69

Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате.

Наблюдая за звездами, мы видим свет, зачастую излученный ими тысячи лет назад. Но что происходит со светом, который излучает обычная лампочка? Что с ним случается в момент, когда мы щелкаем выключателем? Попробуем разобраться.

Свет — довольно простая штука. Он проходит практически бесконечные расстояния через огромное, зачастую пустое межзвездное и межгалактическое пространство, ни с чем не сталкиваясь.

Космос, в свою очередь, — уникальный случай: в промежутках между массивными объектами свет путешествует практически через абсолютный вакуум. Факт движения света в такой вакуумной среде означает, что возможность его столкновения с чем-либо крайне мала. Именно поэтому ему просто преодолевать невероятные расстояния, ведь ничего не преграждает путь.

Итак, что же случится, если что-то помешает свету? У него есть два варианта — отражение или поглощение. Мы неплохо знакомы с первым, так как видим отражение в зеркале именно благодаря физике этого явления. Это происходит каждый раз, когда свет сталкивается с гладкой поверхностью, с его точки зрения. То, насколько гладкой должна быть для этого поверхность, зависит от длины волны света. Так, оптическому свету нужна более гладкая поверхность для чистого отражения, чем радиоволнам, чьи волны гораздо длиннее.

Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате. Физика, Наука и техника, Свет, Фотон, Длиннопост

Снимок Hubble Ultra Deep Field (HUDF), на котором изображено около 10 тысяч галактик. Свет от самых маленьких, самых красных галактик на снимке (около 100 объектов) летел через космос почти 13 миллиардов лет / © NASA/ESA/Hubble Space Telescope


Второй вариант — поглощение. Благодаря этому процессу камни нагреваются на Солнце. Они постепенно впитывают солнечный свет, энергия которого нагревает их поверхность. Любой свет может быть поглощен, а не только его инфракрасная (тепловая) часть. Плохое зеркало может впитать достаточно света, чтобы ваше отражение выглядело как едва различимый образ. Тепло от электрической лампочки сегодня почувствовать сложнее, так как их производят таким образом, чтобы энергия была максимально использована для освещения, которое помогает нам видеть в темноте.

Итак, когда лампочка зажжена, она выделяет фотоны, которые разлетаются во все стороны по комнате и сталкиваются с каждым объектом в ней. Эти объекты поглощают большую часть врезающихся фотонов, но также отражают некоторые из них, что, по сути, позволяет нам видеть вещи в комнате. Когда лампочка выключена, новые фотоны больше не излучаются, а те, что еще находятся внутри комнаты, отражаются от объектов бесчисленное количество раз, пока не будут поглощены полностью. Но подробнее об этом — ниже.

Если на уроках физики в школе вы были достаточно внимательны, когда учитель объяснял основы оптики (или если вы увлекаетесь физикой элементарных частиц), то, скорее всего, знаете, что свет состоит из миллионов мельчайших частиц, известных как фотоны. Эти фундаментальные частицы переносят все виды электромагнитного излучения, включая радиоволны, ультрафиолетовые волны, микроволны и, конечно, видимый свет.

Когда вы заходите в комнату и включаете лампу, она тут же заполняется светом. А если точнее, то комната наполняется триллионами фотонов, которые помогают нам видеть все, что находится в в ней. Но куда девается свет, когда вы выключаете лампу? Что происходит с миллиардами фотонов в комнате? Они куда-то исчезают или просто перестают существовать?

Прежде чем ответить на эти вопросы, освежим в памяти основные концепции.

Фотоны: элементарные частицы, переносящие свет

Возможно, вы уже в курсе, что видимый свет — это вид электромагнитного излучения и небольшая часть электромагнитного спектра , в который входят радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, гамма-излучение и так далее.

Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате. Физика, Наука и техника, Свет, Фотон, Длиннопост

Электромагнитный спектр.

Фотон — самая фундаментальная частица любого типа электромагнитного излучения, будь то радиоволны, переносящие сигналы Wi-Fi, микроволны, разогревающие еду в микроволновой печи, или же видимый свет, который помогает нам видеть окружающий мир. С массой покоя, равной нулю, фотон движетсяна скорости почти 300 тысяч километров в секунду в вакууме (это, в свою очередь, и есть скорость света).

Как фотоны освещают вещи

Источник света — например лампа, — находящийся в комнате, испускает миллионы фотонов, разлетающихся во всех направлениях, когда его включают. Так как лампа находится в комнате (то есть в закрытом пространстве), испускаемые ею фотоны сталкиваются со всем, что находится у них на пути, тем самым освещая все в комнате.

Куда пропадают фотоны, когда источник света выключается

Пока лампа светит, комната получает постоянный поток фотонов. Из всего бесчисленного количества фотонов, врезающихся в находящийся в комнате объект (например, стол), некоторые будут поглощены, а другие отразятся и потеряют часть энергии в процессе. Эти отраженные фотоны столкнутся еще с чем-то в комнате и потеряют еще сколько-то энергии. По сути, фотон будет продолжать отскакивать от объектов до тех пор, пока какой-то из них его не поглотит.

Таким образом, комната остается освещенной столько, сколько работает лампа. Однако, как только вы ее выключите, все очень быстро изменится.

Фотоны, испущенные до выключения лампы, продолжат отскакивать от объектов до тех пор, пока находящиеся в комнате предметы их полностью не поглотят. И это успевает произойти всего за долю миллисекунды.

Если бы лампа продолжала светить, быстрое поглощение этих фотонов ничего бы не изменило, так как она бы постоянно испускала новые порции фотонов в комнату. Но, как мы уже выяснили, когда лампа выключается и новые фотоны больше не испускаются, объекты в комнате поглощают испущенные ранее фотоны. Их энергия используется для нагревания поглотивших их объектов, так как, согласно первому закону термодинамики, энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного процесса в другой.

Все это — испускание фотонов лампой, их отражение и поглощение другими объектами — происходит примерно за одну миллионную секунды. Это необычайно быстро, чтобы человек мог воспринять или хотя бы составить об этом явлении сколь-нибудь удобоваримое представление. Именно поэтому комната погружается во тьму, когда выключается свет.

Возвращаясь к тому, о чем мы говорили в начале статьи, заметим, что в открытом космосе ситуация была бы несколько иной. В отличие от выключения света в комнате на Земле, фотоны, испущенные в открытом космосе, долго продолжали бы свое движение через бесконечный вакуум, прежде чем столкнуться с чем-либо.

©https://vk.com/sciencehall

Найдены дубликаты

+16

Как это куда исчезают?

