Без нее вы не смогли бы прочитать этот текст, да и пересечь Землю по суше и воде. Без физика не было бы домов, пластмассы, удобств, коммунальных услуг и прочего, что требует точных расчетов и знания поведения тел в пространстве. Свет, радио, сеть, электричество — все это достижения физиков. К счастью, физика выходит далеко за пределы видимого мира: в макромир квантовой механики и в космос, в чудеса вселенной.
Пятнадцать лет назад физики из Брукхейвенской национальной лаборатории обнаружили нечто удивительное. Мюоны – тип субатомных частиц – двигались неожиданными образом, что не соответствовало теоретическим предсказаниям. С тех пор физики пытались понять почему. Недавно группа исследователей из Fermilab занялась экспериментальной стороной вопроса и 7 апреля 2021 года опубликовала результаты, подтверждающие первоначальное измерение. Ряд исследователей, однако, придерживается другого подхода, полагая, что никакой «новой физики» на горизонте нет. Так, команда ученых в рамках сотрудничества Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration попробовала выяснить, не было ли старое теоретическое предсказание неверным. Для расчета взаимодействия мюонов с магнитными полями был использован новый метод. Если расчеты исследователей верны, то никакого расхождения между теорией и экспериментом нет, как и не открытой силы природы.
ХХ век подарил миру множество удивительных открытий: в 1916 году знаменитый на весь мир физик по имени Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО); затем, в 1927 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от Земли (и друг от друга) со все возрастающей скоростью; в последующие десятилетия такие выдающиеся умы как Нильс Бор, Макс Планк, Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг и другие трудились над созданием квантовой теории. Сегодня их труд лежит в основе наших знаний о Вселенной – мы знаем, что она родилась 13,8 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется с ускорением. Вот только причина, по которой Вселенная становится все больше и больше, остается загадкой и ученые не могут прийти к единому мнению о том, почему. Это, во многом, связано с различными способами измерения постоянной Хаббла (фундаментального параметра, описывающего расширение Вселенной), которые показывают разные результаты. Но недавно ученые предложили новый способ, потенциально способный разрешить кризис космологии. О нем поговорим в этой статье.
Пока мы с вами заняты повседневными делами, ученые в ЦЕРН охлаждают почти до абсолютного нуля антиматерию и вообще-то стоят на пороге открытия Новой физики. И так как нет на свете ничего интереснее чем тайны мироздания, предлагаю ненадолго отложить дела и погрузиться в изумительный мир физики. Начнем с того, что теорию антиматерии впервые предложил английский физик-теоретик, один из создателей квантовой теории Поль Дирак в 1928 году. Всего четыре года спустя его теория получила подтверждение. Сегодня мы знаем, что антиматерией ученые называют эфирную противоположность материи. Ее частицы идентичны своим материальным двойникам, за исключением их физических свойств – там, где электрон имеет отрицательный заряд, его антиматериальный двойник, позитрон, имеет положительный. Причина, по которой мы не сталкиваемся с антиматерией так часто, как с обычной материей, заключается в том, что они аннигилируют друг с другом при контакте, что чрезвычайно затрудняет хранение и изучение антиматерии в повседневной жизни.
Вот и наступил долгожданный момент – на этой неделе ученые объявили о существовании неизвестных для науки элементарных частиц и взаимодействий между ними, которые жизненно необходимы для природы и эволюции космоса. Наши постоянные читатели наверняка знают, что в последнее время число свидетельств того, что крошечная субатомная частица, похоже, не подчиняется известным законам физики, растет. Новое открытие, по мнению ученых, открывает дверь в неизвестность в нашем понимании Вселенной. Как пишет в своем Twitter американский физик-теоретик Митио Каку, полученные результаты свидетельствуют о том, что мюон (его обнаружили в космических лучах) и электрон – которые должны быть идентичны – по-видимому, обладают разными свойствами. Это может являться свидетельством существования некой «высшей теории физики, включающей новые частицы, и одновременно быть подтверждением теории струн». Но не все ученые с ним согласны, так как чтобы подтвердить полученные в Fermilab результаты, потребуются годы исследований.
В 2008 году в Европе состоялся запуск гигантского ускорителя заряженных частиц Большого адронного коллайдера (БАК). Тогда казалось, что мир словно сошел с ума. Но не от радости за достижения современной науки, а от ужаса перед неизведанным – слухи о том, что запуск БАК приведет к созданию черной дыры и неизбежному концу света распространялись с молниеносной скоростью. И сколько бы физики не объясняли, что коллайдер разгоняет элементарные частицы до околосветовых скоростей и сталкивает их друг с другом и этот процесс не может привести к апокалипсису, истинно верующие до сих пор глаголят, что коллайдер – есть начало конца. Это может показаться удивительным, но в чем-то они, вероятно, оказались правы. Новая работа ученых из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) предрекает конец нашим представлениям о физике: полученные результаты указывают на новую силу природы за пределами Стандартной модели, которую ученые не понимают.
