Римские амфтеатры находятся среди самых древних человеческих сооружений на Земле. Эти структуры удивительно хорошо сохранились в разных местах по всей древней Римской империи. Это особенно примечательно, поскольку значительная часть этой территории сейсмически активна: она расположена на тектонической границе Евразийской и Африканской плит и пережила многочисленные землетрясения, которые разрушили другие типы зданий. Как амфитеатры пережили эти 2000 лет — вот в чем вопрос.
Черные дыры захватывают все, с чем сталкиваются. От субатомных частиц до звезд, твердых тел, газов, жидкостей и даже света — все, что в них падает, пропадает. И точно так же черные дыры захватывают популярное воображение. Размышления о космосе с тех пор, как люди впервые увидели точки света, украшающие ночное небо, заставляют ум воображать вещи, которые невозможно увидеть здесь, на Земле. И черные дыры расширяют воображение больше, чем любое другое чудо астрономии.
Ни в одной области наук нет такой большой пропасти между признанием и важностью, как в метрологии. И дело не в погоде. Метрология — это наука об измерениях. У нее более длинная история, чем у современных наук, преподаваемых в школе, и это важно для всей полезности и силы науки. Без звуковой метрологии не было бы полетов на Луну, современной медицины, самоуправляемых автомобилей, аналитики бейсбола и прогнозов погоды (хороших, во всяком случае).
В 2019 году это обычная эмоция — желать по четыре-пять раз на дню отправиться не то, чтобы в космос, но на самый край света, как можно дальше, чтобы избавиться от дурного наваждения или плохой погоды, задерживающегося поезда или тесных брюк, таких заурядных на Земле вещей. Но что будет ждать вас на этой космологической границе? Что это вообще такое — край света, край Вселенной — что мы там увидим? Это граница или бесконечность вообще?
Недавно в Лаборатории лазерной энергетики в Брайтоне, штат Нью-Йорк, один из самых мощных лазеров в мире ударил в каплю воды, создав ударную волну, которая подняла давление в этой воде до миллионов атмосфер, а температуру — до тысяч градусов. Рентгеновские лучи, которые прошли через эту каплю в ту же долю секунды, явили человечеству первый проблеск воды в таких экстремальных условиях. Они показали, что вода внутри ударной волны не стала перегретой жидкостью или газом. Нет, вода замерзла.
«Я провела много времени в темноте в аспирантуре. Не только потому, что я изучала область квантовой оптики — где мы обычно имеем дело с одной частицей света, или фотоном, одновременно. Но и потому, что в моих исследованиях инструментом измерений были глаза. Я изучала, как люди воспринимают мельчайшие количества света, и сама становилась первой испытуемой всякий раз», — рассказывает Ребекка Холмс, физик Национальной лаборатории Лос-Аламоса. Ее работа, о которой вы сейчас прочитаете, была опубликована Physics World and Applied Optics, среди прочих мест. Далее — от первого лица.
Теперь, когда ученые нашли бозон Хиггса, Большой адронный коллайдер будет искать еще более неуловимую цель: темную материю. Нас окружают темная материя и темная энергия — невидимые субстанции, которые связывают галактики, но никак себя не выдают. В новой работе излагается инновационный метод поиска темной материи силами Большого адронного коллайдера за счет эксплуатации относительно медленной скорости потенциальной частицы.
Мы всегда в поисках чего-то большего. И даже наши лучшие догадки зачастую не позволяют нам понять, где мы его найдем. В 19 веке мы спорили о том, за счет чего горит Солнце — гравитации или сгорания, даже не подозревая, что в деле замешан термоядерный синтез. В 20 веке мы спорили о судьбе Вселенной, даже не предполагая, что она разгоняется в небытие. Но революции в науке реальны, и когда они происходят, нам приходится пересматривать множество всякого — порой даже все — что раньше считалось верным.
Идея черных дыр восходит к 1783 году, когда кембриджский ученый Джон Мичелл осознал, что достаточно массивный объект в достаточно маленьком пространстве может притягивать даже свет, не давая ему вырваться. Спустя более века Карл Шварцшильд нашел точное решение для общей теории относительности Эйнштейна, которое предсказало такой же результат: черную дыру. Как Мичелл, так и Шварцшильд предсказали явную связь между горизонтом событий, или радиусом области, из которой свет не может вырваться, и массой черной дыры.
После того, как в 2021 году ускоритель заряженных частиц Большой адронный коллайдер (БАК) вновь будет запущен после обновления и сможет снова сталкивать частицы друг с другом, ученые надеются, с помощью него наконец открыть неуловимую темную материю. Физики не одно десятилетие тщетно пытаются обнаружить частицы темной материи, на которые приходится основная масса нашей Вселенной. Однако теперь у исследователей появилась новая цель в этих поисках: относительно тяжелая и долгоживущая частица, которую можно получить в результате высокоэнергетических столкновений на БАК.
