Физика — метки: фундаментальные взаимодействия, четыре силы, приводящие в движение вселенную. Физика. Читайте последние новости на тему в ленте новостей на сайте РИА Новости. В стране полным ходом прокладывают сети квантовой связи. The latest news in physics, materials science, quantum physics, optics and photonics, superconductivity science and technology. Updated Daily. Александру Полякову за открытия в области фундаментальной физики.
Чем занимались физики в 2023 году
Это устойчивая вихреподобная структура поля, которая может считаться квазичастицей, с которой можно работать — создавать на её основе память, кубиты и элементы логики нейроморфных процессоров. Компьютерное представление хопфиона с указанием направлений спинов в кольце. Источник изображений: Филипп Рыбаков Хопфитоны можно считать трёхмерным аналогом скирмионов. Скирмионы, как топологические структуры в плоском 2D-исполнении, открыты достаточно давно. Хопфионы оставались известными науке лишь в виде решений сложных уравнений, тогда как на практике они в простейшем случае напоминали бы бублик поля в объёме материала. Впрочем, в специально синтезированных материалах хопфионы можно было наблюдать, но в более привычных ещё нет. Совместный коллектив учёных из Швеции, США и Китая смог добиться устойчивого образования хопфионов в толще пластинки из железа и германия. Более глубокое понимание того, как функционируют различные компоненты материалов, важно для разработки инновационных материалов и технологий будущего. Например, область спинтроники, изучающая спин электронов, открыла многообещающие возможности объединения электрических и магнитных свойств электронов для таких приложений, как новая электроника, включая логику и память.
Яркий пример из этого — разработка трековой памяти, предложенная компанией IBM около десяти лет назад. Наблюдение хопфиона через просвечивающий электронный микроскоп в 180-нм образце. Однако можно предположить, что наибольший интерес хопфионы могут представлять при переходе в третье измерение практически всех технологий, разрабатываемых на основе магнитных скирмионов: трековой памяти, нейроморфных вычислений, кубитов основной единицы квантовой информации. По сравнению со скирмионами хопфионы обладают дополнительной степенью свободы за счет трёхмерности и, следовательно, могут двигаться не в двух, а в трёх измерениях», — пояснил Рыбаков. Это произошло в Лаборатории холодного атома NASA Cold Atom Lab на борту Международной космической станции и стало ещё одним шагом на пути внедрения в космосе квантовых технологий, доступных в настоящее время только на Земле. Принцип охлаждения атомов с помощью лазеров. На МКС лаборатория попала в 2018 году и с тех пор учёные на Земле — прибор управляется дистанционно — провели с её помощью множество экспериментов. В частности, установка помогла создавать квантовый газ — конденсат Бозе-Эйнштейна, который в условиях микрогравитации вёл себя достаточно интересно.
Но недавно учёные NASA заявили, что им удалось создать в камере лаборатории конденсат Бозе-Эйнштейна из смеси двух атомов: калия и рубидия. А где есть смесь различных химических веществ, там появляются реакции. Фактически учёные создали основу для проведения в космосе экспериментов по квантовой химии, что раньше было возможно только в земных условиях на очень сложных и громоздких установках. Кроме того, перенос квантовой химии в космос — в условия микрогравитации — позволяют изучать квантовые явления с недоступной на Земле точностью для целого ряда экспериментов. Наконец, это путь к появлению в космосе приборов, опирающихся на квантовые явления. От этого выиграет связь, навигация и многое другое, что ещё предстоит открыть. Хотя статья прошла рецензию, учёное сообщество нашло в ней множество изъянов. В сентябре соавторы исследования попросили журнал отозвать статью, и их просьба была удовлетворена.
На время это «открытие» приковало к себе внимание всего мира, ведь это было почти чудо. Увы, попытки независимых коллективов воспроизвести материал и получить сверхпроводимость успехом не увенчались. Хотя перспективы у материала ещё остаются. Давление представляется запредельным, но оно на два порядка меньше, чем во всех предыдущих открытиях. Иными словами, группа показала обнадёживающий результат, который задавал направление для дальнейших открытий. В момент публикации в марте за плечами группы уже была одна отозванная статья в Nature. Это не помешало подготовить и довести до печати новую работу. Учёное сообщество вскоре начало находить грубые ошибки, и даже подлоги в статье и в сентябре соавторы работы начали открещиваться от коллеги — физика из Рочестерского университета Ранга Диаса Ranga Dias , который готовил материалы для Nature.
Журнал провёл расследование и проанализировал многочисленные жалобы читателей и соавторов скандальной статьи. По результатам расследования статья снята с публикации. Редакция сообщила, что высказанные научным сообществом и соавторами работы опасения — о недобросовестности и неполноте работы — «заслуживают доверия, являются существенными и остаются нерешёнными». Неожиданный эксперимент показал, что свет оказался способен испарять воду без передачи тепла и делает это с большей эффективностью, чем нагрев. Это может привести к появлению лучших опреснителей воды и даже способно изменить климатические модели Земли. Источник изображения: Pixabay Как всем известно ещё со школы, испарение воды происходит, когда молекулы у поверхности жидкости поглощают достаточно энергии, чтобы улетучиться в воздух в газообразной форме — в виде водяного пара. Учёные из Массачусетского технологического института MIT выяснили, что тепло вовсе необязательно использовать для испарения. Испарять воду можно с помощью света, причём даже более эффективно, чем с помощью тепла.
К исследованию этого вопроса подтолкнули многочисленные наблюдения последних лет, когда эксперименты с гидрогелями показали несоответствие скорости испарения и используемого для этого тепла. На практике испарение происходило заметно интенсивнее, чем допускал нагрев. С физикой процесса что-то явно шло не так, и учёные заинтересовались скрытыми механизмами этого, казалось бы, досконально изученного за сотни лет явления. Базовые эксперименты показали, что причиной интенсивного испарения воды может быть свет, а не переносимое им тепло энергия. При этом вода прозрачна для видимого света, что противоречит наблюдаемому результату. Для проверки гипотезы учёные поместили образец гидрогеля в контейнер на весах и последовательно облучали его светом с разными длинами волн, в процессе чего измеряли количество массы, которую он терял со временем в результате испарения. Образец был тщательно изолирован от оборудования и ламп для предотвращения передачи тепловой энергии воде. Измерения показали, что вода действительно испарялась со скоростью, значительно превышающей допустимую по тепловому пределу.
Степень испарения также зависела от длины волны света, достигая максимума при длине волны, соответствующей зелёному свету. Эта зависимость от цвета дополнительно подтверждает, что скорость испарения не связана с передачей тепла. Этот же эксперимент был повторен в темноте с подогревом образца гидрогеля электричеством. Сила тока и мощность в итоге была такой же, как при облучении образца светом. В этот раз известная нам физика не подвела — объём испарённой воды остался в пределах известной нам со школы термодинамики и он был заметно ниже того, который испарился при облучении одним лишь светом. Авторы исследования назвали новое явление «фотомолекулярным эффектом» и предположили, что фотоны света могут как бы отщеплять кластеры молекул воды у поверхности жидкости. Вероятно, нечто подобное происходит в природе, хотя физики никогда не подозревали о таком процессе. Тем самым наши климатические модели могут неправильно оценивать воздействие солнечных лучей на океаны и облачный покров.
Интенсивность испарения может оказаться выше, и это будет иметь свои последствия. Доказавшие эффект учёные получили грант на дальнейшие исследования явления. У него есть также практические перспективы. Например, таким образом можно создать более энергоэффективные опреснители, чем уже имеющиеся на основе теплового испарения. Длина вакуумной трубы, в которой происходит ускорение электронов, всего 0,5 мм, что в 54 млн раз меньше размеров другого ускорителя — Большого адронного коллайдера, который расположен на другом конце шкалы этих научных приборов. Но малютка нужна не для науки. Она необходима для медицины и не только. Это была бы намного более щадящая терапия, чем традиционная радиационная.
Крошечный ускоритель мог бы располагаться на конце эндоскопа и стать своеобразным оружием в борьбе с этим смертельным заболеванием непосредственно на месте. Идея миниатюрного ускорителя электронов или нанофотонного ускорителя электронов NEA , как назвали его учёные, была предложена в 2015 году. Кроме учёных из Германии свой нанофотонный ускоритель электронов создали исследователи из Стэнфордского университета.
При этом масса черной дыры уменьшается и, следова- следовательно, уменьшается поверхность ее горизонта - происходит кванто- квантовое испарение черной дыры.
Характеристики это- этого взрыва длительность, общая выделяемая энергия и средняя энер- энергия излучаемых частиц существенно зависят от особенностей силь- сильного взаимодействия частиц при высоких энергиях и спектра масс элементарных частиц. Излучение Хокйнга не только обладает тепловым спектром, но, более того, все корреляционные функции, характеризующие его, сов- совпадают с соответствующими величинами для чернотбльного излуче- излучения [39, 44 - 48]. Относительно равновесия чер- черной дыры с газом взаимодействующих частиц см. Прежде все- всего, как из первоначально чистого вакуумного состояния возникает смешанное состояние, описываемое матрицей плотности?
Почему она совпадает с матрицей плотности для равновесного теплового излуче- излучения? Как из простых соображений можно понять характер зависимос- зависимости эффективной температуры излучения от массы черной дыры? Парадоксальный на первый взгляд факт появления матрицы плот- плотности легко объяснить, если вспомнить, что образование черной ды- дыры связано с возникновением горизонта событий. Любые измерения вдали от черной дыры1 зависят от состояний вылетающих частиц.
При вычислении средних значений от любых наблюдаемых, зависящих только от состояний вылетающих частиц, производится суммирова- суммирование по ненаблюдаемым состояниям частиц, падающих в черную дыру, и вследствие этого возникает матрица плотности. Поэтому причина возникновения матрицы плотности при описании излучения от черной дыры на бесконечности та же самая, что и причина появления матри- матрицы плотности в обычной квантовой механике, когда, имея систему в некотором чистом состоянии, мы интересуемся описанием резуль- результатов измерения в некоторой ее подсистеме. Крайне важнд, что в ре- результате суммирования по ненаблюдаемым состояниям частиц, па- падающих в черную дыру, соответствующая матрица плотности не за- зависит от конкретного определения вакуума и понятия частицы в силь- сильном гравитационном поле в окрестности горизонта событий [39]. На наш взгляд, при выяснении физической причины теплового характера матрицы плотности, описывающей излучение от черной ды- дыры, существует довольно привлекательная возможность связать ее с фундаментальным свойством гравитационного взаимодействия - принципом эквивалентности [50].
Вероятность рождения пары частиц с энергией Е во внешним статическом необязательно гравитацион- гравитационном поле можно оценить следующим образом. Вероятность того, что соответствующие виртуальные частицы пары находятся на рас- расстоянии I друг от друга, пропорциональна exp -? Предполо- Предположим, что напряженность поля равна Г. Это воз- возможно только тогда, когда константа взаимодействия частицы с по- полем пропорциональна полной энергии частицы инерционной массе.
Именно это свойство, известное как принцип эквивалентности, спра- справедливо в случае гравитационного взаимодействия. Важно отметить, что квантовый процесс рождения частиц в статическом гравитацион- гравитационном поле существенно нелокален [51]. Поэтому высказываемые иног- иногда утверждения о том, что принцип эквивалентности запрещает рож- рождение частиц в гравитационном поле, поскольку при переходе в падаю- падающую систему отсчета это поле можно локально исключить, необосно- необоснованны. Характер зависимости эффективной температуры от массы чер- черной дыры можно было бы вывести из соображений размерности.
В рас сматриваемой задаче гравитационное поле считается заданным внеш- внешним классическим полем, на фоне которого происходят процессы рож- рождения, и имеется только одна характерная величина с размерностью длины - гравитационный радиус. Это соотношение приводит к правильному с точ- точностью до коэффициента выражению для характерной температуры излучения. При вычислении излучения Хокинга возникает также несколько более формальных вопросов, связанных с применением аппарата кван- квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени. Прежде все- всего отметим, что при наличии сильного гравитационного поля извест- известная трудность связана с определением вакуумного состояния и введе- введением понятия частицы.
Поэтому естественно возникает вопрос:, на- насколько сильно зависит результат Хокинга от того или иного выбора вакуума в гравитационном поле? Оказывается, что в задаче о нахож- нахождении потока энергии от черной дыры, образующейся при коллапсе тела, для получения результата по существу не нужно делать никаких предположений о свойствах вакуума в сильном поле. Для однозначного определения начального и конечного состоя- состояний понятия падающей и вылетающей частиц не нужно, чтобы внеш- внешнее поле до и после некоторого момента времени отсутствовало, а требуется лишь, чтобы все частицы при своем движении как в отда- отдаленном прошлом, так и в отдаленном будущем попадали в область, где этим внешним полем можно пренебречь. Для таких асимптотиче- асимптотически свободных частиц можно ввести хорошо определенные in- и out-состояния.
Когда пространство-время асимптотически-плоское, можно ввести понятие асимптотической энергии, связанное с нали- наличием асимптотических симметрии, и развить процедуру квантования в частности, определить вакуумное состояние , используя только асимптотики образы полей и наблюдаемых на бесконечности. Более подробно см. В случае когда в асимптотически-плоском пространстве образуется черная дыра, соответствующая S-матрица, описывающая состояния вылетающих частиц, заменяется на матрицу плотности, причем из-за суммирования по ненаблюдаемым состояни- состояниям частиц, падающих в черную дыру, эта матрица плотности хорошо определена и не зависит от произвола в определении вакуума на по- поверхности горизонта. Конкретный выбор вакуумного состояния в области с сильным гравитационным полем в частности, определение вакуума на гори- горизонте оказывается важным при рассмотрении задачи о квантовых процессах в гравитационном поле "вечной" eternal черной дыры, то есть в пустом пространстве-времени, описызаомом геометрией Кру- скала.
Этим, в частности, объясняется наличие двух противоположных суждений, а именно: 1 вечная черная дыра из- излучает точно так же, как и черная дыра, образовавшаяся в результа- результате коллапса [52, 531; 2 излучение от вечной черной дыры полностью отсутствует [54 - 58]. Задача о рождении частиц в гравитационном поле вечной черной дыры представляет интерес главным образом из-за своей тесной свя- связи с задачей о рождении частиц в черной дыре, возникающей в резуль- результате коллапса. Поэтому, в частности, важен результат Унру [53]. При построении квантовой теории в искривленном пространстве- времени привлекателен общий подход, предложенный в работе Хартля и Хокинга [52].
Для определения фейнмановской функции Грина в гра- гравитационном поле черной дыры эта задача тесным образом связана с задачей определения вакуума авторы использовали ее представле- представление в виде интеграла по путям. С помощью перехода от псевдоевкли- псевдоевклидова к евклидову пространству им удалось доопределить интеграл по путям и фиксировать класс путей, по которым производится интегри- интегрирование. Этот подход приводит к обычному результату Хокинга для излучения от черной дыры, образующейся при коллапсе. В случае V Вопрос о том, что является источником для полной метрики Круска- па, обсуждается, например, в работе [17].
