Физика

Две независимые группы исследователей в Вене и Пекине одновременно создали первые ядерные часы, которые отсчитывают время по «сжатию и разжатию» атомных ядер тория, тяжёлого радиоактивного элемента. Эти ядерные часы настолько точны, что потеряли бы одну секунду лишь за несколько миллионов лет. Результаты были опубликованы в журнале Nature.

Первые ядерные часы пока не вытеснят всемирную сеть атомных часов, на стабильный ход которых мы полагаемся в GPS и при определении секунды. Не стали они и самым точным хронометром: лучшие атомные часы примерно в 10 000 раз надёжнее и потеряли бы одну секунду лишь более чем за 100 миллиардов лет.

Ядерные часы работают, направляя лазер на ядро атома и отсчитывая, с какой частотой ядро переключается между двумя конфигурациями, называемыми изомерами. Для изменения конфигурации атомных ядер обычно требуется очень много энергии, но есть одно исключение: изотоп торий-229.

В 2003 году исследователи поняли, что следует искать резонансную частоту тория-229. Учёные решили направить на ядра лазер точно нужной частоты и заставить их колебаться между «сжатым» и «разжатым» состояниями. Подсчитывая эти быстрые колебания, можно было бы создать часы. После двух десятилетий поисков несколько групп исследователей определили резонансную частоту тория-229, соответствующую длине волны 148 нанометров, глубоко в ультрафиолетовой части спектра.

Последним необходимым элементом часов была петля обратной связи. Подобно тому как маятниковые часы постепенно замедляются и их приходится заводить, частота лазера может дрейфовать. Чтобы решить эту проблему, группы в Пекине и Вене разработали системы, позволяющие измерять и корректировать частоту лазера, стабилизируя ход часов.

Я создал сайт, в котором указаны удивительные факты о разных произведениях искусства. artatlas.site. Сайт идеально подходит для того, чтобы втянуть человека со стороны в мир искусства.

Вот одна из удивительных историй человека, который был не признан, но хотел доказать всему миру, что он чего-то стоит. Движимый больше обидой он создавал и продавал поддельные картины. Таким образом и разбогател. Никто не верил, что он сам смог создать такие качественные подделки, но он доказал всему миру и превратился в народного героя.

Привет всем любителям физики и физического эксперимента! Как работает цепная передача в велосипеде и какие силы участвуют при этом? Может ли сила трения покоя разгонять велосипед? Для чего в разных условиях надо использовать разные передачи (с точки зрения физики)? И наконец, какой возникает парадокс, когда мы описываем движение велосипеда в разных системах отсчета? Будем, так сказать, изобретать велосипед. Приятного чтения!

Anthropic сообщила о девятипетлевом расчёте Claude — поднявшем ранее опубликованный результат для этой амплитуды с восьми до девяти петель.

Разбираясь в новости, я восстановил с ИИ вычисления из своего диплома о графене и обнаружил ошибку, оставшуюся после защиты. Здесь показываю процессную декомпозицию как один из способов контролировать научный код от ИИ: входы, выходы, контракты, независимые проверки, проверки проверок и намеренные дефекты для контроля качества.

Материал изложен постепенно, от простого к сложному, от основ к научным результатам. От уравнения Шрёдингера и одной петли постепенно доходим до bootstrap и символов.

В статье 95 иллюстраций, включая анимации, полный Python-код, семь воспроизводимых опытов вычислений с помощью Python и квантовый пикторализм, как одна из возможных концепций в качестве основы научного кода будущего для квантовой теории.

Более полувека назад была опубликована небольшая статья Стивена Хокинга, где был выдвинут контринтуитивный тезис: чёрные дыры излучают, а значит, испаряются, теряют массу, и иногда (при малых массах) это происходит с резким ускорением темпов излучения и исчезновением самой чёрной дыры (отсюда и интригующее название о «взрывах» чёрных дыр). Это одна из первых (и, пожалуй, пока одна из немногих удачных за все 52 года!) попыток применить квантовые методы к объекту, описываемому ОТО Эйнштейна.

До сих пор не было доступного широкой аудитории перевода этой статьи на русский язык, профессиональные физики‑теоретики использовали англоязычный аналог. @avshkol взялся не только исправить ситуацию с переводом, но и добавить к работе Хокинга разъясняющие комментарии, которые сделали бы её текст доступным для более широкой аудитории, интересующейся физикой.

