Дубликаты не найдены

+36
Очень информативно

К сожалению лень проверять всё это достоверно, но очень смахивает на правду :D

раскрыть ветку 3
+2
слишком много допущений. да и электроны двигаются по орбите только в школьном учебнике физики и химии, а так они одновременно везде, и только во время установки местонахождения электрона они с определённой вероятность (почти равной нулю) оказываются в определёном месте. крч. думаю даже теория струн хромает и в физике всё ещё десятки раз будет опровергнуто.
0

Учитывая, что в описании модели (самое начало) автор сказал, где и какие были приняты допущения, там и придраться больше ни к чему и нельзя.

0
Процессы, описываемые в посте, действительно имеют место быть (спектральные линии водопода, линии Бальмера и прочих чуваков, формула Ридберга), но все же, имхо, прозрачность материала определяется не этим
Стандартное приближение объясняет, что некоторый процент фотонов рассеиваются на атомах, причем этот процент зависит от материала и типа фотонов
Но поглощение фотонов здесь не причем
имхо
+18

Мне одному захотелось просветить бетон инфрокрасными лучами и посмотреть что будет?

раскрыть ветку 18
+5
пульт от телевизора стреляет ик лучами, попробуй переключить канал из соседней комнаты
+2
ну видал же, в фильмах, инфракрасные сигнатуры видят через бетон - вот, это оно
+1

берешь спичку,поджигаешь около бетона и смотришь.Но там не только инфракрасные лучи ,но и другие,видимого человеку спектра.

раскрыть ветку 8
+1

а как засечь их с другой стороны?

раскрыть ветку 7
-24

Тебе факультативные занятия по русскому языку не помешали бы. А с 9-го класса если не ошибаюсь, будут уроки по физике, в частности раздел оптика. Химию тоже не прогуливай.

раскрыть ветку 6
+5

Плюсанул бы за граммар-наци, но ты все испортил своим высокомерием.

раскрыть ветку 5
ещё комментарии
+7

огромное спасибо.

мною был нахрен задолбан препод по физике на эту тему. ничего вменяемого не смог объяснить. (видимо слишком сложно объяснял)

а тут всё четко и понятно.

раскрыть ветку 4
0

Если честно, фиговый у вас был препод по физике, если не смог понятно это объяснить, печально.

раскрыть ветку 3
+1

и по химии тоже. не повезло.

раскрыть ветку 2
+7

так вот что у него было

+3

Круто! Спасибо! завтра перед кем нибудь выебнусь.

+2

Благодарю, очень интересно!

Возник вопрос: почему значения энергетических уровней для электронов в атомах строго ограничено определенными значениями, в то время как у свободных электронов такого ограничения нет?

раскрыть ветку 1
+2

Уровни у атомов, а не у электронов.

+1

Благодарю, было интересно.

+1

Т.е. теоретически, возможно изготовить камуфляж перенаправляющий по второму слою видимое изображение с первого и насквозь? Плащ невидимку?!

раскрыть ветку 2
+3

теоретически возможно и даже слышал про какие-то успешные разработки, правда лишь в определенном диапазоне излучения. 

0
Ага, а на войне будет, как с самолётом в 90х: "ну простите, мы же не знали, что он невидимый!"
+1

Хотел задать тупой вопрос, но потом понял, что он и правда тупой, и залез в вики.

0
Иллюстрация к комментарию
0

О! Это было необыкновенно прекрасно! Можешь ещё о чем-нибудь рассказать?

раскрыть ветку 1
+1

Так зайди на его сайт сам,там довольно много интересного:Излучение Хокинга, Сколько вселенных поместится на 16ти гигабайтную флешку на пальцах, Почему у нашего пространства три измерения, Теория Относительности и т.д(sly2m.livejournal.com)

0

Первый раз захотелось подписаться на автора!

0
Не сказала бы, что это будет понятно пятикласснику (он запутается в незнакомых словах), но в остальном всё гут)
0

так, а ну-ка теперь поподробнее про гамма-лучи! если всё так, как ты говоришь, почему гамма-лучи относительно легко проходять сквозь почти любой материал? даже свинец далеко не сразу останавливает

раскрыть ветку 3
0
Потому что энергию большую имеют в себе. Они ж даже ионы выбивают из клеток организмов! Или не ионы, но точно что-то выбивают
раскрыть ветку 2
0
Электроны, товарищ
0

аффтар только что написал, что много энергии тоже плохо, что энергии нужно ровно столько сколько надо для перевода на более высокую орбиту

0

Спасибо, познавательно. Но возник один вопрос, почему стекло прозрачно для видимого света и гамма излучения одновременно? Разница в энергии фотонов значительная, а требуемая для перехода на новый энергетический уровень все та же

раскрыть ветку 1
0

Да потому, что хрень написана, нифига это не объяснение.

Путь объяснит, почему молекулы (sic!) веществ могут иметь разные цвета и что за атомы там действуют.

0

как получить рентгеновское излучение в гараже для проверки?

0

А коробочка бытовых фотонов это такой прикол или что?)

0

Так то всё неплохо описано и господи, как же всё-таки всё просто. Чтож, ждём ещё

0

Спасибо, классно описано) Но есть вопрос. Говоришь, электрон вращается так быстро, что фотон не может проникнуть сквозь орбиталь к ядру, а отражается от электрона. Потом говоришь, что фотон, у которого недостаточно энергии, проходит сквозь стекло, "сквозь атом". Так фотон всё-таки может пройти сквозь?! или отражается, быстро переходя от молекулы к молекуле и совершенно случайно часть их выходит с другой стороны стекла?

0

@cayssar Хочу сказать тебе отдельное спасибо, человечище! Прочитал твои посты про AI и число Грэмма. Давно не получал столько удовольствия. Отдельный плюс за юмор и безбашни)) Что я хочу сказать? Не переставай делать такие посты! Есть люди, которые это ценят. Особенно обидно, что какие-то, не побоюсь этого слова, высеры сознания набирают 5к+ рейтинга, а твои посты по 500. Это несправедливо. *facepalm*

-1

Если рассматривать ИК диапазон ближний и средний,

то для стекла, очень даже прозрачен.


кстати это солнечные очки, обратите внимание что визуально как будто нет стекол.


сорри за качество, очки не в фокусе, ну и фото просто так было сделано. в единственном варианте у себя в архиве нашел.

Иллюстрация к комментарию
-1

Бетон пропускает ИК излучение? ШТА?

раскрыть ветку 5
+7

отражает. я в детстве даже каналы пультом с рикошета от стены переключал )

раскрыть ветку 4
+2
стерва! я и сейчас так делаю
0

Можно и от своей руки отразить при желании. Хотя отражение гораздо слабее, чем от бетона

раскрыть ветку 2
-1

 "электроны вращаются на орбиталях". Они не вращаются на них. Орбитали - это лишь вероятностное место нахождения электрона в электронном облаке в случайный момент времени. Никому точно не известно каким образом перемещаются электроны вокруг атомов, вследствие чего в данный момент считается, что они просто исчезают в одном месте и появляются в другом.

раскрыть ветку 1
+2

А теперь ты идешь и читаешь 3 предложение после первой картинки и перестаешь умничать.

-2
Может ктонить научно пояснить, почему вампиры то в зеркале не отражаются?
-4

Потому что это жидкость 

раскрыть ветку 3
+11
Ну почти да - аморфное вещество, без кристаллической решетки.
+1

но пропускает свет не поэтому

0

ртуть при нормальных условиях тоже волне жидкость и свет не пропускает )

-8
Иллюстрация к комментарию
-8

Под конец все равно пунтано как-то стал говорить, слишком много научных терминов под конец, без примеров "на пальцах", а в научных понятиях проще всё объяснять если говорить не электроны-фотоны, а например яблоки и апельсины ну и так далее. Такие лекции требуют абстрактного мышления, не у всех оно развито.

ещё комментарии
Похожие посты
512

Два вандала гуляют по парку Принстонского университета, 1954

Два вандала гуляют по парку Принстонского университета, 1954 Альберт Эйнштейн, Ученые, Черно-белое фото, Историческое фото, История, Физика, Математика, Наука

Заголовок может показаться странным, учитывая что на фото - двое из величайших ученых 20 века: физик Альберт Эйнштейн (справа) и математик Курт Гёдель. А дело в том, что оба знамениты в немалой степени тем, что безжалостно сломали существующие до них понятия об устройстве мира в своих сферах науки.


Теория относительности Эйнштейна опрокинула трехвековую теорию физики и механики Ньютона - такую простую, понятную и элегантную по сравнению с сложной и неинтуитивной, но все-таки более верной, теорией Эйнштейна. А Гёдель знаменит тем, что доказал так называемую "теорему о неполноте", которая, грубо говоря, утверждает, что в математике с любой системой аксиом всегда существуют гипотезы, которые невозможно ни доказать, ни опровергнуть, и таким образом, что бы вы ни делали, у вас всегда могут остаться неразрешенные и в принципе неразрешимые вопросы.


Оба этих ученых сломали устоявшуюся в науке начала 20 века идею о том, что законы Вселенной должны иметь полное, простое и элегантное описание, и что надо лишь суметь его найти. Оба доказали, что Вселенной безразлично, нравятся ли людям ее законы или нет, и она не обязана им делать их простыми или понятными. И оба, изначально, потерпели немало критики от соперников, не желающих мириться с неудобными фактами, жестоко крушащими такое удобное описание мира, которое было выстроено в умах ученых до них.


И все-таки она вертится!

210

Правда ли космический вакуум моментально убьет человека?

Гибель в космическом вакууме представляется в самых разных и малоаппетитных подробностях. Но правда ли в космическом сражении вакуум убьёт мгновенно?

Правда ли космический вакуум моментально убьет человека? Космос, Наука, Физика, Фантастика, Ликбез, Длиннопост

Рамки задачи


Последовательность действий, которую должен совершить космонавт, чтобы начать погибать от вакуума, напоминает анекдот, где бойцу, чтобы подраться врукопашную, нужно сделать следующее: «Потерять автомат, гранаты, нож, отыскать ровную площадку без камней и палок, найти другого такого же растеряху…» 

Почему так?


Специфика космического сражения


Гипотетический космонавт в бою вряд ли подвергнется действию космического вакуума без любых других угроз. Куда с большей вероятностью его не просто банально «подстрелят», а нашинкуют в мелкий фарш.

Правда ли космический вакуум моментально убьет человека? Космос, Наука, Физика, Фантастика, Ликбез, Длиннопост

Стержень кинетического поражающего элемента на скорости в несколько километров в секунду расплёскивает человека облаком кровавого тумана. Мощный лазер даёт ровно тот же эффект, хотя фрагментов тела в этом случае остаётся больше. Любые вторичные обломки от близкого попадания действуют как хорошая осколочная граната. Отказы систем жизнеобеспечения и критические техногенные аварии вроде пожара на борту — ещё опаснее. Ну и лёгкие скафандры для работы на боевом посту не отменял последние лет шестьдесят никто.