Соответствующее по- понятие Л-вакуума было введено и проанализировано в работе [во]. Остановимся еще на одном важном вопросе, который неизбежно возникает при более внимательном изучении процесса рождения час- частиц в черной дыре, образующейся в результате коллапса. Это вопрос о том, где рождаются частицы, приводящие к излучению Хокинга. В принципе возможны две существенно различные точки зрения.
Со- Согласно одной из них [56, 63, 64], за рождение частиц ответственна переменная составляющая гравитационного поля коллапсирующего те- тела, и поэтому считают, что все частицы излучения рождаются вблизи поверхности коллапсирующего тела. В этом случае вдоль поверхнос- поверхности горизонта событий распространялся бы поток бесконечной плот- плотности вычисленной в локально падающей системе отсчёта энергии, что делало бы недопустимым пренебрежение обратным влиянием рож- рожденных частиц на метрику коллапсара. Другая точка зрения которой придерживается, в частности, сам Хокинг состоит в том, что частицы рождаются не вблизи поверхнос- поверхности коллапсирующего тела, а в статическом гравитационном поле об- образовавшейся черной дыры равномерно вдоль поверхности горизонта. Чтобы отдать предпочтение той или иной точке зрения, необхо- необходимо исследовать вопрос о локализации процессов рождения частиц в поле черной дыры.
Отметим, что характерная длина волны излуче- излучения сравнима с размером черной дыры. Это указывает на то, что квант излучения формируется в области пространства с размерами порядка размеров черной дыры, и локализовать место рождения кван- кванта в пространстве с большей точностью невозможно. В работах [60, 65] анализируется эта проблема и приводится ряд аргументов в Пользу второй точки зрения. При подобных вычислениях возникают трудности из-за появления расходи- мостей, соответствующих бесконечной плотности энергии нулевых вакуумных колебаний.
Более подробное обсуждение этого вопроса содержится в статьях 2 и 6 настоящего сборника. Используя опреде- определенную процедуру регуляризации, удается получить осмысленное ко- конечное выражение для тензора энергии-импульса. Проведенный ана- анализ, содержащийся, например, в работах [40 - 42], указывает на то, что соответствующий тензор энергии-импульса, вычисленный в локаль- локально падающей системе отсчета, остается конечным на горизонте со- событий. Поэтому в настоящее время есть все основания считать, что правильна точка зрения Хокинга и частицы рождаются не вблизи по- поверхности коллапсирующего тела, а в статическом гравитационном поле вдоль поверхности горизонта.
Заметим также, что при анализе процедуры регуляризации выясняется, в частности, что иногда ока- оказывается невозможным сохранить инвариантность перенормированных величин относительно всех преобразований, оставляющих инвариант- инвариантными соответствующие формальные величины до перенормировки. С этим свойством получившим название "аномалий" впервые столк- столкнулись в физике элементарных частиц аномалии Адлера [66]. При вычислении регуляризованных выражений для тензора энергии-им- энергии-импульса безмассовых частиц в гравитационном поле оказывается не- невозможным сохранить одновременно требования общей ковариантнос- ковариантности и конформной инвариантности. Интересная связь конформных анома- аномалий с эффектом Хокинга обсуждается в работе [41].
Более того, обладая известной смелостью, мож- можно было бы предсказать этот результат за несколько лет до работы Хокинга. Термодинамическая аналогия была развита при анализе возможности извлечения энергии из черных дыр. В этой аналогии роль энтропии играет величина, пропорциональная площади поверхности черной дыры. Развивая эту аналогию, удалось установить, что в физике чер- черных дыр имеют место все четыре закона, соответствующие началам термодинамики.
С принципиальной точки зрения важно, что можно проследить не только формальное сходство основных феноменологи- феноменологических законов, но также и более глубокую связь между физикой чер- черных дыр и термодинамикой, которая обнаруживается при информа- информационном подходе. Как в термодинамике, так и в физике черных дыр после перехода в равновесное состояние система полностью "забы- "забывает" о своем прошлом. Потеря информации о внутреннем состоянии системы, связанная с наличием у черной дыры сильного гравитацион- гравитационного поля, не "выпускающего" никаких сигналов наружу, приводит к тому, что при заданных внешних параметрах стационарной черной дыры ее внутреннее состояние полностью не определено, и мера этой неопределенности описывается эффективной энтропией черной дыры по этому поводу более подробно см. Формально близкая связь физики черных дыр с термодинамикой наиболее отчетливо проявляется при переходе к евклидовой формули- формулировке [52, 79].
При этом гравитационное поле усиливается до такой степени, что препятствует выходу из этой области наружу света и любых других сигналов. Любое физическое поле, обладая энергией, также притягивается черной дырой. Если источник такого поля, рас- расположенный, например, на коллапсирующем теле, попадает в черную дыру, а сила давления, связанная с компонентами тензора натяже- натяжения этого поля, не способна скомпенсировать силу гравитационного притяжения15, то втягивание этих полей внутрь черной дыры, сопро- сопровождаемое излучением части энергии наружу в виде волн соответ- соответствующего поля, приводит к быстрому исчезновению поля снаружи от черной дыры "выпадению волос". Процесс "выпадения волос" подробно обсуждается в книге [4], где можно найти ссылки на соот- соответствующие работы.
В результате этого процесса черная дыра мо- может сохранить только те характеристики, которые она не способна сбросить при излучении массу, угловой момент, электрический за- заряд. Теоремы, доказанные в работах [19, 75, 81, 82], позволяют заключить, что образующаяся стационарная черная дыра является заряженной керровской черной дырой. Поэтому, если источник поля находится на кол-. Это усповие, в частности, обеспечивает выполни- выполнимость теоремы Биркгофе, и сферически-симметричное поле в этом случае должно быть статическим.
Трудно, однако, надеяться, что в результате учета каких-либо реальных классических взаимодействий можно избавиться от сингу- лярностей. Основание тому - строгие теоремы, доказанные в рабо- работах Пенроуза и Хокинга [85, 86]. В настоящее время большие надеж- надежды возлагают на учет квантовых процессов в гравитационном поле около особой точки и на учет квантового характера самого гравита- гравитационного поля. В этой связи значительный интерес представляют не- недавние результаты Вилковысского и Фрадкина [87], которые свиде- свидетельствуют в пользу того, что теория квантовой гравитации, вероят- вероятно, является "асимптотически свободной", и в этом смысле она бли- ближе к теории Янга - Миллса, чем к квантовой электродинамике.
Дан- Данные результаты позволяют надеяться, что на малых расстояниях при больших импульсах константа гравитационного взаимодействия эффективно уменьшается и, следовательно, притяжение, вызывае- вызываемое гравитационным полем, ослабевает. Это может привести к ослаб- ослаблению а возможно, даже и к отсутствию сингулярности при коллап- коллапсе тел. В пользу этого также свидетельствует то, что в квантовой теории условие положительности плотности энергии нарушается, и поэтому строгие теоремы, использующие в той или иной форме это предположение, перестают работать. ЗВЕЗДНЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ При исследовании вопросов, связанных как с гипотезой суще- существования черных дыр во Вселенной, так и с ее возможными астро- астрономическими следствиями, следует иметь в виду, что свойства чер- черных дыр, их устойчивость, характер процессов, приводящих к их об- образованию, и сама возможность их наблюдений существенно зависят от массы U черной дыры.
Ъсновные характеристики черных дыр , в возможном диапазоне масс удобно представить в виде таблицы. Звездные черные дыры могут образовываться в результате кол- коллапса выгоревших и потерявших устойчивость звезд. Мы лишь кратко остановимся на свойствах этих черных дыр, поскольку проблемам коллапса звезд, аккреции вещества на черные дыры и возможности обнаружения этих черных дыр посвящена многочисленная литерату- литература см. Расчеты показывают, что обычно последний этап эволюции звезд с массой, в несколько раз превосходящей массу Солнца, сопровожда- сопровождается взрьюом вспышкой Сверхновой , в результате которого звезда может сбросить значительную часть своей оболочкц.
Если масса ос- остатка Сверхновой превосходит величину Ма, равную максимально до- допустимой массе устойчивой нейтронной звезды, то в результате кол- коллапса этого остатка может возникнуть черная дыра. Для невращаю- щихся нейтронных звезд со слабым магнитным полем значение Ма существенно зависит от уравнения состояния вещества при плотнос- плотности, превышающей ядерную. Если предположить, что допустимые урав- уравнения состояния не приводят к скорости звука, превосходящей ско- скорость света, то, как показали Роадес и Руффини [89], предельная масса нейтронной звезды не превосходит величины 3-4 Mq, где Mq - масса Солнца. Числен- Численные расчеты см.
Вращение и сильное магнитное поле могут в принципе помешать образованию черной дыры. Условия для наблюдения звездной черной дыры наиболее благо- благоприятны, когда эта дыра входит в состав тесной двойной системы, вторая компонента в которой - обычная звезда. В этом случае из-за перетекания аккреции вещества со звезды на черную дыру вокруг последней образуется аккрецирующий диск, который может являться источником мощного рентгеновского излучения. Описание стандарт- стандартной модели дисковой аккреции можно найти в обзорах [21, 23, 24].
Совместные наблюдения и исследование характеристик этого рентгеновского излучения и излучения видимой компоненты могут позволить идентифицировать подобную черную дыру в двойной систе- системе. Среди исследованных в настоящее время компактных галактиче- галактических рентгеновских источников обнаружено более десяти мощных ис- источников, входящих в состав двойных систем. Девять из этих источ- источников оказались рентгеновскими пульсарами нейтронными звездами в двойной системе. В настоящее время полагают, что рентгеновский источник в созвездии Лебедя Cyg Х-!
Обсуж- Обсуждение наблюдательных данных для этого источника, полученных к на- началу 1977 г. Относительно недав- недавно гипотеза о массивных черных дырах в звездных скоплениях при- привлекла к себе внимание в связи с открытием источников мощных вспышек рентгеновского излучения, которые, как первоначально по- полагали, связаны со звездными скоплениями. Вокруг такой дыры при падении на нее меж- межзвездного таза мог бы возникнуть аккрецирующий диск, максимум излучения которого лежит в ультрафиолетовом или оптическом диа- диапазонах [24]. Однако по крайней мере в простейшем варианте эта модель встречается с рядом трудностей [13, 22].
Однако существование крайне высокой плот- плотности на ранних этапах развития Вселенной приводит к тому, что при некоторых условиях подобные малые черные дыры могли бы об- образовываться в прошлом из локальных неоднородностей распределе- распределения вещества [102 — 104]. Подобные черные дыры получили название первичных или реликтовых черных дыр. Число образующихся черных дыр главным образом за- зависит от уравнения состояния вещества и от характера неоднороднос- неоднородностей. Чем жестче уравнение состояния и чем меньше средняя амплиту- амплитуда неоднородностей, тем меньше образуется черных дыр [105 - 108].
В результате квантового испарения. Поэтому на первый 20. Аккре- Аккреция окружающего вещества на них не может увеличить их массу, по-видимому, более чем на порядок [104, 119]. Все это указывает на то, что отклонения Вселен- Вселенной от однородности на ранних этапах были крайне малы.
Отметим здесь еще один важный с принципиальной точки зрения аспект физики малых черных дыр, состоящий в своеобразной взаимо- взаимосвязи макро- и микрофизики. Характеристики хокинговского излучения, при котором вы- выделяется макроекопически большое количество энергии, существен- существенно зависят от спектра масс и характера взаимодействия элементар- элементарных частиц при высоких энергиях [106, 1201. С этой особенностью физики малых черных дыр связана интересная новая возможность получать информацию о физике микромира при астрофизическом по- поиске черных дыр. Другой, быть может, еще более яркий пример возможной взаимосвязи макро- и микрофизи- микрофизики в явлениях, где существенно гравитационное взаимодействие, да- дает рассмотренная в работах [121 — 125] классическая модель заря- заряженной частицы "фридмона" , в которой макроскопически большой заряженный полузамкнутый мир для внешнего наблюдателя может проявляться в виде объекта с микроскопически малым зарядом и размером.
При разумных предположениях о спектре флуктуации плот- плотности следовало бы ожидать образования в планковский момент вре- времени большого количества подобных черных дыр, и если допустить, , что эти черные дыры устойчивы и не взаимодействуют друг с другом, то можно прийти к противоречию с наблюдательными ограничениями на их допустимую плотность в настоящее время. Однако при подобном рассуждении полностью игнорируется специфический квантовый ха- характер подобных объектов. Учет квантовогравитационных процессов может, в частности, существенно повлиять на вероятность образова- образования этих дыр. Элементарные черные дыры могут, по-видимому, сыграть важ- важную роль в физике элементарных частиц [122].
При вычислении соб- собственной энергии частицы обычно учитывают вклад промежуточных состояний с произвольно большой энергией, что приводит к появле- появлению известных расходимостей. В последние годы эта идея получила своеобразное интересное развитие в работах [128 — 132], в которых обсуждается инстантонный характер решений, описы- описывающих черные дыры, при продолжении их в евклидову область и воз- возможный вклад подобных решений в амплитуды квантовых процессов. В настоящее время в физике черных дыр проблем, наверное, не меньше, чем решений. Именно это и привлекает к ней столь сильное внимание.
Мы надеемся, что статьи, вошедшие в сборник, помогут читателю получить представление об этой "горячей точке" науки. Ввйнбврг С, Гравитация и космология, "Мир", 1975. Зельдович Я. Шзнер Ч.
Пвнроуэ Р. Рис М. С, ЭллисДж. Уилер Дж.
Ввкано М. Теория гравитации и гра- гравитационный коллапс, "Мир", 1967. Работы обзорного характера 9. Волович И.
Россия — несомненный лидер в мировой атомной отрасли, и на отечественных примерах Naked Science рассказывает, с какими практическими трудностями сталкиваются инженеры, проектирующие реакторы, почему в атомной отрасли приходится постоянно создавать новые материалы и как современные студенты могут стать баснословно успешными, всего лишь выбрав правильное направление обучения в области экзотического материаловедения.
Физики задумались, а не причастна ли тут какая-то еще неизвестная, пятая сила? О какой пятой силе идет речь? Вся наша жизнь подчинена законам физики. Все эти силы, с которыми мы имеем дело каждый день, можно свести к четырем фундаментальным категориям взаимодействий: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Четыре фундаментальных силы определяют взаимодействие всех объектов и частиц во Вселенной. К примеру, сила тяжести, она же гравитация, заставляет объекты падать на землю и не позволяет отрываться от нее без приложения другой силы.