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 1
0

- Ромка, ты дурак что ли?!  Опять ты их всех выпустил!

+16
Сначала подумал, что кто-то свой доклад по физике напечатал. Столько воды, что из монитора полилось. Потом увидел откуда копипаста. Пиздец.
раскрыть ветку 1
+2

Физика для блондинок, хуле.

+13

Начал читать, рассчитывая на какое-то научное откровение для себя, а дочитав понял, что только потерял время.

раскрыть ветку 2
+4
Мало того, я не только потратил время, но и зашёл в комментарии, где прочитал как человек потерял время, и под его комментарием написал, что..
раскрыть ветку 1
+1

Я с вами, ребят...

+10

Ненавижу такие статьи. Кликбейтный заголовок и вода внутри

раскрыть ветку 1
+5

Эта статья полна фотонов - они бесконечно отражаются на всем протяжении текста

+10

Резюмирую:

"Когда выключаете свет, то становится темно".

раскрыть ветку 2
+3

Кличко, ты?

раскрыть ветку 1
0

Кликчко

+54

три раза один и тот же абзац, но немного другими словами...=/

раскрыть ветку 7
+51
Если вылить всю воду из этой статьи, то вот ответ на поставленный вопрос:
Когда лампочка выключена, новые фотоны больше не излучаются, а те, что еще находятся внутри комнаты, отражаются от объектов бесчисленное количество раз, пока не будут поглощены полностью.
раскрыть ветку 4
+25
те, что еще находятся внутри комнаты, отражаются от объектов бесчисленное количество раз, пока не будут поглощены полностью.

И это происходит за долю миллисекунды.

раскрыть ветку 2
+11
Манера изложения напомнила бесчисленные научпопы с BBC. Подачи как у учителя в школе для добоебов.
"Повтори еще, они же тупые" . © Стетхем
+3

И в итоге ни слова о том, как происходит поглощение фотонов

0

похоже это чья-то дипломная работа.

+23

Фотоны падают на пол и образуется пыль. Ясно же блеа.

раскрыть ветку 1
+3

Вот! Вот ответ на половину извечного вопроса - "Откуда берется пыль и куда деваются деньги. Да ты чёртов гений! Нобелевку этому господину! ;)

+7

А представляете, свет по комнате со скоростью 300 000 километров в секунду носится! Как ещё не убило никого.

раскрыть ветку 1
0
Да еще и по обочине!
+5

Возможно построить такое помещение, стены которого не будут поглощать фотоны вообще? При выключении лампочки там всегда будет светло?

раскрыть ветку 19
+11

Да, но ты этого никогда не увидишь, т.к. чтобы ты увидел свет твоя сетчатка должна поглощать фотоны, а значит они бы быстро закончились бы.

То же самое с любыми пленками, матрицами камер и т.д.

Ну и нахрена нужна такая "вечно освещенная комната?"

:)

раскрыть ветку 16
+1
Ну и нахрена нужна такая "вечно освещенная комната?"

Естественно для хранения информации или энергии.

раскрыть ветку 4
-4

т.е. мои глаза поглощают фотоны? А если надеть очки  с отражающим эффектом и одежду?

раскрыть ветку 10
+2

Да. Но проверить это не получится.

0
Нет, все фотоны поглотятся наблюдателеи.
+3

"самая фундаментальная" - это как "самый оптимальный" :)


А аффтару данной, гхм, статьи, наверное, платят за знаки.

+3
Иллюстрация к комментарию
+2

В холодильник же!!!

+2
Боже сколько воды, сплошная вода.
+1

Стиль написания напоминает бесчисленные статьи в инете якобы отвечающие на конкретный вопрос. Недавно искал "как поставить вацап на планшет" (ставил родителям на довольно древний планшет, сам ватцап установил но были проблемы с добавлением контактов), попалось куча длиннющих статей с этим вопросом в заголовке, в которых на протяжении всего текста рассказывается о важности коммуникации в инете, о том какой же все таки вацап замечательный, бесконечное число раз повторялся сам вопрос, рассказывалось о том как поставить его на телефон, и в которых в итоге заявляется что-нибудь типа "не ипите мозг, ставьте на телефон".

+1

- Куда деваются фотоны?

- Они поглощаются!

+1

А куда девается ток из проводов, после того,как щёлкнули выключателем?

раскрыть ветку 3
+1

Электроны, как тараканы, по щелям разбегаются.

0
Туда же, куда скорость воды, когда закрывают кран.
0
Фаза - ток приходит, ноль - уходит разнца между током в фазе и поглощённым прибором. Цепь размыкается, когда выключатель разомкнут, ничего не приходит и не уходит соответственно.
0

Ответили бы лучше на вопрос, что случится в зеркальной комнате

0
Мля, автору на дискавери тексты писать надо, жесть.
0
Не понял, как фотон постепенно теряет энергию при отражении? Он же имеет постоянную скорость... И постоянную энергию..
0

Сколько нужно сидеть перед лампочкой, чтобы моя масса увеличилась на 0,01 кг? Или фотон вообще ничего не весит?

раскрыть ветку 2
+2

Да, ничего не весит. Но поглощая энергию, любое тело (в т.ч. и ваше) увеличивает массу (е=мс^2). вот только мы постоянно излучаем энергию в виде тепла своего тела. Поэтому масса наша под лампочкой и даже на пляже не растет. На самом деле не поэтому, конечно. Просто этой энергии слишком мало, чтобы заметить колебания массы.

+1

А если сидеть перед лампочкой в пару тройку киловатт,то можно запросто похудеть.

0

я это читал еще в доинтернетную эпоху, и до сих пор не могу понять - зачем это вообще было написано?

0

Скорость света, пиздец как не высокая,  зацените. https://youtu.be/FPP34MsVVbs До сраного Юпитера сорок минут лететь. Это блять самая высокая скорость?

раскрыть ветку 2
+1

Да, самая высокая. Увы.

0

А ты попробуй со скоростью маршрутки до него долететь.

-1

То есть в космосе свет от лампочек будет похож на десять тысяч галактик, снятых телескопом Хаббл?

-2

Фотон волна или частица?

раскрыть ветку 9
+6
И то и другое, насколько я помню.
раскрыть ветку 1
0

Просто говорят испущен фотон, а куда он летит - хз. Его почему-то видно с любой позиции вокруг источника.

0
Почитайте про Опыт Юнга
-3

Фотон - это явление. А смешные прозвища ему придумали двуногие дикари.

раскрыть ветку 5
+1

Кто?

