Рубрика: ФИЗИКА

Либо квантовая реальность гораздо страннее, чем мы думаем, либо она схлопывается

Статьи выходят раз в неделю. Самая новая статья доступна только платным пользователям на этом сайте и на проектах с удобной подпиской: Boosty / Patreon / Sponsr

* * *

Либо квантовые состояния должны схлопываться на макроскопическом уровне, либо реальность нереальна

Квантовая механика при ближайшем рассмотрении ставит перед нами несколько глубоких вопросов, касающихся природы самой реальности. Часто они принимают вид мысленных экспериментов, за которыми позже (часто гораздо позже) следуют реальные. Один из самых глубоких и сложных примеров – мысленный эксперимент, предложенный в 1960-х Юджином Вигнером, под названием “парадокс друга Вигнера” (не советуем вам дружить с Вигнером). И теперь, гораздо позже, Вигнера и его друга формализовали и расширили. Результат приводит нас к противоречию: либо наша реальность куда как более странная и менее реальная на квантовом уровне, либо квантовые состояния на крупных масштабах существовать не могут.

Не дружите с Вигнером

Чтобы понять, почему у Вигнера не должно быть друзей, сначала нам нужно углубиться в некоторые детали квантовой механики. Представьте, что мы измеряем спин одного электрона. У него есть ориентация в пространстве, но измерить её невозможно. Нам придётся выбрать ориентацию и измерить спин вдоль неё. То есть, мы можем спросить электрон, вращается ли он по вертикали вверх или вниз. При прочих равных, ответ будет вверх или вниз с 50% вероятностью.
(далее…)

Двигатели будущих космических кораблей, возможно, будут работать на синтезе с удержанием в кристаллической решётке

Исследователи из НАСА демонстрируют возможности проведения атомного синтеза в металлах при комнатной температуре


В атомных решётках этих образцов эрбия содержатся загнанные туда дейтроны

Синтеза ядер в термоядерных реакциях крайне тяжело достичь. Нужны огромная плотность вещества и давление, чтобы заставить элементы вроде водорода и гелия преодолеть естественное отталкивание. На Земле для экспериментов по синтезу обычно требуется массивное и дорогое оборудование.

Однако учёные из Гленновского исследовательского центра НАСА продемонстрировали метод запуска ядерного синтеза без строительства огромных стеллараторов или токамаков. Для этого им потребовалось всего лишь немного металла, немного водорода и ускоритель электронов.

Команда считает, что их новый метод, названный синтезом с удержанием в кристаллической решётке [lattice confinement fusion] потенциально может привести к созданию новых источников энергии для исследования глубокого космоса. Результаты исследования они опубликовали в двух работах в журнале Physical Review C.
(далее…)

Физики в ЦЕРН сообщили об обнаружении новой экзотической частицы

Коллаборация учёных эксперимента LHCb (от англ. Large Hadron Collider beauty experiment – самый маленький из четырёх основных детекторов на Большом адронном коллайдере, БАК) сообщила об открытии новой экзотической частицы под названием “тетракварк“. Работу, авторами которой выступило более 800 человек, ещё пока не проверили независимые рецензенты, однако её уже представили на семинаре. Данные укладываются в статистические рамки, которые необходимо соблюсти для того, чтобы заявлять об открытии новой частицы.

Это открытие знаменует значительный прорыв в поисках, шедших почти 20 лет во множестве физических лабораторий всего мира.

Чтобы понять, что такое тетракварк и чем важно это открытие, нам нужно вернуться в 1964 год, когда в физике частиц разворачивалась революция. Тогда только началась битломания, война во Вьетнаме была в самом разгаре, а парочка молодых радиоастрономов из Нью-Джерси обнаружила убедительные доказательства теории Большого взрыва.
(далее…)

Когда-нибудь самолёты будут летать на плазменных струях

Плазменные двигатели могут помочь реактивным самолётам летать, не сжигая ископаемое топливо


Стальной шарик поддерживается в подвешенном состоянии давлением плазменной струи

Когда-нибудь самолёты будут летать на плазменных струях, не сжигая ископаемое топливо – такое будущее обещает новое исследование китайских учёных.