Повреждения скафандра


В реальных армейских исследованиях докосмической и ранней космической эры звучат неприятные выводы. Человека в скафандре, чтобы он умер, проще и выгоднее нашпиговать осколочными элементами хорошей такой гранаты. Или хотя бы подстрелить.

Правда ли космический вакуум моментально убьет человека? Космос, Наука, Физика, Фантастика, Ликбез, Длиннопост

Перчатки скафандров за бортом космической станции современные астронавты рвали достаточно часто и отделывались припухлостями и покраснениями. Разница в одну атмосферу не так уж и велика, тепловой ожог при контакте с нагретыми Солнцем поручнями станции повреждал кожу сильнее. Но это маленькая аккуратная дырочка. А если нет?


Идеальная смерть


Допустим, коварный выстрел подлого врага оторвал душевую кабинку с голым космонавтом и того немедленно выкинуло из неё на свежий вакуум, погибать. Что дальше?


Первые секунд десять нарастает дискомфорт. Остатки воздуха стремительно покидают лёгкие. Держать их — ошибка, напряжение лишь увеличивает дискомфорт и сокращает вероятный срок дееспособности. В этот промежуток времени достаточно тренированный человек может действовать условно нормально.


В пределах следующих тридцати секунд неминуемы первые судороги. Шанс успеть что-то сделать остаётся, но заканчивается потерей сознания. Короткий промежуток бессилия — ещё секунд пятнадцать — сменяется новыми, уже бессознательными и куда более резкими хаотическими движениями. Затем наступает умирание и потеря высшей нервной деятельности.

Современная медицина ручается, что полторы минуты ещё могут пройти без последствий, до примерно трёх — есть шансы откачать хотя бы овощ. Пожилой сердечник имеет все шансы помереть в пределах минуты от чрезмерной нагрузки сосудов мозга и сердца.


Так правда ли в космическом сражении вакуум убьёт мгновенно? Нет. Есть все шансы и подёргаться, и дождаться помощи — и остаться здоровым человеком, после чего долго ещё рассказывать внукам байки о своём невероятном спасении.


Михаил Лапиков


Источник

Показать полностью 1
113

Туннелирование частиц и планетная система у солнцеподобной звезды. Еженедельный дайджест новостей науки

Самое интересное в мире науки за неделю: Как связаны кондоры и птерозавры; Почему ученые считают микрорапторов хорошими летунами; Фотография звездной системы с солнцеподобной звездой; Протезирование будущего - два сустава умного протеза ноги; И как измерить квантовое  туннелирование частиц?

Содержание ролика:

00:31 Подробности про кондоров и птерозавров

02:08 Микрорапторы были хорошими летунами

05:03 Впервые сфотографировали планетную систему у солнцеподобной звезды

08:00 Умный протез научили перешагивать препятствия

09:32 Впервые подсчитано время туннелирования частиц


(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе)

696

МГНОВЕНИЕ ДО АПОКАЛИПСИСА: ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ БОМБЫ

Что происходит внутри дошедшей до цели термоядерной боеголовки? Много удивительных и красивых, с точки зрения физики, вещей. Правда, перед самым апокалипсисом о них вряд ли кто-нибудь подумает, поэтому мы расскажем о зарождении ядерного взрыва прямо сейчас.

МГНОВЕНИЕ ДО АПОКАЛИПСИСА: ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ БОМБЫ Физика, Наука, Война, Ядерное оружие, Оружие, Апокалипсис, Длиннопост

…Ну, допустим, пришёл боевой блок МБР в расчётную точку. Или атомная бомба на парашюте опустилась на ту высоту, где, выражаясь популярно, необходимо непременно бахнуть. А бахнуть — это вообще как? Что происходит в корпусе бомбы за то мгновение, когда он с содержимым превращается в энергию?


Нет, вот не надо мне тут про «вспышку слева», про «ногами в эпицентр» и прочий стёб по мотивам скверно зазубренного учебника гражданской обороны. Что конкретно происходит под корпусом термоядерной боеголовки в тот момент, пока этот корпус ещё существует — хотя бы условно и частично?

Отстаньте от меня с вашим раскаянием, это же такая красивая физика! (Laßt mich in Ruhe mit euren Gewissensbissen, das ist doch so schöne Physik!)

Так сказал Энрико Ферми перед первыми ядерными испытаниями в Аламогордо, июль 1945 года. (Если, конечно, верить автору книги «Ярче тысячи солнц» Роберту Юнгу. Оснований верить ему нет ни малейших, но фраза всё равно хорошая, и мы ею цинично воспользуемся.)

МГНОВЕНИЕ ДО АПОКАЛИПСИСА: ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ БОМБЫ Физика, Наука, Война, Ядерное оружие, Оружие, Апокалипсис, Длиннопост

Первое испытание ядерного оружия 16 июля 1945 года


Будем рассматривать двухступенчатый боеприпас, выполненный по схеме Теллера-Улама. В Советском Союзе она широко известна как «третья идея» из воспоминаний Андрея Сахарова, хотя реальных «отцов» у неё в наших палестинах был целый взвод — как минимум Давиденко, Франк-Каменецкий, Зельдович, Бабаев и Трутнев. Поэтому неправильно было бы приписывать её лично товарищу академику Сахарову, как это иногда делают. (Товарищ академик тоже не приписывал себе ничего лишнего. Будь как товарищ академик.)


Килотонная зажигалка


Начинается всё с первой ступени — так называемого триггера. Это простой атомный заряд (ну, может не совсем простой), а в нём уже всё стартует одновременным подрывом заряда обычной взрывчатки, хитрым образом обёрнутого вокруг делящегося вещества.

В древние времена атомной эры было важно, чтобы детонаторы сработали строго одновременно, с минимальным рассогласованием — в пределах десятков наносекунд. Иначе будет небольшой обычный взрыв с быстро погасшей ядерной реакцией (так называемая «шипучка»).

Он изгадит все окрестности впустую израсходованным плутонием и прочей радиоактивной поганью. В конце концов придумали хитрый вариант подрыва, так называемый «лебедь». В нём синхронность некритична, и можно не утыкивать всю поверхность детонаторами.

МГНОВЕНИЕ ДО АПОКАЛИПСИСА: ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ БОМБЫ Физика, Наука, Война, Ядерное оружие, Оружие, Апокалипсис, Длиннопост

Схема водородной бомбы


Специально обученная взрывчатка взрывается и давит на тампер (толкатель — тяжёлую оболочку триггера). Он «падает» внутрь через пустоту, в центре которой, окружённое бериллиевым отражателем нейтронов, висит самое интересное: маленький шарик плутония-239. Тампер обжимает шарик, доводя давление до нескольких миллионов атмосфер, и переводит его в надкритическое состояние.

Внимание: с момента запуска детонаторов уже прошло несколько десятков микросекунд, а меж тем никакой ядерной реакции ещё нет. Но сейчас будет.

Кино замедлилось окончательно, дальше всё пойдет значительно быстрее.

В момент обжатия плутониевого ядрышка срабатывает «запал»: стартовый источник начинает гнать в ядро нейтроны. Вот она, отметка «ноль»: с этого момента и начинается всё веселье.

Пошли первые деления плутония, ещё под действием внешнего потока нейтронов. Несколько дополнительных наносекунд, и в толще плутония загуляла следующая волна нейтронов, уже «собственных».

Поздравляю, дамы и господа, перед нами — цепная реакция. Вас предупреждали.

Давление в центре уже шкалит за миллиард атмосфер, температура уверенно движется к 100 миллионам градусов Кельвина. А что происходит снаружи этого маленького шарика? Там же обычный взрыв вроде был? Так он и есть. Висит, извините за такой глагол, держит всю эту конструкцию через тампер, чтобы сразу никуда не убежало, но силы его на исходе.

Тут всё заканчивается: через одну десятимиллионную долю секунды с момента «ноль» (0,1 микросекунды, но все цифры очень приблизительны) реакция в плутонии завершена.


Подставляй ведро


Вроде как всё, ядерный взрыв состоялся, расходимся? Ну, теоретически да. Но если бросить всё как есть, взрыв будет не очень мощный.

Можно его усилить (бустировать) слоями термоядерного горючего. Правда есть одна проблема. Вон ударная волна висит, по швам уже расходится, устала вашу ядрену-бомбу держать. Как это всё сжигать, пока оно не убежало? Сделаешь в семнадцать этажей, пять прореагируют, на те два процента и живём, а остальное — ковром по сельской местности? Нет уж, давайте думать.

МГНОВЕНИЕ ДО АПОКАЛИПСИСА: ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ БОМБЫ Физика, Наука, Война, Ядерное оружие, Оружие, Апокалипсис, Длиннопост

Боевые блоки МБР LGM-118 Peacekeeper на последнем отрезке траектории


Как писал Теллер в обосновании своей идеи, где-то 70-80% энергии ядерной реакции выделяется в виде рентгеновского излучения, которое движется существенно быстрее, чем рвущиеся наружу осколки деления плутония. Что это даёт пытливому уму физика?

А давайте, говорит физик, пока до нас не доползла взрывная волна и тут всё вообще не разлетелось к едрене-фене, используем уже вышедший из триггера рентген для поджига термоядерной реакции.

Поставим рядом ведро жидкого дейтерия (как у Теллера в первом изделии и было) или твердого дейтерида лития (как Гинзбург в Союзе предложил), и используем взрыв триггера как зажигалку, ну или, если хотите, как детонатор НАСТОЯЩЕГО ВЗРЫВА.

Сказано — сделано. Теперь понятна конструкция нашего заряда: пустотелый бак, с одного торца — триггер, всю низость падения которого мы уже обсудили. Пространство между первой и второй ступенью заполняется разными хитрыми рентгенопроницаемыми материалами. Везде официально указано, что поначалу это был пенополистирол. Но с конца 1970-х у американцев, скажем, используется шибко секретный материал FOGBANK — предположительно, аэрогель. Наполнитель предохраняет вторую ступень от раннего перегрева, а внешний корпус заряда — от быстрого разрушения. Корпус поддаёт также давления на вторую ступень и вообще способствует симметричности обжатия.

Кроме того, там же — в небольшом перерывчике между первой и второй — установлены совсем хитрые и начисто секретные конструкции, про которые стараются вообще ничего не писать. Их можно осторожно назвать концентраторами рентгеновского излучения. Нужно всё это, чтобы рентген не просто так светил в пространство, а надлежащим образом доехал до второй ступени.

МГНОВЕНИЕ ДО АПОКАЛИПСИСА: ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ БОМБЫ Физика, Наука, Война, Ядерное оружие, Оружие, Апокалипсис, Длиннопост

Всё остальное место занимает вторая ступень. Пакет её тоже непростой, а какой надо пакет. В самой сердцевине этого цилиндра из дейтерида лития, упакованного в прочный тяжёлый корпус, проделан канал, в который коварно вложили стержень из того же самого плутония-239 или урана-235.


