2020 год запомнится миру не только как год, побивший все мыслимые и немыслимые температурные рекорды, но и как период человеческой истории, в ходе которого было доказано существование третьего царства частиц под названием «энионы», которые существуют в двух измерениях одновременно. Вообще, говоря о физике частиц, необходимо отметить, что до недавнего времени их существовало всего две категории или царства – бозоны и фермионы. Критерий деления элементарных частиц на два лагеря – это значение спина, квантового числа, которое характеризует собственный момент импульса частицы. Иными словами, если спин отдельно взятой частицы определяется целым числом – перед вами бозон, а если полуцелым – фермион. В этом году исследователи обнаружили первые признаки существования третьего царства частиц – энионов, поведение которых не похоже на поведение ни бозонов, ни фермионов. Рассказываем что такое энионы и почему их открытие имеет огромное значение для современной физики.
Вселенная состоит из скоплений миллиардов галактик, соединенных между собой в единую сеть – космическую паутину. Но как она устроена на более глубинном уровне? Новая теория, выдвинутая двумя физиками-теоретиками из Университета штата Северная Каролина гласит, что ни частиц ни волн не существует. Все, что есть – это «фрагменты энергии», строительные блоки нашей Вселенной. В основе теории лежит основополагающая идея о том, что энергия всегда течет через пространство и время. По этой причине авторы исследования предлагают думать об энергии как о линиях, которые входят и выходят из области пространства, никогда не пересекаются друг с другом и не имеют ни начала, ни конца. Отметим, что новая теория противоречит Общей теории относительности Эйнштена (ОТО), которая, несмотря на недостатки, является самой точной на сегодняшний день физической теорией, описывающей устройство Вселенной.
Природа богата удивительными материалами. Возьмем, к примеру, дерево: этот материал настолько прочный и универсальный, что его можно использовать практически для всего на свете – от изготовления бумаги до строительства домов. Еще есть шерсть, которая позволяет животным сохранять тепло при минусовых температурах и кожа – материал, способный к восстановлению после повреждений всего за несколько дней. Однако, какими бы невероятными ни были эти материалы, они далеко не идеальны и не подходят для универсального применения. Но есть ли материал, которым мы пользуемся ежедневно? Прочный синтетический материал с красивым названием кевлар, часто описывают как материал «в пять раз прочнее стали при равном весе». Интересно, что применяется кевлар как в изготовлении лодок, тетивы для лука, так и в автомобильной промышленности. В этой статье поговорим о кевларе и причинах, по которым он настолько прочный.
Вселенная полна загадок. Возьмем, к примеру, черные дыры – область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут не только объекты, движущиеся со скоростью света, но и фотоны самого света. Напомню, что существование этих таинственных объектов впервые было подтверждено в 2017 году после открытия гравитационных волн. А два года спустя, в 2019 году астрономы впервые получили самый настоящий снимок тени черной дыры. Но что еще ученым известно об этих удивительных, массивных объектах? По мнению авторов нового исследования, сверхмассивные черные дыры могут оказаться самыми настоящими «тоннелями», с помощью которых путешественники на космических кораблях теоретически могут путешествовать по бескрайней Вселенной. Примечательно, что новое исследование согласуется с тем, что думал о черных дырах великий физик-теоретик Стивен Хокинг.
За всю историю человечества художники нарисовали множество великих картин. Самой известной из них, пожалуй, является «Мона Лиза» художника Леонардо да Винчи. Но самой дорогой картиной итальянского деятеля искусств считается «Спаситель мира», который в 2017 году был продан за 400 миллионов долларов. Картину, на которой изображен Иисус Христос с прозрачным шаром, в далекие времена заказал французский король Людовик XII. И у этого изображения есть одна интересная черта — стеклянный шар не отражает свет, что многими расценивается как очень грубая ошибка художника. Однако, недавно ученые из американского штата Калифорния выяснили, что великий художник ни в чем не ошибся. Доказать это им помогла технология компьютерного моделирования.
Можно ли предсказать будущее? Этим вопросом представители нашего вида задаются на протяжении истории. В попытках «обуздать судьбу» люди чего только не делают – гадают на картах, кофейной гуще, придумывают разнообразные значения линиям на руке, обращаются за помощью к так называемым провидцам и экстрасенсам, составляют гороскопы – в общем, в ход идет абсолютно все, что хоть мало-мальски способно предсказать будущие события. Вот только все вышеописанные способы не имеют совершенно никакого отношения к науке и в лучшем случае используются в качестве развлечения. Между тем, современная наука продвинулась далеко вперед в прогнозировании будущих событий – так, на основе имеющихся данных климатологи с помощью компьютерного моделирования создают модели, предсказывающие как изменятся погодные условия на Земле через 20-30 лет. Эти модели, однако, не отвечают на вопрос о том, что ждет завтра именно вас, а потому широкую общественность, как правило, практически не интересуют. А зря, так как сегодня с помощью науки мы действительно можем заглянуть в будущее.
Впервые о Бермудском треугольники заговорили в 1951 году, после того как о «таинственных исчезновениях» в этом районе мира впервые упомянул корреспондент Associated Press Эвард Ван Винкл Джонс. Тогда он назвал эту область «морем дьявола». Что же до самого словосочетания «Бермудский треугольник», то впервые его употребил писатель Винсент Гаддис в 1964 году в своей статье под названием «Смертельный Бермудский треугольник» о большом количестве кораблей и самолетов, исчезнувших в этом регионе. Статья Гаддиса послужила отправной точкой целой вереницы публикаций о тайнах треугольника, ограниченного вершинами в Майами, Бермудских островах и Сан-Хуане (Пуэрто-Рико). 11 лет спустя американский лингвист Чарльз Берлиц, будучи сторонником аномалий в Бермудском треугольнике, написал целую книгу, посвященную необычным свойствам этого места. Говорят, что в этом районе ежегодно пропадает в среднем четыре самолета и 20 кораблей. Но что происходит в этом регионе на самом деле и почему ученые уверены, что тайна Бермудского треугольника – это миф?
Квантовая механика странная. Для нас, существ, не способных видеть микромир не вооруженным глазом, представить себе как все устроено на уровне атомов довольно сложно. Между тем, согласно атомной теории, все во Вселенной состоит из мельчайших частиц – атомов, скрепленных друг с другом электрическими и ядерными силами. Физические эксперименты, проведенные в ХХ веке показали, что атомы можно дробить на еще более мелкие, субатомные частицы. В 1911 году британский физик Эрнест Резерфорд провел ряд экспериментов и пришел к выводу, что атом похож на Солнечную систему, только по орбитам вместо планет вокруг него вращаются электроны. Два года спустя, взяв за основу модель Резерфорда, физик Нильс Бор изобрел первую квантовую теорию атома и в этой области теоретической физики все стало еще сложнее. Но если квантовая механика объясняет как взаимодействуют между собой мельчайшие частицы, может ли она объяснить существование пространства-времени?
Сегодня термин «цифровое бессмертие» звучит все чаще, но что это такое? Если вы смотрели сериал «Черное зеркало», то возможно помните эпизод, в котором вдова сначала создала цифровую копию погибшего в аварии мужа, а позже заказала андроида – точную копию супруга, загрузив в него уже собранный цифровой образ. Согласитесь, все это выглядит несколько жутко. Но возможно ли нечто подобное в будущем? И даже если мы не будем брать в расчет версию о создании человекоподобных роботов, то создать точную цифровую копию человека можно уже сегодня и вряд ли это кого-то удивит: социальные сети, банковские и мобильные операции, мобильные приложения – мы сами добровольно предоставляем информацию о себе, друзьях, родственниках, коллегах, сових перемещениях, вкусовых предпочтениях и покупках. Соберите всю эту информацию вместе и вуаля – цифровой образ готов. Кстати, именно об этом говорит автор 4 бестселлеров New York Times, физик-теоретик и популяризатор науки Митио Каку, считая цифровое бессмертие возможным и – наиболее вероятным.
«До Большого взрыва существовала более ранняя Вселенная, которую сегодня можно наблюдать. Большой Взрыв не был началом», — эти слова произнес английский физик и математик сэр Роджер Пенроуз во время вручения Нобелевской премии по физике в 2020 году. Британская The Telegraph также приводит слова выдающегося ученого: «Что-то существовало до Большого взрыва и это что-то продолжит свое существование в будущем». Нобелевский лауреат считает, что наш Большой взрыв начался с того, что являлось далеким будущим более ранней эпохи. Причина, по которой он так думает, заключается в таинственной физике черных дыр – еще в 1964 году, спустя девять лет после смерти Эйнштейна, сэр Роджер предположил, что черные дыры являются неизбежным следствием Общей теории относительности (ОТО). Его новаторская статья до сих пор считается самым важным вкладом в теорию относительности со времен Эйнштейна и доказательства Большого взрыва.
В романе Курта Воннегута «Балаган или конец одиночества» сила гравитации постоянно менялась, то придавливая все живое к земле, то даруя удивительную легкость. Если представить, что нечто подобное произойдет в реальности, то первым вопросом будет «какую максимальную гравитацию выдерживает человеческое тело?» В 2015 году силач и актер «Игры престолов» побил тысячелетний рекорд, сделав пять шагов с 650-килограммовым бревном на спине. Для большинства из нас это был просто необыкновенный пример героической силы. Для ученых этот подвиг означал сокрушительный предел гравитационного притяжения, которое любой смертный мог когда-либо надеяться выдержать. В 2018 году ученые из Загребского университета в Хорватии наконец ответили на вопрос о том, какую максимальную силу гравитации способен выдержать человек. По словам авторов исследования, эти знания пригодятся будущим астронавтам при колонизации других планет.
Вряд ли сегодня на Земле найдется человек, который ни разу не задумывался о путешествиях во времени. Во многом это заслуга популярной культуры – с самого момента своего возникновения, концепция путешествий во времени вошла в культуру и повлияла на наше восприятие времени. Как пишет в своей книге «Путешествия во времени. История» американский писатель, историк науки Джеймс Глик, самой концепции таких путешествий – немногим более сотни лет. Так, если верить «Оксфордскому словарю английского языка», впервые термин «путешествие во времени» (англ. time travel) появился в английском языке в 1914 году – обратным словообразованием от уэллсовского «Путешественника во Времени» (так писатель-фантаст Гербер Уэллс называет главного героя своего романа «Машина времени» (1895)). Выходит, каким-то невероятным образом большую часть своей истории человечество жило не задаваясь вопросом о том, что было бы, отправься они в прошлое или будущее. Теперь же, физики из Университета Кливленда разрешили вековой парадокс, доказав, что с точки зрения математики путешествия во времени теоретически возможны.
Гравитация, как мы знаем сегодня, обладает способностью искривлять пространство и время. Как утверждал Эйнштейн в Общей теории относительности (ОТО), время, по мере приближения к Земле, идет медленнее. Это происходит из-за того, что гравитация большой массы, например, такой как наша планета, искривляет пространство и время вокруг нее. Этот эффект называется «эффектом замедления времени» и он проявляется даже на малых уровнях. Однако за пределами физических законов мы воспринимаем время иначе, точнее, искаженно. Так, если поместить одни часы на вершине горы, а другие оставить на пляже, то в конце-концов вы увидите, что все часы показывают разное время. Ученые впервые наблюдали эффект замедления времени в космическом масштабе, когда звезда проходила рядом с черной дырой. Затем тот же эффект был зафиксирован в меньших масштабах – исследователи использовали пару чрезвычайно точных атомных часовых механизмов, причем одни часы были расположены на 33 сантиметра выше, чем другие. Результаты показали, что время снова замедлилось на часах, расположенных ближе к Земле.
Лауреат Нобелевской премии советский физик Лев Ландау использовал логарифмическую шкалу для ранжирования лучших физиков XX века по их вкладу в науку. Лев Ландау (1908-1968) был одним из лучших физиков Советского Союза, внесший свой вклад в ядерную теорию, квантовую теорию поля и, среди прочих, астрофизику. В 1962 году он получил Нобелевскую премию по физике за разработку математической теории сверхтекучести. Ландау также написал великолепный учебник по физике, обучая целые поколения ученых. Блестящий ум, Ландау любил классифицировать все в своей жизни – он оценивал людей по их интеллекту, красоте (физик известен своей любовью к блондинкам), вкладу в науку, тому, как они одевались и даже как разговаривали. Из этой статьи вы узнаете, кого выдающийся советский ученый считал лучшими физиками в истории человечества.