Плазму на основе таких газов, как ксенон, для обеспечения движения используют различные космические корабли – например, так работала межпланетная станция Dawn от НАСА. Однако подобные маневровые двигатели способны генерировать лишь небольшие усилия, поэтому они и работают только в дальнем космосе, где нет сопротивления воздуха.

Теперь исследователи создали прототип двигателя, способного генерировать плазменные струи с тягой, сравнимой с таковой у обычных реактивных двигателей, причём используя только воздух и электричество.

Воздушный насос нагнетает воздух под высоким давлением со скоростью 30 литров в минуту в камеру ионизации устройства, использующего микроволны для превращения этого потока воздуха в струю плазмы, вырывающуюся из кварцевой трубы. Температура этой плазмы может превышать 1000 °C.
(далее…)

Квантовый эксперимент утверждает, что объективной реальности не существует

Альтернативные факты распространяются в обществе на манер вируса. И, судя по всему, они уже заразили науку – по крайней мере, квантовые исследования. Это может показаться контринтуитивным. Ведь научный метод основан на надёжных методах наблюдений, измерений и повторяемости. Факт, подтверждённый измерениями, обязан быть объективным – таким, с которым согласились бы все наблюдатели.

Однако недавно мы опубликовали в журнале Science Advances работу, где показываем, что в микромире атомов и частиц, управляемом странными правилами квантовой механики, два разных наблюдателя могут столкнуться с разными фактами. Иначе говоря, согласно нашей лучшей теории о строительных кирпичиках природы, факты бывают субъективными.

Наблюдатели играют заметную роль в квантовом мире. Согласно теории, частицы могут находиться в нескольких местах или состояниях одновременно – это называется суперпозицией. Однако, как ни странно, такое бывает только, когда их не наблюдают. Как только вы начинаете наблюдать квантовую систему, она выбирает определённое местоположение или состояние, нарушая суперпозицию. То, что природа ведёт себя таким образом, было множество раз доказано в лаборатории – к примеру, в знаменитом двухщелевом эксперименте.
(далее…)

10 слов, имеющих совсем другой смысл для физиков

Аромат

В физике частиц аромат никак не связан с запахом [по-английский flavour – это и вкус, и запах / прим. перев.]. Вместо этого этот термин обозначает частицы различных типов. Всего есть шесть “ароматов”, или вариаций, кварков: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный. Лептонов тоже есть шесть видов: электрон, мюон, тау, и соответствующие им нейтрино (электронное, мюонное и тау-нейтрино).
(далее…)

Учёные начинают всерьёз рассматривать варп-двигатели космических кораблей

Тяжело жить в релятивистской Вселенной, где даже ближайшие звёзды расположены так далеко от нас, а скорость света абсолютна. Неудивительно, что различные научно-фантастические произведения сплошь и рядом используют двигатели, позволяющие передвигаться быстрее света (Faster-than-Light, или FTL), в качестве устройства для развития сюжета.

Нажмите кнопочку, надавите на педаль, и модный двигатель – принцип работы которого никто не может объяснить – перенесёт нас в другую точку пространства-времени.

Но в последние годы научное сообщество всколыхнули волны понятного вдохновения и естественного скептицизма, связанные с заявлениями о том, что определённую концепцию такого двигателя – пузырь Алькубьерре – вполне можно реализовать на практике.

Именно по этой теме в августе 2019 проходила презентация в Американском институте аэронавтики на форуме космических двигателей и энергии. Презентацию давал Джозеф Анью – будущий инженер, помощник исследователя из Алабамского университета в Хантсвилле, стажирующийся в исследовательском центре реактивных двигателей.
(далее…)

Спросите Итана: почему мы не чувствуем, как Земля летит сквозь космос?


