Что происходит, когда смотришь на звезды
А вы когда-нибудь думали, что происходит, когда вы смотрите на бескрайнее звездное небо? Вот оно перед вами, во всем своем великолепии миллионов далеких светил. От края до края горизонта раскинулся Млечный путь. А вон то туманное пятнышко в созвездии Андромеды – это гигантская галактика на расстоянии 2,5 миллиона световых лет от нас! И вот ты стоишь на поверхности Богом забытой планетки, у непримечательного желтого карлика в дальнем рукаве средней по размерам Галактики... и смотришь на звездное небо.
И в этот самый момент, в твой глаз ОДНОВРЕМЕННО попадают фотоны с миллионов совершенно разных звезд. Фотоны, родившиеся в глубинах голубых и красных гигантов, двойных и тройных звезд, а возможно и желтых карликов, как наша собственная звезда. Эти фотоны сотни тысяч и миллионы лет двигались от места рождения в недрах своих звезд к их поверхностям и, будучи освобождены от гигантского притяжения матери-звезды, попали в межзвездное пространство. Тысячи, сотни тысяч лет эти фотоны преодолевали необозримые пространства Вселенной. Им пришлось, не столкнувшись ни с единой молекулой за время своего пути, миновать облака космического газа, планеты, кометы, астероиды, и наконец, пронзив атмосферу нашей планеты – попасть к тебе… Иные же фотоны прилетели к нам из других галактик, начав свое межзвездное путешествие еще в те давние времена, когда свои первые шаги по Земле сделал представитель вида Homo.
Но для самих фотонов это был лишь миг, с момента рождения до момента смерти, ибо такова их природа. Да, прямо сейчас, эти фотоны, с разных уголков Вселенной, одновременно закончили свой бесконечно далекий для нас (и ничтожно малый для них) жизненный путь – в сетчатке твоего глаза. Превратившись в электрические импульсы, они создали в твоем мозгу новые нейронные связи. Ты просто смотришь на звездное небо, а твой мозг становится кладбищем фотонов Вселенной! И каждый раз, когда, даже спустя годы, ты будешь вспоминать о том, какое же классное было звездное небо в ту теплую летнюю ночь – ты будешь посещать это кладбище. Эти звездные фотоны - они все еще там…
Энергия без электричества — в ИТМО разработали наноустройство для оптического компьютера
Физики ИТМО и Академического университета им. Ж. И. Алферова разработали устройство, которое может применяться как транзистор для оптического компьютера.
Разработка позволяет без использования электрических проводников создавать электрическое поле в наноструктуре. Ученые смогли не только теоретически описать этот процесс, но и экспериментально продемонстрировать его в наноантенне.
Транзисторы, крошечные полупроводниковые приборы, которые нужны для управления электронным потоком, содержащим в себе информацию, каждый год становятся все меньше и энергоэффективнее. Во многом именно от них зависят мощность и скорость работы любой техники, в том числе компьютеров и смартфонов. Однако ученые и инженеры почти достигли фундаментальных пределов по их улучшению. Увеличить производительность устройств можно с помощью перехода от электронов к частицам света (фотонам). Фотоны — идеальный инструмент для передачи информации: свет может переноситься на десятки и сотни километров практически без затухания и искажений. Поэтому создание оптического компьютера — это уже давно не просто научный интерес, а необходимость.
«Для разработки оптического компьютера нужно заменить каждую часть обычного ПК на оптический аналог. Мы смогли сделать в некотором смысле строительный кирпичик будущего оптического чипа — наноструктуру, которая может использоваться как конденсатор или даже транзистор. С ее помощью можно в том числе управлять потоком фотонов: например, менять интенсивность или направление излучения. Также в нашей наноструктуре удалось сгенерировать постоянное электрическое поле, причем только за счет света, без использования электродов или дополнительных электрических систем»,— рассказывает Яли Сунь, младший научный сотрудник физического факультета ИТМО.
