Популярная наука

Чтобы представить, как ведет себя квантовое поле, полезно сначала отказаться от идеи классических частиц. Не существует крошечных твердых сфер или же бесконечно малых точек. Основа материи полностью состоит из непрерывных полей, заполняющих пространство. Есть электронное и фотонное поля, поле верхних и нижних кварков, и так далее. Всего в Стандартной модели описывается 17 квантовых полей, и каждое из них присутствует повсюду.

Однако эти поля совсем не похожи, например, на классическое макроскопическое магнитное поле. Они подчиняются законам квантовой механики, и их энергия не может быть какой угодно. Энергию квантового поля можно увеличить или уменьшить только дискретными порциями, которые называются квантами.

Когда в некоторую область поля подается достаточное количество энергии, это создает локальный всплеск. То, что воспринимается и измеряется как элементарная частица — например одиночный электрон, движущийся в пространстве, — на самом деле является локальным квантовым возбуждением электронного поля. Частица — это не отдельный объект с четкими границами, это сгусток энергии, созданный из самого поля. Такой механизм позволяет элементарным частицам совершать некоторые фокусы — например, при бета-распаде из нейтрона появляется электрон, хотя до распада никакого электрона в составе нейтрона и быть не может, ведь нейтрон состоит кварков.

Но это еще не вся магия. Даже когда область пространства полностью лишена частиц, квантовые поля не остаются полностью застывшими. Поле в его самом низком энергетическом состоянии, известном как квантовый вакуум, по своей сути неспокойно. Из-за квантовых флуктуаций, оно ведет себя как бурлящий суп, в котором постоянно возникают и затухают энергетические колебания. В отличие от возмущений, соответствующих реальным частицам, энергия для квантовых флуктуаций заимствуется на короткое время буквально из ниоткуда и может принимать произвольные значения. Частицы, соответствующие таким колебаниям, называют виртуальными. Колебания быстро затухают и виртуальные частицы возвращаются в небытие до того, как их можно было бы детектировать. Однако, если приложить к вакууму достаточное большое количество энергии, то можно сделать материю из пустоты. Наиболее просто такой фокус можно провернуть с фотонами, и это физикам удалось еще 15 лет назад: https://www.nature.com/articles/nature10561.

Слушаем эфир 

Лучше всего отработаны технологии перехвата электромагнитного излучения, благо в ходе работы его генерирует любое устройство с электрическим питанием. Утечками подобного рода спецслужбы США и СССР озаботились больше полувека назад, и с тех пор на этот счет накоплена масса информации. Часть этой работы с американской стороны известна под аббревиатурой TEMPEST, а некоторые рассекреченные архивные документы читаются как хороший детектив.  Раньше слабым звеном считались ЭЛТ-мониторы и неэкранированные VGA-кабели. В последние годы любимыми игрушками исследователей в области безопасности стали клавиатуры

Несмотря на столь долгую историю, новые методы «серфинга» на электромагнитных волнах появляются регулярно по мере эволюции электронной техники. Раньше слабым звеном считались активно «фонящие» ЭЛТ-мониторы и неэкранированные VGA-кабели. В последние годы любимыми игрушками исследователей в области безопасности стали клавиатуры — работы в этой области появляются регулярно. Вот лишь несколько примеров.

Набираемые на клавиатуре символы можно отслеживать с высокой точностью на расстоянии до 20 метров с помощью самодельного анализатора радиоспектра стоимостью около $5000. Интересно, что эта атака оказалась эффективна как против обычных дешевых USB-клавиатур, так и против дорогих беспроводных моделей с шифрованием сигнала и даже клавиатур, встроенных в ноутбуки.  Все эти устройства работают по одному принципу, и все генерируют электромагнитные наводки. Различия обусловлены лишь мощностью сигнала, которая зависит от длины провода, передающего импульсы (в ноутбуке он самый короткий).

Еще проще получается перехват, если компьютер-жертва подключен к электросети. Соответствующие нажатиям клавиш флуктуации напряжения на линии данных порождают наводки в линии «земли». Их отголоски передаются в питающую компьютер электрическую сеть и могут быть считаны хакером, подключившимся к соседней розетке. Цена вопроса — $500, дальность — 15 метров. 

Как защититься:  наилучшую защиту от электромагнитного прослушивания дают экранирование помещения (клетка Фарадея) и специальные генераторы помех. Если ваши секреты стоят не так дорого и вы не готовы оклеивать фольгой стены домашней кладовки, то можно ограничиться «ручным» добавлением шума. Время от времени печатайте периодически лишние символы, а потом удаляйте их. Также для ввода особо ценных данных можно использовать виртуальные клавиатуры. 

