Новости науки

Российские физики создали уникальное "лазерное" оптоволокно

МОСКВА, 22 июн – РИА Новости. Российские физики и их финские коллеги разработали новый тип оптоволокна, которое идеально подходит для  создания сверхмощных лазеров и усилителей света, говорится в статье, опубликованной в журнале Optics Express.

"Созданные нами образцы оптоволокна найдут применение не только в лазерных системах, но в волоконных датчиках для замера температур, давлений и других физических величин. В отличие от их полупроводниковых конкурентов, они не нуждаются в электропитании, могут проводить распределенное детектирование и имеют еще и другие преимущества", — рассказывает Сергей Никитов, директор Институте радиотехники и электроники РАН и сотрудник МФТИ.

Оптическое волокно представляет собой нити из пластика или стекла, способные проводить пучки света. Как правило, его нити состоят из двух слоев – светопроводного сердечника и окружающей его оболочки из другого прозрачного материала, который обладает чуть меньшим индексом преломления, чем сердцевина.

Благодаря этому оптоволокно может захватывать и заставлять двигаться свет в четко заданном направлении, препятствуя его "побегу" во внешнюю среду через стенки нити. У всех типов оптоволокна, созданных за последние полвека, есть несколько общих  проблем, которые ученые пока не смогли решить полностью.

Главными из них являются постепенное затухание сигнала при движении света на больших расстояниях, и то, что наращивание мощности излучения ведет к появлению непредсказуемых эффектов и нарастанию "шумов", что мешает созданию сверхмощных оптоволоконных лазеров и усилителей света.

Никитов и его коллеги решили эту проблему. Они создали новый тип оптического волокна, которое обладает необычно большой сердцевиной и при этом не искажает все важнейшие оптические характеристики света, который проходит через него.

Для этого ученые "сплющили" сердечник и поменяли его структуру так, чтобы его толщина плавно уменьшалась и увеличивалась по мере удлинения оптоволокна. Схожие изменения претерпела оболочка сердцевины, чья форма меняется по аналогичным принципам. То, с какой скоростью сужаются и расширяются оболочка и сердечник нити, будет очень сильно влиять на ее оптические свойства, и это можно использовать для создания оптоволокна с четко подобранными характеристиками.

Такое оптоволокно, производимое в том числе и в России, может найти широкое применение при создании систем передач данных, так как оно снимает одно из главных ограничений в работе материала – невозможность создавать достаточно "толстые" сердечники. Кроме того, разработку российских ученых можно применять при создании лазеров и научных приборов.

Источник

Ученые из России создали сверхбыструю голографическую камеру

МОСКВА, 21 июн – РИА Новости. Физики из Университета ИТМО создали сверхбыструю цифровую камеру, способную получать трехмерные фотографии микроскопических объектов со скоростью в 20 триллионов кадров в секунду, говорится в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.

"Теоретически, такая камера способна запечатлеть даже переход электрона на другую орбиту. Но главное, теперь мы можем изучать жизнедеятельность клеток не пассивно, а инициируя в них определенные процессы. Например, нагревая или перемещая вирусы, отдельные клетки и их структуры в пространстве с помощью фемтосекундных лазерных импульсов", — рассказывает Арсений Чипегин из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Многие процессы в клетках нашего тела и в других уголках микромира происходят практически молниеносно, за доли наносекунды или даже меньшее время. В последние годы физики и биологи научились следить за ними, используя сверхкороткие, но при этом мощные импульсы лазеров, которые длятся несколько десятков фемтосекунд, квадриллионных долей секунды.

Проблема заключается в том, что подобные вспышки обычно бывают несовместимыми с живыми тканями и трехмерными конструкциями, так как они или повреждаются при облучении рентгеном, или же не позволяют непрерывно следить за процессами внутри них. Кроме того, для работы многих этих методик требуется "подсветка" интересующих ученых молекул и частей клетки при помощи особых светящихся молекул, что также не всегда возможно в таких экспериментах.

Для решения этой проблемы Чипегин и его коллеги создали сверхбыструю систему записи голограмм, которая позволяет сканировать трехмерную форму объекта примерно 20 триллионов раз в секунду, используя серии лазерных импульсов, скомпонованных необычным образом.

Как рассказывают ученые, их камера разбивает единичные вспышки лазера на три пучка, каждый из которых играет свою собственную роль. Первый, самый мощный импульс, сталкивается с молекулами внутри клеток или других фотографируемых структур и возбуждает их, а второй луч – проходит через него позже с другой стороны и рассеивается на их атомах.

Третий луч, в свою очередь, проходит мимо образца и затем соединяется со вторым импульсом и формирует две голографические картинки. Эти картинки затем обрабатываются и "вычитаются" друг из друга при помощи компьютера, что позволяет получить "чистую" картинку фотографируемого объекта.

Подобный подход, как отмечают исследователи, позволяет получать четкие трехмерные картинки без необходимости повышать контрастность изображения или делать образцы достаточно тонкими для их "просветки" лазером.

В качестве демонстрации работоспособности этой "голокамеры" Чипегин и его коллеги получили при ее помощи фотографии так называемого "филамента" – искры, возникающей в воздухе при прохождении через него луча лазера.

Скорость работы камеры и ее разрешение, как отмечают исследователи, можно увеличить, если повысить мощность и уменьшить длительность изначального лазерного импульса. В принципе, как отмечает Чипегин, ничто не мешает улучшить подобную систему до таких пределов, что она сможет следить не только за движением отдельных клеток, но и электронов внутри атомов и молекул.

Источник

Физики выяснили, как можно удержать термоядерный реактор от взрыва

МОСКВА, 21 июн – РИА Новости. Британские физики выяснили, как ведут себя пучки электронов внутри "бублика" термоядерного реактора, и поняли, как можно избежать их "побега" из камеры и последующего взрыва реактора, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

"Если нам удастся затормозить эти сбежавшие электроны, тогда мы сделаем большой шаг в сторону создания полноценных термоядерных реакторов. Учитывая, что других вариантов у нас фактически нет, термоядерный синтез выглядит особенно привлекательным, так как мы можем использовать простую морскую воду для производства огромного количества энергии", — рассказывает Линнея Хесслоу (Linnea Hesslow) из Технологического университета Чалмерса в Гетеборге (Швеция).

В настоящее время ученые всерьез рассматривают два типа термоядерных реакторов – токамак и стелларатор. По принципу работы они близки: высокотемпературная плазма в них удерживается не стенками камеры, а магнитным полем. В токамаке этот эффект достигается за счет пропускания тока через плазму, что заставляет ее сжиматься в своеобразный бублик в присутствии мощного магнитного поля. Стелларатор, в свою очередь, работает по несколько другим принципам, и поведение плазмы в нем зависит исключительно от работы магнитных катушек, благодаря чему он имеет вид "мятого бублика".

Идея токамака сегодня считается более перспективной, и она является основой проекта международного реактора ИТЭР, который уже несколько десятилетий строится во Франции при участии ученых из России, ЕС, США, Китая и других стран.

Главная проблема токамаков, как рассказывает Хесслоу, заключается в том, что эти реакторы могут взорваться фактически в любой момент. По словам ученых, внутри токамаков могут периодически возникать мощные локальные электрические поля, которые будут разгонять пучки электронов до столь высоких скоростей, что те смогут "пробить" магнитные поля, удерживающие плазму реактора от побега, и разрушить магниты и стенки реактора.

Подобные опасения достаточно давно удерживают физиков от проведения длительных и масштабных экспериментов с токамаками, что замедляет процесс раскрытия тайн термоядерного синтеза.

Хесслоу и ее коллеги предлагают решить эту проблему, замедлив электроны достаточно простым способом, используя тяжелые ионы и атомы благородных газов в качестве своеобразных "волнорезов".