Стрела времени — все различия между прошлым и будущим — увлекательная тема, потому что она связывает повседневные явления (память, старение, причинно‑следственные связи) с глубокими вопросами физики и философии. В её основе лежит тот факт, что энтропия со временем возрастает, а это, в свою очередь, можно проследить до особых условий в ранней Вселенной. Дэвид Уоллес — один из ведущих мировых философов, занимающихся основаниями физики, включая пространство и время, а также квантовую механику. Мы обсуждаем, как возрастание энтропии порождает стрелу времени и какие особенности ранней Вселенной делают это возможным. Затем мы неизбежно связываем эту историю с чертами многомировой (эвереттовской) интерпретации квантовой механики.

Дэвид Уоллес получил в Оксфордском университете степени доктора философии по физике и по философии. В настоящее время он занимает должность профессора философии науки имени У. А. Меллона, работая одновременно на кафедре философии и на кафедре истории и философии науки Питтсбургского университета. Он автор книги «Возникающий мультивёрс: квантовая теория согласно эвереттовской интерпретации» (The Emergent Multiverse: Quantum Theory According to the Everett Interpretation). Среди его наград — премия Лакатоса за выдающийся вклад в философию науки. Его последняя книга — «Философия физики: очень краткое введение» (Philosophy of Physics: A Very Short Introduction).

В прошлой статье мы начали разбирать спецэффекты в кино до появления компьютерной графики. И узнали, что уже в те годы вполне свободно совмещали между собой несколько слоев изображения иди могли впихнуть в кадр двух персонажей, сыгранных одним актером. Теперь переходим к вещам посложнее.

25 марта 1938 года Этторе Майорана собирался сесть на паром из Неаполя в Палермо. По крайней мере, он купил на него билет. В тот же вечер 31-летний итальянский физик отправил письмо Антонио Каррелли, директору Института физики в Неаполе, извиняясь за неудобства, которые вызовет его «внезапное исчезновение». Формулировка звучала как нечто окончательное и потому зловещее. Однако Майорана, по-видимому, почти сразу же передумал. Он отправил ещё одно сообщение, в котором давал понять, что от прежнего решения отказался. Но в итоге всё равно исчез. Никаких его подтверждённых следов так никто и не нашёл.

Одного этого уже было бы достаточно, чтобы сделать Майорану одной из самых загадочных фигур в истории физики. Но этой тайне становится ещё труднее сопротивляться из-за того, над чем он работал незадолго до исчезновения.

Энрико Ферми, который не славился раздачей щедрых комплиментов, по некоторым данным, отнёс Майорану к той же категории людей, что и Галилей с Ньютоном. Не просто выдающийся учёный. Не просто физик, способный на важные открытия. Гений.

В 1937 году, за год до своего исчезновения, Майорана опубликовал необычную статью, в которой исследовал возможность, казавшуюся почти абсурдной. Что, если частица может быть одновременно и своей собственной античастицей?

На протяжении десятилетий это оставалось одной из тех удивительных и одновременно тревожных теоретических идей, которыми так богата физика: математически обоснованных, концептуально причудливых, экспериментально нерешённых.

И тут в историю вступили нейтрино. Почему-то всякий раз, когда физики создают достаточно изящную картину того, как устроена реальность, нейтрино имеют привычку проникать через боковую дверь и разбрасывать мебель. Они практически не взаимодействуют с материей. Они пролетают сквозь целые планеты. Они меняют свою «идентичность», летя через космос. В течение многих лет мы думали, что у них нет массы, а потом природа сообщила нам, что, на самом деле, нет — у них всё-таки есть масса. Они повсюду, но для их обнаружения требуются героические запасы терпения, денег и подземных пород. И теперь они могут заставить нас переосмыслить нечто ещё более фундаментальное: что именно мы имеем в виду, когда говорим «частица»?

Ультрафинитизм — философию, которая отвергает бесконечность, — долго считали математической ересью. Но он же помогает делать открытия в математике и за её пределами. 

Дорон Цайльбергер — математик, который уверен: у всего есть конец. Как ограничены мы сами, так ограничена и природа, а значит, и числа. Выгляните в окно: там, где другие видят непрерывный мир, который неумолимо течёт от мгновения к мгновению, Цайльбергер видит Вселенную, которая тикает, как часы. 

В прошлой статье я выдвинул интересную идею, которую никогда до этого не встречал в интернете — гашение вибраций и гашение звука на домашних компактных фрезерных станках, например, известного и широко распространённого типа 3018.

Как я рассказывал, одним из, пожалуй, основных проблемных моментов для использования ЧПУ-станков на дому является шум, причём не шум двигателей (с этим-то как раз можно жить, он довольно щадящий), а шум режущего инструмента, в основном фрез, которые издают довольно противный визг на больших оборотах во время обработки материала.