Миниатюризация — это еще одна из задач, которую старались решить ученые: чем меньше структура, тем больше потенциальных транзисторов можно поместить на единице площади, то есть тем мощнее будет готовое устройство. Наличие оптических резонансных свойств и объединение двух материалов в единой наносистеме позволили ученым создать в ней статическое электрическое поле под действием лазерного излучения и таким образом обойтись без электродов. Ранее этот эффект удавалось продемонстрировать только в громоздких системах — например, в объемном кремнии.
«По форме наша наноструктура напоминает шахматную пешку — сферу, погруженную в усеченный конус. Наши исследования на наноструктурах с разной геометрией показали, что именно такая форма лучше всего подходит для генерации электрического поля. Наноструктура включает в себя материалы, которые широко применяются в микроэлектронике,— кремний и золото. Как она работает: мы светим на нее лазером и формируем электрическое поле в полупроводнике, которое изменяет оптический отклик наносистемы. То есть выходным излучением такой наноструктуры можно управлять за счет света. Это важно для фотон-фононного взаимодействия. Результаты помогут в создании оптических компьютеров, где все процессы будут выполняться только за счет фотонов»,— поясняет Артем Ларин, соавтор проекта, инженер физического факультета ИТМО.
По словам Дмитрия Зуева, научного руководителя проекта, старшего научного сотрудника физического факультета ИТМО, самым сложным в исследовании было описать экспериментальные результаты теоретическими расчетами, так как теория объясняет идеальный случай без учета множества факторов. Дальше физики планируют провести эксперименты с другими геометриями, чтобы упростить технологию создания таких наносистем.
Дмитрий Зуев, старший научный сотрудник физического факультета ИТМО, ответил на вопросы «Ъ-Науки».
— Известные на сегодня альтернативные источники питания могут преобразовывать энергию ветра, воды или солнца. Ваша наноструктура устроена по-другому? Расскажите как.
— Нашу наноструктуру не совсем корректно сравнивать именно с источниками питания, так как электрическое поле в нашем случае создается ультракороткими лазерными импульсами на небольшой момент времени. Гипотетически поле с такой напряженностью могло бы быть сформировано при освещении солнечного элемента миллионом солнц (что, конечно, привело бы к разрушению солнечного элемента), но так как в нашей наноструктуре поле живет недолго, то она не разрушается. Поэтому разработанную нами систему логичнее использовать не для хранения энергии, а для быстрой модуляции оптических сигналов в перспективных системах связи и передачи информации.
— Что такое оптический компьютер? Зачем надо его создавать? Чем он будет лучше обычного «электрического»?
— Элементная база обычного компьютера представляет собой набор пассивных и активных компонент — проводов, по которым бегут электроны, и транзисторов, которые выполняют логические операции. Теперь давайте заменим такую элементарную частицу, как электрон, на фотон и для него реализуем элементную базу ранее указанных компонент. В таком случае обычный ПК превращается в ультрасовременный оптический компьютер прямиком из научной фантастики. Таким образом, оптический компьютер — вычислительное устройство, где информация передается и обрабатывается с помощью операций над потоком фотонов.
Переход от «электрического» компьютера к оптическому вызван прежде всего необходимостью увеличения скорости и объема обработки-передачи информации. В настоящее время для электрических компьютеров эта задача решается миниатюризацией электронных компонентов. Такой подход рано или поздно столкнется с фундаментальными физическими ограничениями, прежде всего связанными с нагревом. Компьютеры на основе оптических чипов позволят избежать не только этой проблемы, но и сопутствующих расходов, связанных с охлаждением вычислительных систем. При этом оптические компьютеры будут проводить расчеты на порядок быстрее, поэтому они найдут свое применение для решения сложных параметрических задач и обработки больших объемов данных за короткое время.
— Сможет ли подобный прибор работать совсем без электричества?
— Если говорить о замене электронов на фотоны при использовании существующей архитектуры компьютера, то нужно учитывать, что источники оптического излучения все равно питаются от электричества. Конечно, если пофантазировать, то можно предположить, что для работы оптического компьютера можно использовать солнечное излучение, которое при этом все равно надо будет предварительно подготовить (сделать когерентным, а также выделить определенную длину волны излучения). Однако в этом случае устройство потеряет свою автономность, ведь, когда зайдет солнце, устройство отключится. Но если серьезно, чтобы оптическое вычислительное устройство работало, нужен источник излучения, который работает без перебоев целый день. Поэтому в настоящее время реалистичной кажется концепция гибридной системы, когда источники излучения питаются от розетки, а все логические операции, работа с оптическими аналогами элементов памяти будут реализованы при помощи оптических сигналов.