Когда Родине нужно — и звёзды зажигают


Рентген испарил наполнитель, переотражается изнутри от внешней оболочки и действует на корпус второй ступени. Да и в общем, чего греха таить, вся эта ярмарка уже приступает к ликвидации самой бомбы как материальной конструкции. Но мы успеем, нам надо-то всего ничего, около микросекунды.

Всё испарившееся ломится в центр и со страшной силой давит и греет (миллионы градусов, сотни миллионов атмосфер) внешнюю оболочку второй ступени. Она тоже начинает испаряться (эффект абляции). Ну как — испаряться… Реактивный двигатель на форсаже в сравнении с этим — попытка деликатно высморкаться.

Отсюда можете прикинуть давление на то, что внутри оболочки. См. выше про тампер на первой ступени, идея в чем-то схожая.

Вторая ступень уменьшается в размерах — в 30 раз для цилиндрического варианта и примерно в 10 для сферического. Плотность вещества возрастает более, чем в тысячу раз. Внутренний стержень из плутония доводится до надкритичности и в нём начинается ядерная реакция — уже вторая в нашем боеприпасе за последнюю микросекунду.

Итак, сверху обжатый тампер, внутри жёстко бомбануло, пошёл поток нейтронов — и у нас внутри стоят расчудесные погоды.

Здравствуй, синтез легких ядер, литий в тритий, всё вместе в гелий, вот он, выход мощности. Сотни миллионов градусов, как в звёздах. Термоядерная бомба пожаловала.

МГНОВЕНИЕ ДО АПОКАЛИПСИСА: ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ БОМБЫ Физика, Наука, Война, Ядерное оружие, Оружие, Апокалипсис, Длиннопост

Микросекунда капает, подожжённый дейтерид лития горит из центра наружу… стоп, а если нам и сейчас мощности мало?

Давайте-ка отмотаемся немного назад и организуем корпус второй ступени не просто так, а из урана-238. По сути, из природного металла, а то и из обеднённого.

У нас от синтеза лёгких ядер прёт поток очень быстрых нейтронов, они кидаются изнутри на недоиспарившийся урановый тампер и — о, чудо! — в этом безобидном изотопе запускается ядерная реакция. Не цепная, самоподдерживаться она не может. Но этих нейтронов из термояда вылетает столько, что на тонну урана хватит: вся вторая ступень как огромный нейтронный источник работает.

Это так называемая «реакция Джекила-Хайда». Потому и название такое: никого не трогал, вроде был нормальный, и тут на тебе ВНЕЗАПНО.


Оно вылупилось


У нас, напомним, не прошло и двух микросекунд, а уже столько сделано важных дел: взорвали атомную бомбу, подожгли с её помощью термоядерное горючее и, если было надо, заставили делиться аполитичного пофигиста — уран-238. Последнее, кстати, важно: на нём можно сильно разогнать мощность устройства. Но и грязи в окружающую среду полетит много.

Правда, на этом «красивая физика» гигантов научной мысли середины XX века заканчивается. Теперь вся эта первозданная стихия готова излиться наружу, за призрачные границы того, что ещё недавно было корпусом бомбы.

И вот там дальше начнет развиваться огненный шар, а потом возникают и поражающие факторы ядерного взрыва. Но о них — потом.


Самат Кудайбергенов

Источник

Показать полностью 5
25

Ответ на пост о современных астрономах или как я выбирал тему дипломной работы

Ссылка на пост Что на самом деле наблюдают современные астрономы

Заметил воодушевление и заинтересованность астрономией и астрономами в комментариях, начал было писать ответ на комментарий и понял, что получается довольно много и решил вынести в отдельный пост.

Надо было мне в студенческие годы пройти преддипломную практику для будущего астрономического диплома и заодно определиться с темой дипломной работы. Пошел я на обсерваторию, объяснил что мне надо, что пока нет темы для работы и мне предложили пока просто пройтись по кабинетам чтобы ознакомиться кто чем занимается и подобрать что-то для себя. Кто-то занимался коричневыми карликами (это такие недозвезды и перепланеты; у нас такой Юпитер, но оказалось, что подобные объекты могут быть не только в звездной системе но и наблюдаться поодиноко), кто-то занимается изучением озонового шара по данным, которые снимаются на этой же обсерватории (в итоге я тоже потом снимал значения спектрофотометром Добсона - фигасе, до сих пор помню название и приблизительно принцип работы - и производил рассчеты), кто-то изучал эллиптические галактики, а на другой обсерватории изучают еще и Солнце (споктроскопия, солнечная корона, вспышки, магнитное поле и активность). В общем, много всего интересного, выбирай - не хочу. Якобы интересного. Интересного, волшебного и манящего пока не начнешь сам это делать.

Например, исследование озонового шара над городом. Барышня делает это уже точно десятка два лет (не удивлюсь если и сейчас она этим занимается), она работает под виндой, под эмулятором линукса (cygwin, как сейчс помню, для меня тогда это дико и в новинку и видимо потому сейчас его упомянул) и обрабатывает кучу данных. Каждый день обрабатывает типичные данные. Каждый. День. Обрабатывает. Данные. Одно и то же. Каждый день. Ну еще чай пьет и общается с коллегами (не удивлюсь, что у них там еще и служебный роман завелся).

По Солнцу все та же ситуация. На обсерватории был и коронограф, и солнечный телескоп, и солнечный спектрограф и куча другой нучной технической лобуды. Делай - не хочу. По спектроскопии нужно было периодически делать снимки интересующих участков спектра, проявлять пластинки,2 исследовать их и сравнивать с другими. По коронографии тоже нужно периодически делать снимки, исследовать их и сравнивать с другими. Все это укладывается в общую 11-летнюю активность Солнца (недавно попадался пост о том, что текущий цикл активности Солнца оказался с задержкой) и нужно проверять все ли в порядке и ложатся ли сделанные исследования спектра и короны в общую активность Солнца. Сейчас точно не скажу какие еще были цели т.к. только вскользь этого касался и прошло немножко времени.

Я же в итоге больше прикоснулся к изучению озонового шара. В чем приблизительно была суть. На орбите летает спутник с упомянутым выше спектрофотометром Добсона на борту и делает замеры количества озона в атмосфере Земли в определенной точке в определенный момент времени и потом идет к следующей точке и так далее точка за точкой по всей поверхности Земли. Эти замеры публичны, их можно выкачать, обработать, усреднить, наложить на полярную систему координат с учетом континентальности и тоже, сравнивая, делать определеные выводы о состоянии озонового шара, о его динамике с годами и расположении озоновой дыры. Туда же можно приплести использование фреонов, разрушающих озоновый слой и бить тревогу, что скоро озона почти не останется и все будет плохо. Я писал дипломную на тему смещения циркумполярного вихря в районе Антарктиды и сезонное изменение площади озоновой дыры над континентом.

Еще косвенно я касался ядерной физики т.к. были (и сейчас есть) друзья с кафедры ядерной физики. Так вот, там тоже данные и тоже надо было снимать значения, обрабатывать их и делать выводы. Если данных много, то студенты писали программку или матмодель чтобы описать полученные результаты измерений. А те, кто наукой занялся конкретно, то они использовали старый добрый когда-то написанный софт (или просто скрипт) еще на фортране и до сих пор им пользуются. В программе студентов было изучение фортрана т.к. много научного софта написано на нем и надо продолжать писать и поддерживать. Да не закидают меня тапками, я не знаю как это сейчас, но тогда я ощущал (или был неправ и думал, что ощущал) некоторую закостенелость в умах тогдашних научных сотрудников.

Но это все не о том, что я хотел сказать. Я больше о самой работе. О данных и о работе с данными. Работа физика-экспериментатора очень часто сводится к тому, что нужно придумать как получить нужные данные, получить эти данные, обработать все эти данные, понять не фигню ли получили и потом, если это не фигня, конечно, сделать выводы чтобы подтвердить или опровергнуть какую-то тероию. Ну или же выявить закономерность чтобы потом это описать (или чтобы кто-то описал). То есть, любая научная деятельность - это про кучу данных, которые нужно обработать, изучить, систематизировать и сделать выводы. В астрономии все так же. Работа научного сотрудника в астрономии это не только наблюдение красивой туманности, звездного скопления или красивейшей резьбы лунного терминатора, а это еще и множество цифр, за которыми кроется множество неизведанной информации. А телескоп, туманности и астрофотография - это уже для души.

Больше всего меня зацепила дипломная работа студентки, которая изучала слияние спиральных галактик. Только вдуматься: нужно было описать каждую галактику как множество звезд определенной массы с определенной скорость в определенном месте каждой из галактик с учетом тяжелых ядер, запустить сближение галактик, описать их гравитационное взаимодействие (опять же, не забываем о том, что галактика - это не лепешка, а она состоит из звезд) и как-то графически отобразить этапы слияний галактик. Я допускаю, что возможно были некоторые упрощения матмодели, но тогда озвучивалось, что и на эти рассчеты ушло немало процессорного времени.

В общем, естесственные науки - это всегда круто. Неважно что это - астрономия, физика, химия, биология - это всегда интересно, увлекательно и мегакруто когда ты нутром ощущаешь как работает та или иная красивость в природе. Но есть и минус - это перестает быть магией. Ты начинаешь понимать почему разлитый по воде бензин играет всеми цветами радуги; в какой стороне после дождя искать радугу чтобы показать ребенку; ощущаешь ужас масштабы когда тебе говорят всего лишь о 5 световых годах и о том хватит ли Солнца на наш век.

Желаю всем добра, познаний и заинтересованности!

Показать полностью
78

Создано самое тонкое зеркало в мире, не видимое глазом

— Немецкие физики разработали самое тонкое и легкое оптическое зеркало — оно имеет толщину всего несколько десятков нанометров, что в тысячу раз тоньше человеческого волоса;


— Оно состоит всего из одного слоя атомов и не видимо человеческим глазом, но отражение от него прекрасно видно;


— Устройство, в котором создано зеркало, достаточно большое, поэтому новый материал вряд ли будет использоваться в бытовых целях, но научное значение новой разработки огромно;


— Это первые экспериментальные результаты недавно появившегося научного направления субволновой квантовой оптики с упорядоченными атомами.


Источник: ria.ru

280

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» 

...или «О космических коленках»

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост
Листаешь поутру пикабу, разглядываешь красивые картинки скелета от заброшенного хай-тека полувековой давности, и натыкаешься на абзац:

Был открыт излом - "быстрого (на протяжении пол-порядка по энергии) изменения показателя дифференциального энергетического спектра первичного космического излучения при энергии около 3*10^15 эВ по данным о дифференциальном спектре ШАЛ по числу частиц и по данным о зависимости среднего числа мюонов от числа частиц в ШАЛ". Честно говоря, не смотря на то, что википедия говорит, что - "этот результат имеет фундаментальное значение для физики космических лучей и астрофизики" я ни черта не понял, что это за излом, но надеюсь, что эта подземная лаборатория принимала в этом участие ,и я прикоснулся не просто к ржавеющим железкам, а к чему-то, что дало миру нечто полезное, фундаментальное.

