Рубрика «физика»

image
Для «Большого Отскока» требуется фаза повторного коллапса, за которой следует фаза расширения

Благодаря прогрессу науки за последние сто лет мы смогли установить происхождение Вселенной, причины её сегодняшнего состояния и её судьбу в отдалённом будущем. Но и у наших знаний есть ограничения: как далеко в прошлое мы можем заглянуть, и насколько далёкое будущее эволюции Вселенной мы можем предсказывать с определённой долей уверенности. За пределами этих ограничений и лежат величайшие загадки. Наш читатель спрашивает об одной из таких загадок:

Я прочитала ваш пост о тепловой смерти Вселенной, и мне стало интересно, что вы думаете по поводу теории Большого Отскока?

Ответ на этот вопрос состоит из трёх частей: что нам известно, что считается возможным, и что мы считаем наиболее вероятным (по убедительным причинам).
Читать полностью »

Распределение Больцмана (часть 1)

Прежде чем подойти к выводу распределения Больцмана и разобраться в физическом смысле, необходимо дать предварительные сведения по элементарной теории вероятностей. Дело в том, что макросистемы, которые мы наблюдаем, состоят, как известно, из огромного числа более мелких частиц, например, любое вещество состоит из атомов, а последние в свою очередь делятся на ядра и электроны, ядро атома разбивается на протоны и нейтроны и так далее. В материальной системе, имеющей огромнейшее число частиц (в так называемой микросистеме) бессмысленно рассматривать каждую частицу в отдельности, во-первых потому что никто никогда не сможет описать каждую частицу (даже современные суперкомпьютеры), во-вторых это ничего нам не даст в принципе, потому что поведение макросистемы описывается усреднёнными параметрами, как мы увидим дальше. При таком огромном количестве частиц есть смысл интересоваться вероятностями того, что какой-то параметр лежит в том или ином диапазоне значений.

Итак, приступим к некоторым определениям из теории вероятностей, а затем, объяснив обязательно распределение Максвелла, подойдём к разбору распределения Больцмана.

В теории вероятности есть такое понятие как случайное событие – это явление, которое в некотором опыте либо имеет место быть, либо нет. Например, рассмотрим замкнутый ящик, в котором находится молекула А и некоторый выделенный объём $Delta tau$ в этом ящике (см. рис. 1).

Читать полностью »

В XX-м веке специалисты по физике частиц обнаружили, что очень важно учитывать все возможные симметрии, которые могут демонстрировать законы природы, управляющие элементарными частицами. Наличие или отсутствие симметрии может открыть нам аспекты природы, иным образом неочевидные.

Из множества возможных симметрий можно выделить три, играющие уникальные роли: зарядовое сопряжение (С), пространственная чётность (Р) и симметрия по отношению к обращению времени (Т). Три этих преобразования, влияющих на частицы, пространство, и время, включают:

• С: замена всех частиц на частицы с противоположным зарядом (как электрический заряд, так и менее знакомые заряды; заменяются даже некоторые нейтральные частицы. К примеру, нейтрино меняются на антинейтрино, а нейтроны – на антинейтроны).
• Р: помещение мира в зеркало (точнее, смена ориентации трёх измерений на противоположные).
• Т: запуск мира в обратном направлении времени (точнее, изменение направления временной эволюции).
Читать полностью »

image
Для достижения скорости, близкой к скорости света, многоступенчатой ракете нужно было бы отбрасывать часть своей массы по мере увеличения скорости, как делает изображённая здесь ракета Super Haas

Допустим, вы хотите отправиться в межзвёздное путешествие и добраться до точки назначения как можно быстрее. Возможно, у вас не получится сделать это до завтра, но если бы у вас были все необходимые инструменты и технологии, а также немного помощи от относительности Эйнштейна – смогли бы вы добраться туда через год? А что насчёт приближения к скорости света? Именно об этом задаёт наш читатель свой вопрос на этой неделе:

Я недавно читала книгу, автор которой пытался объяснить парадокс близнецов, представляя космический корабль, 20 лет летящий с ускорением в 1 g, а затем возвращающийся назад. Возможно ли в течение такого времени поддерживать такое ускорение? Если, допустим, начать путешествие в первый день нового года и лететь с ускорением 9,8 метра в секунду в секунду, то, если верить расчётам, до конца года можно достичь скорости света. Как после этого дальше ускоряться?

Для путешествия к звёздам совершенно необходимо поддерживать такое ускорение.
Читать полностью »

image Всем привет, сегодня мы сдали в типографию книгу Френка Вильчека, исследующую подоплеку новейших физических идей о массе, энергии и природе вакуума. Автор, лауреат Нобелевской премии по физике, излагает современные взгляды на нашу невероятную Вселенную и прогнозирует новый золотой век фундаментальной физической науки. Великолепный рассказ о единстве материи и энергии, об элементарных частицах и их взаимодействиях — в этом шедевре серьезной научно-популярной литературы.

Здесь мы публикуем отрывок из книги «Драконы Ферми»
Читать полностью »

Нейтрино – точно так же, как заряженные лептоны (электрон, мюон, тау), кварки верхнего типа (верхний, очарованный, истинный) и нижнего типа (нижний, странный, прелестный) – бывают трёх типов. Но делить на типы их можно разными способами. При этом, из-за квантовой природы нашего мира в один момент времени можно использовать только один из них. В этой статье я объясню, почему так происходит, и как из этого факта следует такой интересный и важный с научной точки зрения факт, как нейтринные осцилляции.