Берегись лазера 

Неплохо работают для нужд кейлоггинга и альтернативные методы. Например, акселерометр смартфона, лежащего на столе рядом с клавиатурой, обеспечивает примерно 80-процентную точность распознавания. Для перехвата пароля такая аккуратность не очень подходит, а вот содержание осмысленного текста расшифровать вполне можно. Методика основана на сравнении характеристик вибраций последовательных пар импульсов, соответствующих нажатиям на клавиши.

Еще более эффективна удаленная регистрация вибраций с помощью незаметно направленного на компьютер лазерного луча. Исследователи уверяют, что каждая клавиша генерирует свой уникальный паттерн колебаний. Лазер удобнее всего направлять на хорошо отражающую часть ноутбука или клавиатуры, например логотип производителя. 

Как защититься:  эти методы работают в непосредственной близости и в условиях прямой видимости. Постарайтесь не подпускать шпионов на расстояние выстрела. 

Радистка Кэт 

Конечно, перехват клавиатурного ввода полезен не всегда, содержимое памяти компьютера так не считаешь. В этой ситуации можно попробовать заразить офлайн-компьютер мальварём с внешнего носителя (кстати, именно таким способом знаменитый Stuxnet добрался до своей цели — компьютера, контролирующего работу установок по обогащению урана). А дальше эта программа будет работать внедренной «радисткой Кэт», «сливая» нужные данные через ту или иную физическую среду.

Например, софт, разработанный израильскими исследователями, генерирует в компьютерном оборудовании модулированные электромагнитные наводки. Этот довольно мощный радиосигнал может приниматься даже встроенным FM-приемником мобильного телефона.  Зачем такие сложности? Для устранения возможных утечек секретную аппаратуру нередко помещают внутрь хорошо экранированной комнаты с ограниченным доступом. Анализатор спектра туда, конечно, не пронесешь, а вот мобильник-шпион, — может, получится. 

Как защититься:    мобильные телефоны лучше у всех отбирать за пределами экранированной комнаты. Не говоря уже о более подозрительных устройствах. 

Тепло, еще теплее… 

Уже упомянутая выше израильская группа недавно продемонстрировала еще более экзотичный сценарий кражи данных через… тепловые наводки.  Шпионская программа регулирует степень загрузки компьютера и через изменение температуры создает тепловой сигнал. Второй компьютер его считывает и отправляет данные через Интернет.

Суть атаки в следующем. Если два компьютера-десктопа стоят рядышком (до 40 см друг от друга), то встроенные датчики температуры на материнской плате, процессоре и других модулях одной машины способны улавливать изменения температуры корпуса другой.  Первый компьютер содержит секретные данные и физически не подключен к Интернету, в отличие от второго (не такая уж фантастическая ситуация — для удобства работы изолированные от Интернета машины нередко ставят рядом с обычными). Обе системы заражены зловредом.

Шпионская программа считывает секретные данные и периодически меняет температуру в системном блоке, регулируя степень загрузки компьютера. Получается своего рода модулированный тепловой сигнал. Второй компьютер его считывает, декодирует и отправляет секретную информацию через Интернет.

Тепловая инерционность такой системы не позволяет передавать информацию быстро, скорость ограничена всего 8 битами в час. Пароль украсть таким образом ещё можно, а вот громоздкую базу данных — уже вряд ли.  Впрочем, с распространением «Интернета вещей» роль второго компьютера-передатчика вполне может перейти, например, к умному кондиционеру или датчику климат-контроля, способному регистрировать колебания температуры более точно. Так что, глядишь, и скорость повысится. 

Как защититься:   не ставить «секретные» компьютеры вплотную к обычным. 

Кто стучится в дверь ко мне 

Не гарантирует стопроцентной защиты от «протечек» информации и классическая хорошо изолированная комната. Например, обшитая толстым слоем стали. Для электромагнитных наводок стальной экран — преграда непреодолимая, а вот ультразвуку он не помеха.  Шпионская аппаратура в этом случае представляет собой два компактных блока. Один незаметно помещается внутрь секретной комнаты, а второй крепится снаружи. Скорость передачи данных с помощью ультразвука через сталь достигает 12 Мб/c, причем одному из блоков даже не требуется источник питания — энергия для работы передается вместе с данными. 

Как защититься:  если у вас есть собственная секретная стальная камера, жестко контролируйте все оборудование, которое в нее устанавливают.  В целом бдительность и знание свежих шпионских техник (по крайней мере, свежих по гражданским меркам) могут сильно помочь сохранить ваши данные в целости. А для защиты на программном фронте обязательно следует использовать надежное защитное решение.

А больше паст можно найти здесь: https://t.me/lurkobublik

4,5 миллиарда лет назад в рукаве Ориона, на окраине ничем не примечательной спиральной галактики, началась сборка. Техническое задание было простым: слепить из газопылевого облака звезду, а из оставшегося мусора — несколько планет. Третья от центрального термоядерного шара получила порядковый номер и кодовое имя «Земля».

Сборка шла грубо. Триллионы обломков, планетезималей и астероидов врезались в растущий комок, разогревая его кинетической энергией ударов. Молодая планета светилась от жара — сплошной океан магмы. Затем тяжёлое железо и никель начали тонуть, продираясь сквозь вязкие силикаты к центру. Это погружение, называемое гравитационной дифференциацией, выделило ещё столько же тепла, как если бы мы уронили миллиард миллиардов астероидов одновременно. Сформировалось ядро — раскалённый до 6000 градусов шар из двух слоёв: твёрдого внутреннего и жидкого внешнего. Именно это наследство, а также распад урана, тория и калия-40, стали ядерной батарейкой планеты.

Примерно в это же время некий объект размером с Марс врезался в прото-Землю по касательной. Удар выплеснул на орбиту облако расплавленного материала, которое, остыв, собралось в шар — Луну. Никто тогда не мог предположить, что эта космическая авария станет одним из ключевых факторов стабильности будущей колыбели. Луна стабилизировала наклон земной оси, подарив планете времена года и приливы.

Когда магматический океан остыл, сформировалась тонкая корка. Вода, доставленная кометами и астероидами, сконденсировалась в океаны. Атмосфера, поначалу ядовитая смесь метана, аммиака и углекислого газа, постепенно менялась.

Внутри планеты продолжалась работа. Конвекционные потоки в жидком внешнем ядре, закрученные вращением Земли, запустили геодинамо — механизм, генерирующий магнитное поле. Этот невидимый щит отклонил солнечный ветер, не дав ему сдуть атмосферу в первые же миллионы лет.

Началась тектоника плит. Континенты поползли, сталкиваясь и расходясь. Вулканы выбрасывали в атмосферу углекислый газ. Дожди вымывали его обратно в карбонатные породы. Этот углеродный цикл стал термостатом планеты, удерживающим температуру в пригодном для жизни диапазоне.

Примерно 3,8 миллиарда лет назад в океанах произошло событие, которое до сих пор никто толком не понимает: неживая химия стала биологией. Реплицирующиеся молекулы, окружённые липидными пузырьками, начали эволюцию. Проект «Земля» перешёл в фазу «Жизнь».

Дальше — миллиарды лет проб и ошибок. Фотосинтез, кислородная катастрофа, выход жизни на сушу, динозавры, астероид, млекопитающие. В какой-то момент одна из ветвей приматов слезла с деревьев, взяла в руки палку и посмотрела на звёзды.

Так появился разумный вид. Назвал себя Homo sapiens. Начал задавать вопросы.

Это был критический момент в «Проекте Земля». Колыбель, которая до этого работала на автопилоте, вдруг оказалась населена существом, способным осознать саму колыбель. А вместе с ней — и таймер.

Осознание таймера

Цивилизация росла. Строила телескопы, ускорители, сейсмографы. Копала шахты, бурила дно океана. Создавала мемчики и нейросети. И постепенно, собирая данные, начала понимать: её дом не вечен.

Таймер, который запустился в момент рождения планеты, щёлкает всё это время. И у него есть конкретные деления.

Первое деление. Солнце, главный благодетель и будущий палач, медленно разогревается. Его светимость растёт примерно на один процент каждые сто миллионов лет. Это ускоряет выветривание силикатных пород, связывающих углекислый газ. Через пятьсот-шестьсот миллионов лет уровень CO₂ упадёт ниже критической отметки. Растения, использующие C₃-фотосинтез — а это девяносто пять процентов всей флоры, — задохнутся. Леса исчезнут. Кислород упадёт. Зелёная Земля станет серой и жёлтой.

