tqg87

Возьмем линию электропередач. С одной стороны она подключается к источнику тока, а с другой - отдаёт энергию потребителю. Здравый смысл подсказывает, что в линии должны быть потери. Сопротивление провода, тепловое рассеивание и прочие паразитные факторы должны сожрать некоторую часть мощности. Это более чем логично. Но в некоторых случаях происходит обратная ситуация - на выходе линии напряжение больше, чем на входе. На первый взгляд кажется, что там должно быть какое-то искажение пространства-времени и что нарушается сам закон сохранения! Но всё проще. Это так называемый эффект Ферранти или ёмкостной эффект.

Эффект Ферранти - это явление, наблюдаемое в длинных линиях электропередачи, особенно когда они слабо нагружены или работают при высоком напряжении. Он относится к повышению напряжения на приемном конце линии электропередачи по сравнению с напряжением на передающем конце. Этот эффект возникает из-за емкости линии электропередачи.

Явление открыл инженер-электрик Себастьян Зиани де Ферранти. В 1887 году он впервые отметил повышение напряжения в некоторых точках лондонской энергосистемы. В его честь оно и было названо.

С физической точки зрения эффект вызван взаимодействием между индуктивностью и емкостью линии.

Если всё упростить, то у конденсатора есть две обкладки. Они не соединены друг с другом, а пространство между ними заполнено диэлектриком. При включении конденсатора в цепь с переменным током наблюдается явление, когда на каждой его обкладке скапливается соответствующий заряд.

Технически это напоминает ситуацию с линией электропередач. Проводники в линии электропередачи расположены в непосредственной близости, особенно в подземных коллекторах, из-за чего между ними возникает электрическая емкость. Фактически, передающий кабель состоит из множества шунтирующих конденсаторов (Шунтирующий конденсатор - это конденсатор, который подключается параллельно к источнику питания устройства или цепи. Здесь роль обкладок выполняют сами провода линии) и последовательных катушек индуктивности (Здесь это опять-таки сам провод, способный сохранять энергию в магнитной составляющей, которая неизбежно присутствует в проводнике), аналогичным образом распределенных по длине кабеля.

Емкость увеличивается с увеличением длины линии передачи. Это и логично, ведь чем больше места, тем больше там можно накопить заряд. Конденсаторы потребляют большой зарядный ток, который проходит по всей длине линии. Реактивная мощность вырабатывается таким импровизированным конденсатором и течет в направлении, противоположном источнику. Катушки индуктивности в линии потребляют принимаемую мощность, вызывая падение напряжения на них. Передающее напряжение синхронизируется с падением напряжения. Напряжения суммируются, и принимающее напряжение увеличивается. Вот вам и напряжение, которое выше на выходе, чем на входе. Никакого нарушения закона сохранения нет.

В общем случае это не забавное явление, которое нам интересно изучить, а паразитное явление. В электротехнике оно хорошо известно и его учитывают при проектировании электрических сетей. В противном случае вполне можно было бы ожидать где-то на даче вкачать в холодильник все 380 вместо 220.

При правильном регулировании источников тока эффект может даже "помогать" в работе системе. Если учитывать его влияние и корректно выполнить расчёты, то это в некоторой мере позволит исключить перерасход энергии.

Если обобщить всё сказанное, то никакой фантастики тут нет. Мы просто получаем огромный конденсатор из линии передач, который вполне неплохо заряжается, если выполняется ряд обозначенных условий и вполне успешно отдаёт энергию обратно в сеть. Всё это поддаётся расчёту и вполне пропорционально.

Ну и приглашаю вас в Телеграм моего проекта. Там тоже много интересного про странные физические эффекты и явления.

Впрочем, тут уже полезна моя статья про природу света. Дело в том, что частые попытки упоминать корпускулярно-волновой дуализм отвлекают от главного. Свет - это не волна и не частица. Это что-то среднее со своими свойствами.

Однако ситуация со светом для науки чуть проще, чем попытка описать гравитон. Вроде бы и нет такой частицы, а очень хочется, чтобы была. Тогда можно было бы отказаться от не совсем ясной идеи воронки. Но всё ли так хорошо и почему удобный гравитон так и остаётся гипотезой?

Надеюсь, что эти материалы окажутся для вас интересными, ну и на пикабу в своем сообществе я тоже регулярно размещаю научпоп контент.

В основном все недавние изыскания на канале были связаны с ковырянием в физических теориях. Но тут под руку попался китайской USB-микроскоп и понеслась. Вспомнил про работу в лаборатории и решил сделать для вас интересный ролик на тему оптической микроскопии. Ролик состоит из двух логических частей - сначала обсуждаем всю основную теорию, а потом разглядываем всё то, что валялось на столе в сам микроскоп.