Изучая то, как электроны взаимодействуют с разными ионами, ученые обратили внимание на то, что их столкновения с ядрами тяжелых элементов заметно сильнее меняют их поведение, чем то предсказывает теория. Это натолкнуло их на мысль, что атомы благородных элементов, считавшиеся раньше нежелательным "мусором" в топливе для токамаков, можно использовать в качестве естественных замедлителей электронов.

Для проверки этой идеи физики создали компьютерную модель термоядерного реактора, которая учитывала то, как столкновения с тяжелыми ионами замедляют потоки "сбегающих" электронов. Их расчеты показали, что добавление небольшого числа атомов неона или аргона во внешнюю часть кольца токамака, где они будут ионизированы лишь частично,  или его окружение особыми "подушками" с  атомами этих газов, может защитить реактор от уничтожения.

"Многие люди верят в то, что ИТЭР скоро запустится, однако на самом деле нам проще будет полететь на Марс, чем построить стабильный термоядерный реактор. Нужно понимать, что мы пытаемся "приручить" энергию звезд здесь, на поверхности Земли, и решение этой задачи потребует много времени. Поэтому я надеюсь, что эти исследования получат все необходимые ресурсы, и мы сможем найти окончательное решение для энергетического вопроса в будущем", — заключает Хесслоу.

Источник

Обнаружена экстремально редкая гелиевая звезда

Астрономы идентифицировали еще один редкий пример экстремальной гелиевой звезды. Эта звезда, получившая обозначение GALEX J184559.8−413827 (или J1845−4138 для краткости), была изначально отнесена к категории тусклых богатых гелием «горячих субкарликов», однако новые спектроскопические наблюдения обнаружили, что эта звезда содержит еще меньше водорода, чем предполагалось.

Экстремальные гелиевые звезды (extreme helium stars, EHes)представляют собой сверхгиганты, которые по размерам и температуре поверхности значительно превосходят наше Солнце, однако являются существенно менее массивными. В составе их вещества почти не содержится водорода, что само по себе довольно необычно, поскольку водород является наиболее распространенным химическим элементом во Вселенной. Звезды типа EHes характеризуются относительно резкими и интенсивными линиями нейтрального водорода, что указывает на низкую гравитацию у поверхности и атмосферу, богатую гелием. Кроме гелия эти звезды содержат значительные количества углерода, азота и кислорода. Первая звезда типа EHe была обнаружена в 1942 г.

Звезда GALEX J184559.8−413827 была открыта в 2011 г. при помощи спутника НАСА Galaxy Evolution Explorer (GALEX). Учитывая, что эта звезда была классифицирована как богатый гелием «горячий субкарлик», она была внесена в список химически пекулярных (необычных) объектов и рекомендована для дальнейших наблюдений при помощи спектрографа высокого разрешения телескопа Southern Africa Large Telescope (SALT), расположенного близ г. Сатерленд, Южная Африка.

Теперь Саймон Джеффри (Simon Jeffery) из Арманской обсерватории, Северная Ирландия, представляет результаты новых наблюдений звезды GALEX J184559.8−413827, проведенных при помощи спектрографа телескопа SALT в марте 2017 г. Эти наблюдения показывают, что спектр звезды J1845−4138 идентичен (см. фото) спектру известной пульсирующей гелиевой звезды типа EHe под названием V652 Her, следовательно, наблюдаемая звезда относится к такому же типу, вопросом остается лишь то, является ли эта звезда пульсирующей, как V652 Her.

Стоит отметить, что J1845−4138 стала первой звездой типа EHe, обнаруженной за последние 40 лет. Это подчеркивает экстремальную редкость таких звезд.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Открытие физиков из России поможет заменить бензин водорослями

МОСКВА, 20 июн – РИА Новости. Ученые из МФТИ, МГУ, "Сколтеха" и институтов РАН раскрыли точный химический состав биотоплива из одноклеточных водорослей, изучение которого поможет сделать его более эффективным, говорится в статье, опубликованной в журнале EJMS.

"Дальнейшая работа должна быть сконцентрирована на использовании сортов водорослей с максимально высоким содержанием жиров и создание таких сортов при помощи генных модификаций. Так мы сможем выбрать из них самое эффективное сырье для производства биотоплива", — приводит пресс-служба Физтеха слова сотрудника "Сколтеха" и МФТИ Евгения Николаева.

Вопреки общепринятым представлениям, настоящими "легкими Земли", производящими большую часть кислорода, являются морские и пресноводные водоросли, а не деревья и другие сухопутные растения. Помимо воздуха, водоросли снабжают все морские организмы питательными веществами, преобразуя  углекислоту и энергию Солнца в сахара и другие "съедобные" вещества. 

Водоросли набирают биомассу в несколько раз быстрее других фотосинтезирующих организмов, из-за чего многие исследователи рассматривают их как главного кандидата на роль полноценной замены для бензина и других видов топлива. Помимо высокой скорости роста, водоросли имеют и массу других преимуществ – для их выращивания не нужно полей, а их одноклеточный характер упрощает их переработку в топливо.

Николаев и его коллеги обнаружили, что на самом деле биотопливо, которое изготавливают из водорослей, похоже по своим свойствам и происхождению не на нефть или нефтепродукты, а на некое подобие зеленки. К такому выводу ученые пришли, раскрыв полный химический состав "сжиженных" водорослей, из которых готовится биотопливо.

Как объясняют российские исследователи, топливо из водорослей производят совсем не так, как его "варят" из обычной растительной биомассы – одноклеточный планктон содержит в себе слишком много воды, чтобы его можно было высушивать и затем перерабатывать химически. Водоросли  "напрямую" превращают в биотопливо, нагревая их до температуры в 300 градусов Цельсия и одновременно сжимая до очень высоких давлений, фактически имитируя то, как возникает нефть в недрах Земли.

В результате этого процесса биомасса делится на жидкое топливо и густую "смолу", которая накапливается на дне реактора. И то, и другое содержит в себе тысячи отдельных веществ, что мешало определить их состав и оценить, как нужно поменять процесс "варки" водорослей, чтобы улучшить свойства топлива.

Для определения его состава российские ученые воспользовались хитростью – перед тем, как превратить водоросли в биотопливо, они вымочили их в парах "тяжелой" воды и щелочей.

Тяжелая вода и щелочи, как объясняют исследователи, содержит в себе атомы дейтерия – "тяжелого" водорода, в ядре которого присутствует не только один протон, но и один нейтрон. Молекулы, содержащие в себе дейтерий, будут иметь несколько другой спектр по сравнению с их обычными версиями. Это позволило не только "прочитать" формулы всех компонентов биотоплива, но и "увидеть" их трехмерную структуру.

Как оказалось, "морское" биотопливо состоит из веществ, большая часть из которых не имеет ничего общего с углеводородами и прочими молекулами, содержащимися в нефти. По словам химиков, эти вещества похожи на некоторые органические красители, такие как, например, бриллиантовый зеленый, который входит в состав зеленки.

Дальнейшее изучение этой "биозеленки", как считают авторы статьи, поможет понять, какие сорта водорослей лучше всего использовать для варки биотоплива и как их можно модифицировать, чтобы они могли заменить бензин и другие виды топлива из ископаемых углеводородов.

Источник

Астрономы измерили магнитное поле самой горячей планеты в нашей Галактике

Теперь стало возможным измерять магнитные поля на самых горячих планетах в нашей Галактике, сообщается в новом исследовании.

Изучая планету класса «горячих юпитеров», исследователи из Ньюкаслского университета, Соединенное Королевство, показали, что магнитное поле планеты отвечает за необычное поведение ветров, дующих в ее атмосфере.

