Fizycy ustanowili rekord w łamaniu rzeczywistości. Fizycy przyjrzeli się „całkowitej pustce” i udowodnili, że coś w niej jest Fizyka kwantowa najnowsza

Kolejny rok dobiega końca i nadszedł czas, aby ponownie usiąść, założyć ręce, wziąć głęboki oddech i spojrzeć na niektóre nagłówki artykułów naukowych, na które być może wcześniej nie zwracaliśmy uwagi. Naukowcy nieustannie tworzą nowe rozwiązania w różnych dziedzinach, takich jak nanotechnologia, terapia genowa czy fizyka kwantowa, a to zawsze otwiera nowe horyzonty.

Tytuły artykułów naukowych coraz bardziej przypominają tytuły opowiadań z magazynów science fiction. Biorąc pod uwagę to, co przyniósł nam rok 2017, możemy się tylko spodziewać tego, co przyniesie nowy rok 2018.

Sponsor poczty: http://www.esmedia.ru/plazma.php: Wynajem paneli plazmowych. Niedrogi.
Źródło: muz4in.net

Naukowcy stworzyli kryształy czasowe, do których nie mają zastosowania prawa symetrii czasu

Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki nie da się stworzyć perpetuum mobile, która będzie działać bez dodatkowego źródła energii. Jednak na początku tego roku fizykom udało się stworzyć struktury zwane kryształami czasowymi, które podają w wątpliwość tę tezę.

Kryształy czasowe działają jako pierwsze rzeczywiste przykłady nowego stanu materii zwanego „nierównowagą”, w którym atomy mają zmienną temperaturę i nigdy nie znajdują się ze sobą w równowadze termicznej. Kryształy temporalne mają strukturę atomową, która powtarza się nie tylko w przestrzeni, ale także w czasie, co pozwala im utrzymywać stałe wibracje bez odbierania energii. Dzieje się tak nawet w stanie stacjonarnym, który jest najniższym stanem energetycznym, kiedy ruch jest teoretycznie niemożliwy, ponieważ wymaga energii.

Czy kryształy czasu naruszają prawa fizyki? Ściśle mówiąc, nie. Prawo zachowania energii działa tylko w układach o symetrii w czasie, co oznacza, że ​​prawa fizyki są zawsze i wszędzie takie same. Jednak kryształy czasowe naruszają prawa symetrii czasu i przestrzeni. I nie tylko oni. Magnesy są również czasami uważane za naturalne obiekty asymetryczne, ponieważ mają bieguny północne i południowe.

Innym powodem, dla którego kryształy temporalne nie naruszają praw termodynamiki, jest to, że nie są one całkowicie izolowane. Czasem trzeba ich "popychać" - to znaczy dawać impuls zewnętrzny, po otrzymaniu którego zaczną już raz za razem zmieniać swoje stany. Niewykluczone, że w przyszłości kryształy te znajdą szerokie zastosowanie w dziedzinie przesyłania i przechowywania informacji w układach kwantowych. Mogą odgrywać kluczową rolę w obliczeniach kwantowych.

„Żywe” skrzydła ważki

Encyklopedia Merriam-Webster mówi, że skrzydło to ruchomy wyrostek z piór lub błona używany przez ptaki, owady i nietoperze do latania. Nie powinno być żywe, ale entomolodzy z Uniwersytetu Keele w Niemczech dokonali kilku zaskakujących odkryć, które sugerują, że jest inaczej – przynajmniej w przypadku niektórych ważek.

Owady oddychają przez system tchawicy. Powietrze dostaje się do organizmu przez otwory zwane przetchlinkami. Następnie przemieszcza się przez złożoną sieć tchawicy, które przenoszą powietrze do wszystkich komórek w ciele. Jednak same skrzydła składają się prawie w całości z martwej tkanki, która wysycha i staje się prześwitująca lub pokrywa się kolorowymi wzorami. Obszary martwej tkanki są przesiąknięte żyłami i są to jedyne elementy skrzydeł, które wchodzą w skład układu oddechowego.

Jednak kiedy entomolog Rainer Guillermo Ferreira patrzył na skrzydło samca ważki Zenithoptera przez mikroskop elektronowy, zobaczył maleńkie rozgałęzione rurki dotchawicze. To był pierwszy raz, kiedy coś takiego widziano w skrzydle owada. Wymaganych będzie wiele badań, aby ustalić, czy ta cecha fizjologiczna jest unikalna dla tego gatunku, czy może występuje również u innych ważek, a nawet innych owadów. Możliwe nawet, że jest to pojedyncza mutacja. Obfite zaopatrzenie w tlen może wyjaśniać jasne, złożone niebieskie wzory na skrzydłach ważki Zenithoptera, które nie zawierają niebieskiego barwnika.

Starożytny kleszcz z krwią dinozaura w środku

Oczywiście od razu skłoniło to ludzi do myślenia o scenariuszu z Parku Jurajskiego i możliwości wykorzystania krwi do odtworzenia dinozaurów. Niestety nie stanie się to w najbliższym czasie, ponieważ ze znalezionych kawałków bursztynu nie da się wydobyć próbek DNA. Dyskusje o tym, jak długo może wytrzymać cząsteczka DNA, wciąż się nie skończyły, ale nawet według najbardziej optymistycznych szacunków i w najbardziej optymalnych warunkach ich żywotność nie przekracza kilku milionów lat.

Ale chociaż kleszcz, nazwany Deinocrotondraculi („Straszny Dracula”), nie pomógł w odbudowie dinozaurów, nadal jest bardzo niezwykłym znaleziskiem. Teraz wiemy nie tylko, że starożytne kleszcze znaleziono wśród upierzonych dinozaurów, ale także, że zainfekowały nawet gniazda dinozaurów.

Modyfikacja genów osoby dorosłej

Dziś szczytem terapii genowej są „zgrupowane regularnie rozmieszczone krótkie powtórzenia palindromiczne” lub CRISPR. Rodzina sekwencji DNA, która obecnie stanowi podstawę technologii CRISPR-Cas9, może teoretycznie zmienić ludzkie DNA na zawsze.

W 2017 r. inżynieria genetyczna zrobiła decydujący krok naprzód po tym, jak zespół z Proteomic Research Center w Pekinie ogłosił, że z powodzeniem wykorzystał CRISPR-Cas9 do wyeliminowania mutacji powodujących choroby w żywych ludzkich embrionach. Inny zespół z Instytutu Francisa Cricka w Londynie poszedł w odwrotną stronę i po raz pierwszy wykorzystał tę technologię do celowego tworzenia mutacji w ludzkich embrionach. W szczególności „wyłączyli” gen, który promuje rozwój embrionów w blastocysty.

Badania wykazały, że technologia CRISPR-Cas9 działa – i to całkiem skutecznie. Wywołało to jednak intensywną debatę etyczną na temat tego, jak dalece można wykorzystać tę technologię. Teoretycznie może to prowadzić do „dzieci projektantów”, które mogą mieć cechy intelektualne, sportowe i fizyczne zgodne z cechami określonymi przez rodziców.