Проблема особенно усугубляется на относительно жёстких материалах: фрезеровка печатных плат (вырезание по контуру), а также обработка металлов.

В ходе размышления над этой проблемой мне пришла в голову довольно интересная мысль: «А что, если обработку производить под толстым слоем жидкости, в частности воды или жидкого, гелеобразного мыла?!»

Как я писал в прошлой статье, я весьма плотно искал хоть какой-нибудь прецедент, чтобы пытались гасить звук таким образом, и не нашёл!

Да, льют СОЖ (смазывающе-охлаждающую жидкость) в зону резания относительно тонким слоем — но в основном только для постоянного вымывания продуктов обработки (проще говоря, стружки и пыли) и смазки/охлаждения инструмента во время работы.

Но покрывать деталь толстым слоем жидкости именно для гашения вибраций и звука (грубо говоря, залить её толстым слоем жидкости и вести обработку прямо под ней) — похоже, что не додумался вообще никто (не факт, но есть такое подозрение ;-) )!

Ввиду того, что у меня уже есть цельнометаллический ЧПУ-станок серии 3018, про который я писал вот тут, мне показалось совершенно непростительным, если бы эта интереснейшая мысль по поводу глушения жидкостью осталась в виде непроверенной теории!

Я никак не мог этого допустить, и работа закипела… :-)

Итан Сигел (американский астрофизик‑теоретик и научный журналист, автор рубрики «Спросите Итана», один из пропагандистов современных научных знаний), спешит рассказать подробнее, за что дали Нобелевскую премию по физике 2026 года, причем одному-единственному человеку, Фрэнсису Халцену.

@avshkol , в свою очередь, оперативно перевел эту статью, поскольку мы наблюдаем действительно редкий случай: один лауреат, и не за научное открытие, а за постановку очень сложного эксперимента, да ещё он был далеко не единственным (есть ещё русские на Байкале, с 1980-х строящие не меньших размеров телескоп и японцы, впервые поймавшие нейтрино от сверхновой)...

Итан Сигел (американский астрофизик‑теоретик и научный журналист, автор рубрики «Спросите Итана», один из пропагандистов современных научных знаний), пытается разобрать в одной из ключевых проблем современной физики: Что не так с бозоном Хиггса?

@avshkol сделал перевод статьи, ведь его тоже волнует вот это: Когда в далёком уже 2012 году (14 лет прошло!) был обнаружен предсказанный ещё в 1960-х бозон, казалось, что будет решена загадка массы, а значит, и гравитации, а значит, искривления пространства-времени, а там кротовые норы, всякие-разные гипердвигатели... Но воз и ныне там, и как будто мы всё ещё застряли в тех 60-х, когда открыли бозон, и... что дальше?..

Так что не так с бозоном Хиггса?.. или с нашей физикой?.. или с нашими ожиданиями от этого бозона?

Если вы думаете, что два персонажа, сыгранные одним актером, могли оказаться в одном кадре и даже взаимодействовать лишь после появления компьютерной графики, то глубоко ошибаетесь. Кинематографисты научились создавать совершенно невозможные сцены задолго до того, как цифровые спецэффекты стали нормой. Маски, многократная экспозиция, оптические принтеры, рирпроекция, дорисовки на стекле и еще десятка два технологий, на которых почти сто лет зиждилось кинопроизводство.

Как вообще вырезать актера из фона без компьютера? Почему фон за актерами сначала был синим, а потом вдруг стал зеленым? Что такое оптический принтер и что на нем можно сделать помимо совмещения кадров? И чем на самом деле занимались первые компьютеры на съемках? Давайте узнаем обо всем этом.

Камера, мотор, поехали!

Возможно, вы слышали об этом в новостях. Мы здесь, в Mindscape, обычно не следим за новостями. Мы не бросаемся за каждой срочной новостью, пытаясь рассказать вам о последнем повороте в научных или иных интеллектуальных открытиях. Но иногда стоит слегка изменить правила и сделать что-то немного иначе. Итак, возможно, вы слышали о пресс-релизе эксперимента LUX-ZEPLIN, или просто LZ. Это эксперимент глубоко под землей, где ищут темную материю, ожидая, что изредка частица темной материи попадет в их детектор, столкнется с ядром и оставит сигнал. И вот новый результат: множество экспериментов уже довольно давно занимаются этим, и теперь они увидели событие, которое не могут объяснить. Мы разберемся с этим по двум причинам. Во-первых, это может быть темная материя, а это было бы очень захватывающе. Сейчас результат совсем не обладает высокой статистической значимостью. Это лишь слабый намек. Совершенно точно не стоит из-за него слишком волноваться. Но к нему все же стоит отнестись серьезно, верно? В конце концов, это люди, которые знают свое дело. Они приложили все усилия, чтобы опровергнуть интерпретацию этого события как возможного сигнала темной материи. Именно так поступают хорошие экспериментаторы, когда получают странный сигнал, чего-то не ожидавшегося или потенциально очень захватывающего.

Я отчётливо помню, как около пятнадцати лет назад вёл коллоквиум с приглашённым докладчиком, который рассказывал о гравитационно-волновой обсерватории LIGO, только начавшей собирать данные. Сопоставив достигнутую чувствительность с той, которую ещё предстояло получить, слушатели после доклада вполголоса пришли к ясному выводу: "У них ничего не выйдет". Разумеется, теперь мы знаем, что всё вышло, и объявление об обнаружении гравитационных волн в 2016 году принесло в 2017-м Нобелевскую премию Райнеру Вайссу, Кипу Торну и Барри Бэришу. Поэтому мне особенно приятно пригласить в подкаст самого Кипа Торна. Кип немного рассказывает об истории LIGO и высказывает несколько решительных суждений о Нобелевской премии. Но его долгая и яркая карьера этим не ограничивается, так что мы также поговорим о том, возможно ли отправиться через червоточину в прошлое, и о его будущих планах в кино после успеха "Интерстеллара".

Кип Торн получил докторскую степень по физике в Принстонском университете и сейчас является почётным профессором теоретической физики имени Ричарда Фейнмана в Калифорнийском технологическом институте. Его признают одним из ведущих в мире исследователей общей теории относительности; он внёс важный вклад в изучение гравитационных волн, чёрных дыр, червоточин и релятивистских звёзд. Его роль в основании эксперимента LIGO и руководстве им была отмечена Нобелевской премией 2017 года. Он написал и стал соавтором множества книг, среди которых знаменитый своей увесистостью учебник "Гравитация" (Gravitation). Торн был исполнительным продюсером фильма 2014 года "Интерстеллар", основанного на первоначальной идее, которую он разработал вместе с Линдой Обст. Он получил слишком много премий, чтобы перечислить их здесь, а также участвовал в нескольких знаменитых пари.

Disclaimer: в преддверии ожидания публикации от OpenAI новых решенных задач (которые не вошли в DevDay, как хотелось бы) делюсь обзором на понимание, зачем человечеству открытые задачи науки и как они улучшают нам жизнь.

Наука у меня обычно ассоциируется со знанием: законы, уравнения и теоремы с доказательствами. Но передовые открытия устроены наоборот, и главную часть составляют открытые задачи, то есть гипотезы, истинность которых пока не известна. Такие задачи показывают границы не только наших знаний, но и наших методов мышления.

А вот попытка решить фундаментальную задачу часто оказывается важнее самого ответа.

Описание движения планет потребовало от Ньютона и Лейбница создать математический анализ, без которого не обходится современная инженерия. Уравнения Максвелла предсказали электромагнитные волны и через несколько десятилетий дали нам радио. Теория чисел столетиями считалась образцом бесполезной математики, а теперь на ней держится криптография. Триста лет попыток доказать Великую теорему Ферма породили огромную инфраструктуру теории чисел и алгебраической геометрии, вершиной которой стало доказательство Уайлса. 

Поэтому вопрос о практической пользе нерешённой задачи поставлен неправильно, ведь мы заранее не знаем, какие инструменты придётся изобрести.

Иногда задача показывает, что неверна сама исходная картина мира. Аномалию орбиты Меркурия не удалось исправить поправкой к механике Ньютона, для неё понадобилась общая теория относительности.

ВОЛКОВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

Описан проведенный автором эксперимент по проверке вывода СТО о материальности (инертности) энергии. В качестве носителя энергии в эксперименте использовались звуковые волны. Наличие массы у звуковых волн предполагалось выявить по возникновению их взаимодействия с гравитационным полем Земли.

Рассматривалось два вида этого взаимодействия: падение звуковых волн, как тел имеющих массу, в поле тяжести Земли, и возникновение гравитационного красного смещения их частоты. В эксперименте был использован второй вид взаимодействия.

Приведены: расчеты и техника проведения эксперимента, анализ полученных результатов и выводы из них следующие.

Введение.