Удивляешься: неужели в Википедии про это не написано доходчиво? А речь идёт вот об этом спектре [1]. Здесь нарисовано, сколько частиц, разогнанных почти до скорости света, пролетает мимо нас за какое-то время. Если говорить простыми словами — за день в участок площадью шесть соток из космоса летит два с половиной миллиона частиц с той же энергией, что и в Большом адронном коллайдере; тринадцать тысяч частиц с проектной энергией FCC; а ещё две частицы, у каждой из которых столько же энергии, сколько у крупной капли дождя. Если бы так продолжалось и дальше, раз в год в эти же шесть соток должна была бы целиться частица с энергией в десять раз больше — как у небольшой градины — но они прилетают только раз в два с половиной года.

Именно про этот излом на графике и идёт речь в цитате. Частиц с энергией выше 3000 ТэВ с ростом энергии падает быстрее, чем ниже этой границы. Прижилось название «колено», даже в русскоязычной научной литературе [2] (а у нас любят завернуть название построже). Вот он, обозначен словом «Knee»:

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост

До вашей дачи эти частицы не долетают: сталкиваясь с молекулами атмосферы, они тратят свою энергию на рождение большого количества вторичных частиц. Тем тоже достаётся много энергии, они рождают следующее поколение, и так до тех пор, пока всё не долетит до земли. В результате одна частица рождает то, что называется широким атмосферным ливнем (ШАЛ). Если энергия частицы достаточно велика — ливень может накрыть город, возле которого стоят наши шесть соток, целиком.

Расчёт ливня показан на картинке в заголовке, схема — ниже. Картинки взяты из [3, 4]

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост

Частицы разгоняются до таких энергий, в основном, на ударных волнах, возникших от взрыва сверхновой. Один переход через границу ударной волны, движущейся со скоростью 1% от скорости света, даёт частице лишний процент энергии [5]. Больше переходов — больше энергия частицы. Покинув остатки сверхновой, частица продолжит ускоряться и на других волнах, которых в межзвёздном пространстве в достатке.

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост

Но откуда, всё-таки, колено? Что интересно, однозначного ответа нет; поиск подсказывает несколько возможных механизмов. Отделить правильные догадки от неправильных помог бы тестовый подрыв парочки сверхновых в области, доступной для установки измерительного оборудования, но отдел техники безопасности и охраны труда почему-то не разрешает подобные эксперименты.

Во-первых, частица не может ускоряться одной сверхновой бесконечно долго — когда-нибудь она потеряется. При разумных предположениях выходит, что внутри одной нормальной сверхновой самые быстрые частицы набирают, как раз, где-то 3000 ТэВ.

Во-вторых, частица, вылетевшая из сверхновой и летающая где-то по нашей галактике, может ускоряться в межзвёздных полях только до тех пор, пока она из галактики не вылетела. При энергиях меньше 3000 ТэВ галактические магнитные поля не дают частице улететь, а при больших — уже не могут. Частица такой энергии крутится по спирали, которая толще галактики. То есть, частицы больших энергий — межгалактические.

А, в-третьих, поверх этого неясно: нет ли поблизости лампочки, которая светит на этих 3000 ТэВах [6]?

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост

...и это ещё не все модели.


Есть и ещё один интересный момент на графике спектра. Частицы с энергиями выше 5×10^19 эВ (3 Дж, как пуля из ижевской воздушки, только в одном протоне) исчезают.

Давным-давно, через 380 тысяч лет после Большого взрыва, Вселенная остыла до 3000 градусов, электроны приклеились к протонам, и космос, наконец, стал прозрачным. Свет со спектром чёрного тела, нагретого до 3000 градусов (см. лампочку накаливания), перестал постоянно поглощаться и заново излучаться, отклеился от вещества и полетел, куда придётся.

С тех пор вселенная растянулась в 1000 раз, энергия фотонов уменьшилась во столько же раз, и сейчас вы (при наличии нужного детектора, охлаждённого жидким гелием) можете наблюдать его в виде реликтового излучения: вокруг нас натянута сфера радиусом в 15 миллиардов световых лет, которая светится с температурой 2.7 градуса Кельвина.

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост

И вот эти два одиночества — фотон, излучённый в первый момент, когда вселенная стала прозрачной; и протон, выпущенный сверхновой в другой галактике — при столкновении рождают пи-мезоны, тратя на них часть энергии протона. А значит, из-за пределов суперкластера Девы частиц с большей энергией прилететь не может. Эта безумная в своей эпичности история называется пределом Грайзена–Зацепина–Кузьмина, и на ней мои поверхностные знания по астрофизике заканчиваются.

А что до лаборатории возле МГУ — для наблюдения широких атмосферных ливней были построены куда более масштабные и продвинутые приборы. В России их, кажется, два: возле Байкала (https://taiga-experiment.info/) и в Якутии (https://ikfia.ysn.ru/unu-yakushal-html/). Там помех меньше и места больше.

Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост
Ответ на пост «Подземная советская лаборатория научно-исследовательского института ядерной физики» Заброшенное, Лаборатория, Физика, Астрофизика, Наука, Космос, Ответ на пост, Длиннопост
[1] https://www.physics.utah.edu/~whanlon/spectrum.html

[2] http://www.mathnet.ru/links/0372f3bdd56d5dadeb593ec10c989cd3...

[3] https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431771/K...

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Air_shower_(physics)#/media/Fi...

[5] http://www.cosmic-ray.org/reading/uhecr.html#SEC2

[6] https://www2.ulb.ac.be/sciences/physth/Talks/Semikoz14.pdf

[7] https://ru.wikipedia.org/wiki/Местное_сверхскопление_галактик

Показать полностью 7
133

Неизвестная частица обнаружена в ЦЕРН

Неизвестная частица обнаружена в ЦЕРН Наука, Церн, Физика, Кварки, Вселенная, Кварк

дин из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Физики полагают, что это первый представитель неописанного класса частиц.

Коллаборация LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) нашла новый тип четырехкварковой частицы, которую никогда не видели раньше. Открытие было представлено на недавнем семинаре в ЦЕРН, также о нем рассказывается в статье на сайте препринтов arXiv. Это открытие поможет ученым понять кварки — фундаментальные частицы Стандартной модели Вселенной.

Обычно они объединяются в группы по двое (кварк — антикварк) или трое, чтобы сформировать протоны и нейтроны. Более крупные частицы считаются экзотическими, однако ученые давно предполагают, что они могут состоять из четырех или пяти кварков (так называемые тетракварки и пентакварки). В последние годы эксперименты, проводимые в Большом адронном коллайдере (БАК), подтверждают существование таких адронов. Они идеально подходят для изучения сильного ядерного взаимодействия — одной из четырех фундаментальных сил Вселенной, которая связывает друг с другом протоны, нейтроны и ядра атома.

«Частица, которую мы только что обнаружили, первая, состоящая из тяжелых кварков одного и того же типа: двух очарованных кварков и антикварков, — говорит представитель LHCb Джованни Пассалева. — До сих пор LHCb и другие эксперименты фиксировали только тетракварки максимум с двумя тяжелыми кварками, и ни один из них не имел более двух кварков одного и того же типа».

Для поиска новых тетракварков Tcccc команда LHCb рассчитала их возможную массу и изучала данные, полученные на детекторе в периоды первого и второго запусков БАК в 2009-2013 и 2015-2018 годах. Она обнаружила два скачка энергии в диапазоне 6900 и 6400-6600 мегаэлектронвольт. При попытке описать полученные результаты ученые нашли более пяти стандартных отклонений в промежутке 6200-7400 мегаэлектронвольт. Этого достаточно, чтобы заявить об открытии новой частицы. Кроме того, такие скачки соответствуют массе Tcccc. «Эта частица уникальна — экзотический адрон, содержащий четыре кварка вместо двух или трех в обычных частицах материи, и первый, содержащий тяжелые кварки», — говорят ученые.

Пока

не ясно, является ли новая частица «истинным тетракварком», то есть системой из

плотно связанных четырех кварков, или она состоит из двух обычных пар. В любом

случае новая частица поможет теоретикам протестировать модели квантовой

хромодинамики, которая описывает сильное взаимодействие частиц. Авторы

собираются продолжить исследования во время третьего запуска LHCb, в марте 2021 года.

Показать полностью
135

Элементарные частицы на пальцах™

Элементарные частицы на пальцах™ На пальцах, Наука, Микромир, Копипаста, Длиннопост

эпиграф

"Весь мир лишь атомы и пустота"

Демокрит –400 год


Все тела состоят из атомов. Атомы находятся в бесконечной пустоте и при этом неделимы и неотличимы друг от друга. Все разнообразие мира возникает лишь от разности конфигурации атомов в структуры высшего порядка.


Как и другие философы Древней Греции, Демокрит выдвинул свою идею об атомах и общем устройстве мира абсолютно из головы. Посидел, подумал, почитал труды предшественников и современников и задвинул такую мощную телегу. Ни на чем не основываясь, лишь потому, что идея красивая и в слова складывается ладно. Древние греки вообще доказательствами себя сильно не морочили. Философские споры того времени решались просто — кто красивей выступил на публичном форуме, тот и прав. Многие современные аспекты человеческой деятельности так и остались на древнегреческом уровне развития, но вот наука со временем отмежевалась от философии и перешла к оперированию сущностями объективной реальности, данной нам в ощущениях, а нашим приборам в измерениях.


Что думает об элементарных частицах наука сегодня, точнее, как их можно представить себе на пальцах™, читайте далее.

Идея Демокрита о фундаментальных и неделимых атомах прожила 2500 лет и лишь совсем недавно получила научные подтверждения. Конечно, в нее внесли кое–какие корректировки, все знают, что атомы оказались не такими уж и неделимыми, что они состоят из элементарных частиц — электронов, протонов и нейтронов. Которые, в свою очередь, тоже, вроде бы состоят из неких кварков, но тут еще не до конца все понятно, так как состоят–то они состоят, но разделить их на отдельные части–кварки не получается, ибо конфайнмент.


Кроме этих трех вроде бы основных, существует еще масса других экзотических элементарных частиц, всяческие бозоны Хиггса и нейтрино, с разными параметрами и свойствами, их открыто уже более двухсот, так официально и называют "зоопарк частиц" или "particle zoo" по–английски.


Ученые знают (потому что тестировали, потому что проводили эксперименты) множество законов, которым эти частицы подчиняются, какими способами они могут соединяться друг с другом и даже превращаться друг в друга, однако до сих пор в научных кругах нет единого мнения, что же из себя представляют частицы, что они есть, в чем их суть?