раскрыть ветку 4
Похожие посты
65

ДУСТХИМ и спектры химических элементов

Простые и эластичные цветные линии описывают очень сложные математические формулы физических законов физики электронов. Какая простота заключена в спектре элемента. Его свет! Гармония в чистом виде!

Излучение световых волн атомами происходит следующим образом. Получая энергию извне, например, при столкновениях с другими атомами, атом переходит в возбужденное состояние. Это состояние имеет малое время жизни, поэтому вскоре атом переходит в состояние с более низкой энергией, излучая при этом квант света (фотон), энергия которого равна разности энергий тех состояний, между которыми происходит квантовый переход.

При пропускании такого света через призму или дифракционную решетку будет наблюдаться не сплошной спектр типа радуги, а линейчатый, состоящий из отдельных цветных линий с частотами на темном фоне. На опыте линейчатые спектры дают нагретые 1-атомные газы, атомы которых почти не взаимодействуют друг с другом, и поэтому спектры излучения отдельных атомов не искажаются вследствие взаимодействия.

На фото запечатлены линии ксенона

ДУСТХИМ и спектры химических элементов Дустхимхабрпром, Химия, Физика, Уран, Наука, Свет, Спектр, Научпоп, Длиннопост

Спектр дейтерия из лампы ДДС-30

ДУСТХИМ и спектры химических элементов Дустхимхабрпром, Химия, Физика, Уран, Наука, Свет, Спектр, Научпоп, Длиннопост

Газ неон

ДУСТХИМ и спектры химических элементов Дустхимхабрпром, Химия, Физика, Уран, Наука, Свет, Спектр, Научпоп, Длиннопост

Так выглядит стронций

ДУСТХИМ и спектры химических элементов Дустхимхабрпром, Химия, Физика, Уран, Наука, Свет, Спектр, Научпоп, Длиннопост

А это ртуть

ДУСТХИМ и спектры химических элементов Дустхимхабрпром, Химия, Физика, Уран, Наука, Свет, Спектр, Научпоп, Длиннопост

Уран из оптики ЗС-7

ДУСТХИМ и спектры химических элементов Дустхимхабрпром, Химия, Физика, Уран, Наука, Свет, Спектр, Научпоп, Длиннопост

И всем знакомый спектр с школьных времен - спектр натрия

ДУСТХИМ и спектры химических элементов Дустхимхабрпром, Химия, Физика, Уран, Наука, Свет, Спектр, Научпоп, Длиннопост
Показать полностью 6
477

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация?

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Любой удалённый источник гравитации может испускать гравитационные волны и отправлять сигнал, деформирующий ткань пространства-времени, проявляющий себя как гравитационное притяжение


Одно из тех свойств окружающего мира, с которыми мы просто примиряемся, заключается в ослаблении физических эффектов при отдалении от их источника. Источники света кажутся тусклее, гравитация ослабляется, магниты действую слабее, и т.п. И наиболее часто этот эффект подчиняется закону обратных квадратов – то есть, при удвоении расстояния до источника эффекта он становится в четыре раза слабее. Однако для гравитационных волн это не так, что и удивляет читателя, спрашивающего меня:

Вы утверждали, что:


1) Сила гравитации изменяется по квадратичной зависимости от расстояния.

2) Сила гравитационных волн, обнаруженных LIGO, изменяется прямо пропорционально расстоянию.


Как это сочетается друг с другом?

Это удивляет практически всех людей, впервые сталкивающихся с этим, даже некоторых профессиональных физиков. Но это так! И вот, почему.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Закон всемирной гравитации Ньютона (слева) и закон Кулона для электростатики (справо) почти идентичны. И оба следуют закону обратных квадратов.


Находясь рядом с любой массой Вселенной, мы обычно представляем себе, что она действует на нас гравитационной силой. Вы, конечно, тоже действуете на неё с такой же по величине и противоположной по направлению силой, однако нас больше интересует величина этой силы. По Ньютону, эта сила меняется, как 1/r^2 – ослабляясь с удалением от источника.


Увеличьте расстояние в два раза, и от силы останется только четверть; увеличьте расстояние в 10 раз, и от неё останется только 1%. Мы зовём это законом обратных квадратов – сила уменьшается, как квадрат расстояния. И на больших расстояниях, даже при переходе от Ньютоновского тяготения к Эйнштейновской общей теории относительности, это остаётся верным.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Искривление пространства-времени гравитационными массами в рамках мировоззрения общей теории относительности. На удалении от массы сила изменяется на величину 1/r^2.


Так работает большинство взаимодействий, распространяющихся на большие расстояния. Так работает гравитация. Так работает электрическая сила. И ещё одно явление, с которым вы можете быть знакомы: свет. Любой источник света по Вселенной имеет присущую ему светимость: внутреннюю яркость. Однако то, что мы видим в качестве яркости объекта – и называем видимой яркостью – зависит от расстояния до источника света.


Как зависит яркость от расстояния? Так, как вы могли подозревать: как 1/r^2. Источник испускает фиксированное количество фотонов, квантов света, и количество перехваченных вами фотонов определяет воспринимаемую вами яркость. И хотя наши органы чувств ощущают яркость логарифмически, а не по такому закону, физический показатель яркости ведёт себя именно так.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Взаимосвязь яркости с расстоянием и убывание светимости по закону обратных квадратов


Можно ожидать, что гравитационные волны будут вести себя точно так же. Когда две массы вращаются вокруг друг друга, сближаясь по спирали, сливаясь или как-то ещё двигаясь в изменяющемся гравитационном поле, рождается гравитационное излучение (или гравитационные волны). Эти волны, как и свет, распространяются наружу, покрывая всё пространство, как и следовало ожидать от любой формы излучения.


Гравитационные волны переносят определённое количество энергии, фиксированное при их перемещении. Если вы находитесь на определённом расстоянии, вы испытаете определённую величину воздействия гравитационной волны.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Когда две массы вращаются вокруг друг друга, сближаясь по спирали, сливаясь или как-то ещё двигаясь в изменяющемся гравитационном поле, рождаются гравитационные волны


Но вот, в чём загадка: зависимость этого сигнала от расстояния вовсе не будет равной 1/r^2. Он будет просто обратно пропорционален расстоянию: 1/r. Если вы отдалитесь от источника волн на удвоенное расстояние, сигнал будет слабее в два раза, а не в четыре. Если вы отодвинетесь на расстояние в 10 раз больше, сигнал составит 10% от начального, а не 1%.


