физика
Квантовая механика — раздел теоретической физики, описывающий физические явления, в которых действие сравнимо по величине с постоянной Планка. Предсказания квантовой механики могут существенно отличаться от предсказаний классической механики. Поскольку постоянная Планка является чрезвычайно малой величиной по сравнению с действием макроскопических объектов, квантовые эффекты в основном проявляются в микроскопических масштабах. Если физическое действие системы намного больше постоянной Планка, квантовая механика органически переходит в классическую механику. В свою очередь, квантовая механика является нерелятивистским приближением (то есть приближением малых энергий по сравнению с энергией покоя массивных частиц системы) квантовой теории поля.
Классическая механика, хорошо описывающая системы макроскопических масштабов, не способна описать все явления на уровне молекул, атомов, электронов и фотонов. Квантовая механика адекватно описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул, конденсированных сред, и других систем с электронно-ядерным строением. Квантовая механика также способна описывать поведение электронов, фотонов, а также других элементарных частиц, однако более точное релятивистски инвариантное описание превращений элементарных частиц строится в рамках квантовой теории поля. Эксперименты подтверждают результаты, полученные с помощью квантовой механики.
Основными понятиями квантовой кинематики являются понятия наблюдаемой и состояния.
Основные уравнения квантовой динамики — уравнение Шрёдингера, уравнение фон Неймана, уравнение Линдблада, уравнение Гейзенберга и уравнение Паули.
Уравнения квантовой механики тесно связаны со многими разделами математики, среди которых: теория операторов, теория вероятностей, функциональный анализ, операторные алгебры, теория групп.
источник
Иногда время идет очень быстро, иногда оно тянется невыносимо медленно. С возрастом оно летит все быстрее и быстрее. Время — самый ценный из невозобновляемых ресурсов и обладает великой способностью ускользать. Почему же мы по-разному воспринимаем течение времени? Вот семь интересных примеров восприятия времени.
1. На наши оценки времени существенно влияют психологические факторы, включая эмоции. В одном эксперименте исследователи попросили участников пройтись по комнате и поговорить с другими, прежде, чем сообщить ученым, с кем бы они приняли участие в следующем задании. Затем каждого участника попросили выйти за дверь и им сообщали один из двух вариантов: «Я прошу прощения, но никто не хочет быть вашим партнером, вы не могли бы участвовать в задании сами?» или «Все выбрали вас и теперь ради справедливости, вам придется работать одному». После этого участников попросили оценить, сколько времени они затратили на задания.
Если участники думали, что их одиночество было вызвано популярностью, то время для них проходило очень быстро. А те, кто чувствовал себя отвергнутым, считали, что время тянется очень долго.
2. Внимание и память также имеют сильное воздействие на восприятие времени. Например, новый опыт, требующий большей умственной обработки, кажется, длится дольше, чем известные ситуации. Вот почему дорога в новое место кажется дольше, чем дорога назад.
3. Мы всегда оцениваем как текущее время, так и прошлое. Время искажается, когда возникает несоответствие. Например, время может тянуться дольше во время гриппа, в частности потому что лихорадка искажает восприятие, и кажется, что минуты растягиваются в часы.
Но время, когда вы были больны, кажется удивительно быстрым, если вы воспринимаете его в прошлом. Все дело в том, что монотонность кодируется в мозге, как один опыт. Но то же количество времени, проведенное, например, в походе, останется множеством воспоминаний.
4. Возраст также влияет на восприятие прошлого. Тут срабатывает эффект пропорциональности. Год — это пятая часть вашей жизни, когда вам 5 лет и кажется, что это много времени. В 50 лет, год представляет собой гораздо меньшую пропорцию (одну пятидесятую) и занимает соответствующее количество времени.
5. Но эффект пропорциональности виновен лишь частично. По мере того, как человек становится старше и набирает опыт, все меньше видов деятельности являются для него новыми. Так как они становятся более легкими и менее примечательными, время в прошлом кажется ускоренным.
В этом случае полезно искать новые виды деятельности, особенно на выходных, когда кажется, что время летит особенно быстро.
6. В умах большинства людей будущее — это просторное место, где полно времени и мы им свободно управляем. Попросите занятого человека выделить вам сегодня 10 минут, и у него не будет времени. Но если вы попросите у него часок как-нибудь через год, он с радостью пообещает с вами встретиться.
7. Специалисты предупреждают, что стоит быть осторожным с формулировкой, когда вы планируете какие-то события в будущем. Например, если вы сообщите, что заседание в среду передвинете вперед на два дня, люди могут воспринять это в обоих направлениях, как с начала, так и с конца рабочей недели.
Это происходит потому что люди по-разному представляют себе время. Некоторые думают о времени как о чем то, что движется к ним, другие же представляют себя движущимися во времени. Первый тип людей будет считать, что заседание перенесено на понедельник, а последний тип подумает, что заседание перенесено на пятницу.
источник
Многие понятия покинули мир науки, и соответствующие слова стали частью повседневной речи — но, к сожалению, чаще всего их используют неправильно. Мы попросили нескольких ученых рассказать, какие научные термины, по их мнению, неправильно употребляются чаще всего. Вот десять из них.
Доказательство
Физик Шон Кэрролл стенает:
Я бы сказал, что «доказательство» — это самый неправильно понятый научный концепт. У него есть формальное толкование («логическая демонстрация того, что определенные последствия вытекают из определенных предпосылок»), и оно сильно расходится с бытовым употреблением слова, значение которого ближе к простому «свидетельство в пользу чего-либо». Между тем, что говорят ученые и что слышат обыватели, существует зазор, поскольку ученые ориентируются на более четкое определение, согласно которому наука никогда ничего не «доказывает»! Поэтому, когда нас спрашивают: «Как вы „докажете“, что люди произошли от других видов путем эволюции?» — или: «Можете ли вы „доказать“, что изменения климата вызваны деятельностью человека?», — мы обычно мнемся вместо того, чтобы просто сказать: «Конечно, можем». Тот факт, что на самом деле наука ничего не доказывает, а просто создает все более и более убедительные и понятные теории (которые тем не менее всегда можно и нужно улучшать и дополнять), — это одна из ключевых черт науки, определяющая ее успехи.
Теория
Астрофизик Дэйв Голдберг предлагает свою теорию по поводу слова «теория»:
Обычные люди (а также те, у кого есть на то идеологические причины) слышат слово «теория» и думают, что оно означает «идея» или «предположение». Но нам лучше знать. Научная теория — это целая система проверяемых и потенциально опровержимых идей; все они могут быть оспорены либо благодаря очевидным фактам, либо путем эксперимента, который можно провести. Лучшие теории (в том числе специальная теория относительности, теория квантовой механики и теория эволюции) выдержали сотню, а то и больше сотни лет постоянной критики и перепроверок — со стороны тех, кто хотел доказать, что они умнее Эйнштейна, или тех, для чьих воззрений эти теории представляли метафизическую угрозу.
Кроме всего прочего, теории изменчивы, но не до бесконечности. Они могут быть неполными, в них могут содержаться отдельные неточности, при этом теория в целом будет оставаться верной. Даже теория эволюции сильно изменилась за годы существования, но ее все еще можно узнать.
Проблема с фразой «Это всего лишь теория» — в том, что она заставляет считать, что настоящая научная теория — это какая-то мелочь. А это не так.
Квантовая неопределенность и квантовая запутанность
Голдберг добавляет, что есть и другие понятия, которые исковеркали даже больше, чем «теорию». Он имеет в виду употребление специальных физических терминов для описания духовного опыта и практик в стиле нью-эйдж:
Эта неверная трактовка — следствие использования понятий квантовой механики особой породой спиритуалистов и адептов концепции «помоги себе сам». Кратко она изложена в тошнотворном фильме «Что мы знаем?! Вниз по Кроличьей Норе». Квантовая механика, как известно, строится на измерении. Позиция наблюдателя, импульс и энергия могут вызвать непредсказуемый «коллапс волновой функции» (так, одна из моих первых колонок называлась «Насколько умным нужно быть, чтобы вызвать коллапс волновой функции?»). Но тот факт, что не все во Вселенной предопределено, не означает, что ты у руля. Удивляет (и, если честно, пугает), насколько тесно в определенных кругах связывают квантовую неопределенность и квантовую запутанность с идеей души или человеческого контроля над событиями или другими, такими же завиральными, предрассудками. В конце концов, мы состоим из квантовых частиц (протонов, нейтронов, электронов) и являемся частью квантовой Вселенной. Это круто, конечно, но только в том смысле, что физика — это вообще круто.
Врожденное против благоприобретенного
Эволюционный биолог Марлин Зак говорит:
Одна из моих любимых ошибок — это идея о том, что поведение может быть «врожденным» или «приобретенным» (и все вариации этого противопоставления). Первый вопрос, который мне обычно задают, если я заговариваю о поведении, это «генетическое» оно или нет — что само по себе уже признак непонимания, поскольку ВСЕ черты всегда являются результатом взаимодействия генов и среды. Только различие между чертами, а не черты сами по себе, могут быть генетическими или приобретенными. Например, если вы берете двух идентичных близнецов, воспитываете их в разных условиях и они делают что-то по-разному (например, говорят на разных языках), тогда различие приобретенное. Но владение французским языком, итальянским или любым другим не является полностью приобретенным, поскольку, очевидно, нужны определенные генетические условия для того, чтобы в принципе владеть даром речи.
Естественное
Биолог-синтетист Терри Джонсон ужасно устал от того, что люди неправильно понимают смысл этого слова:
«Естественный» и «натуральный» — это слова, которые используются в таком количестве контекстов и значений, что понять их собственный смысл представляется почти невозможным. Их самое банальное употребление — разграничение явлений, которые существуют только благодаря деятельности человека, и тех, которые могут возникать и без его участия. Оно предполагает, что люди каким-то образом отделены от природного мира, что наша жизнедеятельность «неестественна» по сравнению с жизнью, скажем, бобров или медоносных пчел.
Если говорить о еде, понятие «натуральный» еще более скользкое. В разных странах оно имеет разные значения. В США Управление по надзору за качеством продуктов и медикаментов махнуло рукой на осмысленное определение «натуральной еды» (в основном в пользу еще более зыбкого термина «органическая еда»). В Канаде я могу торговать кукурузой как «натуральным» продуктом, если ничего в нее не добавлял или не извлекал из нее перед продажей; однако кукуруза как таковая — это продукт длившейся тысячелетия культивации ее человеком, выведения ее из растения, которого без человеческого вмешательства не существовало бы.
Ген
Впрочем, еще больше Джонсона угнетает употребление слова «ген»:
25 ученым потребовалось два дня споров, чтобы породить следующее определение: «Ген — это локализуемый фрагмент геномной последовательности, соответствующий единице наследования, которая связывается с регулирующими, считывающими и/или другими функциональными фрагментами последовательности». Это означает, что ген — это отдельный фрагмент ДНК, на который мы можем указать и сказать: «Этот кусок за что-то отвечает или регулирует производство чего-то». Определение оставляет пространство для маневра; не так давно мы считали, что большая часть нашей ДНК вообще ничего не делает. Мы называли ее «мусорной ДНК», но вот сейчас обнаруживается, что значительная часть этого мусора обладает функциями, которые видны не с первого взгляда.
Обычно наиболее неправильное использование слова «ген» можно опознать по следующему за ним определению «для чего-то». Здесь есть две проблемы. У всех нас имеются гены для гемоглобина, но не у всех есть серповидно-клеточная анемия. У разных людей разные версии гена «для гемоглобина», называемые «аллели». Одни аллели гемоглобина связаны с развитием серповидно-клеточного заболевания, а другие — нет. Так что ген отсылает к семейству аллелей, и только некоторые члены этого семейства (если такие вообще есть) связаны с болезнями или нарушениями. Ген сам по себе не плох (поверьте, без гемоглобина вы долго не протянете), но частная версия гемоглобина, которая есть лично у вас, может вызывать проблемы.
Больше всего меня беспокоит популяризация идеи о том, что если генетическая вариация с чем-то коррелирует, то это и есть «ген для» чего-то. Подобным словоупотреблением говорящий предполагает, что «этот ген вызывает порок сердца», тогда как в реальности обычно «люди с этой аллелью более подвержены пороку сердца, но мы точно не знаем почему, и, возможно, эта аллель обладает компенсирующими преимуществами, которых мы не заметили, потому что не искали их».
Статистически значимый
Математик Джордан Элленберг хотел бы разъяснить недоразумение с этим понятием:
«Статистически значимый» — это одно из тех выражений, которые ученые хотели бы переформулировать, будь у них такая возможность. «Значимый» подразумевает важность; но тест на статистическую значимость, разработанный британским статистиком Рональдом Эйлмером Фишером, измеряет не важность или размеры какого-либо эффекта — а только то, можем ли мы, используя наши лучшие статистические инструменты, отличить его значение от нуля. «Статистически заметный» или «статистически различимый» было бы куда лучше.
Выживание наиболее приспособленного
Палеоэколог Жаклин Джилл говорит, что люди неверно трактуют одну из базовых идей теории эволюции:
Мой список возглавляет понятие «выживание наиболее приспособленного». Во-первых, сам Дарвин никогда ничего такого не утверждал. Во-вторых, люди неверно понимают выражение «наиболее приспособленный». В связи с этим сбивается и понимание эволюционного процесса в целом. Среди прочего весьма устойчива идея о том, что эволюция прогрессивна и однонаправленна (или даже предумышленна со стороны некоторых организмов, поскольку люди обычно не воспринимают идею естественного отбора). Или что все черты должны быть адаптивны (сексуальный отбор существует! и случайные мутации тоже!).
«Самый приспособленный» не значит «самый сильный» или «самый умный». Это означает «организм, лучше всего подходящий для жизни в определенной среде», и под этим может подразумеваться что угодно, в диапазоне от «самый маленький» или «самый податливый» до «самый ядовитый» или «лучше других обходящийся неделями без воды». Кроме того, живые существа не всегда эволюционируют в том направлении, которое мы могли бы объяснить адаптацией. Их эволюционный путь может быть сильнее связан со случайными мутациями или с теми чертами, которые представители их вида находят привлекательными.
Геологические мерки времени
Джилл, чьи работы посвящены изучению окружающей среды эпохи плейстоцена, существовавшей более 15 000 лет назад, говорит, что ее пугает, как мало людей понимает последовательность событий на Земле:
Проблема, с которой я часто сталкиваюсь, состоит в том, что людям не хватает понимания геологических временных рамок. Все доисторическое в сознании широких масс спрессовывается, и люди думают, что 20 000 лет назад на Земле существовали совершенно другие виды (нет!) или даже динозавры (нет! нет! нет!). Ситуацию не улучшает и то, что в упаковки с игрушечными динозаврами часто кладут пещерных людей или мамонтов.
Органический
По мнению энтомолога Гвен Пирсон, существует целая группа терминов, которые постоянно сопровождают слово «органический»: «без химикатов», «натуральный» и т. д. И ее уже воротит смотреть, насколько неправильно люди употребляют эти понятия:
Меня не столько расстраивает, что употребление этих слов формально неверно — поскольку, естественно, вся еда органическая, так как содержит углерод и т. д. Раздражает то, что они используются, чтобы свести на нет реальные различия в составе еды и в процессах производства. Что-то может быть «органическим» и при этом весьма опасным. А что-то может быть «синтетическим» и рукотворным, но безопасным, а порой и просто лучше, чем «естественное». Если вы принимаете инсулин, не исключено, что он произведен из генно-модифицированных бактерий. И по-прежнему спасает жизни.
Источник
Теория всего — гипотетическая объединённая физико-математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия. Первоначально данный термин использовался в ироническом ключе для обозначения разнообразных обобщённых теорий. Со временем термин закрепился в популяризациях квантовой физики для обозначения теории, которая бы объединила все четыре фундаментальные взаимодействия в природе. В научной литературе вместо термина «теория всего» используется термин «единая теория поля», тем не менее следует иметь в виду, что теория всего может быть построена и без использования полей, несмотря на то, что научный статус таких теорий может быть спорным.
В течение двадцатого века было предложено множество «теорий всего», но ни одна из них не смогла пройти экспериментальную проверку, или существуют значительные затруднения в организации экспериментальной проверки для некоторых из кандидатов. Основная проблема построения научной «теории всего» состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности(ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теория относительности применима к макромиру. СТО (Специальная теория относительности) описывает явления при больших скоростях, а ОТО является обобщением ньютоновской теории гравитации, объединяющей её со СТО и распространяющей на случай больших расстояний и больших масс. Непосредственное совмещение квантовой механики и специальной теории относительности в едином формализме (квантовой релятивистской теории поля) приводит к проблеме расходимости — отсутствия конечных результатов для экспериментально проверяемых величин.
Для решения этой проблемы используется идея перенормировки величин. Для некоторых моделей механизм перенормировок позволяет построить очень хорошо работающие теории, но добавление гравитации (то есть включение в теорию ОТО как предельного случая для малых полей и больших расстояний) приводит к расходимостям, которые убрать пока не удаётся. Хотя из этого вовсе не следует, что такая теория не может быть построена.
источник
Согласно Альберту Эйнштейну, для того, чтобы путешествовать в будущее, нам нужно достигнуть скорости света. Для того чтобы отправиться в прошлое, нам нужно превысить скорость света.
Нынешним рекордсменом по путешествию во времени является Сергей Крикалёв. Он пролетел примерно 337 миль вокруг земной орбиты на скорости 28 км/ч (17,450 миль в час) – и фактически, в общей сложности, переместился на 0,02 секунды в будущее. Это значит, что в этот момент он делает шаг на две сотые секунды раньше, чем вы видите, как он это делает. Так что, путешествие в будущее вполне возможно.
Но никто никогда не перемещался в прошлое. И никто не сможет, если только мы не превысим скорость света, что подтвердят вам следующие факты:
9. Парадокс петли
Термин получил своё название благодаря рассказу Роберта Хайнлайна «По пятам», в котором много построено именно на этом явлении.
Альтернативная история – одна из самых распространённых концепций путешествий во времени, которая основывается на возможности изменять историю, случайно или намеренно, во время временных путешествий. Единственная оговорка – утверждение, что любое изменение, внесённое путешественником во времени в историю, всегда является тем, что и так должно было случиться (смотреть пункт №3).
Но момент, который это утверждение не покрывает – это простой факт того, что любой объект, путешествующий во времени, стареет совершенно обычно. Путешествие выше скорости света не означает, что человек может остаться вечно молодым; он может вернуться на Землю через 10 лет, при том, что на ней пройдёт 1000, но он всё равно будет на 10 лет старше, и когда-нибудь умрёт. То же самое происходит и с неживыми объектами. Представим, что вы переложили свою речь на получение премии Оскар, а затем забрались в машину времени, и вернулись на 30 минут обратно, когда ещё помнили, где она была, забрали её, и вернулись сквозь прореху во времени, и отправили её на своё выступление «Линкольна». Но к этому мы вернёмся в пункте №3.
К слову: любой объект, путешествующий во времени, на момент перемещения ни как не отражается в истории. Через 100 миллионов лет лист бумаги превратится в пыль, как и сам путешественник. Но шоу должно продолжаться, и Оскар отойдёт к тому же человеку, который примет его без речи, потому что она больше не существует за пределами истории, чтобы вернуть её к нему в будущее.
А теперь представим передачу самой информации назад в будущее. Представим, что вы изобрели машину времени, и использовали её для путешествий в прошлое на 1000 лет. Вы делитесь знаниями о путешествиях во времени с людьми этой эпохи, и они начинают пользоваться ей. Через 1000 лет вы изобретаете машину времени, возвращаетесь в прошлое… и так далее. Но тогда у нас возникает проблема, поскольку не может быть больше одного источника чего-либо, в итоге изобретение путешествия во времени лишится своего, и момент появления этого изобретения настолько же неопределим, как результат деления на ноль.
8. Теория Слабой Формы Космической Цензуры
Стивен Хокинг на протяжении всей своей карьеры работал с чёрными дырами, и большая часть того, что мы о них знаем, основана на его работах. Поверхность чёрной дыры представляет собой «горизонт событий», и как только какой-либо объект пересекает его и входит в дыру, он перестаёт существовать в нашем пространстве-времени. Его притянет невероятно мощной гравитацией в бесконечно тонкий пучок энергии, который называется сингулярностью.
В своих работах Хокинг представляет теорию о том, что только ужасающая энергия чёрных дыр может создать сингулярность. Теория слабой формы космической цензуры гласит, что не существует сингулярности, не скрытой чёрной дырой, и что сингулярность никогда не будет открыта человеческому наблюдению. Сингулярность – основная из тем, рассматриваемых космологией, поскольку одна из теорий о чёрных дырах характеризует их как гравитационные поля, настолько сильные, что они наделяют все входящие в них объекты сверхсветовой скоростью. Сингулярность – двигатель гравитации чёрных дыр.
Так что, если бы космический корабль хотел разрушить световой барьер, ему нужно было бы просто пролететь сквозь чёрную дыру, и когда бы он вылетел с другой стороны, он бы продолжил двигаться с той же скоростью – то есть, корабль был бы запущен на сверхсветовой скорости, так что он смог бы вернуться на Землю в определённый момент в прошлом.
Но ни один объект не может выжить во время сингулярности чёрной дыры. Предмет может просто быть уничтожен, очевидно, нарушив закон сохранения массы. Значит, пока не доказано, что сингулярность может существовать за пределами чёрной дыры, этот метод путешествия в прошлое невозможен.
7. «Кротовые Норы» Нарушают Законы Физики
Все наши представления о путешествиях во времени основываются на том, что мы знаем о физических свойствах и взаимосвязях Вселенной. При этом мы решили, что группа математиков, совершенно далёких от физики, будет описывать физические законы на микроскопическом уровне, и назвали это квантовой физикой. Эта группа также выдвинула мощную теорию о существовании «мостов Эйнштейна-Розена», названных в честь двоих учёных, которые внесли наибольший вклад в наше понимание этой темы.
Эти «мосты» гораздо чаще называют «кротовыми норами» или «червоточинами», ведь они подобны норам, прорытым в пространстве-времени. Если бы мы могли воспользоваться ими, то ближайший путь между двумя точками в пространстве-времени равнялся бы не прямой линии, а нулю, что связано с «прокалыванием» пространства-времени в точке отправления и точке назначения, подобно проделыванию дыр в листе бумаги; затем произошло бы мгновенное складывание пространства-времени, пока две точки не достигли бы соприкосновения друг с другом, и тогда путешественник мог бы переместиться из пункта А в пункт Б, а пространство-время развернулось бы в своё первоначальное положение. Это не потребовало бы никаких физических усилий, хотя место назначения могло бы находиться на другом конце открытой на тот момент части Вселенной, и космический корабль не приблизился бы и не превзошёл скорость света, он бы просто телепортировал.
Похоже, это дало бы возможность путешествовать в прошлое без достижения скорости света, но при этом никто не учитывает, что же происходит внутри самой «кротовой норы». Физики понятия не имеют об этом, и порой признают возможность того, что внутри «норы» не существует законов физики в том виде, как мы их знаем, либо их там не существует вообще. Если же мы попытаемся понять путешествие через «кротовые дыры» с точки зрения физики, то у нас даже нет отправной точки для исследований, и мы даже не прошли в этом и первую стадию.
6. Никаких Туристов из Будущего.
Давайте немного отойдём от математики, ведь теория, которой твёрдо придерживаются светлые умы математического сообщества, включая Стивена Хокинга, уже имеет своё вполне доступное пониманию доказательство того, что путешествия выше скорости света невозможны: насколько нам известно, среди нас нет людей из будущего. Именно для этой цели академиками и даже простыми старыми любителями научной фантастики создавались встречи, на которых они обсуждали данный вопрос, ожидая гостей из будущего. Замысел состоял в том, что в будущем люди знали бы о таких встречах точно так же, как мы сейчас знаем о Второй мировой; для нас это история. Так что, если бы путешествия во времени когда-нибудь могли бы стать реальностью, путешественники давно должны были вернуться из будущего и доказать возможность таких перемещений.
Однако, разумеется, ничего такого не произошло, и поскольку мы говорим о целом будущем с настоящего момента до конца времён, то должно быть довольно много путешественников из самых разных моментов будущего, появляющихся в самых разных моментах своего прошлого. Но существует забавная критика этого представления, заключающаяся в справедливом вопросе: «С чего это кто-нибудь будет возвращаться в наше время? Путешествие в 1 сентября 1939 ещё имеет какой-то смысл, но в сегодняшний день? Если бы они хотели о чём-нибудь нас предупредить, что бы это было? Они что, вернулись бы с какой-нибудь гениальной философией о том, как создать мир во всём мире?»
Представьте: вы можете переместиться в любой момент в прошлом, куда только пожелаете. Что же вы захотите увидеть? 90% или даже больше предполагаемых путешественников наверняка захотят выяснить, существовал ли Иисус Христос в действительности. Но захотели бы вы вернуться в настоящее время, чтобы предотвратить неминуемую войну между Израилем и ХАМАС? Пока никто не попытался.
5. Парадокс Близнецов
Этот парадокс более подробно рассматривает путешествия в будущее. Он подразумевает теоретическую историю о двух новорожденных, совершенно идентичных близнецах, один из которых остаётся на Земле, а второй – путешествует до Проксимы Центавры, ближайшей звезды, находящейся на расстоянии 4 световых лет. Если космический корабль будет перемещаться на скорости, равной 80% от скорости света, что, как ни странно, кажется вполне реалистичным, путешествие в оба конца составит 10 лет. Это означает, что оставшийся на Земле близнец будет на 10 лет старше, когда его брат вернётся.
Но на корабле команда наблюдает за тем, как Проксима Центавра и Земля движутся относительно космического корабля, и это приводит к тому, что расстояние от пункта А до пункта Б сокращается до 2,4 световых года, вместо 4. Каждый отрезок пути займёт 2,4 световых года, которые, поделённые на скорость – 80% от скорости света – составят продолжительность полёта в 3 года, 6 лет в оба конца. Таким образом, близнец, находящийся на борту, вырастет на 6 лет за тот же период времени. Это не кажется логически невозможным.
Но что выглядит совершенно невозможным, так это если один из близнецов будет путешествовать на 101% или больше от скорости света. Это заставит его, по крайней мере, согласно указанному выше сценарию, как мы его понимаем, перенестись в прошлое и прекратить существовать, т.е. исчезнуть с борта корабля, и не вернуться к своему брату на Землю.
4. E = MC в квадрате.
Самое известное уравнение в истории математики описывает эквивалентность массы и энергии. Как печально известно, в 1942 году оно было использовано как замечательная идея для создания нового мощного оружия. Эйнштейн и не представлял, что его творение может быть использовано для создания более крупной и более совершенной бомбы, и просто плакал, когда Энрико Ферми и Роберт Оппенгеймер объяснили, что происходило в Оук-Ридже, городе в штате Теннесси.
Помимо объяснения, сколько энергии содержится в предмете при какой массе, уравнение также предоставляет объяснение того, что происходит с массой, когда она движется быстрее. Чем быстрее движется какое-либо тело, тем больше энергии требуется для того, чтобы поддерживать это движение. Если объект достигает скорости света, он достигает бесконечной массы, а значит, требует бесконечной энергии для продолжения своего движения.
Это не делает невозможным путешествия в будущее, потому что всё, что необходимо объекту для этого – достигнуть скорости света. Фактически, вы перемещаетесь в будущее, даже когда идёте на кухню взять бутылочку пива. Расстояние, на которое вы продвинетесь в будущее, слишком незначительно для того, чтобы о нём беспокоиться. Но, технически, вы также набираете точно такое же незначительное количество массы. Энергия, необходимая для того, чтобы переместить большой объект, такой, как космический корабль, на любое значительное расстояние в будущее, если придерживаться нашей системы координат, будет больше или равна энергии, заключённой сейчас в VY Большого Пса, крупнейшей звезде среди известных нам.
Но превышение скорости света переместит путешественника в прошлое, и это потребует безграничных, или даже больше, чем безграничных, объёмов энергии. И этого невозможно достичь.
3. Временная Петля
Этот парадокс также рассматривает один особый сценарий: изобретение первой машины времени. Изобретатель возвращается обратно в прошлое в попытке заставить своих бабушку и дедушку влюбиться друг в друга, и случайно убивает своего дедушку (см. №2). Затем, не желая исчезать из будущего, он спит со своей будущей бабушкой и становится отцом своего отца, делая, таким образом, своё существование возможным, чтобы в будущем снова вернуться в прошлое, снова стать отцом своего отца и так далее.
Этот парадокс нелогичен, потому что он описывает эффект в будущем, произошедший до того, как появится его причина в прошлом. Представьте, что вы должны были вернуться в прошлое до Большого Взрыва, каким-нибудь образом устроить Большой Взрыв и с помощью этого создать Вселенную. По правилам судьбы это даст вам возможность родиться через 13,5 миллиардов лет, чтобы создать машину времени и вернуться в прошлое, чтобы создать Вселенную, чтобы машина времени могла быть изобретена. И тогда этот процесс изначально теряет смысл.
2. Парадокс Времени
Этот парадокс, по сути, — негативная версия № 3, который также называют «парадоксом убитого дедушки». Путешествие в прошлое станет совершенно невозможным, потому что оно даст возможность вернуться в прошлое и убить самого себя. Но если вы умрёте, то кто вернётся в прошлое, чтобы убить самого себя? Критики, и в особенности фанаты научной фантастики, сразу же отвечают, что наше понимание математики развивается с каждым днём благодаря таким людям, как Ньютон, Эйнштейн, Хокинг и Митио Каку, и с этим приходит и развивается понимание логики путешествий во времени.
Лучший на данный момент аргумент против парадокса времени – это Мультивселенная, которая наполнена бесконечным количеством проекций одного и того же человека, делающего бесконечное количество вещей в бесконечное количество моментов своей жизни. Вас могут заколоть в сто лет в пьяной драке в другой Вселенной, но при этом вы умрёте от рака, будучи ребёнком, в этой. Наше нынешнее понимание квантовой механики и квантовой физики даёт немало оснований для существования Мультивселенной. А это означает разрешение временного парадокса и некоторых других, и это даст вам будущее после того, как вы убили себя в прошлом. Но всё ещё нет полностью сформированной теории о существовании Мультивселенной, а пока её существование не доказано, временной парадокс имеет место.
1. Отсутствие «Теории Всего»
естно говоря, предыдущие статьи основаны больше на логике, чем на чистой математике, однако мы можем только строить загадки относительно всего, что касается путешествий во времени, основываясь на нашем поверхностном понимании этого вопроса. Вся жизнь Альберта Эйнштейна была сосредоточена на том, что мы теперь называем Относительностью. Он создал две теории о ней, но следующей ступенью, более важной, было связать общую теорию относительности с электромагнетизмом. Эйнштейн умер, не закончив работу над этим, и сегодняшние «великие умы» тоже недалеко от него ушли. «Высшая» форма современной математики носит название «М-теории», которая всё ещё не была полностью изложена. Она – почти религия для математиков, потому как она настолько непонятна и неизучена, что некоторые в неё даже не верят.
Эта теория описывает 11 измерений Вселенной вместо привычных 4, и лидеры в её изучении ожидают, что он сможет объединить 5 различных теорий струн, предшествовавших ей; и подумать только, что может быть единственной оставшейся ступенью до её формирования: объединение физических характеристик и законов всех 4 фундаментальных взаимодействий Вселенной. «М-теория» ищет точки соприкосновения Общей Относительности и Квантовой Гравитации с точки зрения объединения всех 4 взаимодействий. Сделать это означает взглянуть с математической точки зрения на то, как Вселенная появилась и то, как она развивалась, когда существовал бесконечно малый смысл создания всей той материи и энергии, которая заключена в ней сейчас. Понимание такого уровня физики потребует математического понимания того, как управлять пространством-временем и проецировать время в будущее и возвращать время в прошлое. Но пока никто не объединит все 4 взаимодействия в одно физическое образование, распространяющееся на каждый отрезок пространства-времени, мы не сможем достичь «когда-угодно».
источник
Звуковые волны могут делать невероятные вещи, имеющие практическое применение в науке, искусстве и медицине. В этой подборке вы найдёте список из десяти таких вещей.
1. Уничтожить звук
Компания «Орфилд Лэбс» в Миннеаполисе построила самую тихую комнату в мире, её используют для тестирования низких шумов (гула лампочки, например). Стены полностью звукопоглощающие, а уровень звука составляет 9 децибел — это настолько тихо, что вы можете услышать звуки работы собственных внутренних органов. Такая сенсорная депривация обостряет все чувства, вызывая тем самым странные ощущения в теле и мозге. Пробыв долгое время в такой комнате, вы рискуете обзавестись шизофренией или такими странными способностями, как возможность ощутить цвет на вкус. Человек сможет выдержать там не более 45-ти минут, после этого начинаются галлюцинации.
