Вы когда-нибудь задумывались о том, на что похожа Вселенная? Как насчёт любого струнного инструмента. Скрипка, контрабас, гитара или даже гусли.

Странно? Очень! Нет, Вселенная вряд ли своей формой напоминает гусли, это абсурд. А вот струны, по мнению некоторых теоретиков, всё-таки у Вселенной есть – своеобразные энергетические объекты, пронизывающие все сущее. Глазом струны не увидеть, размер их в миллиарды раз меньше атома. А ещё они способны растягиваться и извиваться. И что же это за струны такие? Давайте попробуем разобраться.

Косяк физики
В это сложно поверить, но 2 века назад классическая физика считала, что всё, что можно было открыть – уже открыто, вряд ли грядёт что-то новое (ха-ха, как они ошибались). Но тут как гром ⚡️ среди ясного неба появилась квантовая теория.
Если взять абсолютно чёрное тело, то оно поглотит излучения любой длины волны. А если рассчитать его энергию, то результат – бесконечность. Явный парадокс. Это означает, что классическая физика верна не для всего. Но в 1900 году Макс Планк смело заявил, что свет и другие электромагнитные излучения могут испускаться дискретными порциями, квантами. Это и стало стартом квантовой теории.

А уже в 1926 году Гейзенберг формулирует знаменитое уравнение неопределённости. В чём его суть? Если кратко:

«Невозможно определить импульс и скорость квантовой частицы, можно узнать лишь вероятность её нахождения»

Непонятно? Да, квантовая теория и здравый смысл вообще не очень хорошие друзья. Частицы находятся в полном хаосе. Действует корпускулярно-волновой дуализм: то есть статус частиц в разных ситуациях разный – и вот поди разбери, волна это или частица. А ещё пространство со временем искривлены.

По другую сторону стоит ОТО. Стройная, красивая теория, которая работает на массивных объектах. Ровная ткань пространства-времени под действием как массивных объектов гнётся и искажается. Это мы и ощущаем, как гравитацию.
А вот как подружить эти две теории между собой – до сих пор большой вопрос. Об этом конфликте теорий мы писали в предыдущем посте. Вот здесь то и вступает в игру теория струн – на её основе пытаются создать «теорию всего», которая объединила бы квантовую физику с ОТО.

Теория струн
За то время, пока развивается теория, учёные успели миллион раз перейти из лагеря тех, кто считает теорию струн бредом в лагерь тех, кто в неё верит, и наоборот. В целом количество последователей теории только увеличилось.

Ещё со школы мы знаем, что атомы состоят из электронов и ядра, а ядра состоят из протонов и нейтронов. Протоны с нейтронами, в свою очередь, состоят из еще меньших частиц – кварков. А что если копнуть глубже? Теория струн утверждает, что на кварках дело не заканчивается. Она гласит, что кварки состоят из крошечных извивающихся нитей энергии, которые напоминают струны. Каждая из них невообразимо мала. Мала настолько, что если бы атом был увеличен до размеров Солнечной системы, струна была бы размером с дерево.

Представьте себе гитару – колебания струны создают то, что мы слышим как музыкальные ноты. А вот в теории струн различные способы (моды) вибрации струны придают частицам их уникальные свойства – массу, заряд и прочее.

Представите себе протоны в кончике вашего ногтя. Чем они отличаются от пока не открытого гравитона? Только набором крошечных струн, которые их составляют, и тем, как эти струны колеблются. Звучит странно, неправда ли? Мы и так не привыкли к нелогичному поведению элементов квантовой физики. А теперь тут ещё и непонятные «спагетти» окутывающие всю Вселенную.

Согласно теории, именно дополнительные измерения (предположительно их 10) определяют точное значение фундаментальных констант. Одни формы измерений заставляют струну вибрировать определенным образом, и порождают то, что мы видим, как фотон. В других формах струны вибрируют иначе, и порождают электрон. Именно эти крошечные формы определяют все основополагающие константы этого мира.