Преимущества этого видны сразу: сигнал, подчиняющийся обратному закону, остаётся гораздо сильнее сигнала, подчиняющегося закону обратных квадратов. Это даёт нам надежду на обнаружение сверхдальних гравитационных волн, а если мы построим в 100 раз более чувствительный детектор, мы сможем заглянуть в 100 раз дальше, в отличие от случая со светом, когда в 100 раз более чувствительный детектор позволяет нам заглядывать всего в 10 раз дальше.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Дальность возможностей Advanced LIGO и его способности обнаруживать слияние чёрных дыр. Слияние нейтронных звёзд можно обнаружить на расстоянии в десять раз меньше, и его объём составляет всего 0,1%, однако это событие должно случаться чаще слияния чёрных дыр. Увеличение чувствительности детектора в 10 раз увеличивает расстояние, на которое мы можем заглянуть, в 10 раз, что даёт нам увеличение объёма в 103 – 1000 раз.


Вот, что происходит. Но описание явления не объясняет, почему оно происходит именно так. Конечно, здорово иметь возможность заглядывать так далеко, и что эффект убывает гораздо меньше с расстоянием, чем можно было ожидать. Это увеличивает ваши возможности по дальности, что жизненно важно, если учесть, что гравитационные волны изначально очень слабы.


Но если представить себе свет – электромагнитное излучение – как набор частиц, разброс которых растёт при удалении от их источника, можно представить себе, что его яркость связана с количеством частиц, попадающих в телескоп.


Почему же нельзя представить себе гравитационное излучение в виде набора частиц (к примеру, гравитонов), которые излучаются и таким же образом отдаляются друг от друга? Почему они не будут масштабироваться, как свет?

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Иллюстрация слияния двух нейтронных звёзд. Справа показана материя звёзд, слева – искажение пространства-времени вблизи точки столкновения. В случае чёрных дыр сигналов, связанных с материей, не ожидается, однако благодаря LIGO и Virgo, мы можем обнаруживать гравитационные волны.


Во-первых, свет и гравитационные волны фундаментально похожи по следующим причинам. Они:

- переносят энергию,

- распространяются на неограниченные расстояния,

- расходятся наружу в пространство, сохраняя по мере удаления от источника примерно сферическую форму,

- поддаются обнаружению на определённом расстоянии пропорционально величине сигнала.


Геометрия пространства для света и гравитации одинакова, поэтому разница в их поведении должна заключаться в природе сигнала.


Чтобы разобраться в этом, нам нужно понять, в чём гравитация фундаментально отличается от электромагнетизма. Это позволит нам лучше понять, почему гравитационное излучение (наши гравитационные волны) ведёт себя не так, как электромагнитное излучение (свет), при распространении по бескрайним просторам межгалактического пространства.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Анимация, показывающая, как пространство-время реагирует на движение сквозь него массы, демонстрирует, что искривляется не просто какая-то ткань пространства, а всё трехмерное пространство.


Как мы можем создать электромагнитное или гравитационное излучение? Самый простой способ из тех, что можно придумать – спонтанно создать или уничтожить заряд в каком-то участке пространства (спойлер: это не сработает). Внезапное появление или исчезновение заряда создаст излучение весьма определённого типа: монопольное. Монопольное излучение появляется при изменении количества заряда.


Однако сделать этого ни для электромагнетизма, ни для гравитации не получится. В электромагнетизме сохраняется заряд; в гравитации сохраняется масса/энергия. Отсутствие монопольного излучения важно для стабильности Вселенной. Если бы заряд или масса спонтанно появлялись бы или исчезали, то наш мир был бы совершенно другим!

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

В электромагнетизме при наличии двух типов зарядов движение одного из них или разделение зарядов нейтральной системы порождает дипольное излучение. Гравитация работает по-другому.


Если заряд и масса/энергия сохраняются, тогда следующим шагом будет либо быстро двигать заряды (или массы) туда и сюда, или взять заряды разного знака и изменить расстояние между ними. Это породит то, что мы называем дипольным излучением, изменяющим распределение заряда без изменения его общего количества.


В электромагнетизме это порождает излучение, поскольку движение электрического заряда туда и сюда меняет сразу и электрическое, и магнитное поля. А это важно, поскольку электромагнитная волна – это на самом деле и есть изменение синфазных электрического и магнитного полей, перпендикулярных друг другу. Это простейший способ получить свет, и излучается он привычным вам способом. Свет переносит энергию, и её мы и обнаруживаем – и поэтому объекты кажутся в r^2 раз тусклее, чем есть на самом деле.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Электромагнитная волна и есть изменение синфазных электрического и магнитного полей, перпендикулярных друг другу. Мельчайшая единица (квант) электромагнитного излучения – это фотон. Это разновидность дипольного излучения, возможного в электромагнетизме, но запрещённого в гравитации.


Но в случае гравитации свободно движущаяся масса не порождает гравитационного излучения, поскольку существует правило сохранения для движущихся масс: сохранение импульса. Разделение масс тоже не порождает гравитационного излучения, поскольку центр масс остаётся постоянным. Также существует правило сохранения для масс, движущихся на определённом расстоянии от центра масс: сохранение углового импульса.


Поскольку энергия, импульс и угловой импульс сохраняются, нужно выйти за рамки монопольного и дипольного импульсов; необходимо определённое изменение распределения масс вокруг общего центра масс. Проще всего представить это – взять две массы и закрутить их вокруг общего центра масс, что даст нам то, что мы называем квадрупольное излучение.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Гравитационные волны распространяются в одном направлении, сжимая и расширяя пространство в перпендикулярных направлениях, определяемых поляризацией гравитационной волны.


Амплитуда гравитационного квадрупольного излучения падает как 1/r, что означает, что общая энергия падает, как 1/r^2, как и в случае электромагнитного. Однако тут срабатывает фундаментальное отличие гравитации и электромагнетизма. Есть большая разница между тем, что можно физически обнаружить при квадрупольном или дипольном излучении.


При электромагнитном (дипольном) излучении, когда фотоны сталкиваются с детекторами, они поглощаются, вызывая изменение уровня энергии, и это изменение – которое падает, как 1/r^2 – и есть наблюдаемый сигнал. Поэтому объекты выглядят тусклее по закону обратного квадрата.


Гравитационное (квадрупольное) излучение не поглощается детектором напрямую. Оно заставляет объекты сдвигаться или расходиться пропорционально амплитуде волны. И хотя энергия падает, как обратный квадрат, амплитуда падает, как 1/r. Поэтому гравитационные волны ослабляются по закону, отличному от электромагнитных.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Детектор гравитационных волн Virgo. Это гигантский лазерный интерферометр Майкельсона с плечами в 3 км длиной и двумя четырёхкилометровыми детекторами LIGO.


Поэтому нам требуется такая невообразимая чувствительность, когда мы пытаемся измерять гравитационную волну. Хотя она переносит огромное количество энергии, её амплитуда чрезвычайно мала. Первая обнаруженная нами гравитационная волна была испущена в результате слияния двух чёрных дыр, произошедшего за 0,2 сек и кратковременно испустившего больше энергии, чем все звёзды в обозримой части Вселенной, вместе взятые.


Но полученная нами амплитуда сжала и расширила всю Землю на величину порядка трёх диаметров протонов. Энергия была огромной и падала, как 1/r^2, но мы не можем обнаружить энергию гравитационных волн. Мы можем обнаружить только их амплитуду, которая к счастью падает только как 1/r, что очень хорошо.

Спросите Итана: почему гравитационные волны не ослабляются с расстоянием так, как гравитация? Спросите итана, Научпоп, Гравитационные волны, Свет, Физика, Перевод, Гифка, Длиннопост

Когда два плеча сохраняют абсолютно одинаковую длину и через них не проходят гравитационные волны, сигнал равен нулю, а картина интерференции не меняется. С изменением длин плеч сигнал колеблется, а интерференция предсказуемым образом меняется со временем.


Будущее гравитационно-волновой астрономии стало ярким с тех пор, как мы смогли улавливать эти крохотные амплитуды. Уже сейчас LIGO и Virgo готовятся к третьему эксперименту с гораздо более чувствительными параметрами. Мы ожидаем, что они будут выдавать не менее одной новой гравитационной волны в неделю, и возможно, по одному новому источнику в день.


Но если бы мы как-то смогли обнаруживать не амплитуду, а энергию, это произвело бы революцию. Даже самый слабый источник гравитационных волн из всех, что мы видели, слияние нейтронных звёзд в 2017 году, передало к нам больше энергии, чем передаёт электромагнитного излучения самая яркая звезда в нашем небе, Сириус.


Гравитационные волны – совершенно новый тип астрономии, и наибольшее значение для нас имеет их амплитуда. Излучение может фундаментально отличаться по своей природе от привычного нам света, но как только мы выяснили, как его обнаруживать, назад поворачивать уже не стоит. Теперь мы можем исследовать всю Вселенную через совершенно новую форму энергии.


Источник / Мои переводы

Показать полностью 12
43

Новая решетка черенковских телескопов в Чили для регистрации гамма-лучей из космоса

В нашумевшем сериале Чернобыль, есть момент, когда светящийся синим воздух над АЭС назвали эффектом Черенкова. На самом деле в воздухе этого эффекта быть не могло, это свечение, которое возникает в плотных прозрачных средах при прохождении через них высокоэнергетических частиц. Его можно наблюдать, например, в охлаждающей жидкости действующего реактора под воздействием гамма-излучения.
Но ещё, гамма-лучи испускаются самыми горячими экстремальными объектами Вселенной — сверхмассивными черными дырами, сверхновыми и, возможно, даже остатками Большого Взрыва. Для регистрации гамма-излучения очень высоких энергий построят целую решетку черенковских телескопов CTA в Чили.
А в конце ролика пулковский астроном Кирилла Масленникова дает комментарии относительно  засветки от спутников глобального интернета Илона Маска, он не считает, что они могут стать помехой для астрономических наблюдений.

259

Камера засняла движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов кадров в секунду

Физики из США и Канады построили камеру, которая записывает электромагнитные волны со скоростью около 10 триллионов кадров в секунду, то есть позволяет различить события, разделенные промежутком около 100 фемтосекунд. Для этого ученые записывали плоские проекции трехмерного процесса, а затем решали задачу оптимизации и восстанавливали исходное изображение. Статья опубликована в Nature Light и находится в свободном доступе.


Большинство привычных для нас процессов происходят сравнительно медленно, так что мы можем легко заснять их с помощью обычной камеры, которая работает с частотой около 30–60 кадров в секунду. Однако некоторые процессы в физике и биологии требуют гораздо большего временного разрешения. В частности, чтобы увидеть «отрыв» электрона от атома или зарегистрировать движение световой волны, которая распространяется в веществе со скоростью порядка 200 тысяч километров в секунду, нужно использовать камеры, работающие с частотой более триллиона кадров в секунду. Несмотря на то, что такие камеры уже давно существуют, они имеют недостатки, которые сильно ограничивают область их применения.


В настоящее время самый распространенный метод регистрации сверхбыстрых процессов спектроскопии основан на возбуждении образца с помощью лазера и последующем измерении его «отклика». Этот так называемые накачивающе-зондирующие измерения (pump-probe measurements). Несмотря на то, что этот способ позволяет достичь фемтосекундного разрешения по времени (10^15 кадров в секунду), он может работать только в том случае, если исследуемые процессы довольно точно воспроизводят сами себя во времени. Грубо говоря, при накачивающе-зондирующих измерениях «кино» снимается по следующей схеме. Сначала ученые «высвечивают» с помощью вспышки фемтосекундного лазера первый кадр процесса. Когда процесс завершится, исследователи запускают его снова и «высвечивают» второй кадр, задерживая вспышку на несколько фемтосекунд. Затем экспериментаторы повторяют эти действия еще много раз, а потом склеивают кадры. К сожалению, далеко не все процессы точно воспроизводят себя во времени — например, биологические процессы в основном протекают случайно. Кроме того, для повышения точности измерений оптическая система может быть так тонко настроена, что первый же импульс лазера изменит ее параметры, и воспроизвести процесс не удастся. В этих случаях накачивающе-зондирующие измерения выполнить невозможно.


С другой стороны, для наблюдений за сверхбыстрыми процессами можно использовать пространственно-временную двойственность уравнений электродинамики. Проще говоря, двойственность позволяет преобразовать временную развертку импульса света в пространственную, а затем записать ее на условной фотопластинке. Чем раньше во времени расположен «кадр» процесса, тем ближе к началу фотопластинки будет находиться его изображение. На этом свойстве уравнений основаны щелевые камеры (streak camera), которые создают изображение с помощью электронов, выбиваемых импульсом света из фотокатода. Современные щелевые камеры позволяют записывать импульсы с частотой около триллиона кадров в секунду. Разумеется, такая камера способна записать не только повторяющиеся, но и единичные процессы. Тем не менее, качество изображений, создаваемых щелевой камерой, сравнительно невысоко, а потому физики пытаются увеличить ее временное и пространственное разрешение другими способами.


Группа ученых под руководством Цзиньянь Ляна (Jinyang Liang) совместила щелевую камеру и сжатое считывание (compressed sensing) с помощью метода сжатой сверхбыстрой фотографии (compressed ultrafast photography) и научилась регистрировать процессы с частотой около 10 триллионов кадров в секунду. Для этого исследователи придерживались следующей схемы. Сначала физики собирали «сырые» данные о процессе — для этого разделили на две части пучок света, исходящий от процесса, и записали два его изображения. Изображение первого пучка записывалось напрямую двумерной матрицей, которая фактически производила двумерное преобразование Радона с фиксированным углом. Преобразование Радона R(s, α) — это интеграл от функции вдоль прямой, которая перпендикулярна вектору (cosα, sinα) и проходит на расстоянии s от начала координат. По сути своей преобразование Радона напоминает преобразование Фурье (в частности, оно обратимо). Второй пучок пропускался сквозь псевдослучайный двоичный паттерн (черно-белая пластинка на рисунке), сдвигался по времени, разворачивался щелевой камерой и записывался еще одной матрицей. Это изображение можно рассматривать как преобразование Радона с углом, который зависит от скорости сдвига щелевой камеры. Таким образом, ученые за один шаг записывали две двумерные проекции трехмерной динамической сцены (2 пространственных + 1 временное измерение). Наконец, физики восстанавливали трехмерное изображение исходного процесса из его проекций, решая задачу оптимизации, то есть минимизируя функционал от искомого распределения интенсивности при известных результатах его преобразования.

Камера засняла движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов кадров в секунду Наука, Интересное, Познавательно, Лазер, Свет, Техника, Slow motion, Физика, Гифка, Длиннопост

Схема записи изображения с помощью метода CUP

В результате ученые научились записывать процессы с временным разрешением в диапазоне от 0,5 до 10 триллионов кадров в секунду. На практике продолжительность таких «фильмов» достигала 350 кадров (то есть порядка 10 пикосекунд), а размеры каждого кадра составляли 450×150 пикселей. Более длинные «фильмы» ученым создать не удалось, поскольку они не смогли найти хранилище, которое способно так быстро записывать большие объемы данных.


В качестве примера физики засняли, как лазерный импульс с длиной волны около 800 нанометров и продолжительностью порядка 50 фемтосекунд проходит сквозь двухмиллиметровую стеклянную пластинку (коэффициент преломления n ≈ 1,5) и разделяется на два пучка. По теоретическим оценкам, свету нужно около 10 пикоосекунд, чтобы пройти сквозь такую пластинку. На практике ученые получили 9,6 пикосекунд, а также записали видео процесса.

Камера засняла движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов кадров в секунду Наука, Интересное, Познавательно, Лазер, Свет, Техника, Slow motion, Физика, Гифка, Длиннопост

Авторы статьи утверждают, что метод, который они использовали в этой работе, теоретически позволяет записывать «фильмы» со скоростью более квадриллиона (10^15) кадров в секунду. Такие высокие скорости позволят детально изучить необратимые химические реакции и исследовать динамику наноструктур. Ранее метод CUP позволял получить временное разрешение не выше 100 миллиардов кадров в секунду.


С каждым годом ученые все больше и больше увеличивают временное разрешение камер, которые снимают сверхбыстрые процессы — например, движение ударной волны света. Так, в 2015 году максимальная «скорострельность» камеры впервые превысила один триллион кадров в секунду, а весной 2017 года достигла пяти триллионов кадров в секунду. В настоящее время самый короткий зафиксированный промежуток времени составляет примерно 850 зептосекунд (8,5×10^-19 секунд) — чтобы достичь такого хорошего временного разрешения, ученые много раз облучали атом гелия инфракрасным и ультрафиолетовым лазером, а затем тщательно анализировали процесс поглощения и переизлучения фотонов.


https://nplus1.ru/news/2018/10/15/10-trillion-camera?utm_ref...

Показать полностью 2
459

Нобелевская премия по физике 2018 – за «оптические пинцеты» и новаторский метод усиления лазерного луча

Нобелевская премия по физике 2018 – за «оптические пинцеты» и новаторский метод усиления лазерного луча Нобелевская премия, Физика, Свет, Лазер, Длиннопост

Нобелевскую премию по физике 2018 г. получили американец Артур Эшкин, а также француз Жерар Мур и канадка Донна Стрикланд за «революционные изобретения в области лазерной физики». Результаты их научной работы, давно ставшие классическими, прокомментировал на традиционной пресс-конференции СО РАН по итогам Нобелевской недели академик РАН А. М. Шалагин, научный руководитель Института автоматики и электрометрии СО РАН (Новосибирск)


Работы, которые были в 2018 г. отмечены Нобелевской премией по физике, посвящены разным технологиям, но в том и в другом случае речь идет о новаторских изобретениях в области лазерной физики.


А. Эшкин, бывший руководитель отдела Лаборатории Белла (США), которому на момент присуждения премии исполнилось 96 (!) лет, был награжден за создание так называемых «оптических пинцетов», которые нашли широкое применение в молекулярной биологии, вирусологии и других биологических дисциплинах. А профессор Ж. Мур и его бывшая аспирантка, а ныне профессор Университета Уотерлу (Канада), более тридцати лет назад разработали метод генерации ультракоротких высокоинтенсивных оптических импульсов.

Нобелевская премия по физике 2018 – за «оптические пинцеты» и новаторский метод усиления лазерного луча Нобелевская премия, Физика, Свет, Лазер, Длиннопост

Академик РАН Анатолий Михайлович Шалагин, научный руководитель Института автоматики и электрометрии СО РАН

Еще до того, как Эшкин разработал свою технологию оптического пинцета, он совместно со Стивеном Чу проводил исследования по ускорению, замедлению и захвату атомов в оптической ловушке с помощью лазерного излучения. Чу сосредоточил свои интересы именно на оптических ловушках, за что в 1997 г. получил Нобелевскую премию. Эшкин же, после исследований светового давления на атомарные газы, сосредоточился на изучении действия радиационных сил на более крупные объекты (нано- и микроразмерные). На этом пути ему удалось удержать эти объекты в перетяжке лазерного луча, и перемещать их в пространстве вместе с перемещением перетяжки. Это и есть так называемый лазерный пинцет. Наиболее яркие применения этот пинцет нашел в биологии и медицине.

