физика
источник
Вы говорите нет технологий? А это что?
В бункере томского института создан не имеющий аналогов прибор — радиоимпульсный генератор, способный оказать сопротивление главным мировым бедам: терроризму и раку. Ответственный за разработку ученый, молодой специалист Илья Романченко, отмечен президентской наградой. Hi-Tech Mail.Ru связался с ученым и выяснил, как одна разработка может стать панацеей от двух зол сразу.
Бьет быстро и мощно
Имя томского ученого наверняка попадет в учебники — как человека, который открыл новые физические принципы и разработал прибор, опередивший мировые аналоги.
Президент наградил Илью Романченко за создание генератора электромагнитных радиоимпульсов — установку, которая поможет в антитеррористической борьбе и принесет пользу в биомедицине.
Владимир Путин наградил Илью Романченко в День российской науки 8 февраля. Ученый получил премию в области науки и инноваций.
Началось все в 2008 году, когда физик собрался с группой единомышленников и решил выяснить, что произойдет, если на непроводящий материал с высокими магнитными свойствами (феррит — ред.) упадет электрический разряд.
Несколько недель в бункере томского института длились эксперименты, пока ученые не обнаружили небольшие колебания энергии. Физики поняли — раз колебания есть, ими можно управлять. Их можно увеличить. Их можно сделать чаще. Но надо менять условия. Начались эксперименты с импульсами в 200-300 тысяч вольт. Для сравнения, в обычной розетке — 220 вольт.
— В один из экспериментов приборы уловили потрясающие амплитуды колебаний, — с улыбкой в голосе вспоминает Илья Романченко. — Я как встал со стула, так и рухнул обратно!
В тот момент с Ильей в бункере находился его коллега Виктор Кутенков. Тогда они, обрадованные открытием, решили между собой — произошло событие, которое изменит их жизнь.
Колебания были мощные, сверхмощные. Ни один из существующих генераторов в мире не сможет повторить столь же сильные импульсы. Полученные в Томске данные стали новым явлением в физике.
Конечно, тут же появились скептики, которые утверждали, что приборы ученых уловили помехи.
— Но я знал, что прав, — жестко говорит ученый. — Мы провели еще одну серию экспериментов, добились устойчивых результатов и переломили скепсис. Наша жизнь действительно изменилась. К нам стали ездить делегации из Англии, Южной Кореи. Пошла волна интереса из других институтов…
Коллеги томских первопроходцев заинтересовались практической стороной нового прибора. Дело в том, что производимые генератором электромагнитные радиоимпульсы — своего рода волны энергии. Длятся они наносекунды, но успевают воздействовать на среду, структура которой может пропустить или отразить ее.
Установка представляет собой систему труб, в которых проходят коаксиальные (двойные) линии, заполненные ферритом. Она помещается в экранированный шкаф с передающей антенной, к которому подводится питание.
Исследования ученых показали сходство в реакциях, казалось бы, двух совершенно разных сред — электроники и клеточной структуры живых организмов. Соль — в микропроцессах.
Элементы функционирующей электроники меняют проводимость. В ее элементах, грубо говоря, возникают микропробои. Примерно то же происходит и в клеточной структуре живого организма. У разрушающего эффекта генератора, как ни парадоксально, есть два полезных применения — в оборонке и медицине.
Выступит против терроризма
Представим такую ситуацию — удаленные лазерные сканеры обнаружили взрывчатку. Обнаружить — обнаружили, но что с ней делать? Посылать саперов и рисковать их жизнями? Очистить зону от людей и взорвать направленным выстрелом? Легче — вообще не дать бомбе рвануть. Причем с безопасного расстояния.
Удаленно разминировать взрывчатку может генератор, если подвести его примерно в 100-200 метрах от бомбы и включить. Радиомагнитные импульсы, по словам ученого, могут нарушить работу взрывающих элементов.
— Речь идет о функционирующей электронике, — объясняет ученый. — Пока поля (электрические — ред.) не очень большие, она ведет себя как обычно. Элементы работающей электроники, диоды и прочее, рассчитаны на вольты, а тут на нее падают киловольты.
Гирогенератор сверхмощных радиоимпульсов — так целиком называется разработка Ильи Романченко.