Но, как утверждает международная команда физиков, в ходе исследований в рамках эксперимента Muon g-2, проводившихся в лаборатории городка Батавия рядом с Чикаго, они, возможно, обнаружили новую, пятую силу природы. Теоретики полагают, что она может быть каким-то образом связана с еще не открытой субатомной частицей. Насчет этой гипотетической частицы есть сразу несколько предположений. Это может быть так называемый лептокварк частица, переносящая информацию между кварками и лептонами или Z-бозон который сам для себя служит античастицей. Эксперимент был поставлен в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми Фермилаб в городе Батавия, штат Иллинойс, с целью изучения поведения субатомной частицы под названием мюон. Два экспермента изменят наше понимание мира Еще в прошлом месяце физики, проводившие эксперимент на Большом адронном коллайдере в Европе, отмечали, что полученные результаты могут свидетельствовать о наличии новой частицы и силы. Долгое время в ЦЕРНе физики сталкивали протоны друг с другом, чтобы посмотреть, что произойдет после. Один из экспериментов измеряет, что происходит при столкновении частиц, называемых красными или нижними кварками.
Стандартная модель предсказывает, что эти крушения красивых кварков должны приводить к равному количеству электронов и мюонов. Но этого не произошло. При этом электронов значительно больше, чем мюонов, сказал исследователь эксперимента Шелдон Стоун из Университета Сиракьюса. Что в итоге? Первый результат нового эксперимента полностью согласуется с результатами Брукхейвена, что усиливает свидетельство того, что предстоит открыть новую физику. Объединенные результаты Фермилаба и Брукхейвена показывают отличие от Стандартной модели при значении 4,2 сигмы или стандартных отклонений , что немного меньше, чем 5 сигм, которые необходимы ученым, чтобы заявить об открытии, но все же убедительное свидетельство новой физики.
Чем занимались физики в 2023 году
Поговорим об этих фантастических вещах, которые уже реализуются на передовой физике, в подкасте "Кот ученый" Гость: Владимир Жакетов, к. Слушайте и подписывайтесь на наш подкаст в ITunes и на Яндекс.
Сейчас надежды связаны с сенсационными экспериментами, которые проводят ученые на ускорителе в научном центре под Чикаго. Их результаты дают шанс на революционный прорыв. Дело в том, что после открытия "божественного" бозона Хиггса была закрыта последняя страница знаменитой Стандартной модели, которая описывает все элементарные частицы. Эта модель признана одним из самых важных достижений науки прошлого века. А значит, физикам уже больше не на что надеяться, никаких прорывных открытий они в этой научной области не сделают, своих Нобелей не получат.
Стандартная модель как глыба стоит на пути, не позволяя даже надеться на прорывы. Но, как всегда бывает в науке, находятся "еретики", которые ищут варианты поколебать каноны. Скажем, периодически появляются сообщения, что проведен эксперимент, который поколебал Стандартную модель. Что полученные данные в нее не вписываются, а потому надо строить новую физику. Однако проходит время, сенсационные данные проверяются новыми экспериментами, и появляется опровержение. А "стандарт" по-прежнему остается незыблемым.
Но последний эксперимент в центре под Чикаго может кардинально изменить ситуацию. А один из руководителей исследования профессор Марк Ланкастер заявил: "Мы в восторге, что наши данные не согласуются со Стандартной моделью, это открывает будущее с новыми законами физики, новыми частицами и новыми, невиданными до сих пор силами". Речь идет об открытии в природе новой силы или пятого фундаментального взаимодействия.
Источник фото: NASA. В 2022 г. Снимок стал самым глубоким и четким инфракрасным изображением Вселенной на текущий момент. В этом году были проведены важные эксперименты, связанные с физикой частиц и Стандартной моделью фундаментальных взаимодействий. Так, исследования на коллайдере Тэватрон позволили определить массу W-бозонов фундаментальные частицы, переносчики слабого взаимодействия с беспрецедентной точностью. Исследования проводились в рамках международного эксперимента KATRIN, позволившего зафиксировать новый верхний предел массы нейтрино и перешагнуть отметку в 1 эВ. Определить точную массу нейтрино очень сложно, и ученые надеются, что недавний эксперимент поможет продвинуться в решении этой фундаментальной задачи.
Сегодня мы поговорили лишь о небольшой части ярких событий физики в 2022 г. В наступающем году мы продолжим рассказывать о самых интересных фактах из мира науки. Следите за нашими новостями! Фото в тексте и на главной странице сайта: фотобанк 123RF. Автор Ида Новикова.
Сборник будет полезен научным работникам и специалистам, занимающимся физикой низких температур, квантовой физикой конденсированного состояния и физикой магнитных явпений, а также студентам, интересующимся данными проблемами. Книга «Новости фундаментальной физики, вып 10. Квантовые жидкости и кристаллы.
Сборник статей» автора Боровик-Романов А.
Пятый элемент. Физики обнаружили неведомую силу природы
| Новости мегафизики на сайте Игоря Гаршина | одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги. |
| Пятый элемент. Физики обнаружили неведомую силу природы — Сноб | Нестандартные научные исследования: как правильно наливать шампанское, какими будут новогодние елки через много лет, какие люди являются красивыми и др. Шнобелевские премии. |
| Новости физики в Интернете | Химия, физика, исследования материи. Нобелевская премия по физике—2023: лазерная физика и аттосекундные импульсы. Вторник Нобелевской недели — день физики. |
| Новости фундаментальной физики, вып 10. Квантовые жидкости и кристаллы. Сборник статей | Наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. |
| Серия книг «Новости фундаментальной физики» — 3 книги | Пик, который стал фурором в фундаментальной физике. |
Серия: Новости фундаментальной физики
Химия, физика, исследования материи. Нобелевская премия по физике—2023: лазерная физика и аттосекундные импульсы. Вторник Нобелевской недели — день физики. В рамках празднования 80-летия физического факультета МГУ факультет запустил новый проект — выпуск бюллетеня новостей физфака. Серия физическая» выбором редакции в тематическом выпуске «Фундаментальные вопросы и приложения физики атомного ядра» стала статья С.Ю. Торилов, Н.А. Мальцев, В.И.
Занимательная физика
В связи с решением о ликвидации фонда Дмитрия Зимина "Династия" объявление результатов последнего конкурса конференций в области фундаментальной физики не состоится. В результате исследований, проведенных интернациональной группой ученых на швейцарском ускорителе SLS, было объявлено о значительном открытии новой разновидности. Все самое интересное и актуальное по теме "Физика". Рассказываем о науке достоверно и доступно.
Занимательная физика
Научное открытие относится к области физики плазмы и описывает новый физический механизм ранее неизвестного явления превращения аморфного мелкодисперсного углерода в. в журнале Новости и проблемы фундаментальной физики, том 1, № 10, с. 50-52. 2010 Дополнительные размерности пространства и роль космических нейтрино в их обнаружении. Актуальные новости в области физики, а также мнения экспертов о научных исследованиях в области ядерного и термоядерного синтеза, тёмной материи, квантовой механики. На нашем сайте вы найдете самые свежие новости в мире физики! Узнайте о последних открытиях и достижениях за последние 5 лет.
Чем занимались физики в 2023 году
| «Физика» — сообщество Яндекс Кью | Наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. |
| Физика всего - Телеканал "Наука" | Серия: Новости фундаментальной физики: Современная, букинистическая, популярная, научная литература. Учебники и монографии, самоучители и энциклопедии. |
| Физика всего | это наука, изучающая наиболее свойства материального мира, формы материи - атомы, молекулы, элементарные частицы и взаимодействия форм материи. |
| Серия: Новости фундаментальной физики: Купить книги в - Магазин научной книги | последние новости об открытиях российских и зарубежных ученых, острые дискуссии об организации науки в России и взаимодействии науки и бизнеса. |
| Яркие научные события — 2022: физика | Оптимисты уже говорят, что будет дан старт новой физике, как это произошло в XX веке, когда "рядом" с физикой Ньютона была создана квантовая. |
Физика: 10 научных прорывов 2023 года со всего мира
Нестандартные научные исследования: как правильно наливать шампанское, какими будут новогодние елки через много лет, какие люди являются красивыми и др. Шнобелевские премии. Создание лабораторий, изучающих структуру частиц света с целью проникновения в тайны его жизнедеятельности как основного объекта материального мира Далее→. это наука, изучающая наиболее свойства материального мира, формы материи - атомы, молекулы, элементарные частицы и взаимодействия форм материи. Раскрыты причины кризиса современной фундаментальной физики, опубликована полная концепция истинного физического мироустройства в книге «Новая фундаментальная физика». Новый коллaйдер поможет физикaм восстaновить состояние, в котором нaходилaсь Вселеннaя в первые мгновения после своего возникновения.
Физики стоят на пороге одного из главных открытий XXI века
Они посвящены теоретическим и экспериментальным исследованиям новых и уникальных по своим свойствам объектов — сверхтекучего 3Нe и квантовых кристаллов - и последним достижениям в получении сверхнизких температур. Сборник будет полезен научным работник... Сборник статей. Сборник будет полезен научным работникам и специалистам, занимающимся физикой низких температур, квантовой физикой конденсированного состояния и физикой магнитных явпений, а также студентам, интересующимся данными проблемами.
Физика 2023: 10 научных прорывов, меняющих мир 18:45 29. Редакция научного журнала Physics World объявила десять научных прорывов 2023 года, которые имеют важное значение как для фундаментальной науки, так и для прикладных исследований. Среди них - создание имплантов, которые помогли вернуться на ноги парализованному пациенту. Швейцарские нейробиологи разработали "электронный мост" между головным и спинным мозгом, что позволило пациенту с параличом снова ходить.
Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
Это привело к фокусировке электронов в поперечном направлении, но к дефокусировке в продольном. Внедряя аналогичные фазовые сдвиги далее вдоль следования пучка электронов, физики попеременно фокусировали пучок либо в продольном, либо в поперечном направлении. В результате ученым удалось разогнать электроны на 43 процента до энергии 40,7 килоэлектронвольт на расстоянии 500 микрометров и при этом сохранить фокусировку пучка в канале шириной всего 225 нанометров. Физики отмечают, что полученные энергии электронов пока далеки от масштабов гигаэлектронвольт, а также наблюдались существенные потери электронов из-за недостаточной оптимизации установки. Однако представленный концепт может быть доработан и масштабирован, что по мнению ученых потенциально может привести к созданию более дешевых и компактных ускорителей электронов в будущем.
Идея компактных ускорителей частиц крайне привлекает ученых. Например, ранее мы писали , как при помощи терагерцового излучения физики разогнали электроны в ускорителе размером со спичку.