nataliJOG

Не реклама

Гравитация и космология

1. Проблема космологической постоянной

Согласно современным представлениям, вакуум обладает огромной плотностью энергии. Его гравитационное действие выражается в так называемой космологической постоянной: он воздействует на кривизну пространства-времени. Однако, данное влияние, измеренное экспериментально, оказывается в 10 в степени 120 раз меньше теоретических предсказаний. Несмотря на десятилетия усердной работы, физики так и не подошли к решению данного вопроса.

2. Проблема темной энергии

Известно, что Вселенная расширяется с ускорением. Но чем именно обусловлено такое поведение, ученым до сих пор неизвестно. Роль источника ускорения может играть вакуум или же существует новая фундаментальная физическая постоянная, дающая вклад в скорость расширения. И до сих пор даже различить две эти концепции не представляется возможным.

3. Регуляризация квантовой гравитации

Ученые уже давно пришли к выводу, что гравитация просто обязана описываться квантовыми законами. Однако, все попытки «квантования» гравитации, то есть превращения ее в теорию, описывающую физику микромира, приводят к провалу – появляются нефизические бесконечные величины, не позволяющие использовать такую модель. В частности, проблему регуляризации квантовой гравитации, то есть устранения бесконечностей, пытаются решить в рамках теории струн и петлевой квантовой гравитации.

4. Энтропия черных дыр и термодинамика

Существование черных дыр надежно подтверждено экспериментально и не вызывает сомнений ученых. Стивен Хокинг и Яков Бекенштейн получили выражения для энтропии и температуры излучения черных дыр, зависящие от площади поверхности черной дыры, но не от ее объема, как следовало бы ожидать. Наиболее общие выражения для энтропии, предлагаемые термодинамикой, оказываются с трудом применимы к черным дырам, поскольку необходимо пересчитать количество всех возможных состояний системы. И попытки подсчета в рамках различных моделей пока что не увенчались успехом даже для самого простого случая статических черных дыр.

5. «Обработка» информации в черных дырах

Черные дыры «всасывают» в себя все окружающие тела, разрушая их, и при этом излучают фотоны, получившие название излучения Хокинга. Проблема информационного парадокса состоит в следующем: можно ли по излучению восстановить свойства объекта, или при пересечении горизонта событий информация теряется навсегда? Два сценария предполагают два совершенно разных подхода к описанию состояния черных дыр, и какой из них является верным, на данный момент установить не удается.

6. Космическая инфляция

Инфляция – краткий момент жизни ранней Вселенной, когда она расширялась с большей скоростью, чем на остальных этапах. При этом квантовые флуктуации пространства, отклонения от однородной структуры, молниеносно увеличились в размерах – теперь их наблюдают, как изменения крупномасштабной структуры Вселенной и температуры реликтового излучения. Открытым остается вопрос о причинах возникновения инфляции, и существует ли эксперимент, который смог бы напрямую подтвердить или опровергнуть наличие данного этапа развития.

7. Наличие во Вселенной вещества и отсутствие антивещества

Во Вселенной действует закон сохранения электрического заряда, а значит, в момент Большого взрыва должно было родиться одинаковое число частиц и античастиц. Однако, мы наблюдаем только вещество, а антивещество практически отсутствует – этот вопрос получил название проблемы генерации барионной асимметрии. Существующие гипотетические объяснения включают в себя введение дополнительного бозона Хиггса и различные суперсимметричные модели, но не одно из них еще не получило экспериментальное подтверждение.

8. Состав темной материи

Существование темной материи было обнаружено в тридцатых годах XX века при изучении движения галактик в скоплении Волос Вероники и скоростей вращения галактик. Существование нового, практически не взаимодействующего типа вещества было надежно установлено, а количество кандидатов на роль темной материи исчисляется десятками – и ни один из них не стал «той самой частицей».

Физика в рамках и за пределами Стандартной модели

9. Причина возникновения поколений частиц

Практически все вещества, и все явления, которые мы наблюдаем в «повседневной жизни», связаны всего лишь с четырьмя частицами: up- и down-кварками, электроном и электронным нейтрино. Но природа щедро наградила нас тремя поколениями кварков и лептонов: существуют еще четыре кварка, strange, charm, top и bottom, и четыре лептона – мюон, тау-лептон, мюонное и тау-нейтрино. Должна быть причина, почему понадобилось более чем один набор частиц – и мы ее пока что не знаем.

10. Происхождение масс частиц

Массы частиц в Стандартной модели определяются так называемыми юкавскими константами связи, которые устанавливаются исключительно экспериментальным образом. Причина, по которой они имеют именно такие значения, является одной из задач для физиков. Особые вопросы вызывает самый тяжелый из кварков, top-кварк, масса которого крайне велика.

Обнаружение масс нейтрино, легчайших частиц Стандартной модели, укрепило основания считать, что основная физическая теория требует модификаций. Введение масс нейтрино возможно двумя различными способами, каждый из которых имеет свои плюсы и «подводные камни», и выбрать один из них в настоящее время не представляется возможным.

11. Суперсимметрия и проблема иерархии

Экспериментальное открытие бозона Хиггса, несмотря на всю радость ученых, принесло и новые вопросы. Вычисляемые квантовые поправки к массам частиц оказываются в миллиарды раз больше самих масс: данное «осложнение» получило название проблемы иерархии, иногда – его еще называют проблемой натуральности теории.

Наиболее разумное решение предлагает суперсимметрия, в которой каждой частице полагается ее «брат близнец»: у бозона есть аналогичный фермион, и наоборот. В настоящее время простейшие суперсимметричные модели экспериментально опровергнуты, и нет однозначного способа либо полностью исключить применимость суперсимметрии, либо определить огромное число входящих в нее констант.

12. Поиск фундаментальной калибровочной группы великого объединения

Каждому из взаимодействий в Стандартной модели, помимо гравитационного, соответствует калибровочная группа, определяющая свойства симметричности данных сил. Есть веские основания полагать, что ключевым моментом создания теории великого объединения является поиск особой калибровочной группы, которая включала бы в себя в виде частных случаев группы взаимодействий. Подходящие кандидаты на данную роль существуют, но их изучение пока что не привело к определенном ответу.

13. Потенциальное нарушение Лоренц- или CPT-инвариантности

Согласно современным представлениям, все взаимодействия не изменяются при одновременной инверсии заряда (C – «сharge»), четности (P – «parity») и времени (T – «time»).

Также ничего не меняют и преобразования Лоренца, которые необходимо совершить при переходе от одной инерциальной системе отсчета к другой.

Возможно, однако, что такие преобразования не являются инвариантными при очень больших энергиях или при масштабах, недоступных человеку для изучения – и мы обнаружим это при создании новой теории, которая заменит Стандартную модель.

14. Стабильность Вселенной

При изучении свойств бозона Хиггса физикам удалось установить, что один из характеризующих его параметров практически равен нулю. Данная постоянная отвечает за то, в каком состоянии находится Вселенная – в стабильном минимуме энергии, к которому стремятся все системы, или в так называемом метастабильном, в котором рано или поздно должен произойти переход в состояние истинного минимума энергии.

Новое состояние может характеризоваться совершенно другими свойствами, поэтому вопрос не праздный – стабильна ли наша Вселенная или нет?

15. Конфайнмент кварков и связанные вопросы

Кварки – элементарные частицы, из которых в том числе состоят протоны и нейтроны, входящие в состав атомного ядра, обладают двумя важными свойствами. Во-первых, кварки никогда не наблюдаются в свободном состоянии, только лишь в связанном – эта особенность называется конфайнментом (от англ. «confine» – «удерживать»). Помимо этого, каждый кварк обладает «цветом», он может быть «красным», «синим» или «зеленым». Но все наблюдаемые частицы обязательно являются бесцветными – либо сочетаются три кварка разного цвета, либо пара цвет-антицвет.

Подобное поведение кварков установлено и теоретически, и экспериментально. Но действительно надежного доказательства, почему природа устроена таким образом, до сих пор не получено.

16. Кварк-глюонная плазма и квантовая хромодинамика

Процессы взаимодействия адронов, состоящих из кварков и глюонов, являются сложными для теоретического объяснения в первую очередь из-за их составной структуры.

При достаточно больших энергиях возможно достигнуть состояния деконфайнмента кварков, то есть разделения на отдельные частицы – состояния кварк-глюонной плазмы. Эксперименты по наблюдению кварк-глюонной плазмы проводились на ускорителях RHIC и LHC и, вопреки ожиданиям ученых, полученная среда ведет себя совершенно отлично от теоретических предсказаний. Что требует дополнительного изучения и, возможно, модификации теории сильных взаимодействий – квантовой хромодинамики.

17. Дополнительные неоткрытые частицы

В прошлом усовершенствование ускорительной техники приводило к открытию новых, доселе неизвестных частиц. К этому ученые стремятся и сейчас – целое «семейство» гипотетических частиц создано для решения некоторых из проблем современной физики.

Так, например, аксион предсказан в качестве ответа на так называемую сильную CP-проблему в квантовой хромодинамике. Стерильное нейтрино может объяснить наблюдаемые нейтринные осцилляции. Огромное количество новых частиц предсказывают суперсимметричные модели, и поиск новых частиц является важной задачей любого ускорительного эксперимента.

18. Неограниченное будущее астрофизики

В последние десятилетия астрономические наблюдения принесли множество неожиданных открытий – и в будущем их может быть еще больше.

Теоретически предсказано существование гипотетических объектов – звезд населения III, которые состоят практически полностью из водорода и гелия, что позволит им иметь массы гораздо больше наблюдаемых в настоящее время звезд населения I и II, а также «темных звезд», источником энергии которых может быть аннигиляция темной материи.

Экзотическое поведение конденсированных сред и квантовые системы

19. Какие новые формы сверхпроводимости и сверхтекучести могут быть обнаружены?

При температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые жидкости могут фактически проходить через любые отверстия и капилляры без трения, а электрические проводники теряют способность сопротивляться электрическому току – данные явления получили название сверхтекучести и сверхпроводимости.

Существуют и высокотемпературные сверхпроводники, которым не нужно столько сильное охлаждение для проявления специальных свойств. Механизм появления высокотемпературной сверхпроводимости, как и многие другие особенности этих явлений, еще только предстоит объяснить.

20. Какие топологические фазы предстоит открыть ученым?

Топологические изоляторы представляют собой особый тип материала, который может проводить ток лишь в определенных областях – в частности, только по поверхности образца.

Электроны в проводящей области ведут себя весьма специфическим образом, некоторые их характеристики жестко зафиксированы и не могут спонтанно изменяться. В том числе, благодаря этому поверхностный слой обладает практически нулевым сопротивлениям.

Возможно, обладают другие конфигурации и другие варианты топологических изоляторов, которые будут открыты в будущем.

21. Существуют ли иные свойства сильно связанных систем?

Все упомянутые выше явления так или иначе относятся к особенностям систем из большого числа связанных друг с другом электронов. «Коллективизм» приводит появлению новых вариантов поведения частиц, которые отсутствуют для свободных электронов.

Вполне вероятно, что мы еще не исчерпали все возможности

взаимодействующих систем, и в будущем будут открыты новые феномены.

22. Какими будут следующие открытые фазы и формы материи?

В течение XX и XXI веков было открыто множество экзотических фаз вещества: различные формы магнетизма, пространственные структуры, такие как кристаллы и квазикристаллы, одномерные и двумерные материалы, наноструктуры – список можно продолжать еще очень долго.

В настоящее время активно изучаются квантовые фазовые переходы, в которых при практически нулевой температуре под действием флуктуаций меняются свойства вещества.

Турбулентное течение жидкостей по-прежнему является важной нерешенной проблемой, и исследование основного уравнения вязкой жидкости, уравнения Навье-Стокса, относят семи важнейшим задачам тысячелетия.

23. Есть ли будущее у квантовых вычислений, квантовой информации и других способов применения квантовой запутанности?

Квантовые вычисления имеют множество аспектов. Наиболее остро стоит вопрос практического применения, поскольку в реалистичных условиях связанные состояния крайне легко разрушаются. Квантовая запутанность имеет огромную важность во многих областях, начиная от квантовых компьютеров.

24. Как будут развиваться квантовая оптика и фотоника?

Фотоны, как и электроны, играют огромную роль в потенциально новых технологиях, основанных на фотонике, включая и оптоэлектронику.

Передовые исследования стремятся к более коротким импульсам, большим интенсивностям, излучению доселе недоступных длин волн и контролю квантовых явлений. Отсюда вытекает множество новых идей, и наш вопрос – в новых феноменах будут участвовать исключительно фотоны, или, например, фотоны при взаимодействии с электронами и другими частицами?

https://futurist.ru/articles/1440-zhizny-vselennaya-i-voobsh...

Предыдущий пост: https://pikabu.ru/story/kompyuternaya_simulyatsiya_vselennoy...

Факт 7. Фракталы.

Второй вещью стала фрактальная геометрия, открытая учёным Мандельбротом в 1977 году. Чрезвычайно простой алгоритм, позволяющий получить неправильные геометрические формы (не Фибоначчи!), но по самому простому принципу. Структуры повторяет себя до бесконечности, от малого, до самого большого масштаба.

Тут нет места Хаосу. Фрактал — самоподобная геометрическая структура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштабов.

Будете вы смотреть в телескоп, или в микроскоп, вы увидите одну и тот же принцип построения. Примеры? Микробы, бактерии, человек, горный хребет — одинаковый рисунок. От малого к огромному.

Наверное, микробы, реки и снежинки тоже учили математику в школе..? Или их просто рисует гигантский процессор на компьютере Бога?

Ниже — правильный геометрический фрактал.

Объяснение «на пальцах».

Теперь наша реальность.

Реальность. Колония бактерий в чашке.

Реальность. Вид со спутника на плато Путорана, Российская Федерация.

Испания.

Реальность. Кровеносная система человека.

Корни дерева или лёгкие человека?

Факт 8. Двойники и NPC.Теперь надо заселить свою симуляцию людьми, чтобы не было скучно.

Уже сколько раз случались такие вещи, что люди встречали своих двойников на улицах, в интернете, в других странах. Причём, это были полные копии, до деталей. И они не родственники! объяснить подобную схожесть очень сложно, если не принимать во внимание, что в рамках теории «Матрицы» (компьютерной симуляции Вселенной), не надо быть родственниками, чтобы быть идентичными на 100%. База данных лиц всё равно одна и игроки могут себе создать такого же персонажа, как и Ваш. Вот и весь секрет.

Англия+Англия. Копии, но не родственники.

Эксперимент ‘Twin Strangers». На фото Karen Branigan (cлева) и Niamh Geaney (справа).

Англия+Италия.

Тот же эксперимент «Twin Stranger». Niamh Geaney (слева) и Luisa Guizzardi (справа).

Теперь побольше NPC.

Не забудем добавить NPC (non-player character). Это программы-люди, которыми управляет компьютер. У них всего пару мыслей, минимум эмоций, минимум знаний. Живёте в городе на 100 тысяч человек? Скольких людей вы в нём знаете хорошо? 100, 1000? А кто тогда все остальные, что они делают вокруг? Ходят вокруг, стоят в очередях, ездят на машинах. Создают иллюзию заселённости… правда?

Вы не сможете с ними поговорить. Они заняты и уходят от вас по своим делам. Считайте, ваш круг общения ограничен живыми игроками, с которыми вас будет сталкивать «судьба» и «сценаристы». К живым относятся: семья, родственники, коллеги по работе, не более того. Вы не сможете пойти на ту работу, которая вам не предназначена, и думаю к нашему с вами возрасту Вы уже это поняли. Никогда не удивлял тот факт, что вы рассылаете по 100 резюме на работу, а отвечает вам только 1 работодатель? Куда деваются все остальные резюме? Где все остальные фирмы?

Кто все эти люди в моём городе?

Факт 9. Что нравится миллионам людей.

либо

«Как прожить ещё одну жизнь»?

Вычислительные мощности первых компьютеров были настолько ограниченными, что первая игра выглядела как квадратный мяч и прямоугольные платформы, удары от стен справа или слева. Это игра называлась «PONG«.

1972 год. "PONG".

Потом игры усложнялись и совершенствовались. Появились сложные: стрелялки, и первые рисованные стратегии.

1993 год. «DOOM и «Warcraft 2″. 20 лет прогресса.

2009 год. Эпоха Тотальных Войн. 36 лет прогресса.

2012 год. Эпоха ММО. 40 лет прогресса.

Для вас ММО ничего не говорит? Это — Массовые Многопользовательские Онлайн игры, в которую играют миллионы людей одновременно, они все подключаются к одному серверу и видят друг друга. Это значит, что миллионы людей одновременно находятся в игре и развивают своих персонажей, командиров. Second Life, World of Warcraft, World of Tanks только некоторые из них. То есть, если в прошлом вы могли командовать целыми армиями из тысяч солдат, то теперь вы можете играть за отдельного солдата, отдельный танк на поле боя и т.д. Вы ищете ему оружие, ищете ему броню, развиваете, улучшаете, делаете его сильнее.

То есть, эволюция игр прошла так: квадратные игры -> сложные игры -> командование армиями -> развитие 1 героя в мире ММО. Мы в шаге от нашего мира.

Вам не кажется, что следующим этапом как раз будут игры, в которых Вы проживаете любое интересующее вас время (античность, средневековье, феодализм, мировую войну) «прямо в игре«, чувствуя её изнутри, политику, предательства, радости и любовь.

Тем более, что современные игры по реалистичности графики улучшаются сумасшедшими темпами. Вот для сравнения движок: Unreal Engine 2015. Как вам комната и детализация? Вы скажете, что это компьютерная игра?

Unreal Engine — цифровая графика.

Достаточно реально?

Графика сегодня. EVE: Valkyrie — 45 лет после «Pong»

Факт 10. Финальный аргумент.

А если есть возможность и ресурсы, то почему бы и не попробовать сделать такую Игру, как НАШ МИР?

Реалистично, жестоко, по правилам выживания. Не заработал денег — не поел. Не поел — ослаб, заболел, умер. Это очень жёсткая игра для новичков. Тем более, что о вас должны заботиться как минимум лет 7-10 после рождения. Иначе вы выходите из игры, так и не начав играть.

Итоги: какие признаки компьютерной симуляции Вселенной?

1. Всё работает на электричестве.

2. Есть законы, которым мы подчиняемся.

3. Электрические поля — иллюзия твёрдого мира.

4. ДНК — программный код.

5. Корпускулярно — волновой дуализм — детализация окружающего мира (близко/далеко).

6. Золотое сечение Фибоначчи: простая геометрия. Ракушки, цветы, вода, прочее.

7. Фракталы: сложная геометрия. От снежинок до горных массивов, рек, бактерий и строения тканей человека.

8. Двойники + NPC = иллюзия заселённости мира.

9. ММО — выбрали миллионы людей, и миллионы ещё на подходе.

10. Если есть возможность — почему бы не создать такой мир?

Общее понятие гравитации

Гравитация – это, казалось бы, простое понятие, известное каждому человеку еще со времен школьной скамьи. Все мы помним историю о том, как на голову Ньютона упало яблоко, и он открыл закон всемирного тяготения. Однако все не так просто, как кажется. В той статье мы попытаемся дать ясный и исчерпывающий ответ на вопрос: что такое гравитация? А также рассмотрим главные мифы и заблуждения об этом интересном явлении.

