физика
источник
Ученые из Германии показали, что телепортация информации возможна не только на квантовом уровне, но и в мире классической ньютоновской физики, хотя она работает несколько не так, как в мире элементарных частиц.
Немецкие физики разработали методику, которая позволяет фактически мгновенно телепортировать информацию о некоторых свойствах материи на небольшие расстояния не на квантовом, а на обычном уровне, сообщает пресс-служба университета Фридриха Шиллера в Йене.
«Элементарные частицы, такие как электроны и фотоны, существуют, строго говоря, в особом «размазанном» состоянии, в котором их положение в пространстве невозможно определить точно. Внутри такой системы мы можем передавать информацию из одной точки в этой «размазанной» зоне в другую, не тратя на это времени. Подобный процесс мы называем квантовой телепортацией», — заявил Александр Замейт (Alexander Szameit) из университета Йены (Германия).
Замейт и его коллеги нашли способ осуществить подобную передачу информации не в мире квантовой физики, а в «обычном» макромире, используя набор лазерных лучей, особым образом связанных между собой.
Как показали ученые, лучи света можно «спутать» друг с другом не на квантовом, а на классическом уровне, используя специальные поляризующие пластины, вращающиеся с определенной скоростью. Если эти лучи затем пропустить через устройство, осуществляющее световой вариант логической операции CNOT («ИЛИ»), то тогда информация, содержащаяся в одном луче, будет телепортирована во второй.
В качестве информации в данном случае выступает поляризация луча лазера – то, в какую сторону он был «закручен». Эксперименты Замейта и его коллег показали, что эти данные можно мгновенно телепортировать между двумя лазерными лучами, если они находятся на достаточно близком расстоянии друг от друга.
Удачное завершение подобного эксперимента, как считают авторы статьи, говорит о том, что телепортация является универсальным феноменом для нашей Вселенной, а не исключительной чертой квантового микромира. Отличие квантовой телепортации от классической заключается в том, что первая носит нелокальный характер и может работать на любых расстояниях, а вторая будет работать только на очень малых дистанциях.
Ученые подчеркивают, что созданную ими методику и сам этот феномен нельзя использовать для телепортации человека или другой живой или неживой материи из одной точки в другую, однако его можно использовать для создания каналов связи между квантовыми и классическими приборами и быстрой передачи информации внутри вычислительных устройств.
источник
«Мать современной физики» и сама радиоактивна настолько, что похоронена в гробу с защитой из свинца.
Мария Кюри умерла от апластической анемии. Она заболела этой редкой болезнью, связанной с заражением радиоактивными веществами, во время опытов, которые помогли открыть полоний и радий.
Кюри является единственной женщиной, получившей Нобелевскую премию сразу в двух дисциплинах: химии и физике. Ее исследования также помогли французскому физику Анри Беккерелю открыть в 1896 году уран.
Прошло уже более ста лет, а личные вещи знаменитой ученой, включая ее одежду, мебель, книги рецептов, лабораторные записи остаются по-прежнему заражены радиоактивными веществами. Они считаются национальным достоянием Франции и хранятся в защищенных свинцом коробках в Национальной библиотеке в Париже.
Посетители библиотеки, прежде чем ознакомиться с рабочими дневниками и журналами Кюри, должны подписать формуляр, в котором говорится, что они знакомы с опасностью, и обязательно надеть защитное снаряжение, чтобы не заразиться радием 226. Период полураспада его составляет 1600 лет. Это значит, что посетителям придется соблюдать меры предосторожности еще полторы тысячи лет.
Кстати, тело Кюри тоже было заражено радиоактивными веществами. Гроб, в котором ее похоронили, очень тяжел. Он защищен изнутри слоем свинца толщиной 2,5 сантиметра. Мария Кюри вместе с мужем, Пьером Кюри, похоронена в парижском Пантеоне.
источник
В теории время можно разделить на бесконечно малые интервалы, но на деле за минимальный интервал, имеющий физический смысл, большинство учёных принимает планковское время, равное примерно 10-43 секундам. Эта абсолютно предельная величина означает, что события невозможно разделить между собой, если они произошли с разницей во времени меньшей этой величины.
В своей новой работе физики предположили, что самый короткий, имеющий физический смысл интервал времени на самом деле может оказаться на несколько порядков продолжительнее планковского времени. Кроме того, учёные показали, что само существование минимального интервала меняет базисные уравнения квантовой механики; а так как квантовая механика описывает все очень малые физические системы, то это изменит описание всех квантово-механических систем.
Исследователи — Мир Файзал из Университета Уотерлу и Университета Летбриджа в Канаде, Муха́ммед М. Халил из Александрийского университета в Египте и Саурья Дас из Университета Летбриджа — недавно опубликовали статью «Кристаллы времени, состоящие из неизвестного временно́го минимума» в Европейском физическом журнале секции «C».
«Вполне может быть, что в нашей вселенной минимальный отрезок времени на самом деле гораздо больше планковского времени, и его, вероятно, можно точно измерить в ходе эксперимента», — поделился Файзал в беседе с сайтом Phys.org.
Планковское время настолько мало, что ещё ни один эксперимент даже близко не позволил точно измерить этот период — самые точные измерения достигли чувствительности примерно в 10-17 секунд.
Как бы то ни было, возможность существования планковского времени поддерживают многие теории в области квантовой гравитации, например теория струн, петлевая квантовая гравитация и квантовая гравитация с позиций теории возмущений. Почти все эти теории подразумевают, что невозможно измерить расстояние меньше планковской длины, а это значит, что невозможно измерить интервал времени меньше планковского времени, так как планковское время — это время, необходимое свету для преодоления планковской длины в вакууме.
Некоторые теоретические изыскания, недавно проведённые в научном мире, подтолкнули физиков к размышлениям о структуре времени — в частности, к давно обсуждаемому вопросу — является время непрерывным или дискретным.
«В статье мы предположили, что время по своей природе дискретно, и описываем способ экспериментальной проверки этого утверждения», — поделился Файзал.
Один из возможных экспериментов включает измерение скорости спонтанного излучения атома водорода. Видоизменённое уравнение квантовой механики предсказывает скорость немного отличную от той, которую предсказывает немодифицированное уравнение (в пределах некоторого диапазона неопределённостей). Подобные расхождения можно обнаружить и при вычислении скорости распада частиц и нестабильных ядер.
Основываясь на результатах своих теоретических исследований спонтанного излучения водорода, учёные предполагают, что минимальный интервал времени может быть продолжительнее планковского времени на несколько порядков и при этом не превышает некоторую величину, определённую в ходе предыдущих экспериментов. В ходе будущих экспериментов можно сузить эти рамки или даже определить точное значение интервала.
Исследователи также считают, что предложенные модификации базовых уравнений квантовой механики приведут к изменению самого определения времени. Они объясняют, что структуру времени можно мысленно представить в виде структуры кристалла, который состоит из отдельных частиц с регулярным расположением.
С философской точки зрения, дискретная природа времени означает, что наше восприятие времени как непрерывно текущего явления — просто иллюзия.
«Физическая вселенная, на самом деле, представляет собой подобие фильма (или кинофильма), где последовательность неподвижных изображений, показанная на экране, создаёт иллюзию движущихся картинок, — объясняет Файзал. — Таким образом, если принять выше сказанное, получается, что видимый нашим сознанием физический мир с его непрерывными движениями — это иллюзия, за которой стоит дискретная, математически выстроенная структура».«Это предположение наделяет физическую реальность платоновской природой», — продолжает он, намекая на утверждение Платона, что истинная реальность существует независимо от нашего восприятия. — Но в тоже время, в отличие от идеалистических теорий Платона, наше предположение можно экспериментально проверить, оно не предмет одних лишь философских рассуждений».
Источник:
В мире много удивительных вещей и необычных материалов, но эти вполне могут претендовать на участие в категории «самые удивительные среди придуманных людьми». Безусловно, эти вещества «нарушают» правила физики только на первый взгляд, на самом деле все давно научно объяснено, хотя от этого вещества менее удивительными не становятся.
1. Феррожидкость
Ферромагнитная жидкость – это магнитная жидкость, из которой можно образовывать весьма любопытные и затейливые фигуры. Впрочем, пока магнитное поле отсутствует, феррожидкость – вязкая и ничем не примечательная. Но вот стоит воздействовать на нее с помощью магнитного поля, как ее частицы выстраиваются вдоль силовых линий – и создают нечто неописуемое…
На практике феррожидкость применяют по-разному: к примеру, для обеспечения теплопроводности в динамиках, но продемонстрированный метод использования тоже очень ничего.
Ну, а возможность становиться то твердым, то жидким: в зависимости от воздействия магнитного поля, делает этот материал значимым и для автопрома, и для NASA, и для военных.
2. Аэрогель Frozen Smoke
Аэрогель Frozen Smoke («Замороженный дым») на 99 процентов состоит из воздуха и на 1 – из кремниевого ангидрида. В результате получается весьма впечатлительная магия: кирпичи зависают в воздухе и все такое. Кроме того, этот гель еще и огнеупорен.
Разновидностью аэрогеля является так называемое «воздушное стекло» (Airglass) с плотностью 0,05-0,2 грамма на кубический сантиметр. Оно довольно прозрачно, и, хотя не слишком прочно, зато по теплозащите многократно превосходит обычное стекло.
Вообще, инженеры и учёные считают, что в ближайшее время аэрогель сможет найти десятки областей применения на Земле. И здесь опять помогает космос. В последние годы на шаттлах проводились опыты по получению аэрогеля в невесомости.
Будучи почти незаметным, аэрогель при этом может удерживать практически невероятные тяжести, что в 4000 раз превосходят объем израсходованного вещества, при чем сам он – очень легкий. Его применяют в космосе: к примеру, для «вылавливания» пыли от хвостов комет и для «утепления» костюмов астронавтов. В будущем, говорят ученые, он появится во многих домах: очень уж удобный материальчик.
3. Перфторуглерод
Перфторуглерод – это жидкость, вмещающая большое количество кислорода, и которой, по сути, можно дышать. Вещество тестировалось еще в 60-х годах прошлого века: на мышах, продемонстрировав определенную долю эффективности. К сожалению, только определенную: лабораторные мыши погибли после нескольких часов, проведенных в емкостях с жидкостью. Ученые пришли к мнению, что всему виной – примеси…
Сегодня перфторуглероды используются для ультразвуковых исследования и даже для создания искусственной крови. Бесконтрольно использовать вещество ни в коем случае нельзя: оно не самое экологически чистое. Атмосферу, например, «подогревает» в 6500 раз активнее, чем углекислый газ.
4. Эластичные проводники
Матрицу транзисторов, равно как и эластичный проводник, можно растянуть. В группе исследователей из Университета Токио под руководством Такао Сомейя (Takao Someya) впервые получен отличающийся высокой проводимостью и химической стабильностью эластомер, внедрив углеродные нанотрубки в полимерную матрицу.
Эластичный материал был получен за счет перемешивания из черной пасты, полученной с помощью растирания нанотрубок в ионной жидкости – бис(трифторметансульфонил)имид 1-бутил-3-метилимидазолия. Процесс растирания не дает углеродным нанотрубкам склеиваться в большие «связки», что помогает им понизить жесткость и способствует увеличению эластичности.
После растирания гель комбинируют со фторированным сополимером, придающим материалу дополнительную эластичность, дают ему застыть и высохнуть. Полученная в результате всех этих операций пленка покрывается силиконовой резиной, в результате чего образуется эластичный проводник. Для дальнейшего увеличения эластичности материал может быть перфорирован, а также на него могут быть нанесены органические транзисторы. После завершения всех стадий производства получают эластичный лист, свойства которого не меняются при его растяжении до 70%.
Для демонстрации реальности и экономической эффективности предложенного подхода японские исследователи использовали маломасштабный принтер для получения прототипа эластичного проводника размерами 20 на 20 см. Такао Сомейя полагает, что процесс производства эластичных проводников может быть масштабирован до промышленного производства гораздо больших по размеру гибких и эластичных интегрированных электрических схем. По мнению исследователей, данная методика может снизить стоимость изготовления гибких дисплеев, а также создать искусственную кожу для роботов и систем интерфейса для взаимодействия человека с компьютером.
5. Неньютоновская жидкость
Жидкости, вязкость которых зависит от градиента скорости называются неньютоновскими.
Ученые ищут путь применения этой способности неньютоновской жидкости при разработке армейского снаряжения и формы. Чтобы мягкая и удобная ткань под действием пули становилась твердой – и превращалась в бронежилет.
6. Прозрачный оксид алюминия
Прозрачный и при этом крепкий металл планируют использовать как для создания более совершенного армейского снаряжения, так и в автопроме и даже при производстве окон. Почему бы и нет: видно хорошо, и при этом не бьется.
7. Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки уже присутствовали в четвертом пункте статьи, и вот – новая встреча. А все потому, что возможности их и вправду широки, и говорить о всяческих прелестях можно часами. В частности, это – самый прочный из всех изобретенным человеком материалов.
С помощью этого материала уже создают сверхпрочные нити, сверхкомпактные компьютерные процессоры и много-много другого, а в будущем темпы будут только наращиваться: супер-эффективные батареи, еще более эффективные солнечные панели и даже трос для космического лифта будущего…
#fact@sci
источник
В последние дни о невероятной опасности радиоактивного полония-210 узнал весь мир. Naked Science разобрался, что это за элемент, откуда берется и как действует на организм.
Открыт полоний был в 1898 году Марией Склодовской-Кюри, изучавшей смоляную урановую руду, и назван ею в честь родной Польши. В Периодической системе химических элементов он получил номер 84, разместившись почти у самой нижней ее границы, в 16-й группе, которую «возглавляют» кислород и сера. Известно около 30 изотопов полония, ядра которых содержат 84 протона и разное количество нейтронов, что дает им массу от 194 до 218 атомных единиц. Изотопом, с которым работала Мария Склодовская-Кюри, был полоний-210 – забавно, но именно из-за него поднялся сегодня весь этот переполох.
Стратегический материал
Полоний – тяжелый элемент, который в природе встречается чрезвычайно редко и в количествах, для здоровья обычного человека не представляющих никакой опасности. Он появляется в ходе радиоактивного распада урана, который на своем долгом пути, ведущем к нерадиоактивному свинцу, проходит целый ряд превращений: полоний – одна из «остановок» на этом маршруте.
Впрочем, долго он не существует: период его полураспада в зависимости от изотопа составляет от сотен микро- и даже наносекунд до нескольких суток, за исключением полония-208 и полония-209, для которых он достигает 2,9 и 125 лет соответственно. Период полураспада полония-210 составляет 138 дней. Этим и объясняются редкость этого элемента в естественных условиях и необходимость его искусственного синтеза для промышленных, научных и военных целей.
С помощью сложнейших и опаснейших манипуляций полоний в крошечных количествах удается выделять из урановой руды. Как правило, это долгоживущий полоний-209, который превращают в полоний-210, «обстреливая» нейтронами, образующимися в ядерных реакторах. Считается, что основным производителем его является Россия, точнее говоря, завод «Авангард» в закрытом Сарове – бывшем Арзамасе-16, хотя точные сведение о таких секретных производствах найти не так-то просто. Не так давно производство полония было возобновлено и в США.