Отправляющийся на Меркурий космический аппарат “Мессенджер” смог сделать несколько потрясающе красивых фотографий Земли, закладывая гравитационную петлю вокруг своей родной планеты 2 августа 2005 года. Несколько сотен изображений, сделанных широкоугольной камерой двойной системы получения изображений корабля (MDIS) были соединены в фильм

Наша планета – не неподвижное место, которое мы ощущаем под ногами, а тело, движущееся по невероятно сложному маршруту по Вселенной. Мы вращаемся вокруг своей оси каждые 24 часа, вращаемся вокруг Солнца раз в год, при этом вся Солнечная система вращается со скоростью 220 км/с вокруг центра Млечного пути, который ускоряется в направлении Андромеды в местной группе галактик, которая двигается относительно остаточного излучения Большого взрыва. Очень насыщенное космическое движение! Но при этом мы его совсем не чувствуем. Это беспокоит многих людей, включая читательницу, которая спрашивает:

Мне очень нужна ваша помощь! Пожалуйста, помогите мне объяснить моему мужу, почему мы не чувствуем, как Земля летит сквозь космос?

Есть простая причина, по которой мы не ощущаем этого движения телом, однако она не будет интуитивно понятной всем, привыкшим ощущать мир, живя на поверхности Земли.
(далее…)

Конец времени

В фундаментальной физике мира нет ни пространства, ни времени

Не расспрашивай ты, ведать грешно, мне и тебе какой,
Левконоя, пошлют боги конец, и вавилонские
Числа ты не пытай. Лучше терпеть, что бы ни ждало нас, –
Дал Юпитер в удел много ль нам зим или последнюю,

Что в скалистых брегах ныне томит море Тирренское
Бурей. Будь же мудра, вина цеди. Долгой надежды нить
Кратким сроком урежь. Мы говорим, время ж завистное
Мчится. Пользуйся днем, меньше всего веря грядущему.

Гораций, Ода I, стих 11

Таково знакомое нам изображение времени: нечто, текущее равномерно и одинаково по всей Вселенной, в течение чего всё и происходит. Настоящее время, существующее по всему мирозданию, “сейчас”, составляющее реальность. Прошлое для всех фиксировано, оно прошло, уже случилось. Будущее открыто, и ему ещё предстоит определиться. Реальность течёт из прошлого, сквозь настоящее, по направлению к будущему – и эволюция всего между прошлым и будущим по сути своей асимметрична. Именно так мы ощущаем базовую структуру мира.

Но эта знакомая картинка развалилась, показав себя лишь приближением к куда как более сложной реальности.
(далее…)

Не потеряли ли на Большом адронном коллайдере свидетельства наличия новой физики?


Детектор частиц ATLAS на БАК в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, Швейцария. БАК, построенный внутри подземного туннеля окружностью в 27 км, является крупнейшим и мощнейшим ускорителем частиц и крупнейшей машиной в мире. Но он способен записывать лишь малую долю собираемых им данных.

В Большом адронном коллайдере протоны одновременно кружатся по часовой и против часовой стрелки, и сталкиваются друг с другом, двигаясь при этом со скоростью, составляющей 99,9999991% от скорости света. В двух точках, где по схеме должно происходить наибольшее количество столкновений, построены огромные детекторы частиц: CMS и ATLAS. После миллиардов и миллиардов столкновений, произошедших на таких огромных энергиях, БАК позволил нам продвинуться дальше в нашей охоте за фундаментальной природой Вселенной и пониманием элементарных строительных блоков материи.

В сентябре прошлого года БАК отметил 10 лет своей работы, открыв бозон Хиггса, что стало его главным достижением. Но, несмотря на эти успехи, на нём не было обнаружено никаких новых частиц, взаимодействий, распадов или новой фундаментальной физики. А что хуже всего – большая часть данных, полученных с БАК, навсегда теряется.
(далее…)