В данной статье попытаюсь рассказать на пальцах™, как современная наука понимает суть элементарных частиц, повторюсь — единого мнения нет, есть множество формул, глядя на которые ученые мужи кивают головами и говорят — "да, сие есть правда". Но попробуй попросить объяснить, что эти формулы означают. Тут каждый выйдет вперед со своим толкованием, во–первых потому, что как я уже (три раза) упоминал — единого мнения до сих по нет, а во–вторых, потому что формулы описывают настолько заумные и далекие от повседневной жизни сущности, которые и представить себе сложно или даже невозможно, если не упрощать и не пользоваться доступными аналогиями. Если начать копать в глубину, у нормального человека мозг заканчивается уже на подступах, да и сами ученые на каком–то этапе бросают попытки визуализировать и как–либо представить себе происходящее, а просто продолжают гонять формулы туда–сюда, получая при этом (это важно!) предсказания, согласующиеся с результатами эксперимента.


И это совсем не значит, что "вот такие ученые дураки, даже элементарной частицы представить себе не могут!", как раз наоборот, наука продолжает давать верные ответы (что для нас означает — новые айфоны, автомобили и телевизоры) там, где человеческая фантазия и способность удерживать картинку в голове заканчивается. Натренированное на сказках "о драконах и принцессах" человеческое воображение пасует перед визуализацией "гамильтониана энергетических переходов многомерной вложенности" и прочими прелестями микромира. Но отчаиваться не стоит, не забираясь в детали и упрощая аналогии, любой неподготовленный человек может составить себе хоть какую–то картину, возможно данный пост поможет вам в этом.


Демокрит отказался провидчески прав, кроме неких деталей он почти все угадал верно — сегодня ученые считают, что даже атомы не нужны, весь мир лишь энергия и пространство–время (пустота).


Сначала люди думали, что элементарные частицы (которые тогда еще называли "атомы") это такие малююююсенькие шарики, которые непонятно как цепляются друг к другу, образуя все привычные вещества и предметы окружающей реальности. Почему шарики? Просто потому, почему бы и нет. Сфера — простейшая фигура, идеальная и симметричная со всех сторон. Природа ведь во всем стремится к простоте, в науке этот тезис звучит как "принцип наименьшего действия".


Древнегреческий математик и философ Платон решил, что шарики это слишком просто. Он наделил атомы формой, считая, что как и все совершенное, атомы должны представлять из себя правильные многогранники.

Элементарные частицы на пальцах™ На пальцах, Наука, Микромир, Копипаста, Длиннопост

Как вы наверное слышали, в девятнадцатом веке ученые решили, что элементарные частицы вовсе не частицы, а наоборот волны. А в начале двадцатого придумали квантовую механику, решили, что элементарные частицы сразу одновременно и волны и частицы, нарекли их "волночастицами", породив тем самым корпускулярно–волновой дуализм.


Однако уже к тридцатым годам прошлого столетия от этой концепции решили отказаться. Да–да, вот уже почти сотню лет никакого корпускулярно–волнового дуализма в науке нет. Что бы там ни рассказывали в школе, это устаревшее понятие, и ученые им больше не пользуются. Однако широкую публику решили не шокировать и пока от волночастиц вслух не открещиваться. Народу даже с дуализмом смириться, и то серьезных ментальных усилий стоит. А реальность уж куда удивительней и загадочней.


Дело в том, что любая элементарная частица это как бы хитросплетенный сконденсированный кусочек чистой энергии. Визуально представить подобное почти невозможно, воображение заканчивается. В этой статье я как раз пытаюсь на пальцах™ объяснить, что это может значит. Как способен существовать кусочек чистой энергии? А если способен, то почему элементарные частицы отличаются друг от друга, энергия–то одна и та же. Или все–таки разная?


Нет, энергия одна, хоть и принимает различные физические формы, как вода, разлитая по разным сосудам. Действительно, так как все элементарные частицы состоят из одной и той же энергии, то теоретически, они могут превращаться друг в друга в любой комбинации. Что, кстати говоря, и делают в реальности. Точнее, не совсем в любой. В мире элементарных частиц, как, впрочем, и в нашем, действуют так называемые законы сохранения. Существуют некоторые свойства, от которых невозможно избавиться никакими метаморфозами. Например закон сохранения электрического заряда, закон сохранения энергии, импульса и так далее, подробности чуть ниже.


Для начала подумайте, как устроены и для чего предназначены разнообразные ускорители частиц, вроде Большого Адронного Коллайдера и прочих синхрофазотронов? Весь смысл их работы — собрать большое количество энергии в малом объеме. Точка. Как это достигается, не так уж и важно. Самый простой способ, это разогнать две частицы и столкнуть их лоб в лоб. То есть берут два протона (на самом деле конечно же миллиарды протонов), разгоняют их по кругу в противоположных направлениях до практически световых скоростей и сталкивают друг об друга. От удара выделяется большая энергия. В достаточно небольшом объеме. Сами протоны уничтожаются в этом столкновении, на какой–то миг переходят в состояние чистой энергии, как бы "возносятся в небеса", чтобы потом "вернуться и осесть" в виде каких–то других частиц, если повезет, даже доселе неизвестных науке.

Вкратце, это все, чем занимаются ученые. Концентрируют большую энергию в малом объеме, и смотрят, что из этого получится. Для этого необязательно сталкивать протоны. Можно сталкивать электроны, нейтроны или атомы свинца. Можно вообще ничего не сталкивать, есть другие виды экспериментов, например очень мощный лазер фокусируют на мельчайшей мишени и расстреливают ее в упор, это тоже способ собрать большую энергию в малом объеме. В конце концов можно просто взять молоток и со всей дури начать херачить им по наковальне. При этом тоже будет выделяться некая энергия и при большой удаче можно будет получить какую–то элементарную частицу. Это я шучу, конечно, все–таки порядки энергий не совсем те, но в принципе идея та же самая. "Возгоняем" материю до состояния чистой энергии, а потом смотрим, во что она "оседает".


Тут важно помнить и понимать два существенных фактора. Первый я уже упоминал, это наличие законов сохранения. Вполне интуитивная концепция — существуют несколько не меняющихся характеристик, которые как вошли в реакцию, точно так же и выдут из нее. Самый главный тут, конечно — закон сохранения энергии. Посчитаем, сколько у нас частиц (по массе) участвовало в реакции, ведь, что масса, что энергия, все равно E=mc^2. Плюс добавим сюда ту энергию, которую частицы приобрели за счет своей скорости (а их для того и разгоняют в ускорителях, чтобы добавить дополнительной энергии). Ровно столько же энергии мы получим на выходе, она никуда не денется, не исчезнет. То есть теоретически (теоретически!), мы можем так разогнать два протона, что после столкновения их лоб в лоб у нас окажется столько энергии, что ее хватит на образование сразу миллиона протонов. Теоретически да, но тут нельзя забывать, что кроме закона сохранения энергии существуют и другие законы сохранения.


Например закон сохранения заряда. Если в реакцию "влетело" два протона, и каждый имел при этом положительный заряд +1, то и на выходе мы должны получить что–то, что будет иметь суммарный заряд равный +2. Например на выходе нас могут ожидать 1000 нейтронов (заряд 0), 1000 электронов (заряд –1) и 1002 позитрона (заряд +1), чтобы в сумме все равно получалось +2. Или любая другая комбинация, главное, чтобы общий баланс в итоге сошелся. Кроме этого есть и другие законы сохранения: закон сохранения момента импульса, барионного числа, спина, четности и т.д. Некоторые из них безусловные, т.е. работают всегда и при любых обстоятельствах, другие выполняются лишь в определенных конфигурациях, но в целом идея весьма простая. Что, грубо говоря, влетело в реакцию, то (в сумме) из нее и вылетит. Хоть и в совершено неузнаваемом виде, не обязательно это будут те протоны, которые изначально в нее влетали.


Отмечу, что у нас тут не обычная химическая реакция, а некий процесс перехода материи в состояние чистой энергии, а затем возвращение ее назад, но уже в абсолютно ином, точнее, абсолютно любом виде. Вылететь из этой реакции может все что угодно. Все, что не нарушает законы сохранения. Это могут оказаться совершенно экзотические частицы, вместо привычных протонов, электронов и нейтронов. Могут вылететь какие–нибудь тау–мезоны, мюонные антинейтрино, отрицательные W– бозоны, или вообще неведомая зверушка, для которой и названия не придумали. Как раз упомянутый выше "зоопарк частиц", который еще не полон и ученые периодически открывают новые, все более экзотические экземпляры.


Чем более массивная получилась частица, чем больше энергии мы затратили на ее изготовление, тем короче она живет. Практически все тяжелые экзотические частицы нестабильны, и в сжатое время (мы говорим о порядках 10^–24 секунды) они распадаются на другие, уже более легкие, которые тоже могут распасться на еще более легкие, покуда в итоге мы не вернемся к привычным стабильным протонам с электронами. Ну, и фотонам, конечно же. Фотоны — частицы света, частицы этой самой "чистой энергии" тоже рождаются в таких реакциях, и если не удается "осадить" в виде какой–нибудь стабильной частицы, то они просто разлетаются в стороны, унося энергию с собой в виде тепла. Получается, что энергия может существовать как–бы в двух состояниях. Состоянии собственно чистой энергии — не имеющих массы покоя и движущихся со скоростью света фотонов, или же она может "сконденсироваться и осесть" в виде какой–либо элементарной частицы, с массой покоя и другими присущими материи характеристиками. Это, если повезет, конечно.


Ведь есть еще и второй, очень важный фактор, который играет огромную роль во всех этих превращениях частиц друг в друга, но который совершенно не интуитивен с точки зрения каждодневного человеческого опыта. Все реакции "возгонки и осаждения" элементарных частиц происходят в мире, которым управляют законы квантовой механики. А если вы хоть чуточку знакомы с принципами этой механики, то должны бы знать — все процессы в ней принципиально вероятностны и абсолютно случайны. Например, влетело у нас в реакцию два протона, с суммарной энергией, скажем, 10 ТэВ (10 триллионов электронвольт). Цифра не значит абсолютно ничего и приведена лишь для примера, не нужно ей особо заморачиваться. Следуя законам квантовой механики, каждый раз из этой реакции будут вываливаться другой набор частиц. Учитывая все законы сохранения, естественно, о которых я писал выше. Но никогда не узнаешь наперед, что вывалится в следующей конкретной реакции. Вот у нас из двух протонов на энергии столкновения 10 ТэВ получился топ–кварк и три тау–лептона (еще раз напоминаю, все реакции не соответствуют действительным, и приведены лишь в качестве примеров), а вот из таких же двух протонов (или даже тех же самых) на той же энергии столкновения, родилось 10 каонов, 11 мюонов, 7 тау–нейтрино и один бозон Хиггса. И никогда не угадаешь, почему так, а не иначе.


Ну, ученые тоже не совсем зря хлеб едят. Они все подсчитали, и чисто статистически, учитывая все тонкости, могут сказать — с вероятностью 40% при столкновении на такой энергии из реакции вывалятся три тау–лептона. С вероятностью 25% родятся 11 мюонов и 13 позитронов. А 11 мюонов и 12 позитронов вообще никогда не родятся, ибо при этом нарушится закон сохранения электрического заряда. Но с вероятностью в 3% могут родиться 11 мюонов, 13 позитронов и один нейтрон, так как он нейтральный и своей лепты в закон сохранения заряда не вносит.


В принципе, если сильно не лезть в детали, самое важное в реакции это масса, т.е. энергия родившейся частицы. Например частица Z–бозон имеет массу около 1.6·10^–25 килограмм, и это уже не с потолка цифра, а из википедии взята. Значит, если мы столкнем два протона на энергии 91.2 ГэВ (91.2 миллиардов электронвольт), а это как раз эквивалентно массе 1.6·10^–25 килограмм по всем уже полюбившейся формуле эквивалентности энергии и массы E=mc^2, то скорее всего мы этот Z–бозон в результате и получим. Если все другие законы сохранения не нарушены, естественно. А можем и не получить. Все вроде есть, энергия присутствует, заряды на месте, все указывает на то, что в результате реакции должен родится Z–бозон. А он раз, и не родился. Вероятность не выпала, не судьба. Короче говоря — "без выигрыша, попробуйте еще раз".


Именно таким образом и искали небезызвестный бозон Хиггса, про которого столько шума было в прессе пару лет назад. Ученые не знали точной его массы, но предполагали, что по теоретическим расчетам, она должна быть не менее такой–то величины, но в то же время и не более другой. В этом промежутке энергий и сталкивали протоны наугад, в надежде, что попадут в верное место и бозон Хиггса все–таки родится. Потому его поиски заняли несколько лет, если очень упрощенно говорить — все это время наугад тыкали, на каких же энергиях необходимо сталкивать протоны, чтобы получился бозон Хиггса. Перебирали разные варианты и в результате в конце концов вроде бы нашли его на энергии 125 ГэВ, что составляет примерно 2.22·10^–25 килограмма, или около 133 масс протона.


Теперь собственно, основная часть статьи. Аналогия, которая, возможно, поможет хоть как–то визуализировать, что из себя представляет элементарная частица, каким образом она рождается и как умирает.


Представьте себе некую ткань, например полотенце, которое небрежно уронили куда–то. На полотенце лежат две кучки песка, символизирующие два протона. Затем по этой ткани снизу ударили рукой, песок из кучек поднялся в воздух и посыпался обратно на полотенце. А оно совсем не натянуто, оно скомкано, в горах и долинах, ямы то тут, то там, совершенно измятая структура. Песок в данной аналогии у нас представляет собой энергию, которая поднявшись вверх затем "осаждается" в виде частиц, а полотенце даже сразу и не соображу, что символизирует. Оно символизирует одновременно и начальные условия и законы сохранения этих условий, и конфигурацию пространства–времени в месте, где происходит реакция "нисхождения" энергии, и расположение локальных минимумов энергии в этом пространстве–времени и еще много чего. Короче говоря — символизирует условия, в которых происходит процесс "осаждения" энергии. Что–то такое эфемерное и надуманное, ну, так аналогия же. Не нужно к ней слишком сильно придираться, конечно можно найти кучу нестыковок, она для образного представления приведена, а не для точного описания физики элементарных частиц.


Вроде бы равномерно (но все–таки случайным образом) падающий на ткань песок будет накапливаться в ямках, формируя какие–то структуры. Тут горка, там горка, а тут целая горища, потому что ямка в этом месте была глубокая. Горищи окажутся скорее всего неустойчивыми и при малейшем колебании рассыпятся на более мелкие кучки, а кое–где так и останутся ни с чем не связанные отдельные песчинки–фотоны.


Тут должна быть анимированная трехмерная модель, как песок подлетает, а затем валится назад на полотенце, образует кучки, кучки собираются и вновь рассыпаются, все это в динамике, вращается в пространстве под разными углами, видны сечения процессов и так далее. Но  такой анимации в Интернете я не нашел, так что, поверьте на слово и включите воображение в этом месте все должно быть круто, информативно и доступно.


Читатели со звездочкой(*) знают, что хотя издалека полотенце кажется однородным и скомканным примерно равномерно, все время выходит так, что левые склоны формирующихся горок постоянно оказываются чуть более пологими, чем правые. Сразу и не заметишь, однако такая интересная закономерность была экспериментально обнаружена. Как и множество других, по кусочкам воссоздающих единую картину физики микромира.


Вот такая вот аналогия. Каждая образовавшаяся кучка песка в нашем воображаемом эксперименте представляет из себя некую стабильную частицу, получившуюся в результате "осаждения" энергии, высвободившейся при столкновении протонов. Причем не красивые ровные горы, а такие скрюченные складками полотенца, размазанные по пространству хреновины непонятной формы. А те горки, что развалились, представляют нестабильные частицы, которые вроде бы формируются, но потом опять распадаются под тяжестью собственного веса.


Какие в результате окажутся у нас частицы заранее и не скажешь, все будет зависеть от конфигурации изгибов ткани, а она у нас, напомню, брошена совершенно случайным образом. Но случайность–случайностью, а законы сохранения плюс статистика позволяют ученым делать кое–какие проверяемые предсказания.


Однако каждая кучка, по сути, состоит из одинакового песка. Просто сложенного в виде какой–то хитрой фигуры, заданной формой ткани полотенца. Каждая частица это одна и та же, но в разном количестве и по разному скомканная энергия. Еще раз особо подчеркну — не нужно думать, что наше скомканное полотенце, это искривленное пространство–время, в складках которого "застревает" энергия, образуя элементарные частицы. Не нужно понимать эту аналогию конкретно и буквально, искривления пространства–времени это совсем другой оперы либретто, это вам в Общую Теорию Относительности надо. От читателя хочу добиться лишь образной визуализации — каждая элементарная частица, это кусочек особым образом сконфигурированной (внешними обстоятельствами) энергии, висящей в окружающей пустоте. Вроде (только вроде!) нижеприведенной картинки, хотя это и вольная фантазия художника, а не реальная фотография частицы, естественно.

Элементарные частицы на пальцах™ На пальцах, Наука, Микромир, Копипаста, Длиннопост

Конфигурация (фигура, если можно так сказать) данной энергии очень важна. Конфигурация энергии воспринимается нами, наблюдателями, как свойства конкретной частицы — заряд, спин, барионное число, масса покоя и так далее. Именно от этих свойств зависит, как частицы взаимодействуют между собой, или даже как превращаются друг в друга. Некоторые частицы вообще не будут друг с другом взаимодействовать. Не подходят их конфигурации друг другу, не входят "штырьки в отверстия, а ключи в замки", они просто пролетают мимо друг друга, а иногда и сквозь друг друга в прямом смысле слова, без взаимодействия. Потому что энергия же, ничего твердого внутри частиц нет.


Если конфигурация иная, частицы сталкиваются лоб в лоб, и разлетаются, словно бильярдные шары. Как будто–бы их энергия становится твердой. Хоть так и неправильно говорить, конечно. Просто при взаимодействии двух кусочков энергии они так идеально подходят друг другу, что образуют взаимодействия притягивания или отталкивания. А если конфигурация третья — то и могут объединиться в единую систему, стать запутанными частицами, образовать единую волновую функцию. А то и вовсе слиться из двух в одну устойчивую частицу, так тоже бывает.


И еще раз, теперь уже в последний, напомню и предостерегу. Представление частицы, как некой "хитрым образом размазанной по пространству энергии" призвано лишь помочь в визуализации. Это лучше чем "корпускулы", лучше чем "волны" и даже лучше, чем "корпускулярно–волновой дуализм". Но это все еще очень далеко от реальности. В реальности придется долго–долго перемножать многоэтажные тензоры комплексного гильбертова пространства, чтобы хоть как–то что–то предсказать и рассчитать. А как там оно на самом деле до сих пор не знает никто.

Показать полностью 2
73

Почему время течет вперед на пальцах™

Всем привет. Очередная мозговыносилка на пальцах™)


Задумывались, почему время всегда движется вперед? Все знают, в отличие от железобетонного и неизменного времени механики Ньютона, в Теории Относительности время не абсолютно, оно пластично и струится медленнее или быстрее в зависимости от системы отсчета наблюдателя, время можно тормозить и ускорять, но оно никогда не останавливается и не поворачивает вспять. Как бы мы ни разгонялись, в какие ракеты ни садились, к каким черным дырам ни летали, время не развернуть. Оно всегда идет только в одну сторону, перетекая из прошлого напрямую через наш мозг (именно там сидит хитрый и не до конца понятный момент, который мы называем "настоящее" или "сейчас") и устремляется оттуда стрелой в будущее. Данная концепция так и называется в науке "стрела времени", потому что у нее есть четкое направление.


Если отвлечься, то можно представить, что время это самая натуральная стрела. Ее острый наконечник впился в череп каждому в момент рождения (или зачатия, кому как нравится), и всю жизнь длиннющее древко летит сквозь голову, а где–то там вдалеке уже маячит оперение. И как только стрела проскочит меж глазами и покинет тело, оставит личность, время тоже закончится. Причем для личности — насовсем.


Но не об этом я хотел рассказать, а о том, почему время течет всегда только вперед, всегда в одну сторону. У данного феномена есть известное научное объяснение, связанное с законом неубывания энтропии, хоть и оно не без изъянов, в первую очередь потому, что ученые до сих пор не знают до конца и точно, что же такое время, в чем его внутренняя сущность. Это такое понятие, что чем дальше рассказываешь, чем глубже копаешь, тем больше начинаешь повторяться, покуда не совершишь полный цикл и не убедишься, что невозможно объяснить, что такое время, прежде чем не объяснишь, что такое время.


Но не будем ударяться в метафизику и философию, это опять не то, о чем сегодня пойдет речь. Я хочу посвятить пост не очень известному и даже немного неожиданному выводу, почему время идет вперед, вытекающему из законов и явлений природы, откуда, вроде бы, ну, никак ничего связанного с временем и его направлением не ожидаешь.


А речь пойдет о законе Ампера, известному (известному, известному, хоть большинство и подзабыло, конечно же) всем и каждому с седьмого класса школы. Там даже формул никаких не нужно знать, достаточно помнить, что если по двум проводникам в одну сторону течет ток, они начинают притягиваться. Или отталкиваться, если ток течет в разных направлениях.

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Не зело великое знание есть, конечно. Если Ампер в начале 19го века мог пугать своим открытием необразованных крестьян, то сейчас, в начале 21го даже самый отсталый знает почему так происходит, и почему стрелка компаса поворачивается, если ее подносить к проводнику с током, этот пример всем оскомину набил с детства. Что, дескать, вокруг провода возникает магнитное поле, и если показать розетке большой палец, и, вроде как, ток входит в правую ладонь, то это правило правой руки и правого буравчика, если в левую, то левого буравчика, а если сразу в обе ладони входит, то 220 Вольт знатно шарахнут, может даже насмерть.


Закон Ампера это вам не какие–то отвлеченные квазары из далекой–далекой галактики, не квантовые нейтрино или Большие Взрывы заумные — его каждый руками может пощупать. И даже самолично вывести, наука не хитрая. Взял проводник (кусок провода длиной 1 метр), электрический источник, компас. Пустил по проводу ток в 1 Ампер (забавный каламбур, да? В 19м веке один Ампер пускал по проводнику токи в один Ампер), замерил, на сколько градусов отклонилась стрелка компаса, записал в тетрадочку. Пустил 2 Ампера, "стрелка отклонилась на больший угол" — записал в тетрадочку. Потом 3, 4, 5 Ампер, замерил углы, записал, построил график, вывел формулу, сверил с википедией. Делов на 30 минут, тут даже не школьник, тут дошкольник справится.


ВНИМАНИЕ! Это был оборот речи, не стоит подпускать дошкольников к проводам с током в 1 и более Ампер. Я серьезно.


Все проще пареной репы, в двух словах закон Ампера говорит, что электрический ток рождает магнитное поле. И чем сильнее будет ток, тем сильнее окажется магнитное поле. Это понятно, это знают все, это не интересно. Все так же помнят, что и наоборот принцип работает замечательно (хотя в этом случае уже законом Лоренца называется) — магнитное поле порождает электрический ток, не зря турбины на станциях крутятся, электроэнергию нам вырабатывают, причем заметьте, они как раньше крутились, так и сейчас крутятся, сила Лоренца со временем не убывает, а тарифы каждый год повышаются.


Андре Ампер придумал свой закон для постоянного тока, с переменным все примерно то же самое, хоть и чуточку замороченней формулы. Переменный ток это переменное, т.е. меняющееся, электрическое поле, которое порождает в этом случае тоже меняющееся поле магнитное. Но вычисления там посложнее. В середине 19го века ученый Джеймс Максвелл собрал все формулы описывающие электричество и магнетизм в одну кучу (их получилось 20 штук!) и назвал своим именем. Получились известные уравнения Максвелла, на которых построена вся электродинамика, то есть очень грубо говоря "все электричество", что в свою очередь означает — весь наш прогресс, вся современная цивилизация.


20 длиннющих формул это очень скучно и долго, ученые уже после Максвелла посидели, покумекали, перевели их в векторную дифференциальную форму, посокращали чуточку ненужные коэффициенты, и получилось 4 уравнения. Не могу их не привести, даже если не совсем ясно о чем они, все равно, это одна из вершин человеческого гения, то, что в жизни должен хотя бы попытаться понять каждый, то, что не стыдно инопланетянам показать. Скажу больше, не знай мы эти 4 формулы, никаким инопланетянам вообще показать ничего не получится, ибо связаться с ними по радио станет проблемой.


Записать формулы можно в разных видах, разных версиях и системах единиц, например можно так:

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Повторюсь, это самая выжимка, самые центра, чтобы на майку картинка помещалась, если начать разбираться и разворачивать написанное, каждый символ окажется сложным уравнением или понятием, так мы доберемся до изначальных 20ти, но потратим на это года два высшей математики институтского курса. В ход пойдут роторы, дивергенции, интегрирование входящего потока по поверхности, изменяющиеся во времени и пространстве вихревые поля, и прочий замороченный матан. Мы туда даже близко не полезем, лишь чуточку буквы расшифрую, чтобы хотя бы приблизительно понятно было, о чем речь идет.


Большая английская буква Е во всех формулах означает, что речь тут идет об электрическом поле. Векторном, все дела, стрелочки на месте. Большая английская буква B — соответственно, поле магнитное. Большая J — электрический ток (точнее не совсем, но для простоты будем считать, что электрический ток), маленькая ρ это заряд, t — время, с — скорость света, ноль означает ноль.


Первое уравнение (вслух) читается так: "Дивергенция электрического поля равна суммарному заряду", а подразумевает сие выражение простую мысль — в мире существуют маленькие единичные кропалюшки, называемые электрический заряд (например электрон), которые распространяют вокруг себя неведомую штуку, проявляющую себя как электрическое поле.


Второе уравнение читается так: "Дивергенция магнитного поля равна нулю", а означает, как ни странно — магнитных монополей не существует. Хотя, возможно вы слышали, поиски гипотетических магнитных монополей (не монополий, как Газпром, а монополей, как единичный заряд) сегодня весьма горячая тема в науке, но это уже совсем другая, точнее сильно продвинутая, квантовая наука, в середине 19го века для Максвелла магнитных монополей не существовало, как минимум об этом гласит его второе уравнение. Это значит магниты всегда бывают с парой полюсов, северным и южным, и разделить их по отдельности никак нельзя.


Третье звучит замысловатей: "Ротор электрического поля равен скорости изменения плотности магнитного потока". Причем еще и со знаком минус. В человеческих словах это означает, я уже говорил, изменяющееся магнитное поле порождает электрическое.


Четвертое: ""Ротор магнитного поля пропорционален скорости изменения плотности потока электрического", там еще скорость света затесалась, плюс какой–то дополнительный ток с магнитной проницаемостью вакуума. Читатели со звездочкой(*) узнали в нем т.н. "ток смещения", но это несущественные сейчас детали, по сути это как раз закон Ампера, с которого начался мой рассказ, только разукрашенный всякими дифференциальными прибамбасами.


Уравнения существуют не просто так, их принято решать. Если начать комбинировать все 4 формулы одновременно, задавая всякие граничные условия, приравнивая разные стороны к нулю, приводить к общему знаменателю и так далее, мы сможем вывести, например такую штуку:

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Или то же самое для магнитной составляющей, они с электрической полностью симметричны в этом случае:

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Это формула электромагнитной волны в вакууме. Джеймс Максвелл своими уравнениями предсказал — если взять изменяющееся по какой–то причине электрическое поле, оно тут же рядом с собой породит поле магнитное. Которое тоже окажется меняющимся, а раз меняющееся — значит в свою очередь тоже начнет порождать меняющееся электрическое поле, которое (см. начало предложения) породит новое магнитное поле, которое... и так по кругу эти поля друг–друга начнут порождать, но при этом стоять на месте не будут, а убегут от нас вдаль со скоростью света.

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Красной стрелкой тут показана сила электрического поля E, а синей магнитного B.


Через 30 лет после начала теоретических изысканий и формул Максвелла, немецкий ученый Генрих Герц, именем которого названы гигагерцы наших Пентиумов, экспериментально обнаружил электромагнитные радиоволны, а через какое–то время стало понятно, что и видимый свет точно такая же радиоволна, только не "радио–", а, ну, короче. И пошло–поехало: радиостанции, телевидение, интернет, сотовая связь, межпланетная коммуникация, глобализация, как новый этап развития человечества.


Вообще, фактически 99.9% из того, что мы видим, ощущаем, осязаем и так далее, вся та штука, которую мы называем окружающей реальностью, соответственно, вся наша жизнь и чуть–чуть больше — это ничто иное, как проявление электромагнитных волн и их взаимодействие с нашими рецепторами и органами чувств. И не только снаружи, но и внутри нас, в собственном мозгу. Весь окружающий мир для каждого конкретного человека — набор электрических импульсов, воссоздающих картину реальности и помещающих субъекта (себя) в ее центр.


Все это, как я уже сказал, прекрасно (если не считать нескольких пограничных квантовых эффектов) описывается формулами, которые были открыты и математически решены в середине девятнадцатого века, за несколько лет до отмены крепостного права в России. Ну, или за несколько лет до отмены рабства в США, кто по чему угорает.


Посмотрите еще раз внимательно на формулу электромагнитной волны. Кратенько поясню, о чем тут идет речь, это важно для дальнейшего повествования.

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Видно, что сначала электрическое поле E делится на x, y и z, которые в квадратах, и еще какая–то цифра 6, только перевернутая наоборот – ∂. Все вместе это называется вторая производная по координатным осям, т.е. показывает, как наше электрическое поле раскладывается по осям пространства x, y и z. Знаете, что такое оси пространства, почему наше пространство трехмерное и так далее? На эту тему тоже есть посты на пальцах™. А дальше, если не обращать внимание на с^2 (скорость света в квадрате), мы увидим, что электрическое поле точно так же (хоть и со знаком минус) раскладывается по оси t, т.е. по оси времени. Скорость света в формуле нужна лишь чтобы размерности везде были одинаковые, чтобы можно было метры с метрами складывать. Даже при беглом взгляде видно, если не сильно обращать внимание на знаки плюс или минус — разложение электрического поля по оси пространства, как и разложение по оси времени, примерно одно и то же или как минимум очень похожее дело.


Именно тогда у физиков начали закрадываться подозрения, что время это что–то очень похожее на пространство, что они как–то связаны друг с другом, во всяком случае, при описании поведения электромагнитных волн. Хотя еще не рискнули напрямую объединить данные понятия в единое целое — мало ли что там в формуле написано. Сами знаете, написанное на чем–то может сильно отличаться от истинного содержания, скрытого за надписью или стеной сарая.


Потребовалось полвека и гений уровня Эйнштейна, чтобы поверить математике и объявить единое пространство–время не забавным казусом в формуле по расчету электромагнитных волн, а основой устройства мироздания или как минимум Теории Относительности.


С другой стороны нельзя не упомянуть, совсем не Эйнштейн лично это пространство–время придумал из головы. Говорю же, полвека до этого уже было известно, на данную тему пыжили умы почти все причастные к передовым рубежам науки того времени — Лоренц, Пуанкаре, Планк, Минковский, Риман...


Немного упрощу приведенную формулу, избавлюсь от производных, запишу ее с квадратами. (Внимание, математически так делать нельзя, это недопустимо! За такое преподаватели в институтах студентам ноги отрывают, я воспользовался подобной уловкой исключительно в рамках объяснения на пальцах™, не вздумайте где–то на экзамене подобное ляпнуть!) Это не совсем правильно, точнее совсем неправильно, но тут сгодится, выводы оказываются одинаковые, а объяснение получается гораздо легче.

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Е это у нас электрическое поле, с магнитным B будет точно такая же формула. Но приглядитесь, это же по сути квадратное уравнение! Особо внимательный читатель может заметить, что формула разительно схожа с теоремой Пифагора, только не для плоского треугольника, а для трехмерного, точнее четырехмерного, потому что время t это тоже координата, от чего плавно перейдет к понятию инвариантного интервала, но мы туда не полезем. Так же обратите внимание — скорость света с никуда не делась, вон она, тоже в квадрате, что не так сейчас важно. Важно, что она вшита намертво в уравнения Максвелла, определяя скорость распространения электромагнитных волн. А если переходить к Эйнштейну и Теории Относительности — это вообще самая высокая возможная скорость распространения информации по нашей Вселенной.


Про квадратное уравнение скажу только одно. Кто не знает что такое квадратное уравнение, того нельзя назвать человеком и пустить в 21й век. Серьезно, вот есть такая извечная философская проблема — что есть человек и чем он отличается от животного? Ну, понятно, что человек гораздо сложней и высокоорганизованней, но где провести грань? Собаку можно научить понимать слова и команды. Тренированная обезьяна сама может говорить (на языке глухонемых), дельфины в стаях общаются на своем языке, у них есть эмоции и чувства, они многое понимают. Даже подопытную мышь можно научить решать несложные логические задачи, а обезьяны могут в уме складывать и вычитать предметы, если их количество не сильно больше десяти.


Для меня лично грань понятия "человек разумный" проходит как раз где–то в районе квадратного уравнения. Ни одно животное не может понять, что это такое — слишком высокий уровень абстракции требуется. Пещерный человек, боящийся огня и молний не может осознать квадратного уравнения и тоже не может называться человеком разумным. Скажу больше... Нет, не буду говорить. Просто напомню, все–таки 21й век на дворе, чтобы считаться человеком современности недостаточно уметь писать и читать по слогам. Уровня воскресной церковно–приходской школы уже не хватает, нужно хотя бы до шестого–седьмого класса доучиться. И совсем не требуется заучивать формулу дискриминанта назубок или в уме корни вычислять, достаточно хотя бы в принципе помнить, что существуют подобные уравнения, осознавать в чем их смысл и быть достаточно развитым, чтобы суметь нагуглить решение. Иначе извините, но вам в будущее никак.


Я надеюсь, что каждый из тех, кто дочитал до этого места, видел в жизни хоть одно квадратное уравнение и хотя бы примерно в курсе, как их решать. Но самое главное, он должен понимать, что у любого квадратного уравнения всегда два решения, два корня. Это и есть необходимый уровень логики и абстракции недоступный животному, но предлагаемый мною для проверки на человечность и на разумность.


Может быть вы даже помните, в школе нас обманывали — мол, если у квадратного уравнения дискриминант равен нулю, то корень у него один, а если меньше нуля, то корней и вовсе нет, так и запишем в ответе. Пришло время раскрыть страшную тайну, доступную лишь элитарному клубу человечества, только лучшим из лучших — у любого квадратного уравнения всегда есть решения и их всегда ровно два. Так требует математика, так требует логика. Правда решения могут оказаться не действительными, а наоборот комплексными, но это никак ничего не отменяет.


Абстрактная математика немного (на самом деле сильно и много) шире, чем обозримая реальность. Чтобы это понять как раз и требуется быть чуть выше животного, реагирующего только на набор внешних раздражителей. Человек ведь должен не только реагировать, но и соображать!


Итак, задача на соображалку. Пусть площадь пола прямоугольной комнаты 54 квадратных метра, а одна стена длинней другой на три метра. Что можно сказать о длине стен этой комнаты?


Человек обладающий абстрактным мышлением скажет: "Одна стена будет длиной х, вторая x + 3, а произведение их равно 54".


x · (x + 3) = 54


или то же самое, в более привычном виде:


x^2 + 3х — 54 = 0


Решаем квадратное уравнение, получаем два (а их всегда два, помните, да?) корня: 6 и –9.


Далее не забываем, человек у нас не простой, а разумный, он скорее всего разумом своим пораскинет и скажет: "Хотя чисто абстрактно–математически корня у нашего уравнения два, но живем–то мы в реальной реальности, данной нам в ощущениях! И памятуя о том, что реальность чаще всего существенно уже (в смысле меньше) математики, абсурдный ответ в минус девять метров мы отбросим. Потому что я не просто какое–то отвлеченное уравнение решаю, я ищу площадь и длину стен конкретной комнаты в которой прямо сейчас нахожусь. И вижу, что у нее длина стены никак не "минус девять". Значит, отбросив один корень, получаю длину первой стены шесть, а второй на 3 метра больше, то есть 9 метров. Обычных человеческих, не минус–метров. В нашей Вселенной, в той, где мы живем минус–метров в комнатах не бывает".


Точно та же ситуация с уравнениями электромагнитных волн. Я уже говорил, что это не совсем квадратное уравнение, там на самом деле вторая частная производная, но если сильно на это внимания не обращать и развернуть формулу, получается такая же петрушка.


Вычисляя уравнение электромагнитной волны (как она ведет себя во времени и в пространстве) мы получаем два возможных решения, оба из которых абсолютно валидны с точки зрения математики. Но что они представляют из себя в реальной реальности?


Одно из решений описывает следующий процесс: Человек взял в руки спичку и чиркнул ее о коробок. Спичка вспыхнула, загорелся огонек, во все стороны темной комнаты (площадью 54 квадратных метра, ага) полетели световые фотоны, или по другому — электромагнитные волны видимого и инфракрасного спектра. Через какое–то время (довольно быстро, скорость света все–таки) эти волны достигли стен комнаты и осветили их. Если в стенах были окна — электромагнитные волны от зажженной спички просочились сквозь стекла и полетели дальше, все расширяясь, отправились в свой бесконечный полет по Вселенной, покуда их не остановит собой пытливый глаз наблюдателя, если вообще когда–нибудь что–нибудь остановит.

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

А теперь другое решение уравнений Максвелла, абсолютно приемлемое с точки зрения математики: Где–то далеко, на самой границе Обозримой Вселенной, непонятно как и по какой причине зародилась электромагнитная волна. Волна была еле–еле заметная, почти неуловимая, но с полетом росла и набирала мощь, пролетев 13.8 миллиардов лет она ворвалась к нам в окно, и тут же слилась с точно такими же волнами, очень удачно и вовремя излученными стенами, чтобы успеть собраться воедино и мощно ударить в спичку, где из сернистого газа и оксида фосфора получить целую спичечную головку, аккурат в тот момент, когда мы чиркали ей по коробку. Надо же, какое совпадение!


Оба решения математически верны, оба могут произойти, почему бы и нет? Но мы–то с вами человеки разумные. Мы понимаем, что существует причина, и существует следствие. Мы можем осознать, что одно из решений не является описанием нашей реальности, математика математикой, но одно из решений придется отбросить как абсурдное. В нашем мире лишь одно решение имеет физический смысл — электромагнитные волны летят от зажженной спички, а время течет только вперед.


Все.


Это и есть ответ на вопрос заглавия статьи. Неожиданно, правда? Вы, наверное, уже забывать стали с чего все начиналось, думали я пустился в философские разглагольствования и математический ликбез для шестиклассников, при этом совсем потеряв нить повествования?


Нет. Вот так, решая отвлеченные уравнения Максвелла мы неожиданно поняли не только то, что для электромагнитных волн и пространственная и временная координата почти одно и то же, лишь часть единой формулы, а распространяются они в общем четырехмерном пространстве–времени (а это серьезная заявка на Эйнштейна!), но и что одно из решений абсурдно с физической точки зрения, описывает какую–то не нашу Вселенную, там причина путается со следствием, а стало быть время у нас течет только в одну сторону, а не в математически возможные две.


* * *


NB! Небольшое послесловие для читателей со звездочкой(*). Спешу повиниться перед вами и признать, статья по структуре немного похожа на трюк иллюзиониста. Я уже упоминал вначале, что для того, чтобы объяснить, что такое время, сначала придется объяснить, что такое время. Тут похожая ситуация. Хотя сами рассуждения звучат довольно убедительно, если начать ковыряться в математике и формулах окажется, что в сами уравнения Максвелла причинно–следственная связь вшита с самого начала. А мы, якобы опираясь на довод "причины и следствия", выбрасываем то, что было получено при помощи этих самых "причины и следствия". Отбрасывая одно из решений "как абсурдное", мы на самом деле поступаем довольно–таки волюнтаристски, ничего тем самым не объясняя и не проясняя.


Гораздо более правильный подход в объяснении феномена стрелы (направления) времени лежит именно в термодинамике, в статистической физике, в переходе к неубыванию энтропии и в конечном итоге упирается во второе начало термодинамики (это которое говорит, что нельзя вечный двигатель построить). Но об этом как–нибудь в следующий раз, если будет такое желание, здесь же я вероломно воспользовался неожиданным результатом решения уравнений Максвелла для того, чтобы привлечь к ним внимание читателя и попытаться на пальцах™ объяснить, что это такое и почему они так важны для современной цивилизации. Читатели со звездочкой(*) конечно же сразу разгадали мой не очень–то прикрытый замысел, специально для вас я приготовил вот какую мысль по голове покатать.


В окружающей нас реальности ученые насчитали 4 фундаментальных взаимодействия, которые путем ловких математических манипуляций можно свести к двум: электромагнитно–сильно–слабое и гравитация. Я уже упоминал, что 99.9% (или 99.99%, кому как нравится, все равно цифра оценочная и примерная) наблюдаемых феноменов и, соответственно, поступающей в нас информации, это проявление электромагнитно–сильно–слабых эффектов, но для простоты две последние составляющие можно отбросить и заявить, что электромагнетизм это та сущность, которая почти полновластно управляет реальностью на ощутимых человеком масштабах, хотя и о гравитации тоже забывать никак нельзя. Гравитация — бессердечная сила, и тех, кто хоть на секунду от нее отвлечется, она тут же ткнет носом в асфальт, в самом прямом смысле слова. От чего уравнения Максвелла знай, о квантовой механике понятия имей, но и в Теории Относительности (теории гравитации) тоже не плошай, ибо чревато.

Почему время течет вперед на пальцах™ На пальцах, Время, Наука, Гифка, Длиннопост, Копипаста

Другое дело — окружающая нас виртуальность. Да, виртуальность это уже почти полноправная реальность (новый, дополнительный слой реальности как минимум), хотя детализация еще пока местами хромает и связь периодически обрывается. Однако обратите внимание, тот текст, что вы прямо сейчас читаете, как и все остальные статьи на пальцах™, как и многое, многое другое, находятся исключительно в виртуальности, они никогда не выходили в окружающий нас мир, и, возможно, навсегда останутся лишь набором байтов, то есть по сути, электромагнитных волн, не имеющих массы покоя. Они не подвластны законам гравитации, в Интернете вообще нет сил тяготения, один сплошной электромагнетизм. В любой виртуальной игре можно полностью отключить гравитацию путем выставления соответствующих параметров, можно менять ее как хочешь, а можно ей и вовсе не подчиняться. При этом электромагнетизм раскрыт во всей красе, даже корпускулярно–волновая двойственность присутствует. В основе любой записанной информации лежат биты (кванты по сути), но передача информации идет электромагнитными волнами со скоростью света, любой играющий в доту из Европы на американском сервере знает, что такое лаг (задержка сигнала), и существенная часть этого лага фундаментально обусловлена скоростью распространения электромагнитной волны по проводам.


В виртуальности не 99.9%, а все 100% окружающих явлений имеют под собой электромагнитную составляющую. Здесь сложно опираться на многовековой опыт эволюционных привычек, тут нет гравитации, яблоки могут падать наверх, а казалось бы "абсурдное" отбрасываемое второе решение уравнения Максвелла может оказаться никак не абсурдным, что вы на это скажете?

Показать полностью 9
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: