Конец знакомой нам теоретической физики

Компьютерные симуляции и сделанные на заказ квантовые аналогии меняют способы поиска законов природы

У теоретической физики есть репутация сложной науки. Я бы с этим не согласилась. То, что мы вообще можем записывать законы природы в математическом виде, означает, что законы, с которыми мы имеем дело, просты – гораздо проще законов из других научных областей.

К сожалению, решить эти уравнения часто оказывается непросто. К примеру, у нас есть прекрасная теория, описывающая такие элементарные частицы, как кварки и глюоны, но никто не может подсчитать, как они связываются вместе, порождая протон. Уравнения просто не решаются известными нам методами. Точно так же слияние чёрных дыр или даже поток горной реки можно описать в обманчиво простом виде, но при этом сказать, что именно произойдёт в каком-то конкретном случае, ужасно тяжело.

Мы, конечно, без устали раздвигаем границы возможного, и ищем новые математические стратегии. Но в последние годы большая часть успехов была связана не с более сложной математикой, а с компьютерными мощностями.

Когда в 1980-х появились первые математические программы, они мало что делали, кроме того, чтобы спасти человека от поисков ответа в огромных распечатанных списках решённых интегралов. Но когда физики заполучили себе компьютеры, они поняли, что им уже не надо решать интегралы, они просто могут построить решение.
(далее…)

Спросите Итана: почему первые звёзды гораздо крупнее даже самых больших сегодняшних?


Представление художника о том, как могла выглядеть Вселенная, где впервые формировались звёзды. Звёзды могут набирать сотни и даже тысячи солнечных масс, что может привести к относительно быстрому появлению чёрной дыры с такой массой, которой обладают известные нам первые квазары.

Если разместить в одном месте достаточно массы, дать гравитации достаточно времени для того, чтобы она сжалась и организовала коллапс, в итоге обязательно получится звезда. Если собрать вместе достаточно большое облако материи, получится большое звёздное скопление, с большим разнообразием масс, цветов и температур. Однако заглядывая в самые ранние времена, мы склонны ожидать, что большая часть тогдашних звёзд будет гораздо больше и массивнее сегодняшних. Почему? Именно это хочет узнать наш читатель:

Не понимаю, почему металличность звёзд влияет на их размер. Я спрашиваю, потому что в одной из ваших статей вы писали, что в начале развития Вселенной могли существовать звёзды массой почти в 1000 раз больше солнечной, поскольку они на 100% состояли из водорода и гелия.

Довольно сложно принять эту теорию, поскольку за это время изменился только состав элементов, из которых состоят звёзды.
(далее…)

Мы практически не используем найденные окаменелости

Большая их часть томится в музейных хранилищах. Не пора ли откопать их заново?

Представьте себе: 1918-й год, вы идёте по калифорнийскому пляжу, и вдруг ваш большой палец обо что-то ударяется. Вы смотрите вниз, чтобы понять, что это было, и замечаете, что это не обычный камень – это окаменелость, возможно, часть какой-нибудь доисторической улитки. Вы достаёте её, чистите, тщательно записываете, где и когда вы её обнаружили, и жертвуете её местному музею – вас так учили. Это будет ваш вклад в историю, в научные записи. Иногда, замечтавшись, вы представляете себе, как эта найденная вами окаменелость оказывается важнейшим источником информации для учёного, или появляется на витрине музея, удивляя посещающих его детишек.

Перемотаем вперёд на сто лет. Ваш образец не меняет идеи, и не лежит на витрине. Он спрятан в ящике где-то в хранилище, вместе с каталожной карточкой, заполненной вами. Никто не смотрел на него десятилетиями. Его, в каком-то смысле, нужно заново откопать.
(далее…)

Почему обезьяны не разговаривают: исследование указывает на то, что виноват не голос, а мозг

Всем известно, что попугаи могут разговаривать. Некоторые люди даже наблюдали за тем, как слоны, морские котики или киты пытаются имитировать звуки речи. Почему же наши ближайшие родственники-приматы не могут разговаривать так, как мы? Наше новое исследование указывает на то, что, несмотря на имеющуюся подходящую речевую анатомию, у них не хватает для этого способностей мозга.