Теория струн призвана объединить все наши знания о Вселеной и объяснить ее. Когда она появилась, то буквально очаровывала своей кажущейся простотой и лаконичностью, объединяя то, что раньше казалось невозможным. Однако с течением времени стало понятно, что эта красивая теория только кажется простой и, к великому сожалению многих исследователей, порождает куда больше вопросов, чем ответов. Эта теория описывает одномерные, вибрирующие волокнистые объекты, называемые «струнами», которые распространяются в пространстве-времени и взаимодействуют друг с другом. Несмотря на то, что сегодня популярностью среди физиков пользуются другие теории, ученые постепенно, кусочек за кусочком, продолжают открывать и расшифровывать фундаментальные струны физической Вселенной с помощью математических моделей. Так, согласно результатам нового исследования, математики из университета штата Юта обнаружили новое доказательства теории струн.
В век высоких технологий мы не особо задумываемся о старой бытовой технике. И уж тем более о старых, огромных телевизорах. Их место теперь занимают плоские черные прямоугольники с жидкокристаллическими экранами. Но что, если мы недооцениваем старое поколение телевизоров? Ведь они оснащены антеннами для приема широковещательных сигналов, что, безусловно, чрезвычайно архаично по современным стандартам. Тем не менее, эти антенны в некотором смысле являются весьма специфическим типом радиотелескопа и могут быть использованы учеными, чтобы… обнаружить Большой Взрыв. На протяжении бесчисленных поколений философы, теологи и поэты размышляли о нашем космическом происхождении, выдвигая самые разнообразные гипотезы. Все изменилось в XX веке, когда теоретические, экспериментальные и наблюдательные открытия в физике и астрономии, наконец, вывели эти вопросы в область проверяемой науки.
Семь миллиардов лет назад, где-то на краю Вселенной, произошло столкновение двух гигантских темных объектов. Это событие проливает свет на невидимый процесс ускоряющегося расширения Вселенной: вибрируя в пространстве-времени две сверхмассивные черные дыры произвели громкий, резко обрывающийся звук. Сигнал длился десятую долю секунды, однако этого оказалось достаточно, чтобы детекторы интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO и интерферометрической обсерватории VIRGO зафиксировали его. Как пишут авторы новых исследований, короткий сигнал из далекой галактики вызывает много вопросов, особенно в областях, касающихся формирования и эволюции черных дыр. Одна, а возможно обе столкнувшиеся дыры были слишком массивными и не могли образоваться в результате коллапса нейтронных звезд. Более того, слияние породило еще более крупную черную дыру, чья масса в 142 раза превосходит массу Солнца и, согласно стандартным моделям, не должна существовать. Но как такое возможно?
Когда ученые ищут жизнь во Вселенной, они, как правило, обращают внимание на конкретные признаки, в соответсвии с имеющимися данными: в большинстве случаев исследователи ищут подобную Земле планету, которая вращается по орбите в зоне обитаемости родительской звезды; еще одним немаловажным признаком жизни считается наличие на планете воды в жидкой фазе. Но что, если наша Вселенная кишит многообразием форм и видов живых существ, существование которых мы едва ли можем себе представить? Согласно работе, опубликованной в журнале Letters in High Energy Physics некоторые формы жизни существуют в самых негостеприимных местах Земли, а значит вполне могут быть распространенным явлением во Вселенной. Авторы исследования утверждают, что не могут исключить существование процветающих видов живых существ в недрах звезд.
Квантовая механика странная, она противоречит здравому смыслу. Результаты исследования, проведенного в 2019 году показали, что итоги различных процессов в квантовом мире зависят от наблюдателя. Еще в 1960-х гг. американский физик венгерского происхождения Юджин Вигнер усложнил знаменитый мысленный эксперимент кота Шредингера, в котором кошка оказывается запертой в коробке с ядом, который высвобождается при распаде радиоактивного атома. Радиоактивность – это квантовый процесс, поэтому история гласит, что атом в коробке и распался и не распался одновременно, оставив несчастное животное в подвешенном состоянии между жизнью и смертью – так называемой квантовой суперпозиции. Но каково это, быть одновременно живым и мертвым?
Многие физики считают теорию струн главным кандидатом на объединение теорий квантовой физики и гравитации в единую теорию всего. Но существует и противоположное мнение, согласно которому эта концепция является практически лженаукой, так как проверить ее с помощью экспериментов невозможно. И все же некоторые исследователи считают, что у нас, возможно, появился способ это сделать – согласно новой гипотезе, которая противопоставляет теорию струн теории космической инфляции. Все это сводится к следующему вопросу: не скрыты ли квантовые секреты Вселенной от наших глаз или же есть некие детали, с помощью которых теорию струн можно объяснить?