Эти ветра на планете HAT-P-7b, вместо того чтобы дуть в восточном направлении, как предполагали ученые, на самом деле изменяли направление движения, двигаясь то в восточном, то в западном направлении.

Используя эти наблюдения, доктор Тамара Роджерс (Tamara Rogers) из Ньюкаслского университета смогла оценить силу магнитного поля на этой далекой планете.

«Экстремальная температура на поверхности этой планеты приводит к ионизации таких металлов, как литий, натрий и калий. Наличие движущихся заряженных частиц в атмосфере, обладающих магнитными свойствами, и обеспечивает связь между магнитным полем планеты и дующими в её атмосфере ветрами», - объясняет доктор Роджерс.

«Магнитные силы способны обратить вспять мощные ветра, дующие в восточном направлении. Это позволяет нам оценить силу магнитного поля планеты».

Планета HAT-P-7b примерно на 40 процентов больше по размерам, по сравнению с нашим Юпитером, и обращается вокруг родительской звезды с периодом двое суток. Она расположена настолько близко к своему светилу, что температура на дневной стороне планеты достигает 2500 градусов Цельсия, не падая в то же время на ночной стороне планеты ниже 1400 градусов.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

Физики усомнились в том, что LIGO открыл гравитационные волны

МОСКВА, 19 июн – РИА Новости. Несколько космологов и физиков усомнились в открытии гравитационных волн гравитационной обсерваторией LIGO, обнаружив необычную "синхронизацию шумов" в данных с двух детекторов этого научного прибора, говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org

"Я пытался воспроизвести то, о чем пишут коллеги в этой статье. Мне не удалось этого сделать, причиной чего, как мне кажется, являются ошибки при "вычистке" данных. Даже если бы эти аномалии присутствовали в наших данных, это бы никак не опровергло открытие всплеска GW150914 и не повиляло бы на его статистическую достоверность. Тем не менее, я сейчас связался с авторами этого заявления, и мы вместе пытаемся понять суть этих расхождений", — заявил Айэн Харри (Ian Harry) из Института гравитационной физики в Потсдаме (Германия), один из участников коллаборации LIGO.

На волне

В сентябре 2015 года, фактически сразу после включения обновленного LIGO, ученые обнаружили всплеск гравитационных волн, порожденных сливающимися черными дырами общей массой в 65 Солнц. Впоследствии, LIGO зафиксировал еще два всплеска гравитационных волн, только один из которых был официально признан научным сообществом. Еще один всплеск был найден в январе этого года, после начала второго этапа работы детекторов.

Павел Насельский, росийско-датский физик из института Нильса Бора в Копенгагене, и ряд других ученых повторно проанализировали данные, собранные двумя детекторами LIGO во время обнаружения первой вспышки гравитационных волн, и обнаружили необычную аномалию, заставившую их думать, что все открытия LIGO могут оказаться плодом ошибки.

Насельский и его команда обратили внимание не на сам сигнал, порожденный черными  дырами, а на шумы, которые порождаются квантовыми флуктуациями вакуума и другими случайными процессами, а также специальными системами калибрации, которые используются для синхронизации "половинок" LIGO.

Как отмечают ученые, шумы их интересовали по той причине, что случайная синхронизация шумов и в том, и в другом детекторе на протяжении некоторого времени может породить сигнал, похожий на гравитационные волны, который будет практически невозможно отличить от реального, если анализировать только сигнал, а не все данные.

Космические случайности

Для поисков подобных совпадений и аномалий датские физики скачали архив наблюдений LIGO, "удалили" из них четыре известных нам всплеска гравитационных волн, и попытались найти подобные совпадения в уровне шумов в данных и с того, и с другого детектора обсерватории.

По их словам, "синхронизация шумов" имела место и при обнаружении события GW150914 в сентябре 2015 года, и в недавнем событии GW170104. Это, по их мнению, заметно уменьшает вероятность того, что LIGO действительно удалось обнаружить сливающиеся черные дыры.

Харри, в свою очередь, считает, что ошибки есть в расчетах Насельского и его коллег. По его словам, использованная ими методика "очистки" сигнала сама по себе порождает подобные корелляции. Как отмечает ученый, если применить методику датских физиков для анализа абсолютно случайного набора данных, то получится та же самая картина, что и при анализе результатов наблюдений при помощи LIGO, что опровергает выкладки авторов статьи.

Более того, по словам представителя LIGO, сам сигнал можно увидеть в данных и того, и другого детектора невооруженным глазом, не сравнивая его с информацией со второй "половинки" обсерватории и никак не очищая его. Все это, по его мнению, говорит о том, что Насельский и его команда ошибаются – даже если бы эти "синхронизации" в шумах существовали, они бы не смогли усилить сигнал или искусственным образом породить его.

Любош Мотль, чешский физик-теоретик и бывший профессор Гарварда, излагает похожие мысли – его расчеты, построенные на базе данных LIGO, показывают, что гравитационные волны были однозначно обнаружены в сентябре 2015 года, и что ошибки и случайных совпадений здесь быть не может.

По его мнению, единственной ошибкой команды LIGO может быть то, что они не учитывают то, как поляризация гравитационных волн может влиять на работу детекторов обсерватории. Игнорирование этого фактора, по мнению Мотля, будет порождать небольшие расхождения между моделями слияний черных дыр и теми данными, которые получил LIGO при наблюдениях за тремя подобными событиями.

Источник

Ученые впервые получили трехмерную "атомную" фотографию вируса

МОСКВА, 19 июн — РИА Новости. Физики из Германии смогли получить первую полноценную "атомную" фотографию вируса, разработав методику сверхбыстрого просвечивания трехмерных биологических материалов при помощи рентгена, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Methods.

"Понимание того, как устроена трехмерная молекула белка или любого другого вещества, позволяет нам раскрывать то, какую роль он играет в работе клеток и организма. К примеру, структура белкового "абордажного крюка" вируса, при помощи которого он прикрепляется к клеточной мембране, может помочь нам защитить клетку от его проникновения", — рассказывает Дэвид Стюарт (David Stuart) из Оксфордского университета (Великобритания).

Сложные белковые молекулы в наших организмах состоят из нескольких тысяч аминокислот, чьи цепочки часто бывают закручены в сложную форму благодаря взаимодействиям между отдельными звеньями этих пептидных цепей. Пока биологи не до конца раскрыли законы, по которым белки принимают определенную форму и которые позволяют узнавать форму молекулы по ее формуле.

Поэтому структуру отдельных белков ученым приходится определять "вручную" — или используя компьютерные симуляции, или же замораживая молекулы белков при помощи жидкого азота и гелия и "просвечивая" их сверхмощными рентгеновскими лазерами.

Как рассказывает Стюарт, ученые достаточно давно пытаются приспособить эту методику для получения "атомных" фотографий отдельных клеток, бактерий и вирусов. Все попытки получить подобные снимки проваливались по той причине, что живые организмы достаточно сложно заморозить, не разрушив, а сам рентген быстро уничтожает молекулы на их поверхности и не позволяет получить качественные трехмерные снимки всего микроба или вируса.

Для решения этой проблемы Стюарт и его команда создали новую методику фотографирования вирусов, которую они назвали серийной кристаллографией. Главным отличием ее от обычной рентгеновской кристаллографии является то, что она не требует заморозки изучаемых образцов и поэтому работает при комнатной температуре.

Ее ключевой частью является специальная кремниевая пластинка с большим количеством пор, размеры которых подобраны таким образом, что частицы вируса застревают в них и теряют подвижность. Просвечивая каждую подобную ловушку при помощи рентгеновского лазера, ученые могут получать данные по атомной структуре той части вируса, которая "выглядывает" из поры, и объединять их для получения полной трехмерной картинки.

Подобный подход, как рассказывает Стюарт, позволил его команде получить фотографии вируса BEV2, поражающего крупный рогатый скот и вызывающего выкидыши, потратив всего 14 минут времени на "просвечивание" чипа при помощи сверхмощного рентгеновского лазера LCLS, установленного в американском Национальном ускорительном центре SLAC.

Каждый пиксель на картинке, которую получили Стюарт и его коллеги, занимает всего 0,23 нанометра, что позволяет видеть отдельные атомы и группы молекул на поверхности оболочки вируса и внутри нее.

В ближайшее время физики планируют увеличить число пор в пластинке в десять раз и приспособить методику для работы с более крупными и сложными вирусами. Кроме того, использование европейского лазера XFEL, способного вырабатывать до 27 тысяч мощных, но коротких импульсов рентгена в секунду, позволит получать подобные трехмерные снимки еще быстрее, чем раньше, что ускорит поиск вакцин и лекарств от ВИЧ и других вирусных заболеваний.

Источник

Ученые впервые "столкнули" лучи света при комнатной температуре

МОСКВА, 19 июн – РИА Новости. Физики из MIT впервые смогли заставить единичные частицы света взаимодействовать между собой при комнатной температуре, что открывает дорогу для создания сверхбыстрых обычных компьютеров и их больших квантовых собратьев, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

"Все предыдущие попытки столкнуть частицы света между собой требовали охлаждения атомов или похожих на них структур до температур, близких к абсолютному нулю, и работали для фотонов в очень узком диапазоне частот. Разработка методики, позволяющей делать это при комнатной температуре и при нормальных условиях, была идеей-фикс для нас", — рассказывает Дирк Энглунд (Dirk Englund) из Массачусетского технологического института (США).

Как рассказывает ученый, создание световых компьютеров и их квантовых аналогов сегодня замедляется тем, что пока у физиков нет способов заставить главный "носитель информации" в подобных вычислительных приборах – фотоны, частицы света, взаимодействовать между собой, не используя при этом материю в виде электронов или ионов в качестве "посредников".

Фотоны, как может убедиться любой человек, скрестив лучи двух фонариков, фактически не взаимодействуют друг с другом и пролетают другие частицы света, не сталкиваясь с ними и не меняя траекторию их движения. Как показывают теоретические расчеты и последние опыты, фотоны начинают влиять друг на друга только в абсолютно экстремальных условиях, к примеру, при столкновении лучей мощнейших лазеров или внутри "кольца" Большого адронного коллайдера.

Относительно недавно ученые обнаружили, что подобные условия можно создать в окрестностях определенных атомов щелочных и редкоземельных металлов, охлажденных до сверхнизких температур. Это открытие заставило Энглунда и его коллег задуматься, можно ли создать схожие условия и при нормальной комнатной температуре, и проанализировать результаты таких опытов.

Проанализировав итоги других экспериментов, физики из MIT пришли к выводу, что фотоны начинали взаимодействовать друг с другом в том случае, если они находились внутри мощного электрического поля. Они попытались воспроизвести эти условия, создав особый световод из кремния, содержащий в себе множество отверстий разной ширины.

Эти отверстия соединены друг с другом каналом, который сужается к центру световода, и в середине этого канала установлены две иглы, разделенные очень узким проходом. Отверстия и иглы играют разные роли – первые поглощают частицы света и не дают им покинуть световод, а иглы – концентрируют их электрическое поле. Благодаря этому  в проходе между иглами создаются условия, подобные тем, которые есть внутри БАК или в окрестностях атома.

Благодаря этому частицы света, которые будут проходить через это отверстие, будут очень сильно влиять друг на друга. К примеру, как показывают первые опыты Энглунда и его коллег, одиночные фотоны могут проходить через "дыру" в световоде, а пары частиц будут сталкиваться друг с другом и отскакивать в противоположных направлениях при сближении с иглами.

Как отмечают ученые, подобные световоды можно использовать уже сейчас для создания высококачественных источников одиночных фотонов, а в будущем они станут основой для световых или квантовых транзисторов и других элементов вычислительных схем.

Источник

Астрономы считают, что на границах Солнечной Системы существует две «планеты Х»

В начале 2016 года, Майклом Брауном и Константином Батыгиным – сотрудниками технологического института в Калифорнии, было заявлено о том, что они смогли определить положение девятой по счету планеты Солнечной системы. Так называемая таинственная «планета Х», по их словам, имеющая вес в 10 раз превышающий массу Земли, расположилась на удалении от Солнца в 41 миллиарде километров.

Конкретных доказательств, которые могли бы подтвердить существование загадочной планеты, ученые пока не обнаружили, за исключением странно движущихся астероидов и ряда карликовых планет в поясе Койпера. По предварительным оценкам ученых период вращения «планеты Х» вокруг Солнца – один оборот в течение 15 тысяч лет, что так же пока не дает понять, где она находится.

Около полугода назад, коллеги университета Аризоны (США) - Кэтрин Волк (Kathryn Volk) и Рену Малхотра (Renu Malhotra), представили расчеты возможных орбит «планеты Х», после чего и вовсе выдвинули предположения о возможности существования целых двух подобных объектов, вместо одного. Если учесть, что все планеты в пределах Солнечной системы уже открыты, то найти объяснение обнаруженным аномалиям невозможно. Только планета, как минимум соразмерная Марсу, способна их породить.

В процессе анализа орбит объектов в разных частях пояса Койпера, было обнаружено присутствие двух групп карликовых планет с необычным наклоном и вытянутостью орбит относительно орбит других объектов на границах Солнечной системы. Первые были сосредоточены в 40-42 астрономических единицах от светила, а планеты из второй «популяции» приблизительно в 50-80 единицах. Первая аномальная группа была «связана» с движением гигантских планет и «планетой Х» Брауна и Батыгина, а вторая «говорила» об еще одной довольно крупной планете. Искривленность их орбит была не такой сильной, что указывает на заметно меньший размер десятой планеты по сравнению с «планетой Х», которую уже называют «супер-Земля» и «мини-Нептун».

Десятая планета, как рассчитали Малхотра и Волк, имеет размеры, сопоставимые с размерами Марса при том, что расположение небесного тела к поясу Койпера и другим планетам Солнечной системы, будет намного ближе, приблизительно в 65 астрономических единицах от Солнца. Из-за этого, открытие этой планеты может произойти намного раньше, чем Браун и Батыгин «разберутся» с газовым гигантом.

Однако почему же до сих пор этого не произошло, планетологи связывают это с возможным прохождением ее орбиты сквозь небо в части расположения яркого диска Галактики, сияние которого «затмевает» слабый свет объекта на границах Солнечной Системы.

Источник

Ученые объяснили почему до сих пор не обнаружены следы существования инопланетян

По мнению американских астрономов, просчитавших всевозможные причины существования пришельцев с других планет, возникновение таких цивилизаций может быть очень редким, но при этом которые способны были бы «связаться» с человечеством на Земле, находясь в любой точке Галактики.

В попытках отыскать возможность как-то обнаружить присутствие внеземного разума во Вселенной и инопланетную жизнь, более 50 лет назад, американским астрономом Фрэнком Дрэйком была разработана формула, по которой можно вычислить количество существующих цивилизаций в Галактике. Однако, физику Энрико Ферми, оцененные астрономом Дрэйком шансы наладить межпланетный контакт, показались достаточно высокими. На что, в ответ, им был сформулирован известный на сегодняшний день так называемый «парадокс Ферми», который гласит: Если инопланетная жизнь существует в таком большом количестве, тогда почему человеку до сих пор не удалось обнаружить никаких ее следов? Для разрешения данного парадокса учеными было предпринято множество способов, в том числе и популярная гипотеза об «уникальной Земле».

