Рус Eng
Новости науки
Два физика из России Александр Федорец и Леонид Домбровский на прошедшей в Пекине 16-ой Международной конференции по теплопередаче стали обладателями медали имени Уильяма Бегеля за достижения в области теплоэнергетики, сообщает в среду Тюменский государственный университет.
Международная конференция по теплообмену проводится раз в четыре года. В 2018 году на мероприятии в Пекине были представлены более тысячи докладов из нескольких десятков стран, в том числе 28 приглашенных ключевых лекций, одну из которых представили Федорец и Домбровский.
"Международный комитет, состоящий из ведущих специалистов с мировым именем, провел тайное рейтинговое голосование, по результатам которого одна из 28 лекций была признана лучшей и оба автора получили медаль Уильяма Бегеля и соответствующие сертификаты", – сообщила собеседница агентства.
Лекция российских физиков подвела итог многолетней работы по экспериментальному и теоретическому исследованию открытого Федорцом в 2004 году явления, состоящего в образовании кластера из микронных капель воды, который левитирует над локально нагретой водной поверхностью, отметили в университете. "Особое внимание было уделено результатам работы по управлению кластером, что открывает возможность уникального исследования биохимических превращений в отдельных каплях воды, своего рода микрореакторах", – приводит ТюмГУ слова ученого.
Федорец отметил, что исследования открывают новые возможности для изучения химической эволюции вредных выбросов, механизмов осадкообразования, жизнедеятельности микроорганизмов в воздушно-капельной фазе распространения. "Микронные капли воды — такие, как те, что хаотично витают в облаке или тумане, наша технология позволяет контролировать с прецизионной точностью. Буквально, капельке можно присвоить индивидуальный номер и отслеживать под микроскопом что с ней происходит со временем – в этом уникальность создаваемой в лаборатории технологии 2D аэрозоля", – добавил он.
В последние два года в исследованиях, кроме российских ученых, принимали участие и ведущие ученые из университета Ариэля (Израиль) и университета Висконсин-Милуоки (США). Продолжаться работы будут в Тюмени.
Александр Федорец работает заведующим лабораторией микрогидродинамических технологий ТюмГУ. Его коллега Леонид Домбровский является главным научным сотрудником Объединенного Института Высоких температур РАН.
Галактика Млечный путь однажды «умерла», и теперь мы живем в «переродившейся» галактике. Расчеты, проведенные Масафуми Ногучи (Masafumi Noguchi) из Университета Тохоку, Япония, открыли неизвестные прежде подробности о процессах формирования нашей Галактики.
Звезды Млечного пути формировались в ходе двух отдельных этапов посредством различных механизмов. Эти периоды разделял продолжительный период «затишья», когда формирования новых звезд почти не происходило.
Недавние исследования показали, что основная часть звезд Млечного пути может быть разделена по элементному составу на две большие группы: звезды, богатые так называемыми альфа-элементами, такими как кислород, магний и кремний, а также звезды, содержащие много железа. Происхождение этого разделения до сих пор оставалось неизвестным ученым. Модель Ногучи предлагает объяснение этого факта.
Согласно версии Ногучи, история формирования Млечного пути начинается со втекания в Галактику потоков холодного газа, и первые звезды формируются из этого газа. В этот период рождаются звезды, богатые альфа-элементами, которые образуются при взрывах короткоживущих сверхновых II типа.
Когда ударные волны разогрели газ до высоких температур 7 миллиардов лет назад, холодный газ прекратил втекать в Галактику, и формирование звезд прекратилось. В этот период долгоживущие сверхновые типа Ia инжектировали железо в газ и изменили таким образом его элементный состав. Когда газ охладился посредством излучения энергии, он вновь начал поступать в Галактику 5 миллиардов лет назад и стал источником материала для нового поколения звезд, богатых железом, включая наше Солнце, пояснил Ногучи.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Темную материю ищут на Земле, под землей и в космосе. Ее таинственные частицы невидимы для научных инструментов и нигде себя не проявляют. Однако в пользу их существования собрана солидная "доказательная база". Есть ли у ученых шансы когда-нибудь обнаружить темное вещество — в материале РИА Новости.
Ключевой компонент Вселенной
Частицы темной материи родились вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная представляла собой раскаленную плазму. По мере остывания они образовывали сгустки, обеспечившие в итоге возникновение звезд и галактик. Если бы в плазме были только обычные частицы, из которых состоят атомы, то излучение отталкивало бы их друг от друга, не позволяя формировать никакие структуры. Гравитационно связанные объекты появились достаточно быстро, значит, что-то им помогало. Некое массивное вещество удерживало их. Сейчас оно никак не взаимодействует с обычным веществом, не излучает, поэтому мы его не наблюдаем никакими методами.
Примерно так ученые реконструируют эволюцию Вселенной, которая без участия темной материи была бы неполна. К такому выводу пришел еще в 1930-е годы швейцарский астроном Фриц Цвикки. Изучая скопления галактик, он задался вопросом, почему они не разлетаются. Ведь массы видимых галактик не хватает, чтобы удержать скопление. Значит, должна быть скрытая масса. Позже эта гипотеза обрела многочисленные подтверждения по аномалиям скоростей вращения галактик: удаленные от центра части дисков почти не замедляются, как было бы, если бы они состояли только из звезд.
Косвенно уловить присутствие скрытой массы позволяет гравитационное линзирование. Этот эффект создают две массивные галактики, расположенные друг за другом. Свет от дальней галактики искривляется гравитационным полем ближней, и, как в линзе, возникает ее образ. Это дает некоторое представление о темной материи в галактиках, формирующей вокруг них огромное невидимое гало. Используя различные модели, ученые вычисляют распределение плотности темного вещества в гало и на этом основании строят догадки о структуре.

Состав темной материи
Физики склоняются к тому, что темная материя состоит из неизвестных нам частиц.
"Астрофизические методы наблюдений ничего не говорят об их свойствах. Не исключено, что они никак не взаимодействуют, кроме гравитационного способа. Может быть, ни прямые эксперименты на Земле, ни наблюдения в космосе ни к чему не приведут. Это надо иметь в виду всегда", — рассказывает РИА Новости Дмитрий Горбунов, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН.