Вы, возможно, считаете, что у каждой частицы есть определённая масса – к примеру, энергия массы электронов равна (E = mc2) 0,000511 ГэВ – и с одной из возможных точек зрения три типа нейтрино не являются исключениями. Мы можем классифицировать три нейтрино по их массам (которые пока точно неизвестны), и называть их, от наиболее лёгких к наиболее тяжёлым, нейтрино-1, нейтрино-2 и нейтрино-3. Мы назовём такое деление массовой классификацией, а такие типы нейтрино – массовыми типами.
Читать полностью »

Фигуры Хладни и квантовый хаос - 1

Насыпав песок на колеблющуюся упругую пластинку, можно увидеть формирование фигур Хладни. Они часто служат примером «естественной красоты» физических явлений, хотя за ними стоит довольно простая физика резонансного возбуждения стоячих волн. И мало кто обращает внимание на любопытную особенность этих фигур: линии на них избегают пересечений, будто их отталкивает некая сила. Давайте попробуем понять, какая же физика скрывается за этим отталкиванием и как она связана с квантовой теорией хаоса.

Читать полностью »

Кассини-Гюйгенс — финал 20 лет исследований - 1

Завтра в 14:54 по Москве (11:54 по UTC) завершается без одного месяца 20-летняя миссия Кассини — орбитальной «половинки» автоматической межпланетной станции Кассини-Гюйгенс (миссия посадочного зонда «Гюйгенс» завершилась ещё 14 января 2005 года, спустя час после посадки на Титан). Это была всего 4-я миссия к Сатурну после Пионера-11 и двух Вояджеров, и единственная в которой аппарат выходил на его орбиту. Следующая миссия в систему Сатурна должна состояться не раньше 2029 года.

В ходе своей миссии аппарат сделал 293 оборота вокруг Сатурна, среди которых выполнил 162 прохода вблизи его спутников и открыл 7 новых из них, передал на Землю 453 048 фотографий в составе 635 Гбайт научных данных и стал источником для 3 948 научных публикаций. Им были обнаружены океан на Энцеладе, а также океан, 3 моря и сотни малых озёр на Титане. В данном проекте участвовало около 5 тысяч человек из 27 стран, а его общая стоимость составила 3,9 млрд $ в которые начальные доли распределялись как: 2,6 млрд $ от американского агентства NASA, 500 млн $ от европейского ESA и 160 млн $ от итальянского ASI.Читать полностью »

Наверное, будет не слишком большим упрощением сказать, что вода является основой современной атомной энергетики. Это универсальный теплоноситель подавляющего большинства атомных реакторов, практически настолько же универсальный хладагент и противопожарная жидкость, ну и наконец вода имеет весьма важные нейтронно-физические характеристики, служа замедлителем и отражателем нейтронов.

image
В частности, ввод в строй реакторов ВВЭР начинается с «пролива воды на открытый реактор», на фото эту процедуру проходит реактор 4 блока Ростовской АЭС

В случае радиационных аварий вода еще служит универсальным транспортировщиком радионуклидов, позволяя проводить дезактивацию объектов.

Сегодня мы проследим за проблемами, возникающими с водой в процессе ликвидации аварии на Фукусимской АЭС, так как эта тема плотно окружена мифологией в стиле “загрязнили весь океан”.
Читать полностью »

Что такое суперсимметрия?

Суперсимметрия – это гипотетическая симметрия пространства и времени, причём уникальная. Среди физиков-теоретиков эта идея несколько десятилетий была очень популярной по ряду причин – она была хитом, когда я был студентом, ещё до того, как физика стала крутой темой, и даже ещё раньше.

Автоматическим следствием наличия в природе симметрии будет то, что у каждого типа частиц будет один или несколько суперпартнёров – другой тип частиц, обладающий теми же свойствами, но отличающийся определённым, и важным, образом. Если частица – фермион, то её суперпартнёр – бозон. Если частица – бозон, её суперпартнёр – фермион (что такое фермионы и бозоны).

В нашем мире множество фермионов – это все частицы материи – и множество бозонов – это все переносчики взаимодействий. Но ни у одной из этих частиц нет свойств, подходящих для того, чтобы быть кому-то суперпартнёром. Поэтому, если бы суперсимметрия была природной симметрией, у каждого из известных нам типов элементарных частиц должны были бы быть партнёры, пока нами не открытые. А поскольку нам известно более 20 частиц, то работы у нас непочатый край!

Так что же это за симметрия? Это симметрия, связывающая пространство и время с направлениями пространства и времени суперпартнёров – иначе говоря, у пространства-времени имеются дополнительные измерения, непохожие на знакомые нам. В бозонном измерении – к ним мы привыкли – можно двигаться сколько угодно далеко, допустим, шаг за шагом продвигаться влево. В фермионном измерении всё устроено так, что можно сделать только один шаг. Если сделать ещё один шаг, то вы окажетесь нигде. Вы можете только вернуться. Это звучит странно, и это так и есть; в итоге приходится определять такие измерения через математику, а не при помощи слов или аналогий.
Читать полностью »