Говоря простыми словами, гравитация — это притяжение между двумя любыми объектами во вселенной. Гравитацию можно определить, зная массу тел и расстояние от одного до другого. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет вес тела и выше его ускорение. Например, на Луне вес космонавта будет в шесть раз меньше, чем на Земле. Сила гравитационного поля зависит от размеров объекта, который оно окружает. Так, лунная сила притяжения в шесть раз ниже земной. Впервые обосновал это научно и доказал с помощью математических вычислений ещё в XVII веке Исаак Ньютон.

Что упало на голову Ньютону

Несмотря на то, что сам великий английский ученый частично подтверждал известную всем легенду о яблоке и ушибе головы, всё же, сейчас можно сказать с уверенностью, что при открытии закона всемирного тяготения обошлось без травм и озарений. Основой, заложившей новую эру в естественных науках, стал труд «Математические начала натуральной философии». В нем Ньютон описывает закон тяготения и важные законы механики, открытые им за долгие годы напряженной работы. Знаменитый физик был натурой неторопливой и рассудительной, как и положено гениальному ученому. А поэтому от начала раздумий о природе тяготения до издания научной работы о ней прошло больше 20 лет. Впрочем, легенда об упавшем фрукте могла иметь под собой и какие-то реальные основания, вот только голова физика однозначно осталась цела.

Законы притяжения изучались и до Исаака Ньютона самыми различными научными деятелями. Но только он впервые математически доказал прямую взаимосвязь между тяготением и движением планет. То есть падающим с ветки яблоком и вращением луны вокруг земли управляет одна и та же сила – гравитация. И она действует на любые два тела во вселенной. Эти открытия заложили основу так называемой небесной механики, а также науки о динамике. Ньютоновская модель господствовала в науке более двух веков вплоть до появления теории относительности и квантовой механики.

Что думают о гравитации современные ученые

Гравитация является самым слабым из четырех известных на данный момент фундаментальных взаимодействий, которым подчиняются все частицы и составленные из них тела. Помимо гравитационного взаимодействия сюда же входят электромагнитное, сильно и слабое. Исследуются они на основании разных теорий, так, например, в приближенных скоростях небольшой гравитации применяют теорию тяготения еще самого Ньютона. А в общем случае используют общую теорию относительности Эйнштейна. Кроме того, описание гравитации в квантовом пределе должно будет осуществляться при помощи еще не появившейся квантовой теории.

Безусловно, сегодня физика сложна и выходит далеко за рамки представлений об окружающем мире обычного человека. Но интересоваться ей необходимо хотя бы на уровне основных понятий, ведь вполне возможно, что уже в ближайшее время мы можем стать свидетелями удивительных открытий в этой области, которые кардинально изменят жизнь человечества. Будет неловко, если вы вообще не поймете, что происходит.

Мифы о гравитации

Не только незнание, но и постоянные новые открытия в данной научной сфере порождают различные несуразицы и мифы о гравитации. Итак, несколько общепринятых заблуждений об этом уникальном явлении:

-Искусственные спутники никогда не сойдут с орбиты Земли и будут вечно вращаться вокруг неё. Это неправда. Дело в том, что помимо земного притяжения в космосе имеются и другие различные факторы, влияющие на орбиту тел. Это и торможение атмосферы для низких орбит и гравитационные поля Луны и других планет. Скорее всего, если дать спутнику вращаться без контроля на долгое время, его орбита будет изменяться, и в конечном счете он либо улетит в космические просторы, либо упадет на поверхность ближайшего тела.

-В космосе отсутствует гравитация. Даже на станциях, на которых космонавты пребывают в невесомости есть довольно сильная гравитация, чуть меньше, чем на Земле. Почему же тогда они не падают? Можно сказать, что сотрудники станции как бы находятся в состоянии постоянного падения, но никак упадут.

-Объект, приблизившийся к чёрной дыре, будет разорван. Довольно известный миф. Сила притяжение черной дыры действительно увеличится при приближении к ней, но совсем не обязательно, что приливные силы окажутся настолько мощными. Скорее всего они на горизонте событий обладают конечным значением, поскольку расстояние считается от центра дыры.