Во многом посредством этого ролика я хочу отметить важность прикладной науки. Без практики нет теории и наоборот. Я решил окунуться в теоретическую физику и квантовые миры по той простой причине, что начала задавать себе вопросы, на которые не было ответов у прикладников. Скажем, почему электрон не падает на ядро или по какой причине мы до сих пор не можем открыть мельчайшую субатомную частицу?

Но началось всё с того, что я работал над новыми материалами в лаборатории и частенько использовал именно оптический микроскоп.

⚡ Ролик выкладываю на ДЗЕН, на Тубе материал появится позже.

Представьте себе разогретый брусок или камень. Он состоит из частичек, которые постоянно перемещаются в пространстве. Согласно основам молекулярно-кинетической теории, мера движения этих частиц описывается температурой. Конкретные значения этой температуры определяют тепловую энергию системы. Исходя из классической (слово "классическая" мы будем использовать для стандартных представлений из школьного учебника физики) теории, возможно такое состояние, что при нулевой температуре по шкале Кельвина наступает абсолютный покой. Все частицы замирают и перестают двигаться. Тепловые процессы полностью останавливаются. При этом энергия такой системы тоже нулевая.

Теоретически возможно такое состояние, когда классическая система (наш многострадальный брусок или камень) будет обладать нулевой энергией. Говоря простым языком - это полное отсутствие энергии. Теперь переходим к самому интересному. А как дела обстоят в квантовых системах?

В этой области существует такое невероятно интересное понятие, как энергия нулевой точки. И, забегая вперёд, скажу, что по сути это энергия абсолютной пустоты, из которой возможно даже "сгенерировать" новые частички.

Энергия нулевой точки относится к минимально возможной энергии, которую может иметь квантово-механическая система, даже когда она находится в своем основном состоянии (состоянии с минимальной энергией).

В отличие от классических систем (как наш брусок из примера), где система при нулевой температуре имела бы нулевую энергию, квантовые системы все еще обладают некоторой остаточной энергией из-за присущей квантовой механике неопределенности.

Эту энергию часто называют квантовыми флуктуациями или энергией вакуума и с ней связано много интересных концепций, теорий и гипотез.

Откуда взялась нулевая точка?

В квантовой механике принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что мы никогда не сможем знать с абсолютной точностью и положение, и импульс частицы. Это означает, что даже в вакууме (пространстве без материи) частицы и поля все еще испытывают флуктуации энергии (любое случайное отклонение какой-либо величины называется флуктуацией). По сути это одно из объяснений природы существования нулевой точки.

Поскольку всё неопределённо, мы не можем говорить о "стабильном" или классическом состоянии частицы. Тут мысль пересекается с представлениями, что частицы есть результат флуктуаций вакуума, а потому и вакуум никогда не будет пустым. Следовательно, если в вакууме есть каким бы оно ни было поле, то это поле даже без порождения конкретной частицы, может произвольно вибрировать (даже без порождения новых частиц) и это его основное свойство.

Флуктуации могут приводить к кратковременному появлению и исчезновению так называемых виртуальных частиц. Эти частицы появляются и исчезают, заимствуя энергию из вакуума, а затем возвращают ее в течение короткого времени, как это разрешено квантовыми правилами. При этом виртуальные частицы при некоторых условиях способны порождать вполне себе реальные частички. Например, вспомните про рождение пар. Вот вам и энергия у пустоты.

Вакуум пространства на самом деле не пуст, а заполнен флуктуирующими полями и частицами. Энергия этих флуктуаций и называется энергией вакуума или энергией нулевой точки. И вы, наверное, помните про не совсем-таки понятную космологическую постоянную. Я делал небольшой ролик на эту тему, который подвергли во многом правильной критике, но не уловили основную идею повествования. Смысл был в описании странной логики появления многих постоянных.

Для тех, у кого проблемы с ютубом - смотрим тут.

Эйнштейн, прорабатывая общую теорию относительности, установил, что "не вытанцовывается оно". Если у вакуума нет энергии, то как Вселенная будет расширяться? Поэтому, в систему расчёта была введена некоторая величина, которая выравнивает это разногласие. Она была названа космологической постоянной и её происхождение долгое время занимало умы физиков. Изучение вопроса порой приводило к смешным ситуациям, как это было с Эддингтоном. Про этот забавный случай стоило бы рассказать отдельно, но вспомним кратко суть проблемы. Могу тут путать последовательность и конкретные факты, однако главное осознать комичность ситуации.