— Для чего еще в будущем можно будет использовать технологии, основанные на фотонах?
— Технологии связи, основанные на фотонах, знакомы каждому из нас — оптоволоконный интернет доступен практически в каждом доме. При этом будущие области применения фотонных и особенно нанофотонных технологий гораздо шире. В ведущих мировых лабораториях ведутся исследования по устранению раковых опухолей с помощью специально подготовленных наночастиц, которые при облучении светом позволяют селективно уничтожать злокачественные клетки. Также наночастицы, взаимодействующие с фотонами, применяются для создания высокочувствительных оптических биосенсоров, управления химическими реакциями, создания сверхзащищенных меток для борьбы с подделкой товаров и т. д. Несмотря на то, что такие технологии только начинают выходить из лабораторий, у них действительно большое будущее, и в перспективе они смогут сильно изменить нашу жизнь.
— Как, на ваш взгляд, будет развиваться эта технология в дальнейшем?
— Если возвращаться к вопросу оптических компьютеров, то очевидное развитие этого направления — замена существующих электрических компонент вычислительных устройств на фотонные, а также их последующее объединение на едином оптическом чипе — аналоге существующих процессоров. Сейчас можно предположить, что в дальнейшем для решения задач, где большой объем обрабатываемой информации и скорость критичны, будут использоваться оптические компьютеры, в то время как традиционные электронные компьютеры будут применяться для персонального использования. Однако история показывает, как прогнозы о бесперспективности телефонов и компьютеров для домашнего использования, которые дал ряд экспертов на заре этих технологий, потерпели неудачу. Поэтому реальность, к которой приведет дальнейшая эволюция фотонных технологий, может превзойти даже очень смелые предположения.
Источник: https://www.kommersant.ru/doc/6296566
Боитесь своих внутренних демонов?
Представьте, что каждый ваш страх — это невидимый монстр в бесконечном доме. Сможете ли вы найти выход и освободиться? Сегодня есть возможность узнать ответ — в нашей новой игре!
Квантовая физика. Всеобщий антагонизм. Диалектический метод в действии
Это продолжение моей прошлой статьи, которая вызвала знатный срач в комментах. К слову, никаких существенных аргументов против теории товарищи комментаторы так и не родили. Статья была написана с пылу с жару! На эмоциях. Тогда я еще даже не осознавал, что конкретно мне удалось сделать. А сейчас, ознакомившись с последними представлениями о гравитации и десять раз все перепроверив, я понял, что попал в точку.
Книга Семихатова "Всё, что движется: Прогулки по беспокойной Вселенной" вся пронизана диалектикой, но автор не в состоянии выстроить всё это в единую стройную систему только лишь потому, что не осознаёт, что пользуется диалектикой. Он видит антагонизмы и озвучивает их, но не понимает что эти антагонизмы и есть ответ. В корне всего должен быть антагонизм, без которого не возможно движение. И вот он антагонизм: по Эйнштейну масса - это энергия. Я предполагаю, что пространство-время - это гравитация. Гравитация не имеет квантовой природы! Запутанный квант потому и способен передать спин мгновенно на любом расстоянии, что в квантовом мире нет такого понятия как "расстояние". Расстояние - это пространство, а пространство - это гравитация. А гравитация НЕ ИМЕЕТ КВАНТОВОЙ ПРИРОДЫ. Квантовая механика никогда не подружится с теорией относительности, но мы можем изучить природу их противоречия.
Да, масса и гравитация находятся в постоянной борьбе, но при этом и существуют только благодаря друг другу. Единство и борьба противоположностей, короче. Не будь квантового мира (то есть массы), то гравитация бы просто коллапсировала, ведь ей не на что было бы давить и нечего расталкивать. Она бы безмерно расширилась и исчезла, превратившись в ничто. Но и масса без гравитации не способна упорядочиться и сформировать устойчивые соединения. Именно гравитация сжимает звездные системы в галактики, а галактики в туманности. Квантовый хаос без гравитации просто равномерно распределился бы по пустоте. Все по диалектике. В корне бытия лежит фундаментальное противоречие (борьба, антагонизм). В процессе этой борьбы рождается и существует наблюдаемая действительность. Вселенная - это борьба массы и гравитации. Не земля притягивает меня к себе, а гравитация меня к ней прижимает. Я могу писать еще много, но лучше выпущу монографию нормальную.
Как квантовая физика доказывает "научность" диалектического материализма?
Концепция такова, что диалектическая логика мракобеса Гегеля - это, своего рода, квантовая механика в философии, а формальная логика в свою очередь, как бы, теория относительности.
Именно квантовая механика позволила эмпирически доказать существование противоречий в базовом устройстве естественной природы вещей, то есть в материальном мире, таким образом обнажив истинность диалектики. В то время как механистические материалисты-математики по сей день считают, что противоречия присущи лишь мышлению, диалектическая логика задолго до физики дошла до естественных противоречий, обобщив и систематизировав всеобщую практику человечества последних столетий.
Но так уж вышло, что буржуазные философы превратили всю современную философию в балтологический фарс позитивизма и субъективного идеализма. В сегодняшнем неолиберальном социокультурном процессе под названием постмодерн, всю философию начисто отменили. И раз вся философия мусор, то уж эта ваша диалектика вообще тупо религия. Мол все, кто исповедуют веру во всемогущую диалектику, состоят в политически ангажированной паранаучной секте и верят на слово неким Гизо, Смиту, Рикардо, Марксу, Энгельсу, Ленину. Ну да, ну да. С нами тут правда в этой секте что-то забыли Эйнштейн, Тесла, Хокинг, Хемингуэй, Лондон, Чаплин, Че Гевара. Им почему-то тоже показалась верной концепция, что стоимость всего что мы используем и портебляем берется не из эфемерного предпринимательского таланта или свободного обмена, а из материального мира, который мы преображаем своим трудом. Вложенный труд придает предмету ценность. А услуги так вообще почти полностью из вложенного труда и состоят! Получается, что все материальные блага должны принадлежать тем, кто трудится, а идейные и предприимчивые просто должны дополнительно поощряться, а не владеть средствами производства и интеллектуальной собственностью. Таковой все эти люди видели научную теорию справедливости. Диалектическую справедливость. Меняющуюся, и развивающуюся, как и весь окружающий мир. Мир движения, а не застывшего механизма позитивистов-либералов или задумки господней у идеалистов. Короче материалистическую диалектику сняли с эфира как не формат. Она же противоречива, а противоречий в мире быть не может. Мир идеален.
И тут бэээээм! Квантовая физика влетает с ноги и такая - противоречия есть! Фотон света одновременно является и волной и частицей, что противоречиво, но при этом истинно! Теория относительности, говорит нам что невозможно преодолеть скорость света, а квантовая запутанность говорит, что возможно! Квантовый мир поимел формальную логику с её догматическим взглядом на познание. Мир - это изменяющиеся процессы, а не статическая устоявшаяся система в которой нет противоречий и всё уравновешено.
Между двумя лежащими рядом камнями нет противоречий исключительно постольку, поскольку ты как позитивист наблюдаешь их только в моменте, фиксируя факт. А что если мыслить эти камни как огромные глыбы породы, сталкиваемые тектоническими процессами и разрушенные впоследствии на мельчайшие частицы миллионами лет воздействия стихии. Ведь именно так эти два камня перед тобой и оказались. Но тебя дурака интересует только то, что они лежат рядом в данный момент времени у тебя перед глазами. Идеальный пример такой глупости, это критика теории эволюции в стиле, “А почему тогда обезьяны не превращаются в человека сейчас? А? Почему мы это не наблюдаем?” Идиоту не в домёк, что эволюционным процессом рулит изменяющийся материальный мир, который сегодня изменился таким образом, что не требует от шимпанзе, горилл и орангутанов именно таких специфических адаптаций, какие он требовал от древних гоминид 2 миллиона лет назад.
Сегодня это уже интеллектуальная неполноценность - видеть мир статичным и идеальным, когда он противоречив и развивается. Там где есть процессы, будут и противоречия, постольку процессы неминуемо сталкиваются, порождая противоборствующие силы. Также, возможно, и квантовый мир сталкиваясь с гравитацией упорядочивается и формирует макромир, но это не точно. Я пока еще не готов это доказывать, потому как, ко всеобщему сожалению, товарищи физики пока не могу сказать однозначно, что такое гравитация. Правда они в массе своей и ищут-то ее не там. Гравитация противоположна квантовой механике, как положительный заряд противоположен отрицательному, как порядок хаосу. Она не обладает квантовой природой. Я не физик, чтобы понять из каких элементарных частиц гравитация состоит и применим ли к ней вообще такой термин как “состоит”? Возможно она неделима и представляет из себя нечто столь гигантское, что мы даже не способны осознать. Пока, конечно же, не способны! Пока! Это осознание станет одной из величайших революций в науке всех времен. Товарищи физики, мы в вас верим! Поднажмите!
Мораль из всего этого проста! Наш способ мышления должен полностью соответствовать законам развивающегося материального мира, чего формальная логика не может дать, поскольку упирается в механицизм и как следствие позитивизм. А материалистическая диалектика описывает логику действительности гораздо более полно, и потому может называться следующей ступенью философии. Философии, позволяющей ученому, погруженному в одну конкретную узкую сферу не иметь убогих заблуждений родом из 18 века в других сферах. Понимающий диалектику человек никогда не назовет историю псевдонаукой, которую пишут победители. Понимающий диалектику человек никогда не примет за чистую монету гомеопатию или чудодейственную силу вселенной. И наконец понимающий диалектику человек никогда не поверит в бога. То есть ученый, не обладающий конкретным научным методом каждой из наук, но имеющий при этом общие знания в купе с диалектической логикой, сможет придерживаться исключительно научного представления во всех дисциплинах. Другими словами, он "всесторонне разовьётся"!
Такая вот гимнастика ума в 4 утра. Всем кто дочитал, спасибо! Всех вас люблю и жду вашу разоблачающую критику в комментариях.
Воздействие гравитации на свет
Меня давно мучает вопрос. Если свет притягивается массивными телами вроде звезд и черных дыр, из последних он вообщесвырваться не может, значит на свет(эми - электромагнитное излучение) влияет гравитация. Гравитация распространяет свое действие на бесконечное пространство, чем дальше от объекта гравитации тем меньше воздействие согласно формуле. Допустим такую модель, что у нас есть очень массивный объект гравитации, а вокруг него пустое пространство(нет ни звёзд, ни галактик, ничего). Далее испускаем фотон света в противоположную сторону от объекта гравитации. Фотон перемещается со скоростью света, и на протяжении всего пути на него действует гравитация объета. На бесконечно удаленном расстоянии действует бесконечно малая сила гравитации. Соответственно фотон должен откланиться от своей траектории в какую-либо сторону, чем дольше он будет лететь тем больше должен будет откланяться. И в итоге должен повернуть обратно к объекту гравитации.
Следовательно, через бесконечно долгое время можно будет увидеть на объекте гравитации тот самый вернувшийся фотон?
И ещё если свет притягивается гравитацей, то свет притягивается друг к другу или нет? Допустим, есть два луча света испускаемых параллельно в вакууме. То на бесконечно удаленном растоянии лучи начнут притягиваться, и уже будут не параллельными?
Парадокс распространения света
Простой, но интересный момент из физики, чтобы напрячь мозги. Просьба подумать, как бы вы распутали эти противоречия.
Итак, имеем такую ситуацию.
1. Где-то в глубине космоса происходит некое событие, в результате которого появляется 2 (два) фотона света. Возникший луч света (а свет, как мы знаем, всегда распространяется по прямой) оказывается направлен прямо на Землю, которая находится на расстоянии L. Направление луча примем за ось Y. Посередине этого пути один фотон попадает в мерзкие скользкие холодные серые лапы пришельцев и они забирают его на опыты. А другой фотон долетает до Земли и оказывается в тёплых заботливых белых (неполиткорректно!) чёрных руках астрофизика для дальнейшего изучения:
2. Астрофизик начинает листать учебник и находит там такие выражения:
3. Астрофизик подставляет в первое уравнение "y = L" и получает, что напряженность электрического поля в точке L в любой момент времени равна E = E0 * cos (w*t - k*L). Отсюда он делает вывод, что свет распространяется с бесконечной скоростью, поскольку в тот самый момент, когда в далеком космосе появляется фотон, на Земле по изменению напряженности E = E0 * cos (-k*L) уже зафиксируют появление этого фотона. И это изменение напряженности можно даже использовать в хозяйстве, заставляя колебания электромагнитного поля вырабатывать ток в фотоэлементах.
4. Астрофизик обращается в Нобелевский комитет с просьбой выплатить ему энную сумму за доказательство бесконечной скорости распространения света, но там ему неполиткорректно сообщают что он дурак и выкладки его неправильные. "Но почему?!" - недоумевает наш герой. Его просят не верить всему что написано в учебнике и отправляют изучать работы Максвелла и Эйнштейна.
5. Пытливый ум нашего героя вычитывает, что свет движется с определённой скоростью, потому что это следует из уравнений Максвелла:
На этом месте наш астрофизик совсем запутывается, потому что из этих уравнений следует, что свет вовсе не движется по прямой, а одновременно распространяется по осям x, y и z. То есть световая волна является сферической и у неё нет какого-то одного выделенного направления. Соответственно, этот фотон мог быть пойман как на Земле, так и на созвездии Козерога.
6. Коллеги сочувствует тяжкому положению нашего героя и советуют ему почитать что-то про уравнение Шредингера, поскольку поведение фотона света с начала XX века было выведено из-под юрисдикции Максвелла и передано в ведение сумрачной германской науки:
7. "Ну и как отсюда следует, что свет должен двигаться по прямой?" - вопрошает наш герой - "Это же почти то же самое, уравнение опять трёхмерное и фотон точно так же мог быть пойман в созвездии Козерога?"
8. "Нуу", - отвечают ему, - "видишь ли, фотона вообще не существует до тех пор, пока его кто-то не поймал. То есть этот фотон действительно могли поймать в созвездии Козерога, и тогда луч света был бы направлен не к Земле, а к мерзким зелёным козерожцам. Про кота Шредингера слыхал?"
9. Когда бурление в голове нашего героя проходит, он тихо интересуется: "А что если.. что, если бы я поймал этот фотон не в момент времени T = L / c, а чуть позже? Ведь согласно уравнению Шредингера после того как фотон проскочил мимо, вероятность его обнаружения не падает до нуля? А значит скорость света равна c = 299 792 458 м/с лишь с некоторой вероятностью?"
10. Придя домой, наш герой продолжает буйствовать: "А что, если бы мерзкие серые инопланетяне в точке L/2 перехватили мой фотон? Значит в этот момент для меня все эти волновые уравнения перестали бы действовать? Что это вообще за волна такая, если её можно мгновенно погасить по всей Вселенной?"
Ну а что бы вы посоветовали курить нашему герою? И что упущено или напутано в рассуждениях?
Физики построили первый универсальный генератор запутанных фотонов
Ученые из Китая впервые сконструировали генератор запутанных фотонов, который способен создавать частицы высокого уровня запутанности, эффективности, неразличимости и функционируют "по требованию". Ранее работа осуществлялась только по трем критериям. Об этом сообщает Physical Review Letters.
Пары запутанных частиц пребывают в скоррелированных квантовых состояниях, которые позволяют реализовывать телепортацию, конструировать квантовые компьютеры и использовать квантовый интернет.
Новый аппарат генерирует фотоны с неразличимостью до 90%, эффективностью 62%, скоростью 59% и "верностью" 90%. Эти 4 критерия необходимы для правильного функционирования генератора. Добиться одновременно всех четырех - не удавалось никому.
https://vevby.ru/62000_fiziki_postroili_pervyj_universalnyj_...
https://nplus1.ru/news/2019/03/26/dark-system
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.12...