Pomijając etykę, badania poszły dalej w listopadzie, kiedy CRISPR-Cas9 został po raz pierwszy przetestowany na osobie dorosłej. 44-letni Brad Maddu z Kalifornii cierpi na zespół Huntera, nieuleczalną chorobę, która może doprowadzić go do wózka inwalidzkiego. Wstrzyknięto mu miliardy kopii genu korygującego. Minie kilka miesięcy, zanim będzie można stwierdzić, czy procedura zakończyła się sukcesem.

Co było wcześniej - gąbka czy galaretka grzebieniowa?

Nowy raport naukowy, który został opublikowany w 2017 roku, powinien raz na zawsze zakończyć wieloletnią debatę na temat pochodzenia zwierząt. Według badań gąbki są „siostrami” wszystkich zwierząt na świecie. Wynika to z faktu, że gąbki były pierwszą grupą, która podczas ewolucji oddzieliła się od prymitywnego wspólnego przodka wszystkich zwierząt. Stało się to około 750 milionów lat temu.

Wcześniej toczyła się gorąca debata, która sprowadzała się do dwóch głównych kandydatów: wspomnianych wcześniej gąbek i bezkręgowców morskich zwanych cenoforami. Podczas gdy gąbki są najprostszymi stworzeniami, które siedzą na dnie oceanu i odżywiają się, przepuszczając i filtrując wodę przez ich ciała, galaretki grzebieniowe są bardziej złożone. Przypominają meduzę, potrafią poruszać się w wodzie, mogą tworzyć wzory świetlne i mają prosty układ nerwowy. Pytanie, który z nich był pierwszy, to pytanie, jak wyglądał nasz wspólny przodek. Jest to uważany za najważniejszy moment w śledzeniu historii naszej ewolucji.

Choć wyniki badań śmiało obwieszczają, że problem został rozwiązany, zaledwie kilka miesięcy wcześniej opublikowano kolejne badanie, w którym stwierdzono, że nasze ewolucyjne „siostry” są cenoforami. Dlatego jest za wcześnie, aby powiedzieć, że najnowsze wyniki można uznać za wystarczająco wiarygodne, aby stłumić wszelkie wątpliwości.

Szopy pracze zdały starożytny test na inteligencję

W VI wieku pne starożytny grecki pisarz Ezop napisał lub zebrał wiele bajek, które obecnie znane są jako „Bajki Ezopa”. Wśród nich była bajka „Wrona i dzban”, która opisuje, jak spragniony wrona wrzucała kamyki do dzbanka, aby podnieść poziom wody i wreszcie się upić.

Kilka tysięcy lat później naukowcy zdali sobie sprawę, że ta bajka opisuje dobry sposób testowania inteligencji zwierząt. Eksperymenty wykazały, że zwierzęta doświadczalne rozumiały przyczynę i skutek. Kruki, podobnie jak ich krewni, gawrony i sójki, potwierdziły prawdziwość bajki. Małpy również zdały ten test, a szopy pracze zostały dodane do listy w tym roku.

Podczas bajkowego testu Ezopa osiem szopów otrzymało pojemniki z wodą, na powierzchni których pływały pianki. Poziom wody był zbyt niski, aby można go było osiągnąć. Dwóch badanych z powodzeniem wrzuciło kamienie do pojemnika, aby podnieść poziom wody i uzyskać to, czego chcieli.

Inne osoby testujące znalazły własne kreatywne rozwiązania, których naukowcy nigdy się nie spodziewali. Jeden z szopów, zamiast wrzucać kamienie do kontenera, wdrapał się na kontener i zaczął kołysać się na nim z boku na bok, aż się przewrócił. W innym teście, używając pływających i tonących kulek zamiast kamieni, eksperci mieli nadzieję, że szopy pracze użyją tonących kul i odrzucą pływające. Zamiast tego niektóre zwierzęta zaczęły wielokrotnie zanurzać unoszącą się kulę w wodzie, aż wznosząca się fala przybiła na bok kawałki pianki, ułatwiając ich odzyskanie.

Fizycy tworzą pierwszy laser topologiczny

Fizycy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego twierdzą, że stworzyli nowy rodzaj lasera – „topologicznego”, którego wiązka może przybierać dowolny złożony kształt bez rozpraszania światła. Urządzenie działa w oparciu o koncepcję izolatorów topologicznych (materiałów, które w swojej objętości są dielektrykami, ale przewodzą prąd po powierzchni), która w 2016 roku otrzymała Nagrodę Nobla z fizyki.

Zwykle do wzmacniania światła w laserach stosuje się rezonatory pierścieniowe. Są bardziej wydajne niż rezonatory o ostrych narożnikach. Jednak tym razem zespół badawczy stworzył wnękę topologiczną, wykorzystując kryształ fotoniczny jako lustro. W szczególności wykorzystano dwa kryształy fotoniczne o różnej topologii, z których jeden był ogniwem w kształcie gwiazdy w kwadratowej sieci, a drugi był trójkątną siecią z cylindrycznymi otworami powietrznymi. Członek zespołu Boubacar Kante porównał je do bajgla i precla: chociaż oba są chlebem z dziurami, różna liczba dziurek sprawia, że ​​są różne.

Gdy kryształy znajdą się we właściwym miejscu, wiązka przybiera pożądany kształt. Ten system jest kontrolowany przez pole magnetyczne. Pozwala na zmianę kierunku, w którym emitowane jest światło, tworząc w ten sposób strumień świetlny. Bezpośrednie praktyczne zastosowanie tego jest w stanie zwiększyć szybkość komunikacji optycznej. Jednak na dłuższą metę jest to postrzegane jako krok naprzód w tworzeniu komputerów optycznych.

Naukowcy odkryli ekscyton

Fizycy na całym świecie byli bardzo entuzjastycznie nastawieni do odkrycia nowej formy materii zwanej ekscytonem. Forma ta jest kondensatem quasicząstek, ekscytonów, które są stanem związanym wolnego elektronu i dziury elektronowej, która powstaje w wyniku utraty elektronu przez cząsteczkę. Co więcej, fizyk teoretyczny z Harvardu, Bert Halperin, przewidział istnienie ekscytonu już w latach 60. XX wieku i od tego czasu naukowcy próbowali udowodnić, że było to słuszne (lub błędne).

Podobnie jak w przypadku wielu ważnych odkryć naukowych, w tym odkryciu było sporo zbiegu okoliczności. Zespół badawczy Uniwersytetu Illinois, który odkrył ekscyton, w rzeczywistości opanował nową technologię zwaną spektroskopią strat energii wiązki elektronów (M-EELS) - zaprojektowaną specjalnie do identyfikacji ekscytonów. Jednak odkrycie nastąpiło, gdy naukowcy wykonali tylko testy kalibracyjne. Jeden z członków zespołu wszedł do pokoju, podczas gdy wszyscy inni patrzyli na ekrany. Powiedzieli, że wykryli „lekki plazmon”, prekursor kondensacji ekscytonów.

Kierownik badań, profesor Peter Abbamont, porównał to odkrycie do bozonu Higgsa – nie będzie miało bezpośredniego zastosowania w prawdziwym życiu, ale pokazuje, że nasze obecne zrozumienie mechaniki kwantowej jest na dobrej drodze.

Naukowcy stworzyli nanoroboty, które zabijają raka

Naukowcy z University of Durham twierdzą, że stworzyli nanoroboty zdolne do wykrywania komórek rakowych i zabijania ich w zaledwie 60 sekund. W udanej próbie uniwersyteckiej małe roboty potrzebowały od jednej do trzech minut, aby przeniknąć przez zewnętrzną błonę do komórki rakowej prostaty i natychmiast ją zniszczyć.

Nanoroboty są 50 000 razy mniejsze niż średnica ludzkiego włosa. Są aktywowane przez światło i obracają się z prędkością od dwóch do trzech milionów obrotów na sekundę, aby móc przeniknąć przez błonę komórkową. Kiedy osiągną swój cel, mogą go zniszczyć lub wstrzyknąć do niego przydatny środek terapeutyczny.

Do tej pory nanoroboty były testowane tylko na pojedynczych komórkach, ale zachęcające wyniki skłoniły naukowców do przejścia do eksperymentów na mikroorganizmach i małych rybach. Dalszym celem jest przejście do gryzoni, a następnie do ludzi.

Międzygwiezdna asteroida może być obcym statkiem kosmicznym

Minęło zaledwie kilka miesięcy, odkąd astronomowie z radością ogłosili odkrycie pierwszego obiektu międzygwiazdowego, który przeleciał przez Układ Słoneczny, asteroidy zwanej Oumuamua. Od tego czasu zaobserwowali wiele dziwnych rzeczy, które przydarzyły się temu ciału niebieskiemu. Czasami zachowywał się tak nietypowo, że naukowcy sądzą, że obiekt może być obcym statkiem kosmicznym.

Przede wszystkim niepokojąca jest jego forma. Oumuamua ma kształt cygara o stosunku długości do średnicy wynoszącym dziesięć do jednego, czego nigdy nie widziano na żadnej z obserwowanych asteroid. Początkowo naukowcy myśleli, że to kometa, ale potem zdali sobie sprawę, że tak nie jest, ponieważ obiekt nie pozostawił za sobą ogona, gdy zbliżał się do Słońca. Co więcej, niektórzy eksperci twierdzą, że prędkość obrotowa obiektu powinna zniszczyć każdą normalną asteroidę. Odnosi się wrażenie, że został stworzony specjalnie do podróży międzygwiezdnych.

Ale jeśli został stworzony sztucznie, to co to może być? Niektórzy twierdzą, że to obca sonda, inni uważają, że może to być statek kosmiczny, którego silniki uległy awarii, a teraz płynie w kosmosie. W każdym razie uczestnicy programów takich jak SETI i BreakthroughListen uważają, że Oumuamua wymaga dalszych badań, więc kierują na niego swoje teleskopy i nasłuchują wszelkich sygnałów radiowych.

Choć hipoteza obcych nie została w żaden sposób potwierdzona, wstępne obserwacje SETI prowadzą donikąd. Wielu badaczy wciąż pesymistycznie podchodzi do możliwości stworzenia obiektu przez kosmitów, ale w każdym razie badania będą kontynuowane.

Zgodnie ze szczególną teorią względności Einsteina prędkość światła pozostaje niezmienna i wynosi około 300 000 000 metrów na sekundę, niezależnie od obserwatora. To samo w sobie jest niewiarygodne, biorąc pod uwagę, że nic nie może podróżować szybciej niż światło, ale wciąż czysto teoretyczne. Istnieje interesująca część dotycząca szczególnej teorii względności, zwana „dylatacją czasu”, która mówi, że im szybciej się poruszasz, tym wolniej płynie czas dla ciebie, w przeciwieństwie do środowiska. Jazda przez godzinę sprawi, że będziesz trochę mniej stary, niż gdybyś siedział przy komputerze w domu. Dodatkowe nanosekundy raczej nie zmienią znacząco twojego życia, ale fakt pozostaje faktem.

Okazuje się, że jeśli poruszasz się z prędkością światła, czas zatrzyma się w miejscu? To prawda. Ale zanim spróbujesz stać się nieśmiertelnym, pamiętaj, że niemożliwe jest poruszanie się z prędkością światła, jeśli masz pecha, by urodzić się ze światłem. Technicznie rzecz biorąc, poruszanie się z prędkością światła wymagałoby nieskończonej ilości energii.

Właśnie doszliśmy do wniosku, że nic nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła. Cóż... tak i nie. Chociaż z technicznego punktu widzenia jest to prawdą, istnieje luka teoretyczna, którą znaleziono w najbardziej niewiarygodnej gałęzi fizyki, mechanice kwantowej.

Mechanika kwantowa jest zasadniczo nauką o fizyce w skali mikroskopowej, takiej jak zachowanie cząstek subatomowych. Tego typu cząstki są niewiarygodnie małe, ale niezwykle ważne, ponieważ tworzą cegiełki wszystkiego we wszechświecie. Możesz myśleć o nich jako o maleńkich, wirujących, naładowanych elektrycznie kulkach. Bez zbędnych komplikacji.

Mamy więc dwa elektrony (cząstki subatomowe o ładunku ujemnym). to specjalny proces, który wiąże te cząstki w taki sposób, że stają się identyczne (mają ten sam spin i ładunek). Kiedy tak się dzieje, od tego momentu elektrony stają się identyczne. Oznacza to, że jeśli zmienisz jedną z nich – powiedzmy, zmienisz rotację – druga zareaguje natychmiast. Nieważne gdzie on jest. Nawet jeśli tego nie dotkniesz. Efekt tego procesu jest niesamowity – rozumiesz, że teoretycznie ta informacja (w tym przypadku kierunek wirowania) może zostać teleportowana w dowolne miejsce we wszechświecie.

Grawitacja wpływa na światło

Wróćmy do światła i porozmawiajmy o ogólnej teorii względności (także Einsteina). Ta teoria zawiera pojęcie znane jako ugięcie światła - ścieżka światła nie zawsze może być prosta.

Choć brzmi to dziwnie, zostało to wielokrotnie udowodnione. Chociaż światło nie ma masy, jego droga zależy od rzeczy, które mają masę - jak słońce. Dlatego jeśli światło odległej gwiazdy przejdzie wystarczająco blisko innej gwiazdy, okrąży ją. Jak to nas dotyczy? To proste: być może gwiazdy, które widzimy, znajdują się w zupełnie innych miejscach. Pamiętaj, gdy następnym razem spojrzysz na gwiazdy: to wszystko może być tylko grą świateł.

Dzięki niektórym teoriom, które już omówiliśmy, fizycy mają dość dokładne sposoby mierzenia całkowitej masy obecnej we wszechświecie. Mają też dość dokładne sposoby pomiaru całkowitej masy, którą możemy zaobserwować - ale pech, te dwie liczby nie pasują do siebie.

W rzeczywistości objętość całkowitej masy we wszechświecie jest znacznie większa niż całkowita masa, którą możemy obliczyć. Fizycy musieli znaleźć na to wytłumaczenie, a rezultatem była teoria obejmująca ciemną materię – tajemniczą substancję, która nie emituje światła i zajmuje około 95% masy wszechświata. Chociaż istnienie ciemnej materii nie zostało formalnie udowodnione (ponieważ nie możemy jej zaobserwować), istnieje wiele dowodów na korzyść ciemnej materii i musi ona istnieć w takiej czy innej formie.

Nasz wszechświat szybko się rozszerza

Koncepcje stają się bardziej skomplikowane i aby zrozumieć dlaczego, musimy wrócić do teorii Wielkiego Wybuchu. Zanim teoria Wielkiego Wybuchu stała się popularnym programem telewizyjnym, była ważnym wyjaśnieniem pochodzenia naszego wszechświata. Mówiąc prościej: nasz wszechświat zaczął się od eksplozji. Gruz (planety, gwiazdy itp.) rozprzestrzenił się we wszystkich kierunkach, napędzany ogromną energią eksplozji. Ponieważ gruz jest wystarczająco ciężki, spodziewaliśmy się, że ten wybuchowy rozprzestrzenianie się z czasem zwolni.

Ale tak się nie stało. W rzeczywistości nasz wszechświat rozszerza się z czasem coraz szybciej. I to jest dziwne. Oznacza to, że przestrzeń stale się powiększa. Jedynym możliwym sposobem wyjaśnienia tego jest ciemna materia, a raczej ciemna energia, która powoduje to stałe przyspieszenie. Czym jest ciemna energia? Tobie .

Każda materia jest energią

Materia i energia to tylko dwie strony tej samej monety. W rzeczywistości zawsze wiedziałeś o tym, jeśli kiedykolwiek widziałeś formułę E = mc 2. E to energia, a m to masa. Ilość energii zawartej w danej ilości masy określa się mnożąc masę przez kwadrat prędkości światła.

Wyjaśnienie tego zjawiska jest bardzo ekscytujące i wiąże się z faktem, że masa obiektu rośnie w miarę zbliżania się do prędkości światła (nawet jeśli czas zwalnia). Dowód jest dość skomplikowany, więc możesz po prostu uwierzyć na słowo. Spójrz na bomby atomowe, które zamieniają niewielkie ilości materii w potężne wybuchy energii.

Dualizm falowo-korpuskularny

Niektóre rzeczy nie są tak proste, jak się wydaje. Na pierwszy rzut oka cząstki (jak elektron) i fale (jak światło) wydają się być zupełnie inne. Te pierwsze to solidne bryły materii, drugie to promienie energii wypromieniowanej, czy coś w tym rodzaju. Jak jabłka i pomarańcze. Okazuje się, że takie rzeczy jak światło i elektrony nie ograniczają się tylko do jednego stanu – mogą być jednocześnie cząsteczkami i falami, w zależności od tego, kto na nie patrzy.

Poważnie. Brzmi śmiesznie, ale istnieją konkretne dowody na to, że światło jest falą, a światło cząstką. Światło to jedno i drugie. Jednocześnie. Nie jakiś pośrednik między dwoma stanami, ale oba. Wracamy do mechaniki kwantowej, a w mechanice kwantowej wszechświat kocha tak, a nie inaczej.

Wszystkie obiekty spadają z tą samą prędkością

Wielu może wydawać się, że ciężkie przedmioty spadają szybciej niż lekkie – brzmi to zdrowo. Z pewnością kula do kręgli spada szybciej niż piórko. To prawda, ale nie z powodu grawitacji – dzieje się tak tylko dlatego, że atmosfera ziemska zapewnia opór. Jeszcze 400 lat temu Galileusz po raz pierwszy zdał sobie sprawę, że grawitacja działa tak samo na wszystkie obiekty, niezależnie od ich masy. Gdybyś był z kulą do kręgli i piórkiem na księżycu (który nie ma atmosfery), spadłyby w tym samym czasie.

W porządku. W tym momencie możesz zacząć od umysłu.

Myślisz, że sama przestrzeń jest pusta. To założenie całkiem rozsądne – dlatego jest to przestrzeń, przestrzeń. Ale Wszechświat nie toleruje pustki, dlatego stale rodzą się i niszczą cząstki w przestrzeni, w przestrzeni, w pustce. Nazywa się je wirtualnymi, ale w rzeczywistości są prawdziwe i zostało to udowodnione. Istnieją przez ułamek sekundy, ale to wystarczająco długo, aby złamać niektóre z podstawowych praw fizyki. Naukowcy nazywają to zjawisko „pianą kwantową”, ponieważ jest strasznie podobne do pęcherzyków gazu w napoju bezalkoholowym.

Eksperyment z podwójną szczeliną

Zauważyliśmy powyżej, że wszystko może być jednocześnie cząsteczką i falą. Ale tu jest haczyk: jeśli w dłoni jest jabłko, wiemy dokładnie, jaki ma kształt. To jest jabłko, a nie jakaś fala jabłek. Co decyduje o stanie cząstki? Odpowiedzią jest my.

Eksperyment z podwójną szczeliną jest po prostu niesamowicie prostym i tajemniczym eksperymentem. O to właśnie chodzi. Naukowcy umieszczają ekran z dwoma szczelinami pod ścianą i wystrzeliwują wiązkę światła przez szczelinę, abyśmy mogli zobaczyć, gdzie uderzy w ścianę. Ponieważ światło jest falą, utworzy pewien wzór dyfrakcyjny i zobaczysz smugi światła rozproszone po całej ścianie. Chociaż były dwie szczeliny.

Ale cząstki powinny reagować inaczej - przelatując przez dwie szczeliny, powinny pozostawić dwa paski na ścianie dokładnie naprzeciw szczelin. A jeśli światło jest cząstką, dlaczego nie wykazuje takiego zachowania? Odpowiedź brzmi, że światło będzie wykazywać takie zachowanie - ale tylko wtedy, gdy tego chcemy. Światło jako fala przelatuje jednocześnie przez obie szczeliny, ale jako cząsteczka przechodzi tylko przez jedną. Wszystko, co musimy zrobić, aby zamienić światło w cząsteczkę, to zmierzyć każdą cząsteczkę światła (foton), która przechodzi przez szczelinę. Wyobraź sobie aparat, który robi zdjęcia każdego fotonu, który przechodzi przez szczelinę. Ten sam foton nie może przelecieć przez inną szczelinę, nie będąc falą. Wzór interferencji na ścianie będzie prosty: dwie smugi światła. Fizycznie zmieniamy wynik zdarzenia, po prostu je mierząc, obserwując.

Nazywa się to „efektem obserwatora”. Chociaż jest to dobry sposób na zakończenie tego artykułu, nie zarysował on nawet powierzchni niesamowitych rzeczy, które odkrywają fizycy. Istnieje mnóstwo odmian eksperymentu z podwójną szczeliną, które są jeszcze bardziej szalone i ciekawsze. Możesz ich szukać tylko wtedy, gdy nie boisz się, że mechanika kwantowa cię wciągnie.

