Физика

Привет всем любителям физики и физических экспериментов! Рады видеть вас в блоге нашего некоммерческого образовательного проекта GetAClass. В этой статье ведущий наших видеороликов Андрей Щетников расскажет про ускорение падающей цепочки. А в конце материала, как всегда, будет вопрос "на подумать".

Наш проект полностью некоммерческий и живет только за счет донатов неравнодушных людей. Мы будем рады и вашей поддержке! Каждый донат помогает нам выпускать контент и выкладывать его в открытом доступе.

Тамирес Лима, профессор-исследователь в области химической инженерии в Университете Дрекселя, изучает свойства густых, вязких жидкостей — таких, например, как мёд или патока, хотя в лаборатории чаще можно встретить полипропилен или сырую нефть. Используя экстенсиональную реологию (изучение деформации полимерных систем при вытяжении), Лима растягивает жидкости между металлическими пластинами, чтобы определить условия, при которых они начинают течь.

Несколько лет назад она проводила испытание в рамках проекта, осуществляемого совместно с нефтегазовой компанией Exxon Mobil, и в процессе испытаний услышала короткий, резкий треск. «Я подумала, что это машина», — сказала Лима. Но треск исходил от жидкости, которую растягивала машина: липкой чёрной смеси углеводородов. Вместо того чтобы растягиваться, жидкость сломалась.

Известно, что разрушения происходят в некоторых упругих сложных жидкостях, которые при определённых условиях могут вести себя как твёрдые тела. Но Лима работала с неупругой простой жидкостью. И даже при практически полном отсутствии упругости она разорвалась под воздействием нагрузки.

Любой кто имел дело с лазерами, например, в самом простом варианте, даже баловался с обычной красной лазерной указкой, замечал, наверное, одно интересное явление: если навести лазерный луч на какую-либо поверхность — поверхность оказывается как бы покрытой ярко сияющими мелкими блёстками, и этот эффект тем более заметен, чем с большего размера лазерный луч светит на поверхность — просто-напросто, из-за обычно неидеальности оптической системы лазера, бытовые недорогие лазерные указки красного цвета имеют достаточно большое* расхождение луча и этот луч освещает достаточно большую площадь, на которой этот эффект становится ещё более заметен. 

В прошлом, я думал, что «ну, просто луч настолько яркий, что подсвечивает малейшие шероховатости, ничего странного» — однако, как выясняется, науке этот эффект давно известен, за ним скрывается очень интересное явление и он может быть применён весьма любопытными способами! 

Данная статья — пример попытки найти мат.модель, которая бы объяснила кривую квантовых корреляций реалистично и локально.

Автор исходной модели — Джой Кристьян. Это реальный учёный, физик, который не принял стандартный вывод из теоремы Белла: что наблюдаемые корреляции нельзя объяснить локальной реалистической моделью.

Модель Джоя воспроизводит статистику квантовой запутанности. Но, как мы выясним, всё не так просто. В процессе, будет немного минималистичного научного дизайна. А начнём мы историю со школьной геометрии.

Кибернетика второго порядка выросла из парадоксальной задачи: как втянуть наблюдателя в описываемую им картину, чтобы система «отвечала» за собственную позицию. До сих пор эту проблему пытались решить либо уходом в бесконечный регресс мета-наблюдателей, либо введением субъективных понятий сознания.

В этой статье мы переводим проблему наблюдателя с языка философии на язык математики. Мы разделим наблюдателя на две дуальные структуры:

Акт (Различение) — свободную операцию на дискретном кубе состояний. Он меняет систему, но сам не может стать её состоянием (математический эквивалент «слепого пятна» Никласа Лумана).

Инвариант (Центр) — единственную неподвижную точку рекурсии, математически вынужденную на непрерывном пополнении системы (проявление «собственной формы» Хайнца фон Фёрстера).

Стык этих двух сторон устроен как изотропная граница — аналог ленты Мёбиуса, где дискретная логика склеивается с непрерывной топологией. Мы докажем теорему о невключимости наблюдателя и исследуем, почему попытка сделать его частью дискретной системы неизбежно её разрушает.

Возможно вы слышали, что по Калининградской области на днях прокатился Ураган Бернадетт. Кто-то возможно переживает по этому поводу, но сильные ветра, шторма и ураганы здесь дело обычное.

Итан Сигел, американский астрофизик-теоретик, научный журналист, автор рубрики “Спросите Итана” и один из пропагандистов современных научных знаний, утверждает, что, казалось бы, самый фундаментальный из всех законов, закон сохранения энергии, не работает в расширяющейся Вселенной... Но почему?..

@avshkol перевел эту статью (и снабдил несколькими критическими комментариями) для всех, кто хочет глубже вникнуть в проблему темной энергии и расширения Вселенной, но без сложных формул...

То, что свет нельзя обогнать, сложение скоростей, замедление времени — всё это стоит на обычном школьном синусе, которому угол сделали мнимым. Не метафора и не «похоже» — буквально та же функция. Давайте убедимся в этом сами.

Это финал серии. В первой синус был показан тенью вращающейся стрелки, во второй — каталогом из сорока с лишним мест, где эта тень лежит. А в конце каталога была ремарка, что у синуса есть гиперболический двойник, за которым стоит ещё пол-математики.

В основе всей статьи один ход, и он не мой — ему двести с лишним лет: подставить в синус мнимый угол. Операция законна с тех пор, как Эйлер переписал синус через экспоненту: ряду всё равно, веществен ли аргумент. Этим ходом Лобачевский объяснил свою геометрию, а Минковский — построил пространство-время; мы пройдём тот же путь с выводами. Итак: что такое sin(iθ)?

Путь: ход Эйлера → корень всего → круг и гипербола → геометрия Лобачевского → эмбеддинги нейросетей → относительность → малые углы → чёрная дыра → бонус: слово «синус» → итог

В один тихий день 2021 года во время пандемии Чжиюань Ван, тогда ещё аспирант Университета Райса, разгонял скуку, работая над странной математической задачей. Найдя для неё экзотическое решение, он начал задумываться, можно ли интерпретировать эти математические выкладки с физической точки зрения. В конце концов, он понял, что они, по-видимому, описывают новый тип частицы: такую, которая не является ни частицей материи, ни частицей, переносящей силу. Похоже, это было нечто совершенно иное.

Ван был полон желания превратить это случайное открытие в полноценную теорию новой, третьей категории частиц. Он поделился этой идеей со своим научным руководителем Каденом Хаззардом.

«Я сказал: „Не уверен, что это может быть правдой“, — вспоминает Хаззард, — „но если ты действительно этим увлечён, тебе следует посвятить этому всё своё время и бросить всё остальное, над чем ты сейчас работаешь“».

В январе этого года Ван, который сейчас является постдокторантом в Институте квантовой оптики имени Макса Планка в Германии, и Хаззард опубликовали уточнённые результаты работы в этой области в журнале Nature. Они утверждают, что третий класс частиц, называемый парачастицами, действительно может существовать, и что эти частицы способны давать нам необычные новые материалы.

Каждый раз, когда я пишу о физике элементарных частиц, я сталкиваюсь с моментом неопределённости относительно величины, которая, на первый взгляд, должна быть ясной. Сколько видов элементарных частиц, по-вашему, существует?

В экспериментах на Большом адронном коллайдере физики сталкивают пучки протонов, разбивая их на все возможные элементарные частицы. При этом у них есть невероятно точный набор математических уравнений, описывающих эти строительные блоки материи и все способы их соединения. Итак, поскольку известные частицы природы можно как эмпирически наблюдать, так и теоретически описать, можно было бы подумать, что их также легко можно сосчитать. Но, увы, нет. Я уже знала, что по причинам, которые мы увидим, подсчёт не так прост, как кажется.

Поэтому недавно я написала нескольким физикам, чтобы спросить, как каждый из них лично подсчитывает фундаментальные составляющие природы. Первый признак того, насколько сложен этот вопрос, проявился в ответе Дэвида Тонга, физика из Кембриджского университета и автора учебников, когда мы назначали видеозвонок: «Думаю, правильный ответ на ваш вопрос — не целое число!»

Картинка: Bespalko, S.; Mizeraczyk, J. Overview of the Hydrogen Production by Plasma-Driven Solution Electrolysis. Energies 2022, 15, 7508. https://doi.org/10.3390/en15207508

В прошлой статье мы обзорно подняли вопросы, касающиеся апгрейда и смены топлива для двигателей внутреннего сгорания, в том числе обратив своё внимание на достаточно нестандартные и нетипичные варианты — малознакомые широкой публике, как-то — «лить воду в двигатель», например. 

Многие рассмотренные вопросы мы затронули только вскользь, где, тем не менее, за многими из них стоит огромная теоретическая база наработок — как науки, так и энтузиастов. 

Поэтому, ввиду крайней интересности вопроса, в этой статье мы попробуем более подробно остановиться на одном из них (извлечение водорода). 

До начала рассмотрения, думаю, стоит ещё раз напомнить, насколько интересен рассматриваемый круг вопросов: по сути, от того, как увеличить эффективность двигателей внутреннего сгорания, перевести их на более доступное топливо, уменьшить его потребление — зависит решение насущных потребностей огромного количества людей…

← Начало

Закрываем крышку

Собранные нами детали приблизили нас к завершению изготовления камеры сгорания. Мы создали стенки блока цилиндров и подвижную нижнюю часть с поршнями. Осталось только закрыть её сверху, и здесь нам на помощь приходит головка блока цилиндров.

В центре практически каждой наблюдаемой массивной галактики находится сверхмассивная чёрная дыра. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба обнаружил, что некоторые из этих сверхмассивных чёрных дыр могут быть даже слишком большими для галактик, в которых они находятся, что ставит под сомнение представления астрономов об этих объектах и вызывает вопросы об их росте в ранней Вселенной. Астрономы по-прежнему исследуют многие ключевые вопросы, касающиеся этих загадочных и мощных объектов, и их изучение может помочь учёным понять, как формируются и растут галактики.

Я астроном, изучающий сверхмассивные чёрные дыры в других галактиках. Эти увлекательные астрономические объекты могут рассказать исследователям о том, как материя поглощается или выбрасывается из центра галактики и как это может влиять на другие процессы в галактике.

Наука приветствует смелые идеи. Допускается практически любая гипотеза, какой бы странной она ни казалась на первый взгляд. Разница между наукой и псевдонаукой заключается в готовности проверять эти идеи.

Как вам такая идея: может ли реальность содержать больше измерений, чем три пространственных направления, которые мы ощущаем каждый день? Это звучит как тот вид мысленного эксперимента, который больше подходит для научной фантастики. Однако в физике такая идея не заканчивается на спекуляциях. Напротив, она становится началом серьёзного исследования.

Физики задают сложные вопросы. Помогут ли дополнительные измерения решить существующую проблему? Можно ли их включить в математическую модель, которая и так уже довольно неплохо описывает природу? Позволяют ли они делать предсказания, которые можно проверить экспериментально? И, самое главное, существуют ли какие-либо наблюдения, которые в конечном итоге могли бы подтвердить — или опровергнуть — эту идею?

Эти вопросы занимают теоретических физиков уже более века. Хотя убедительных доказательств существования скрытых измерений найдено не было, эта концепция остаётся одной из самых интригующих гипотез современной физики.

На протяжении большей части истории человечества наше представление о близко расположенной к звезде планете определялось орбитой Меркурия с его 88-дневным периодом обращения и бесплодной, раскалённой поверхностью. Но с того момента, как мы начали открывать экзопланеты, стало совершенно ясно, что наша собственная Солнечная система — это отнюдь не ориентир для остальной части галактики. Планеты с периодом обращения всего в несколько дней встречаются удивительно часто, а близость к звезде приводит к явлениям, которые с нашей точки зрения кажутся причудливыми: металлические пары в атмосфере или атмосферы, раздутые до нелепо низкой плотности.

Теперь, по-видимому, мы можем добавить в этот список ещё одну странность: пересекающиеся магнитные поля. Исследователи обнаружили систему «звезда-планета», в которой наблюдается периодическое усиление яркости, которое можно объяснить взаимодействием магнитных полей обоих тел.

Солнце является не только центром нашей планетарной системы, но и одной из причин существования жизни на Земле. Солнечный свет является набором электромагнитных излучений, которые представлены ультрафиолетовым излучением, видимым светом и инфракрасным излучением. Ультрафиолет занимает около 5% по энергии от всего Солнечного излучения. Тем не менее именно с ним связано множество технологических процессов, от очистки воздуха до полимеризации пломб. Ультрафиолет обладает массой перспективных применений, если бы его было «больше». Ученые из Университета Кюсю (Фукуока, Япония) разработали твердотельную систему, способную конвертировать видимый свет в ультрафиолет. Из чего состоит данная система, как она работает, и где может быть использован созданные ею ультрафиолет? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Когда Шарлотта Мейсон размышляет о космических загадках, она любит рисовать. «Я довольно визуальный человек, — говорит она. — Обычно я делаю много рисунков, пытаясь разобраться в чём-то».

Мейсон, астрофизик из Центра «Космический рассвет» в Копенгагене, в последнее время заполняет страницы набросками «маленьких красных точек» — загадочных объектов, обнаруженных сотнями на снимках, полученных космическим телескопом Джеймса Уэбба. До ввода телескопа в эксплуатацию в 2022 году подобных маленьких красных точек никто не видел. Но теперь мы знаем, что они начали появляться в значительном количестве примерно через 650 миллионов лет после Большого взрыва.

Эти точки — лишь одна из захватывающих загадок, которые выявились в результате наблюдений «Уэбба» за ранней Вселенной. Среди прочих — чёрные дыры, которые кажутся невообразимо огромными для своего возраста, а также древние галактики, опровергающие то, что мы считали известным о первом миллиарде лет после Большого взрыва. Сначала учёные были ошеломлены: Вселенная, открытая «Уэббом», просто не вписывалась в наше понимание астрофизики. Сейчас волна новых теорий предлагает интригующие решения — но какие из них отражают реальность, пока неизвестно.

Привет всем любителям физики и физических экспериментов! На связи Татьяна Трубицына и проект GetAClass. Мы снимаем видеоролики по школьной физике -- и самые популярные из них переводим в текстовый формат для любителей лонгридов. Неделю назад я опубликовала первую статью на Хабре, и мы всей командой в восторге от реакции на нее. Благодаря вам мы всего за неделю залетели в ТОП-3 статей в хабе Физика за год. Спасибо всем за плюсы и комментарии! Вторая статья станет плавным продолжением первой и раскроет тему закона Бернулли, о котором вы писали в комментариях к первому материалу. Слово нашим ведущим: Андрею Щетникову и Алексею Колчину. Приятного чтения!

Наш проект полностью некоммерческий и живет только за счет донатов неравнодушных людей. Мы будем рады и вашей поддержке! Каждый донат помогает нам выпускать контент и выкладывать его в открытом доступе.

Изобретение в 19-м веке двигателя внутреннего сгорания совершило революцию перевозки по суше, воде и воздуху. Несмотря на то, что сегодня такие двигатели применяются повсюду, их внутреннее устройство для кого-то может продолжать оставаться загадкой. В этой статье я бы хотел объяснить работу всех основных частей двигателя, показанного в видео ниже.

Сложно обсуждать механическое устройство без визуализации его движения, поэтому многие демонстрации в этом посте анимированы.

Подобный двигатель может показаться сложным, но мы будем разбирать его, начиная с самых основ. На самом деле, мы начнём с гораздо более простого способа создания вращательного движения.

Мне хорошо запомнилось видео, где автор рассказывал про то, что многие люди находят свою работу бредовой и никому не нужной. Осмысленность труда - важная часть психологического комфорта, от которого зависит в том числе и продуктивность процессов. Если ты не понимаешь, зачем ты что-то делаешь, тяжелее исправлять и предугадывать собственные ошибки, а также сохранять концентрацию. В наше время люди часто впадают в личностные кризисы, которые симптоматически совпадают с депрессией, и я считаю эту проблему крайне серьезной, потому что проходил её сам. Я пытался решить системные проблемы с мотивацией и желанием жить с помощью терапии разных типов, в том числе и с использованием препаратов, но основной вклад в это внесли фундаментальная философия и фундаментальная физика. Я склонен считать, что на дистанции такая призма восприятия может помочь всем, поэтому решил ей поделиться.

Итак, начнем с определения. Большинство рассуждений о бессмысленности бессмысленны просто потому что никто даже не попытался сопоставить слово с каким-то конкретным физическим феноменом. Гуманитарии, которые обычно что-то якобы умное на эту тему вещают, опираются на личный опыт, на опыт каких-то философов, но не на самое надежное в человеческом знании - на научную картину мира. А ей есть много чего рассказать.

Начнем с того, что фундаментальные законы физики не только не запрещают жизнь, но и крайне её поддерживают в некоторых условиях. Жизнь - вещь упорядоченная и по умолчанию она распадается, однако размножается она в основном там, где есть условия для восстановления собственной структуры (обеспечены питание и прочие аспекты метаболизма). Таким образом, печально известный и демотивирующий многих второй закон термодинамики на самом деле скорее жизнеутверждающая вещь. Репликация, основа жизни с точки зрения физических процессов, стабильна во времени и жизнь как форма материи очень устойчива. Трудно представить себе сценарий, в котором жизнь полностью вымрет. Даже для вымирания человечества надо так сильно постараться, что никто стараться не будет.