Суть этой гипотезы заключается в том, что разумные существа могут появиться только в уникальных условиях, как на нашей планете. По мнению же других астрономов, контакт с пришельцами до сих пор не установлен, либо потому что мы просто «не успеваем» их заметить, слишком быстро исчезают их цивилизации, либо они сами того не хотят и активно скрываются.

Рассчитывая возможные сценарии, ученые взяли за основополагающие два «фактора» - не каждая планета может быть обитаемой, и продолжительность существования разумной жизни на них сильно зависит от того, как часто возникают гамма-вспышки, взрывы сверхновых, а так же другие галактические катаклизмы, из-за которых на конкретной отдельной планете жизнь может быть уничтожена.

Поэтому, дабы «сопоставить» эти два противоборствующих условия - парадокс Ферми и формулу Дрэйка, ученые внесли два новых дополнительных параметра во второе: «разумные» цивилизации, имеющие возможность межзвездного контакта и продолжительность их существования.

В результате, расчеты показали, что «скрывающиеся» от нас разумные инопланетные цивилизации на самом деле существовали или даже существуют на данный момент в Галактике, но в процентном соотношении от общей численности всех разумных инопланетян, они составляют всего лишь примерно 0,5%. Именно эти «цифры» - главная сложность в их поиске, что проясняет, почему мы до сих пор их не обнаружили. При этом существовать они могли до трехсот тысяч лет, за время которое, гипотетически, имели бы возможность «связаться» с человечеством на Земле, находясь в любой течке Галактики, если бы знали о нас.

Хорхе Сориано (Jorge Soriano) из Городского университета в Нью-Йорке (США) вместе со своими коллегами высказались о возможности обнаружения следов существования инопланетян так, что шансы сделать это у нас появятся только в будущем, с появлением «наследников» нынешних, имеющихся в NASA космических телескопов, с помощью которых будет открыто больше «двойников» Земли и полноценно аналогичных нашей планете объектов.

Источник

Обнаружена звезда, сформировавшаяся в слабом магнитном окружении

В течение нескольких десятилетий ученые считали, что линии магнитных полей в окрестностях рождающихся звезд формируют мощные и неподатливые «тюремные решетки», удерживающие материал, из которого формируются звезды. Однако недавно астрономы обнаружили интригующие свидетельства того, что крупномасштабная турбулентность оказывает очень большое влияние на магнитное поле, окружающее новорожденную звезду.

Теперь команда астрономов, используя для наблюдений телескоп Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), обнаружила неожиданно слабое и беспорядочное магнитное поле вблизи вновь сформировавшейся звезды под названием Ser-emb 8, расположенной на расстоянии примерно 1400 световых лет от нас в звездообразовательной области Змея. Эти новые наблюдения являются самыми чувствительными на сегодняшний день наблюдениями локальных магнитных полей, непосредственно окружающих молодую протозвезду.

«До настоящего времени мы не знали, все ли звезды формируются в окружении мощных магнитных полей. Теперь, при помощи радиотелескопа ALMA мы нашли ответ, - сказал Чарльз Л.Г. «Чат» Халл (Charles L. H. "Chat" Hull), астроном и сотрудник Национальной радиоастрономической обсерватории США, а также главный автор нового исследования. – Теперь мы можем изучать магнитные поля в звездообразовательных облаках как в самом крупном, так и в более мелком масштабе, вплоть до масштаба отдельной формирующейся звезды. Благодаря этим новым возможностям, сегодня мы узнаем, что звезды могут формироваться в самых различных условиях, а не только в областях с мощными магнитными полями, как считалось ранее».

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal Letters.

Источник

Эксперименты с волнами на воде помогают глубже понять физику черных дыр

Небольшая международная команда исследователей обнаружила, что волны на воде, расходящиеся в стороны от водоворота, могут демонстрировать сверхизлучение – эффект, который, как предсказывали астрофизики, вероятно, происходит в окрестностях черных дыр, но который никогда прежде не был воспроизведен в лабораторных условиях. В своей работе группа объясняет наблюдения и измерения параметров волн, распространяющихся по поверхности воды близ вращающейся воронки.

Как объясняют исследователи, когда волна встречает на пути своего распространения препятствие, она имеет тенденцию к рассеянию, что можно наблюдать почти на каждом морском берегу. Куда труднее увидеть частичное отражение волны от препятствия и частичное прохождение волны сквозь препятствие. Это привело к тому, что в 1954 г. Робертом Дикке была предложена гипотеза, согласно которой в случае вращающегося объекта волны могут быть усилены за счет извлечения энергии из тех частей волны, которые рассеиваются – явление, носящее название сверхизлучения. В новой работе исследователи провели эксперименты, которые ставили целью подтвердить или опровергнуть эту гипотезу.

В этих новых экспериментах исследователи во главе с Тэо Торресом (Theo Torres) использовали резервуар с водой размерами 3 х 1,5 метра, с 4-сантиметровым отверстием для слива в центре. Измерения интенсивности волн, распространяющихся по поверхности воды в стороны от центрального водоворота, измеряли при помощи датчиков, установленных на боковой поверхности резервуара. Как сообщают исследователи, они наблюдали волны, распространяющиеся по поверхности, и эти волны усиливались, после того как происходило рассеяние. Наибольшая величина усиления составила 14+-8 процентов при распространении волн частотой 3,7 Герца в воде, высота слоя которой составляла всего лишь 6,25 сантиметра. Авторы заявляют, что их находки хорошо согласуются с теорией, а потому могут быть применены к исследованиям окрестностей черных дыр. Это становится возможным, поскольку, как считают авторы работы, небольшие волны на поверхности воды аналогичны волнам, возникающим на горизонте событий черной дыры. Они также отмечают, что однажды новые, более чувствительные детекторы гравитационных волн помогут измерить параметры аналогичных процессов, протекающих в окрестностях реальных черных дыр.

Работа вышла в журнале Nature Physics.

Источник

Квантовая телепортация вышла в космос

руппа ученых из Китайской академии наук провела спутниковый эксперимент по передаче квантовых состояний между парами запутанных фотонов (так называемая квантовая телепортация) на рекордное расстояние — более 1200 км.

Эффективность такой связи оказалась на порядок выше, чем при передаче фотонов через оптоволокно в более традиционных наземных телекоммуникационных экспериментах. Соответствующая статья опубликована в журнале Science.

Явление квантовой запутанности (или спутанности) возникает при взаимозависимости (коррелированности) состояний двух или большего числа частиц, которые можно разнести на сколь угодно далекие расстояния, но при этом они продолжают «чувствовать» друг друга. Измерение параметра одной частицы приводит к моментальному разрушению запутанного состояния другой, что сложно представить без понимания принципов квантовой механики, тем более что частицы (это было специально показано в экспериментах по нарушению так называемых неравенств Белла) не обладают никакими скрытыми параметрами, в которых бы сохранялась информация о состоянии «компаньона», и при этом мгновенное изменение состояния не приводит к нарушению принципа причинности и не позволяет передавать таким образом полезную информацию.

Для передачи реальной информации дополнительно необходимо участие частиц, движущихся со скоростью, не превышающей световую. В качестве запутанных частиц могут выступать, например, фотоны, имеющие общего прародителя, а в качестве зависимого параметра используется, скажем, их спин.

К передаче состояний запутанных частиц на все более дальние расстояния и в самых экстремальных условиях проявляют интерес не только ученые, занимающиеся фундаментальной физикой, но и инженеры, проектирующие защищенные коммуникации. Считается, что явление запутанности частиц в перспективе предоставит нам в принципе невзламываемые каналы связи. «Защитой» в этом случае послужит неизбежное уведомление участников разговора о том, что в их связь вмешался некто третий.