Koniec roku to czas na podsumowania i rozmowy o przyszłych kierunkach rozwoju. Zapraszamy do szybkiego spojrzenia na to, co rok 2017 przyniósł w fizyce cząstek elementarnych, jakie wyniki zostały usłyszane i jakie trendy zostały zarysowane. Ta kolekcja będzie oczywiście subiektywna, ale ukaże obecny stan fundamentalnej fizyki mikroświata z jednego, bardzo popularnego punktu widzenia – poprzez poszukiwania Nowej Fizyki.

Przypadki zderzacza

Głównym źródłem wiadomości ze świata cząstek elementarnych pozostaje Wielki Zderzacz Hadronów. Właściwie powstał po to, aby poszerzyć naszą wiedzę o podstawowych właściwościach mikroświata i zagłębić się w nieznane. Zderzacz prowadzi teraz Run 2 od wielu lat. Zatwierdzony przez CERN harmonogram dotyczący zderzacza rozciąga się na połowę lat 30. i nie będzie miał bezpośrednich konkurentów przez co najmniej kolejną dekadę. Jego program naukowy obejmuje zadania z wielu różnych dziedzin fizyki cząstek elementarnych, więc nawet jeśli wyniki są opóźnione w jednym kierunku, jest to równoważone wiadomościami z innych.

Pozostaje najszerszy zakres głośnych odkryć. Faktem jest, że wszystkie te dane LHCb uzyskano na podstawie statystyk Run 1 zebranych w latach 2010-2012. Dokładna analiza danych i porównanie z modelowaniem zajmuje bardzo dużo czasu, a przetwarzanie danych za 2016 r., a tym bardziej za 2017 r., nie zostało jeszcze zakończone. W przeciwieństwie do ATLAS i CMS statystyki LHCb nie pokazują tak ogromnego skoku w przejściu z przebiegu 1 do przebiegu 2, ale fizycy wciąż oczekują znacznej aktualizacji sytuacji z zagadkami dotyczącymi mezonów B. Ale wciąż jest przed nami Run 3, a potem - LHC przy zwiększonej jasności i kto wie, co jeszcze przyniesie następna dekada.

Ponadto zmodernizowana fabryka SuperKEKB B z detektorem Belle II zostanie oddana do użytku w przyszłym roku. W nadchodzących latach stanie się pełnoprawnym łowcą odchyleń, a do 2024 r. osiągnie całkowicie wygórowaną jasność 50 ab-1 (czyli 50 000 fb-1), patrz ryc. 5. W rezultacie, jeśli naruszenie uniwersalności leptonowej stwierdzone w rozpadach mezonów B na mezony D i leptony jest realne, to detektor Belle II będzie w stanie to potwierdzić na poziomie istotności statystycznej aż 14σ (teraz osiąga tylko 4σ).

Rzadkie rozpady mezonów B są również gorącym tematem dla teoretyków. Głośne stwierdzenia, że ​​eksperyment znacznie odbiega od przewidywań Modelu Standardowego, są możliwe tylko wtedy, gdy rzetelnie obliczymy te przewidywania. Ale nie można ich po prostu wziąć i obliczyć. Wszystko opiera się na wewnętrznej dynamice hadronów, która dla teoretyków jest bolączką, którą trzeba oszacować na podstawie założeń. W rezultacie kilka grup teoretycznych podaje znacząco różne oceny tego, jak poważna jest rozbieżność między eksperymentem a Modelem Standardowym: jedni twierdzą, że jest większa niż 5σ, inni, że nie przekracza 3σ. Ten stan niepewności jest niestety charakterystyczny dla obecnych interpretacji anomalii B-mezonów.

Niskie energie

Jednak oprócz poszukiwania wskazówek Nowej fizyki przy wysokich energiach, istnieje wiele innych problemów w fizyce cząstek elementarnych. Mogą rzadziej trafiać na nagłówki gazet, ale dla samych fizyków są również bardzo ważne.

Jeden aktywny obszar badań dotyczy spektroskopii hadronów, a w szczególności hadronów wielokwarkowych. W ostatnich latach w LHC dokonano wielu odkryć (w szczególności odkrycie pentakwarka o ukrytym uroku), ale rok 2017 przyniósł również kilka nowych cząstek. Mówiliśmy o pięciu nowych cząstkach z rodziny Ω c -barionów jednocześnie, otwieranych jednym pociągnięciem, oraz o pierwszym dwukrotnie zaczarowanym barionie. Pośrednia demonstracja tego, jak bardzo ten temat uchwycił fizyków, może służyć w Natura o uwalnianiu energii w fuzji hadronowej; publikacja w tym czasopiśmie, a nawet artykuł teoretyczny, to zupełnie niezwykła sytuacja dla fizyki cząstek elementarnych.

Aby temu zaradzić, w tym roku w Fermilab uruchomiono nowy eksperyment Muon g-2, który ma zmierzyć nieszczęsny moment magnetyczny mionu z dokładnością kilkakrotnie wyższą niż wynik z 2001 roku (patrz niedawny raport z współpracy). Pierwszych poważnych wyników należy się spodziewać już w 2018 roku, ostatecznych - po 2019 roku. Jeśli odchylenie pozostanie na tym samym poziomie, stanie się poważną aplikacją o sensację. Tymczasem w oczekiwaniu na werdykt Fermilabu dopracowywane są również obliczenia teoretyczne. Haczyk polega na tym, że hadronowego wkładu w anomalny moment magnetyczny mionu nie można obliczyć „na czubku pióra”. Ta kalkulacja jest również nieuchronnie oparta na eksperymentach, ale zupełnie innego rodzaju - na przykład na produkcji hadronów w niskoenergetycznych zderzeniach elektron-pozyton. A zaledwie dwa tygodnie temu pojawił się nowy pomiar z detektora CLEO-c w akceleratorze CESR na Uniwersytecie Cornell. Wyjaśnia obliczenia teoretyczne i, jak się okazało, pogarsza rozbieżność: teoria i eksperyment z 2001 r. różnią się teraz wszystkimi 4σ. Cóż, tym ciekawsze będzie poznanie wyników eksperymentu Muon g-2.

W fizyce cząstek elementarnych występują również problemy czysto instrumentalne, na przykład gdy różne pomiary tej samej wielkości silnie odbiegają od siebie. Nie będziemy skupiać się na pomiarach stałej grawitacyjnej – ta rażąco niezadowalająca sytuacja wykracza poza fizykę cząstek elementarnych. Warto jednak wspomnieć o problemie związanym z czasem życia neutronów - szczegółowo opisanym w naszym biuletynie z 2013 roku. Jeśli do połowy 2000 roku wszystkie pomiary czasu życia neutronów dawały w przybliżeniu takie same wyniki, to nowy eksperyment z 2005 roku przeprowadzony przez grupę A.P. Serebrova był z nimi w ostrym kontraście. Projekt eksperymentów był zasadniczo inny: w jednym zmierzono radioaktywność przechodzącej wiązki neutronów, a w drugim przetrwanie ultrazimnych neutronów w pułapce grawitacyjnej. Źródła stronniczości w tych dwóch typach eksperymentów są zupełnie inne i każda grupa krytykowała „konkurenta”, twierdząc, że właściwie wzięła pod uwagę swoje błędy. A teraz wydaje się, że spór naukowy dobiega końca. W tym roku pojawiły się dwa nowe pomiary (pierwszy, drugi), wykonane różnymi metodami. Obie podają zbliżone wartości i wspierają wynik z 2005 roku (ryc. 7). Ostatni punkt można postawić w nowym japońskim eksperymencie z wiązką, opisanym w niedawnym raporcie.

Najwyraźniej kolejna zagadka, która dręczyła fizyków przez siedem lat - problem promienia protonu - również jest bliski rozwiązania. Ta fundamentalna cecha kluczowego budulca materii została oczywiście zmierzona w licznych eksperymentach i wszystkie one również dały mniej więcej takie same wyniki. Jednak w 2010 roku, badając spektroskopię nie zwykłego, ale mionowego wodoru, partnerzy CREMA odkryli, że zgodnie z tymi danymi proton protonu jest o 4% mniejszy niż ogólnie przyjęta wartość. Rozbieżność była bardzo poważna - przy 7σ. Ponadto w ubiegłym roku problem zaostrzyły podobne pomiary z deuterem mionowym. Ogólnie rzecz biorąc, stało się zupełnie niezrozumiałe, czym był ten haczyk: w obliczeniach, w eksperymentach (a potem w jakich), w przetwarzaniu danych, czy w samej przyrodzie (tak, niektórzy teoretycy również tutaj próbowali dostrzec przejawy Nowej Fizyki). Szczegółowy, popularny opis tego problemu znajduje się w dużych materiałach Spektroskopia deuteru mionowego zaostrzyła problem promienia protonu i szczeliny w zbroi; krótki przegląd aktualnej sytuacji na sierpień br. znajduje się w publikacji Zagadka o promieniu protonu.

A w październiku tego roku w magazynie Nauki ścisłe wyszedł z wynikami nowych eksperymentów, w których proton protonu mierzono w zwykłym wodorze. I - niespodzianka: nowy wynik mocno odbiegał od poprzednich, wszystkich uznanych danych dotyczących wodoru, ale zgadzał się z nowymi danymi dotyczącymi mionów (ryc. 8). Wydaje się, że przyczyna rozbieżności tkwiła w zawiłościach pomiaru częstotliwości przejść atomowych, a nie we właściwościach samego protonu. Jeśli inne grupy potwierdzą ten pomiar, to problem z promieniem protonu można uznać za zamknięty.

Ale inna tajemnica niskoenergetyczna - anomalia w przemianach jądrowych metastabilnego berylu-8 - nie została jeszcze wyjaśniona (ryc. 9). Pojawiająca się znikąd dwa lata temu przyciągnęła uwagę wielu teoretyków poszukujących przejawów Nowej Fizyki, gdyż przypominała proces narodzin i rozpadu nowej cząstki światła o masie 17 MeV. Na ten temat ukazało się już kilkadziesiąt artykułów, ale dotychczas nie znaleziono ogólnie przyjętego wyjaśnienia (zob. przegląd sytuacji z lipca br. w ostatnim raporcie). Teraz weryfikacja tej anomalii jest włączona jako osobna pozycja programu naukowego w przyszłych eksperymentach poszukiwania nowych cząstek światła, a na ich wyniki możemy tylko czekać.

Sygnały z kosmosu

Cząstki elementarne można poszukiwać i badać nie tylko w zderzaczach, ale także w kosmosie. Najbardziej bezpośrednią metodą jest uchwycenie cząstek promieni kosmicznych i ustalenie, na podstawie ich widma, składu i rozkładu kątowego, skąd te cząstki pochodzą. Oczywiście przytłaczająca większość kosmitów została rozproszona do wysokich energii przez różne obiekty astrofizyczne. Być może jednak niektóre z nich powstały w wyniku anihilacji lub rozpadu cząstek ciemnej materii. Jeśli takie powiązanie się potwierdzi, będzie to długo oczekiwana wskazówka konkretnych cząstek ciemnej materii, tak niezbędnych w kosmologii, a tak nieuchwytnych w bezpośrednich eksperymentach.

W ciągu ostatniej dekady w widmach kosmicznych cząstek różnych rodzajów odkryto kilka nieoczekiwanych cech; dwie najciekawsze dotyczą frakcji kosmicznych pozytonów i wysokoenergetycznych antyprotonów. Jednak w obu przypadkach istnieją również czysto astrofizyczne możliwości wyjaśnienia, dlaczego w promieniowaniu kosmicznym jest tak dużo antymaterii.

Niedawno nową sensację rzuciły fizykom pierwsze wyniki obserwatorium satelitarnego DAMPE: w jego widmie kosmicznych elektronów „pojawił się” wysoki wąski błysk o energii 1,4 TeV (szczegółowy opis w wiadomościach, "Żywioły", 13.12.2017). Oczywiście wielu odebrało to jako bezpośredni sygnał anihilacji lub rozpadu cząstek ciemnej materii (ryc. 10) – już w pierwszych dniach po publikacji wyników DAMPE ukazało się kilkanaście artykułów na ten temat (zob. materiał Kinks and Bursts of Deep Space). Teraz fala osłabła; jasne jest, że następny krok dotyczy nowych danych obserwacyjnych, które na szczęście nadejdą za rok lub dwa.

Ale inny niedawny wynik odnosi się do zupełnie innych skal kosmologicznych i innych cząstek - neutrin. W artykule arXiv: 1711.05210, który ukazał się w listopadzie, podano, że na podstawie rozkładu przestrzennego gromad galaktyk po raz pierwszy udało się zmierzyć sumę mas wszystkich typów neutrin: 0,11 ± 0,03 eV . Neutrina są najbardziej tajemniczymi znanymi cząstkami podstawowymi. Są zniechęcająco lekkie, tak lekkie, że większość fizyków jest przekonana, że ​​to nie mechanizm Higgsa jest odpowiedzialny za ich masę, ale jakaś Nowa Fizyka. Ponadto oscylują, spontanicznie przemieniają się w siebie w locie – a na dowód tego przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za 2015 rok. Dzięki oscylacjom wiemy, że trzy rodzaje neutrin mają różne masy, ale ich nie znamy. pospolity skala. Gdybyśmy mieli tę jedyną liczbę, sumę mas wszystkich neutrin, bylibyśmy w stanie ostro ograniczyć fantazje teoretyków, skąd w ogóle pochodzą masy neutrin.

