Физика

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.

В середине 1960-х у лауреата Нобелевской премии Луиса Альвареса появилась безумная идея. Он предложил использовать мюоны — субатомные частицы с большой проникающей способностью, создаваемые при попадании космических лучей в атмосферу Земли — для поиска скрытых камер в одной из пирамид Гизы.

Мюоны — это тяжеловесные родственники электронов, перемещающиеся почти со скоростью света. Они могут проникать сквозь множество метров сплошной каменной породы, в том числе известняковых и гранитных блоков, которые использовали в строительстве пирамид. Однако некоторые из этих мюонов будут поглощены этим плотным материалом, то есть, по сути, их можно использовать для «рентгенографии» пирамиды, обнаруживающей её внутреннюю структуру. В 1968 году Альварес и его коллеги начали проводить мюонные измерения из камеры, находящейся в основании пирамиды Хефрена.

Они не нашли никаких спрятанных камер, зато подтвердили возможность использования техники, которую назвали мюонной томографией. С тех пор физики успели использовать её для обнаружения скрытых входных шахт над туннелями, изучения магматических бассейнов в вулканах и даже для проверки повреждённых реакторов Фукусимы. А в 2017 году благодаря мюонным измерениям наконец-то обнаружили скрытую камеру в одной из пирамид Гизы.

Вы тоже можете выполнять похожие эксперименты при помощи оборудования, которое можно изготовить всего примерно за 100$.

Почему фотоны исчезают в тёмных полосах интерференции? Что значит — «каждый фотон интерферирует только с самим собой»? И как природа вообще позволяет одному и тому же объекту вести себя как частица и как волна одновременно — пока вы на него не смотрите?

Эта статья — попытка аккуратно, но живо разобрать то, что Фейнман называл «единственной настоящей загадкой квантовой механики». Без мистики, без занудства — с ясными объяснениями, визуализацией, реальными экспериментами и последними интерпретациями, включая квантовый ластик, многомировую картину и информационную природу реальности.

Для тех, кто хочет не просто услышать про двойную щель, а наконец понять, что там происходит.

Хорошо жить в понятном, ясно наблюдаемом и в некоторой заметной степени управляемом мире. Видишь камень, он так и остаётся камнем, пока ты его видишь. Ты можешь взять его и кинуть в цель. При некотором навыке бросания камней в цель ты даже можешь попасть в эту цель.

Но стоит только коснуться мира элементарных частиц, то оказывается, что они вовсе не как камни. Конечно, каждая из них, если стабильна, остаётся собой, но только в виде возможности где-то её обнаружить летящей куда-то. Причём чем в более тесные рамки ты эту возможность зажимаешь, тем более она непредсказуемой становится в смысле характера полёта.

Совсем мутно выглядит сам полёт. Вот есть у нас фотон в виде возможности его обнаружить в какой-то одной точке на некотором количестве достаточно протяжённых гребней волны (эту волну можно назвать множеством виртуальных ипостасей нашего фотона). Если на пути волны поставить препятствие с двумя щелями, то волна этим препятствием задержится или отразится всей его поверхностью, кроме щелей. Возможность обнаружить фотон просочится за препятствие в виде двух почти цилиндрических волн, по одной от каждой щели. Эти волны будут где-то складываться, увеличивая вероятность обнаружить фотон, где-то они будут гасить друг друга, исключая возможность его обнаружить. Это называется интерференцией волн.

