Физика

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...

На первом курсе аспирантуры я проходил дисциплину «История и философия науки». Курс погружал в вопросы познания, разные философские теории и в саму суть научного поиска — в том числе в размышления о том, что значит быть учёным. Я не относился к этой дисциплине с восторгом, но она всё же зацепила меня — в ней было над чем подумать. Особенно когда хотелось отвлечься от работы над моделями электроснабжения АЭС и стендом по диагностике асинхронных двигателей.

К зачёту нужно было подготовить реферат о каком‑нибудь философе и его учении. Я выбрал Николу Теслу — инженера‑электротехника, которого по праву считают одним из гениев XX века. На первый взгляд выбор казался неожиданным: какое отношение учёный имеет к философии? Но вскоре стало ясно, что связь здесь глубокая.

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, которому 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 построил свою геометрию, а Минковский — пространство-время; пройдём его тем же ходом. 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.

При самых низких температурах во Вселенной материя начинает вести себя странно. Когда атомы охлаждаются до температуры чуть выше абсолютного нуля, они начинают проводить электричество без сопротивления, превращаться в облака «суперчастиц» или течь без трения и подниматься по стенкам сосудов.

Существование на самых мелких и холодных масштабах подчиняется законам квантовой статистики, которая определяет поведение бозонов и фермионов — двух семейств фундаментальных частиц, из которых, как считается, состоит всё во Вселенной.

Бозоны — это частицы, переносящие взаимодействия, такие как фотоны или бозон Хиггса. Множество таких частиц может занимать одно и то же квантовое состояние, а это означает, что неограниченное количество бозонов может «перекрываться» друг с другом и вести себя как когерентные волны.

Каждый, кто хочет выжить и не сойти с ума в этом безумном, изменчивом и непредсказуемом мире, стремится найти надёжную опору – что-то абсолютное, неизменное, лежащее в основе всего сущего и гарантирующее его стабильность. В наши дни уже мало кто верит в персонифицированного, антропоморфного Бога Ветхого Завета, который топит своих детей, как котят, ревнует избранный им народ к другим богам и приказывает ему истреблять другие народы. Теперь чаще встречается вера в Высший разум, Первопричину, космическую субстанцию, ну и конечно же в абстрактный Абсолют – бесконечно-вечное, совершенное, замечательное всеединство существа. Теологи отождествляют Абсолют с Богом, эзотерики – с неким информационным полем, Вселенской энергией или Душой мира, философы – с Мировым Разумом или сознательной Вселенной. Современные мистики осознаются фрактально-голографической частью Целого, созерцают Абсолют в каждой козявке и достигают Нирваны, не дожидаясь слияния капли с Океаном, а преисполняясь настолько, что сам Океан целиком вливается в каплю. Но всё это не более, чем игры разума красивыми словами или психоделический опыт, полученный в изменённом состоянии сознания.

В этой и следующей статье я приведу вас к такому Абсолюту, на фоне которого все вышеупомянутые откровения покажутся детским лепетом. Не слушайте тех, кто говорит, что Абсолют абсолютно недоступен разуму, недостижим в своём величии, непостижим в своей мудрости, непознаваем в своей силе и необъясним в своём блаженстве. Мой тезис прямо противоположен: Абсолют достижим, и достижим только рациональным способом. Чтобы это аргументировать, нам придётся разобраться, что является причиной всех причин, есть ли у Вселенной достаточное основание быть, могут ли законы физики измениться в любой момент, не является ли вера в их постоянство религиозной верой, ну и конечно же ответить на главный вопрос метафизики: почему существует нечто, а не ничто?

Это третья часть статьи об энергоэффективном электромоторе для сапборда, разработка которого была описана в моих предыдущих публикациях «Сапборд с мотором и немного о физике» и «Сапборд с мотором и немного о химии».

Предыдущая часть завершилась успешными испытаниями на озере, в процессе которых сапборд показал скорость 8 км/ч при мощности мотора 120 Вт, что позволило изрядно поплавать с компактным литий-ионным аккумулятором емкостью 324 Вт·ч на протяжении всего дня.

В данной статье я не пытаюсь дать ответ на вопрос "что такое сознание". Сложная проблема сознания слишком сложна, и неизвестно, получим ли мы когда-либо ответ. Однако я хочу простукать стены физических теорий, чтобы по глухому найти пустоты, где может разместиться сознание и свобода воли, не нарушая физических законов.