Ogólną skalę mas neutrin można w zasadzie zmierzyć w laboratorium (eksperymenty są w toku, ale jak dotąd dają tylko górną granicę) lub można ją wydobyć z obserwacji kosmicznych. Faktem jest, że w kosmosie zawsze było dużo neutrin, a we wczesnym Wszechświecie wpłynęły one na powstanie wielkoskalowej struktury - zarodków przyszłych galaktyk i ich gromad (ryc. 11). W zależności od ich masy wpływ ten jest różny. Dlatego po zbadaniu statystycznego rozkładu galaktyk i ich gromad można wyodrębnić całkowitą masę wszystkich typów neutrin.

Oczywiście takie próby były podejmowane wcześniej, ale wszystkie podawały tylko ograniczenie z góry. Najbardziej konserwatywna z nich jest wynikiem współpracy Plancka z 2013 roku: suma mas jest mniejsza niż 0,25 eV. Oddzielne grupy badaczy połączyły następnie dane Plancka z innymi i uzyskały silniejsze, ale także bardziej zależne od modelu górne granice, do 0,14 eV. Ale to wciąż były tylko ograniczenia! A nowy artykuł, po przeanalizowaniu niedawno opublikowanego katalogu gromad galaktyk, po raz pierwszy był w stanie zobaczyć efekt niezerowej masy i wyodrębnić liczbę 0,11 ± 0,03 eV. Prace te trwają dalej, można się więc spodziewać, że sytuacja zostanie w pełni uregulowana w nadchodzących latach. W międzyczasie zauważamy, że społeczność astrofizyczna była raczej nieufna wobec tej pracy: najwyraźniej taki pośredni pomiar statystyczny wymaga starannego ponownego sprawdzenia.

I trochę o teorii

Teoretyczna fizyka cząstek w 2017 roku ogólnie kontynuowała trend z lat poprzednich. Istnieją odrębne, jasno określone obszary pracy - aw ich ramach teoretycy systematycznie rozwiązują swoje raczej techniczne problemy. I istnieje bardzo szerokie środowisko fizyków fenomenologicznych, którzy różnymi metodami próbują znaleźć Nową Fizykę. W tym pstrokatym zespole nie ma nawet śladu skoordynowanego ruchu w jednym kierunku. Raczej, przy braku wyraźnych wskazań eksperymentalnych, mamy do czynienia z ruchem Browna cząstek teoretycznych w wielowymiarowej i zawiłej przestrzeni matematycznych możliwości. Są z tego pewne korzyści: społeczność testuje wszystkie możliwe opcje hipotetycznej struktury naszego świata, albo je odrzuca z powodu niezgody na eksperyment, albo odwrotnie, rozwija dogłębnie. Ale sami teoretycy przyznają, że przytłaczająca większość konkretnych modeli, które obecnie proponują i badają, prędzej czy później zostanie wyrzucona jako niepotrzebna na śmietnik historii.

Z całego nieskończonego morza zmian, być może, wyróżnimy tylko jedną tendencję, która zaczęła się nasilać w ciągu ostatniego roku lub dwóch. Fizycy stopniowo przestają przywiązywać się do idei, które wydawały im się naturalne - czy to względy estetyczne, czy naturalność w sensie obliczeniowym, patrz niedawny raport na ten temat, który wyraźnie podkreśla tę ideę. Do czego to ostatecznie doprowadzi, jest niemożliwe do przewidzenia teraz, począwszy od 2017 roku. Może teoretycy znajdą elegancką teorię, której przewidywania się potwierdzą. A może najpierw pojawią się długo oczekiwane wyniki eksperymentalne, wskazujące na fizykę wykraczającą poza Model Standardowy, a teoretycy użyją prób i błędów, aby znaleźć do nich klucze. Może się oczywiście zdarzyć, że w nadchodzących dziesięcioleciach nic zasadniczo nowego nie zostanie odkryte – a wtedy całe podejście do dalszych badań mikroświata będzie musiało zostać zrewidowane. Krótko mówiąc, jesteśmy teraz na rozdrożu iw stanie niepewności. Nie powinno to być jednak postrzegane jako powód do przygnębienia, ale jako znak, że czekają nas zmiany.

Grudzień to czas na podsumowanie. Redakcja projektu „Vesti.Nauka” (nauka.site) wybrała dla Was dziesięć najciekawszych wiadomości, którymi fizycy nas zachwyciły w ciągu ostatniego roku.

Nowy stan materii

Technologia sprawia, że ​​cząsteczki łączą się w pożądane struktury.

Stan substancji zwanej ekscytonem przewidywano teoretycznie prawie pół wieku temu, ale dopiero teraz udało się go uzyskać w eksperymencie.

Stan ten jest związany z powstawaniem kondensatu Bosego z kwazicząstek ekscytonowych, które są parą elektronu i dziury. Jesteśmy tym, co oznaczają te wszystkie podchwytliwe słowa.

Komputer polarytonowy

Nowy komputer wykorzystuje polarytony quasicząstkowe.

Ta wiadomość pochodziła ze Skołkowa. Naukowcy Skoltech wdrożyli całkowicie nowy schemat działania komputera. Można to porównać do następującej metody znajdowania najniższego punktu powierzchni: nie zajmować się kłopotliwymi obliczeniami, tylko przewrócić nad nim szklankę wody. Tylko zamiast powierzchni znajdowało się pole o wymaganej konfiguracji, a zamiast wody - quasicząstki polarytonów. Nasze rzeczy są w tej kwantowej mądrości.

Teleportacja kwantowa Ziemia-satelita

Po raz pierwszy stan kwantowy fotonu został „wysłany” z Ziemi do satelity.

A potem Wielki Zderzacz Hadronów po raz kolejny przyszedł z pomocą fizykom. "Vesti.Nauka", co udało się naukowcom osiągnąć i co mają z tym zrobić atomy.

Oddziaływanie fotonów w temperaturze pokojowej

Zjawisko to zaobserwowano po raz pierwszy w temperaturze pokojowej.

Fotony oddziałują na siebie na wiele różnych sposobów i bada je nauka zwana optyką nieliniową. A jeśli dopiero niedawno zaobserwowano rozpraszanie światła przez światło, to efekt Kerra jest od dawna znany eksperymentatorom.

Jednak w 2017 roku po raz pierwszy udało się go z powodzeniem odtworzyć dla pojedynczych fotonów w temperaturze pokojowej. Mówimy o tym interesującym zjawisku, które w pewnym sensie można też nazwać „zderzeniem cząstek światła”, oraz o perspektywach technologicznych, jakie się w związku z nim otwierają.

Kryształ czasu

Stworzenie eksperymentatorów demonstruje „krystaliczne” uporządkowanie nie w przestrzeni, ale w czasie.

W pustej przestrzeni żaden punkt nie różni się od drugiego. W krysztale wszystko jest inne: istnieje powtarzająca się struktura zwana siecią krystaliczną. Czy możliwe są takie struktury, które bez nakładu energii powtarzają się nie w przestrzeni, ale w czasie?

„Gwiezdne” reakcje termojądrowe na Ziemi

Fizycy odtworzyli warunki w trzewiach gwiazd w reaktorze termojądrowym.