Считается, что гравитация ответственна за все происходящее в нашей Вселенной – от падения яблока на голову Исаака Ньютона, до вращения сверхмассивных черных дыр в центрах далеких галактик. Обычно мы представляем гравитацию как силу, которая притягивает вещи к массивным объектам. В некоторых учебниках по физике, особенно начальных классов, можно встретить утверждения о том, что «гравитация Земли притягивает объекты к центру планеты». Но так ли это? Исследователи полагают, что ключом к разгадке тайны гравитации является термин «ускорение», а не «тяга». Дело в том, что гравитация вообще не притягивает объекты; скорее, она искривляет пространство-время, заставляя объекты следовать за создаваемыми ей изгибами, в результате чего они иногда ускоряются. В этой статье разбираемся чем на самом деле является гравитация.
Недавно были опубликованы сразу два отдельных исследования, которые предлагают новые теории построения проходимой червоточины. Червоточины, более известные как кротовые норы или по-научному мост Эйнштейна-Розена – частый атрибут научной фантастики, с помощью которого главные герои быстро перемещаются между отдаленными частями Вселенной. В фильмах Marvel, например, бог Тор путешествует в Асгард именно с помощью моста Эйнштейна-Розена, который, к слову, довольно красиво показан, особенно в третьей части саги про могучего сына Одина. Что же до писателей-фантастов, то они полагаются на червоточины как на важный сюжетный прием довольно давно, что совершенно неудивительно. Ну как еще переместить героя из точки А в точку Б за считанные секунды?
Ученым давно известно, что в нашем понимании гравитации чего-то не хватает. Она, например, не объясняет, как таинственная темная энергия ускоряет расширение Вселенной, а также не согласуется с квантовой механикой, которая описывает, как объекты ведут себя на уровне атомов и элементарных частиц. Один из способов попытаться примирить обе теории – это наблюдать, как маленькие объекты взаимодействуют с гравитацией. Недавно международная команда физиков впервые в истории успешно измерила гравитационное поле крошечного золотого шара диаметром около 2 мм в лабораторных условиях. Новое исследование призвано помочь ученым понять, как гравитация согласуется с квантовой механикой в мельчайших масштабах. Интересно, что гравитационные силы подобной величины, как правило, возникают только в областях самых отдаленных галактик. Так что результаты нового исследования как минимум восхищают.
В научно-фантастических фильмах ядерные реакторы и ядерные материалы всегда светятся синим светом. Например, в первом фильме про «Железного человека», герой Тони Старка в исполнении Роберта-Дауни младшего собирает небольшой ядерный реактор, питающий костюм. Интересно, что характерное голубое свечение, исходящее от реактора (будь тот настоящий) – реально существующее явление под названием эффект Вавилова-Черенкова. Именно из-за него вода, окружающая ядерные реакторы, действительно светится ярко-синим. Впервые это свечение заметили физик Сергей Вавилов и его аспирант Павел Черенков в лаборатории Физико-математического института в 1933 году, когда увидели, что бутылка с водой, подвергшаяся воздействию радиации, засветилась синим светом. В 1958 году за это открытие Черенков получил Нобелевскую премию по физике, разделив ее с Ильей Франком и Игорем Таммом, которые экспериментально подтвердили существование эффекта. Хотя объяснить излучение Вавилова-Черенкова удалось только после публикации Альбертом Эйнштейном специальной теории относительности, его существование было предсказано английским эрудитом Оливером Хевисайдом еще в 1888 году.
Некоторые люди убеждены, что помнят как южноафриканский лидер движения борцов за гражданские права Нельсон Мандела умер в тюрьме в 1985 году. Народ скорбел, его жена произнесла памятную надгробную речь. Все это было в новостях. Многие люди помнят, как это произошло. Вот только на самом деле Мандела был освобожден из тюрьмы в 1990 году и даже возглавлял страну с 1994 по 1999 год, а умер относительно недавно в 2013 году. Правда, однако, не смутила консультанта по вопросам сверхъестественного Фиону Брум, которая в 2010 году обнаружила, что ее ложные воспоминания о смерти Манделы разделяет большое количество людей. Столь радикальное несоответствие между воспоминаниями и реальностью Брум объясняет теорией Мультивселенной – гипотетическим множеством всех возможных реально существующих параллельных вселенных, полагая что коллективные воспоминания на самом деле не являются ложными, и что она и другие, помнящие прошлое люди, на самом деле находились в параллельной вселенной с другой временной шкалой, которая каким-то невероятным образом пересеклась с нашей. Но как «Эффект Манделы» объясняют ученые?