Нобелевская премия по физике 2018 – за «оптические пинцеты» и новаторский метод усиления лазерного луча Нобелевская премия, Физика, Свет, Лазер, Длиннопост

Оптический пинцет использует для «захвата» коллоидной частицы сильно фокусированный лазерный пучок. Градиент интенсивности излучения затягивает частицу в область перетяжки пучка, тогда как давление света выталкивает ее по направлению оптической оси. Если градиентная сила будет доминировать, частица «поймается» в области точки фокуса Источник: http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article1445

Возможность манипулировать объектами микро- и наноразмера, от эритроцита до фрагмента ДНК или белковой молекулы, вызвала огромный интерес у биологов. В России технологией лазерного пинцета занимается научная группа академика В.А. Сойфера в Институте систем обработки изображений РАН (Самара). Можно надеяться, что эта очень нужная технология вскоре придет и в отечественную медицину.


Второе «нобелевское» достижение – метод генерации ультракоротких высокоинтенсивных оптических импульсов, разработанный Муром и Стрикланд, – служит ярким примером, что простое эквивалентно гениальному.


Физики всегда хотели получить наиболее интенсивные лазерные поля, а самый простой способ сделать это – укорачивать лазерный импульс во времени при сохранении полной энергии. До какого-то момента исследователи так и делали, пока не достигли непреодолимого предела, при котором происходит разрушение самой среды, материала, где этот процесс происходит.


И вот возникла замечательная идея: ультракороткий лазерный импульс с малой энергией «растянуть» во времени и тем уменьшить его интенсивность, а затем с помощью усилителя лазерного излучения увеличить его энергию и затем «собрать» обратно. Импульс сжимают в оптическом компрессоре, получая на выходе такой же короткий импульс, как на входе, но в тысячи раз более интенсивный. При получении импульсов предельно высокой интенсивности для дисперсии и компрессии лазерного импульса используют дифракционные решетки и особые зеркала.

Нобелевская премия по физике 2018 – за «оптические пинцеты» и новаторский метод усиления лазерного луча Нобелевская премия, Физика, Свет, Лазер, Длиннопост

Принцип работы СРА-лазера: короткий слабый лазерный импульс поступает в растяжитель, где его длина возрастает в тысячи раз, а частота излучения плавно изменяется по длине импульса (чирпированный импульс). Затем импульс проходит через усилитель, увеличивающий его энергию на много порядков. Из усилителя импульс попадает в компрессор, где длительность его уменьшается до начального значения. Рис. из статьи Л.М. Горбунова («Природа», №4, 2007, с. 11–20) http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/NATURE/04_07/LASER.HTM

Лазеры, генерирующие сверхкороткие импульсы, незаменимы в исследованиях быстропротекающих процессов. Если же при этом импульсы имеют рекордную интенсивность, то такие лазеры имеют перспективу и в качестве ускорителей заряженных частиц: при распространении высокоинтенсивных импульсов в среде создается огромной плотности положительный объемный заряд, и если ему вслед послать, с соответствующей синхронизацией, электронный сгусток, то последний будет ускоряться на довольно короткой дистанции до очень больших энергий. Излучение очень высокой интенсивности способно «пробивать вакуум», рождая при этом электрон-позитронные пары и иные элементарные частицы, а это уже физика высоких энергий. Еще одно возможное применение, интерес к которому не пропадает, – лазерный термояд.

Нобелевский лауреат Жерар Мур с 2010 г. в течение нескольких лет работал в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород) по тематике ультракоротких высокоинтенсивных оптических импульсов. На установке ИПФ РАН – мощном мультипетаваттном лазере, работающей по технологии Стрикланд и Муру – были получены впечатляющие результаты. Сотрудничество ученых продолжается до сих пор

В Сибирском отделении СО РАН аттосекундные импульсы и поля сверхвысокой интенсивности входят в тематику Института лазерной физики (Новосибирск), специалисты которого также сотрудничают с коллегами из Нижнего Новгорода, Арзамаса и Сарова. А в лаборатории волоконной оптики новосибирского Института автоматики и электрометрии СО РАН в процессе своих исследований часто сталкиваются с необходимостью расширения и последующего сжатия лазерного импульса.


Статьи по теме: А.А. Аполонский. В погоне за особенным светом

Показать полностью 3
500

Квантовый эксперимент в космосе доказал: реальность - это вопрос личного выбора

Команда физиков провела необычный эксперимент с космическим спутником и выяснила, что благодаря квантовой механике прошлое может определяться настоящим, а принцип причинно-следственных связей ставится под сомнение.


Необычный космический эксперимент подтвердил, что, как и утверждает квантовая механика, реальность — это то, что выбрал сам человек. Физикам давно было известно, что квант света (фотон) будет вести себя как волна и как частица в зависимости от того, как именно ученые измеряют ее. Теперь же, успешно отразив фотон от орбитального спутника, команда исследователей подтвердила, что наблюдатель может решить этот вопрос даже тогда, когда световой квант уже прошел через «точку принятия решений». По словам ученых, подобные эксперименты с отложенным выбором в будущем позволят исследовать границы между квантовой теорией и теорией относительности.


Подобный эксперимент уже проводился в лабораторных условиях, однако на этот раз исследователи доказали, что природа фотона остается неопределенной даже если частице приходится преодолевать тысячи километров. Филипп Гранджи, физик из Института оптики в Палесо, Франция, который в прошлом как раз принимал участие в лабораторном эксперименте, утверждает, что подобные опыты отлично подходят для «осуществления квантовой физики в космосе».


Квантовый дуализм: может ли настоящее определять прошлое?


Так в чем же суть опыта? Напомним, что фотон может проявлять свойства или частицы, или волны, в зависимости от того, какой метод измерения предпочитают ученые. В конце 1970-х годов знаменитый теоретик Джон Арчибальд Уилер понял, что экспериментаторы могут отложить свой выбор до тех пор, пока фотон почти полностью не пройдет сквозь устройство, настроенное на то, чтобы подчеркнуть то или иное свойство частицы. Это показывает, что поведение фотона в данном случае не предопределено. Чтобы проверить свою гипотезу, Уилер предложил по одиночке пропускать фотоны через так называемый интерферометр Маха-Цендера, подчеркивающий волновую природу света. Благодаря зеркальному «расщепителю лучей», устройство разделяет квантовую волну входящего светового потока на две части и направляет их по двум разным путям. После этого второй расщепитель рекомбинирует волны, что вызывает состояние интерференции и активирует два детектора. То, какой детектор поймает сигнал первым, зависит от разницы длин двух световых потоков — ожидаемое поведение для интерферирующих волн.