У астрономов (да и у всего человечества) праздник: представлен первый снимок черной дыры. Он был создан с использованием Event Horizon Telescope (EHT), виртуального телескопа, состоящего из нескольких радиотелескопов по всему миру. Изображение демонстрирует материал вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики на расстоянии 55 миллионов световых лет. И да, черная дыра — это концентрированная физика, сумасшедшие гравитационные явления на грани возможного и невозможного, экстремальные условия (подробнее о том, как устроены черные дыры, можно почитать здесь). Но есть несколько вопросов.
Сработало. Event Horizon Telescope (EHT) — «телескоп горизонта событий» — всегда казался маловероятным: создать виртуальный телескоп размером с Землю, чтобы сфотографировать тень черной дыры. Каждая часть этого предложения немножечко безумна. Но сработало. Спустя более десяти лет технической разработки и сбора средств, астрономы собрали EHT и показали первый снимок черной дыры: пузырек чистой гравитации, дыра в пространстве-времени, настолько странное предсказание общей теории относительности, что сам Альберт Эйнштейн долгое время не верил, что это вообще возможно.
Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили и охарактеризовали новую форму кислорода — «легчайшую» из всех известных версий этого химического элемента с тремя нейтронами и восемью протонами. Кислород — один из самых распространенных элементов в Солнечной системе, однако кислород-11 можно получить только в лаборатории. Он распадается сразу после создания, испуская два протона, и его можно наблюдать только по продуктам его распада. Распад с двумя протонами является новейшим из открытых каналом ядерного распада.
Все, что вы видите вокруг, состоит из элементарных частиц — кварков и лептонов, которые могут объединяться с формированием более крупных частиц, таких как протоны или атомы. Но этим не ограничивается: эти субатомные частицы могут также соединяться экзотическим образом, какого мы никогда не видели. Коллаборация ЦЕРН LHCb объявила об открытии новых частиц, которые получили название «пентакварков». Результаты их работы могут помочь нам открыть множество загадок теории кварков, важнейшей части Стандартной модели.
Один из величайших научных поисков нашего времени — это охота на темную материю. Физики полагают, что это вещество наполняет вселенную и думают, что могут увидеть доказательства этого в том, как вращаются галактики. Дело в том, что галактики вращаются так быстро, что их должно было разорвать на части, но по всей видимости (или невидимости) существует некая скрытая масса, которая обладает достаточной гравитационной силой, чтобы удерживать их вместе.
Если верить всему, что пишут в Интернете (в том числе и мы), квантовых физиков можно поздравить. Звучит круто: ученые (да еще и российские) повернули время вспять. Прям «Назад в будущее». Все началось со статьи в Scientific Reports с провокационным названием «Стрела времени и ее обращение на квантовом компьютере IBM». В ней авторы заявили, что провели эксперимент, который по их словам, открывает новые направления исследований «обращения времени и обратного хода времени».
Еще в 1961 году физик и нобелевский лауреат Юджин Вигнер изложил мысленный эксперимент, который продемонстрировал один из наименее известных парадоксов квантовой механики. Эксперимент показывает, как странная природа вселенной позволяет двум наблюдателям — скажем, Вигнеру и другу Вигнера — испытывать различные реальности. С тех пор физики используют мысленный эксперимент «друга Вигнера» для исследования природы измерений и споров о том, существуют ли объективные факты.
«Самая непостижимая вещь во вселенной — это то, что она понятна», однажды сказал Альберт Эйнштейн. В наши дни, однако, Вселенную трудно назвать понятной или даже уникальной. Фундаментальная физика переживает кризис, связанный с двумя популярными концепциями, которые часто называют «multiverse» и «uglyverse», что дословно расшифровывается как «множественная вселенная» и «уродливая вселенная».
Где-то в начале этого года Брайан Метцгер понял, что предоставлен сам себе — никаких входящих писем, никаких уроков — и что может быть, только может быть, он нащупал ответ на одну из самых упорных загадок астрономии. Он озверел и попытался зацепиться за этот ответ, переживая, что небольшая ошибка может все испортить, или что кто-нибудь другой составит все части воедино первым. «Пытаешься угнаться, потому что другие люди, возможно, тоже это видят», говорит Метцгер, астрофизик Колумбийского университета.
Пятьдесят лет назад смартфоны показались бы совершенно волшебными компьютерами. Точно так же, как классические компьютеры были почти невообразимы для предыдущих поколений, сегодня мы сталкиваемся с рождением совершенно нового типа вычислений: чего-то настолько мистического, что его можно назвать волшебным. Это квантовые компьютеры. Если слово «квантовый» вам незнакомо, вы не одиноки. Этот очень холодный, маленький, чувствительный и очень странный мир может показаться сомнительной системой, на которой предлагается построить коммерческую вычислительную машину, но это именно то, над чем работают IBM, Google, Rigetti Computing и другие компании.