Эддингтон притянул за уши одно значение к другому и довольный сказал, что нашёл объяснение конкретному значению космологической постоянной. Группа молодых физиков повторила этот финт и взяла за основу некоторое странное соотношение несвязанных физических констант в некотором новом исследовании, используя результаты Эддингтона. Дело дошло до того, что опубликованная ребятами статья чуть ли не на Нобелевку была выдвинута. В затянувшуюся шутку пришлось вмешаться и авторов попросили отозвать шуточную статью. Позже также поступил и Эддингтон, признав, что не был объективен. Но вернемся к основному вопросу.

Энергия вакуума как раз и может быть источником космологической постоянной, которую Эйнштейн ввел в уравнениях общей теории относительности. Иногда космологическая постоянная рассматривается как форма темной энергии, ответственная за ускоренное расширение Вселенной.

Правда ли, что энергию вакуума можно "пощупать"?

Традиционный вопрос у читателя обычно - а как всё это можно потрогать и увидеть? В случае нулевой точки всё довольно занятно. Есть широко известный косвенный эффект, который может продемонстрировать существование энергии нулевой точки или энергии абсолютного вакуума.

Вы слышали про эффект Казимира? Когда две незаряженные параллельные металлические пластины помещаются очень близко друг к другу в вакууме, они испытывают силу притяжения из-за квантовых флуктуаций электромагнитного поля между ними. Этот опыт демонстрирует, что вакуум не пуст, а заодно подсказывает, что он обладает энергией.

Квантовые флуктуации в вакууме оказывают давление на пластины. Поскольку определенные длины волн виртуальных частиц исключены между пластинами (из-за малого зазора), давление снаружи пластин больше, чем между ними, что приводит к силе, которая толкает пластины друг к другу.

Какое значение у нулевой точки?

У концепции нулевой точки есть гипотетическое прикладное применение. Более того, благодаря этому можно объяснить такие сложные явления, как рождение пар или даже самопроизвольное появление частиц.

Некоторые спекулятивные идеи предлагают возможность использования энергии нулевой точки как почти безграничного источника энергии. Однако это все еще гипотеза и логика больше похожа на фантастику.

Если нулевая энергия действительно существует в каждой точке вакуума, ее кумулятивный эффект может оказать большое влияние на геометрию пространства-времени, как описано в общей теории относительности Эйнштейна. Более того, учитывая, что энергия нулевой точки теоретически может оказывать отталкивающее действие, она может быть связана с явлением космической инфляции (быстрое расширение ранней Вселенной) или текущим ускоренным расширением, приписываемым темной энергии.

Это невероятно интересная концепция. Как обычно она трудно объяснима и ломает нашу привычную логику. Но при этом при реальном существовании такого явления это многое объяснит. Да и сам факт существования энергии у ничего очень сильно впечатляет.

⚡ Традиционно, приглашаю всех любителей физического познания в Telegram-канал моего проекта. Там сейчас как раз конкурс и премиумы.

Для тех, у кого проблемы на тубе - я уже давно веду проект и на ДЗЕНе тоже и ролик туда перезалит. Ролик есть и в телеге проекта. Теперь по делу.

Телепортация - это, пожалуй, один из самых захватывающих элементов научной фантастики. Представьте: человек пропадает в одной точке, а мгновение спустя появляется в другой, не тратя времени на перемещение. Звучит магически, но можно ли вообще говорить о физической основе этого явления?

Попробуем подойти к вопросу научно, не забывая, что фантастика - это не просто фантазии. В ней всегда есть доля реальности, и телепортация не исключение.

Давайте начнем с определения. В фантастике телепортация предполагает мгновенное перемещение объекта в пространстве, не затрагивая временной континуум. Другими словами, объект не перемещается во времени, а просто “прыгает” из одной точки в другую.

Но как это возможно с точки зрения науки? Современная физика не знает способов для мгновенного перемещения материи. Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света. Однако есть несколько гипотетических идей, которые могут дать некоторую основу для телепортации. Среди них создание чего-то типа кротовых нор и разборка-сборка материи.

Несмотря на то, что современная физика не может прямо объяснить телепортацию в виде, в котором ее представляют в фантастике, ее теоретические основы не отбрасываются полностью. Квантовая механика, теория относительности и теория струн дают нам пищу для размышлений, и возможно, что в будущем мы сможем реализовать нечто похожее на телепортацию.

Но даже если телепортация останется фантастическим элементом, она позволяет нам мечтать о будущем, где пространство и время не будут преградой для путешествий.