Свидетельством этому станут нерушимые законы физики — необратимый коллапс волновой функции.

Прототипы устройств для осуществления подобной защищенной квантовой связи уже созданы, однако возникают и идеи по компрометации работы всех этих «абсолютно защищенных каналов», например путем обратимых слабых квантовых измерений, поэтому до сих пор неясно, сможет ли квантовая криптография выйти из стадии испытания прототипов, не окажутся ли все разработки заранее обреченными и непригодными для практического применения.

Еще один момент: передача запутанных состояний осуществлялась до сих пор лишь на расстояния, не превышающие 100 км, из-за потерь фотонов в оптоволокне или в воздухе, поскольку вероятность того, что хотя бы часть фотонов доберется до детектора, становится исчезающе малой. Время от времени появляются сообщения об очередном достижении на этом пути, но охватить подобной связью весь земной шар пока не представляется возможным.

Так, в начале этого месяца канадские физики объявили об успешных попытках связаться по защищенному квантовому каналу с самолетом, но он находился лишь в 3–10 км от передатчика.

Одним из способов кардинального улучшения распространения сигнала признан так называемый протокол квантовых повторителей, но и его практическая ценность остается под вопросом из-за необходимости решения целого ряда сложных технических моментов.

Другой подход как раз и заключается в использовании спутниковых технологий, поскольку спутник может оставаться в прямой видимости одновременно для разных весьма отдаленных мест на Земле. Основным преимуществом такого подхода может быть то, что большая часть пути прохождения фотонов окажется практически в вакууме с почти нулевым поглощением и исключением декогеренции (нарушение когерентности, обусловленное взаимодействием частиц с окружающей средой).

Чтобы продемонстрировать целесообразность спутниковых экспериментов, китайские специалисты проводили предварительные наземные испытания, которые продемонстрировали успешное двунаправленное распространение запутанных пар фотонов через открытую среду на расстояния 600 м, 13 и 102 км с эффективной потерей канала 80 дБ. Были также проведены эксперименты по передаче квантовых состояний на движущихся платформах в условиях высоких потерь и турбулентности.

После подробных технико-экономических обоснований при участии австрийских ученых был разработан спутник стоимостью $100 млн, запущенный 16 августа 2016 года с космодрома Цзюцюань в пустыне Гоби с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-2D» на орбиту высотой 500 км.

Спутник получил наименование «Мо-цзы» в честь древнекитайского философа V века до н.э., основателя моизма (учение о всеобщей любви и государственном консеквенциализме). На протяжении нескольких столетий в Китае моизм успешно конкурировал с конфуцианством, пока последний не был принят в качестве государственной идеологии.

Поддержку миссии «Мо-цзы» обеспечивают три наземные станции: в Дэлинхе (провинция Цинхай), Наньшань в Урумчи (Синьцзян) и обсерватория GaoMeiGu (GMG) в Лицзяне (провинция Юньнань). Расстояние между Дэлинхе и Лицзянем составляет 1203 км. Расстояние между орбитальным спутником и этими наземными станциями колеблется в пределах 500–2000 км.

Из-за того что запутанные фотоны не могут быть просто «усилены», как классические сигналы, необходимо было разработать новые методы для уменьшения затухания в каналах передачи между Землей и спутниками. Чтобы добиться нужной эффективности связи, потребовалось достичь одновременно и минимальной расходимости пучков, и высокоскоростного и высокоточного наведения на детекторы.

Разработав ультраяркий космический источник двухфотонных запутываний и высокоточную технологию APT (acquiring, pointing, and tracking), группа установила «квантовое сцепление» между парами фотонов, разделенных 1203 км, ученые провели так называемое тестирование Белла для проверки нарушений локальности (возможность мгновенно повлиять на состояние удаленной частицы) и получили результат со статистической значимостью четыре сигма (среднеквадратических отклонения).

Схема источника фотонов на спутнике. Толщина кристалла KTiOPO4 (PPKTP) составляет 15 мм. Пара внеосевых вогнутых зеркал фокусирует лазер накачки (PL) в центре кристалла PPKTP. На выходе интерферометра Саньяка используются два дихроматических зеркала (DM) и фильтры для отделения сигнальных фотонов от лазера накачки. Два дополнительных зеркала (PI), дистанционно управляемые с Земли, используются для точной регулировки направления луча для оптимальной эффективности сбора пучка. QWP - четвертьволновая фазовая секция; HWP - полуволновая фазовая секция; PBS - поляризационный светоделитель.

По сравнению с предыдущими методами с использованием самых распространенных коммерческих образцов телекоммуникационного оптоволокна эффективность спутникового соединения оказалась на много порядков выше, что, по мнению авторов исследования, открывает ему путь к практическим применениям, ранее недоступным на Земле.

Источник

Ученые объяснили природу возникновения «свежих» следов присутствия воды на Марсе

По результатам изучения следов присутствия воды на Марсе, которые обнаружили спутники NASA в течение последних лет, было выяснено, что к их образованию привели падения метеоритов на крупные марсианские кратеры, где на их кромках вследствие чего лед начинал таять.

Этими выводами поделился Дэвид Вайсс (David Weiss) - сотрудник Брауновского университета в США, исключив из возможных причин, приведших к возникновению найденных долин, выход грунтовых вод на поверхность, иначе бы следы воды были бы обнаружены и в кратере, но этого не было.

Среди ученых и планетологов блуждают расхожие мнения. Многие из них находят много «подтверждений» существования в древние времена на Марсе рек, озер и даже целых океанов, соразмерных нашему Северному Ледовитому. А другая часть исследователей склонна считать, что и в глубокой древности Марс был чересчур холодным для постоянного присутствия на нем океанов, и лишь при извержении вулканов или метеоритных ударов, вода на поверхности могла принимать жидкую форму.

Развеяли эти представления снимки кратеров Исток и Йезеро, расположенные в экваториальной части Марса, а так же Лио, находящийся на северной полярной широте. На них четко были видны следы, оставленные потоками воды, еще совсем недавно протекавших по поверхности, примерно несколько десятков или сотен миллионов лет тому назад.

С этого момента ученые занялись разгадкой тайны попадания жидкой воды на Марс, да и еще как она могла так долго сохраниться до образования хоть и не глубоких, но довольно разветвленных сети каналов по склонам кратеров. Учеными было сделано предположение об относительно теплом и мягком климате на Марсе, присутствовавшим в не совсем далеком прошлом. Благодаря этому ледяные запасы под землей, в тех районах, которые были более «подвержены» солнечному освещению, могли иногда таять и выходить наверх после метеоритных ударов.

Однако, исследования Вайсса и его коллег, проведенных над структурой долин на кромках марсианского кратера Лио, заставили с этим не согласиться. Они воспользовались полученными с зонда MRO, фотографиями кратера Лио, представляющего собой гигантский котлован диаметром 225 км и ушедшего вглубь на семь километров, к образованию которого привел удар о поверхность крупного астероида примерно 1,6-3 миллиардов лет назад.

Кромки Лио были все в каких-то своеобразных речушках, протекавших по этим краям около 1,2-1,8 миллиардов лет назад. То, как устроены эти русла, а вернее их сосредоточение лишь на северной стороне без «проникновения» внутрь самой воронки, опровергает теорию о грунтовых водах.

Ответить на вопрос о возникновении этих рек ученым удалось изучив «историю» зарождения кратера Лио. Русла и долины от самых «свежих» рек образовались именно в местах предположительного падения расплавленных фрагментов пород и грунта, после того, как крупный астероид ударился о поверхность Марса. Геологи рассчитали, что такого астероидного удара, а точнее тепла, выработанного вследствие этого, вполне хватило бы, чтобы растаяли подземные ледяные запасы и образовалось значительное количество жидкой воды, чтобы проточить такие каналы.

Источник

Назван способ расшифровать послания инопланетных цивилизаций

Физик Рене Хеллер из Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы (Германия) предложил способ расшифровать послания инопланетных цивилизаций. Препринт исследования имеется в редакции «Ленты.ру».

Автор предложил для расшифровки возможного послания инопланетян использовать социальные сети. По мнению ученого, публичное размещение данных, полученных землянами от инопланетных цивилизаций, позволит их расшифровать за сравнительно короткое время.

К подобным выводам Хеллер пришел, проведя эксперимент. Он зашифровал сообщение (в виде последовательности около двух миллионов нулей и единиц), выложил данные в сеть и предложил желающим попробовать рассмотреть шесть вопросов, правильные ответы на которые означали бы понимание закодированного текста. Ученый получил около 300 ответов, из которых 66 были правильными. Половина решений была получена независимо друг от друга, тогда как остальная часть — в ходе дискуссий, в частности, в социальных сетях.

В мае 2017 года Хеллер оценил время, в течение которого человечество может достигнуть десяти ближайших к Солнцу звезд. По мнению физика, это может произойти примерно через сто лет.

Источник

Физик: мы близки к получению первых данных о параллельных Вселенных

МОСКВА, 17 июн – РИА Новости. Американский космолог Лоуренс Краусс рассказал о том, как изменилась космология после открытия гравитационных волн, объяснил, почему были сдвинуты стрелки "часов судного дня", и рассказал о том, сможем ли мы увидеть первое мгновение жизни Вселенной во время Большого взрыва.

Лоуренс Краусс (Lawrence Krauss) — один из самых известных космологов и популяризаторов науки в США. За последние 30 лет он написал десять научно-популярных книг, посвященных космологии и науке в целом, многие из которых стали бестселлерами, а также участвовал в съемках нескольких документальных фильмов и научно-популярного сериала How the Universe Works.

На этой неделе Краусс наряду с другими выдающимися зарубежными и российскими учеными выступил с лекциями о последних открытиях и будущем науки на фестивале Kaspersky Geek Picnic, который проходит в Москве и в Санкт-Петербурге.

— Лоренс, с момента открытия гравитационных волн на детекторах LIGO прошло почти два года. Как изменилась космология и наши представления о рождении и жизни Вселенной после этого открытия?

— Пока еще рано говорить о каких-то глобальных выводах – мы только начали наблюдать за гравитационной Вселенной. У нас пока есть данные только по трем слияниям черных дыр, и никто – кроме врачей, наверное, – не может взять столь небольшое число событий, экстраполировать их и получить что-то интересное.

С другой стороны, кое-что нам все же удалось уже узнать. К примеру, теперь мы хорошо понимаем, что теория относительности работает безупречно и мы можем использовать ее для изучения Вселенной. В прошлом это не было так очевидно, как и то, что черные дыры звездных масс действительно существуют.

Кроме того, последнее событие, зафиксированное LIGO в начале этого года, позволило нам понять, как формируются подобные пары черных дыр. Если бы они возникали внутри двойных звездных систем, то тогда они вращались бы в одну сторону. Похоже, что это не так, но пока мы еще не можем говорить об этом со стопроцентной уверенностью, так как число событий по-прежнему остается небольшим.

Мы сейчас стоим на том же этапе развития, что и Галилей, впервые увидевший луны Юпитера, – тогда человечество только начало понимать, как устроена Солнечная система. Гравитационные волны стали нашим новым окном во Вселенную, через которое мы будем смотреть на нее в нынешнем и следующем столетии.

Многие вещи остаются непонятными, и пока у нас нет ни знаний, ни опыта для того, чтобы найти в данных LIGO что-то новое, касающееся теории относительности и того, как работает квантовая гравитация. Мне, как космологу, интереснее думать не о современных гравитационных детекторах, а о том, что через 50 лет они будут видеть не только слияния черных дыр, но и гравитационные волны, рожденные во время Большого взрыва.

— Смогут ли LIGO или другие гравитационные детекторы доказать или опровергнуть то, что мы живем внутри голограммы или черной дыры?

— Мне кажутся такие идеи несерьезными – они годятся лишь для того, чтобы попасть на страницы газет и интернет-изданий. Пока не существует никаких физических намеков на то, что мы живем внутри плоской голограммы или компьютерной симуляции, в своеобразной "Матрице".

С другой стороны, подобные вопросы все же рассматриваются серьезно по той причине, что они напрямую связаны с теорией квантовой гравитации и проблемой ее проверки, а также с природой  пространства-времени.

LIGO и другие существующие и строящиеся детекторы могут наблюдать за гравитационными волнами только в так называемом классическом режиме – они не могут наблюдать за колебаниями пространства-времени, возникающими на самой границе горизонта событий, где на их поведение и формирование будут влиять квантовые эффекты. Поэтому они вряд ли помогут нам найти ответ на этот вопрос.

В будущем, конечно, подобные детекторы появятся, и пока у нас есть много других интересных вопросов. К примеру, мы пока не понимаем, как возникают сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, возникают ли галактики вокруг таких черных дыр или же дыры рождаются внутри галактик, а также многое другое.

Конечно, могут быть случайные удивительные открытия, подобные обнаружению того, что Вселенная расширяется все быстрее, но пока у нас нет даже детекторов, которые могли бы зафиксировать такие вещи даже чисто теоретически.

— Если говорить о расширении Вселенной – недавно ваши коллеги нашли большие расхождения в скорости ее роста после Большого взрыва и сегодня. Может ли "новая физика" скрываться там?

— В физике очень часто появляются расхождения, и чаще всего они исчезают сами по себе. Если у вас появляются какие-то интересные результаты, то в 99% случаев они оказываются случайностью или ошибкой, и только в одном проценте – реальным открытием. Мы все надеемся, что эти открытия входят в этот процент, но нужно понимать, что погрешности измерений присущи каждому эксперименту.

К примеру, когда я был молодым, разные эксперименты указывали на две скорости расширения Вселенной – 50 километров в секунду на мегапарсек и 100 километров в секунду на мегапарсек. И то и другое значение считались достаточно точными, и погрешность измерений была небольшой  — плюс-минус пять километров в секунду на мегапарсек, однако сами значения при этом различались примерно в два раза.

Текущие расхождения гораздо скромнее — значения скоростей различаются всего на 2-3 процента, однако всем кажется, что это очень серьезные несостыковки, за которыми скрывается что-то реально новое. Я же отношусь к этому "открытию" довольно скептично, но возможно, что и новые, и старые расхождения действительно существуют.

Мне же лично кажется, что это не так, так как, с точки зрения теории, энергия пустого пространства должна оставаться постоянной по целому ряду причин. Поэтому крайне маловероятно, если это не так. Сама возможность того, что энергия вакуума могла меняться в прошлом, интересна нам потому, что такой сценарий позволяет нам гораздо больше узнать о том, как устроена Вселенная и как устроено пространство-время, чем если бы скорость расширения Вселенной была постоянной на всем протяжении ее существования.

С другой стороны, нужно понимать, что Вселенная существует не для того, чтобы исполнять наши желания,  и поэтому мне кажется, что на самом деле скорость ее расширения никогда не менялась, и никакой новой физики тут нет.

— Если говорить о мечтах: вы являетесь одним из участников проекта Breakthrough Starshot, насколько вообще можно говорить о том, реализуем ли он и какую реальную пользу мы могли бы извлечь из него?

— Сможем ли мы создать зонд, который сможет двигаться со скоростью в 20% от скорости света? Пока я могу лишь сказать, что это идея в принципе реализуема, однако ее претворение в жизнь будет очень сложной задачей.

С другой стороны, мне кажется, что нам вполне по силам создать технологии, способные разгонять небольшие зонды до скоростей, позволяющих достичь окраин Солнечной системы за несколько дней, а не десятки лет. Подобные аппараты позволят нам всесторонне изучить все планеты и небесные тела за очень короткое время. И базой для их создания станут те разработки, которые будут созданы в рамках "невозможного" Breakthrough Starshot.

И на самом деле, подобная постановка вопроса не совсем корректна – главная цель этого проекта заключается не в достижении каких-то конкретных задач, а в популяризации освоения космоса, почему я, собственно, и согласился участвовать в нем. С точки зрения чистой практики гораздо интереснее выглядит проект Breakthrough Listen.

— Вы являетесь председателем редакции журнала Bulletin of Atomic Scientists, хранителей "часов судного дня". С чем связано то, что вы передвинули стрелку на 30 секунд в сторону ядерной катастрофы, и как мы могли бы отодвинуть ее назад?

— Главное понимать, что наши часы указывают не на абсолютные, а относительные значения. Иными словами, сдвиг их стрелок говорит  о том, как изменилась ситуация за год. В данном случае мы просто говорим о том, что сейчас ситуация стала опаснее, чем она была в прошлом году. 

Мы подвинули стрелку на 30 секунд в сторону ядерной "полночи" по нескольким причинам. Во-первых, президенты двух ведущих ядерных держав сделали ряд агрессивных заявлений о ядерном оружии и сделали ситуацию вокруг него более напряженной, чем она была раньше. Конечно, дела убедительнее слов, но слова президентов все равно стоят многого в мире политики.

Президент Трамп, как мне кажется, плохо понимает то, что представляет собой ядерное оружие и почему нам важно сдерживать его распространение. Поэтому его фразы о расширении арсенала США и его нежелание участвовать в соглашениях по нераспространению ядерного оружия вызвали большое беспокойство у нас. 

Кроме ухудшения отношений России и США, в мире происходили и другие события, которые повлияли на наше решение. Северная Корея продолжает проводить ядерные испытания и пуски баллистических ракет, а также власти США сегодня отрицают существование другой опаснейшей угрозы для существования всей цивилизации в целом – глобальное потепление. Вдобавок, возникли новые проблемы, такие как кибер-атаки и кибер-войны. Все это заставило нас подвинуть стрелку на 30 секунд.

Как можно их повернуть назад? Мне кажется, эту проблему могут решить только простые люди, так как политики давно не прислушиваются к ученым. Они начнут слушать нас только тогда, когда об этом будет говорить все общество, и наш журнал, по сути, и существует для того, чтобы информировать публику и побуждать ее к действию.

— Стивен Хокинг считает, что человечество выживет только в том случае, если до конца текущего столетия мы станем "космическим" видом и приступим к колонизации других планет. Схожие идеи излагал Элон Маск. Насколько они реалистичны?

— Мне кажется, что у нас на Земле хватает проблем, которые нужно решить до того, как мы отправимся колонизировать Марс. В далеком будущем, через несколько столетий, нам действительно понадобится покинуть Землю, однако пока такой нужды нет. Я хорошо знаю Элона, он делает хорошие ракеты и электромобили, но его планы по колонизации Марса пока очень далеки от реальности.

Человечество, на мой взгляд, должно в первую очередь стать земным видом и научиться сообща решать глобальные проблемы, прежде чем мы сможем начать покорять космос. Мы уже постепенно становимся таким видом – в последние десятилетия у нас возникла способность менять облик Земли на глобальном уровне, и нам нужно привыкнуть к этому.

— Если говорить о будущем – сможем ли мы когда-либо увидеть то, что происходило в самый первый момент Большого Взрыва и где будет совершен следующий прорыв в космологии?

— С одной стороны, можно сказать, что если бы я знал, где именно мы совершим прорыв в космологии в ближайшие двадцать лет, то я бы тогда уже занимался этой темой. С другой стороны, если говорить серьезно, то мы сейчас находимся на пороге потенциально эпохального открытия.

Микроволновые детекторы на южном полюсе, которые наблюдают за эхом Большого Взрыва, почти достигли нужной чувствительности для того, поймать гравитационные волны, порожденные в первый момент жизни Вселенной. Если нам удастся их зафиксировать, то мы узнаем много нового о том, как она выглядела в первую миллионную долю от миллиардной доли аттосекунды (10 в минус 18 степени секунды) своего существования.

Кроме того, мы получим первые однозначные данные о том, существуют ли параллельные Вселенные, и решим многие вопросы, которые совсем недавно считались метафизикой, а не чем-то, что можно проверить эмпирическим путем. Поэтому я считаю, что мы живем в одно из самых интересных времен для  космологии и астрономии – все лучшее в науке нас еще ожидает.

Источник

Источник

Физики: жуки-скарабеи помогут ускорить интернет в несколько раз

МОСКВА, 16 июн – РИА Новости. Блестящие золотые жуки-скарабеи приобрели подобную необычную окраску благодаря наличию особых наноструктур в их надкрыльях, которые могут отражать свет, "закрученный" в любую сторону. Их искусственные копии помогут создать сверхбыстрые системы передачи данных, говорится в статье, опубликованной в журнале Royal Society Interface.

"Блестящий золотой цвет и необычная поляризация света, отраженного от панциря, делает золотых скарабеев действительно уникальными существами по сравнению с тысячами других красивых насекомых и животных планеты. Эти жуки могут послужить примером для разработки новых оптических систем, о которых мы раньше не могли подумать", — рассказывает Пит Вукусич (Pete Vukusic) из университета Эксетера (Великобритания).

В последние годы ученые активно изучают свойства так называемых метаматериалов – искусственных структур из множества отдельных кусочков или наночастиц, способных необычным образом взаимодействовать со светом или другими формами электромагнитного излучения. 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.

Вукусич и его коллеги открыли пока самый необычный пример природного метаматериала, изучая структуру крыльев жуков Chrysina resplendens – южноамериканских скарабеев, чьи крылья и панцирь окрашены в ярко-золотой цвет. Сегодня эти жуки являются очень популярными среди коллекционеров, которых привлекает необычная окраска данных насекомых и их крупные размеры.Еще век назад знаменитый американский физик Альберт Михельсон заметил, что панцирь этих насекомых, питающихся листвой и древесиной высокогорных деревьев, крайне необычно взаимодействует со светом. Он обнаружил, что луч света всегда закручивается в левостороннюю спираль при отражении от тела жука, но не смог найти этому объяснения.

Вукусич и его коллеги выяснили, почему это происходит, изучив структуру поверхности надкрыльев Chrysina resplendens. Они обнаружили, что панцирь жука по сути является сверхсложным метаматериалом, состоящим из огромного числа хитиновых наночастиц толщиной в микрометр, уложенных в своеобразные "штабеля" и повернутых в разные стороны.

Благодаря этому поверхность крыла превращается в идеальное зеркало, способное отражать не только обычный солнечный свет, но и любую форму поляризованного света, в том числе и излучение, закрученное в спираль. Что интересно, в последнем случае свет остается "закрученным" в ту же самую сторону — если луч был уже закручен направо, то он остается таким после отражения.

Последнее свойство делает скарабеев крайне интересными для ученых с практической точки зрения — спирально закрученный свет и способность его "нормально" отражать позволит физикам в несколько раз ускорить работу интернет-сетей, кодируя информацию в том, как "закручен" свет. Установки, способные производить свет такого типа, уже существуют, однако ни одну из них нельзя уместить внутрь микрочипа. Обнаружение подобной миниатюрной структуры в природе, как заключают авторы статьи, упрощает решение этой задачи.

Источник