Физика

🌟 Первое полное представление атомного ядра

Спустя почти век после открытия протонов и нейтронов, составляющих атомные ядра, международная команда физиков наконец-то сумела объединить два мира — низкоэнергетические и высокоэнергетические описания атомных ядер. Эта работа, опубликованная в Physical Review Letters, знаменует прорыв в физике атомного ядра, связывая классическое представление о ядре как о совокупности протонов и нейтронов с его кварково-глюонной природой.

Предыстория:
Хотя давно известно, что внутри протонов и нейтронов находятся кварки, удерживаемые глюонами, физики не могли объединить модели, описывающие ядра на низких и высоких энергиях. На низких энергиях ядра ведут себя как совокупность протонов и нейтронов, а на высоких — как взаимодействие кварков и глюонов.

Прорыв:
Группа под руководством доктора Александра Кусины из Польской академии наук использовала данные высокоэнергетических экспериментов, включая данные LHC в ЦЕРН. Они разработали новые функции распределения партонов (кварков и глюонов) для 18 атомных ядер, которые объединяют модели низкоэнергетических ядерных взаимодействий с высокоэнергетическими.

Результаты:
Исследование подтвердило, что большинство связанных пар нуклонов — это пары протон-нейтрон, что особенно интересно для тяжёлых ядер, таких как золото или свинец. Модель не только описывает экспериментальные данные точнее традиционных методов, но и открывает новые возможности для изучения структуры ядер.

📄 Подробнее в P.R.L.

TG.

🏆 Учёные, выигравшие Нобелевскую премию по физике, предупреждают об угрозах ИИ

Исследователи Джеффри Хинтон и Джон Хопфилд стали лауреатами Нобелевской премии по физике 2024 года за их новаторские исследования в области ИИ. Их работы 1980-х годов по нейронным сетям стали основой для современных систем глубокого обучения, которые обещают революцию, но также вызывают опасения.

Хинтон, известный как "Крёстный отец ИИ", выразил тревогу по поводу возможных последствий технологии, над которой он работал. "Я беспокоюсь, что это может привести к появлению систем, которые станут умнее нас и однажды выйдут из-под контроля", — сказал он. В 2023 году Хинтон ушёл из Google, чтобы предупредить о "глубоких рисках" ИИ для общества. 

Потенциал и вызовы
Нобелевский комитет отметил, что искусственные нейронные сети уже стали частью повседневной жизни — от распознавания лиц до автоматического перевода. Но, как заявила Эллен Мунс, председатель комитета, быстрый прогресс ИИ вызывает опасения за будущее. "Человечество несет ответственность за безопасное использование этой технологии," — добавила она.

Хопфилд, в свою очередь, предостерег, что современные ИИ-системы могут содержать непредсказуемые последствия, и призвал к более глубокому пониманию их работы.

Хинтон и Хопфилд были награждены за вклад в разработку систем, таких как сеть Хопфилда и машина Больцмана, которые сделали возможным обучение нейронных сетей выполнять сложные задачи, такие как распознавание образов.

📄 Подробнее: Nobel Prize

TG.

❄️ Новая система охлаждения на основе гравитации.

Солнечные батареи играют ключевую роль в переходе Саудовской Аравии на зеленую энергию, но их эффективность часто страдает от перегрева. Обычно для их охлаждения используют электрические системы, но исследователи из KAUST создали инновационную систему, работающую без электричества, с использованием гравитации и доступных материалов.

Система собирает воду из воздуха с помощью технологии атмосферного сбора и охлаждает солнечные батареи. Воду можно использовать и для других нужд: орошение, мытье, охлаждение зданий. В сухом климате, как в Саудовской Аравии, большинство систем требуют электричества, но новая технология обходится без него.

Исследователи разработали специальное покрытие из полимера и силиконового масла, которое позволяет воде стекать по поверхности устройства, не задерживаясь. Это делает систему полностью пассивной — работающей под действием гравитации.

Тесты в городе Туваль показали, что устройство может удвоить скорость сбора воды по сравнению с альтернативными технологиями. Оно эффективно охлаждает батареи и не требует механических компонентов, таких как вентиляторы или компрессоры, что снижает затраты на обслуживание.

📄 Подробнее в журнале Advanced Materials.

Больше в TG.

🔒 Квантовый протокол для защиты данных между ИИ и облаком.

Исследователи из MIT разработали уникальный протокол безопасности, который использует квантовые свойства света для защиты данных при обмене между клиентом и облачным сервером. Этот метод обеспечивает не только защиту данных, но и сохраняет точность моделей глубокого обучения на уровне 96%.

Как это работает?
🔹 Протокол основан на теореме о невозможности клонирования квантовой механики: данные кодируются в лазерном свете, который используется в волоконно-оптических системах связи. Это делает невозможным перехват информации без обнаружения.

🔹 Сервер кодирует веса нейронной сети в оптическое поле и передает их клиенту. Клиент, используя свои данные, выполняет операции, не раскрывая их серверу.

🔹 Квантовая природа света предотвращает возможность копирования весов или получения дополнительной информации о модели. Как только клиент завершает один уровень вычислений, доступ к предыдущему уровню блокируется.

Двусторонняя защита
Этот подход защищает данные клиента от утечки на сервер, а также защищает модель сервера от копирования клиентом. Это делает протокол идеальным для использования в облачных вычислениях, включая такие ресурсоемкие задачи, как работа с моделями ИИ (например, GPT-4).

🔬 Метод совместим с существующим телекоммуникационным оборудованием, что делает его готовым к внедрению на практике, особенно в таких чувствительных областях, как здравоохранение.

📄 Узнать больше на arXiv.org

Наш TG канал.

Космический двигатель для самых маленьких

Университет НИЯУ МИФИ заявил, что его малое инновационное предприятие готово к серийному производству плазменных двигателей для спутников VERA. Насколько это важно для космической индустрии?

Серийное производство двигателей для спутников в России пока не очень востребовано, самих космических аппаратов запускается обычно около 20 в год. Они ещё и разнотипные, не очень-то это и серия. Но есть исключение — миниатюрные спутники-кубсаты, состоящие из одного или нескольких «кубиков» размером 10х10х10 см. Они сравнительно недорогие, и в год их может быть создано и выведено в космос десятки даже в России. Такие аппараты чаще всего не оснащаются двигателем, а значит не могут менять орбиту и сводиться после выхода из строя, превращаясь в космический мусор.

VERA и поможет решить задачу управления спутниками — плазменная конструкция позволила сочетать небольшие размеры и высокий удельный импульс? хватит, чтобы маневрировать небольшому аппарату. Оговоримся, что серийное производство плазменных двигателей в России было и раньше, например, ОКБ Факел производил их сотнями для спутников OneWeb. Но эти аппараты связи весили около 150 кг, а в случае с кубсатами счёт идёт на единицы килограмм.

Двигатель VERA — реальность, он уже работает на трёх спутниках, один из которых «Святобор-1», запущенный ещё в июне 2023 года. Насколько они действительно будут востребованы и получится ли у инженеров сделать двигатели наноспутников, таких как спутник-сервер RUVDS?

Первый — стирлинг Белецкого с фазовым переходом, который он обещал показать почти 10 лет назад, но что-то как-то не задалось… может быть, в виде холодильника идея жизнеспособна? Будет ли хладагент сжижаться и вскипать там, где надо, или будет плескаться только на дне? Будет ли он при этом проникать в нужных количествах где нужно, или уменьшение объёма при сжижении поставит крест на прокачке его из цилиндра в цилиндр?

Второй — классический «Морозко», упрощённый (в ущерб и без того кислому КПД) до уровня школьной демонстрационной модели. Вода нагревается, растворимость аммиака падает, а сжижаться сам по себе он при такой температуре не хочет даже под давлением — в результате они прощаются и идут охлаждаться в раздельные радиаторы, после чего, может быть, и жалеют о содеянном — а назад пути уже нет :) Остывший аммиак сжижается пассивным давлением, царящим во всей системе, после чего в левой ветке остывшая вода «через водород» снова его «впитывает», образуя исходный раствор.

Основная функция водорода тут — не мешать аммиаку испаряться при условии равенства давлений слева и справа. Нам совершенно не нужно, чтобы он испарялся справа, мешая конвекции, потому что справа его «некому забрать», но справа царит более-менее равновесное состояние насыщающих паров, поэтому там он и не спешит испаряться. Слева же паров аммиака мало (сплошной водород), поэтому испаряется он охотно, но не создавая падения давления, которое могло бы «пробить колено раковины» (выражаясь сантехническим языком).

А что, если объекты с очень высоким градиентом гравитационного поля (ЧД, нейтронные звёзды…) имеют бо́льшую массу, чем видится снаружи?

Что, если на порождение излучения Хокинга жрётся не только масса, но и сами гравиволны?

Что, если притяжение может быть асимметричным из-за того, что тело имеет большую массу и сильно притягивается к другому, но не может ответить взаимностью более чем на 99,9999%, а 0,0001% теряется? И за счёт чего будет работать закон сохранения массы и закон сохранения импульса при таком раскладе?

Простите, у меня пятница и высокая температура.

Есть люди, которым не даются дела, требующие терпения и аккуратности. Техника, особенно тонкая, прецизионная, реагирует на их присутствие.

В литературе, периодике и интернете описано немало подобных историй. Самым известным героем стал австро-швейцарский физик-теоретик, нобелевский лауреат Вольфганг Паули. Его коллеги и студенты много раз замечали, как в присутствии Паули ломается оборудование и срываются научные эксперименты. С их легкой руки явление получило название «Эффект Паули».

Так, например, в присутствии физика вышел из строя телескоп, когда тот приехал навестить своего друга ученого Вальтера Бааде в Гамбургской обсерватории. Еще один случай произошел в Принстонском институте перспективных исследований. Там загорелся циклотронный ускоритель элементарных частиц. Инцидент совпал по времени с визитом Паули. На заседании Немецкого физического общества во Фрайбурге сломался проектор. Паули присутствовал.

Студенты много раз проверяли эффект Паули на деле. Однажды они собрали несложное устройство, которое при открытии двери в аудиторию, должно было остановить часы. Когда Паули вошел, устройство сломалось, часы продолжили работу. 

В научной среде к эффекту Паули относились с юмором и скепсисом. Никто всерьез не брался его изучать. Однако и опровержений тоже нет. Среди предположений о природе этого явления наиболее материалистично выглядит влияние электромагнитного поля человека.

Ушёл из жизни Питер Хиггс — физик, который предсказал существование бозона 60 лет назад. 8 апреля 2024 года после непродолжительной болезни в возрасте 94 лет лауреат Нобелевской премии по физике Питер Хиггс скончался в своём доме в окружении родных.

Известный физик предсказал существование одной из элементарных частиц за 48 лет до её открытия — её назвали бозоном Хиггса.

«Стало известно, что профессор Питер Хиггс скончался в возрасте 94 лет. Он мирно ушёл из жизни у себя дома в понедельник, 8 апреля, после непродолжительной болезни», — говорится в сообщении, опубликованном на сайте Эдинбургского университета, где работал профессор.

В 1964 году Хиггс и Франсуа Энглер независимо друг от друга выдвинули теории о существовании бозона — частицы, отвечающей за наличие или отсутствие масс у других элементарных частиц.

В 2012 году учёные из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в Швейцарии заявили, что обнаружили такую частицу. В 2013 году Хиггс и его бельгийский коллега Франсуа Энглер получили за это открытие Нобелевскую премию по физике.

Хиггс является лауреатом медали Дирака и премии в области физики частиц и физики высоких энергий Европейского физического общества, а также членом Королевского общества Эдинбурга и членом Лондонского королевского общества.

«Информации» по настоящему — не существует?

Когда‑то давно на одном форуме видел подпись «нет места хранения настоящему».

Спустя много лет я задумался — а что если попытаться это применить к физике? Попробовать представить абстрактный сферический физический мир в вакууме, который состоит из одного бита.

Как бы выглядел такой мир? Было бы лишь одно состояние 0 или 1. При этом нельзя сказать, какое состояние было «до» текущего момента и какое будет «потом», потому что текущее состояние бита, чем является весь выдуманный мир, просто не с чем сравнить. Поэтому в таком мире нет ни прошлого, ни будущего.

Добавим циклический буфер из 8 битов. Сравнивая наш бит с нулевым битом буфера мы можем сказать, как именно он изменился и что понятие «изменение» существует. А сравнивая между собой остальную последовательность нам становится доступен отрезок времени — история изменения нашего бита «реальности».

И все было бы хорошо, но в нашей реальности материя не обладает избыточностью — у нее нет такого «буфера». Тот же электрон уже хранит информацию о самом себе: положение в пространстве, энергия, скорость. И время изменяет материю, а не создает новые «биты» в ней. Прошлое хранить негде.

Если бы электрон мог хранить нужную нам дополнительную информацию, то у него были бы дополнительные состояния, не участвующие в физических процессах. Но таких состояний у него нет.

Выходит — если мы думаем, что компьютер хранит информацию, то мы видим в нем «что‑то еще» помимо самого компьютера. Привет, Платон...

Главное зеркало «Уэбба» состоит из 18 сегментов из бериллия с покрытием из золота. Как правило, указывают, что зеркало изготовила Ball Aerospace. На деле к зеркалам приложили руку несколько других субподрядчиков: заготовки из бериллия поставила Brush Wellman, Axsys Technologies проводила точную обработку, в подразделении Tisnkey компании L3 Integrated Optical Systems занимались полировкой, Quantum Coating Incorporated проводила покрытие золотом и так далее.

Кстати, географически производственные помещения этих организаций находились далеко, поэтому сегменты путешествовали по США вдоль и поперёк.

18 сегментов поставляли не сразу, а тремя партиями по 6 штук. В 2011 году в Центре космических полётов Годдарда во время проведения испытаний сделали забавный снимок. 25 мая 2011 года фотографию опубликовали в аккаунте Flickr Центра. Человек в одежде для чистого помещения (на сленге — bunny suit), лицо которого отражается в сегментах, в подписи назван «учёный проекта Марк Клэмпин».

В 2011 году считалось, что «Уэбб» будет готов к полёту в 2018 году. На деле сборка и запуск телескопа затянутся — в точку Лагранжа L₂ аппарат улетит лишь 25 декабря 2021 года. Карьера Клэмпина в это время тоже не стоит на месте: он получает должность директора отдела астрофизических исследований, а позднее и вовсе переезжает в Вашингтон, столицу США, где возглавляет отдел астрофизики в директорате научных миссий в главном офисе НАСА.

Мы знаем, что масса искривляет пространство, по сути сжимает его в сторону центра массы.

Гипотеза: пространство может быть сжато само по себе, а не только массой.

Места где пространство сжато сильнее чем в других местах для нас выглядят как скопление темной материи.

Также пространство «как пружина» старается «распрямиться» и расширяется из за этого, и сейчас этот эффект мы объясняем как темная энергия.

Если взять много шестеренок и понижающих передач и можно соорудить механизм, которому потребуется чудовищное время на один цикл работы. Например здесь мотору нужно совершить буквально googol оборотов, чтобы единожды провернуть последнюю шестерню. А эта машина по расчетам автора, совершает полный цикл работы за 5.2434e91 лет (даже не знаю, сколько это). Чертова экспоненциальная магия.

Первым подобную визуализацию создал гениальный кинетический скульптор Артур Гэнсон. Его Machine with Concrete частично замурована в бетон, но заклинит ее еще оочень не скоро...

Люблю science-art и регулярно о нем рассказываю в телеграм.