Каждому ясно, что фотон может быть поглощён только целиком, например, лишь каким-то одним-единственным атомом, и он никогда не делится между двумя или бо́льшим количеством не связанных друг с другом атомов. Если он один и поскольку он маленький (меньше, чем щель, иначе не пролетит!), а щелей две, и между ними помещается очень много атомов, то значит, что он может пролететь только через одну щель! Но стоит только поставить у одной из щелей какой-нибудь датчик пролёта фотона, и этот датчик НЕ зарегистрирует пролёта фотона через щель, у которой он установлен, как возможность обнаружить фотон за препятствием изменит характер пространственного распределения. Например, сможет обнаружиться там, где до того обнаружен быть не мог. И всё потому, что в этом случае:
- виртуальный пролёт через контролируемую щель не состоялся, и цилиндрическая волна возможностей обнаружить фотон за эту щель не просочилась;
- поскольку фотон, в конце концов, каким-то атомом был пойман, то это значит, что стал достоверным его пролёт через другую щель, и она оказалась единственным источником цилиндрической волны вероятностей обнаружить фотон за препятствием
– то есть интерференция прекратилась, несмотря на то, что взаимодействия датчика с фотоном не произошло (как бы всё осталось, как было до установки датчика).

Никто не делает пасту так, как итальянцы, — это может подтвердить каждый, кто пробовал настоящую пасту «качо э пепе». Это простое блюдо: только макароны тоннарелли, твёрдый овечий сыр пекорино и чёрный перец. Но простота эта обманчива. Качо э пепе («сыр и перец») чрезвычайно трудно приготовить правильно, потому что соус легко образует неаппетитные комки с текстурой, скорее напоминающей тягучую моцареллу, вместо гладкой текстуры со сливочным вкусом.

Команда итальянских физиков пришла на помощь, разработав безошибочный рецепт, основанный на их многочисленных научных экспериментах, говорится в новой статье, опубликованной в журнале Physics of Fluids. Хитрость заключается в использовании кукурузного крахмала для приготовления соуса из сыра и перца вместо того, чтобы полагаться на крахмал, который выделяется в кипящую воду при варке макарон.

Иногда под моими публикациями оставляют превосходные комментарии, причём читателя может привлечь какой-то второстепенный факт или сюжетный экскурс, лишь дополняющий статью. Такие комментарии мне особенно ценны, поскольку я вижу, что человек дочитал текст и воспринял его критически или эмоционально.

Один из таких комментариев оставил уважаемый @3epka к статье о поисках «острова стабильности» в глубинах таблицы Менделеева, высказавшись об астероиде Полигимния. А буквально вчера вечером я обнаружил ещё более резкий комментарий уважаемого @Panzerschrek с закономерным вопросом о том, существуют ли какие-либо естественные процессы, приводящие к возникновению элементов из Острова Стабильности. Я тоже задумывался о такой проблеме. Наука, растущая из сократовской майевтики и аристотелевского научного метода, основывается не только на опыте и наблюдении, но и на тщательном сравнении образцов с эталоном. Если же образец не вписывается в выборку, либо эталон нельзя смоделировать в лаборатории, то наука начинает пробуксовывать, чем то и дело не преминут воспользоваться уфологи, астрологи и креационисты.

Когда величайший из живущих математиков излагает своё видение касательно следующего столетия исследований, математический мир внимательно его слушает. Именно это произошло в 1900 году на Международном конгрессе математиков в университете Сорбонны в Париже. Легендарный математик Дэвид Гильберт представил 10 нерешённых проблем в качестве амбициозных ориентиров для XX века. Позже он расширил свой список, включив в него 23 проблемы, и их влияние на математическую мысль за последние 125 лет трудно переоценить.

Шестая проблема Гильберта была одной из самых возвышенных. Он призвал «аксиоматизировать» физику, или определить минимум математических предположений, лежащих в основе всех её теорий. В широком смысле этого слова неясно, смогут ли математические физики когда-либо узнать, решили ли они эту задачу. Однако Гильберт упомянул некоторые конкретные подцели, и с тех пор исследователи доработали его концепцию до конкретных шагов на пути к её решению.

(В качестве подсказки для читателя:

Изложенный ниже текст является продолжением статьи "Об одной забытой модели строения элементарных частиц", опубликованной на Хабре 1 апреля 2025 года https://habr.com/ru/articles/896424/.

Текст длинный и в начале много достаточно скучных представлений о вариантах движения фотонов. В принципе, их можно пропустить.

Основная часть этой статьи с описанием квантового строения элементарных частиц начинается где-то с рисунка 12).

Что нового может добавить к классическому определению электронного тока Модель элементарных частиц из забытого наследия СССР?

Согласно этой Модели фотоны бывают валентными и невалентными.

Невалентные – это те, движение которых может быть круговым, планетарным или спиральным с разным порядком закрученности, но это движение происходит по шаровым орбитам элементарных частиц вокруг ядра (можно еще сказать – по орбиталям, в орбитальном облаке, в торообразных спиралях, вихрях или в «облачных» солитонах).

Недавно я прочитал статью Парадокс Ньюкома и искусственный интеллект и понял, что с появлением ИИ многие мысленные эксперименты стали реальными. Действительно, ИИ можно сохранять, стирать память, клонировать итд. А что сам ИИ думает по этому поводу?

Эффект Джоуля-Томпсона в криогенной технике: Так на сколько градусов и как  охлаждается струя воздуха при дросселировании?

В нескольких предыдущих статьях я рассказывал о занятном газодинамическом эффекте, который мне удалось обнаружить чисто аналитически в теории ЖРД, а потом проверить на практике в экспериментах со сжатым воздухом при комнатных температурах.

Эффект в том, что если дросселировать воздух из малого отверстия в атмосферу с перепадом давления больше 1атм, то скорость струи газа превышает скорость звука при данной температуре.

В этом случае по закону сохранения энергии сверхзвуковая струя должна сильно остывать за счёт перевода внутренней энергии (тепловой) в кинетическую  энергию.

Расчёт показал, что даже при  комнатной температуре при дросселировании воздуха из малого отверстия в ресивере (прокол в шине автомобиля) температура струи должна быть уже глубоко отрицательной, если не сказать криогенной. (см.ссылку)

Похожий эффект со сверзвуковым разгоном струи из критического сечения камеры сгорания ЖРД и резким падением температуры прослеживается в больших ЖРД, что подтверждено расчётом по ТТХ РД-170. (см.ссылку)

Правда, на все мои аргументы и расчёты  некоторые критически настроенные читатели мне писали, что никакого понижения температуры при дросселировании не бывает. А если и бывает, то очень маленькое понижение  на дТ= 0,25С при перепаде на 1 атм, что определяется «эффектом Джоуля-Томпсона».

Месяц назад, а именно 25 марта, в Дубне на ускорителе NICA стартовал первый сеанс исследований столкновения пучков ионов ксенона. На Хабре была статья, посвящённая планам на этот ускоритель, а теперь держите первые практические исследования.

К 1928 году специалисты по квантовой физике, казалось, были готовы разгадать последние секреты материи. Немецкий исследователь Вальтер Гордон применил зарождающуюся теорию квантовой механики к атому водорода, простейшему атому Вселенной, и выяснил, как именно он себя ведёт. Казалось, за этим непременно последует овладение всеми атомами.

Но этого не произошло. Когда квантовые частицы влияют друг на друга, их возможности переплетаются таким образом, что это превышает возможности физиков по предсказанию их будущего. Одинокий электрон атома водорода обозначил начало и конец пути поисках чётких ответов на физические вопросы; даже два электрона атома гелия обрекают на провал такие точные подходы, как у Гордона. Это ограничение, с которым физики борются и по сей день. Почти каждое квантовое предсказание является приблизительным.

Однако через три года после триумфа Гордона его соотечественник Ханс Бете нашёл поразительный способ обойти эту проблему. «Анзац» Бете, что в переводе с немецкого означает «исходная точка», а по сути — правильная догадка, как оказалось, идеально отражает поведение любого количества квантовых частиц, от одного электрона до бесчисленного их множества в тонком листе льда. Однако эта необыкновенная способность имеет свои ограничения, для понимания которых потребовались десятилетия.