Przemysłowy reaktor termojądrowy to ukochane marzenie ludzkości. Ale eksperymenty trwają od ponad pół wieku, a upragniona praktycznie darmowa energia zniknęła.

Jednak w 2017 roku zrobiono ważny krok w tym kierunku. Naukowcy po raz pierwszy niemal dokładnie odtworzyli warunki panujące w trzewiach gwiazd. jak to zrobili.

Miejmy nadzieję, że rok 2018 będzie równie bogaty w ciekawe eksperymenty i nieoczekiwane odkrycia. Śledź wiadomości. Nawiasem mówiąc, zrobiliśmy dla Ciebie również przegląd minionego roku.

Rok rozpoczął się od odkrycia Świętego Graala - fizykom udało się zamienić wodór w metal. Eksperyment potwierdził rozwój teoretyczny pierwszej połowy ubiegłego wieku. Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda ochłodzili pierwiastek do -267 stopni Celsjusza i poddali go ciśnieniu 495 gigapaskali, czyli więcej niż w centrum Ziemi.

„Na Zachodzie przestaną pić alkohol i przejdą na nieszkodliwy alkosynt”

Sami eksperymentatorzy porównali otrzymanie pierwszego metalicznego wodoru na planecie z nabyciem świętego kielicha - głównego celu legendarnych rycerzy. Ale pytanie pozostało otwarte, czy wodór zachowa swoje właściwości po uwolnieniu ciśnienia. Fizycy mają nadzieję, że nie.

Podróż w czasie jest możliwa

Zrewiduj koncepcję teoretyków czasu z Uniwersytetu Wiedeńskiego i Austriackiej Akademii Nauk. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej im dokładniejszy zegarek, tym szybciej naraża upływ czasu na efekt kwantowej niepewności. A to ogranicza możliwości naszych przyrządów pomiarowych, bez względu na to, jak dobrze są wykonane.

Nie da się zmierzyć czasu. Ale można w nim podróżować za pomocą krzywizn, naukowiec z University of British Columbia (Kanada). To prawda, jak dotąd jest to tylko teoretyczna tolerancja. Nie ma niezbędnych materiałów do stworzenia maszyny czasu rzeczywistego.

Z drugiej strony cząstki kwantowe są zdolne do cofania się w przeszłość, a dokładniej do wpływania na inne cząstki w czasie. Teoria ta została potwierdzona w 2017 roku przez naukowców z Chapman University (USA) i Perimeter Institute for Theoretical Physics (Kanada). Ich teoretyczne badania doprowadziły do ​​interesującego wniosku: albo zjawiska fizyczne mogą się rozprzestrzeniać w przeszłość, albo nauka natrafiła na niematerialny sposób interakcji cząstek.

Dokładnie dwie warstwy grafenu mogą zatrzymać pocisk

Ciemna energia nie istnieje. Ale to nie do końca

Debata na temat ciemnej energii, hipotetycznej stałej, która wyjaśnia ekspansję wszechświata, nie ustała od początku tysiąclecia. W tym roku fizycy doszli do wniosku, że ciemna energia w końcu nie istnieje.

Naukowcy z Uniwersytetu w Budapeszcie i ich koledzy ze Stanów Zjednoczonych twierdzą, że błąd tkwi w zrozumieniu budowy wszechświata. Zwolennicy koncepcji ciemnej energii wywodzili się z faktu, że materia ma jednolitą gęstość, co nie jest prawdą. Model komputerowy pokazał, że Wszechświat składa się z bąbelków, a to usuwa sprzeczności. Ciemna energia nie jest już potrzebna do wyjaśniania niewyjaśnionych zjawisk.

Jednak zbudowana na superkomputerze na Uniwersytecie w Durham (Wielka Brytania) doprowadziła astrofizyków do dokładnie przeciwnych wniosków. I dane z magnetycznego spektrometru alfa z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, że ciemna energia istnieje. Stwierdzały to niezależnie dwie grupy badaczy: z Niemiec i Chin.

Co najważniejsze, XENON1T, najczulszy na świecie detektor ciemnej materii, wyprodukował pierwszy. To prawda, że ​​nie ma jeszcze pozytywnych wyników. Ale naukowcy cieszą się, że system w ogóle działa i wykazuje minimalne błędy.

Naukowcy nie rozumieją już, jak działa sztuczna inteligencja

Technologie

Grawitacja jest kluczem do innych wymiarów

Fizycy od dawna marzyli o zbudowaniu teorii wszystkiego - systemu, który kompleksowo opisywałby rzeczywistość. Jedna z czterech podstawowych interakcji, grawitacja, nie pozwala. Nie znaleziono cząstek, które przeniosłyby oddziaływanie grawitacyjne. Tak więc, zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, fale też nie istnieją.

Pomysłowym rozwiązaniem problemu są naukowcy z Instytutu Maxa Plancka. Ich zdaniem pole grawitacyjne powstaje dokładnie w momencie, gdy fala kwantowa staje się cząstką.

Kolejną przeszkodą w budowie teorii wszystkiego jest brak działania przeciwnego do siły przyciągania, czynnik ten również łamie symetrię formuł idealnych. Jednak naukowcy z Washington State University w kwietniu 2017 roku substancja, która zachowuje się tak, jakby miała ujemną masę. Efekt osiągnięto już wcześniej, ale efekt jeszcze nigdy nie był tak precyzyjny i zdecydowany.

Zainteresowanie badaniem grawitacji zwiększa teoria, że ​​na grawitację wpływają inne wymiary. Fizycy z Instytutu Maxa Plancka (Niemcy), posługując się najnowocześniejszymi detektorami fal grawitacyjnych, potwierdzają lub zaprzeczają istnieniu innych pomiarów w ciągu roku. Pod koniec 2018 roku lub najpóźniej na początku 2019 roku.

„Bitcoin zawiódł jako waluta”

Technologie

Mechanika kwantowa jest skazana na zagładę

Łatwo zauważyć, że większość odkryć współczesnej fizyki wiąże się z nauką mechaniki kwantowej. Naukowcy twierdzą jednak, że teoria kwantów w swojej nowoczesnej formie nie przetrwa długo. A nowa matematyka będzie kluczem do zrozumienia świata.

W świetle takich stwierdzeń nie jest jasne, jak odbierać wieści, że eksperymentatorzy z Instytutu Nielsa Bohra po raz pierwszy w historii nauki kierują kubity w przeciwnym kierunku. Albo że druga zasada termodynamiki jest w pewnych okolicznościach w świecie kwantowym, jak twierdzą fizycy z MIPT. Być może to wszystko należy uznać za potwierdzenie obecnej teorii. Być może – jako krok w kierunku nowej fizyki, która jeszcze dokładniej opisze rzeczywistość.

Tymczasem naukowcy kontynuują poszukiwania zjawisk, które pogodzą światy Einsteina i Newtona. Być może pomoże w tym nowa forma materii. Nawiasem mówiąc, okazało się, że jest to kondensat, choć do tej pory teoretycy dużo dyskutowali o jego naturze.