Теория суперструн

В середине 1980-х годов теория струн приобрела величественный и стройный вид. Но внутри этого монумента царила путаница. Всего за несколько лет возникло пять версий теории струн. Каждая из них построена на струнах и дополнительных измерениях (все пять версий объединены в общую теорию суперструн – NS). Основные расхождения теории – в деталях.

В одних версиях у струн открытые концы. В других же версиях струны напоминают кольца. В некоторых вариантах теория требует даже не 10, а все 26 измерений. Парадокс в том, что все пять версий на сегодняшний день можно назвать одинаково верными. Но какая из них действительно описывает нашу Вселенную? Это очередная загадка теории струн. Именно поэтому многие физики снова «махнули рукой» на сумасбродную теорию.

Самая главная проблема струн в невозможности (по крайней мере, пока) доказать их наличие ни экспериментальным, ни математическим путем. Некоторые ученые поговаривают, что на следующем поколении ускорителей есть очень минимальная, но все же возможность проверить гипотезу о дополнительных измерениях. Но большинство учёных всё же уверены, что если это и возможно, то произойти это, увы, должно еще очень нескоро. Как минимум через десятилетия, как максимум – даже через сотню лет.

Быть может теория струн и не станет теорией всего, но определённо, у неё есть возможность, стать отправной точкой для новых открытий.

Взгляни на снимок чёрной дыры – первый в истории. Не так давно новость о кадре прогремела на весь мир. Но зачем нужно это изображение? Что с ним делать? И причём здесь общая теория относительности?

Очередное подтверждение общей теории относительности Эйнштейна.
Именно в этом и заключается результат двухгодичной работы учёных. Теория вполне могла быть опровергнута, а это значило бы, что известную нам физику нужно полностью пересматривать. Но опровержения не произошло.
Вот только общей теории всего так и не существует. С одной стороны, есть мир квантовой механики. В нём существуют фундаментальные частицы и три вида взаимодействия: электромагнитное, сильное и слабое. А с другой – ОТО, та самая общая теория относительности.
Она описывает четвёртое фундаментальное взаимодействие – гравитацию. Чёрные дыры, расширение Вселенной и даже путешествия во времени – это всё относится к ней. Объединить ОТО и квантовую механику до сих пор не удалось.

Как же проверяли ОТО и в чем заключалась работа?
На больших объектах типа нейтронных звёзд и чёрных дыр не действуют законы квантовой механики. Там работает общая теория относительности, которую Эйнштейн разработал ещё в прошлом веке. Но только в теории. Какое-то время даже сам Эйнштейн не верил в существование чёрных дыр.

В квантовых взаимодействиях используются частицы-переносчики, например, электромагнитные силы используют фотоны, сильное взаимодействие – глюоны, слабое – w и z бозоны. А вот гравитация в этом смысле особенна. Более того, если электричество взаимодействует только с заряженными частицами, то гравитация, похоже, взаимодействует со всем.

Все виды масс и энергий поддаются влиянию гравитации и создают гравитационные поля. Это и проверяли, и сопоставляли с расчётами учёные. Если это так, то по горизонту событий, его форме можно понять действует ли теория гравитации на практике. Учёные сначала создали математические модели. А затем они сопоставили модель с полученным изображением. И теория относительности всё также работает.

В чём противоречие между ОТО и квантовой механикой?
Гравитация не только не имеет в своём распоряжении частицы, которая переносила бы её. У гравитации нет отрицательных масс, которые способны были бы нейтрализовать положительные.

Есть ещё одна проблема – мир гравитации должен быть детерминирован, то есть конкретно определён. А в квантовой теории этого не происходит. Конечно, можно создать квантовую теорию гравитации с гравитоном – гипотетической частицей, переносящей гравитацию. Но попытки представить гравитон рушат всё и вот почему.

Представим эксперимент, который проводится на очень малых масштабах. В нём мы будем наблюдать большое количество виртуальных гравитонов между частицами. На малых масштабах энергии становятся все больше и больше. (Например, ядро атома разрушить гораздо сложнее, чем оторвать от него электрон).

