Физика

В математике и информатике исследователи давно поняли, что некоторые вопросы принципиально не имеют ответа. Теперь физики изучают, как обычные физические системы накладывают жёсткие ограничения на то, что мы можем предсказать даже в теории.

Около трёх лет назад я написал на Хабре статью «Смартфоновая металлургия и цена комфорта», в которой подробно разобрал состав айфона — словом, осветил технологическую незаменимость редкоземельных металлов, когда это ещё не было мейнстримом. С тех пор я время от времени задумывался, какими темпами улучшается качество смартфоновых дисплеев и камер, и какое применение эти технологии могут найти в науке. Но недавно мне попалась история о том, что в уже в этом году хитроумные физики из ЦЕРН и Мюнхенского технологического университета (TUM) соорудили на основе светочувствительного элемента из смартфонной камеры компактный детектор античастиц.

Представьте себе мяч, который летит и упруго отскакивает от наклонной плоскости под углом 45°. Интуитивно понятно, что при абсолютно упругом ударе без трения он подчиняется тому же правилу, что и световой луч: угол падения равен углу отражения. То есть траектория мяча после удара симметрична траектории до удара относительно перпендикуляра к поверхности в точке. Этот факт существенно упрощает анализ движения – вместо того чтобы рассматривать изломанную траекторию с отражениями, можно воспользоваться принципом зеркального отображения.

Суть принципа в том, что каждый отскок о плоскость можно заменить продолжением движения мяча по прямой линии в “зеркальном” пространстве...

Космос — это, наверное, одна из самых интересных и популярных тем для видеоигр. Тем более что вся индустрия началась чуть ли не со Space Invaders. В этой статье приводим несколько примеров таких игр — но, главное, посмотрим на технологии, которые используются для перелётов, с точки зрения науки. 

В выпуске: «Космические рейнджеры», Dead Space, Warhammer 40 000, Mass Effect и Chorus с варп-двигателями, нулевым элементом и прыжковыми воротами.

Представьте себе место, где законы физики, которые мы считаем незыблемыми, начинают трещать по швам. Где пространство и время перестают быть привычными категориями, а реальность становится настолько странной, что даже самые смелые умы человечества теряются в догадках. Это место — чёрная дыра, а её сердце, сингулярность, остаётся одной из величайших загадок современной науки. Что скрывается за горизонтом событий, этой невидимой границей, переступив которую ничто не возвращается? Давайте отправимся в путешествие к краю известной физики, чтобы попытаться заглянуть туда, где сама Вселенная, кажется, прячет свои самые сокровенные тайны.

Почему в 2025 году многие компании возвращаются к технологиям середины прошлого века, выкупая радиовышки по всему миру? И как связаны скорость света, радиоволны и миллиарды долларов в современных финансах?

Привет, Хабр! Сегодня мы отправимся в увлекательное путешествие по просторам Вселенной, не вставая из-за компьютера. Задумывались ли вы, как планеты удерживаются на своих орбитах, почему галактики не разлетаются в разные стороны, и что заставляет яблоки падать на землю (да-да, снова этот старина Ньютон)? Ответ один – гравитация! Эта невидимая, но всемогущая сила правит бал во Вселенной, от мельчайших пылинок до гигантских скоплений галактик. Мы разберёмся, как из простых законов рождаются сложные и красивые взаимодействия, напишем код, который оживит наши виртуальные миры, и, возможно, даже почувствуем себя немного демиургами, управляющими судьбами звёзд.

В этой статье кратко расскажу о том, можно ли встроить безопасность в микросхему, почему важно использовать механизмы защиты на аппаратном уровне и как развиваются технологии противодействия современным угрозам безопасности информации. В частности, как с помощью физики обеспечить защиту от широкого набора атак.

Что такое ФНФ?
Физически неклонируемая функция (ФНФ) — это аппаратная функция безопасности, которая использует уникальные физические (аппаратные) характеристики полупроводников для создания своего рода «отпечатка пальца» для микросхемы. Сами по себе эти уникальные характеристики обусловлены небольшими различиями в производственном процессе, которые практически невозможно воспроизвести, даже если используется абсолютно идентичная конструкция оборудования. Это делает технологию ФНФ чрезвычайно безопасной, поскольку её практически невозможно клонировать или подделать.
Основная задача ФНФ — генерировать безопасные и уникальные криптографические ключи без необходимости их постоянного хранения. Вместо этого ключи генерируются на месте по мере необходимости, что значительно усложняет доступ к ним или их кражу злоумышленниками. Именно поэтому технология ФНФ широко используется в таких областях, как аутентификация устройств, шифрование данных и организация защищённого канала связи.

ФНФ плюс корень доверия
Корень доверия – это критический компонент, который позволяет строить безопасность всей системы на доверенной начальной точке. Используя аппаратные средства безопасности, такие как защищённые чипы или модули, корень доверия обеспечивает целостность, подлинность и конфиденциальность операций всей системы.
Сейчас технология ФНФ представляет из себя задел для широкого шага вперёд в вопросах встроенной безопасности и может стать основой для построения надёжного корня доверия. В самом ближайшем будущем корень доверия может стать основным элементом системы безопасности любого устройства. Это надёжный компонент, который обеспечивает безопасную работу всех остальных частей системы. Внедряя технологию ФНФ в микросхемы, можно гарантировать, что криптографические ключи и процессы аутентификации будут уникальными и устойчивыми к клонированию или взлому.
Попробуем себе представить целевую реализацию технологии ФНФ, которая напрямую интегрируется с корнем доверия, реализованным аппаратно. Описание такой целевой конструкции поможет нам понять как на самом деле нужно обеспечить безопасную аутентификацию устройств, шифрование и защиту как от известных на рынке угроз, так и от новых, таких как квантовые компьютеры с возможностью выполнения криптографических операций. Далее в статье буду называть её ФНФ+КД.

Текущий 2025 год провозглашен Генеральной Ассамблеей ООН Международным годом квантовой науки и технологий (International Year of Quantum Science and Technology — IYQ). Далась ООН эта всемирная инициатива не сразу и не просто. Как подчеркивается в этой Декларации ООН, она стала кульминацией многолетних усилий, предпринятых международной коалицией научных организаций. В список участников этой коалиции входили Международный союз теоретической и прикладной физики (IUPAP), Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC), Международный союз кристаллографии (IUCr) и Международный союз истории и философии науки и техники (IUHPST), Американское физическое общество, Немецкое физическое общество, Китайское оптическое общество, Международное общество оптики и фотоники (SPIE) и еще ряд организаций, включая одобрившую это начинание Российскую Академию наук. 

Стремление стать невидимым возникло у человечества очень давно. Охотники и военные веками искали способы камуфлировать себя, однако учёные уже почти приблизились к реализации подлинной невидимости.

Современные стелс-технологии позволяют не только укрыть самолёты от радаров, но и скрыть высокотемпературные сигнатуры от инфракрасных камер, а также предотвратить фиксацию звуковых волн. Насколько мы близки к открытию технологии невидимости?

Представьте, что информацию в квантовом компьютере можно передавать не за счёт сложных проводов и резонаторов, а прямым перемещением самих квантовых битов – как по конвейерной ленте. В недавних новостях сообщается, что российские учёные предложили именно такой подход: «летающие кубиты», управляемые магнитным полем. Их метод позволяет переключать квантовые регистры в режим передачи данных, где квантовое состояние передается по цепочке без потерь, подобно падающим костяшкам домино. Разберёмся, зачем нужны такие летающие кубиты, как они работают и какие перспективы открывают – опираясь на современные исследования и примеры в оптике и спиновых системах.

… сбывшийся свет преломляется в физическом вакууме. Напоминает гравитационное линзирование, не правда ли?

Интуитивно ясно, что скорость фотона будет тем меньшей, чем большей будет плотность вероятности логического объединения взаимодействий с виртуальными ипостасями частиц, составляющих массивные объекты Вселенной. Если эта плотность вероятности окажется разной в разных точках фронта волны фотона, то при интерференции вторичных волн по Гюйгенсу результирующий фронт на каждом следующем интервале времени будет испытывать деформацию, в простейшем случае – поворачиваться. Похоже на движение шеренги в лесу: часть шеренги виртуальных ипостасей фотона, попавшая в более густой лес, будет, в среднем, продвигаться медленнее, и стройность шеренги нарушится. Если густота леса перед шеренгой линейно увеличится слева направо, то шеренга начнёт поворачивать вправо.

Поскольку у фотона вероятность столкнуться с частицами тяготеющего тела уменьшается с увеличением расстояния до центра его массы, уменьшается и масштабный коэффициент, то есть скорость света с удалением его от центра массы возрастает (поскольку увеличиваются и его частота, и длина волны). Попробуем прикинуть, как нахождение частицы в области пространственно зависимого k скажется на её состоянии.

Вспомните свои самые заветные мечты и самые безумные фантазии. Если вам кажется, что они неосуществимы, не нужно отчаиваться. В нашем мире возможно всё, что не противоречит законам физики. Более того, если предположить, что Вселенная бесконечна в пространстве или во времени, то эти фантазии уже где-то или когда-то осуществились, причём бесконечное число раз. Конечно, слабо утешает, что богатым и счастливым стали не вы, а ваш двойник, проживающий от вас на расстоянии порядка 10^10^28 м. Всё-таки непривычно осознавать, что в бесконечной Вселенной существует бесконечное число ваших копий. Но даже если ограничиться наблюдаемой Вселенной с её космологическим горизонтом, в её пределах тоже может произойти много интересного. Любой мыслимый материальный объект и любой жизненный сценарий обязательно реализуется, если подождать достаточно долго. Вопрос лишь в том, насколько долго. В любом случае за время, равное 10^10^120 лет, Вселенная успеет побывать во всех своих возможных состояниях и перебрать все возможные комбинации элементарных частиц. Какая-то из них и будет воплощением вашей мечты.

Приглашаю вас на экскурсию по всем четырём уровням мультивселенной Макса Тегмарка!

В любой системе ориентации космического аппарата (КА) используется управление вращением — будь то для стабилизации телескопа, корректировки антенны, или наведения научного оборудования. Наиболее распространённые средства — это маховики (reaction wheels) и гиродины (CMG, control moment gyroscopes). Они создают момент силы, заставляя аппарат разворачиваться за счёт закона сохранения импульса.

Но есть проблема. При длительной работе маховики постепенно накапливают кинетический момент — они раскручиваются всё сильнее и достигают предела своих оборотов. Это состояние называется насыщением маховиков (wheel saturation). После этого они больше не могут создавать нужный управляющий момент. Достигают предела своих возможностей и гиродины, когда рамки их роторов поворачиваются на предельный угол 90 градусов. Это как если бы вы постоянно нажимали на тормоза автомобиля на длинном спуске — в какой-то момент они перегреются и перестанут эффективно работать. Так и здесь: систему нужно «перезагрузить» — сбросить накопленный момент.

Как сбрасывают момент сейчас?

Сейчас инженеры используют несколько подходов:

Привет всем! Судя по всему, человечество ещё даже не приблизилось к разгадке тайны нашей Вселенной: менее 5 % от всего содержимого космоса составляет видимая материя, известная учёным, а что из себя представляют остальные 95 % материи и энергии им неизвестно, это тайна, покрытая мраком. Поэтому и «тёмная». По мнению учёных, тёмна энергия и материя имеют решающее значение в природе Вселенной и её эволюции.

После Большого взрыва в ранней Вселенной появились водород, гелий и небольшое количество лития. Позже в звездах образовались некоторые более тяжелые элементы, в том числе железо. Но одна из самых больших загадок астрофизики заключается в следующем: как возникли и распространились по Вселенной первые элементы тяжелее железа, такие как золото?

«Это довольно фундаментальный вопрос с точки зрения происхождения сложной материи во Вселенной, — говорит Анирудх Патель, докторант Колумбийского университета в Нью-Йорке. — Это интересная головоломка, которая до сих пор [полностью] не решена».

Патель возглавил исследование, в котором на основе архивных данных 20-летней давности, полученных с телескопов НАСА и ЕКА, были найдены доказательства удивительного источника большого количества этих тяжелых элементов: вспышки от сильно намагниченных нейтронных звезд, называемых магнетарами. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Мы живем в эпоху сдвига парадигм. Цифровая физика - это не какая-то отдельная научная дисциплина, а, скорее, такая вот новая парадигмы мышления, согласно которой в основе реальности лежит информация, нечто вроде нейронных сетей или чистая математика, а значит Вселенная вычислима в принципе и сама представляет собой некий процесс вычисления.

Для определения параметров параболических антенн можно использовать излучение внеземных источников радиоизлучения. Им может быть звезда, планета, Луна или Солнце. В этом ряду Солнце является самым мощным источником радиоизлучения пригодным для тестирования антенн с небольшой чувствительностью.

Наверное, самой подробной публикацией на эту тему является отчет NIST "10-60 GHz G/T measurements using the sun as a source - a preliminary study", а также отчеты и статьи, на которые в нем ссылаются. Кроме того имеются многочисленные статьи (например, "Determination of Earth Station Antenna G/T Using the Sun or the Moon as an RF Source") и публикации радиолюбителей (например, "Determination of G/T"). Однако, приведенные в этих материалах формулы даются без их вывода, что не позволяет оценить в каком диапазоне параметров они применимы. В этой статье я хочу показать вывод основных используемых формул и продемонстрировать результаты расчетов на их основе.