Если и можно с уверенностью отметить важные открытия этого года, открывающие 2015 год, то это — точно оно. Около месяца назад исследователи из Columbia Engineering и Технологического института Джорджии сообщили о первом экспериментальном наблюдении пьезоэлектрического и пьезотронического эффектов в атомарно-тонком материале, дисульфиде молибдена (MoS2). Результатом может стать уникальный электрогенератор механочувствительное устройство, которое будет оптически прозрачным, очень легким, гибким и растягивающимся.
Приятный сюрприз: квантовая физика менее сложна, чем кажется. Международная команда ученых доказала, что две своеобразных особенности квантового мира, которые ранее считались разными, оказались различными проявлениями одного и того же. Результаты работы были опубликованы 19 декабря в Nature Communications.
На протяжении почти тридцати лет поиск сверхпроводников, работающих при комнатной температуре, велся в области экзотических материалов — купратов — которые могут переносить токи без потерь энергии в виде тепла при температурах до -109 градусов по Цельсию. Однако ученые утверждают, что повторили этот рекорд с использованием молекулы сероводорода. Когда они подвергли крошечный образец этого материала давлению, похожему на то, что встречается в ядре Земли, он стал сверхпроводящим при температуре -83 градуса по Цельсию.
Большой адронный коллайдер (БАК) находится в процессе перезагрузки перед своим вторым 3-летним периодом работы, в который он удвоит энергию столкновений и отправится на поиски новой физики, которая, как мы надеемся, решит несколько загадок современной физики на этом пути.
Аномалия, обнаруженная на Большом адронном коллайдере, побудила ученых пересмотреть математическое описание связанной с экспериментами физики. Изучая две силы, которые отличаются в повседневной жизни, но объединяются при экстремальных условиях в коллайдере (напоминающих условия после рождения Вселенной), они упростили одно из описаний взаимодействий элементарных частиц. Новый подход позволяет сделать особые предсказания событий будущих экспериментов БАК и других коллайдеров, которые помогут выявить «новую физику» и частицы или процессы, которые еще только предстоит открыть.
В последнее время мы часто обращаемся к концепции мультивселенной (мультиверса, множественной вселенной), поэтому стоит освежить в памяти ее основные пункты. Представьте, что вы — это вы, но вместо того, чтобы скушать яблоко или печенье сегодня на завтрак, вы поели пиццы. Или представьте, что вы — это не вы, потому что протоны работают не так, как там, где вы, и атомы не сформировались, и вся Вселенная мертва. Или представьте что угодно, потому что когда мы говорим о множественных вселенных, мы допускаем бесконечное число возможностей. Это хорошая идея, но она часто подвергается критике со стороны физиков-скептиков.
Любой ученый, если вы его спросите, скажет, что мы не можем видеть инфракрасный свет. Как и рентгеновские лучи и радиоволны, инфракрасные световые волны находятся за пределами видимого спектра. Однако международная команда ученых из Вашингтонского университета обнаружила, что при определенных условиях сетчатка глаза может ощутить инфракрасный свет.
Мы все слышали о плащах-невидимках, которые в теории могут прятать объекты от взгляда. Но команда ученых из Университета Пердью создала плащ времени, который может прятать события.
Физический реализм — это взгляд, согласно которому физический мир, который мы видим, реален и существует сам по себе. Большинство людей думают, что это само собой разумеется, но с некоторых пор физическому реализму серьезно противоречат некоторые факты из мира физики. Парадоксы, которые сбивали с толку физиков прошлого века, до сих пор не разрешены, и многообещающие теории струн и суперсимметрии никуда этот воз пока не привезли.
Невидимость — как и путешествие во времени, телепортация, левитация и сверхскорость — является предметом обсуждения научной фантастики с самого ее появления. Среди самых известных примеров — та невидимость, которую использовали ромуланцы в «Звездном пути», Гарри Поттер с помощью плаща и Фродо, чтобы пробраться в Мордор. Сотни, если не тысячи упоминаний невидимости встречаются в книгах и фильмах. На протяжении многих лет ученые придумывали интересные способы, чтобы скрыть объекты из поля зрения, только вот процесс в этих случаях был куда сложнее, чем демонстрирует научная фантастика.