Второе деление. Солнце продолжает разогрев. Через миллиард-полтора миллиарда лет его светимость превысит нынешнюю на десять-пятнадцать процентов. Запустится неконтролируемый парниковый эффект по сценарию Венеры. Океаны начнут испаряться. Водяной пар — мощнейший парниковый газ — разгонит температуру до сотен градусов. Ультрафиолет расщепит воду на водород и кислород. Лёгкий водород улетучится в космос. Земля буквально истечёт своей водой. Останутся соляные корки на дне высохших котловин. Сухой, раскалённый ад.

Третье деление. И только теперь, через два-три миллиарда лет, наступает финал, с которого мы начали разговор. Внешнее жидкое ядро полностью кристаллизуется. Конвекция остановится. Геодинамо умрёт. Магнитное поле исчезнет. Остатки атмосферы сдует солнечным ветром. Тектоника плит остановится. Планета станет геологически мёртвой — холодным, радиоактивным камнем, похожим на Марс. Статус «Проекта Земля»: завершён.

Всё это — расписание при идеальных условиях. Но космос не терпит расписаний. В любой момент может прилететь астероид размером с хороший город. Или вспыхнет гамма-всплеск от взрыва сверхновой где-то в рукаве Ориона, и за минуту стерилизует всё, до чего доберётся его луч. Или пролетевшая мимо звезда раскидает орбиты планет, и Земля уйдёт в межзвёздное пространство одна, без Солнца.

Эти факторы не подчиняются таймеру. Они могут закрыть проект досрочно, без предупреждения. Это не баг, а фича Вселенной.

Главный вопрос Проекта

И вот тут мы подходим к тому самому осадку. К соли этой истории.

Колыбель, породившая разум, смертна. Таймер запущен одновременно с ней. Никакой трагедии в этом нет — такова физика. Трагедия возможна только одна: если разумный вид, осознавший таймер, не сможет им воспользоваться.

У человечества есть полмиллиарда лет до первого тревожного симптома. Полтора миллиарда — до последней капли воды. Три миллиарда — до геологического нуля. Это немыслимо много по меркам индивидуальной жизни и достаточно долго по меркам цивилизации. Достаточно, чтобы преодолеть остатки первобытного мышления — войны за ресурсы, делёжку территории, племенные конфликты. Достаточно, чтобы стать единой семьёй. Достаточно, чтобы построить флот и найти себе планетку помоложе у оранжевого карлика где-то в рукаве Персея.

Вопрос не в том, успеем ли мы технически. Технически — более чем. Вопрос в том, сможем ли мы эволюционировать ментально. Перестать быть подростками, которые ломают мебель в родительском доме, и стать взрослой цивилизацией, способной спокойно собрать манатки, поблагодарить колыбель и отправиться к новым берегам.

Или мы останемся здесь, сжигая последние ресурсы в бессмысленных спорах о том, чей муравейник главнее, пока таймер не щёлкнет в последний раз.

---

Проект «Земля» — это не катастрофа одного дня. Это медленное, методичное угасание по расписанию. Но в этом расписании есть окно. Окно возможностей, открытое миллиарды лет.

Наши далёкие потомки, если они справятся, возможно, пролетая мимо старой Солнечной системы, бросят прощальный взгляд на холодный, сморщенный шарик без магнитного поля. И скажут что-нибудь короткое. «Спасибо, что приютила». Или просто «Кю». И отправятся дальше, вглубь галактики, где у новых планет ещё есть время.

А таймер всё щёлкает.

Полное видео: https://www.youtube.com/watch?v=eTD1Ba5TsZU

P. S. Очень удивлён, что до сих пор нет тэга "Михаил Никитин"

Оказывается, лягушки у Чернобыльской атомной электростанции – темнее своих собратьев, живущих подальше. Чем ближе к реактору, тем темнее. Исследователи объясняют это тем, что меланин, обеспечивающий тёмную окраску кожи, также защищает от ионизирующей радиации

Любопытно, что сегодня связи между уровнем радиации и темнотой кожи не наблюдается: лягушки разных цветов могут жить где угодно. Но, видимо, сразу после катастрофы светлокожие лягушки получали больше повреждений и умирали около реактора чаще, а темнокожие получали преимущество. Естественный отбор, ветер северный…

Одна из причин, почему эволюция кажется людям неинтуитивной – она происходит на ооочень больших временных рамках. Ну по крайней мере у привычных нам из повседневности зверушек, бактерии и вирусы не в счёт. Однако с лягушками получился очень наглядный пример эволюции, свершившийся за одно человеческое поколение!

Ну или районы около реактора стали не модными, и лягушки организовали там гетто. Эту версию исследователи почему-то не рассматривают

человек наук в телеге