Полоний находит применение не только в ядерных детонаторах и всевозможных неприятных бомбах. Из него делают компактные и эффективные источники нейтронного излучения, антистатические ионизаторы воздуха. Полониевые радиоизотопные источники тепловой энергии устанавливаются, например, на аппараты долговременных космических миссий, которые отправляются в далекий космос, где света недостаточно для постоянного питания от солнечных батарей. В общем, материал этот стратегический.
Невероятный яд
В то же время полоний является одним из самых опасных веществ, известных современной токсикологии. Точная смертельная доза полония не установлена, но известно, что 250 мг его совершенно определенно приведут к гибели, что делает полоний как минимум в 250 тыс. раз токсичнее цианидов, хотя некоторые специалисты считают, что это серьезное преуменьшение и токсичность полония выше в триллионы раз.
С другой стороны, полоний легко абсорбируется другими химическими веществами, включая воду, окружающие нас предметы и воздух, так что для настоящего отравления необходимы большие дозы, которые гарантировали бы проникновение хотя бы минимального количества в организм жертвы. Стоит заметить, что и альфа-частицы, которые выделяются при распаде полония, также легко поглощаются даже парой листов бумаги, и это затрудняет его обнаружение детекторами радиоактивности.
Но даже если вы проглотите немножко полония, шанс выжить у вас остается: необходимо провести срочное и глубокое промывание желудка, а также принять хелатирующие препараты, которые связывают тяжелые металлы и облегчают их выведение из организма. Если эти экстренные меры не принять оперативно, шансов почти не останется. Хотя, в отличие от тех же цианидов, полоний действует отнюдь не моментально, но из кишечника (или из легких при вдыхании его паров) он легко проникает в кровоток и уже тогда разносится по всему телу, вызывая нарушения, несовместимые с жизнью.
Повреждения наносит все тот же радиоактивный распад полония-210: хотя он излучает считающиеся на самыми «проблемными» альфа-частицы, которые легко задерживаются минимальным экраном. Происходит это с такой интенсивностью, что даже брать образец в руки не рекомендуется. Кроме того, при распаде полоний сильно разогревается – с одной стороны, это и позволяет использовать его в качестве источника энергии в космосе и других изолированных обстоятельствах, а с другой, заставляет его испаряться, переходя в аэрозоль, который слишком легко вдохнуть.
Смертельный механизм
Разбежавшись по организму, полоний продолжает распадаться, выделяя невероятное множество альфа-частиц. Состоящие из пары протонов и пары нейтронов, они летят подобно тяжелым ядрам, беспорядочно сталкиваясь с молекулами нашего тела и разрывая их на куски. При этом образуются отдельные фрагменты – свободные радикалы, обладающие исключительно высокой химической активностью. Они, в свою очередь, вступают в реакцию с практически любой подвернувшейся молекулой, повреждая тонкую биохимическую машинерию клетки.
При отравлении полонием нарушения происходят повсюду и в таких количествах, что обычные биохимические механизмы уже не могут справиться с «ремонтом». Развивается лучевая болезнь, и смерть наступает обычно от полиорганной недостаточности, при которой отказывают практически все системы организма. Однако сильнее других страдают такие жизненно важные органы, как печень, почки, селезенка.
Если полоний был получен перорально, он успевает нанести повреждения и в желудочно-кишечном тракте, что выражается в сильной рвоте – первом из признаков такого отравления. В течение нескольких дней практически погибает костный мозг, в котором происходит созревание клеток крови. Очень ярко это проявляется в резком падении числа белых кровяных телец, которые гибнут массово и становятся практически неспособны защищать организм от инфекционных агентов.
Гибнут и волосяные фолликулы, чрезвычайно чувствительные к недостатку снабжения кислородом: у обреченного выпадают волосы. Все эти симптомы наблюдались у несчастной дочери Марии Склодовской-Кюри – Ирен Жолио-Кюри, которая умерла от лейкемии, вызванной, скорее всего, контактом с этим опаснейшим ядом. Она стала первой, но, увы, не последней жертвой полония.