Бомба, которая приводится в действие звонком с мобильника, не сработает. Рации забарахлят. Сотовый телефон потеряет сеть. Беспилотники утратят связь со станциями управления, а двигатели автомобилей заглохнут.
Важное условие — на электронике не должно быть радиозащитных элементов. Тогда генератор сработает и спасет чьи-то жизни.
— Про использование на войне говорить со стопроцентной уверенностью я пока не берусь, — Илья Романченко, как вдумчивый ученый, взвешивает каждое слово.
Физик убежден — первым делом необходимо провести полевые испытания и убедиться, что установка подействует наверняка. Но в физических эффектах, оказываемых радиоимпульсами, Илья уверен. Нужно только убедиться на практике серией экспериментов.
Будет бороться с раком
Первый год томские физики вместе с биологами выясняют, как воздействие радиоимпульсов на клеточном уровне можно использовать на благо человека. За недолгий срок специалисты сумели установить, что излучение, производимое генератором, образует микропоры, микропробои в структуре мембраны живой клетки.
— Это повышает электропорацию клетки, то есть ее проницаемость. Она как бы размягчается, раскрывается для окружающей среды, — делится совместным открытием Илья Романченко.
Илья Романченко работает в Институте сильноточной электроники Сибирского отделения РАН. Все эксперименты вместе со своей командой он проводит в подземном бункере.
Это может сократить срок проведения, например, химиотерапии, понизить ее дозу и одновременно повысить эффективность. Любой медикамент можно доставить в клетку и улучшить эффект от его действия.
Физики теперь объединяются с онкологами, чтобы продолжить эксперименты на клетках, зараженных раком. И уже на практике получить устойчивые результаты — как когда-то это было с колебаниями, зафиксированными приборами.
Несмотря на приглашение в Кремль, награду, полученную лично из рук президента, и приобретенную известность, ученый расслабляться не намерен. До лета и отпуска еще далеко, впереди много нерешенных вопросов. Он с коллегами из института продолжит поиски путей повышения мощности и без того сильной установки.
Источник
Одна из базовых вещей, которые мы узнаем на уроках естествознания в школе, это то, что вода может существовать в трех разных состояниях: в виде твердого льда, жидкой воды или газообразного пара. Но недавно международная группа ученых обнаружила признаки того, что жидкая вода на самом деле может существовать в двух разных состояниях.
Проводя исследовательскую работу — результаты были опубликованы потом в International Journal of Nanotechnology — ученые неожиданно обнаружили, что у воды температурой от 50 до 60℃ меняется ряд свойств. Этот признак возможного существования второго жидкого состояния воды разжег горячую дискуссию в научных кругах. Если это подтвердится, то открытие найдет применение во множестве областей, включая нанотехнологии и биологию.
Агрегатные состояния, которые еще называют «фазами», — ключевое понятие учения о системах атомов и молекул. Грубо говоря, система, состоящая из множества молекул, может быть организована в виде определенного числа конфигураций в зависимости от ее общего количества энергии. При высоких температурах (а значит, при большем уровне энергии) молекулам доступно большее число конфигураций, то есть они менее жестко организованы и двигаются относительно свободно (газовая фаза). При более низких температурах у молекул в распоряжении меньше конфигураций и они находятся в более организованной фазе (жидкой). Если температура опустится еще ниже, они примут одну определенную конфигурацию и образуют твердое тело.
Эта общее положение вещей для относительно простых молекул, таких как диоксид углерода или метан, у которых три ясно различаемых состояния (жидкость, твердое тело и газ). Но у более сложных молекул есть большее число возможных конфигураций, а значит и количество фаз возрастает. Прекрасная иллюстрация этого — двойственное поведение жидких кристаллов, которые формируются из комплексов органических молекул и могут течь, как жидкости, но сохраняют при этом твердую кристаллическую структуру.
Так как фазы вещества определяются его молекулярной конфигурацией, многие физические свойства кардинально меняются, когда вещество переходит из одного состояния в другое. В вышеупомянутом исследовании ученые измеряли несколько контрольных свойств воды температурой от 0 до 100 ℃ при нормальных атмосферных условиях (чтобы вода была жидкостью). Неожиданно они обнаружили резкие отклонения в таких свойствах как, например, поверхностное натяжение воды и коэффициент преломления (показатель, отражающий, как свет проходит через воду) при температуре около 50℃.
Особая структура
Как это возможно? Структура молекулы воды, H₂O, очень интересна и может быть изображена в виде своего рода стрелки, где атом кислорода располагается вверху, а два атома водорода «сопровождают» его с флангов. Электроны в молекулах стремятся распределиться ассиметричным образом, из-за чего со стороны кислорода молекула получает отрицательный заряд по сравнению со стороной водорода. Эта простая структурная особенность ведет к тому, что молекулы воды начинают определенным образом взаимодействовать друг с другом, их противоположные заряды притягиваются, образуя так называемую водородную связь.
Это позволяет воде во многих случаях вести себя иначе, чем это делают, согласно наблюдениям, другие простые жидкости. Например, в отличие от большинства других веществ определенная масса воды занимает больше места в твердом состоянии (в виде льда), чем в жидком, из-за того, что ее молекулы образуют специфическую регулярную структуру. Другой пример — поверхностное натяжение жидкой воды, которое в два раза больше, чем у других неполярных, более простых жидкостей.
Вода довольно проста, но не слишком. Это значит, что единственное объяснение проявившейся дополнительной фазе воды — то, что она ведет себя немного как жидкий кристалл. Водородные связи между молекулами поддерживают определенный порядок при низких температурах, но могут приходить и в другое, более свободное состояние при повышении температуры. Этим объясняются значительные отклонения, наблюдаемые учеными во время исследований.
Если все подтвердится, выводы авторов могу найти множество применений. Например, если изменения в окружающей среде (скажем, температуры) влекут за собой изменения в физических свойствах вещества, теоретически это можно использовать при создании аппаратуры зондирования. Или можно подойти более фундаментально — биологические системы состоят в основном из воды. То, как органические молекулы (например, протеины) взаимодействуют друг с другом, вероятно, зависит от того, как молекулы воды образуют жидкую фазу. Если понять, как молекулы воды в среднем ведут себя при разных температурах, можно прояснить, как они взаимодействуют в биологических системах.
Это открытие — отличная возможность для теоретиков и экспериментаторов, а также прекрасный пример того, что даже самое привычное вещество может скрывать в себе секреты.
Автор: Лев Дубров
Источник
источник
Реальный вопрос на тесте по физике в NUI Maynooth (Kidare, Ireland). Ответ одного из студентов был настолько «глубоким», что профессор решил поделиться им в сети.
Вопрос: «Как бы Вы описали ад — как экзотермичную (отдает тепло), или как эндотермичную (абсорбирует тепло) систему?»
Большинство студентов пытались описать ад с помощью закона Бойля: газ при расширении охлаждается и температура при давлении падает. Один из студентов написал:
«Сначала мы должны выяснить, как изменяется масса ада с течением времени. Для этого нужно знать, сколько душ прибывает в аду и сколько душ его покидает. Я считаю, что если душа попадает в ад, покинуть она его не может. На вопрос, сколько душ прибывает в ад, нам помогут ответить различные религии, существующие сегодня в мире. Большинство из этих религий утверждает, что души людей, не принадлежащих их церкви, однозначно попадают в ад. Поскольку человек не может принадлежать больше чем к одной религии, можно однозначно утверждать, что все души попадают в ад. Приняв во внимание индексы рождаемости и смертности, можно предполагать, что число душ в аду растет экспоненциально.
Рассмотрим теперь вопрос изменения объема ада. Чтобы в аду поддерживать одинаковую температуру и давление, объем его должен увеличиваться пропорционально увеличению количества душ — согласно закону Бойля. Иначе говоря, мы имеем 2 варианта:
— если ад расширяется медленнее, чем растет число пребывающих душ, то температура и давление там будут расти до тех пор, пока ад просто не развалится;
— если же ад расширяется быстрее, тогда температура и давление падают — ад замерзнет.
Каков из вариантов правильный?
Взяв за основу высказывание Анжелы на первом курсе, что «в аду скорее настанет зима, чем я с тобой пересплю», а так же тот факт, что сегодня мы проснулись вместе — мы придем к однозначному выводу, что ад замерз. Из этого следует, что ад не в состоянии более принимать души. Остается только рай, что и подтверждает наличие Бога. Этим, видимо, и объясняется тот факт, что Анжела всю прошлую ночь кричала: «О, Боже!».
источник
источник
Исследователи из Национального института стандартов и технологий США заявили о готовности уточнить определение килограмма с помощью ватт-весов NIST-4. Об этом сообщает журнал Review of Scientific Instruments.
NIST-4 представляет собой прибор на базе сверхпроводников, измеряющий количество электрической энергии, которая необходима для уравновешивания гири или предмета определенной массы. С помощью новых ватт-весов ученые, в частности, вычислили постоянную Планка с погрешностью не более 34 частей на миллиард: 6,62606983·10−34 Дж·с. Результаты измерений уступили показателю других групп, которым Международный комитет мер и весов (CIPM) поручил определить эту физическую константу, и оказались втрое ниже требуемой погрешности в 12 частей на миллиард.
В ближайшее время американские исследователи намерены снизить погрешность до 20 частей на миллиард, уравняв шансы на уточнение килограмма в рамках сотрудничества с русско-немецкой и канадской группами ученых, последняя из которых осуществляет замеры с помощью подсчета атомов в сверхчистой кремниевой сфере. По прогнозам CIPM, команды достигнут нужной точности замеров постоянной Планка и объединят расчеты к июлю 2017 года. Предполагается, что «математическое» определение килограмма посредством уточненной постоянной Планка и формулы E=mc2 будет сформулировано в 2018 году.
Сейчас килограмм является единственной фундаментальной величиной Международной системы единиц (СИ), которая определяется через физический эталон — платиново-иридиевый цилиндр, изготовленный в 1889 году. Разработка новых определений основных единиц измерения, в том числе килограмма, была инициирована Международным бюро мер и весов в 2005 году.
Источник
Физики из Российского квантового центра показали, что телепортация в квантовом мире может идти не в одну, а сразу в две стороны, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review A.
До недавнего времени физики предполагали, что квантовая телепортация возможна только в одну сторону. Алексей Федоров из Российского квантового центра в Москве и его коллеги показали, что на самом деле этот процесс может иметь двусторонний характер, передает РИА «Новости».
При использовании стандартной процедуры квантовой телепортации отправитель-«Алиса» и получатель-«Боб» обладают двумя частицами, «запутанными» между собой на квантовом уровне. Если «Алиса» хочет телепортировать какую-то другую частицу «Бобу», то она одновременно замеряет состояние, в котором находились обе ее частицы, и передает их по обычной линии связи «Бобу».
Во время этого замера связь между «запутанными» частицами разрушается, и частица «Боба» переходит в те состояния, в которых находилась частица «Алисы» во время телепортации. Чтобы узнать, в каком именно состоянии она находилась, необходимы данные замеров, которые «Боб» может использовать для получения данных о свойствах частицы.
«В рамках нашего подхода мы предложили некоторые модификации этого протокола: теперь «Алиса» и «Боб» действуют более симметрично и «нежно», – поясняет Федоров.
Федоров и его коллеги обнаружили, что двухстороннюю телепортацию можно осуществить, если замерять состояния частиц при помощи техники так называемых «слабых» измерений, придуманной относительно недавно, в 90 годах прошлого века.
Этот тип измерений не обладает высокой точностью, но позволяет сохранить запутанность для двусторонней передачи и получения квантовой информации. Подобная передача не проходит бесследно для частиц – получатель и отправитель передают друг другу не полную информацию об этих частицах, а ее несовершенные копии.
По словам ученых, подобная двусторонняя телепортация будет интересна не только с точки зрения практики, улучшения работы систем квантовой связи и шифрации, но и теоретикам и ученым, занимающимся фундаментальной физикой.
Квантовая телепортация была впервые описана на теоретическом уровне в 1993 году группой физиков под руководством Чарльза Бенетта. По их идее, атомы или фотоны могут обмениваться информацией на каком угодно расстоянии в том случае, если они были «запутаны» на квантовом уровне. Для осуществления этого процесса необходим обычный канал связи, без которого мы не можем прочитать состояние запутанных частиц, из-за чего такую «телепортацию» нельзя использовать для передачи данных на астрономические расстояния.
источник