепляется за зуб другой. Но недавно команде из Нью-Йоркского университета удалось перевернуть этот принцип с ног на голову. Всё началось с простого, почти школьного эксперимента. Учёные взяли два гладких цилиндра, которые можно было сдвигать и раздвигать, и погрузили их в прозрачный аквариум. Но вместо воды они залили туда смесь воды и глицерина — густую, вязкую жидкость, похожую на сироп. Один цилиндр подключили к моторчику, а за вторым внимательно следили датчики. И тогда произошло нечто удивительное.

Топология пришла в физику из математики и поначалу выглядела почти философским украшением. Она изучает не форму как таковую, а то, что остаётся неизменным при любых плавных деформациях. Бублик и чашка с ручкой — классический пример: их можно мять, растягивать, но пока не разорвешь материал, они будут оставаться эквивалентными, потому что в каждом из них есть по одному отверстию. Или ещё проще: возьмите гладкую верёвку и завяжите на ней узел. Вы можете тянуть её, изгибать, сжимать, растягивать — узел будет менять форму, становиться туже или свободнее, но он не исчезнет. Чтобы от него избавиться, нужно внести координальные изменения: разрезать верёвку или протащить конец сквозь петлю. Топология как раз и занимается такими свойствами — тем, что нельзя устранить никакими «мягкими» деформациями, пока система остаётся целой. В физике идея оказалась неожиданно практичной. Выяснилось, что квантовые состояния электронов в кристалле тоже могут обладать такой «узловой» структурой — не в реальном пространстве, а в пространстве возможных состояний.

Все, кто когда‑либо смотрел на часы в ожидании чего‑то важного! Отложите свои дела. То, о чем я расскажу, перевернет ваше представление о времени. Ученые из Университета Торонто совершили прорыв, который позволяет нам не просто измерить время, а услышать идеальную тишину его хода.

Вся история цивилизации — это поиск идеального ритма. Но все наши маятники и кварцевые резонаторы были попытками измерить секунду по колебаниям ветра. В 1967 году мы, казалось, нашли абсолют: эталоном секунды объявили 9 192 631 770 колебаний атома цезия. Но и у этого триумфа был изъян.

Проблема в том, что атомы при комнатной температуре похожи на толпу на стадионе — они находятся в постоянном движении, сталкиваются и создают невообразимый шум. Выделить чистый сигнал из этого хаоса — невероятно сложная задача. Чем выше температура, тем сильнее этот шум, поэтому, чтобы избавиться от него, логично заморозить систему. Учёные из Торонто создали первые в мире криогенные оптические часы на одном-единственном ионе стронция.

Представьте себе Лондон, 1860-е годы. Эпоха пара, газа и невероятного технического прогресса. В этом мире жил человек по имени Джон Генри Пеппер — ученый, лектор и, как оказалось позже, шоумен.

Однажды инженер по имени Генри Диркс показал Пепперу устройство, основанное на старой театральной уловке, известной еще в XVI веке — «призрачном зеркале». Первое известное описание этого эффекта относят к работе Джамбаттиста делла Порта 1584 года «Magia Naturalis», в которой описана иллюзия под названием «Как мы можем видеть в камере вещи, которых нет». Принцип, на котором строится эта оптическая иллюзия, не что иное как обычное отражение света, описанное еще в XI веке Ибн аль‑Хайсамом (Альхазеном) в «Книге оптики». Пеппер превратил физический принцип в магию, получившую имя «Призрак Пеппера».

В чем же состоит эффект:

В этом году Нобелевскую премию по физике получили Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис за «прохождение сквозь стены», помните: как в Гарри Поттере на платформе 9 3/4?