Среди кандидатов на роль темных частиц — сверхлегкие аксионы, слабовзаимодействующие частицы (WIMP), стерильное нейтрино, которое помогает объяснить наличие массы и осцилляции у солнечных нейтрино.
"Легчайшее стерильное нейтрино вполне может быть частицей темной материи. Оно не стабильно, но очень долго живет. В Галактике такие частицы должны распадаться на нейтрино и фотон. Они медленно крутятся (10-3 от скорости света), поэтому в спектре фотонов ожидается пик в области рентгеновских лучей", — говорит ученый.
По его словам, на орбиту нужно отправить хороший спектрометр, чтобы попытаться зарегистрировать такие события.
Два года назад Горбунов с коллегами смоделировал одну из гипотез о нестабильном компоненте темной материи, чтобы объяснить расхождение в результатах эксперимента космического телескопа Planck, измерявшего реликтовое излучение. Возможно, это была ошибка, а возможно — указание на какое-то свойство темной материи. Ученые предположили, что темное вещество по составу неоднородно и часть его не дожила до сегодняшнего дня.
В поисках темных частиц
Как уловить частицы темной материи — один из ключевых вопросов физики. Множество теоретиков и экспериментаторов пытаются ответить на него. Способ наблюдения зависит от модели, в которую закладываются все свойства гипотетической частицы. Если предположить, что темная материя находилась в равновесии в плазме ранней Вселенной — а там были и обычные частицы, — значит, все-таки она как-то с ними взаимодействует. Из всех известных видов взаимодействий, кроме гравитационного, наиболее подходящее — слабое, которое происходит при бета-распаде атомного ядра.
"При таком предположении после остывания первичной плазмы остается нужное количество темной материи", — объясняет Дмитрий Горбунов.
Исходя из этого, темные частицы могут уничтожаться с образованием электрона и позитрона. Следы этих аннигиляций ищут, но это в любом случае косвенное доказательство. Кроме того, результаты довольно нечеткие, частицы отклоняются, летая по Галактике, аннигилируют, теряют энергию, и то, что долетает до Земли, сложно выделить на фоне космических лучей.
Наблюдать темные частицы напрямую пытаются в подземных детекторах, регистрирующих нейтрино. Под землей снижается фон от атмосферных частиц, вещество детектора охлаждается, и нужно ждать, когда в него врежется частица темной материи. Эти события сами по себе редкие, поскольку частица если и взаимодействует, то слабо. Удар вызывает возбуждение атома и всплеск энергии, который фиксируется детектором.
При этом бесконечно увеличивать объем вещества детектора, чтобы повысить вероятность пролета темных частиц, нельзя без потери чувствительности. Кроме того, в сигнал вмешивается нейтрино. Чтобы его отсечь, возможно, придется строить совершенно новый детектор, чтобы спуститься ниже этого сигнала.
"Нужно использовать детектирование направления удара частицы. Это существенно подавит фон, потому что нейтрино летят направленно от Солнца, а темное вещество будет ударять в других направлениях", — уточняет ученый.
Третье направление — рождение частицы темной материи в результате столкновения обычных частиц на БАК и других ускорителях. Для наблюдателя это будет выглядеть как, например, фотон, улетевший в сторону. По закону сохранения импульса, в другую сторону тоже должна вылететь частица, но ее нет. Значит, она невидимая.
Пока ни одним из способов поймать частицы темной материи не удалось. Непонятно даже, какой из них наиболее перспективен.
Масса очень молодой экзопланеты была впервые рассчитана с использованием данных, собранных при помощи космического аппарата Gaia («Гея») Европейского космического агентства и его научного предшественника, выведенного из эксплуатации четверть столетия назад аппарата Hipparcos («Гипарх»).
Астрономы Игнас Снеллен (Ignas Snellen) и Энтони Браун (Anthony Brown) из Лейденского университета, Нидерланды, определили массу планеты Бета Живописца b по движению ее родительской звезды по небу на протяжении продолжительного периода времени, прошедшего между ее наблюдениями при помощи миссий Hipparcos и Gaia.
Эта планета представляет собой газовый гигант, похожий на Юпитер, однако имеющий массу от 9 до 13 масс крупнейшей планеты Солнечной системы. Она обращается вокруг звезды Беты Живописца, второй наиболее яркой звезды созвездия Живописец.
Эта планета была открыта лишь в 2008 г., на снимках, сделанных при помощи телескопа Very Large Telescope Европейской южной обсерватории, установленного на территории Чили. Планета и звезда имеют возраст всего лишь примерно 20 миллионов лет – то есть, они примерно в 225 раз моложе Солнечной системы. Такой молодой возраст системы не позволил определить массу планеты, используя обычные методы. Звезда Бета Живописца является очень горячей, она очень быстро вращается вокруг своей оси и пульсирует, что делает затруднительным измерения ее допплеровских смещений, на которых основаны методы определения массы планет из более зрелых систем.
Поэтому в своей работе Снеллен и Браун использовали оригинальный метод, основанный на измерениях крохотных смещений звезды при ее движении по небесной сфере, вызываемому присутствием планеты. Чем больше эти смещения, тем больше масса планеты. Однако для таких измерений требуется проводить измерения в течение очень большого периода времени, поэтому исследователи объединили данные наблюдений Беты Живописца, проведенных несколько десятилетий назад при помощи миссии Hipparcos, с данными, собранными недавно при помощи миссии Gaia, для определения массы планеты.
Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Переворот магнитных полюсов планеты почти полностью лишит ее защиты от заряженных частиц солнечного ветра и прочих форм космической радиации, что ускорит эволюцию животных и крайне негативно скажется на жизни людей. Об этом пишут геологи, опубликовавшие свои прогнозы в журнале PNAS.
"Магнитное поле Земли защищает нас от прямого воздействия солнечного излучения уже 3,5 миллиарда лет. С другой стороны, мощные вспышки на Солнце периодически пробивают его и вызывают массу проблем для электроники. Переворот полюсов приведет к еще более серьезным последствиям, чем событие Каррингтона, солнечная супервспышка 1859 года", — объясняет Эндрю Робертс (Andrew Roberts) из Национального университета Австралии в Канберре.
Положение полюсов и то, куда указывает стрелка компаса, не является постоянным свойством нашей планеты. Периодически, примерно раз в 450 тысяч или миллион лет, Северный и Южный полюса планеты меняются местами, следы чего ученые обнаружили в структуре древних глин и вулканических пород. К примеру, около 40 тысяч лет назад "северная" половина стрелки компаса указывала бы на современный южный полюс, а южная — на северный.
Два года назад геологи из Университета Рочестера (США) совершили удивительное открытие — им удалось обнаружить крайне необычную магнитную аномалию на территории ЮАР у берегов реки Лимпопо, где сила магнитного поля резко падала несколько раз и снижалась до критически низких значений в XIII-XVI веках нашей эры.
Это впервые указало на то, что перевороты полюсов Земли происходят не случайным образом, а в особых точках с аномальными свойствами, где породы мантии близко подходят к поверхности и при этом мешают нормальному круговороту вещества в ядре планеты. Некоторые ученые сегодня предполагают, ссылаясь на заметное снижение в силе магнитного щита Земли за последние три века, что этот процесс уже начался в недавнем прошлом.
Робертс и его коллеги попытались оценить масштабы того, что ожидает Землю в таком случае. Для этого они изучили последствия прошлых переворотов магнитной оси, "отпечатавшиеся" в сталагмитах и сталактитах, которые формировались в пещере Саньсин на юге Китая на протяжении сотен тысяч лет.
Эти наросты, как объясняют геологи, были интересны им по двум причинам. Во-первых, возраст разных слоев внутри них можно легко вычислить, ориентируясь на доли изотопов тория и урана. Во-вторых, микроскопические зерна солей железа, "застрявшие" внутри их толщи, отражают то, в какую сторону была повернута магнитная ось Земли в момент их формирования.
Изучая их структуру, ученые обнаружили, что примерно 98 тысяч лет назад произошла серия событий, очень похожих по своим масштабам на очень резкие и сильные перевороты полюсов. Магнитная ось планеты в то время несколько резко меняла свое положение, а сила поля падала с ста процентов до десяти процентов примерно за сто лет.
В некоторых случаях ось просто сдвигалась на север, юг, запад или восток на 30-40 градусов, однако иногда полюса Земли временно менялись местами на несколько столетий, двигаясь с рекордно высокими скоростями.
Открыв эти сдвиги полюсов, геологи проверили, существуют ли следы этого процесса в других сталактитах и сталагмитах, формировавшихся в то же время в пещерах Испании и США. Как оказалось, в них присутствовали аналогичные изменения в намагниченности пород. Это доказало, что подобные перевороты магнитной оси Земли действительно происходили.
Если сталактиты не врут, то тогда, как отмечает Робертс, "магнитный щит" планеты почти полностью исчезал во время подобных сдвигов оси, благодаря чему Солнце могло беспрепятственно бомбардировать Землю заряженными частицами.
Подобные катаклизмы, как предполагают ученые, ускоряли эволюцию животных и растений на Земле, мешали миграциям птиц и других перелетных животных, а сегодня они вызвали бы массовые проблемы с работой линий электропередачи и уничтожили бы все спутники на орбите. Как надеются ученые, человечество успеет подготовиться к очередному перевороту оси до того, как это произойдет.
Космический аппарат НАСА InSight, который должен совершить посадку на поверхность Марса 26 ноября, прошел половину пути к Красной планете 6 августа. Все бортовые инструменты аппарата были успешно протестированы.
По состоянию на 20 августа этот космический аппарат прошел 277 миллионов километров с момента своего запуска, состоявшегося 107 суток назад. В последующие 98 суток аппарат пройдет еще 208 миллионов километров, после чего совершит посадку на марсианские равнины Элизий. Миссия InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) является первой космической миссией, посвященной изучению структуры недр Красной планеты.
Научная команда миссии использует время, имеющееся в распоряжении до прибытия аппарата на Марс, не только для планирования и отработки технологий предстоящей посадки, но также для проверки подсистем корабля, предназначенных для движения в космическом пространстве, и подсистем зонда, ответственных за проведение научных операций на поверхности Красной планеты.
Проверка сейсмометра аппарата под названием SEIS instrument (Seismic Experiment for Interior Structure) была успешно завершена 19 июля. Второй важный инструмент аппарата под названием Heat Flow and Physical Properties Package (HP3), предназначенный для измерения потоков тепла, исходящего из недр планеты, также выдержал проверку, состоящую в тестировании управляющей электроники и датчиков, а также пробного запуска подогревающих элементов. Третий основной инструмент зонда InSight под названием Rotation and Interior Structure Experiment (RISE) использует радиосвязь аппарата с Землей для оценки величины возмущений оси вращения Марса. Эти данные дадут информацию о структуре ядра планеты. Инструмент RISE также успешно выдержал все запланированные проверки работоспособности, отчитались члены научной команды зонда.
Российские и зарубежные физики превратили графен, лист из углерода толщиной в один атом, в очень эффективный датчик света, почти не потребляющий энергии и не требующий охлаждения. "Инструкции" по их сборке были представлены в журнале ACS Photonics.
"По сути, мы впервые продемонстрировали новую технологию, основанную на прямой лазерной модификации графена, материала атомной толщины, и впервые продемонстрировали функциональный прибор – фотодетектор, созданный с ее использованием", — рассказывает Иван Бобринецкий из Московского института электронной техники в Зеленограде, чьи слова передает пресс-служба Российского научного фонда.
Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. За создание графена, обладающего уникальными физико-химическими свойствами, работающие в Великобритании выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм получили Нобелевскую премию 2010 года по физике.
Не все уникальные свойства графена оказались полезными — к примеру, неожиданным образом оказалось, что графен крайне тяжело превратить в полупроводник, что делает его малопригодным для изготовления электронных приборов, солнечных батарей, лазеров и источников света. Кроме того, графен нельзя растягивать из-за очень высокой хрупкости.
Еще одна проблема заключается в том, что на таких масштабах работе транзисторов, фотоэлементов и других "кирпичиков" электроники начинают мешать силы межатомного взаимодействия и квантовые эффекты. В результате этого они начинают пропускать ток в обоих направлениях, а свет почти полностью "просачивается" через них. И то и другое не позволяет применять такие устройства в "атомной" микроэлектронике.
Бобринецкий и его коллеги по институту, а также ученые из Германии и Испании, нашли способ решить эту проблему, склеив графен с кремниевой подложкой и добавив в него примесей при помощи специального лазера.
Недавно ученые выяснили, что кратковременное облучение листов "нобелевского углерода" при помощи очень коротких вспышек лазера не разрушает их, а меняет их химическую структуру и то, как ведут себя электроны внутри них. Подобное открытие натолкнуло авторов статьи на мысль, что лазеры могут сделать графен более "непрозрачным" для частиц света.
Как показали опыты российских и зарубежных ученых, изменения в поведении графена оказались еще более резкими, чем они ожидали увидеть – мобильность электронов в облученных регионах снизилась на порядки, а сопротивление току выросло в несколько сотен раз. В результате этого в листе из нобелевского материала возникли зоны, похожие по свойствам на полупроводник, активно взаимодействовавшие с частицами света.
Благодаря этому графен начал реагировать даже на самые слабые источники света, и вырабатывать на несколько порядков больше электричества, чем чистый углеродный материал. Вдобавок, лазерная "гравировка" позволила графеновым фотодетекторам работать при более низких температурах и напряжениях – при комнатной температуре и при 9 милливольт, чем удавалось достичь ученым раньше.
И то и другое, как отмечают Бобринецкий и его коллеги, позволяет использовать подобный графен не только для создания солнечных батарей или детекторов света, но и в качестве компонентов для световых процессоров и прочих электронных устройств, таких как матрицы фотокамер и различные датчики медицинских приборов.
В самых темных и холодных областях приполярных регионов Луны команда ученых напрямую наблюдала признаки наличия водяного льда на поверхности естественного спутника нашей планеты. Эти залежи льда хаотично рассеяны по поверхности и могут иметь довольно большой возраст, считают ученые. Близ южного полюса большая часть льда сосредоточена в лунных кратерах, в то время как в окрестностях северного полюса лед рассеян по весьма обширной области поверхности.
Команда ученых, возглавляемая Шуай Ли (Shuai Li) из Гавайского университета, использовала данные, собранные при помощи инструмента НАСА Moon Mineralogy Mapper (M3), для идентификации трех характерных признаков, позволяющих однозначно подтвердить наличие льда на поверхности Луны.
Инструмент М3, установленный на борту космического аппарата Chandrayaan-1, запущенного в 2008 г. Индийской организацией космических исследований, был изначально оснащен уникальным оборудованием, предназначенным для подтверждения присутствия твердого льда на Луне. Этот инструмент собрал данные, которые не только позволили убедиться, что отражательные свойства некоторых участков поверхности Луны совпадают с ожидаемыми отражательными свойствами льда, но также помог проанализировать характер поглощения молекулами воды инфракрасного излучения, чтобы определить агрегатное состояние воды, обнаруживаемой на поверхности Луны.
Большая часть этой вновь обнаруженной воды находится в вечной тени кратеров, расположенных в приполярных областях. Поскольку ось собственного вращения Луны имеет очень небольшой наклон, солнечный свет никогда не достигает этих областей.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Физики успешно проверили работу принципов квантовой физики, используя "древний" свет, порожденный тремя гигантскими черными дырами в далеких галактиках. Их выводы были представлены в журнале Physical Review Letters.
"Предположим, что во Вселенной существует "заговор", благодаря которому все необычные свойства квантового мира на самом деле возникли в результате работы неких "классических" физических процессов. В таком случае наш эксперимент показывает, что "заговорщики" подстроили его результат уже 7,8 миллиарда лет назад. Это крайне маловероятно", — заявил Алан Гут (Alan Guth), нобелевский лауреат из MIT.
Открытие контринтуитивных принципов квантовой механики в 20 годах прошлого века заставило многих физиков, в том числе и Альберта Эйнштейна, подозревать, что их необычная работа объясняется некими неизвестными нам принципами и скрытыми переменными, которые можно описать языком классической физики. В 1960 годах появилось иное объяснение необычности квантовой механики, изложенное британским ученым Джоном Беллом.
Главным аргументом Эйнштейна и его сторонников было то, что знаменитый физики называл "призрачным действием на расстоянии" – невозможный с точки зрения теории относительности феномен того, что связанные друг с другом на квантовом уровне частицы, удаленные друг от друга на большие расстояния, будут менять свои свойства одновременно.
Через 30 лет после формулировки этого парадокса Белл нашел способ его экспериментально проверить, наблюдая за движением и свойствами частиц, связанных на квантовом уровне и движущихся на большом расстоянии друг от друга. За последние 30 лет физики провели множество экспериментов, которые стабильно показывали, что Эйнштейн был не прав, однако многих скептиков это не убедило.
Причиной этого является один простой философский аргумент, связанный с природой Вселенной в которой мы живем. Последователи Эйнштейна выдвинули один очень сложный и интересный вопрос – насколько мы свободны в выборе частиц, которые мы используем для проведения наших замеров? Возможно, что их выбор очень ограничен, что создает иллюзию "запутанности" состояний частиц, которой на самом деле нет.
Только год назад Гут и его коллеги нашли способ проверить эту гипотезу, используя в качестве источников случайных частиц света две далеких звезды в Млечном Пути. Подобный опыт показал, что нелокальность квантового мира соблюдается на масштабах галактики и что запутанность работает на огромных расстояниях.
Добившись успеха, команда Гута провела аналогичные опыты, используя гораздо более далекие объекты – квазары QSO B0350−073, QSO J0831+5245 и QSO B0422+004, активные ядра далеких галактик в созвездиях Эридана, Рыси и Тельца. Все эти гигантские черные дыры удалены от Земли на 7-12 миллиардов световых лет, что делает их ровесниками первых галактик и звезд Вселенной.
Наблюдая за ними при помощи двух мощных телескопов на Канарских островах, ученые выбирали одиночные фотоны, порожденные квазарами, и использовали их в качестве генератора случайных чисел для проверки неравенств Белла.
Как и в случае со звездами Млечного Пути, эти эксперименты показали, что выкладки Белла нарушаются, что, как выражается Гут, расширило границы "владений" квантовой физики до 96% от общего объема Вселенной.
По его словам, возможна еще одна, теперь уже последняя проверка нелокальности – ученые планируют использовать микроволновый фон Вселенной, своеобразное "эхо" Большого Взрыва, для проведения подобного эксперимента. Его успех покажет, что квантовая физика управляла жизнью всего мироздания с момента его рождения, заключают авторы статьи.
В течение нескольких десятилетий ученые предполагают существование на краю Солнечной системы, на расстоянии до 50000 астрономических единиц (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца) от нашей звезды, массивного облака ледяных планетезималей, известного как облако Оорта. Названное в честь голландского астронома Яна Оорта, это облако считается источником долгопериодических комет. Однако до сих пор учеными не было получено прямых доказательств существования облака Оорта.
Трудности с наблюдениями этого гипотетического облака возникают потому, что оно расположено далеко от Солнца и рассеяно по обширной области космического пространства. Общая масса всех объектов этого облака составляет не более 20 масс Земли, согласно оценкам ученых. Находящиеся вдали от Солнца объекты, входящие в состав этого облака, отражают слишком мало света, чтобы их существование можно было подтвердить наблюдениями при помощи современных телескопов.
Считается, что облако Оорта образовалось, когда гигантские планеты при формировании Солнечной системы вытолкнули из нее часть материала. В новом исследовании группа астрономов во главе с доктором Эриком Дж. Бакстером (Eric J Baxter) из Университета штата Пенсильвания, США, предлагает проверить эту гипотезу, причем не на облаке Оорта нашей Солнечной системы, а наблюдая аналогичные структуры в окрестностях других звезд – так называемые «экзо облака Оорта». Увидеть эти структуры можно, анализируя карты реликтового излучения (фонового теплового излучения Вселенной), составленные при помощи спутника Planck («Планк») Европейского космического агентства, показывают авторы.
Публикация размещена на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.
Лиза Рэндалл, известный космолог из Гарварда и популяризатор науки, рассказывает о том, почему человечеству не стоит беспокоиться о возможном конце Вселенной и объясняет, как космология может помочь нам найти "братьев по разуму".
Профессор Рэндалл сегодня считается одним из ведущих экспертов в области теории струн, физики элементарных частиц и космологии. Вчера она выступила с лекцией на петербургской части фестиваля Geek Picnic. Она рассказала о том, как связаны между собой такие разные вещи, как темная материя и динозавры, и как эта загадочная субстанция влияет на жизнь и эволюцию Вселенной.
— Лиза, в последние годы наши представления о жизни ранней Вселенной заметно расширились, в том числе благодаря открытиям гравитационной обсерватории LIGO. Помогут ли подобные приборы нам понять, что было до Большого взрыва?
— Не думаю, что мы когда-либо сможем увидеть не только то, что было до Большого взрыва, но и первые мгновения жизни Вселенной. Это невозможно с точки зрения того, как работают наблюдательные приборы и что происходило в то время в мироздании.
Наблюдения за событиями до Большого взрыва представляются еще менее вероятными и более сложными. Конечно, мы можем порассуждать об этом и сформулировать несколько теорий, однако даже самые интересные и непротиворечивые гипотезы не будут эквивалентны реальному ответу на этот вопрос.
— Вы пытались найти скрытые измерения и параллельные миры на коллайдере Тэватрон. Есть ли шансы на их существование, и стоит ли их искать при помощи гравитационных обсерваторий или других приборов?
— Конечно, это не совсем моя специализация, но я могу сказать, что эти поиски ведутся даже сейчас. Наши коллеги, работающие с Большим адронным коллайдером, согласились проверить несколько подобных теорий, которые были разработаны мной и моими единомышленниками.
Действительно, мы пока не нашли никаких следов существования "лишних" измерений, а также какой-то "новой физики", выходящей за рамки существующих теорий. Это может быть связано с тем, что БАК не вышел на ту мощность, где их следы начинают проявлять себя.
Если мы достигнем более высоких энергий, то тогда следы подобных миров могут возникать даже в рамках классической Стандартной модели. Мы не знаем, есть ли что-то за ее пределами, но я уверена в том, что в этой области нас ожидает еще масса открытий.
Гравитационные обсерватории, как мне кажется, вряд ли помогут нам в поисках следов параллельных вселенных или других измерений. С другой стороны, они могут открыть сигналы непонятной природы, источником которой нельзя будет признать ни одно скопление видимой материи.
Иными словами, если мы будем достаточно упорно и долго наблюдать за гравитационной Вселенной, возможно, узнаем что-то новое о темной материи.
— Первые открытия LIGO указывают на то, что в окружающей нас Вселенной присутствует необычно большое число пар черных дыр. Смогли ли ученые найти этому объяснение или пока для этого не хватает данных?
— Мы как раз сейчас пытаемся понять, почему это так, — ответа на этот вопрос пока у нас нет. Будет крайне интересно узнать, появляются ли подобные черные дыры внутри изначально плотных сгустков материи, таких как ядра крупных галактик или шаровые скопления звезд, или же в более изолированных уголках космоса.

Сейчас мы ищем способ проверить, могут ли приливные силы, порождаемые близлежащими объектами, влиять на поведение самих черных дыр в тех случаях, если вся система будет достаточно плотной.
— Помогут ли они разрешить текущие споры вокруг того, с какой скоростью Вселенная расширялась в прошлом и растет сейчас?
— Не думаю, что LIGO или любые другие детекторы гравитационных волн помогут найти ответ на этот вопрос. Для этого потребуются наблюдения за другими типами "эха" Большого взрыва или открытие новых способов измерения постоянной Хаббла. Они помогут проверить те ее значения, которые были вычислены иными путями.
К примеру, те данные, которые сейчас собирает зонд GAIA, наблюдающий за миллиардом звезд Галактики, станут большим подспорьем для решения этой проблемы.
— Закончит ли Вселенная свое существование и важно ли нам понимать, когда и как это произойдет?
— Если честно, я с трудом понимаю подобные вопросы. Конечно, жизнь Вселенной рано или поздно закончится. Скорее всего, она расширится до таких пределов, что в ней наступит полный стазис — никакие события больше не будут происходить. С другой стороны, об этом можно говорить только в том случае, если мы полностью понимаем, как устроена Вселенная сегодня.
С практической точки зрения, нам, конечно же, все равно — не думаю, что человечество дотянет до этого времени. Мы вряд ли сможем ответить, когда именно Вселенная остановится. Можно сказать, что нам повезло — мы не доживем до этого знаменательного момента!
— Поможет ли космология нам понять, существует ли внеземная жизнь?
— Скорее нет, чем да. На такие вопросы можно ответить только при помощи реальных наблюдений, а не теорий или расчетов. С другой стороны, современные космологические теории действительно говорят о том, что другие потенциально обитаемые планеты, галактики и, возможно, вселенные, существуют.
Мы можем только попытаться понять с теоретической точки зрения, что именно нужно для зарождения жизни, но без открытия реальных "кирпичиков жизни" в любых их формах мы никогда не сможем наверняка сказать, одни ли мы во Вселенной или нет.
Радиообсерватория ALMA, расположенная в Чили, перевернула наше представление о наблюдениях Вселенной, позволив взглянуть на те части космоса, которые ранее были для нас невидимыми. Эта решетка невероятно точных антенн предназначена для наблюдений в диапазоне длин волн от одной десятой миллиметра до нескольких миллиметров. Недавно ученые «проверили на прочность» этот радиотелескоп, проведя наблюдения на пределе его возможностей – в самом высокочастотном (соответствующем наименьшим длинам волн) диапазоне, на границе между инфракрасным и радио- диапазонами электромагнитного спектра.
«Наблюдения в высокочастотной части радиодиапазона, такие как эти наблюдения, как правило, невозможно провести с земли, - рассказал главный автор исследования Бретт Магуайр (Brett McGuire), химик из Национальной радиоастрономической обсерватории, США. – Они требуют от обсерватории высокой точности и чувствительности, а также самых сухих и стабильных атмосферных условий, которые только могут быть обнаружены на Земле».
При таких идеальных атмосферных условиях, которые выдались вечером 5 апреля 2018 г., астрономы направили антенны обсерватории ALMA для наблюдений в высокочастотном диапазоне №10 (самый высокочастотный из 10 диапазонов, в которых работает этот телескоп) на туманность Кошачья лапа, или NGC 6334I, звездообразовательный комплекс, расположенный на расстоянии примерно 4300 световых лет от нас в направлении южного созвездия Скорпион.
Эти наблюдения позволили совершить два важных научных открытия. Во-первых, астрономы впервые наблюдали джеты тяжелого водяного пара (водяного пара, молекулы которого содержат тяжелый водород - дейтерий), исходящие со стороны одной из массивных звезд этой звездообразовательной области. Обычно такие наблюдения астрономам не удается провести по причине наличия в атмосфере Земли водяного пара, мешающего наблюдениям, однако в этом случае, благодаря очень сухим условиям в пустыне Атакама, в которой находится обсерватория ALMA, такие наблюдения стали возможными. Вторым важным результатом этой первой наблюдательной кампании в диапазоне №10 стало обнаружение в этом диапазоне линий, соответствующих различным молекулам, входящим в состав материала туманности Кошачья лапа, включая молекулу гликолевого альдегида, простейшего сахара, указывают авторы.
Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.
Земля «имеет привычку» притягивать к себе, а затем выпускать из зоны своего гравитационного воздействия небольшие тела, называемые «мини-спутниками» нашей планеты, и эти крохотные объекты могут помочь астрономам разрешить давние загадки, связанные с астероидами.
Такой вывод делают астрономы в новой научной работе, в которой эти мини-спутники рассматриваются как перспективные научные цели для исследований на ближайшие несколько десятилетий. До сегодняшнего дня ученые обнаружили у Земли лишь один такой мини-спутник, однако, как указывают авторы работы, есть все основания считать, что на самом деле мини-спутников у нашей планеты гораздо больше, однако они ускользают от наших недостаточно чувствительных инструментов наблюдения, поскольку имеют слишком малые размеры – от 1 до 2 метров в диаметре.
«Мини-спутники могут дать возможность проверить интересные научные гипотезы и отработать новые космические технологии в околоземном пространстве, - указал главный автор исследования Роберт Джедике (Robert Jedicke), астроном из Гавайского университета, в заявлении, опубликованном издателем научного журнала, в котором вышла эта статья. – Основная трудность состоит в обнаружении этих крохотных объектов, несмотря на то, что они расположены очень близко к Земле».
Эта ситуация может решительно измениться в ближайшем будущем, когда будет построен новый инструмент под названием Large Synoptic Survey Telescope (LSST), предназначенный для отслеживания кратковременных событий, происходящих в небе. Этот телескоп поможет обнаруживать крохотные, быстродвижущиеся астероиды, которые временно захватываются Землей, на протяжении следующих пяти лет, указывают авторы.
Работа опубликована в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.
«Строительные кирпичики», из которых сложена наша Земля, состоят из «вполне нормальных» ингредиентов, согласно исследователям, проводившим наблюдения при помощи одних из самых мощных в мире телескопов. Ученые определили состав материала 18 различных планетных систем, находящихся на расстояниях до 456 световых лет от нас, и сравнили полученные данные с данными по составу материала нашей собственной планеты. Анализ показал, что многие элементы присутствуют в материале иных планетных систем в тех же соотношениях, что и в веществе Земли.
Эта работа стала одним из наиболее крупных исследований общего состава вещества иных планетных систем, и его результаты помогут ученым сделать новые обобщения в отношении процессов формирования планетных систем и определить, как эти новые выводы повлияют на шанс обнаружить во Вселенной планету, подобную Земле.
Далекие планеты проблематично наблюдать напрямую, поскольку яркий свет родительской звезды почти всегда мешает наблюдениям. Поэтому в новом исследовании научный коллектив, возглавляемый доктором Сии Сюй (Siyi Xu) из обсерватории Gemini («Джемини»), Гавайи, обратил внимание на «сгоревшие звезды», называемые белыми карликами. На определенном этапе жизненного цикла эти звездные остатки начинают поглощать материал планетной системы, такой как планеты, астероиды и кометы, и в спектре белого карлика появляются новые линии, соответствующие составу поглощенного материала.
Изучив спектры набора из 18 белых карликов при помощи спектрографов, установленных на телескопе им. Кека, Гавайи, и космическом телескопе Hubble («Хаббл»), команда Сюй смогла измерить содержание в материале планетных систем этих звезд кальция, магния и кремния, а также других элементов, присутствовавших в некоторых из этих систем. Также исследователи обнаружили воду в одной из наблюдаемых систем, однако не смогли определить ее содержание количественно. Состав одной из систем оказался близок к составу кометы Галлея. В целом, однако, состав изученных систем оказался близок к составу Земли, отмечают авторы.
Исследование было представлено на днях доктором Сюй на Гольдшмитской конференции, проходившей в Бостоне, США.
Российские ученые научились очень точно и дешево изготовлять фотонные кристаллы, способные послужить основой солнечных батарей и световых компьютеров будущего. Описание методики их производства было опубликовано в журнале Electrochemistry Communications.
"Применяемые ранее методики анодирования не позволяли получать материалы с высокой степенью периодичности структуры. Мы разработали новую методику, которая позволяет очень точно контролировать толщину слоев с различной пористостью в формируемой оксидной пленке", — рассказывает Сергей Кушнир, научный сотрудник химического факультета МГУ.
За последние годы ученые создали несколько искусственных материалов, необычных оптических структур, превращающих волны одного вида в другие виды электромагнитного излучения. К примеру, в 2012 году физики из США создали прибор, превращающий свет в микроволновое излучение, а в 2014 году другая группа ученых разработала прототип "инфракрасных" световых линз, экспериментируя с кусочками графена.
Многие подобные конструкции, "нарушающие" законы классической оптики, могут значительно повысить КПД работы солнечных батарей, стать основой световых компьютеров и улучшить точность многих других световых приборов. Проблема заключается в том, что их нужно производить с очень высокой точностью, что делает их или дорогими, или непригодными для промышленного использования.
Кушнир и его коллеги решили эту проблему для одного из таких "чудо-материалов", фотонных кристаллов. Они представляют собой набор из множества кусочков разных веществ, обладающих разными оптическими и диэлектрическими свойствами. Их комбинация, выложенная в определенный "узор" – кристалл – ведет себя как единый объект с "невозможными" характеристиками.
Как рассказывают ученые, химики достаточно давно научились получать подобные структуры, пропуская ток через электроды из титана, погруженные в воду, и меняя особым образом напряжение и силу тока. Эти флуктуации электричества будут постепенно окислять одну из титановых пластин и превращать ее в пористый материал, состоящий из множества фотонных кристаллов.
Подобные кристаллы дешевы в производстве, однако они обладают достаточно низким качеством, так как длина слоев пустоты и титана внутри них достаточно сильно варьируется. Российские химики изучили, как возникают подобные дефекты в фотонных кристаллах, и подобрали новую комбинацию электрических импульсов, которая не вела к их появлению.
Эта "программа" производства наночастиц, как пишут исследователи, учитывала не только колебания в силе и напряжении тока, но и общий заряд, который пропускался через титановую пластину. Подобная модификация этой методики создания фотонных кристаллов позволила Кушниру и его коллегам создать идеально ровные "частоколы" из нанотрубок фактически идентичных размеров, чего раньше не удавалось достичь при помощи электродов.
Успешное создание подобных частиц, как отмечают исследователи, позволит повысить эффективность работы солнечных батарей примерно в 1,5 раза, что открывает большой простор для их практического применения.
Сверхпроводники могут ускорять движение особых волн внутри магнитных материалов, способных стать основой компьютеров будущего. К такому выводу пришли российские и зарубежные ученые, опубликовавшие статью в журнале Advanced Functional Materials.
"Сверхпроводимость и ферромагнетизм — антагонистические явления, в их основе лежат прямо противоположные вещи. Поэтому их сосуществование всегда вызывает фундаментальный интерес. Их совмещение позволяет увеличить быстродействие системы или снизить энергопотребление системы", — рассказывает Игорь Головчанский, физик из МФТИ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Все сверхпроводники обладают необычным свойством — они "не любят" магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится "обычным" материалом.
Ученых давно интересует то, как этот феномен, который они называют эффектом Мейснера, будет влиять на поведение различных магнитных материалов, которые сегодня применяются для создания носителей информации и вычислительных приборов. Сделать это не так просто, так как нужно, чтобы ни тот, ни другой материал не потерял своих свойств и при этом ученые могли наблюдать за тем, что происходит внутри него.
Экспериментируя со своеобразными "бутербродами" из сверхпроводника на базе ниобия и магнитного материала на базе сплава железа и никеля, Головчанский и его коллеги открыли необычный эффект, о существовании которого раньше ученые не подозревали.имодействовал и поглощал это излучение совсем не на тех частотах, которые предсказываются теорией. Дальнейшие опыты показали, что масштабы этих сдвигов очень сильно зависели от температуры сверхпроводника и некоторых других его свойств.
Причиной этого, как выяснилось в ходе последующих опытов и теоретических изысканий, было то, что сверхпроводник ускорил движение так называемых спиновых волн. Этим словом ученые называют особые коллективные колебания электронов внутри магнитных материалов, связанные с изменениями в характере их "вращения" вокруг собственной оси.
Движение этих волн меняет намагниченность того материала, внутри которого они существуют, что можно использовать для передачи информации и массы других целей. Соответственно, сверхпроводник каким-то образом повышает фазовую скорость этих колебаний, что меняет характер взаимодействия магнитных материалов с микроволновым излучением.
Как предполагают Головчанский и его коллеги, спиновые волны ускоряются за счет того, что они взаимодействуют со своеобразным зеркальным отражением самих себя, которое возникает на поверхности сверхпроводника из-за работы эффекта Мейснера.
Ученые надеются, что результаты их опытов и связанная с ними теория помогут ученым, создающим компьютеры будущего на базе спиновых волн, улучшить их быстродействие и понизить энергопотребление, объединив их со сверхпроводниками.
Астрономы из Калифорнийского университета, США, разрешили загадку, связанную с ранней Вселенной и ее первыми галактиками.
Астрономы знают, что более чем 12 миллиардов лет назад, спустя примерно 1 миллиард лет после Большого взрыва, газ в космосе был в среднем намного более прозрачным для света, чем сегодня, в некоторых областях пространства, хотя прозрачность газа изменялась в широких пределах при переходе от одной однородной области к другой. Однако до сих пор исследователи не до конца понимали причины такой неоднородности.
Для разрешения этой загадки астрономы во главе с Джорджем Дж. Беккером (George D. Becker) использовали один из крупнейших в мире телескопов, телескоп «Субару», расположенный на горе Мауна-Кеа, Гавайи, проведя при помощи этого телескопа поиски галактик с молодыми звездами в обширной области пространства диаметром 500 миллионов световых лет, которая характеризовалась низкой прозрачностью газа межгалактического пространства.
Это исследование ставило целью проверку двух взаимоисключающих моделей. Согласно первой модели, если число галактик в изучаемой области было небольшим, то свет галактик попросту не мог проникнуть сквозь окружающий их газ. Альтернативная гипотеза состояла в том, что, если в исследуемой области обнаруживается слишком много галактик, то это означает, что изучаемая область значительно остыла в течение предшествующих нескольких сотен миллионов лет.
В результате проведенных наблюдений исследователи нашли, что в изучаемой области присутствовало меньше галактик, чем ожидалось – и это позволило подтвердить первую из исходных гипотез.
В течение первого миллиарда лет после Большого взрыва свет первых галактик наполнил Вселенную и ионизировал нейтральный газ, сделав Вселенную более прозрачной, чем прежде, пояснили контекст исследования авторы.
Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.
Российские физики смогут управлять движением бактерий для лечения сердечно-сосудистых болезней, для чего вместе с микробиологами создали лабораторию на базе Московского физико-технического института, сообщает Объединенный институт высоких температур (ОИВТ) РАН.
"ОИВТ открывает на базе МФТИ лабораторию активных сред и систем совместно с НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Гамалеи. Взаимодействуя с микробиологами, ученые ОИВТ планируют постановку экспериментов с бактериальными культурами, которые при создании определенных условий ведут себя как активные частицы", – говорится в сообщении.
Как пояснили учёные, в медицине исследования в области активных частиц связаны с возможностью адресной доставкой лекарств – например, в область опухоли для последующего облучения. Активные частицы могут также устранять склеротические бляшки, образующиеся на стенках сосудов.
"Мы говорим об использовании и преобразовании энергии из внешнего источника в энергию движения: если мы управляем этим механизмом, то тем самым управляем движением частиц и можем заставить их двигаться направленно – например, по сосудам, используя магнитное поле, либо частицы с магнитными свойствами", – заявил директор ОИВТ РАН Олег Петров.
По его мнению, работа лаборатории позволит вывести на новый уровень как междисциплинарные исследования на пересечении физики и микробиологии, так и межведомственное взаимодействие в новых научных областях.
"Работа с коллоидными системами позволит создать новые возможности в сфере материаловедения, например, возможность создавать частицы с уникальными свойствами для формирования новых материалов, в том числе путем "самосборки", – отметили в институте.
Такие частицы при создании специальных условий формируют объекты, которые в будущем можно использовать в промышленности – причем речь идет о формировании не только материалов, но и элементов с заданными свойствами – механическими, оптическими, электрофизическими и другими, отметили в ОИВТ.
Таинственный рентгеновский источник был обнаружен в рамках образовательного проекта по анализу научных данных учащимися старших классов средней школы, которые изучали архив наблюдательных данных, собранных при помощи космического аппарата ЕКА XMM-Newton X-ray Observatory.
Вкус новых открытий старшеклассники почувствовали в сотрудничестве с учеными из Национального астрофизического института, г. Милан, Италия, которые курировали эту группу из учащихся 12-го класса средней школы, находящейся в близлежащем Саронно.
Это плодотворное взаимодействие являлось частью международного проекта Exploring the X-ray Transient and variable Sky project (EXTraS), посвященного исследованию переменных источников из архива наблюдательных данных обсерватории XMM-Newton, собранных в течение первых 15 лет ее работы на орбите.
Шестеро школьников анализировали примерно 200 рентгеновских источников, изучали их кривые блеска и проверяли, не были ли выбранные ими объекты описаны прежде в научной литературе. В конечном счете было отобрано несколько источников с необычными свойствами - например, мощная вспышка – которые не были описаны прежде в литературе.
Один из этих источников, короткая вспышка в шаровом скоплении звезд NGC 6540, оказался особенно интересен ученым, и группа под руководством Сандро Мерегетти (Sandro Mereghetti) посвятила изучению его свойств свое новое исследование. Яркость этого источника выросла в 50 раз в 2005 г., а затем резко упала в течение примерно 5 минут. Необычность вспышки состоит в том, что обычно аналогичные вспышки на звездах, подобных Солнцу, длятся намного дольше. С другой стороны, очень короткие рентгеновские вспышки характерны для двойных систем, содержащих вместе со звездой также компактный объект, такой как нейтронную звезду или черную дыру, однако такие вспышки обычно демонстрируют намного более высокую яркость. В настоящее время команда Мерегетти изучает природу загадочного источника, обнаруженного старшеклассниками, и планирует в ближайшем будущем провести его дополнительные наблюдения.
Работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
- Научные труды...
- Видеоматериалы
- Каталог физических демонстраций
- 1. Механика...
- 2. Колебания и молекулярная физика...
- 3. Электричество и магнетизм...
- 3.1 Электрическое поле
- 3.2 Проводники в электрическом поле
- 3.3 Энергия электрического поля
- 3.4 Постоянный электрический ток
- 3.5 Магнитное поле
- Политика
- Солнечная система
- Эфир
- Ацюковский В.А. Лекции
- Черепенников В.Б. Науке нужна защита от лженаучных мошенников. Монография.
- Российской академии наук фундаментальная наука не нужна. Монография. Черепенников В.Б.
- Псевдонаучные труды (критика)
- Псевдонаучные статьи (обсуждение)
- Полемические статьи (обсуждение)
На сайте:
Интернет-журнал Ньютоновские чтенияНовости наукиПолитикаСолнечная система07.03.2023 09:50





