На очень малых расстояниях «рой» гравитонов с огромной энергией должен создавать невероятную плотность энергии. Но вот тут и начинаются проблемы. Гравитация в теории должна взаимодействовать со всеми формами энергии. Так как мы генерируем бесконечно большое количество высокозаряженных частиц, они должны создавать сильнейшее гравитационное поле. Но если провести расчёты – это закончится веером бесконечностей, лезущих просто отовсюду.

Так что сопоставление квантовой теории и теории гравитации – всё ещё огромная нерешённая задача. Тем не менее, фото чёрной дыры – это определённо огромнейший прогресс в изучении Вселенной.

Сегодня астрономы Европейской Южной Обсерватории собираются представить миру первую в истории фотографию горизонта событий (проще говоря границы) черной дыры Стрелец А. Этот объект хоть и находится в самом центре нашей галактики Млечный путь, но от Земли до него целых 25 000 световых лет.

Событие достаточно громкое — вероятно, теория относительности на массивных объектах будет подтверждена или опровергнута.

В каком-то смысле чёрные дыры всё ещё объекты гипотетические. Но астрономы практически не сомневаются в их реальности — получено огромное количество косвенных доказательств их существования. Сфотографировать чёрную дыру (да и вообще увидеть) невозможно — эти объекты поглощают всё электромагнитное излучение. А это значит, что ни радиотелескоп, ни оптический не могут её увидеть.

Но чёрные дыры “выдаёт” их окружение. Их гравитация притягивает пыль и газ, поэтому на границе черной дыры материя образует аккреционный диск. Атомы там двигаются с невероятной скоростью. На таких скоростях материя настолько раскаляется, что начинает излучать рентгеновское и другие мощные излучения.

Учёные из Европейской южной обсерватории обещают нам показать тень чёрной дыры. По форме тени чёрной дыры, можно будет определить расходится ли теория гравитации с реальным положением дел.

Если тень будет иметь заранее смоделированную форму, то это будет означать, что общая теория относительности вблизи чёрной дыры сохраняется. А вот самые небольшие отклонения покажут, что теория гравитации Эйнштейна имеет определённые оговорки.
Это создаёт огромный простор для физиков теоретиков для создания новых теорий, в которые впишется поведение чёрных дыр.

Можно сказать происходит самый сумасшедший краш-тест во Вселенной. На кон поставлено будущее современной физики.

Официальный доклад учёных начнётся сегодня в 17:00 по московскому времени.
Ссылка на трансляцию:
https://www.youtube.com/watch?v=Dr20f19czeE&feature=youtu.be

Как думаешь, мы на пороге новых открытий?

В предыдущей статье мы начали говорить про авиацию и изменения, произошедшие за более чем сто лет.

В 2019 аппараты буквально напичканы электроникой и датчиками. В авиакомпаниях задействовано огромнейшее количество персонала, которое следит за состоянием воздушного судна. Лётчики проходят тысячи часов обучения, прежде чем их допустят к управлению лайнером. Всё это ради того, чтобы мы с вами могли безопасно летать. Но при всём этом время от времени мы слышим новостные сводки об очередной авиакатастрофе.

Поговорим о самых громких происшествиях за последнее время - двух рухнувших бортах Boeing 737 MAX.

Предыстория
1 декабря 2010 года Airbus официально объявляет о начале работ над Airbus A320neo – улучшенным семейством узкофезюляжных самолётов. Прямой конкурент семейства – линейка самолётов Boeing 737. 1 июля 2014 года состоялась выкатка первого экземпляра A320neo. Новая модель Airbus обошла Boeing по всем основным параметрам: дальности полёта, вместимости и экономичности.
Естественно, в Boeing с этим не стали мириться. Компания срочно запустила разработку нового поколения 737. Иначе они бы безоговорочно проиграли конкуренцию модели Airbus.

Успех

Boeing удаётся создать самолёт, который становится самым продаваемым в истории компании. Он оставляет позади A320neo. На начало 2019 года число заказов на новую модель превысило 4500 экземпляров. Казалось бы, успех: горы заказов, модели штампуются одна за одной.

Первая катастрофа
29 октября 2018 - Джакарта.
Вскоре после взлёта самолёт падает в море. Происходит это из-за ошибочных действий экипажа в результате недостоверных показаний скорости.

Откровение команды инженеров Boeing
В 737MAX двигатели были заменены на более мощные и эффективные, диаметр турбины увеличился. На прежнее место установить двигатели не удалось. Пришлось вынести их вперёд и установить выше. В результате нарушилась «центровка» самолёта. Для обеспечения нормального полёта была разработана программа MCAS. Она автоматически переводила самолёт в пикирование, если нос самолёта чрезмерно задирался.

Есть одно «но». Компания никому не сообщила об этой новинке. Уже после катастрофы инженеры Boeing выпустили спецификацию, описывающую работу MCAS. А до этого ни пилоты, ни технические службы, ни руководство авиакомпаний не знали о MCAS.

5 месяцев и вторая катастрофа
10 марта 2019 года. Boeing теряет вторую машину в Эфиопии. Обстоятельства катастрофы схожи.
Спустя несколько минут после взлёта самолёт разбивается – входит в землю почти под прямым углом. Эксперты сразу нашли сходство в катастрофах и многие страны начали прекращать эксплуатацию данных моделей. Последней стала Америка. После этого выпуск и поставка данных машин окончательно были приостановлены.

По последней информации вероятная причина катастрофы в Эфиопии – столкновение с птицей или другим объектом. Об этом сообщает телеканал ABC News со ссылкой на источники.
Из-за столкновения повредился датчик угла атаки, после чего активировалась система MCAS, выравнивающая самолет в воздухе. Пилоты действовали по инструкции и пытались отключить ее, однако она автоматически включалась как минимум четыре раза, пишет Reuters. MCAS — дополнительная защита от сваливания самолета, однако в случае активации до того, как самолет начал пикировать, она фактически способствует его падению.

В конце марта эксперты установили, что в разбившемся самолете MCAS по ошибке определила, что угол увеличился, и направила Boeing к земле раньше, чем пилоты смогли это исправить.

Итог
Обе катастрофы вероятно были вызваны ошибочными действиями экипажа, которые оказались не готовы к нестандартной ситуации.

Если нос самолёта слишком задран и есть риск перехода в «сваливание» и затем в «штопор», MCAS включает стабилизатор. Он меняет угол и не даёт носу слишком сильно задраться. С интервалом в несколько секунд MCAS автоматически отклоняет стабилизатор на пикирование на 2,5 градуса за один цикл со скоростью 0,27 градус в секунду. Соответственно меняется и угол наклона носа самолёта.

Если MCAS вызовет отклонение на 5 градусов – это уже очень серьезно. Если же позволить MCAS полностью отклонить стабилизатор на пикирование, то шансы вытянуть лайнер стремятся к нулю.
MCAS можно приостановить. Например, если пилот во время работы MCAS вдруг решит вывести самолёт в ровный прямой полёт, MCAS прекратит работу на 5 секунд. Но, если после этого условия срабатывания MCAS сохраняются, система снова заработает.

Вероятно, пилоты испытывали полное непонимание ситуации. Ведь при работе MCAS происходила тряска штурвала, что говорит о сваливании. Информация с датчиков скорости была недостоверна, в результате этого действия экипажа только усугубляли ситуацию.

Стоит учесть, что автоматика сама могла отправить самолёт в резкое снижение при работающем автопилоте, из-за неверных показаний скорости.
Расследование катастроф всё ещё продолжается.

Почти 116 лет назад, в 1903 году, состоялся первый полет братьев Райт – это и стало началом эпохи авиации. Спустя век земной шар невозможно представить без самолётов.

Какие изменения произошли за всё это время? Можно ли уже отправлять самолёты с пассажирами без пилотов на борту? А как насчёт того, чтобы пассажир при экстренной ситуации посадил самолёт? И почему самолёты все ещё разбиваются, что не так с 737max? Все по порядку, полетели!✈️

Часть 1.
В послевоенные годы постепенно развивалась коммерческая авиация. В России строили самолёты семейства Туполева, Ильюшина, Яковлева, Антонова. В Америке также существовал Boeing, McDonnell, Douglas. В Европе появился Airbus, объединивший многих европейских производителей. В целом все эти самолёты были однотипны, если не вдаваться совсем уж в конкретные детали. Крейсерская скорость была тех же порядков (850 км/ч на ближне- и среднемагистральных самолётах). По сравнению с современными аппаратами, двигатели были чуть более прожорливые, а масса выше.

ТУ-154, спроектированный в 1960-ые, и современные МС-21 или Airbus A320neo летают в общем-то одинаково. Разве что в современных самолётах используются композитные материалы для снижения массы и увеличения вместимости. Ну и двигатели обновились. Цель подобной модернизации не увеличение скорости перемещения, а всего лишь самая обычная экономия.
Идеи увеличения скорости полёта и выхода на сверхзвук были и даже осуществлялись British Airways на франко-британском Concorde. В СССР также имелся ТУ-144. Первые полеты этих самолётов начались еще в конце 60-ых годов. Все рассчитывали, что наступает новая эра, мы перешагиваем рубеж сверхзвуковых перелётов. Но экономически такая программа себя не оправдала. Мы вернулись к эре экономии топлива, удешевления полётов, но никак не к переходу на более быстрые скорости.

А что насчёт пилотирования самолётов? Мы уже можем летать на полностью автоматизированном самолёте? Быть может и обычный пассажир сам может посадить самолёт?
Пилотирование самолётов все ещё производится вручную. Да, уже очень много функций отданы автопилоту. Но конструкторы пока не спешат доверять всё автоматике. Возможность есть, но есть слишком много «но».

Включение автопилота после взлёта является строго рекомендованным. В некоторых авиакомпаниях лимитированы высоты, с которых пилот должен отдать управление автоматике. "На руках" пилотируют все меньше, весь путь самолёт находится в режиме автопилота.

Ближе к окончанию полёта, пилот берёт управление в свои руки. Нужно иметь в виду, что заход на посадку и сама посадка - это разные понятия.
Наиболее распространенный вид посадки сегодня - точный заход ILS (ИЛС) с наведением самолета по курсу и глиссаде. Глиссада – траектория финального снижения самолета перед приземлением.

Эту траекторию формируют лучи особой формы, излучаемые антеннами, которые установлены рядом с взлётно-посадочной полосой. Оборудование самолёта распознает сигналы, автоматически захватывает глиссаду и до самой посадки снижается по ней автоматически. Но это не всегда удобно. При ILS заходе траектории часто очень размашистые. При визуальном же заходе в такой ситуации можно прилично сэкономить топлива.

До сих пор существуют аэропорты, в которых ILS просто-напросто отсутствует. Ну или в силу других причин заход не может выполняться автоматически.
Например, в Улан-Удэ не получится выполнить автоматическую посадку. Угол наклона глиссады там превышает допуск для ее выполнения. Чего уж говорить о аэропорте Шамбери, в котором и глиссада значительно круче, и ВПП всего два километра.

Тот же Boeing-737 способен совершить автопосадку. А при определённых опциях самолёта и выполнить автопробег. Но конструкторы всё равно пока не спешат отдавать полное управление в руки автоматики.

Поэтому на вопрос «может ли самолёт автоматически осуществить снижение и заход на посадку, выпуск механизации и шасси?» можно ответить однозначно. Нет, не может. Да, технические возможности есть, но пока конструкторы считают, что эти обязанности должен выполнять пилот.

Тема вышла довольно объёмной ,поэтому
Продолжение в следующем посте...

А ты боишься летать на самолёте?