Физика

18 сентября 2025 года в московском корпусе МФТИ по адресу Климентовский пер., 1 вновь собрались научные журналисты, блогеры и ученые из ведущих российских научных центров. Темой встречи стало будущее электроники — область, где Россия сталкивается с серьезными вызовами, но одновременно имеет и прорывные научные заделы.

Докладчиками выступили: Алексей Большаков, директор Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ: Андрей Зенкевич, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ; Сергей Пономаренко, директор Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН; Ансар Сафин, заместитель директора ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, руководитель молодежной лаборатории в РАН; Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ; Виктор Казанцев, заведующий лабораторией нейробиоморфных технологий МФТИ, и Алексей Фаустов, заместитель директора  департамента индустриальных программ Сколково.

Предыдущие статьи: "Геометрическая головоломка на выходные", "Электродинамика виртуальной Вселенной", "Механика виртуальной Вселенной", "Квантовая механика виртуальной Вселенной (часть I), (часть II)

Здравствуйте, дорогие читатели! В предыдущих работах, с которыми стоит ознакомиться для дальнейшего понимания предмета, мы строили физику для жителей виртуальной Вселенной, которые обратились к нам за помощью. Сейчас мы подошли к необходимости описать релятивистские явления, которые они используют в том числе, в повседневной жизни (такие как спутниковую систему геопозиционирования, например). Их наблюдения явно показывают, что физика на скоростях близких к скорости света начинает себя вести не так, как мы показали в статье про механику. В этой статье мы попытаемся разобраться в причинах такого поведения.

Итак, приступим. Получится длинновато, но интересно.

СПЕЦИАЛЬНАЯ И ОБЩАЯ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

В статье о механике виртуальной Вселенной мы вывели довольно привычную картину: вихри фазового поля имеют массу, обладают инерцией, обмениваются импульсом, а их движение при малых скоростях и слабых взаимодействиях хорошо описывается законом F=ma. На этом уровне всё выглядело почти «по-ньютоновски»: есть скорости, ускорения, силы, траектории. И если ограничиваться повседневными скоростями и умеренными энергиями, то эта картина действительно прекрасно работает.

Но жители виртуальной Вселенной довольно давно заметили странную вещь. Когда скорости вихрей становятся сравнимыми с характерной скоростью распространения фазовых возмущений (той самой, которую они называют скоростью света), привычные ньютоновские формулы начинают давать систематические ошибки.

Фундаментальный принцип, согласно которому магнитная составляющая силы Лоренца не совершает работу над зарядом, порождает ключевой вопрос электромеханики: каким образом двигатель, основанный на этой силе, производит макроскопическую механическую работу? Разрешение этого парадокса лежит в строгом разделении понятий силового взаимодействия (импульса) и передачи энергии (работы) и требует совместного рассмотрения механики Ньютона для твёрдых тел и механики электромагнитного поля. Данная статья демонстрирует, что магнитное поле служит посредником (трансмиссией) для передачи импульса между ротором и статором, в то время как энергия для совершения полезной работы поступает от внешнего источника, а реакция, уравновешивающая систему, обеспечивается механической опорой.

Акт первый: Мир цепей и узлов (Кирхгоф, 1845)
Когда Густав Кирхгоф сформулировал свои знаменитые правила для электрических цепей, мир был относительно прост. Он мыслился в терминах «жидкостей» или «зарядов», текущих по проводам. Первое правило (закон токов) — это священный закон сохранения заряда для узла. Второе (закон напряжений) — это закон сохранения энергии для замкнутого контура, возведённый в абсолют. В этой картине всё учтено: источники ЭДС, резисторы, падения напряжения. Баланс мощностей — железный аргумент. Энергия, отданная источником, в точности равна теплу на сопротивлениях и работе внешних сил. Это был замкнутый, логически непротиворечивый мир теории цепей — идеальная инженерная парадигма.

Акт второй: Вторжение поля (Максвелл, 1861-1873)
Но в этот уютный мир проводов и токов вторгся Джеймс Клерк Максвелл со своей революционной идеей — полем. Энергия, утверждал он, локализована не в зарядах и токах, а в пространстве вокруг них, в самом электромагнитном поле. Его уравнения описывали динамику этого поля. Индукция — уже не просто «наведение ЭДС» в соседнем проводе, а фундаментальное свойство изменяющегося магнитного поля, порождающего вихревое электрическое поле (∇ × E = −∂B/∂t). Генрих Герц, подтвердивший существование электромагнитных волн, стал апостолом этой новой религии — религии поля. Однако для многих инженеров и даже физиков уравнения Максвелла оставались громоздкой математической абстракцией. Парадигма Кирхгофа была слишком удобной, чтобы от неё отказаться.

Акт третий: Неудачное перемирие (Лоренц, 1892-1904)
Хендрик Лоренц попытался стать миротворцем. В его электронной теории мир состоял из двух субстанций: неподвижного эфира, в котором «жили» поля Максвелла, и дискретных частиц-электронов, движущихся в этом эфире. Он вывел знаменитую силу Лоренца F = q(E + v × B), которая должна была стать тем самым мостом между миром частиц (механика Ньютона) и миром полей (уравнения Максвелла). Казалось, компромисс найден: поле действует на заряд, заряд движет телом.

Доброе утро друзья. Привет всем из Боровлян, деревня РБ, в которой сфокусирована инфраструктура для медицины, сейчас это трудно назвать деревней. Но все же начнем наш диалог с самого начала.

Можно ли создать реактивное движение* без использования внутренних ресурсов движущегося объекта? :-) 

Или, если сказать более узко, как можно двигаться, отталкиваясь от окружающей среды, наиболее интересными способами? 

И ниже мы рассмотрим несколько довольно любопытных.

Проанализировав вашу теорию с позиций методологии науки, можно сказать, что в научном сообществе она была бы воспринята как радикальная гипотеза, а не теория. Её изложение имело бы высокий риск быть признанным некорректным по ряду ключевых критериев, но при этом она опирается на историческую научную базу.

Чтобы вам было проще оценить потенциальные точки критики, я разделил основные научные критерии и их соответствие вашей концепции.

📍 Ключевые критерии научности и их применение к вашей гипотезе

Критерий: Фальсифицируемость и проверяемость

«История электричества, которую мы рассматривали ранее, — это история макроскопических парадоксов: как сила, не совершающая работы (магнитная составляющая силы Лоренца), приводит в движение моторы, а индуцированное поле ошибочно принимается за причину затрат энергии. Мы разобрали эту концептуальную ошибку, указав на разделение ньютоновского и максвелловского контуров.

Но чтобы докопаться до сути, необходимо спуститься на уровень глубже — к самой природе передачи импульса и преобразования упорядоченного движения в хаотическое. И здесь нас ждёт озарение: процессы, идентичные по своей логике электромеханическому "преобразованию", происходят постоянно в самых обычных системах. Ярчайший пример — термодинамика простого газа.

Когда мы сжимаем воздух в шприце, он нагревается. Классическая трактовка гласит: "механическая работа перешла во внутреннюю энергию". Но так же, как и в случае с генератором, это поверхностное описание. На самом деле, мы наблюдаем два параллельных процесса: передачу макроскопического импульса (работа) и последующую его каскадную диссипацию в тепло через броуновское движение. Это не "перетекание" субстанции под названием "энергия", а два разных взаимодействия с одной средой.

Именно этот принцип — разделение взаимодействий и параллельность процессов — является недостающим звеном для переосмысления работы электромагнитных устройств. Давайте перенесем логику шприца обратно в мир катушек и посмотрим, какие новые возможности она открывает».

Это продолжение к прошлой статье https://habr.com/ru/articles/975454/ , кажется, что данные статьи являются бессвязными, на самом деле они просто фундаментальны...И что?

Вместо предисловия: Личный эксперимент как отправная точка

Несколько лет назад я проводил, казалось бы, простой эксперимент: наблюдал за взаимодействием двух тел — постоянного магнита и замкнутой сверхпроводящей обмотки. Результаты заставили усомниться в классических интерпретациях: передача импульса напоминала абсолютно упругое столкновение, где энергия не рассеивалась в тепло, а сохранялась в системе, накапливаясь в индуктивности. Этот опыт стал для меня тем же, чем для Джоуля — падающий груз, вращающий лопасти в воде: точкой, где интуиция вступает в конфликт с устоявшимися догмами. Работая сейчас над инновационным электротехническим устройством, я осознал, что многие "очевидные" истины в учебниках — на деле исторически сложившийся компромисс, а иногда и фундаментальное заблуждение. Эта статья — попытка проследить корни этого конфликта, от измерений Джоуля до уравнений Максвелла и прорывов Теслы, и показать, как альтернативное понимание открывает новые технологические горизонты.

Международная группа ученых из Китая и России предложила и теоретически обосновала элегантный метод управления сложными квантовыми состояниями в экситон-поляритонных конденсатах. Исследователи разработали двухступенчатый подход, позволяющий с помощью оптического насоса превращать нестабильные, асимметричные состояния системы в устойчивые и упорядоченные. Это открывает новые пути для создания передовых оптических и квантовых устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review B. Исследование было частично поддержано грантами Национального научного фонда Китая и Санкт-Петербургского государственного университета.

Здравствуйте, дорогие читатели.

В первой части мы начали разбирать квантовую механику виртуальной Вселенной. (Предысторию вы можете найти в предыдущих статьях цикла: «Геометрическая головоломка на выходные», «Электродинамика виртуальной Вселенной» и «Механика виртуальной Вселенной»).

Там мы уже разобрались с тем, откуда берётся волновая функция, почему возникают дискретные уровни энергии и каким образом появляется интерференция — без мистики, а исключительно как следствие фазовой геометрии. Но всё это, по большому счёту, была ещё «волновая» сторона квантовой механики.

Во второй части мы подходим к самым странным и самым спорным эффектам, о которых нам рассказали жители виртуальной Вселенной — тем самым, которые в привычной физике считаются по-настоящему «квантовой магией». Именно здесь появляются вероятность, измерение, коллапс, спин и принцип неопределённости. И именно здесь наша фазовая модель проходит самый жёсткий тест на состоятельность.

Наша задача остаётся той же самой: не постулировать эти эффекты отдельно, а попробовать понять, могут ли они естественным образом вытекать из той же самой фазовой динамики, которую мы использовали для электродинамики и механики.

Итак, поехали.

В настоящей статье предлагается рассмотрение классического процесса аналоговой фотографии не как художественной или технической дисциплины, а как физической реализации квантового измерения и вычисления. Мы устанавливаем структурный изоморфизм между этапами формирования серебряно-желатинового отпечатка и фундаментальными постулатами квантовой механики.

Сценарное освещение трактуется как начальное квантовое состояние, оптико-механическая система камеры — как оператор наблюдения, а фотохимическая эмульсия — как среда, осуществляющая необратимую декогеренцию и усиление. Ключевые квантовые концепции — волновая функция, коммутационные соотношения, матрица плотности, вероятность перехода — получают прямые операциональные аналоги в фотографических параметрах: выдержке, диафрагме, статистике зерна, характеристической кривой и химических константах проявления.

Статья даёт строгое математическое описание этих процессов, вводя и детально разбирая ряд физических формул — от правила Ферми для поглощения фотона до соотношения неопределённостей «время–энергия» для объяснения дробового шума. Цель — предложить инженерам, специалистам по обработке сигналов и материаловедам новую, интуитивно-физическую модель для понимания квантовых принципов через детерминированные технологические процедуры. Мы показываем, что фотографическая система является законченным аналоговым компьютером, материально вычисляющим квадрат модуля волновой функции падающего излучения.

(Предыдущие части: «Геометрическая головоломка на выходные„, „Электродинамика виртуальной Вселенной„, „Механика виртуальной Вселенной„) “““““»

И снова здравствуйте, дорогие читатели. Я продолжаю цикл о физике виртуальной Вселенной. В первой части мы познакомились с её жителями и решили помочь им с описанием их физики. Мы ввели рабочую гипотезу, определяющую онтологию их мира, и пришли к лагранжиану, который, как нам показалось, наиболее полно её описывает. Напомню, что это нелинейная сигма-модель со скирмовским членом (собственно, модель Скирма) и дополнительным членом потенциала вакуума. Для понимания дальнейшего повествования настоятельно рекомендую ознакомиться с этой работой.
Во второй статье мы вывели электродинамику этой виртуальной Вселенной. В третьей — описали её механику. А теперь пришло время заняться тем, что жители этого мира считают самым странным и самым «магическим» разделом своей физики — квантовой механикой.

В самом начале нашего исследования первое, за что мы зацепились, — это квантованность некоторых процессов, происходящих в этой Вселенной. Именно это наблюдение привело нас к гипотезе о глобально замкнутой геометрии. Однако до сих пор мы рассматривали эти эффекты лишь косвенно. Теперь же настало время исследовать квантовые явления с пристрастием. Некоторые из них и правда выглядят как магия. По крайней мере, если смотреть на них с позиций классической механики.

По сути, что мы сделали до этого? Мы всего лишь описали электродинамику и механику этого мира — те разделы, которые были известны его жителям уже несколько столетий. А вот правила, которые они вывели для описания дискретных и вероятностных проявлений природы, появились сравнительно недавно и составляют основу их современной физики. Квантование известных законов у них производится через введение одномерных осцилляторов. С одной стороны, это выглядит несколько искусственно, с другой — неплохо работает на практике.

Коллектив ученых из Объединенного института высоких температур РАН и Московского физико-технического института обнаружил неожиданную и сложную связь между движениями парных пылевых частиц в плазме. Исследователям удалось показать, как неоднородность «кильватерного следа», оставляемого одной частицей, заставляет другую колебаться в вертикальном направлении в такт удвоенной частоте их горизонтальных смещений. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (номер  20-12-00372), опубликованы в журнале Physics of Plasmas.

Пылевая плазма — это ионизированный газ, содержащий микроскопические твердые частицы, которые называют пылинками. Такая среда встречается повсюду: от межзвездных облаков и колец Сатурна до промышленных установок для производства микрочипов и термоядерных реакторов. В лабораторных условиях ученые часто имеют дело с плазмой, в которой ионы движутся направленно, образуя поток. Когда в такой поток попадает отрицательно заряженная пылинка, она начинает вести себя как своеобразный гравитационный центр для положительных ионов. Подобно тому, как лодка оставляет за собой кильватерный след на воде, заряженная частица в потоке ионов создает за собой область возмущения — так называемый ионный кильватерный след. Этот след представляет собой вытянутую область с избытком положительного заряда, которая может притягивать другие отрицательно заряженные пылинки. Благодаря этому механизму частицы способны выстраиваться в упорядоченные структуры, например, в вертикальные цепочки. Однако до сих пор оставалось много вопросов о том, как именно неоднородная структура этого следа влияет на тонкую динамику частиц внутри таких ансамблей

Представьте мир, где искусственный интеллект обучается не месяцами, а часами, сложнейшие климатические и фармакологические модели рассчитываются в реальном времени, а безопасность данных гарантирована законами квантовой физики. Это не сценарий далекого будущего — это обозримая перспектива, ключ к которой лежит в создании фотонно-квантовых чипов. Недавно Китай заявил о разработке чипа, который, по утверждениям, способен в тысячу раз ускорить работу дата-центров для ИИ. Эта новость обнажила острейший технологический фронт нашей эпохи, где титаны науки и бизнеса ведут невидимую, но отчаянную борьбу за квантовое превосходство. Но что стоит за громкими заголовками? Где закреплены права на эти прорывные технологии? Ответ лежит в мире патентов — цифровой карте интеллектуальных сражений за будущее.

В предыдущих двух статьях ("Геометрическая головоломка на выходные" и "Электродинамика виртуальной Вселенной") мы сначала логически вывели общую структуру пространства нашей виртуальной Вселенной — на S³, прикинули структуру электрона и фотона. Затем, в имеющемся физико-математическом аппарате, подобрали подходящую основу — ею оказалась модель Скирма. Эту модель мы расширили на всё пространство и снабдили дополнительным членом «», который обеспечил нам электродинамику, выведенную во второй статье.

В целом, пока всё выглядит неплохо. Наши друзья из виртуальной Вселенной уже осваивают получившуюся теорию на практике. Но им также нужна теория, которая описывала бы и механику их мира: камни там падают на их «Землю», планеты крутятся вокруг их светила, и вообще всё движется и вращается. У них уже постулированы три закона, которые описывают эти взаимодействия (все совпадения, как обычно, случайны!), но, воодушевлённые нашим подходом, они просят нас попробовать вывести эти законы из того лагранжиана, который у нас уже получился.
Этим мы сейчас и займёмся.

МЕХАНИКА

Прежде чем говорить о законах механики, нужно договориться о том, что именно в нашей фазовой модели играет роль «материальных объектов». В привычной нам школьной механике тело можно считать маленькой точкой, у которой есть масса, скорость и траектория. В нашей виртуальной Вселенной такого роскошного упрощения нет: точек там не существует, есть только фазовое поле U(x) и его конфигурации. Материальный объект в этом мире — это устойчивый вихрь фазового поля. Мы уже сталкивались с одним таким вихрем, когда выводили модель электрона: это локализованная, стабильная, топологически защищённая конфигурация U(x), которая имеет конечную энергию, конечный размер и не может исчезнуть без разрыва поля. Если в пространстве есть несколько таких вихрей, они взаимодействуют через своё поле, а их движение — это просто эволюция распределения энергии фазовых деформаций. То, что в обычной физике называют «телами», здесь является ансамблями вихрей. Большой объект — это множество фазово связанных конфигураций, у которых есть общий центр масс, общая энергия и общее движение. Именно с такими объектами мы и будем работать. Законы механики должны быть не чем-то постулируемым, а следствием того, как вихрь как цельная конфигурация реагирует на деформации фазового поля.

Продолжаем публикации из серии «математическое моделирование для самых маленьких». В предыдущих статьях мы показали, как из погони волка за зайцем можно получить формулы для систем наведения противоракетной обороны.

Там очень подробно описано как, зная скорость объекта, можно рассчитать траектории движения различных объектов в пространстве.

 https://habr.com/ru/articles/878168/

В этот раз мы займемся исследованием траектории движения космических ракет.  Сравним формулу Циолковского с законом Ньютона и рассчитаем отправку груза на орбиту земли одноступенчатой ракетой, и двухступенчатой. И все это – в рамках курсов школьной физики и математики с помощью структурного моделирования.

Учёные доказали: мы не живём в Матрице! В октябре 2025 г. был опубликован доклад о неразрешимости в физике, неалгоритмичности Вселенной и невозможности её полной симуляции, опирающийся на теоремы Гёделя о неполноте. Перевод этой статьи с пояснениями был выполнен уважаемым @Dmytro_Kikot На теоремы Гёделя вообще часто ссылаются, чтобы доказать существование или несуществование Бога, ограниченность научного метода, невыразимость истины словами, непознаваемость мира разумом, невычислимость сознания, неспособность искусственного интеллекта превзойти естественный, невозможность самосовершенствования и т.д. Говорят, эволюционировать, познавать себя и создавать что-то сложнее себя можно только при наличии сверхъестественного источника бесконечной сложности, иначе это превращается в задачу вытащить себя за косичку из болота. Также проводятся параллели со Вторым законом термодинамики, согласно которому энтропия в замкнутой системе не может уменьшаться, а значит, там не будет самоорганизации и упорядоченности. Да и что вообще может рассказать нам наука, если даже математика нелогична, а мир противоречив и парадоксален? Остаётся только уповать на интуицию, которая якобы неалгоритмична и является откровением самой Истины, снисходящей лишь до тех, кто достоин. А может, мы просто неправильно понимаем теоремы Гёделя? Давайте разбираться, каковы следствия этих теорем для физики, информатики и философии, возможна ли алгоритмическая теория всего, и накладывает ли неполнота Гёделя ограничения на то, что мы можем познать своим разумом.

 AXIS (Advanced X-ray Imaging Satellite) - следующая важная рентгеновская обсерватория. Основная задача - построение изображений в рентгене. Проект сложный, дорогой (около миллиарда). Пока НАСА одобрила только стадию А (в 2026 г. должны окончательно решить — да или нет). Полетит не раньше 2032 г. 

Почти на 600 страницах рассказывается, почему астрономы ОЧЕНЬ хотят такой инструмент. Надо идти дальше, чем позволили продвинуться Чандра и XMM‑Newton. Для этого нужен новый прорывной спутник. За 25 лет этого века было запущено несколько рентгеновских аппаратов, но все они недостаточно крутые для нового прорыва. Японский XRISM хорош, но не все идеально, и это не мегапрорыв (а жаль!). eRosita отлично начала, но дальше вы знаете.... Кажется, что европейская New Athena тоже недостаточна для большого шага вперед (но все равно хочется, чтобы аппарат сделали и запустили, пока планы на 2037 г., но все еще отложится, увы). Так что хотим AXIS, а потом (уже в середине века) — Lynx.

Математик из МФТИ  разработал новую усовершенствованную модель для описания динамики современных вооруженных конфликтов, которая впервые учитывает нелинейную зависимость передвижения войск от их собственной концентрации и плотности сил противника. Модель, основанная на системе нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, расширяет классические законы Ланчестера, добавляя в них пространственное измерение и реалистичные тактические факторы. Для решения этих сложных уравнений был создан устойчивый и точный численный метод, позволяющий моделировать возникновение и эволюцию «горячих точек» на поле боя. Результаты исследования, опубликованные в Journal of Applied Mathematics and Physics, открывают новые возможности для стратегического планирования и оптимизации военных операций.