Квантовый эксперимент в космосе доказал: реальность - это вопрос личного выбора Наука, Квантовая механика, Эксперимент, Квантовая запутанность, Физика, Фотон, Длиннопост

Но что, если второй разделитель попросту удалить из системы? В таком случае свет перестает проявлять свойства волны: первый разделитель просто отправит фотон по тому или иному направлению, как обычную частицу. А поскольку эти пути пересекаются там, где раньше был второй разделитель, детекторы сработают с одинаковой вероятностью, вне зависимости от длины пройденного фотоном пути. Уилер же предлагает удалить вторую часть устройства уже после того, как первая расщепит световой поток. Это звучит странно, поскольку создает парадокс: решение, принятое в настоящем времени (убрать или не убрать второй разделитель) определяет событие прошлого (расщепляется ли фотон как волна или же проходит по одной траектории как частица). Современная квантовая теория избегает комментариев по этому поводу, предполагая, что до самого факта измерения фотон остается как частицей, так и волной.


Новый эксперимент: путешествие в космос и обратно


Новая команда исследователей во главе с Франческо Ведовато и Паоло Виллорези из Университета Падуи в Италии провела свою версию эксперимента с использованием 1,5-метрового телескопа в Лазерной обсерватории «Матера» на юге Италии. Идея была в том, чтобы отправить фотоны в космос, после чего те отразятся от спутника. Дело в том, что, как отмечает Виллорези, на таких огромных расстояниях физики не могут провести свет двумя идеально параллельными путями — расширяющиеся в пространстве лучи будут неизбежно сливаться и перекрывать друг друга. Вместо этого они пропускают фотон через интерферометр Маха-Цендера на Земле, настроенный на траектории выхода разной длины. Разница между импульсами составляет 3,5 наносекунды, а сами вылетающие частицы телескоп выпускает в небо.


Как только импульсы отразятся от спутника и вернутся на нашу планету, физики снова пропускают его через интерферометр. Устройство при этом может отметить или временной сдвиг (что означает, что импульсы перекрыли друг друга и фотон повел себя как волна), или его отсутствие (то есть фотоны ведут себя как частицы). Когда импульсы в первый раз покидают устройство, они обладают различной поляризацией. Чтобы отметить сдвиг во времени, физики сначала должны провести очень быструю электронную реполяризацию, а чтобы доказать его отсутствие, достаточно просто не проводить никаких манипуляций.


В результате все прошло так же, как и в лабораторных условиях. Когда на фотоны воздействовали ученые, кванты света вели себя как волны; когда их оставляли в покое — как частицы. Таким образом, физики сами решали природу света уже после (!) того, как тот отразится от спутника и будет на полпути обратно, о чем и рассказали на страницах журнала Science Advances.


Значение и критика эксперимента


Сам по себе эксперимент пусть и не является идеально точным и строгим отображением идеи Уилера, все же заслуживает внимания. Это отличный пример работы принципов «квантовой оптики» и в будущем подобные открытия могут оказать огромное влияние на технологии связи. За примером далеко ходить не надо: уже в мае 2017 года китайские физики использовали спутник для создания квантовой связи (т. н. «квантовой запутанности») между двумя фотонами, отправленными в разные города, значительно отстоящие друг от друга.


Строго говоря, эксперимент все же не нарушает причинно-следственные связи. Следует выразиться точнее: он проливает определенный свет на границу, разделяющую квантовую теорию и теорию относительности. Фактически, физикам удалось доказать, что измерения в настоящем может значительно повлиять на прошлое — вернее, на то, как человек воспринимает это самое прошлое. По словам Жан-Франсуа Роха, физика в Высшей школе стандартизации в Париже, который в 2007 году провел аналогичный, но более точный тест, в данном случае речь идет о малоизученной области физики, в которой две фундаментальные теории вступают во взаимодействие и порождают нечто совершенно новое.



https://www.popmech.ru/science/394092-kvantovyy-eksperiment-...

Показать полностью 1
237

Свет превратили в сверхтекучую жидкость

Свет превратили в сверхтекучую жидкость Наука, Свет, Бозон хиггса, Фотон, Материя, Эксперимент, Новости, Сверхтекучесть

Физики из итальянского исследовательского института CNR NANOTEC превратили свет в аналог квантовой жидкости, используя электроны из органических молекул. Новая форма материи способна «обтекать» препятствия, не создавая замедляющей ее ряби. Статья ученых опубликована в журнале Nature Physics. Кратко о ней сообщается на сайте Phys.org.


Эффект сверхтекучести возникает, когда скопление частиц или атомов (относящихся к бозонам) охлаждают почти до абсолютного нуля. Поскольку бозоны, в отличие от фермионов, могут занимать одно и то же квантовое состояние, они все достигают минимально возможного энергетического уровня. Тепловое движение прекращается, однако начинают проявляться квантовые эффекты. В результате атомы начинают «течь» без трения, просачиваясь сквозь узкие щели и капилляры. Такое вещество называют квантовой жидкостью.


Ученые показали, что форму материи с похожими свойствами можно создать при комнатной температуре с помощью поляритонов — квазичастиц, возникающих при взаимодействии фотонов с колеблющимися частицами какой-либо среды. Поляритоны, таким образом, представляют собой волну, состоящую из двух компонентов — электромагнитных колебаний и возбуждений среды.

Свет превратили в сверхтекучую жидкость Наука, Свет, Бозон хиггса, Фотон, Материя, Эксперимент, Новости, Сверхтекучесть

В ходе эксперимента использовалась сверхтонкая пленка из органических молекул, которую поместили между двух зеркал с очень высокими коэффициентами отражения. Ученые запустили в устройство фотоны, которые попадали в зеркальную ловушку и крепко «зацеплялись» за молекулы, порождая, по словам самих физиков, гибридную жидкость, состоящую из света и материи. Последняя может свободно течь, не замедляясь при встрече с каким-либо препятствием, поскольку в ней не возникают турбулентные вихри.


По словам исследователей, полученные ими результаты показывают, что сверхтекучее вещество можно получить, не прибегая к сильному охлаждению. Это позволит создавать устройства на основе фотонной супержидкости, в которых трение и сопутствующие потери тепла будут сведены к минимуму.

https://lenta.ru/news/2017/06/06/quantum/

Показать полностью 1
352

Стоматологи научились ускорять фотоны

Изучал сайт стоматологии, наткнулся на очень интересную "фразу" в описании отбеливания зубов

Стоматологи научились ускорять фотоны Стоматология, Физика, Фотон, Технологии, Прорыв года

Для справки: фотон - элементарная безмассовая частица, которая существует только когда двигается со скоростью света.

Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: