Новости науки

Нобелевские лауреаты Гейм и Новоселов создали "мертвую воду"

Андрей Гейм и Константин Новоселов выяснили, как сделать воду "мертвой" и лишить ее уникальных растворяющих свойств, экспериментируя с тончайшими "сэндвичами" из графита и нитрида бора, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Мертвая вода" – не просто интересный научный феномен, ее открытие имеет вполне конкретные приложения для других наук, особенно для биологии. Она поможет  нам понять, почему вода так важна для существования жизни. Учитывая то, какую роль вода играет в формировании молекул белков, можно сказать, что тонкие прослойки воды – скульпторы жизни в прямом и переносном смысле", — рассказывает Андрей Гейм из Манчестерского университета (Великобритания).

Вода, как объясняют ученые, сегодня остается одной из самых загадочных субстанций на Земле. В отличие от "соседей" по периодической таблице, соединение водорода с кислородом обладает аномально высокой температурой кипения и замерзания, необычной теплоемкостью и способностью растворять в себе огромное число органических и неорганических соединений.

Это "умение" воды, в свою очередь, связано с другим ее физическим свойством – высоким электрическим дипольным моментом. Под этим словом ученые понимают то, как распределены положительные и отрицательные заряды по молекуле. Молекулы воды обладают очень высоким дипольным моментом, так как электроны в ней "притянуты" к атому кислорода, а положительно заряженные атомы водорода, наоборот, удалены от них.

Ученых давно интересовало, сохраняет ли она эти свойства в тех случаях, когда молекулы воды уложены в считанное число слоев, или они меняются на что-то совсем другое. 

Гейм, Новоселов и их коллеги по университету решили эту задачу, экспериментируя с своеобразными "бутербродами", собранными из сверхтонких пластинок графита и двумерных пленок из нитрида бора, устроенных примерно так же, как и графен, за чье открытие российско-британские физики получили Нобелевскую премию в 2010 году.

Используя лист графита в качестве "фундамента", ученые уложили пленки из нитрида бора поверх него таким образом, что у них получился своеобразный "домик" с множеством отдельных "комнат" шириной и высотой в несколько десятков нанометров. Благодаря этому, в подобные щели могло попасть очень небольшое число молекул воды, что позволило Гейму и его команде очень точно измерить их диэлектрические и прочие физические свойства.

Для этого ученые подводили иглу сверхчувствительного атомно-силового микроскопа к каждой подобной "комнате" и наблюдали за тем, как хорошо электрическое поле проникало через "сэнвич" из плоских полупроводниковых материалов и воды, меняя высоту и ширину всей этой конструкции.

Как показали эти наблюдения, свойства жидкости резко менялись в том случае, если толщина ее слоя приближалась к отметке в два нанометра. В таком случае вода становилась "мертвой" и теряла свои удивительные диэлектрические свойства и переставала быть универсальным растворителем.

"Мы знали, что свойства тонких прослоек воды будут сильно отличаться от того, как себя ведет "нормальная" жидкость, но не знали, как именно. Нас сильно удивило то, что они действительно отличались, но не в ту сторону, в которую мы ожидали – небольшие количества воды имели крайне низкую, а не высокую степень поляризации", — добавляет Лаура Фумагалли (Laura Fumagalli), коллега Гейма.

Подобное открытие, как отмечает российско-британский физик, очень важно в контексте изучения эволюции жизни и поисков собратьев по разуму, так как тонкие пленки из воды могли играть важную роль в эволюции первых сложных химических молекул, в том числе ДНК, и в жизни первых обитателей Земли.

Источник

Древние скопления звезд могли быть местом формирования сверхмассивных звезд

В новом исследовании ученые, возглавляемые командой из Университета Суррея, Великобритания, вводят в рассмотрение новый фактор формирования химических элементов в скоплении звезд – сверхмассивные звезды.

Наша галактика Млечный путь содержит свыше 150 древних шаровых скоплений звезд, каждое из которых содержит сотни тысяч звезд, плотно упакованных и удерживаемых вместе при помощи гравитации – эти звезды являются почти настолько же старыми, как сама Вселенная. Начиная с 1960-х гг. было известно, что большинство звезд, входящих в состав этих скоплений, содержат химические элементы, отличные от элементов, обнаруживаемых в составе всех других звезд Млечного пути. Эти элементы не могли быть произведены внутри самих звезд, поскольку требуемые для их формирования температуры примерно в 10 раз превышают температуры самих звезд.

В своей новой работе ученые из Университета Суррея во главе с профессором Марком Джилсом (Mark Gieles) предполагают, что сверхмассивная звезда массой в десятки тысяч масс Солнца формировалась в то же самое время, что и шаровые скопления звезд. В это время шаровые скопления были наполнены плотным газом, из которого формировались звезды. По мере того как звезды набирали все больше и больше газа, они сближались настолько тесно, что возрастала вероятность физических столкновений и формирования сверхмассивной звезды в ходе неконтролируемого самоускоряющегося процесса. Эта сверхмассивная звезда была достаточно горячей для формирования всех наблюдаемых элементов и «загрязнения» других звезд скопления теми необычными элементами, которыми мы наблюдаем в них сегодня, отмечают авторы.

Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Кузнецов: в "МИФИ" рождаются профессии, названия которым еще не придуманы

Технологии будущего невозможно себе представить без новых открытий в области физики лазеров и плазмы, без создания новых ускорителей и термоядерных реакторов. Как учить студентов в условиях непрерывного обновления технологий? Что такое цифровой подход к инженерии? Об этом РИА Новости рассказал и.о. директора Института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (Институт ЛаПлаз) Андрей Кузнецов.

Что такое профессия будущего? На этот вопрос не так просто ответить. Профессия будущего появляется только тогда, когда появляется новая технология. Можно ли предсказать появление новой технологии? Думал ли кто-нибудь раньше, что майнинг криптовалюты будет занимать умы 90% молодежи? Никто. Я убежден, что эволюционным путем свеча не могла преобразоваться в лампочку накаливания. Наука и техника развиваются скачкообразно, а скачкообразные изменения прогнозировать невозможно.

Сегодня время существования технологий сократилось до десяти, а то и пяти лет. Например, в персональных компьютерах больше нет CD привода, произошел переход с оптических носителей информации на "твердую" память. И учебный курс "Оптическая запись информации", который читался в вузах многие годы, теперь может представлять разве что исторический интерес.

Именно поэтому университетам и понадобился переход на болонскую систему, когда подготовка бакалавров отделяется от подготовки магистров. При этом бакалавр – это, в первую очередь, образованный человек с широким кругозором. После этого обязательного и очень важного и ответственного для университетов этапа подготовку квалифицированного специалиста можно сжать до двух лет. Это выгодно рынку, потому что по запросу он быстро получает компетентного работника.

В то же время, нельзя готовить студента под конкретное рабочее место, под "старшего мастера такого-то цеха такого-то завода". Все-таки, магистратура – это не просто специальность, это квалификация, которая имеет под собой глубокие знания и позволяет выпускнику очень быстро адаптироваться к динамичному рынку труда.

Весь диапазон энергий на службе у человека

В Институте ЛаПлаз мы решаем эти задачи – обеспечиваем рынок высоких технологий высококвалифицированными специалистами, при этом давая студентам широкий диапазон знаний, защищаем их от того, что они окажутся ненужными, если вдруг что-то поменяется.

Когда институт формировался, мы предполагали, что он будет заниматься всем, что основано на использовании электромагнитных полей и заряженных частиц в технологиях, всем, кроме ядерных технологий, которые собраны в другом Институте НИЯУ МИФИ. Наши основные направления — лазерные, плазменные, ускорительные технологии и совершенно новые квантовые технологии. Их объединяет управление и использование электромагнитной энергии – в диапазоне от 10-15 ватт до 1018 ватт. Только представьте: человечество может использовать 33 порядка электромагнитного излучения!

Я считаю, что за использованием лазерной, а если говорить более широко, направленной электромагнитной энергии — будущее. Оно  позволяет нам перейти к цифровой экономике, о которой сейчас многие говорят. Ведь что такое цифровая экономика, в том числе и цифровой подход к инженерии и конструированию?

Представьте, что вы формируете виртуальный объект, который существует независимо от физического, но полностью воспроизводит все его свойства. Он так же стареет, как физический объект, в нем появляются те же изменения, вы можете просчитать жизненный цикл этого объекта, его поведение при механических нагрузках,  высоких температурах или давлениях – это колоссальное преимущество.

Но, все-таки, мы в жизни сталкиваемся не с виртуальным объектом, а с объектом физическим. Как перейти от виртуального к реальному? Здесь есть проблема в адекватности реализации идеи: у рабочего — слесаря, токаря, фрезеровщика — может не хватить квалификации для создания объекта вследствие его сложности. Лазерные технологии – это как раз тот интерфейс, который позволяет практически исключить человека из обработки детали и сразу перейти к изделию.

Вместо деталей будем выращивать конструкции

Еще совсем недавно стали говорить об аддитивных технологиях как технологиях прямого выращивания деталей. Но все уже идет к тому, чтобы сразу выращивать конструкцию, совокупность деталей для работы в некоем специфическом цикле. Это может быть двигатель самолета или что-то подобное.

Важно, что это будет не просто копирование существующих технологий, а создание изделий, которые принципиально нельзя изготовить другими методами. Такая технология позволит уменьшить массогабаритные параметры при сохранении и расширении функциональных, удешевить и облегчить конструкцию. Например, можно сделать внутри изделия канал для охлаждения, который нельзя сделать никак по-другому.

Пока это будущее. Мы находимся только на этапе моделирования, экспериментальных исследований в этой области. Но есть очень много примеров, что если человечеству нужна новая технология, оно вкладывает необходимое количество ресурсов и усилий, чтобы ее разработать. И вот тут появляются профессии, названия которым нам еще предстоит придумать.

Источник

Потенциально опасный астероид диаметром в полкилометра проходит мимо Земли

Потенциально опасный астероид, размер которого, согласно оценкам, составляет примерно 500 метров, пролетел мимо Земли в четверг, 21 июня, примерно в 20:54 UTC. Этот космический камень, получивший обозначение 2017 YE5, сблизился с нашей планетой до безопасного расстояния примерно в 15,51 дистанции Земля-Луна (lunar distance, LD), или 5,95 миллиона километров, двигаясь с относительной скоростью 15,5 километра в секунду.

Объект 2017 YE5 представляет собой астероид семейства Аполлонов, открытый 21 декабря 2017 г. при помощи обсерватории Укаймеден, расположенной в Марокко и оснащенной 0,5-метровым телескопом. До настоящего времени при помощи этой обсерватории было идентифицировано свыше 1000 астероидов.

Астрономы открыли, что астероид 2017 YE5 имеет абсолютную величину 19,1, большую полуось в 2,82 астрономической единицы (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца), а один полный оборот вокруг Солнца космический камень совершает за 4,74 года.

Помимо пролета мимо Земли, состоявшегося 21 июня, астероид 2017 YE5 также совершит 30 июля пролет мимо Марса, приблизившись к Красной планете до расстояния в 17,22 LD, что соответствует 6,6 миллиона километров. Повторно астероид сблизится с Землей теперь лишь 15 апреля 2037 г., когда он будет находиться на расстоянии 93,7 LD, или 35,7 миллиона километров, от нашей планеты.

Источник

Раскрыто вулканическое происхождение таинственной марсианской структуры

Формация Medusae Fossae представляет собой необычное отложение мягкой породы у экватора Марса с волнообразными холмами и крутыми мезами. Впервые она была обнаружена космическим аппаратом НАСА «Маринер» в 1960-х годах, но ученые до сих пор не могли раскрыть тайну ее происхождения.

Ученые расшифровали «розеттский камень» активных ядер галактик

Галактика, в центре которой лежит как минимум одна сверхмассивная черная дыра – под названием OJ 287 – вызывала множество вопросов у астрономов в прошлом. Излучение, испускаемое этим объектом, охватывает широкий диапазон энергий – от радиодиапазона до самых высоких энергий в режиме ТэВ. Возможная периодичность изменений яркости этой галактики в оптическом диапазоне позволяет предположить, что в центре галактики лежит сверхмассивная черная дыра. Поэтому этот объект был назван «розеттским камнем» активных ядер галактик, с той точки зрения, что он может служить прототипом для других активных ядер галактик, и получение знаний о его свойствах может помочь объяснить фундаментальные свойства активных ядер галактик в целом.

В новом исследовании группа астрономов под руководством Силка Бритцена (Silke Britzen) из Института радиоастрономии Общества Макса Планка, Германия, открыла, что активное ядро галактики OJ 287 генерирует равномерно прецессирующий джет, период прецессии которого составляет примерно 22 года. Наблюдаемая прецессия этого джета также объясняет переменность излучения, испускаемого этой галактикой.

Для объяснения причин прецессии джета галактики OJ 287 команда Бритцена предлагает две рабочих гипотезы. По мнению исследователей, прецессия джета обусловлена либо наличием второй сверхмассивной черной дыры в центре галактики, под действием приливных эффектов которой джет прецессирует, либо приливным взаимодействием между джетом и аккреционным диском галактики, расположенном в этом случае под непрямым углом к джету.

Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Возможное объяснение изменения скорости вращения Венеры

Трио исследователей предлагает возможное объяснение того факта, что разные венерианские зонды показывают различные результаты измерений продолжительности суток на Венере.

Результаты измерения скорости вращения Венеры необъяснимым образом изменялись с годами. Известно, что планета совершает один оборот вокруг собственной оси в течение 243 земных суток, однако точные измерения показывали расхождения в среднем на 7 минут. Предыдущие исследования также показали, что атмосфера Венеры движется с гораздо более высокой скоростью, совершая один оборот вокруг оси планеты всего лишь за четверо земных суток. В новом исследовании показан по крайней мере один из факторов, которые могут вызывать изменения скорости вращения планеты – и этот фактор связан с циркуляцией атмосферы.

В этой работе исследователи построили компьютерную модель на основе длинной стоячей волны (длиной порядка 10000 километров), обнаруженной в атмосфере Венеры. Ученые отмечают, что подобные волны характерны и для Земли, где они образуются при столкновении ветра с горами, однако на нашей планете эти волны рассеиваются потоками воздуха. Однако на Венере атмосфера гораздо плотнее земной – и этот факт заинтриговал астрономов. Они смоделировали процессы формирования облаков в атмосфере Венеры и ввели представление о том, что их образование связано с горами, расположенными на поверхности планеты.

В результате моделирования исследователи выяснили, что столкновения потоков атмосферного воздуха с горами способны приводить к небольшому торможению вращения Венеры. Согласно исследователям, при максимально возможном уровне торможения по этому механизму могут быть объяснены расхождения между результатами измерения скорости вращения Венеры не более чем на 2 минуты, однако открытие этого механизма может свидетельствовать о том, что оставшиеся 5-6 минут расхождения могут объясняться другими неучтенными физическими особенностями поверхности Венеры.

Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.

Источник

Внеземные цивилизации могут уже сейчас двигать звезды, считает один астроном

Дэн Хупер (Dan Hooper) из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, США, представил научную работу, описывающую способ, посредством которого гипотетические внеземные цивилизации смогут выжить и сохраниться, несмотря на изоляцию, связанную с расширением Вселенной. В этой работе показано, что выживание цивилизации может быть обеспечено за счет «сбора и хранения» ею звезд.

Сфера Дайсона представляет собой теоретическую структуру, которая возводится вокруг звезды и полностью окружает светило, с тем чтобы использовать его энергию. Изначально описанная Фриманом Дайсоном, эта сфера может быть построена из группы спутников, полностью окружающих звезду. Энергия звезды, собранная при помощи этих аппаратов, затем может быть использована построившей сферу Дайсона цивилизацией в любых целях. В своей работе Хупер показывает, что представители иных цивилизаций могут в настоящее время создавать такого рода структуры, чтобы обеспечить себя энергией в стремительно расширяющемся мире, в котором они в конечном счете рискуют остаться «запертыми» в изолированных галактиках

Хупер отмечает, что сценарий, при котором цивилизация оказывается «запертой» в изолированной галактике, пока еще является весьма маловероятным – он может быть реализован лишь примерно через 100 миллиардов лет. Однако исследователь отмечает, что если бы представители иных цивилизаций перемещали звезды из одной галактики в другую, то продолжительность такой «перевозки» составила бы порядка нескольких миллиардов лет. Таким образом, для того чтобы обеспечить себя энергией на будущее, представители иных цивилизаций должны уже сегодня начинать перемещать звезды. Ученый считает, что увидеть эти перемещения можно, наблюдая за движением звезд между галактиками.

Работа появилась на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Парадоксы Вселенной: масса продолжает удивлять физиков

Масса — одно из основополагающих и в то же время загадочных понятий в науке. В мире элементарных частиц ее не отделить от энергии. Она ненулевая даже у нейтрино, а большая ее часть находится в невидимой части Вселенной. РИА Новости рассказывает, что известно физикам о массе и какие с ней связаны тайны.

Относительно и элементарно

В пригороде Парижа в штаб-квартире Международного бюро мер и весов хранится цилиндр из сплава платины и иридия массой ровно один килограмм. Это эталон для всего мира. Массу можно выразить через объем и плотность и считать, что она служит мерой количества вещества в теле. Но физиков, изучающих микромир, столь простое объяснение не устраивает.

Представьте, что нужно подвинуть этот цилиндр. Его высота не превышает и четырех сантиметров, тем не менее придется приложить заметное усилие. Еще больше усилий потребуется, чтобы сдвинуть, к примеру, холодильник. Необходимость прикладывать силу физики объясняют инерцией тел, а массу рассматривают как коэффициент, связывающий силу и возникающее ускорение (F = ma).

Масса служит мерой не только движения, но и гравитации, заставляющей тела притягивать друг друга (F = GMm/R2). Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз.

Гравитация не менее загадочна, чем масса. Предположение о том, что при движении некоторые очень массивные тела могут излучать гравитационные волны, экспериментально подтвердили только в 2015 году на детекторе LIGO. Через два года это открытие удостоилось Нобелевской премии.

Согласно принципу эквивалентности, предложенному Галилеем и уточненному Эйнштейном, гравитационная и инерционная массы равны. Из этого следует, что массивные объекты способны искривлять пространство-время. Звезды и планеты создают вокруг себя гравитационные воронки, в которых крутятся естественные и искусственные спутники, пока не упадут на поверхность.

Откуда берется масса

Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона и кирпичиков мироздания — кварков — масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю. Вселенная без массы представляла бы собой хаос из квантов различных излучений, носящихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет.

Но откуда у частиц берется масса?

"При создании Стандартной модели в физике частиц — теории, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц, возникли большие трудности. Модель содержала неустранимые расходимости, обусловленные наличием у частиц ненулевых масс", — рассказывает РИА Новости Александр Студеникин, доктор наук, профессор кафедры теоретической физики физфака МГУ имени М. В. Ломоносова.

Решение нашли европейские ученые в середине 1960-х, предположив, что в природе существует еще одно поле — скалярное. Оно пронизывает всю Вселенную, но его влияние заметно только на микроуровне. Частицы словно увязают в нем и таким образом приобретают массу.

Таинственное скалярное поле назвали в честь британского физика Питера Хиггса — одного из основателей Стандартной модели. Его имя носит и бозон — возникающая в поле Хиггса массивная частица. Ее обнаружили в 2012 году в экспериментах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Через год Хиггсу вместе с Франсуа Энглером присудили Нобелевскую премию.

Охота за призраками

Частицу-призрак — нейтрино — тоже пришлось признать массивной. Это связано с наблюдениями потоков нейтрино от Солнца и космических лучей, которые долго не удавалось объяснить. Оказалось, что частица способна во время движения превращаться в другие состояния, или осциллировать, как говорят физики. Без массы это невозможно.

"Электронные нейтрино, рождающиеся, например, в недрах Солнца, в строгом смысле нельзя считать элементарными частицами, так как их масса не имеет определенного значения. Но в движении каждое из них может рассматриваться как суперпозиция элементарных частиц (тоже именуемых нейтрино) с массами m1, m2, m3. Из-за различия в скорости массовых нейтрино в детекторе регистрируются не только электронные нейтрино, но и нейтрино других типов, например мюонные и тау-нейтрино. Это следствие смешивания и осцилляций, предсказанных в 1957 году Бруно Максимовичем Понтекорво", — поясняет профессор Студеникин.

Установлено, что масса нейтрино не может превышать две десятые электронвольта. Но точное значение пока неизвестно. Этим ученые занимаются в эксперименте KATRIN в Технологическом институте Карлсруэ (Германия), запущенном 11 июня. 

"Вопрос о величине и природе массы нейтрино — один из главных. Его решение послужит основой для дальнейшего развития наших представлений о структуре", — заключает профессор.

Казалось бы, о массе в принципе все известно, осталось уточнить нюансы. Но это не так. Физики подсчитали, что материя, которая поддается нашему наблюдению, занимает всего пять процентов массы вещества во Вселенной. Остальное — гипотетические темные материя и энергия, которые ничего не излучают и потому не регистрируются. Из каких частиц состоят эти неведомые части мироздания, какова их структура, как они взаимодействуют с нашим миром? Это предстоит выяснить следующим поколениям ученых.

Источник

Британские физики объяснили, почему человечество не найдет инопланетян

Британские физики нашли новое, более логичное объяснение тому, почему человечество до сих пор не нашо инопланетян и не найдет их в будущем. Свои выводы они изложили в статье, направленной к публикации в журнале Proceedings of the Royal Society of London A.

"Коллеги говорят, что мы не нашли следов инопланетян потому, что разумная жизнь возникает во Вселенной очень редко. Но тогда она должна быть чрезвычайно редкой, исчезать очень быстро или скрывать себя от остальных. Все подобные объяснения имеют очень странный и зачастую нереалистичный характер", — рассказывает Андерс Сандберг (Anders Sandberg) из Оксфордского университета (Великобритания).

Астрономические шансы

Более полувека назад американский астроном Фрэнк Дрейк, пытаясь оценить шансы на обнаружение внеземного разума, разработал формулу, позволяющую вычислить, сколько в Галактике цивилизаций, с которыми возможен контакт.

По формуле Дрейка получается, что шансы довольно высоки. Физик Энрико Ферми в ответ сформулировал парадокс, названный впоследствии его именем: если инопланетных цивилизаций так много, то почему человечество не наблюдает никаких их следов?

Этот парадокс ученые пытались разрешить множеством способов. Самый популярный из них — гипотеза уникальной Земли. Она говорит о том, что для появления разумных существ необходимы уникальные условия: по сути, полная копия нашей планеты.

Другие астрономы считают, связаться с инопланетянами невозможно либо потому, что галактические цивилизации исчезают слишком быстро, либо потому, что они активно скрывают себя от человечества.

Сандберг и его коллеги, в том числе Эрик Дрекслер, автор термина "нанотехнологии", нашли новое объяснение парадокса Ферми, обратив внимание на то, какой разброс в значениях характерен для изначальных параметров, используемых в уравнении Дрейка.

Математика жизни

Они заметили, что многие ученые при оценке числа цивилизаций в Млечном Пути и во Вселенной просто игнорируют то, что эти величины очень вероятностные и неточные, а их значения иногда могут различаться на семь-восемь порядков. В результате получается не широкий спектр ответов, а вполне конкретная цифра, которая не соответствует реальности, но близка к ожиданиям ученых.

Британские физики исправили этот недочет, просчитав уравнение Дрейка  с учетом всех возможных погрешностей и разбросов в аргументах. В их число, к примеру, входят скорость формирования звезд в Галактике, доля светил с планетами, число землеподобных планет и  типичная продолжительность жизни цивилизаций. 

Объединив результаты этих расчетов при помощи статистики, Сандберг и его команда обнаружили, что Галактика была полностью лишена разумной жизни в 30 процентов случаев, хотя при некоторых комбинациях параметров число внеземных цивилизаций действительно было довольно высоким.

Подобные результаты, как считают авторы этой идеи, говорят о том, что парадокс Ферми не имеет смысла — отсутствие жизни в обозримой Вселенной вполне можно объяснить при помощи уравнения Дрейка. Скорее всего, человечество действительно пока остается единственной разумной группой существ в Галактике, хотя в прошлом (или в будущем) могли существовать и другие цивилизации.

Однако, как подчеркивает Сандберг, это не делает проекты SETI, Института поиска внеземных цивилизаций и инициативы Breakthrough Listen полностью бессмысленными. Подобные наблюдения, по его словам, крайне важны для того, чтобы сузить разброс в значениях параметров уравнения Дрейка, а также для поиска реального ответа на главный вопрос Вселенной.

Источник

Внеземные цивилизации могут уже сейчас двигать звезды, считает один астроном

Дэн Хупер (Dan Hooper) из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, США, представил научную работу, описывающую способ, посредством которого гипотетические внеземные цивилизации смогут выжить и сохраниться, несмотря на изоляцию, связанную с расширением Вселенной. В этой работе показано, что выживание цивилизации может быть обеспечено за счет «сбора и хранения» ею звезд.

Сфера Дайсона представляет собой теоретическую структуру, которая возводится вокруг звезды и полностью окружает светило, с тем чтобы использовать его энергию. Изначально описанная Фриманом Дайсоном, эта сфера может быть построена из группы спутников, полностью окружающих звезду. Энергия звезды, собранная при помощи этих аппаратов, затем может быть использована построившей сферу Дайсона цивилизацией в любых целях. В своей работе Хупер показывает, что представители иных цивилизаций могут в настоящее время создавать такого рода структуры, чтобы обеспечить себя энергией в стремительно расширяющемся мире, в котором они в конечном счете рискуют остаться «запертыми» в изолированных галактиках

Хупер отмечает, что сценарий, при котором цивилизация оказывается «запертой» в изолированной галактике, пока еще является весьма маловероятным – он может быть реализован лишь примерно через 100 миллиардов лет. Однако исследователь отмечает, что если бы представители иных цивилизаций перемещали звезды из одной галактики в другую, то продолжительность такой «перевозки» составила бы порядка нескольких миллиардов лет. Таким образом, для того чтобы обеспечить себя энергией на будущее, представители иных цивилизаций должны уже сегодня начинать перемещать звезды. Ученый считает, что увидеть эти перемещения можно, наблюдая за движением звезд между галактиками.

Работа появилась на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Получено лучшее доказательство существования черной дыры промежуточной массы

Обсерватория XMM-Newton Европейского космического агентства позволила наблюдать объект, который является лучшим на сегодняшний день кандидатом на роль очень редкого и труднодоступного наблюдениям класса черных дыр – черную дыру промежуточной массы, которая разрывает на части и поглощает проходящую мимо нее звезду.

Ученым известны многочисленные свидетельства существования сверхмассивных черных дыр, лежащих в центрах галактик, и черных дыр звездных масс, остающихся в результате коллапса массивных звезд. Однако очень редкими остаются свидетельства существования черных дыр промежуточных масс, являющихся «ступенькой» на пути от черных дыр звездных масс к сверхмассивным черным дырам. Предполагается, что черные дыры промежуточной массы обычно формируются в центрах звездных скоплений, где ко времени формирования такой укрупненной черной дыры почти не остается газа, поэтому обычно эти новообразованные черные дыры не проявляют активности, и обнаружить их можно только в том случае, если в окрестностях черной дыры окажется случайно попавшая к центру скопления блуждающая звезда.

В новой работе исследователи во главе с Даченгом Лином (Dacheng Lin) обнаружили именно такой случай – гигантскую вспышку излучения на краю галактики, находящейся на расстоянии примерно 740 миллионов световых лет от нас. Эта вспышка, связанная, по мнению исследователей, с событием разрыва звезды черной дырой, впервые наблюдалась в 2005 г., а само событие приливного разрыва состоялось, согласно расчетам, примерно в октябре 2003 г. Активность черной дыры промежуточной массы, «доедающей» остатки звезды отмечалась рядом вспышек на протяжении 10 лет, указывают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

Физики из МФТИ ускорили создание гаджетов, "нарушающих" законы оптики

Российские ученые создали математическую модель, которая ускорит проектирование различных оптических устройств, построенных на базе метаматериалов или графена. Ее описание было опубликовано в журнале Physical Review E.

"Оптические элементы этих устройств можно представить составленными из более простых блоков. Если мы знаем матрицу рассеивания этого блока, то нам уже неважно, из чего он состоит и какими размерами обладает. Зная матрицы разных блоков, мы можем их комбинировать с помощью достаточно простого правила. Это более высокий уровень абстракции, чем модельное описание микроскопических параметров оптических подсистем", — рассказывает Алексей Щербаков, физик из МФТИ, чьи слова передает пресс-служба вуза.

В последние годы ученые активно изучают свойства так называемых метаматериалов – искусственных структур из множества отдельных кусочков или наночастиц, способных необычным образом взаимодействовать со светом. Метаматериалы, как сегодня считают физики, станут основой сверхбыстрых световых компьютеров будущего и других футуристичных гаджетов.

Строго говоря, метаматериалы не являются изобретением человека – похожие на них кристаллы и структуры встречаются на крыльях многих бабочек "металлической" окраски, на панцирях многих других насекомых, крыльях птиц и даже в знаменитых синих складках на мордах павианов-мандрилов.

В отличие от "обычных" оптических приборов, свойства которых можно достаточно легко предсказать, просчитать поведение света внутри метаматериалов значительно сложнее. Их "стройблоки" часто имеют неправильную или просто сложную форму, из-за чего они взаимодействуют со светом не так, как на это указывает классическая оптика.

По этой причине ученым приходится полностью просчитывать то, как ведут себя лучи света на микроскопическом уровне, взаимодействуя с материалом, используя уравнения Максвелла, описывающие поведение электромагнитных волн. Российские физики упростили эту задачу, разработав математическую модель и набор формул, позволяющую вычислить так называемую матрицу рассеивания.

Она представляет собой особый математический инструмент, при помощи которого инженер может вычислить то, как свет будет вести себя внутри метаматериала только по его свойствам, не просчитывая полностью взаимодействие его волн с "кубиками" материала.

Используя эту модель, Щербаков и его команда просчитали то, как терагерцовое излучение, "раздевающие" лучи, взаимодействует с листом графена, который был предварительно смят в "гармошку" и приклеен к подложке из кремния и оксида этого полупроводника.

Результаты этих расчетов совпали с тем, что физики наблюдают в реальных опытах с подобными структурами. Это, как надеются ученые из МФТИ, позволит использовать их детище и при создании "бытовых" оптических устройств, построенных на базе метаматериалов или "плоских" двумерных соединений, таких как графен.

Источник

Объяснена загадочная аномалия в Солнечной системе

Планетологи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе раскрыли причину возникновения дугообразной облачной структуры в атмосфере Венеры. По словам ученых, она представляет собой необычайно устойчивую гравитационную волну, формирующуюся при столкновении ветра с горными цепями планеты. Об этом сообщает издание Science Alert.

Ширина облачной дуги, находящейся в верхних слоях атмосферы, составляет 10 тысяч километров. Структура была замечена с японского космического аппарата «Акацуки» в 2015 году и в течение многодневных наблюдений оставалась стабильной, несмотря на сильную турбулентность вокруг.

Сутки на Венере длятся около 243 земных дней, однако скорость вращения атмосферы в 60 раз превышает скорость вращения планеты вокруг своей оси. В результате такого супервращения возникают ветра, скорость которых достигает 400 километров в час. В таких условиях существование устойчивых гравитационных волн было бы невозможным.

Ученые полагают, что главным условием появления структуры является Земля Афродиты — обширная возвышенность, которая располагается прямо под облачной дугой. Это подтвердили согласующиеся с наблюдениями компьютерные симуляции, которые показали, что взаимодействие между ветром и высокими горными цепями порождает гравитационную волну. Кроме того, это явление может вызывать сильные колебания в атмосферном давлении, что, в свою очередь, замедляет вращение Венеры.

Гравитационной волной в гидродинамике и физике атмосферы называют специфическую форму колебательного движения на поверхности среды или внутри водной или газовой оболочки планеты, существование которой зависит от силы тяжести. В астрофизике термин «гравитационная волна» имеет другое значение и относится к изменениям гравитационного поля, возникающим при движении массивных тел.

Источник

В поисках внеземной жизни астрономы предлагают необычную новую цель

Когда речь идет о поисках внеземного разума во Вселенной, перед нами встает сложная проблема: что именно нам следует искать?

Помимо давнего вопроса о том, существует ли разумная жизнь во Вселенной, встает также вопрос о том, сможем ли мы определить, что имеем дело именно с внеземной цивилизацией, когда и если мы обнаружим ее.

Имея в виду, что у человечества есть опыт общения только с одной цивилизацией (нашей с вами), мы стараемся искать следы технологического присутствия иных цивилизаций в той форме, в какой они нам известны.

В новом исследовании астроном из Канарского института астрофизики, Канарские острова, Испания, предлагает искать обширные пояса искусственных спутников планет в системах далеких звезд – концепция, которая была предложена великим Артуром Ч. Кларком (известная также как Пояс Кларка).

В своей новой работе Гектор Сокас-Наварро (Hector Socas-Navarro) показывает, что при помощи телескопов нового поколения мы сможем обнаруживать следы широких поясов искусственных спутников, находящихся на геостационарных орбитах вокруг планет, лежащих в системах далеких звезд.

В настоящее время «Пояс Кларка» вокруг Земли формируют примерно 400 таких спутников – расположенных на геостационарной орбите, высота которой составляет 36000 километров.

Однако при попытке поиска Поясов Кларка мы сталкиваемся с одной проблемой – оказывается, что для обнаружения пояса спутников необходимо, чтобы в нем находились миллиарды спутников, в то время как на орбите вокруг Земли находится в настоящее время лишь несколько сотен спутников, отмечает автор. 

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Астрономы наблюдают разрушение далекой звезды сверхмассивной черной дырой

Впервые астрономы напрямую наблюдали формирование и расширение быстродвижущегося джета, состоящего из материала, выброшенного в космос при разрыве мощной гравитацией сверхмассивной черной дыры звезды, которая подошла слишком близко к «космическому монстру».

Ученые следили за развитием этого события при помощи радио- и инфракрасных телескопов, включая радиообсерваторию Very Long Baseline Array (VLBA) Национального научного фонда США. Событие произошло в области столкновения двух галактик, называемой Arp 299, которая находится на расстоянии примерно 150 миллионов световых лет от Земли. В ядре одной из этих галактик лежит черная дыра массой примерно в 20 миллионов масс Солнца, которая разорвала на части своей гравитацией звезду массой более двух масс Солнца.

Наблюдения так называемого «события приливного разрыва» звезды гравитацией черной дыры представляет большую удачу для астрономов. Коллектив исследователей, возглавляемый Сеппо Маттила (Seppo Mattila) из Университета Турку, Финляндия, наблюдал с 2005 г. эволюцию этого загадочного источника, излучающего в ИК и радио- диапазонах, и лишь недавно ученые в полной мере осознали, что отсутствие рентгеновского и оптического излучения, а также постепенное расширение границ источника в радиодиапазоне лишь в одном направлении – все это является признаками, указывающими на то, что таинственный источник представляет собой джет, испускаемый в результате приливного разрыва звезды сверхмассивной черной дырой.

Источник

Физики из МГУ создали ключевую часть световых компьютеров будущего

Российские ученые создали миниатюрный преобразователь света, пригодный для использования в качестве одного из компонентов будущих световых процессоров и запоминающих устройств. Его схема была опубликована в журнале Physical Review B.

"Нашей основной задачей была разработка новых типов компактных преобразователей частоты оптического излучения. В настоящее время для этого используются объемные кристаллы из специальных материалов. Размер этих кристаллов колеблется от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Это неприемлемо для их использования в нанофотонике", — объясняет Борис Афиногенов, сотрудник кафедры квантовой электроники МГУ.

Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине – движением света очень сложно управлять.

За последние два десятилетия инженеры и экспериментаторы создали массу устройств, позволяющих манипулировать свойствами света, однако фактически все они, в силу физических свойств света, имеют достаточно большие размеры,  и их нельзя уменьшить.

Эти проблемы, как рассказывает Афиногенов, ученые преодолевают, используя различные метаматериалы и наноструктуры, такие как плазмонные резонаторы или фотонные кристаллы. Они преобразуют свет в другие типы колебаний и затем переизлучают его в виде "порций" фотонов с другими свойствами.

Подобным образом физики научились управлять движением света, задерживать или концентрировать его, однако до настоящего времени у них не получалось создать миниатюрное устройство, которое бы позволяло произвольным образом преобразовать один тип света в другой, меняя его фазу и другие свойства.

Афиногенов и его команда смогли решить эту проблему, покрыв фотонный кристалл, набор из множества наночастиц, особым образом поглощавших и переизлучавших свет, тонкой пленкой из металла.

Как показали опыты физиков из МГУ, свет, вырабатываемый фотонным кристаллом,  поглощался и усиливался металлом, на поверхности которого возникали особые колебания, так называемые плазмоны Тамма. Они вырабатывали другой тип фотонов, которые, по идее, не должны существовать внутри подобных кристаллов. Подобная накачка "неправильным" светом приводила к тому, что внутри них начинали формироваться своеобразные "гребенки" из световых волн, чья длина была в два, три и более раз короче, чем у "запрещенных" фотонов.

Усиливая один из подобных "зубьев" этой световой расчески, можно преобразовать свет, попадающий в такой кристалл, в импульсы излучения с "нужной" длиной волны, поляризацией и прочими свойствами. Что самое важное, всю эту конструкцию, как отмечают ученые, можно уместить в куб размерами в несколько сот нанометров.

Подобные наноустройства, по словам физиков, можно применять не только в качестве компонентов световых компьютеров, но и в качестве сверхчувствительных датчиков, реагирующих на появление определенных наночастиц, молекул и прочих микроскопических объектов.

Источник

Физики из России сняли на видео

Российские ученые выяснили, что магнитные "воронки", существующие в определенных сверхпроводниках, могут "сбегать" из них и проникать в "обычные металлы", что придает им необычные квантовые свойства. Их выводы и фотографии "побега" были опубликованы в журнале Nature Communications.

"Подобные эксперименты стали возможны благодаря прогрессу в области сканирующей туннельной микроскопии. Мы могли уверенно работать при сверхнизких температурах и в условиях сверхвысокого вакуума, благодаря чему поверхность сверхпроводника и металла оставалась "атомно-чистой" достаточно долгое время. Такой микроскоп есть и в МФТИ, в нашей лаборатории", — рассказывает Василий Столяров, физик из Долгопрудного, 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.

Этот феномен, который физики называют эффектом Мейснера, работает неодинаково в разных сверхпроводниках. В сверхпроводниках первого рода магнитное поле не может существовать в принципе, а в их "собратьях" второго рода магнитное поле может проникать на небольшие расстояния в тех точках, где сочетаются сверхпроводящие и несверхпроводящие свойства.

Данный феномен был открыт в 1957 году советским физиком Алексеем Абрикосовым, за что он, а также Виталий Гинзбург и Энтони Леггет получили в 2003 году Нобелевскую премию по физике. Этот же феномен "частичного проникновения" магнитных полей порождает внутри сверхпроводника особые магнитные "воронки", кольцевые электрические токи, которые сегодня ученые называют "вихрями Абрикосова".

Квантовый характер этих вихрей, а также их стабильность и предсказуемость давно привлекают внимание физиков, пытающихся создать квантовые или световые компьютеры и нуждающиеся в надежных и быстрых запоминающих устройствах, способных напрямую работать с подобными вычислительными устройствами.

Как рассказывает Столяров, физиков давно интересует, могут ли подобные магнитные воронки существовать и в других материалах, которые приобретают часть квантовых свойств сверхпроводников при контакте с ним. Такое, к примеру, происходит в том случае, если соединить пластинку из ниобия, приобретающего сверхпроводящие свойства при температуре в 4-5 градусов выше абсолютного нуля, с пленкой из меди, не способной стать сверхпроводником в таких условиях.

Узнать это достаточно сложно, так как вихри Абрикосова, одни из самых быстрых объектов во Вселенной, крайне сложно "вылавливать" и изучать. Российские ученые смогли решить эту проблему, используя сверхчувствительный туннельный микроскоп, при помощи которого они "обстреливали" бутерброд из меди и ниобия пучками электронов, и новых теорий, позволивших им найти следы подобных квантовых воронок на снимках с микроскопа.

Наблюдая за тем, как электроны внутри этой конструкции отталкивали проходящий через них поток электронов, ученые смогли найти "раструбы" магнитных воронок, "сбежавших" в пластинку из меди. Они находились ровно над теми точками, где находились их "основания" в толще сверхпроводника, и при этом они проникали на неожиданно большое расстояние вглубь обычного металла, несколько десятков нанометров.

Их открытие, как отмечает Столяров, говорит о том, что подобные "бутерброды" можно использовать в качестве элементов квантового компьютера и гибридных квантовых устройств, где необходимо сочетание свойств обычных металлов и их сверхпроводящих "кузенов". Для этого, однако, необходимы дальнейшие наблюдения за "побегами" квантовых воронок из сверхпроводников, заключают ученые.

Источник

Ученые создали метод ускорения ионов, способный улучшить терапию рака

Сотрудники Института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" совместно с коллегами из Германии и Чехии предложили новый метод генерации сверхсильных квазистатических электрических полей, которые приводят к ускорению ионов в лазерной плазме. Результаты работы имеют большое значение для медицины, в частности протонной терапии — современном методе лечения онкологических заболеваний. Научная статья опубликована в престижном научном журнале Scientific Reports.

Как известно, существует три основных метода лечения онкологических заболеваний: хирургическое вмешательство, химиотерапия и облучение (радиотерапия). Последняя представляет собой воздействие ионизирующей радиацией, что губительно не только для опухоли, но и для окружающих здоровых тканей. Это накладывает ограничение на мощность пучка гамма-лучей, которые используются при радиотерапии.

В этом отношении гораздо выгоднее использовать протоны. Благодаря сравнительно большой массе протоны испытывают лишь небольшое поперечное рассеяние в ткани, а разброс длины их пробега очень мал. Поэтому пучок протонов можно очень точно сфокусировать на опухоль, не внося повреждений в окружающие здоровые ткани.

Но для того, чтобы получать пучки протонов, нужен ускоритель заряженных частиц. Это очень дорогостоящее, многотонное оборудование. Так, например, синхроциклотрон терапевтического центра в Орсэ (Франция) имеет суммарную массу 900 тонн. Поэтому во многих университетах мира  работают над альтернативными методами генерации пучков сверхбыстрых заряженных частиц. Один из них основан на использовании лазерного ускорителя.

Лазерные ускорители заряженных частиц существенно компактнее и дешевле обычных циклотронов и синхротронов, но качество получаемых с их помощью пучков пока недостаточно для большинства практических применений из-за большого разброса по энергиям протонов и недостаточной мощности. На сегодняшний день развернулась настоящая гонка за новыми методами лазерного ускорения: получение протонного пучка с энергией 100-200МэВ и разбросом, не превышающим нескольких процентов, открыло бы новую эпоху в лазерной медицине.

По словам ученых МИФИ, разработанная ими теория может помочь в развитии новых методов лазерного ускорения. "В работе мы предсказали теоретически и продемонстрировали при помощи численного моделирования довольно парадоксальный на первый взгляд эффект: сила радиационного трения, действующая на заряженные частицы, излучающие электромагнитные волны, может способствовать их ускорению", – рассказал доцент кафедры теоретической ядерной  физики МИФИ и научный сотрудник института Extreme Light Infrastructure Beamlines (Чехия) Евгений Гельфер.

В обычных механических системах силы трения всегда приводят к потере кинетической энергии и затуханию упорядоченного движения. Сила радиационного трения устроена особенным образом – она возникает за счет перекачки энергии внешнего поля (в данном случае лазерного) в энергию квантов очень высоких частот. Рабочим телом, совершающим эту перекачку, является электрон, и в процессе переноса энергии из одного резервуара в другой, сам он может как замедляться, так и ускоряться.

"Мы рассмотрели распространение сверхсильного лазерного импульса в плазме. В электромагнитных полях мощностью в несколько петаватт и выше (1 ПВт=1 015 Вт, для сравнения, мощность крупнейшей электростанции мира – 22 500 МВт, то есть примерно в 50 000 раз меньше) электроны настолько интенсивно излучают, что их движение определяется не только силой Лоренца, но и силой радиационного трения, возникающей вследствие отдачи при излучении. Причем последняя может даже превосходить силу Лоренца по величине. Мы показали, что при этом замедление электронов радиационным трением в плоскости, перпендикулярной направлению распространения лазерного луча, приводит к более сильному ускорению их вперед. Таким образом способствуя более эффективному разделению зарядов в плазме и усилению, возникающего при этом продольного электрического поля. Именно это поле вызывает ускорение ионов, поэтому полученный нами результат может помочь в получении ионных пучков более высокого качества", – говорит Евгений Гельфер.

Источник

Открыта самая далекая известная науке радиогалактика

Международная команда астрономов обнаружила новую радиогалактику, имеющую большую величину красного смещения (HzRG). Эта вновь обнаруженная HzRG, получившая название TGSS1530, лежит на красном смещении 5,72 – и это означает, что она является самой далекой от нас радиогалактикой, известной науке на настоящее время.

Радиогалактики с высокими значениями красных смещений, которые являются одними из самых массивных галактик для своих красных смещений, содержат большие количества пыли и газа. Галактики класса HzRG часто расположены в центрах скоплений или протоскоплений галактик. Их изучение может помочь глубже понять процессы формирования и эволюции крупномасштабных структур Вселенной.

Астрономы особенно заинтересованы в нахождении HzRG, лежащих на красных смещениях порядка 6,0 и выше, поскольку эти галактики относятся к так называемой эпохе реионизации – ранней стадии эволюции Вселенной, во время которой космический газ перешел из молекулярной формы в ионную. Такие радиогалактики могут быть использованы в качестве уникальных инструментов для подробного изучения процесса реионизации.

Недавно группа исследователей во главе с Аюшем Саксеной (Aayush Saxena) из Лейденской обсерватории, Нидерланды, обнаружила новую галактику класса HzRG в данных релиза Alternative Data Release 1 (ADR1) обзора неба TIFR GMRT Sky Survey (TGSS). Для подтверждения обнаружения исследователи провели дополнительные наблюдения этой галактики в апреле 2017 г. при помощи спектрографов Gemini Multi-Object Spectrographs (GMOS), установленных на телескопе Gemini-North, расположенном на Гавайях. Впоследствии, в феврале и мае 2018 г., ученые провели наблюдения при помощи камеры LBT Utility Camera in the Infrared (LUCI) телескопа Large Binocular Telescope (LBT), расположенного на территории штата Аризона, США.

В результате этих наблюдений была открыта новая радиогалактика, лежащая на красном смещении 5,72, то есть близко к окончанию эпохи реионизации.

Согласно исследованию, размер галактики TGSS1530 составляет примерно 11400 световых лет – размер довольно типичный для радиогалактик, лежащих на больших красных смещениях. Светимость этой галактики в радиодиапазоне типична для радиогалактик, лежащих на красных смещениях свыше 4,0, указывают авторы.

Работа появилась на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник