Модель ускорителя, использовавшегося для бомбардировки лития в ключевом эксперименте. Находится на входе в Институт ядерных исследований в Венгерской академии наук.

Стандартная модель физики элементарных частиц – частицы и их взаимодействия, описывающие всё, что мы когда-либо создали или столкнули в лаборатории – удивительно хорошо справляются с предсказанием всего, что видно в наших экспериментах. От материи до антиматерии, от синтеза до расщепления, от безмассовых до самых тяжёлых частиц – эти фундаментальные правила прошли все экспериментальные проверки. Но возможно, в следах радиоактивного распада скрывается неожиданное явление. Наш читатель из Венгрии хочет знать:

Новости по поводу открытия пятого взаимодействия у нас в Венгрии очень широко освещаются. Мне было бы интересно узнать вашу точку зрения по этому поводу. Думаете ли вы, что это правда, или относитесь к этому скептически?

Исследователи обклеивают фольгой стороны сверхчувствительного детектора, призванного захватывать свет

Первые частицы во Вселенной сформировались после того, как взорвался горячий и плотный комок. Физики считают, что в экстремальных условиях Большого взрыва свет превратился в материю: электроны, протоны и нейтроны, которые позже стали частью нас с вами.

Но физики не уверены насчёт того, как именно произошла такая трансформация. В 90-х физики показали, что они могут преобразовывать свет в материю, сталкивая два пучка излучения чрезвычайно большой энергии. Также они обнаружили, что свет в то же время создаёт равное количество антиматерии. Самые первые частицы материи должны были встретиться с их родственниками из области антиматерии и аннигилировать. Взрыв – и нет больше материи.

Концепт японского солнечного паруса IKAROS у удалённой звёздной системы

Мы уже обсуждали проект Юрия Мильнера и Стивена Хокинга, Breakthrough Starshot, по отправке космического корабля к другой солнечной системе, находящейся в нашей галактике. И хотя гигантский массив лазеров в принципе может отправить лёгкие корабли размером с микрочип к другой звезде со скоростью в 20% от скорости света, непонятно, каким образом эти устройства, лишённые источников энергии, будут передавать нам сообщения через огромные пространства. Оливьер Мануэль считает, что нашёл выход:

Это смелое предположение, но нельзя ли использовать для передачи сообщений квантовую запутанность?

Стоит рассмотреть такую возможность. Давайте взглянем на эту идею.

В этой статье даётся быстрое введение в парадокс исчезновения информации в чёрной дыре. Для краткости некоторые детали опущены. Кроме того, следует учесть, что текущее понимание проблемы настолько запутанно, что самую последнюю часть статьи нельзя рассматривать, как надёжную или стабильную.


Рис. 1

Две конфликтующих теории

Считается, что математика квантовой теории, иногда называемой «квантовой механикой», управляет всеми физическими процессами в природе. Её можно использовать не для предсказания конкретных событий, а только для получения вероятности того, что что-либо произойдёт. Но вероятности имеют смысл только, если вы сложите все вероятности всех различных возможных исходов и получите сумму равной единице. Квантовая теория, в которой это не так, смысла не имеет. Одно из следствий этого – в квантовой теории информация никогда по-настоящему не теряется и не копируется; в принципе всегда можно определить, с чего начинала система (её начальное состояние), обладая полной информацией о том, чем она закончила (конечное состояние). На рис. 1 изображено столкновение двух частиц и разбегание с места столкновения нескольких частиц, несущих, в зашифрованном виде, информацию о природе и свойствах двух изначальных частиц.

Изолированная камера (комната) 5×5×2,3 м со стенами, полом и потолком с алюминиевым покрытием. 15 конденсаторов на центральной колонне завершают схему квазистатического резонатора

Прогресс в беспроводной передаче данных приучил человека к мысли, что при входе в квартиру смартфон сразу подключается к домашнему WiFi. Все устройства в доме по умолчанию выходят в интернет по WiFi через домашнюю точку доступа. Никаких проводов — красота. Проблема только в том, что электричество не передаётся точно таким же удобным способом, и каждое устройство всё равно приходится соединять проводом. От такой же проблемы страдает робототехника и медицина. Очень неудобно каждый раз подключать гаджеты к розетке.

Более стал лет назад Никола Тесла показал, как передавать электричество на расстоянии (а до него показали Максвелл, Хевисайд и Герц), но инженеры до сих пор не сумели реализовать это изобретение в удобную технологию для практического применения с достаточно высоким КПД. Есть ещё одна проблема: неизвестно, как влияет на организм беспроводная передача электричества через тело в течение длительного периода времени, поэтому регулирующие органы во многих странах ввели строгие нормативные ограничения для этой технологии.

На изображении ранней Вселенной, полученном с телескопа Планка, видна странная закономерность: температурные флуктуации в части неба справа от серой линии сильнее, чем в его части с левой стороны от линии

Если наша вселенная врезалась в соседнюю в момент своего резкого роста в первую секунду существования, то такое столкновение оставило бы след. И Мэтью Клебан считает, что он наблюдает именно такой след в самом детальном из существующих снимков зари Вселенной. Изображение со спутника подтверждает вывод, сделанный из предыдущей фотографии: одна половина молодого космоса была более крупнозернистой, чем другая.

Поскольку другой информации о том, что происходило в первые моменты существования Вселенной, довольно мало, Клебан вместе с десятками космологов-теоретиков пытается собрать воедино историю происхождения космоса на основе новой зернистой подсказки.

Давным-давно на задворках Вселенной столкнулись два галактических скопления. Их столкновение разорвало галактики и оставило после себя две изменённых кучи звёзд и газ, разлетающиеся друг от друга, судьба которых была неизвестна.



Четыре миллиарда лет спустя любопытная группа гуманоидных форм жизни на водной основе пытается разобраться в столкновении галактик. Они направляют свои телескопы на остатки кластеров и удивляются их странной форме. Называют они их «скопление Пуля».

На изображении скопления можно увидеть три наложенных друг на друга типа данных. Во-первых, звёзды и галактики в оптическом режиме. Во-вторых, выделенные красным регионы, показывающие распространение горячего газа, полученные от рентгеновских измерений. В-третьих, голубые регионы, показывающие искривление пространства-времени, полученные из гравитационного линзирования, искривляющего форму галактик, находящихся за скоплением.

Синтезаторы уже давно стали привычными и обыденными. Практически все современные композиторы, исполнители и саунд-продюсеры (если не брать в расчет академическую классику) так или иначе используют их. При этом огромный теоретический и практический вклад людей, благодаря усилиям которых музыканты и композиторы имеют почти неограниченные возможности, остается несправедливо забытым.


В этом материале я хочу обратить внимание читателей на неизвестные, но крайне значимые изобретения и их создателей. На тех, чьи усилия повлияли на историю музыки, развитие музыкального оборудования, индустрию производства электронных инструментов, оставили значительный след в культуре, подарив музыкантам и композиторам новые возможности. Кроме того, будут рассмотрены и не совсем удачные попытки создания прообразов синтезатора, которые достойны внимая уже потому, что идеи, заложенные в этих обреченных на неудачу стартапах прошлого, дали мощный толчок к развитию.

В этой статье описаны лишь некоторые разработки, появившиеся с 1850-го по 1964-й год. В связи объёмностью темы мы решили разделить материал на несколько частей.

В том, что на всей Земле постепенно повышается среднегодовая температура, уже почти никто не сомневается. О глобальном потеплении не пишет только ленивый. Большинство специалистов считают, что во многом повышение температуры обусловлено увеличением концентрации в атмосфере углекислого газа, водяного пара и других «парниковых» газов.

Причин, которые приводят к повышению уровня концентрации СО₂ в атмосфере Земли, много, но основная — это деятельность человека. Не так давно был поставлен рекорд концентрации диоксида углерода: 400 частей на миллион. Климатологи утверждают, что СО₂ уже не станет меньше, концентрация этого газа будет только увеличиваться. Недавно ученые опубликовали новое исследование, результаты которого указывают на то, что на глобальное потепление оказывают влияние некоторые естественные сдерживающие факторы. Все дело в облаках.

Сверхбыстрое управление намагниченностью материалов — краеугольный камень современной фотоники. В будущем такие технологии могут найти применение в оптических компьютерах и терагерцевой электронике. В последние годы сделан целый ряд успешных экспериментов в этой области. Среди них изменение спина в антиферромагнетиках под воздействием света за несколько пикосекунд, контроль за колебаниями магнитных моментов антиферромагнетика парой фемтосекундных лазеров, фазовый переход от ферромагнетика к антиферромагнетику под воздействием света в течение фемтосекунд и др. Несмотря на замечательный прогресс в этой области, в экспериментах бóльшая часть световой энергии не задействуется непосредственно во взаимодействии света с намагниченным материалом. Это означает, что на практике потребуются значительные усилия на отвод энергии.

Как космическое микроволновое фоновое излучение – остаточное свечение Большого взрыва – продолжает проливать свет на рождение нашей Вселенной

Анонс результатов работы BICEP2, показавший первое свидетельство того, что гравитационные волны могли появиться в ранней Вселенной, подогрел интерес к космологии у учёных и всех остальных. Гравитационные волны могут поляризовать КМФИ, остаточное свечение Большого взрыва, определённым образом, и именно поляризационный сигнал был обнаружен BICEP2, расположенным на Южном полюсе. Но самые последние данные поступили с телескопа Планка, и судя по ним, большая часть результатов BICEP2 может быть объяснена не гравитационными волнами, но близлежащей пылью, закрывающей наблюдаемое нами КМФИ.

Нам нужно ждать получения дополнительных данных, как от совместной работы BICEP2 и Планка, так и от других экспериментов, чтобы определить, какую долю в отнесённых на счёт гравитационных волн данных заняла космическая пыль. Ясно одно: научные блоги и новостные сайты будут следить за новыми открытиями. Этот текст – попытка помочь авторам будущих статей о новых исследованиях в КМФИ-космологии войти в контекст, начиная с основ КМФИ, как оно сформировалось и что оно может нам рассказать. Основной темой статьи будет интенсивность КМФИ (мы называем её температурой), а в следующей статье я подробнее поговорю о поляризации.

Разнообразие природных явлений столь велико, а скрытые в небесах сокровища столь богаты, что благодаря их количеству человеческий разум никогда не будет нуждаться в подпитке.
— Иоганн Кеплер

Так говорил человек, открывший в 1604 году самую свежую на тот момент сверхновую, находящуюся в нашей Галактике и наблюдаемую в видимом спектре. И хотя, скорее всего, после неё было ещё два взрыва, их не было видно невооружённым глазом, а их остатки были открыты уже при помощи мощных телескопов.

В январе 2012 года была открыта первая в том году сверхновая, в галактике, отстоящей от нас на 25 миллионов световых лет, NGC 3239. Изображённая ниже сверхновая получила имя SN 2012a.



С типичной периодичностью в примерно одну сверхновую в одной галактике за одну сотню лет, становится интересно, что бы мы увидели – и как быстро – если бы сверхновая образовалась в нашей Галактике.

Вспомним, что сверхновая может образоваться одним из двух способов, но оба они включают в себя вышедшую из-под контроля реакцию ядерного синтеза, высвобождающую огромное количества света и энергии. Большая часть энергии, что удивительно, выделяется не в виде света! Давайте заглянем внутрь звезды, которая через несколько секунд должна превратиться в сверхновую.

Совсем недавно проходил собеседование в одной уважаемой компании. Дали несколько десятков логических задач. Справился без особого труда, но времени было в обрез. Проверяющий с усмешкой посмотрел на меня: «Вы не справились с простой задачей». Честно, мне стало не по себе.

А вот та самая задача:

Саша и Вася бегут 100 метровку. Когда Саша финиширует, Вася пробегает лишь 90 метров.
Во втором забеге бегут также, только Саша стартует, когда Вася пробегает первые 10 метров.
Кто финиширует первый?

Существует ли в какой-нибудь другой Вселенной иная версия вас?

Отправляйся, кроме этого мира существуют и другие.
— Стивен Кинг, «Тёмная башня»

Одна из самых интересных и соблазнительных тем для обсуждения – идея о том, что наша реальность, то есть, воспринимаемая нами Вселенная, может не быть единственной версией происходящих событий. Возможно, существуют и другие Вселенные, возможно даже с разными версиями нас с вами, разными историями и разными концовками, не такими, как наша: некая Мультивселенная. Для ежедневной колонки ответов на вопросы читатели, как обычно, присылали свои вопросы и предложения, но на этой неделе честь достаётся коллеге, ученому-астрофизику Аманде Мэшбёрн, которая спрашивает:

Мне интересно узнать твоё мнение о теории множественных вселенных. На пленарном заседании AAS было обсуждение параллельных миров и спор на тему, являются ли они научной теорией или научной фантастикой. Что ты думаешь об этом?

Ученые Национального исследовательского технологического института «МИСиС» и их коллеги из École Polytechnique (Париж, Франция) выявили серьезную ошибку в вычислениях коллег из США. Это полностью опровергает классическую теорию геомагнетизма и образования магнитного поля Земли. 15 апреля 2016 года журнал Nature отозвал ранее размещенную статью. Ссылаясь на ученых из России и Франции, американцы признали ошибки в расчетах.

В январе 2015 года материаловеды из США Рональд Коэн и Пэн Чжан из института Карнеги (Вашингтон) и Кристиан Хауле из университета Рутгерса (Нью-Джерси) опубликовали в журнале Nature статью «Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions» («Влияние электронных корреляций на свойства железа в земном ядре»). В своем исследовании американские ученые доказывали, что новая теория образования магнитного поля планеты, принятая после 2012 года, несостоятельна. Их расчеты, обоснованные компьютерным моделированием, подтверждали классическую теорию образования магнитного поля Земли.

Результаты их вычислений доказывали, что теплопроводность земного ядра не столь высока, как следовало из первых теоретических расчетов этой характеристики в 2012 году. Это вызвало большой резонанс, как в научных кругах, так и в общественных и научно-популярных СМИ.

Игорь Абрикосов – научный руководитель лаборатории НИТУ «МИСиС» «Моделирование и разработка новых материалов», заведующий отделом теории и моделирования Института физики, химии и биологии университета Линчёпинга, Швеция.

Самодельный фузор

Бывает, что школьные уроки физики скучны, хочется серьёзных экспериментов, а не поджигать спирт в пробирке. Почему бы тогда не собрать у кого-нибудь гараже термоядерный реактор? Именно это сделали школьники в городке Федерал Вей, штат Вашингтон. Как выяснилось, сборка фузора Фарнсуорта под силу даже любителю.

В этот четверг, в 18.30 по Москве состоится пресс-конференция научной коллаборации LIGO, посвященная прогрессу в детектировании гравитационных волн.


На официальной странице коллаборации появилось сообщение с подробностями о грядущем сообщении. Планируется также прямая трансляция в Youtube, и в Google Hangouts, где можно будет задать любые вопросы ученым и получить подробные ответы.

С удовольствием посмотрел фильм “Пекло”, повествующий о проблемах человечества, намного более глобальных, нежели те, с которыми мы сталкивались в прошлом. В описании почему-то написано “триллер”, но такой веселой научно-фантастической комедии за 50 млн. долларов я давно не видел.

Сюжет вкратце таков.
Прошли, очевидно, миллионы (миллиарды?) лет на Земле, и Солнце угасает. Для того чтобы светить ярче, ему, несомненно, потребовалась помощь землян — так они думают, по крайней мере. Ни переселение на другую экзопланету, ни перемещение Земли на более близкую орбиту, ни терраформинг Меркурия или Венеры, очевидно, не рассматривались — либо были отвергнуты как недостаточно амбициозные. Только починка Солнца, только хардкор. Причем вручную — автоматика для слабаков.



Для починки Солнца всей Землей сбросились, и собрали из делящихся материалов восстановительную мега-бомбу, которую физик Кейпа во вступлении гордо называет “своей”. Очевидно, потому что его в качестве сопровождения вместе с ней и отправили к Солнцу на корабле, прикрытого спереди защитным “зонтиком”. На корабле осуществляется восстановление воды, есть сад регенерации кислорода, но вот еду в этом саду выращивать не научились — хотя, казалось бы, напрашивается и посадка картофана в том же саду.

Введение

В данной статье описывается история развития инструментов моделирования потока, переноса тепла, массы: появление первых коммерческих программ в 1960-1980-х, последующая эра методов, основанных на неструктурированной сетке, начавшаяся приблизительно в 1990-х и закончившаяся в середине 2000-х. Эта эра характеризовалась появлением вычислительной гидродинамики (ВГД или CFD — Computational Fluid Dynamics) в научных и конструкторских отделах крупных компаний. После этих двух больших периодов-волн в разработке коммерческого ВГД программного обеспечения (ПО), наблюдается третья волна.



Рисунок 1. Моделирование потока воздуха в 1980-х, Ханна и Парри (2011).

Визуализация данных эксперимента

Две независимых команды физиков из ЦЕРН, Европейской организации по ядерным исследованиям, работающие на Большом адронном коллайдере, сообщили о наблюдении следов неопознанной частицы, не предсказанной Стандартной моделью. В случае подтверждения их находки она может стать крупнейшим открытием в физике.

Пока что учёными высказываются два предположения. Потенциальная новая частица может оказаться более тяжёлой версией бозона Хиггса, ответственного за массу, либо гравитоном – переносчиком гравитации.

Правда, пока рано открывать шампанское: измерения подвержены статистическим погрешностям и различным ошибкам. В 2012 году учёные уже столкнулись с тем, что по результатам измерений нейтрино двигались быстрее скорости света – а потом оказалось, что проблема была в недостаточно хорошем оптическом кабеле.

Кайл Кранмер [Kyle Cranmer], физик из Нью-Йоркского университета отмечает, что сейчас в ЦЕРН вряд ли можно найти специалиста, считающего, что полученных данных достаточно для того, чтобы однозначно утверждать об открытии. С другой стороны, подтверждение полученных данных может вызвать революцию в науке.