Учёные веками старались разобраться в этом явлении. Некоторые утверждали, что у приматов части тела устроены не так, как у человека, поэтому они не способны издавать такие звуки, как мы, и что человеческая речь развилась после изменения речевых органов. Но сравнительные исследования показали, что форма и работа гортани и речевого тракта очень похожи у множества видов приматов, включая и человека.
(далее…)

Не объявит ли случайно человечество межзвёздную войну инопланетным цивилизациям?


Существует множество звёзд с подтверждённым наличием экзопланет, расположенных в пределах 25 световых лет от Солнца, а такие миссии, как K2 и TESS найдут их ещё больше. Они являются прекрасными целями для межзвёздных перелётов, но если мы не будем осторожными, наши исследования могут спутать с агрессией.

Представьте себе жителей мира, не сильно отличающегося от Земли, вращающегося вокруг звезды, не сильно отличающейся от нашего Солнца. Температура и атмосфера позволяют существовать на поверхности мира жидкой воде, а смесь континентов и океанов гарантирует стабильные условия для процветания жизни в течение миллиардов лет. Эволюционные процессы увеличили сложность и уровень дифференциации организмов. Благодаря комбинации случайных мутаций и давлению отбора, существа этого мира обрели сознание, стали разумными и достигли невероятного уровня преобладания над природой.

С развитием технологий жители мира начали интересоваться инопланетными цивилизациями, существующими вокруг других звёзд. А затем, по направлению от удалённой и тусклой точки в их небе, пришла первая атака, продырявившая их планету на релятивистской скорости. Это был не метеор, не астероид и не комета; это человечество преодолело межзвёздное пространство.
(далее…)

Две компании объединили усилия, чтобы отправить 3D-биопринтер на МКС

Биоэкструдер ZeroG, созданный компанией Allevi, может помочь астронавтам лучше разобраться в поведении биоматериалов в космосе

Когда наша реальность догонит мечты фантастов, наличие биопринтера в космосе будет оправданным по многим причинам. К примеру, космонавт во время долгого путешествия к Марсу может получить ожог, работая с химикатами, и он будет очень благодарен возможности распечатать новый кусочек кожи. Или в ещё более далёком будущем колонист на Марсе может столкнуться с отказом печени, но его смогут спасти доктора, распечатав орган для пересадки.

Пока что эти сценарии далеки от реальных возможностей, причём как в плане космических полётов, так и по состоянию 3D-биопечати – этой быстро развивающейся технологии, в которой специализированные 3D-принтеры выдавливают биоматериалы и клетки для послойного создания участков тканей.
(далее…)

10 физических фактов, которые вы должны были узнать в школе, но, возможно, не узнали

1. Энтропия измеряет не беспорядок, а вероятность

Идея о том, что энтропия – это мера беспорядка, совсем не помогает разобраться в вопросе. Допустим, я делаю тесто, для чего я разбиваю яйцо и выливаю его на муку. Затем добавляю сахар, масло, и смешиваю их до тех пор, пока тесто не становится однородным. Какое состояние является более упорядоченным – разбитое яйцо и масло на муке, или получившееся тесто?

Я бы сказала, что тесто. Но это состояние с большей энтропией. А если вы выберете вариант с яйцом на муке – как насчёт воды и масла? Энтропия выше, когда они разделены, или после того, как вы их яростно потрясёте, чтобы смешать? В данном примере энтропия выше у варианта с разделёнными веществами.

Энтропия определяется как количество “микросостояний”, дающих одно и то же “макросостояние”. В микросостояниях содержатся все детали по поводу отдельных составляющих системы. Макросостояние же характеризуется только общей информацией, вроде “разделено на два слоя” или “в среднем однородное”. У ингредиентов теста есть много разных состояний, и все они при смешивании превратятся в тесто, однако очень мало состояний сможет при смешивании разделиться на яйца и муку. Поэтому, у теста энтропия выше. То же работает для примера с водой и маслом. Их легче разделить, тяжелее смешать, поэтому у разделённого варианта энтропия выше.
(далее…)

Астрономы находят огромное количество миров с жидкой водой

С момента подтверждения открытия первой экзопланеты в 1992 году астрономы нашли уже тысячи миров, существующих за пределами нашей Солнечной системы. Поскольку теперь новые экзопланеты открываются постоянно, исследования постепенно сдвигаются от простого открытия до описания их характеристик. По сути, теперь учёные уже пытаются определять состав экзопланет, чтобы понять, могут ли они поддерживать жизнь.

Ключевой частью этого процесса является определение того, сколько на выбранной экзопланете имеется воды – необходимой составляющей для того варианта жизни, что известен нам. На недавней научной конференции команда учёных презентовала новое исследование, из которого следует, что вода, судя по всему, должна быть основным компонентом экзопланет, размер которых превышает размер Земли в 2-4 раза. Это открытие имеют серьёзные последствия для поисков жизни вне Солнечной системы.
(далее…)

Как болезни и завоевания формировали новый ландшафт планеты

Миграция и общемировая торговля выровняли биоразнообразие по всему миру


Реплики кораблей Христофора Колумба: Пинта, Нинья и Санта-Мария

Многим людям кажется, что в течение тысяч лет после появления сельского хозяйства человеческие сообщества оставались статичными. Но это не так. Возникали империи – некоторые из них процветали, а затем исчезали, другие же оставались. Большинство людей занималось фермерством, обеспечивая едой себя и правящие элиты. Добыча еды ограничилась сельскохозяйственными угодьями. Население быстро росло – по оценкам, в начале развития сельского хозяйства на планете жило от 1 до 10 миллионов людей, а в 1500 году, 10 000 лет спустя, их было уже от 425 до 540 млн.

В 16 веке всё начало меняться, причём с увеличивающейся скоростью. Развитие сельского хозяйства, от простых фермерских сообществ до городов-государств и империй (а иногда и в обратном направлении), постепенно сменялось новым режимом существования. Начали происходить революции в том, что люди едят, как общаются, что думают, в их взаимоотношении с питавшей их землёй. Люди, жившие на западном краю Европы, изменили траекторию развития человеческого общества и всей планетной системы, и создали современный мир, в котором мы живём. И он никогда уже не будет прежним.
(далее…)

Нереальность везения

Оптимисты верят в везение, пессимисты – в невезение. Но если это зависит от точки зрения, существует ли вообще такая штука, как удача?


Пятнадцатилетняя Саньита стоит среди остатков её комнаты после землетрясения в Непале в апреле 2015 года. “Мне повезло, что я осталась жива. Наши соседи погибли, их тела до сих пор лежат под руинами”

Цутому Ямагути рисовал чертежи нефтяных танкеров, и летом 1945 года его работодатель Mitsubishi Heavy Industries отправил его в японский город Хиросима в длительную командировку. Его командировка резко закончилась, когда бомбардировщик B-29 Enola Gay 6 августа сбросил на город атомную бомбу “Малыш“, и эквивалент 15 килотонн ТНТ взорвался на расстоянии менее трёх километров. И хотя Ямагути оказался в пределах зоны мгновенной смерти, ему повезло выжить, получив только ожоги, временную слепоту и разрыв барабанных перепонок. Он отправился домой, в Нагасаки, и, несмотря на травмы, смог выйти на работу 9 августа. Его непосредственный начальник не поверил этой дикой истории о единственной бомбе, способной уничтожить целый город, и как раз в тот момент, когда он выговаривал подчинённому за его безумные разговоры, комнату заполнил яркий неземной свет – это над Нагасаки взорвалась бомба “Толстяк“. Ямагути как-то удалось пережить и этот взрыв, и он прожил до 2010 года, умерев в весьма почтенном возрасте 93 лет.
(далее…)