2. Спрятаться от звука
Вы замечали, что гуляя по лесу в разное время, например, днём и вечером, вы слышите звук немного по-разному? Если днём все шумы словно сливаются воедино, то посреди ночи каждый шорох звучит будто выстрел.
Это явление имеет место, когда звуковые волны меняют направление (преломляются) из-за колебаний температуры во время суточного цикла. В течение дня они уходят вверх, где температура воздуха ниже и, в основном, распространяются над вашей головой, что создаёт зону «акустической тени».
Эффект активно используются моряками в океане: чтобы скрыться от звуковых колебаний они прячутся в зоне акустической тени от сонаров врага.
3. Вооружиться звуком
Люди способны превратить в оружие практически всё, даже звук. «The Long Range Acoustic Device» — устройство, которое используется именно для этих целей. Оно выглядит как затемнённый прожектор, который выстреливает «лучом» звука громкостью около 150 децибел на расстояние в десятки метров. Звуковое оружие можно использовать для подавления бунтов и беспорядков: устройство может вызывать сильную боль и наносить ущерб здоровью. Звуковые пушки уже используются на европейских судах для отпугивания сомалийских пиратов.
4. Звук как искусство
Звуковые волны можно сделать видимыми, это явление носит название «киматика». Допустим, если бы вы увидели воздействие звука на ёмкость с песком, песок бы шевелился и создавал различные фигуры.
Первым, кто обнаружил это, стал Галилей в 1632-м году. Он заметил, что если провести по тарелке с частичками мелкого вещества резаком, они приобретут форму параллельных линий из-за скрежета.
5. Звук-убийца
Теоретически, человека можно убить звуковым давлением, но выглядит это не так, как вы себе представляете. То, что обычно следует за сильным взрывом, называется сверхдавление — это громадное повышение атмосферного давления. Некоторые взрывы могут вызывать невероятно сильный шум, который, однако, нельзя услышать, потому что барабанные перепонки лопнут на отметке в 160 децибел. А вот 200 децибел будет достаточно, чтобы разорвать лёгкие и вызвать внутренние повреждения.
Во времена Первой мировой войны такая смерть вызывала множество вопросов: из-за отсутствия на теле человека видимых повреждений, никто не мог понять, от чего он погиб. Поэтому, когда вы видите в фильме сцену того, как герой, отброшенный взрывом, легко поднимается и идёт по своим делам — это полная ерунда. В реальной жизни он был бы мёртв и глух.
6. Звук помогает бороться с преступностью
Бизнесмены и представители властей некоторых городов США решили включать классическую музыку в метро в районах с высоким уровнем преступности. Оказывается, классикой можно разогнать агрессивных тинейджеров и хулиганов из общественных мест — её звуки кажутся им неприятными, вызывают дискомфорт и заставляют уйти в поисках места потише.
Например, в Лондоне с 2003-го года в течение полутора лет в метро включали классическую музыку. За это время случаи вандализма и грабежей снизились на треть.
7. Превратить звук в лазер
Лазер выпускает очень узкий луч света, способный перемещаться даже в вакууме, в отличие от звуковых волн, требующих среду-посредника. Японцы в 2010-м году создали звуковое устройство, способное излучать звуковой луч — фазер. Его частота составила 170 килогерц, а это в восемь раз превосходит порог человеческого восприятия. Фазер применяется в медицинских целях.
8. Звук лечит
Устройство «HIFU Transducer» сосредоточивает акустическую энергию и выделяет огромное количество тепла, это явление можно сравнить с увеличительным стеклом, пропускающим солнечный свет. Профессор хирургии университета Вашингтон заявил: «С помощью этого устройства вы можете делать всё то же самое, что и с помощью ультразвука». Например, устройство способно «запечатать» проколотое свиное лёгкое за две минуты. Это огромный шаг в неинвазивной хирургии.
9. Возвратить в звуковое прошлое
Одной из самых интересных областей науки является археоакустика — использование звука в археологии. Например, каждая комната вашего дома имеет собственное звучание, зависящее от наличия аксессуаров, мебели и других предметов. Учёные университета Салфолд из Великобритании решили узнать, как звучит Стоунхэндж. Записав отражённые от Стоунхенджа звуковые волны, а потом построив компьютерную модель, исследователи выяснили, что мегалиты создают отражающее пространство, похожее на лекционный зал.
10. Звук как компас
Известно, что летучие мыши и птицы ориентируются в пространстве посредством звуковых волн, но до недавнего прошлого учёные не могли выяснить, как именно птицы на огромном расстоянии находят путь домой. В 1997-м году геофизик Джонатан Хастрам обнаружил, что около 60-ти тысяч голубей заблудились во время миграции в Англию из Франции — путь им пересёк низкочастотный звук от самолёта. Неслышимый для человеческого уха, он сильно нарушил работу внутреннего компаса птиц. Хагстрам понял, что птицы создают своеобразные «звуковые карты» для навигации, однако, объекты, возведённые человеком, или изменение им ландшафта могут сильно запутать птиц.
источник
Валера — боксер. И собака у Валеры — боксер. Зовут Гвоздь. Потому что ему забить на правила. Гвоздь живет у Валеры. Иногда у Гвоздя бывает такое страшное выражение морды, что мне очевидно, что это Валера живет у Гвоздя, а не Гвоздь — у Валеры.
Валера вечером гуляет с собакой.
Я вечером гуляю с детьми.
Про других собачек я говорю дочке: «Смотри, Катюня, собачка ГАВ — ГАВ. Хочешь погладить?».
Про Гвоздя я так не говорю. Ну нафиг.
Валера похож на своего питомца. Он суровый, как Гвоздь, только без слюней. Мы живем в одном доме, но в разных подъездах.
На Пасху я пыталась с ними подружиться. Хотела угостить Валеру куличом.
Сказала ему:
— Валера, Христос Воскрес.
Валера тяжело посмотрел на меня так, как Гвоздь смотрит на любимый мяч, подранный до дыр, и ответил четко и по делу:
— Знаю. Поздравляю.
Я хотела объяснить Валере, что Христос воскрес не только у меня, а у всех, и даже у Валеры, но не стала.
Про яички, которыми над стучать друг об друга, даже не заикнулась. Валера слишком буквален и прямолинеен для этой информации.
Валера тренирует Гвоздя злобно, но по-дружески. Учит его злости. Накачивает ненавистью. Команды «Сидеть!» и «Встать!» выполняем всем двором.
— Вот мяч, Гвоздь! Мяч — это большой кожаный пузырь. И ты, Гвоздь, большой кожаный пузырь. ФАС, Гвоздь, ФАС!
Однажды мой сосед по имени Иван Васильевич делал ремонт. С 8 утра до 23 вечера. Штробил, сверлил, стучал, громыхал. Выходные его не останавливали. На проклятом острове нет календаря. Ребятня и взрослые пропадают зря.