Считается, что вывод специальной теории относительности (СТО) Альберта Эйнштейна о том, что энергия имеет массу, подтвержден во множестве экспериментов, в которых наблюдается эффект не сохранение отношения заряд/масса электрически заряженных частиц в процессе их движения и/или участия в ядерных реакциях (дефект масс). В рамках СТО этот эффект объясняется тем, что масса частицы состоит из двух компонент – массы покоя и массы ее потенциальной/кинетической энергии. Вторая компонента является переменной, что при постоянном электрическом заряде дает переменное значение отношения заряд/масса.

Аргументом в пользу такого объяснения считается также и то, что тезис материальности энергии лежит сейчас в основе огромной пирамиды теоретических конструкций, выводы которых подтверждены в многочисленных опытах. Однако эффект не сохранение отношения заряд/масса не является прямым доказательством материальности энергии поскольку его можно симметрично объяснить связью с энергией не массы частиц, а их заряда. Такое предположение является более сильным, поскольку позволяет описать не только явления, которые относятся к прерогативе СТО и ОТО, но и включить в это описание ряд новых эффектов [1]. Наличие же такой альтернативы делает необходимость прямой поверки тезиса материальности энергии вполне актуальной.

Описан проведенный автором эксперимент по проверке вывода СТО о материальности (инертности) энергии. В качестве носителя энергии в эксперименте использовались звуковые волны. Наличие массы у звуковых волн предполагалось выявить по возникновению их взаимодействия с гравитационным полем Земли.

Обычно считается, что механика сплошных сред и классическая термодинамика уже сведены к статистической и квантовой механике. Так, Стивен Вайнберг в книге 'Мечты об окончательной теории' рассматривает сводимость теорий более высоких уровней организации с использованием метафоры стрел объяснений: 'Мы ищем универсальные истины о природе и, когда мы их находим, пытаемся объяснить их, показав, каким образом они выводятся из еще более глубоких истин. Представьте себе пространство научных принципов, заполненное стрелками, указыва­ющими на каждый принцип и исходящими из тех принципов, которыми объясняются последующие. Эти стрелы объяснений уже сегодня выявляют любопытную структуру: они не образуют отдельных, не связанных с другими, скоплений, соответствующих независимым наукам, и они не направлены хаотично и бесцельно. Наоборот, все они связаны, так что если двигаться к началу стрелок, то кажется, что все они выходят из общей точки. Эта начальная точка, к которой можно свести все объяснения, и есть то, что я подразумеваю под окончательной теорией.'

В этой статье я рассмотрю идею Вайнберга на примере горения свечи. Майкл Фарадей в книге 'История свечи' (1861 год) отметил следующее: 'Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут. Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания.'

Есть одна очень популярная фраза, которую можно встретить практически в любом разговоре о теории относительности. Звучит она просто и красиво - фотон не испытывает времени.

И эта, казалось бы, безобидная, но странная формулировка плодит множество интересных идей. Тут вам и что фотон до сих пор легко воспринимает реальность с динозаврами, поскольку время для него всегда 0. И что фотон видит сразу весь жизненный цикл Вселенной. И что фотон, напротив, не ощущает хоть какую-то стрелу времени и может перемещаться из прошлого в будущее и обратно. Сценариев море и все они больше подходят для научной фантастики и выглядят, конечно же, очень интригующе.

Жизнь сэра Роджера Пенроуза поистине удивительна. Он внёс огромный вклад в наше понимание общей теории относительности — возможно, больший, чем кто‑либо после самого Эйнштейна: диаграммы Пенроуза, теоремы о сингулярностях, процесс Пенроуза, гипотеза космической цензуры — и это лишь начало списка. Он внёс важный вклад и в математику, придумав, среди прочего, такие занятные вещи, как треугольник Пенроуза и апериодические замощения. Кроме того, он выдвигал смелые гипотезы в общеизвестно спорных областях квантовой механики и исследований сознания. В свободное время он успел стать чрезвычайно успешным автором таких книг, как «Новый ум короля» (The Emperor’s New Mind) и «Путь к реальности» (The Road to Reality). Тем для разговора было гораздо больше, чем мы могли охватить, поэтому решили сосредоточиться на пространстве‑времени, чёрных дырах и космологии, но всё же оставили время, чтобы под конец обсудить квантовую механику и мозг.

Сэр Роджер Пенроуз — почётный профессор математики имени Рауса Болла Оксфордского университета. Это выдающийся математический физик, внёсший значительный вклад в общую теорию относительности, дифференциальную геометрию и топологию, теорию графов и космологию. Он автор ряда научно‑популярных и технических книг. Среди его многочисленных наград — медаль Дирака по теоретической физике, медаль Копли и премия Вольфа (прим. переводчика: в 2020 году он также получил Нобелевскую премию; интервью было записано в 2019 году).