Физика

^{Sean McGrath}

Проживая большую часть жизни в городах, задыхающихся от пыли, люди вынуждены придумывать способы от неё избавиться, так как отсутствие пыли в воздухе, это не только комфорт, но и здоровье — ведь пыль бывает и практически не извлекаемая из органов дыхания, накапливаясь десятилетие за десятилетием (привет, силикозу, и прочим радостям). 

И здесь, на первый план выходит один из очень интересных видов фильтрации воздуха, придуманный достаточно давно — электростатический фильтр.

Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н.Л. Духова (ВНИИА), Евгений Андрианов и Олег Толстихин, разработали теорию, которая показывает, как казалось бы пассивное облако свободных электронов, рожденных при ионизации газа мощным лазером, способно кардинально изменять саму квантовую природу этого лазерного света. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review A и отдельно особо отмеченная редакцией (Editors’ Suggestion), предсказывает формирование так называемых неклассических и негауссовых состояний света, включая состояния с кольцеобразной функцией Вигнера, что открывает новые пути к созданию и управлению светом для будущих квантовых технологий.

Проблема глобального потепления является одной из самых острых и, простите за каламбур, глобальных. Изменения климата, вызванные множеством факторов, в том числе и техногенных, оказывает существенное влияние на многие аспекты жизни планеты и ее обитателей. За последние десятилетия было предложено немало стратегий по борьбе или хотя бы замедлению данного процесса. Некоторые из них перспективны, другие требует серьезных вложений, но есть и весьма спорные. К таковым относится распыление отражающих аэрозолей в верхних слоях атмосферы, что должно уменьшить поступающее на поверхность Земли солнечное излучение. Ученые из Колумбийского университета (Нью-Йорк, США) провели исследование, в котором подчеркнули все негативные последствия такого «грубого» метода борьбы с глобальным потеплением. Что именно удалось выяснить ученым, и перевешивают ли найденные недостатки потенциальные преимущества? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Амплитуэдр — это геометрическая фигура, обладающая почти мистическими свойствами: вычислив её объём, вы получите ответ на ключевой вопрос физики о том, как взаимодействуют частицы. 

Молодой математик из Корнеллского университета Павел (Паша) Галашин обнаружил, что амплитуэдр связан с оригами — искусством складывания бумаги. В доказательстве (октябрь 2024) он показал: узоры оригами можно перевести в набор точек, образующих амплитуэдр. Иными словами: способ складывания бумаги и способ столкновения частиц приводят к одной и той же геометрической форме. 

«Паша уже проделал блестящую работу, связанную с амплитуэдром», — сказал Нима Аркани-Хамед, один из авторов идеи амплитуэдра, изобретённого в 2013 году. «Но это для меня совершенно новый уровень». 

Опираясь на связь с оригами, Галашин решил открытую гипотезу: импульсный амплитуэдр можно разрезать на простые части, соответствующие физическим расчётам. Проще говоря, части амплитуэдра действительно соединяются так, как и должно быть. 

Результат не только связывает две разные области — математики уже исследуют, какие ещё идеи можно перенести по этому мосту. Они используют его, чтобы лучше понять амплитуэдр — и ответить на другие вопросы в гораздо более широком диапазоне контекстов. 

Привет, друзья! На связи Алексей Разин. Я работаю инженером‑оптиком в Яндексе и уже четвёртый год занимаюсь разработкой лидаров. Мы с командой сделали несколько устройств, и сегодня я хочу поделиться с вами своими мыслями и опытом в сфере разработки лидаров — приборов, которые играют ключевую роль в развитии автономного транспорта. 

Разработка лидаров — это сложный и увлекательный процесс, который требует от команды разработчиков компетенций и знаний в области оптики, механики, электроники и программирования. Порой в процессе разработки лидаров приходится сталкиваться с нереалистичными требованиями. Например, нужно, чтобы лидар имел большой угол обзора, большую дальность действия, высокое разрешение, малый форм‑фактор, низкую цену и был готов через полгода. В реальности же приходится чем‑то жертвовать и находить наилучшее из возможных решений.

Коллектив исследователей из Московского физико-технического института и Института автоматизации проектирования Российской академии наук разработал новаторский вычислительный подход, позволяющий заглянуть в самое сердце процесса усталостного разрушения материалов. Их метод, основанный на комбинации сеточно-характеристических расчетов и технологии перекрывающихся сеток, дает возможность детально, цикл за циклом, моделировать накопление повреждений в конструкциях под воздействием высокочастотных нагрузок, что критически важно для таких отраслей, как авиастроение. Первые результаты, демонстрирующие работоспособность и точность предложенной методики, опубликованы в журнале Mathematical Models and Computer Simulations. 

При разработке электроники порой приходится создавать и отлаживать аналоговые устройства.

В этом тексте я произвел разбор генератора Колпитца.

Это генератор переменного напряжения в виде синус сигнала.

Долгое время не мог разобраться в квантовой физике на глубоком уровне — не в формулах, а в понимании: что всё это значит? Теория струн казалась непреодолимым препятствием:  слишком много математики, непонятно с какой стороны подступиться, какие физические основы. Квантовую механику ещё как-то популяризируют, но про струны популярная наука обычно молчит.

Эта статья — попытка пройти путь «от нуля до героя»: от базовых принципов квантовой информации до теории струн, дуальностей и голографии. Не упрощая математику до метафор, но и не требуя докторской степени. Уровень — физмат-школа при МИФИ: серьёзно, но доступно.

Мы покажем, как квантовая информация порождает симметрии, симметрии требуют полей, поля организуются конформной инвариантностью, конформность приводит к струнам, а голография  замыкает круг: геометрия оказывается способом кодирования квантовой запутанности. В конце — программа экспериментальных проверок и честный ответ: действительно ли это «теория всего»?

Российские ученые из Московского физико-технического института и Института системного анализа Российской академии наук разработали новый вычислительный метод и программное обеспечение, способные с высокой точностью моделировать сейсмическое воздействие на многоэтажные здания, возведенные на свайных фундаментах в суровых условиях Крайнего Севера. Результаты исследования опубликованы в журнале Mathematical Models and Computer Simulations. 

Строительство в регионах Крайнего Севера – это вызов инженерной мысли. Неустойчивые грунты, подверженные просадке из-за оттаивания вечной мерзлоты, и потенциальная сейсмическая активность требуют особого подхода к возведению зданий. Одной из ключевых технологий, обеспечивающих надежность сооружений в таких условиях, являются свайные фундаменты. Сваи, уходящие глубоко в землю, передают нагрузку на более прочные слои грунта, предохраняя конструкцию от разрушения. Однако существующие методы моделирования либо чрезмерно упрощают картину, либо требуют колоссальных вычислительных ресурсов, что ограничивает их практическое применение.

Перед коллективом российских исследователей стояла амбициозная цель: создать такой инструмент, который позволил бы не только точно, но и эффективно оценивать сейсмостойкость зданий на сваях. Ученые стремились разработать метод, который бы учитывал максимальное количество параметров, влияющих на поведение конструкции: от количества этажей и подъездов, высоты потолков и частоты расположения свай до их длины и толщины, упругих и прочностных характеристик используемых материалов, а также сложной геометрии просадки грунта и характеристик самой сейсмической волны.

Стоя посреди поля, мы легко забываем, что живём на круглой планете. Мы настолько малы по сравнению с Землёй, что с нашей точки зрения она кажется плоской.

Мир полон таких форм, которые кажутся плоскими для живущих на них муравьёв, хотя в целом они могут иметь более сложную структуру. Математики называют эти формы многообразиями. Введённые Бернхардом Риманом в середине XIX века, многообразия изменили представление математиков о пространстве. Оно перестало быть просто физической средой для других математических объектов, а стало абстрактным, чётко определённым объектом, заслуживающим самостоятельного изучения.

Эта новая перспектива позволила математикам тщательно исследовать пространства более высоких измерений, что привело к зарождению современной топологии — области, посвящённой изучению математических пространств, таких как многообразия. Многообразия также стали играть центральную роль в таких областях, как геометрия, динамические системы, анализ данных и физика.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. При этом если протон широко известен своей способностью существовать почти вечно (почему «почти» я как‑то уже рассказывал на Хабре), то нейтрон диаметрально противоположен по свойствам. Эта нейтральная частица без электрического заряда наоборот «разваливается» практически сразу, как только окажется вне связанного состояния внутри ядра.

Коллектив физиков-теоретиков из Московского физико-технического института (МФТИ), Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» – Института теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова (ИТЭФ) и Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук (ИППИ РАН) поставил точку в давнем споре о том, как правильно «считать» частицы, рождающиеся из вакуума в расширяющихся просторах космоса.

Эта статья продолжает линию, начатую в предыдущей работе, где мы предложили рассматривать реальность не как совокупность объектов и свойств, а как сеть Корреляционных Паттернов — элементарных узоров связи, из которых эмерджируют пространство, время и материя. Теперь мы сделаем следующий шаг — попробуем понять, каким образом из той же реляционной ткани возникает сознание и смысл.

Если в первой статье речь шла о том, как из отношений рождается структура мира, то теперь нас интересует обратное направление: как структура мира начинает осознавать саму себя. Мы будем рассматривать сознание не как нечто добавленное к материи, а как особую фазу корреляционной динамики, где информация начинает рефлексировать собственные состояния.

Планковская длина  – число столь малое, что его трудно вообразить. Если соотнести масштабы «Планковская длина – атом» симметрично, то атом к объекту относится так же, как к атому: получается размер порядка (здесь ​ – это радиус Бора (длина ), то есть около тысячи астрономических единиц – масштаб внешнего Оортова облака. Это на семнадцать с лишним порядков меньше всего, что мы сегодня можем зондировать напрямую с помощью ускорителей. И всё же именно эта ничтожная величина, по-видимому, отмечает фундаментальный предел измеримости – место, где наши классические представления о пространстве и времени перестают работать, а квантовая механика и гравитация неизбежно встречаются.

Но эта ничтожно малая величина может оказаться самым фундаментальным масштабом во Вселенной – масштабом, на котором рушатся наши привычные представления о пространстве и времени, масштабом, где квантовая механика и гравитация, эти два столпа современной физики, должны наконец встретиться.

Удивительно, что путь этой константы от математического курьёза до ключевой величины квантовой гравитации занял более столетия и прошёл через трагические судьбы, забытые открытия и неожиданные прозрения.

Ученый из МФТИ и его коллеги из Египта провели фундаментальное аналитическое исследование, направленное на изучение эволюции микрокавитационных пузырьков в тройных гибридных наножидкостях, находящихся вблизи упругих твердых тел. Примером такой жидкости является человеческая кровь. Работа опубликована в Results in Engineering.

Здравствуйте. В предыдущих частях статьи (часть 1, часть 2) я рассказал о том, что собой представляют спиральные рукава галактик. Каждая такая спираль - это фронт ударного воздействия потоков частиц из ядра галактики на ее газопылевую среду. Этот фронт постоянно распространяется из центра галактики к ее краям.

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН и МФТИ провели всестороннее исследование временных, спектральных и угловых характеристик рентгеновского излучения (фотонов с энергией от 5 до 1000 кэВ), возникающего при формировании разряда в воздушных промежутках длиной около 55 см при напряжении до 1 МВ. Полученные данные позволили глубже понять физику высокоэнергетических излучений и их возможных источников, возникающих как в лабораторных, так и в природных атмосферных разрядах. Работа опубликована в Journal of Applied Physics.

Вы когда-нибудь задумывались, почему в компьютерных играх объекты иногда проваливаются сквозь текстуры? Или почему финансовые модели так сложны, когда пытаются предсказать курс акций, который кажется то плавным, то скачущим? В основе этих, казалось бы, разных проблем лежит одна и та же фундаментальная идея, над которой бились величайшие умы человечества более двух тысяч лет.

Идея непрерывности.

Это не просто заумный термин из учебников. Это история о том, как мы пытались соединить мир счётных, отдельных предметов с миром плавного, неделимого движения. Это история о схватке с бесконечностью. Я хочу рассказать её так, как мне не рассказывали в университете: без кванторов и дельт, через парадоксы и гениальные озарения, и при этом без малейшей потери математической строгости. Мы пройдём путь от Аристотеля до создателей матанализа и увидим, как одна красивая идея сформировала наш мир.

Также вы сегодня, возможно, впервые узнаете о том, что победа формализации анализа по Коши вместо альтернативной по Гейне является самой главной причиной того, что понятия и идеи математического анализа остаются непонятными для основной массы студентов. От наглядного и понятного языка, предложенного Гейне, для которого совершенно не нужно использовать эпсилоны и дельты, в учебнике осталось только определение предела по Гейне — и то только потому. что некоторые теоремы без него никак не доказать. Но что еще интереснее — определение предела по Коши вообще не нужно для доказательств!

Прочитав эту статью, вы сможете без особых усилий предельно ясно осознать примерно половину первого семестра университетского курса математического анализа, причем, возможно, даже глубже, чем многие лекторы по математическому анализу.

Приготовьтесь к разоблачению, возможно, самого крупного обмана в современном высшем образовании. Суть его проста: по своей природе математический анализ — это наглядная геометрия, но её маскируют под абстрактную алгебру. В результате этого фокуса простой и ясный предмет становится тёмным лесом даже для многих лекторов.

Иногда технологии подводят — зато случайность делает то, чего не смог бы ни один расчёт.

Шестьдесят лет назад два инженера из Bell Labs, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, просто хотели измерить радиошум Млечного Пути. Но в антенне постоянно появлялся странный фон, будто кто-то шептал из ниоткуда. Оказалось, это не сбой и не помеха — это эхо самого рождения Вселенной.

Астрономия началась с наблюдений. Люди фиксировали движения Солнца и Луны, составляли календари, выстраивали каменные круги. Позже появились модели планетных циклов и первые попытки объяснить небесные явления. В XVI веке Николай Коперник предложил гелиоцентрическую систему. С тех пор представления о Вселенной начали меняться. Последовали открытия Тихо Браге, Кеплера, Галилео, Ньютона, Герцшпрунга и других. Каждый добавлял в картину мира новые детали.

Звёзды долгое время оставались далёкими и непонятными. Что они собой представляют? Из чего состоят? Ответ пришёл в XX веке от исследовательницы, которая научилась читать их спектры — Сесилии Пейн-Гапошкиной.