физика
Вода в прямом смысле является источником жизни, составляя 80 процентов нашего организма (у младенцев — 90%), поэтому к ее качеству должны применяться самые строгие требования.
К сожалению, та вода, которая поступает в наши дома через систему водопровода, содержит не только свои полезные свойства, но и имеет в своем составе элементы хлора, различные тяжелые соединения и вредные примеси, с которыми даже современные фильтры не всегда справляются. Да и подземные родниковые воды, по мнению специалистов, в теперешних условиях загрязнения почв не гарантируют той кристальной чистоты, которой они славились.
Одним из основных способов обеззараживания и улучшения качества потребляемой воды было и остается ее кипячение, при котором убиваются множественные бактерии, снижается содержание хлора, вода становится мягче. Но…. Многочисленные исследования кипяченой воды показали, что тяжелые металлы не исчезают при таком способе обработки воды, а некоторые частицы хлора могут вступать в контакт с другими элементами и превращаться в очень вредные вещества.
Если же одну и ту же воду кипятить по несколько раз, что часто практикуется особенно в офисах и на предприятиях в обеденное время, то концентрация таких опасных для организма соединений увеличивается с каждым разом, а доля полезных соединений кислорода уменьшается до минимума. Иначе говоря, вода из «живой» и полезной (даже относительно) превращается в «мертвую» и вредную.
Никто в этом мире не понимает, что такое квантовая механика. Это, пожалуй, самое главное, что нужно знать о ней. Конечно, многие физики научились использовать законы и даже предсказывать явления, основанные на квантовых вычислениях. Но до сих пор неясно, почему наблюдатель эксперимента определяет поведение системы и заставляет ее принять одно из двух состояний.
Перед вами несколько примеров экспериментов с результатами, которые неизбежно будут меняться под влиянием наблюдателя. Они показывают, что квантовая механика практически имеет дело с вмешательством сознательной мысли в материальную реальность.
Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики, но Копенгагенская интерпретация, пожалуй, является самой известной. В 1920-х ее общие постулаты были сформулированы Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом.
В основу Копенгагенской интерпретации легла волновая функция. Это математическая функция, содержащая информацию о всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она существует одновременно. Как утверждает Копенгагенская интерпретация, состояние системы и ее положение относительно других состояний может быть определено только путем наблюдения (волновая функция используется только для того, чтобы математически рассчитать вероятность нахождения системы в одном или другом состоянии).
Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической и немедленно прекращает свое существование в других состояниях, кроме того, в котором была замечена. Такой вывод нашел своих противников (вспомните знаменитое эйнштейновское «Бог не играет в кости»), но точность расчетов и предсказаний все же возымели свое.
Тем не менее число сторонников Копенгагенской интерпретации снижается, и главной причиной этого является таинственный мгновенный коллапс волновой функции в ходе эксперимента. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедным котиком должен продемонстрировать абсурдность этого явления. Давайте вспомним детали.
Внутри черного ящика сидит черный кот и вместе с ним флакон с ядом и механизм, который может высвободить яд случайным образом. Например, радиоактивный атом во время распада может разбить пузырек. Точное время распада атома неизвестно. Известен только период полураспада, в течение которого распад происходит с вероятностью 50%.
Очевидно, что для внешнего наблюдателя кот внутри коробки находится в двух состояниях: он либо жив, если все пошло хорошо, либо мертв, если распад произошел и флакон разбился. Оба этих состояния описываются волновой функцией кота, которая меняется с течением времени.
Чем больше времени прошло, тем больше вероятность того, что радиоактивный распад случился. Но как только мы открываем коробку, волновая функция коллапсирует, и мы сразу же видим результаты этого бесчеловечного эксперимента.
На самом деле, пока наблюдатель не откроет коробку, кот будет бесконечно балансировать между жизнью и смертью, или будет одновременно жив и мертв. Его судьба может быть определена только в результате действий наблюдателя. На этот абсурд и указал Шредингер.
1. Дифракция электронов
Согласно опросу знаменитых физиков, проведенному The New York Times, эксперимент с дифракцией электронов является одним из самых удивительных исследований в истории науки. Какова его природа? Существует источник, который излучает пучок электронов на светочувствительный экран. И есть препятствие на пути этих электронов, медная пластина с двумя щелями.
Какую картинку можно ожидать на экране, если электроны обычно представляются нам небольшими заряженными шариками? Две полосы напротив прорезей в медной пластине. Но на самом деле на экране появляется куда более сложный узор из чередующихся белых и черных полос. Это связано с тем, что при прохождении через щель электроны начинают вести себя не только как частицы, но и как волны (так же ведут себя фотоны или другие легкие частицы, которые могут быть волной в то же время).
Эти волны взаимодействуют в пространстве, сталкиваясь и усиливая друг друга, и в результате сложный рисунок из чередующихся светлых и темных полос отображается на экране. В то же время результат этого эксперимента не изменяется, даже если электроны проходят один за одним — даже одна частица может быть волной и проходить одновременно через две щели. Этот постулат был одним из основных в Копенгагенской интерпретации квантовой механики, когда частицы могут одновременно демонстрировать свои «обычные» физические свойства и экзотические свойства как волна.
Но как насчет наблюдателя? Именно он делает эту запутанную историю еще более запутанной. Когда физики во время подобных экспериментов попытались определить с помощью инструментов, через какую щель фактически проходит электрон, картинка на экране резко изменилась и стала «классической»: с двумя освещенными секциями строго напротив щелей, безо всяких чередующихся полос.
Электроны, казалось, не хотят открывать свою волновую природу бдительному оку наблюдателей. Похоже на тайну, покрытую мраком. Но есть и более просто объяснение: наблюдение за системой не может осуществляться без физического влияния на нее. Это мы обсудим позже.
2. Подогретые фуллерены
Эксперименты по дифракции частиц проводились не только с электронами, но и другими, гораздо более крупными объектами. Например, использовались фуллерены, большие и закрытые молекулы, состоящие из нескольких десятков атомов углерода. Недавно группа ученых из Венского университета под руководством профессора Цайлингера пыталась включить элемент наблюдения в эти эксперименты. Чтобы сделать это, они облучали движущиеся молекулы фуллеренов лазерными лучами. Затем, нагретые внешним источником, молекулы начинали светиться и неизбежно отображать свое присутствие для наблюдателя.
Вместе с этим нововведением изменилось и поведение молекул. До начала такого всеобъемлющего наблюдения фуллерены довольно успешно избегали препятствия (проявляя волновые свойства), аналогично предыдущему примеру с электронами, попадающими на экран. Но с присутствием наблюдателя фуллерены стали вести себя как совершенно законопослушные физические частицы.
3. Охлаждающее измерение
Одним из самых известных законов в мире квантовой физики является принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому невозможно определить скорость и положение квантового объекта одновременно. Чем точнее мы измеряем импульс частицы, тем менее точно мы можем измерить ее позицию. Однако в нашем макроскопическом реальном мире обоснованность квантовых законов, действующих на крошечные частицы, обычно остается незамеченной.
Недавние эксперименты профессора Шваба из США вносят весьма ценный вклад в эту область. Квантовые эффекты в этих экспериментах были продемонстрированы не на уровне электронов или молекул фуллеренов (примерный диаметр которых составляет 1 нм), а на более крупных объектах, крошечной алюминиевой ленте. Эта лента была зафиксирована с обеих сторон так, чтобы ее середина находилась в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом было помещено устройство, способное точно записывать положение ленты. В результате эксперимента обнаружилось несколько интересных вещей. Во-первых, любое измерение, связанное с положением объекта, и наблюдение за лентой влияло на нее, после каждого измерения положение ленты изменялось.
Экспериментаторы определили координаты ленты с высокой точностью, и таким образом, в соответствии с принципом Гейзенберга, изменили ее скорость, а значит и последующее положение. Во-вторых, что было довольно неожиданным, некоторые измерения привели к охлаждению ленты. Таким образом, наблюдатель может изменить физические характеристики объектов одним своим присутствием.
4. Замерзающие частицы
Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются не только в экспериментах с котами, но и сами по себе. Каждая частица имеет средний срок жизни, который, как выясняется, может увеличиться под бдительным оком наблюдателя. Этот квантовый эффект был предсказан еще в 60-х годах, а его блестящее экспериментальное доказательство появилось в статье, опубликованной группой под руководством нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.
В этой работе изучался распад нестабильных возбужденных атомов рубидия. Сразу после подготовки системы атомы возбуждались с помощью лазерного луча. Наблюдение проходило в двух режимах: непрерывном (система постоянно подвергалась небольшим световым импульсам) и импульсном (система время от времени облучалась более мощными импульсами).
Полученные результаты полностью соответствовали теоретическим предсказаниям. Внешние световые эффекты замедляют распад частиц, возвращая их в исходное состояние, которое далеко от состояния распада. Величина этого эффекта также совпадала с прогнозами. Максимальный срок существования нестабильных возбужденных атомов рубидия увеличивался в 30 раз.
5. Квантовая механика и сознание
Электроны и фуллерены перестают показывать свои волновые свойства, алюминиевые пластинки остывают, а нестабильные частицы замедляют свой распад. Бдительное око наблюдателя буквально меняет мир. Почему это не может быть доказательством причастности наших умов к работе мира? Возможно, Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийский физик, лауреат Нобелевской премии, пионер квантовой механики) были правы, в конце концов, когда заявили, что законы физики и сознания следует рассматривать как дополняющие одно другое?
Мы находимся в одном шаге от признания того, что мир вокруг нас — просто иллюзорный продукт нашего разума. Идея страшная и заманчивая. Давайте попробуем снова обратиться к физикам. Особенно в последние годы, когда все меньше и меньше людей верят Копенгагенской интерпретации квантовой механики с ее загадочными коллапсами волновой функции, обращаясь к более приземленной и надежной декогеренции.
Дело в том, что во всех этих экспериментах с наблюдениями экспериментаторы неизбежно влияли на систему. Они зажигали ее с помощью лазера и устанавливали измерительные приборы. Их объединял важный принцип: вы не можете наблюдать за системой или измерять ее свойства, не взаимодействуя с ней. Любое взаимодействие есть процесс модификации свойств. Особенно когда крошечная квантовая система подвергается воздействию колоссальных квантовых объектов. Некий вечно нейтральный буддист-наблюдатель невозможен в принципе. И здесь в игру вступает термин «декогеренция», который является необратимым с точки зрения термодинамики: квантовые свойства системы меняются при взаимодействии с другой крупной системой.
Во время этого взаимодействия квантовая система теряет свои первоначальные свойства и становится классической, словно «подчиняясь» крупной системе. Это объясняет и парадокс кота Шредингера: кот — это слишком большая система, поэтому ее нельзя изолировать от остального мира. Сама конструкция этого мысленного эксперимента не совсем корректна.
В любом случае, если допустить реальность акта творения сознанием, декогеренция представляется гораздо более удобным подходом. Возможно, даже слишком удобным. При таком подходе весь классический мир становится одним большим следствием декогеренции. И как заявил автор одной из самых известных книг в этой области, такой подход логически приводит к заявлениям типа «в мире нет частиц» или «нет времени на фундаментальном уровне».
В чем правда: в создателе-наблюдателе или мощной декогеренции? Нам нужно выбрать между двух зол. Тем не менее ученые все больше убеждаются в том, что квантовые эффекты — проявление наших психических процессов. И то, где заканчивается наблюдение и начинается реальность, зависит от каждого из нас.
В фантастических фильмах/книгах практически любой уважающий себя межгалактический крейсер снабжен притягивающим лучом. Это крайне полезное приспособление незаменимо при захвате вражеских истребителей, а так же хорошо работает как способ доставки экипажа с поверхности планеты обратно на корабль. Тем не менее, принцип работы такого луча кажется абсурдным.
Да, еще Иоганн Кеплер в 16 веке, наблюдая кометы, обратил внимание на то, что их хвосты отклоняются от солнца. Таким образом, он сделал вывод, что солнечный свет давит на материю подобно ветру. И да, этот эффект используется в тех же солнечных парусах. Но нет, до сегодняшнего дня не было способа заставить материю двигаться по направлению к источнику света.
Но ученые из университета Сент-Эндрюс создали условия, при которых фантастическое стало реальным. И вот что они сделали. Они взяли лазер VERDI V5 и направили гауссовский луч, через линзу, на заключенное меж стеклом и зеркалом пространство, заполненное суспензией диалктрических частиц (очень маленьких). В результате, пройдя сквозь линзу, стекло и суспензию, лазер отразился от зеркала вступил во взаимодействие с самим собой создав оптической поле с неподвижными волами в нем, благодаря чему можно было наблюдать движение частиц суспензии к источнику света (лазера).
Учитывая всю специфичность подобного взаимодействия, полученный эффект вряд ли ляжет в основу космических притягивающих лучей. С другой стороны, эту технологию вполне реально применить в микробиологии для сортировки молекул, органелл или целых клеток.
На протяжении веков человечество вгрызалось в гранит науки, пытаясь выяснить точный состав Вселенной. Древние греки первыми предположили существование атомов, которые, по их мнению, были мельчайшими частицами — «строительными блоками» всего сущего. На протяжении 1500 лет это было всем, что мы знали о материи. В 1897 году открытие электрона разрушило научный мир до руин. Оказалось, что точно так же, как молекулы состояли из атомов, атомы состоят из компонентов.
И чем глубже мы смотрели, тем больше ответов, казалось, утекает сквозь наши пальцы. Даже протоны и нейтроны — строительные блоки атомов — изготовлены из еще меньших частиц — кварков. Каждое открытие порождало больше вопросов. Состоит ли время и пространство из россыпей мельчайших частиц, которые даже невозможно увидеть? Возможно. Перед вами десять теоретических частиц, которые могут объяснить все. Если мы их найдем.
Страпельки
Начнем с чего-то, близкого к тому, что мы уже знаем — кварки. Насчитывается шесть типов кварков. «Верхние» и «нижние» кварки более распространены, из них состоят протоны и нейтроны. «Странные» кварки, с другой стороны, не так распространены. Когда странные кварки объединяются с верхними и нижними кварками в равных количествах, они создают частицу под названием «страпелька» (от «странный» и «капелька»). Страпельки — это тончайшие фрагменты, из которых состоит странная материя.
Согласно теории странной материи, страпельки образуются в природе, когда массивная нейтронная звезда — тяжелая коллапсирующая звезда — выдает столько давления, что электроны и протоны в ядре сливаются, а затем коллапсируют дальше в нечто вроде плотного кваркового пузыря, который мы называем странной материей. И хотя большие страпельки могут теоретически существовать за пределами центров звезд с высоким давлением, вероятнее всего, они уплыли от таких звезд в другие солнечные системы — включая нашу собственную.
Но опять же: если они существуют, большая страпелька может превратить ядро атома в другую страпельку, если столкнется с ним. Новая страпелька столкнется с другими ядрами, что вызовет цепную реакцию, пока вся материя на Земле не будет превращена в странную материю. На самом деле, подобные страхи были вызваны работой Большого адронного коллайдера, представителям которого удалось в свое время убедить людей в надуманности этого факта. Вряд ли они могли бы случайно создать страпельку, которая уничтожила бы планету.
Суперпартнеры
Теория суперсимметрии гласит, что у каждой частицы во Вселенной есть противоположная частица-близнец, известная как суперсимметричная частица, суперпартнер или счастица. Таким образом, у каждого кварка есть скварк, который разделяет с первым идеальную симметрию. У каждого фотона есть фотино. И так далее, пока ни одна из 61 известных элементарных частиц не останется без внимания. Что ж, если их так много, почему мы не обнаружили ни одну?
Есть такая теория: в физике элементарных частиц более тяжелые частицы распадаются быстрее, чем более легкие. Если образуется достаточно тяжелая частица, она сломается практически сразу после создания. Если предположить, что счастицы невероятно тяжелые, они должны разрушаться в мгновение ока, пока их суперпартнеры — частицы, которые мы наблюдаем — живут. Это может объяснить, почему во Вселенной наблюдается такой перевес темной материи — счастицы могут содержать темную материю и существовать в поле, которое для нас далеко и ненаблюдаемо.
Античастицы
Материя состоит из частиц — и точно так же антивещество состоит из античастиц. В этом есть здравый смысл. Античастицы обладают такой же массой, что и нормальные частицы, но противоположным зарядом и противоположным угловым моментом (спином). Похоже на суперсимметрию, но в отличие от частиц, античастицы ведут себя точно так же, как частицы, даже участвуют в создании антиэлементов вроде антиводорода. В принципе, на любую материю найдется антиматерия.
Во всяком случае, должна найтись. В этом-то и проблема — вокруг много материи, а антиматерии не нашли нигде. Только создали искусственным путем. За пределами Большого адронного коллайдера свободное антивещество не существует даже в теории.
Согласно теории Большого Взрыва, изначально было равное количество частиц и античастиц. Вся материя во Вселенной была создана в точке этого взрыва. По умолчанию, все антивещество должно было быть создано в то же время. Другая теория гласит, что в других частях Вселенной антивещество преобладает. Все, что мы видим, самые далекие звезды, состоят из материи. Но наша видимая Вселенная может быть лишь небольшим участком вселенной, где-то там могут быть целые звездные системы из антивещества.
Гравитоны
На данный момент античастицы представляют собой огромную проблему в современной теоретической физике элементарных частиц. Другой проблемой является гравитация. По сравнению с другими силами, например электромагнетизмом, гравитация — крайне слабая сила. Кроме того, она отлично работает на планетарном уровне — с помощью гравитации легко наблюдать другие звезды и планеты, но на молекулярном уровне ее практически невозможно уловить и там она творит несуразные вещи. В дополнение ко всему прочему, у гравитации нет частиц, которые ее переносят, вроде фотонов, которые переносят свет.
И тут появляется гравитон. Это теоретическая частица, которая должна уместить гравитацию в ту же модель, что и любую другую наблюдаемую силу. Поскольку гравитация оказывает слабое притяжение на каждый объект, вне зависимости от расстояния, она должна быть безмассовой. Но это не проблема — у фотонов нет массы, и они повсюду. Мы зашли так далеко, что можем даже определить точные параметры, которым должен соответствовать гравитон, поэтому если мы найдем частицу — любую частицу — удовлетворяющую этим параметрам, у нас будет гравитон.
Найти гравитон очень важно, поскольку сейчас общая теория относительности и квантовая физика несовместимы. Однако на определенных уровнях энергии, известных как масштабы Планка, гравитация перестает следовать правилам относительности и соскальзывает к квантовым правилам. Поэтому решение проблемы гравитации может быть ключом к единой теории.
Гравифотоны
Есть и другая теоретическая гравитационная частица, и она прекрасна чуть менее, чем полностью. Гравифотон — это частица, которая создается, когда гравитационное поле проявляется в пятом измерении. Она берет начало из теории Калуцы — Клейна, которая предлагает объединить электромагнетизм и гравитацию в одну силу при условии, что в пространстве-времени есть больше, чем пять измерений. Гравифотон обладал бы характеристиками гравитона, но также принимал бы свойства фотона и создавал то, что физики называют «пятой силой» (ну а вообще есть только четыре фундаментальных силы).
Другие теории утверждают, что гравифотон мог бы быть суперпартнером гравитона, но они отталкивались бы и притягивались одновременно. В теории, это могло бы создать эффект антигравитации. И это только в пятом измерении. Теория супергравитации тоже постулирует существование гравифотонов, но предлагает расширить количество измерений до… одиннадцати.
Преоны
Из чего состоят кварки? Для начала, давайте ознакомимся с масштабами. В ядре атома золота семьдесять девять протонов. Каждый протон состоит из трех кварков. Ширина ядра атома золота — примерно восемь фемтометров в поперечнике. Это восемь миллионных долей нанометра, а нанометр — это одна миллиардная от метра. Кварки очень маленькие, а преоны, в таком случае, должны быть настолько ничтожно малы, что их просто невозможно измерить современными методами.
Есть и другие слова, которые используются для описания теоретических строительных блоков кварков, включая примоны, субкварки, квинки и твидлы, но «преон» приняли лучше всех. И преоны — весьма важная часть теоретической физики, потому что на данный момент фундаментальной частицей остаются кварки. Если выяснится, что они состоят из других частей, это откроет путь к тысячам новых теорий. Например, одна из теорий гласит, что неуловимое антивещество во Вселенной на самом деле содержится в преонах, поэтому все вокруг обладает частичками антиматерии, которая заперта в этом всем. Согласно этой теории, и вы являетесь носителем антивещества — просто вы не сможете ее увидеть, потому что материя складывается из более крупных блоков.
Тахионы
Ничто не приближается к нарушению известных законов относительности ближе, чем тахион. Эта частица движется быстрее света, и если бы она существовала, фундаментальное ограничение скорости больше не было бы ограничено скоростью света. На самом деле, это означало бы, что скорость света стала бы центральной точкой — и по обе стороны от этой точки будут частицы, которые движутся бесконечно медленно (не движутся вообще), и тахионы, которые могут двигаться бесконечно быстро.
Как ни странно, их отношение к скорости света было бы зеркальным. Грубо говоря, когда обычная частица ускоряется, ее энергетические потребности увеличиваются. Чтобы прорвать барьер световой скорости, нужно бесконечное количество энергии. В случае с тахионом, чем медленнее он движется, тем больше энергии требует. Когда он замедляется и приближается к скорости света с другого конца, его энергетические требования приближаются к бесконечности. Но когда его скорость растет, и нужда в энергии уменьшается — ему не нужно энергии вообще, чтобы двигаться с бесконечной скоростью.
Представьте его как магнит — один магнит приклеен к стене, а другой у вас в руке. Когда вы соприкасаете одинаковые полюса магнитов, ваш магнит отталкивается. Чем ближе вы приближаете свой магнит, тем труднее вам нажимать. Теперь представьте, что по ту сторону стены есть другой магнит, который делает то же самое. Магнит на стене — это скорость света, а два других магнита — это тахионы и обычные частицы. Если бы даже тахион существовал, они всегда будут замкнуты по ту сторону ловушки, которую мы сами не можем обойти. Хотя технически они могут быть использованы для отправления сообщений в прошлое.
Струны
Почти все частицы, о которых мы рассказали, называются точечными частицами: кварки и фотоны существуют как одна точка — маленькая крошечная точечка — с нулевыми измерениями. Теория струн предполагает, что эти элементарные частицы — далеко не точки, а струны, одномерные нити частиц. По своей сути, теория струн — это некая «теория всего», которая хочет примирить гравитацию и квантовую физику. В теории струн — множество отдельных теорий, да и самих теорий струн тоже много. Из того, что нам сейчас известно, гравитация и квантовая механика не могут сосуществовать физически в одном пространстве — гравитация не работает на квантовом уровне.
Таким образом, в широком смысле, теория струн на самом деле представляет собой квантовую теорию гравитации. Для сравнения, струны могут заменить преоны в качестве строительных блоков для кварков, хотя на более высоких уровнях все останется прежним. И в теории струн струна может превратиться во что угодно в зависимости от формы, в которую сворачивается. Если струна остается открытой, она становится фотоном. Если концы одной струны замыкаются в петлю, она становится гравитоном. Примерно так же дерево может стать целой хижиной или флейтой.
Как мы отметили, теорий струн много, и каждая из них предсказывает различное число измерений. Большинство из этих теорий утверждает, что существует десять или одиннадцать измерений, а бозонно-струнная теория (или теория суперструн) утверждает, что измерений не меньше двадцати шести. В этих других измерениях гравитация обладает равной или большей силой относительно других фундаментальных сил, что объясняет слабость гравитации в наших трех пространственных измерениях.
Браны
Мультивселенная
Если вы действительно хотите получить объяснение гравитации, вам нужно углубиться в М-теорию, или мембранную теорию. Мембраны, или браны — это частицы, которые могут курсировать по нескольким измерениям. К примеру, 0-брана — это точечная брана, которая существует в нулевых измерениях как кварк. 1-брана обладает одним измерением — это струна. 2-брана — двухмерная мембрана и так далее. Многомерные браны могут обладать любыми размерами, что приводит к теории о том, что наша Вселенная — это одна большая брана с четырьмя измерениями. Эта брана — наша Вселенная — просто кусок многомерного пространства.
Что касается гравитации, наша четырехмерная брана просто не может содержать ее, поэтому энергия гравитации улетучивается в другие браны, в многомерное пространство; мы просто довольствуемся тем, что осталось, поэтому гравитация кажется такой слабой сравнительно с другими силами.
Разумеется, нетрудно додумать, что есть много бран, движущихся через пространство — бесконечных бран через бесконечное пространство. Отсюда рождаются теории мультивселенной и циклической вселенной. Согласно последней, вселенная подчиняется циклам: она расширяется из-за энергии Большого Взрыва, затем гравитация стягивает все в одну точку. Это стягивание порождает новый Взрыв, и так до бесконечности.
Частица Бога
Бозон Хиггса был обнаружен 14 марта 2013 года на Большом адронном коллайдере и после подтвержден, а за его находку присудили Нобелевскую премию. Впервые его существование было предсказано в 60-х годах. Это частица, которая дает массу другим частицам.
Бозон Хиггса родился из поля Хиггса и был предложен в качестве объяснения тому, почему некоторые частицы, которые должны обладать массой, фактически ею не обладают. Поле Хиггса — которое никто никогда не наблюдал — должно существовать во всей Вселенной и предоставлять силу, необходимую для того, чтобы частицы приобретали массу. Бозон Хиггса должен заполнить огромные пробелы в Стандартной модели, весьма популярной и объясняющей практически все (кроме гравитации, конечно).
Бозон Хиггса важен тем, что доказывает существование поля Хиггса и объясняет, как энергия внутри поля Хиггса может проявляться в виде массы. Также он важен, поскольку создает прецедент. До его обнаружения он был обычной теорией. У него была математическая модель, физические свойства, спин — все. Просто нужны были доказательства его существования. И мы его нашли.
И если мы смогли сделать это один раз, кто может поспорить, что любая из этих частиц не может быть реальной? Тахионы, страпельки, гравитоны — эти частицы могут полностью перевернуть нашу картину мира и приблизить нас к пониманию фундаментальных основ мира, в котором мы живем.
Написанная Александром Лазаревичем еще в 1997 году повесть «Сеть Нанотех» похоже начинает обретать свое реальное воплощение.
В Стэнфордском университете сделали первый биологический транзистор — так называемый «транскриптор». Главой исследовательской группы является Дрю Энди, доцент кафедры биоинженерии. По праву его команду можно считать первооткрывателями в этой области. Именно они в прошлом году создали «биоинтернет» — систему передачи генетической информации от клетки к клетке внутри микробного сообщества, а также научились использовать ДНК в качестве хранилища данных.
Наконец, группа Энди сделала третий шаг к созданию настоящего биокомпьютера. По сути, компьютером можно считать все что угодно, если это что-то может передавать, хранить и обрабатывать информацию. На основе бактериальной клетки они разработали схему, которая в ответ на входящие биохимические сигналы выдает ответы типа «правда-ложь», т.е. выполняет логические операции.
Для того, чтобы создать транскриптор, ученые использовали в качестве «провода» молекулу ДНК, а в качестве «электронов», которые передаются по «проводу» — фермент РНК-полимеразу, который синтезирует РНК, используя ДНК как матрицу (этот процесс называется транскрипцией — отсюда и название устройства, созданного Энди). Движение РНК-полимеразы вдоль ДНК контролируется ферментами интегразами, которые могут вырезать кусочки ДНК и вставлять их обратно. Если транзистор регулирует электрические сигналы, то транскриптор увеличивает или уменьшает количество РНК, которая превращается в белок.
Используя бинарную логику (Boolean Integrase Logic), транскриптор может ответить на вопрос, получала ли клетка какие-либо стимулы, например, молекулу кофеина или глюкозы. Таким образом можно запрограммировать клетку делиться (или наоборот, не делиться) в ответ на внешние сигналы. Также клетка может передать эту информацию окружающим ее клеткам по принципу «биоинтернета». В перспективе изобретение стэнфордских ученых может пригодиться для детекции нарушений в организме и доставки лекарств.
1)За время взрыва в 39 наносекунд выделилось 5,3 иоттаватта энергии, что составило примерно 1 % мощности, выделяемой Солнцем.
2)Огненный шар взрыва достиг радиуса примерно 4,6 километра. Теоретически он мог бы вырасти до поверхности земли, однако этому воспрепятствовала отражённая ударная волна, подмявшая и отбросившая шар от земли.
3)Световое излучение потенциально могло вызывать ожоги третьей степени на расстоянии до 100 километров.
4)Ионизация атмосферы стала причиной помех радиосвязи даже в сотнях километров от полигона в течение около 40 минут
5)Ощутимая сейсмическая волна, возникшая в результате взрыва, три раза обогнула земной шар.
6)Свидетели почувствовали удар и смогли описать взрыв на расстоянии тысячи километров от его центра.
7)Ядерный гриб взрыва поднялся на высоту 67 километров; диаметр его двухъярусной «шляпки» достиг (у верхнего яруса) 95 километров.
8)Звуковая волна, порождённая взрывом, докатилась до острова Диксон на расстоянии около 800 километров.
9)Радиоактивное загрязнение опытного поля радиусом 2-3 км в районе эпицентра составило не более 1 мР/час.
Пожалуй, именно, так в двух словах можно охарактеризовать новую совместную разработку китайских и американских учёных. На волне бума альтернативной энергетики, в частности, ветровой, предложенная идея не является такой уж экзотической и нереальной.
Трибоэлектрический эффект – довольно интересное природное явление, заключающееся в том, что при трении двух материалов или веществ (например, с разной плотностью) между ними происходит разделение зарядов. Все мы, наверняка, прекрасно помним школьные опыты по физики, когда стеклянная палочка, натёртая мехом, отклоняет висящие полоски бумаги.
Конечно, полярность, количество заряда и разность потенциалов зависит от многих параметров: влажности, температуры, природы используемых материалов и так далее. Для кого-то это просто забавный эксперимент, а для кого-то – серьёзная наука, подкреплённая теорией, формулами и опытами.
Вооружившись этим знанием американским (Georgia Institute of Technology) и китайским (Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems) учёным было сконструировано небольшое устройство (2.5×2.5×22 см), позволяющее получать напряжение до 100 В при токе до 1.6 мкрА (микроА). Что в сумме даёт около 0.1 мВт мощности. По заверениям авторов работы этого количества электроэенергии вполне хватает, чтобы зажечь несколько светодиодов.
Идея разработки очень проста: между двумя металлическими пластинами закреплена тонкая полимерная плёнка из фторированного полиэтилен-пропилена, которая может свободно перемещаться между ними.
Как пишут сами авторы: «Используя сразу два эффекта – трибоэлектрический и электростатический – периодическое изменение расстояния между двумя алюминиевыми пластинами и полимерной плёнкой приводит к транспорту зарядов между алюминиевыми электродами и землёй, что, в свою очередь, даёт ток электронов во внешней цепи.
Другим применением данного устройства, вполне вероятно, могут стать дистанционные датчики измерения скорости ветра для установки в труднодоступных районах (в горах или пустынях, например). При этом такие датчики сами будут обеспечивать себя электроэнергией: за счёт небольшой аккумуляторной батареи можно накопить достаточно энергии для считывания скорости ветра и сохранения и/или передачи данных.
©Tiberius
Немецкие исследователи заморозили самую быструю вещь во Вселенной — свет: им удалось удержать его в таком состоянии на рекордный срок — целую минуту.
Достижение может стать большим прорывом в области квантовой памяти и хранения информации. Учёные стали работать в этом направлении потому, что свет сохраняет свои квантовые свойства когерентности (то есть информацию о своём состоянии), а это в свою очередь даёт возможность создать квантовую память на основе света и обеспечить безопасную квантовую связь даже на самых больших расстояниях.
Разумеется, «заморозить» свет сложно — попросту положить его в морозильную камеру нельзя. Свет — это электромагнитное излучение, способное перемещаться со скоростью 300 млн м/с. За одну мин свет преодолевает около 18 млн км или же 20 раз проходит вокруг Луны. Однако его можно замедлить или даже совсем остановить: исследователям уже удавалось сделать это раньше — тогда они смогли «заморозить» свет на 16 с.
В новом эксперименте немецкий учёный Георг Хайнце и его команда конвертировали когерентность света в атомную когерентность. Они использовали эффект квантовой интерференции, делающий непрозрачную среду — в эксперименте это был кристалл — прозрачной в узком диапазоне спектра света (этот процесс называется электромагнитной индуцированной прозрачностью или ЭИП).
Исследователи направили лазер на кристалл, поставив его атомы в суперпозицию в двух состояниях. Затем в то же место был направлен второй луч, нейтрализующий первый лазер и, соответственно, обеспечивающий прозрачность. Таким образом, учёные разрушили суперпозицию и фактически поймали свет в ловушку внутри второго лазерного луча.
Кроме того, в ходе эксперимента удалось передать, а затем и успешно получить информацию — картинку с тремя горизонтальными полосами 100 мкм в длину.
В дальнейшем исследователи попытаются использовать различные вещества для увеличения продолжительности хранения информации.
Источник