Пространство-время. Одно из самых интересных и волнующих составных существительных. Мысли об Эйнштейне, об относительности, о сложных физических законах выводят нас, обычных людей, за рамки привычных вещей. Это слово выводит время из состояния абстракции и помещает в один ряд с тремя другими измерениями, которые мы видим вокруг. Другие измерения могут существовать, но у нас нет слов для того, чтобы их описать. Только математика.
Что, если временную часть в уравнении пространственно-временного континуума буквально исключить? Одно из последних исследований, возможно, свидетельствует о том, что время медленно и постепенно исчезает из нашей Вселенной и в один прекрасный день испарится совсем. Новая радикальная теория может объяснить космологическую загадку, которая морочила голову ученым в течение многих лет.
Мы не можем остановить время. Даже в пробке, когда время, кажется, замирает и останавливается. Экономия света в дневное время тоже не помогает, время неизбежно стремится вперед. Почему не назад? Почему мы помним прошлое, а не будущее? Физики считают, что ответ на этот глубокий и сложный вопрос может скрываться в хорошо знакомой нам всем гравитации.
Два ученых из Университета Южной Калифорнии (USC) предложили связь между струнной теорией поля и квантовой механикой, которая может открыть дверь для использования струнной теории поля — или более широкого варианта ее, M-теории — как основы всей физики.
Новое исследование физиков из Университета Брауна заключило странность квантовой механики в ореховую скорлупу. Точнее, в гелиевый пузырь. Эксперименты под руководством Хамфри Мариса, профессора физики в Брауне, позволили предположить, что квантовое состояние электрона — волновую функцию электрона — можно разделить на кусочки, а эти кусочки, в свою очередь, поймать в ловушку из пузырьков жидкого гелия. Электроны представляют собой элементарные частицы, неделимые и неразбиваемые. Но то, что имеют в виду исследователи, кажется очень и очень странным.
Группа ученых из Университета Брауна предоставила новые доказательства экзотического сверхпроводящего состояния, впервые предсказанного полвека назад, которое может возникнуть, когда сверхпроводник подвергается воздействию сильного магнитного поля. Магнетизм разбивает электронные пары Купера, что в свою очередь обеспечивает сверхпроводимость. Последнее исследование показывает, что эти неспаренные электроны собираются в дискретные полосы вдоль сверхпроводящего материала. Эти полосы остаются сверхпроводящими.
У моряков есть кракены и прочие морские чудища. У физиков есть белые дыры: космические творения, которые находятся где-то между былью и небылью. Их никто не наблюдал в реальном мире: они существуют только в виде математических монстров. Однако новые исследования показывают, что если теория под названием петлевая квантовая гравитация окажется верной, белые дыры могут стать реальностью — возможно, мы уже наблюдаем их.
Астрономия, как известно, самая древняя наука. Древние цивилизации по всему миру смотрели на небо и звезды, но только в 17 веке астрономы начали задумываться о том, как оно там, наверху, работает. Эти открытия в конечном итоге привели к прекрасной и захватывающей картине вселенной, которая у нас есть сегодня. Перед вами несколько важнейших вех, которые были достигнуты на этом пути.
Все обсуждения квантовой физики так или иначе сводятся к квантовой теории поля. В ее основе лежит общая идея о том, что квантовые частицы представляют собой локализованные возбужденные состояния общего квантового поля — сложная, но математически полезная идея, которая до невозможности сложно взаимодействует с классическим представлением пространства-времени Эйнштейна. Гравитация, как гласит теория, является результатом кривизны невыразимой среды пространства-времени, и современная квантовая физика гласит, что искривленное пространство-время должно влиять на поведение гипотетического квантового поля.
Анализ данных, собранных с помощью телескопа в течение 12 лет, выдал намек на то, что может быть первым обнаружением темной материи, сообщает Nature. Астрономы нашли изменения в потоке рентгеновского излучения, за которым наблюдала обсерватория Европейского космического агентства. Изменения навели на мысль об аксионах — гипотетических частицах темной материи — которые взаимодействуют с магнитным полем Земли.