Я позволила себе сделать замечание Ивану Васильевичу. Встретила его во дворе и попросила шуметь в установленное законом время. У меня был маленький ребенок, и я боролась за право спать по субботам хотя бы до 9.
Иван Васильевич громко и визгливо объяснил мне, что я — курица, мои цыплята для него — чужие, и мои проблемы ему не интересны, а деньги в своем кармане — интересны, поэтому если я не могу потерпеть, то могу смело переезжать.
Иван Васильевич громко и унизительно кричал на меня на пяточке двора, доступном для обзора всему дому. Я растерялась от чужой наглости, выпяченной так бесстыдно, и понуро молчала. Со стороны мы выглядели как будто отец орет на дочь, которая принесла в подоле.
Я отошла в сторону, присела на скамейку, готовая заплакать. Меня оглушили наглостью, а муж на работе и защитить некому.
— Хочешь, мы его накажем? — спросил Валера, внезапно возникший передо мной. У него играли желваки. Гвоздь тяжело дышал рядом, готовый к мести.
У меня матка резко упала в коленки. Я испугалась, хотела сказать»Не надо», но Валера не стал ждать моего ответа.
К Ивану Васильевичу подошла процессия из Валеры и Гвоздя. Случилась экспрессия. Иван Васильевич сразу сменил профессию. И агрессию на депрессию. И вероятно конфессию, ибо стал молиться.
Я не знаю, что сказал ему Валера.
Может, он сказал не ему, а Гвоздю. Сказал Гвоздю, что Иван Васильевич — большой кожаный пузырь. И что фас.
Не знаю, но с того момента я спала по субботам сколько хотела.
Вчера вечером мы гуляли на площадке при свете фонарей. Весь день мы были заняты, и только в девять вечера вышли на променад.
Сын увлеченно бегал по площадке, сбрасывал перебродившую мальчишечью энергию. Я отвлеклась на дочь в коляске, потеряла его из виду.
Вдруг я увидела, как к сыну приближается стремительная тень, и через секунду поняла: это Гвоздь.
Сын бегал, чем дразнил Гвоздя, и тот бежал его наказать. У меня от ужаса пропал голос и здравый смысл, и я бросилась наперерез вместе с младшей спасать старшего.
То есть у Гвоздя могло быть сразу три кожаных пузыря: огромный, нормальный и маленький пузырик.
И тут раздался стальной голос Валеры, четкий, командный, резкий:
— СВОИ!!!!
Гвоздь врезался в это слово, прям врезался и мгновенно выстроил новый маршрут, взяв влево.
Я застыла на месте. Меня обдали ужасом, и я обтекала паникой.
Ко мне сзади неслышно подошёл Валера и приказал в затылок:
— В этом районе никого никогда не бойся!!! Никого. Никогда. Поняла?
Я кивнула и прошептала пересохшими губами: «Спасибо».
Ну вот. Теперь я боюсь переезжать
© Ольга Савельева
Когда физикам нужны частицы для ускорителей, они приходят на наш сайт и оставляют объявления в комментариях, предлагая работу вакантным частицам. Иногда им нужны частицы с позитивным настроем, иногда более нейтральные. Затем физики приглашают частицу на свидание, и если все идет хорошо, предлагают поучаствовать в процессе ускорения. Так и был сделан бозон Хиггса.
Если бы. В отличие от своих коллег из области биологии (которые могут заказать себе грызунов, кольчатых червей или пиявок в Интернете), физикам нужно самостоятельно создавать себе подопытных. Не так-то просто набрать нужное количество частиц для высокоскоростного столкновения на Большом адронном коллайдере.
Прежде чем мы засунем их в ускоритель частиц, давайте разберемся, зачем нам это делать. Что такое ускорители, и почему мы не можем ускорить что-нибудь более существенное, чем частицы?
Самый известный ускоритель частиц — это Большой адронный коллайдер, 27-километровый круговой монстр, зарытый под землю. Расположенный в Швейцарии, БАК работает под Европейской организацией ядерных исследований, она же ЦЕРН (акроним имеет смысл, если знать его французскую расшифровку). БАК стал весьма популярным в 2012 году, когда столкновения частиц пролили свет на следы бозона Хиггса, ради которого этот ускоритель, собственно, и строился. Открытие бозона Хиггса позволило физикам более уверенно говорить о поле Хиггса, а также о том, как материя во Вселенной приобретает массу.
Но если БАК — это суперзвезда в мире ускорителей, есть много и других менее известных студий, записывающих свои пластинки. В целом в мире насчитывается около 30 000 ускорителей, и, возможно, именно им стоит сказать спасибо за самые практичные изобретения. И это не просто слова. Ученые, которые хотели изучать сверхабсорбирующие полимеры, используемые в одноразовых подгузниках, столкнулись с проблемами при изучении их во влажном состоянии, поэтому — та-дам — обратились к рентгеновской микроскопии (которая использует ускорение частиц). Будучи в состоянии идентифицировать и изучить структуру молекулярных цепей, ученые смогли правильно составить нужную формулу, благодаря чему современные подгузники остаются сухими и говорят спасибо ускорителям частиц.
Кроме того, ускорители отлично применяются в медицинской среде, в частности — в исследовании способов лечения рака. Линейные ускорители (когда частицы сталкиваются с мишенью, пролетая по прямой линии), направляют электроны в металлическую цель, в результате чего получатся высокоточные и высокоэнергетические рентгеновские лучи, которые могут лечить опухоли. Ну и, конечно, без ускорителей в теоретической физике элементарных частиц никуда — любой теории нужна практика. Теперь, когда мы немного знаем о том, для чего используются ускорители, давайте поговорим о том, чем их кормить.
Как мы говорили выше, ученые ЦЕРН производят частицы сами для себя. Это можно сравнить с тем, что бухгалтер собирает сам себе калькулятор. Но для физики частиц это не проблема. Все, что нужно ученым, — это начать с водорода, выбить электроны с помощью дуоплазматрона и остаться наедине с протонами. Звучит просто, но на деле сложнее. Во всяком случае, не так просто для тех, кто не получает открытки на день рождения от Стивена Хокинга.
Водород — это газ, который поступает в первую ступень ускорителя частиц — дуоплазматрон. Дуоплазматрон — это весьма простое устройство. У атомов водорода есть один электрон и один протон. В дуоплазматроне атом водорода избавляют от электрона при помощи электрического поля. Остается плазма из протонов, электронов и молекулярных ионов, которые проходят через несколько фильтрующих сетей, в результате чего остаются одни протоны.
На БАК используют не только протоны для рутинных задач. Физики ЦЕРН также сталкивают ионы свинца для изучения кварк-глюонной плазмы, которая отдаленно напоминает нам о том, какой была Вселенная давным-давно. Сталкивая вместе ионы тяжелых металлов (работает и с золотом), ученые могут создать кварк-глюонную плазму на мгновение.
Вы уже достаточно просвещены, чтобы понимать, что ионы свинца не появляются волшебным образом в ускорителе частиц. Вот как это происходит: физик ЦЕРН начинает собирать ионы свинца с твердого свинца-208, особого изотопа элемента. Твердый свинец нагревается до пара — до 800 градусов по Цельсию. Затем его бьют электрическим током, который ионизирует образец для создания плазмы. Новосозданные ионы (атомы с электрическим зарядом, которые приобрели или потеряли электроны) сбиваются в линейном ускорителе, который придает им ускорения, что приводит к еще большей потере электронов. Затем они еще больше сбиваются и ускоряются — и ионы свинца готовы пройти путь протонов и разбиться в недрах Большого адронного коллайдера.
Рождение пар — в физике элементарных частиц обратный аннигиляции процесс, в котором возникают пары частица-античастица (реальные или виртуальные). Для появления реальной пары частиц закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, затраченная в этом процессе, превышала удвоенную массу частицы: E_p=2mc^2. Минимальная энергия E_p, необходимая для рождения пары данного типа, называется порогом рождения пар. Кроме того, для рождения реальной пары необходимо выполнение других законов сохранения, применимых к данному процессу. Так, законом сохранения импульса запрещено рождение в вакууме реальной электрон-позитронной пары (или пары любых других массивных частиц) одним фотоном, поскольку единичный фотон в любой системе отсчёта несёт конечный импульс, а электрон-позитронная пара в своей системе центра масс обладает нулевым импульсом. Однако виртуальные пары любых частиц могут появляться и в таком процессе; в частности, именно рождение виртуальных пар в вакууме обуславливает такие эффекты, как поляризация вакуума, лэмбовский сдвиг уровней или излучение Хокинга. В ускоренной системе отсчёта виртуальная пара может обратиться в реальную.
Рождение электрон-позитронных пар при взаимодействии гамма-кванта с электромагнитным полем ядра (в сущности, с виртуальным фотоном) является преобладающим процессом потери энергии гамма-квантов в веществе при энергиях выше 3 МэВ (при более низких энергиях действуют в основном комптоновское рассеяние и фотоэффект, при энергиях ниже Ep = 2mec2 = 1,022 МэВ рождение пар вообще отсутствует). Вероятность рождения пары в таком процессе пропорциональна квадрату заряда ядра.
Рождение электрон-позитронных пар гамма-квантами (в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле для разделения треков электрона и позитрона) впервые наблюдали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1933, а также Патрик Блэкетт, получивший в 1948 за это и другие открытия Нобелевскую премию по физике.
Индуктивностью называется идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит запасание энергии магнитного поля. Запасания энергии электрического поля или преобразования электрической энергии в другие виды энергии в ней не происходит.
Наиболее близким к идеализированному элементу — индуктивности — является реальный элемент электрической цепи — индуктивная катушка.
В отличие от индуктивности в индуктивной катушке имеют место также запасание энергии электрического поля и преобразование электрической энергии в другие виды энергии, в частности в тепловую.
Количественно способность реального и идеализированного элементов электрической цепи запасать энергию магнитного поля характеризуется параметром, называемым индуктивностью.
Таким образом термин «индуктивность» применяется как название идеализированного элемента электрической цепи, как название параметра, количественно характеризующего свойства этого элемента, и как название основного параметра индуктивной катушки.
Рис. 1. Условное графическое обозначение индуктивности
Связь между напряжением и током в индуктивной катушке определяется законом электромагнитной индукции, из которого следует, что при изменении магнитного потока, пронизывающего индуктивную катушку, в ней наводится электродвижущая сила е, пропорциональная скорости изменения потокосцепления катушки ψ и направленная таким образом, чтобы вызываемый ею ток стремился воспрепятствовать изменению магнитного потока:
e = — dψ / dt
Потокосцепление катушки равно алгебраической сумме магнитных потоков пронизывающих ее отдельные витки:
где N — число витков катушки.
В системе единиц СИ магнитный поток и потокосцепление выражают в веберах (Вб).
Магнитный поток Ф, пронизывающий каждый из витков катушки, в общем случае может содержать две составляющие: магнитный поток самоиндукции Фси и магнитный поток внешних полей Фвп: Ф — Фси + Фвп.
Первая составляющая представляет собой магнитный поток, вызванный протекающим по катушке током, вторая — определяется магнитными полями, существование которых не связано с током катушки — магнитным полем Земли, магнитными полями других катушек и постоянных магнитов. Если вторая составляющая магнитного потока вызвана магнитным полем другой катушки, то ее называют магнитным потоком взаимоиндукции.
Потокосцепление катушки ψ, так же как и магнитный поток Ф, может быть представлено в виде суммы двух составляющих: потокосцепления самоиндукции ψси, и потокосцепления внешних полей ψвп
ψ= ψси + ψвп
Наведенная в индуктивной катушке ЭДС е, в свою очередь, может быть представлена в виде суммы ЭДС самоиндукции, которая вызвана изменением магнитного потока самоиндукции, и ЭДС, вызванной изменением магнитного потока внешних по отношению к катушке полей:
e = eси + eвп,
здесь еси — ЭДС самоиндукции, евп — ЭДС внешних полей.
Если магнитные потоки внешних по отношению к индуктивной катушке полей равны нулю и катушку пронизывает только поток самоиндукции, то в катушке наводится только ЭДС самоиндукции.
Потокосцепление самоиндукции зависит от протекающего по катушке тока. Эта зависимость, называемая вебер — амперной характеристикой индуктивной катушки, в общем случае имеет нелинейный характер (рис. 2, кривая 1).
В частном случае, например для катушки без магнитного сердечника, эта зависимость может быть линейной (рис. 2, кривая 2).
Рис. 2. Вебер-амперные характеристики индуктивной катушки: 1 — нелинейная, 2 — линейная.
В системе единиц СИ индуктивность выражают в генри (Гн).
При анализе цепей обычно рассматривают не значение ЭДС, наведенной в катушке, а напряжением на ее зажимах, положительное направление которого выбирают совпадающим с положительным направлением тока:
Идеализированный элемент электрической цепи — индуктивность, можно рассматривать как упрощенную модель индуктивной катушки, отражающую способность катушки запасать энергию магнитного поля.
Для линейной индуктивности напряжение на ее зажимах пропорционально скорости изменения тока. При протекании через индуктивность постоянного тока напряжение на ее зажимах равно нулю, следовательно, сопротивление индуктивности постоянному току равно нулю.