Источник:
В 1900 году британский физик лорд Кельвин сказал: «В физике нет ничего нового, подлежащего открытию. Остается лишь выполнять все более и более точные измерения». Однако начиная с 1900 года, в течение трех десятилетий, ученые развивали квантовую механику, которая оказалась несовместимой с общей теорией относительности, что породило одно из самых глубоких противоречий в физике.
Сегодня ни один ученый не посмеет утверждать, что наше физическое знание Вселенной близится к завершению. Напротив, с каждым новым открытием кажется, что неразрешенных вопросов становится только больше. Naked Science представляет подборку самых крупных неразгаданных тайн физики.
Источник:
Бывают фотографии, на которые смотришь, и в голове возникает только один вопрос: как? Происходящее на таких снимках настолько невероятно, что кажется, они нарушают все мыслимые законы физики. Но, оказывается, именно знание основных правил из курса физики позволяет делать удивительные вещи, которые раньше мы видели только в сказках и фильмах со спецэффектами.
источник
Гравитация — это понятие из науки, точнее, из физики. Мы все запомнили со школы, что именно эта сила не даёт нам оторваться от поверхности планеты и улететь в открытый космос. Но если вдуматься — гравитация действительно похожа на волшебство!
1. Туалетная физика
На Земле люди хотят справить малую нужду, как только их мочевой пузырь заполнится на 1\3 от своего максимального объема. Происходит это из-за действия гравитации на каждого из нас. Именно поэтому космонавты, находясь на МКС. не испытывают нужды до тех самых пор, пока мочевой пузырь не переполнится.
2. Незатейливая колонизация
Гравитация является очень важным вопросом при колонизации других миров. В теории, люди могут жить на планетах, сила гравитации которых отличается от Земной не более чем в три раза. В противном случае будет нарушена подача крови в головной мозг.
3. Высота гор
В теории, гравитация определяет максимальную высоту формирующихся на планете возвышенностей. Так для Земли (опять-таки в теории) горы не могут превышать высоты в 15 километров.
Лунная физика
Во время исторической миссии «Аполлон», высадившиеся на поверхность Луны астронавты проверили там действие теории Галилея об ускорении свободного падения. Оказалось, что на Луне предметы, вне зависимости от их массы, падают быстрее, чем на Земле. Причина заключается в отсутствии воздуха и, как следствие, сопротивления.
5. Звезда-неудачник
Многие ученые считают Юпитер «несостоявшейся звездой». Планета имеет достаточно сильное гравитационное поле для того, чтобы набрать нужную звезде массу, однако недостаточно сильное для того, чтобы начать преобразовываться в еще одно светило.
6. Телепортация
Если взять и мгновенно убрать Солнце, то Солнечная система будет еще некоторое время испытывать на себе действие его гравитационного поля. Для Земли, в теории, это «счастье» длилось бы около 8 минут, после чего небесные тела начали бы терять свои орбиты.
7. Горы на звездах
Если наше Солнце когда-нибудь превратится в нейтронную звезду, то согласно расчётам ученых, гравитация на нем будет настолько мощной, что высота самой большой горы на его поверхности не сможет превысить и 5 миллиметров.
8. Скорбное пение звезд
Действие гравитационного поля небесных тел после их исчезновения — вовсе не сухая теория. Наша Солнечная система и наша родная планета постоянно испытывают действие гравитационного поля других звезд. Учитывая скорость распространения поля в пространстве, многие из этих звезд перестали существовать уже очень и очень давно.
9. Свечи в космосе
Если зажечь свечу в условиях отсутствия гравитационного поля, то ее огонь будет круглым. Более того, цвет пламени будет синим.
10. Газировка убивает
Пить газированные напитки в условиях отсутствия гравитации определенно точно не стоит. Почему? Все потому, что отсутствие силы тяжести полностью изменяет принцип распространения газов в организме человека. В лучшем случае это может спровоцировать приступ сильнейшей рвоты. Именно поэтому газировку не пьют астронавты на МКС.
источник