Физика

Данная статья написана по мотивам видео Дмитрия Побединского "Холоднее, чем НИЧТО! Температура ниже абсолютного нуля!", автор статьи - Ашхадтейс Деффетхазрашид.

Сегодня поговорим о температуре. Казалось бы, что тут сложного? Горячо, холодно, градусник за окном... Но физика, как всегда, умеет удивлять. Что если я скажу вам, что самая высокая температура, зафиксированная на Земле, достигнута не в жерле вулкана и не при ядерном взрыве? А что насчёт температуры ниже абсолютного нуля, которая при этом горячее, чем любая положительная температура, даже бесконечная? Звучит как бред? Давайте разбираться.

Физики утверждают, что, возможно, нашли долгожданное объяснение тёмной энергии — таинственной силы, которая движет ускоренным расширением Вселенной, — так говорится в новом исследовании, препринт которого был опубликован недавно.

Их расчёты показывают, что на самых малых масштабах пространство-время ведёт себя глубоко квантовым образом, резко отличаясь от гладкой, непрерывной структуры, которую мы наблюдаем в повседневной жизни. Согласно их выводам, координаты пространства-времени не «коммутируют» — это означает, что порядок их появления в уравнениях влияет на результат. Это похоже на то, как ведут себя положение и скорость частицы в квантовой механике.

Время от времени на Хабре вспыхивает обсуждение того, является ли Вселенная компьютерной симуляцией, а в незапамятном 2010 году уважаемый @alizar даже упоминал об эксперименте, призванном это проверить. Если вас интересует подробный разбор гипотезы о голографической Вселенной – вы можете почитать знаменитую книгу Майкла Талбота об этой концепции или краткое изложение голографического принципа. Однако я хотел бы остановиться на поиске явных багов или необъяснимых «жёстко подставленных» значений в структуре реальности, которые могли бы указывать на не вполне спонтанное происхождение Вселенной. Поиск таких значений то и дело стимулирует учёных присматриваться к значениям фундаментальных физических констант, и одна из наиболее известных величин такого рода – это постоянная тонкой структуры, равная почти 1/137. Не так давно уважаемый @SLY_G публиковал на Хабре перевод о ней, и сегодня я хочу вернуться к разбору этой странной величины.

Тема данной статьи была навеяна публикацией Автокорреляционная функция фликкер-шума / Хабр, в которой даны теоретические оценки авто-корреляционной функции фликкер-шума. Однако, практическое сравнение было дано лишь для броуновского шума, потому что он тривиально получается из белого шума интегрированием. Проверка розового шума осталась под вопросом, потому что для его генерации во временной области требуется "расщепить" интегратор на два одинаковых каскада, что, как будет показано далее, нетривиально, а практическая реализация может быть лишь приближенной. Аналоговые способы (фактически, в частотной области) генерации розового шума оставляем за скобкой, потому что это отдельная тема: там используется свойство, что мощность шума одинакова в каждой октаве, то есть диапазоны частот равномощны. Сфокусируемся на цифровом способе генерации розового шума, то есть на алгоритме, причем во временной области. Обзор показал, что такой алгоритм, как ни странно, отсутствует, что и побудило к созданию такового.

Можно ли белый свет собрать из двух монохроматических источников? Может ли цвет быть относительным? Умеет ли зрение вычитать цвета? Если типов колбочек три, почему цветовое пространство плоское? Можно ли «на глаз» оценить цветопередачу белого света?

На эти и другие вопросы интереснее отвечать, руками собирая белый свет из спектральных компонент, и глядя на освещаемую сцену своими глазами.

В 2020 г. во многих средствах массовой информации писали об очередной «теории всего» – гипотезе рекурсивно самовычисляющей Вселенной. Её автор – известный бизнесмен и программист Стивен Вольфрам, который разработал базу знаний Wolfram Alpha и ПО Mathematica. Особенно большой ажиотаж вызвала статья «Кажется, мы близки к пониманию фундаментальной теории физики, и она прекрасна», переведенная для Хабра уважаемым @SergioShpadi 448-страничный технический документ, загруженный на arxiv.org, называется скромнее: «Класс моделей, потенциально представляющих фундаментальную физику». Он переполнен странными графическими изображениями, но не содержит ни одной математической формулы. Что это вообще такое – наука нового типа или причудливое увлечение миллиардера? Это теория одной или множества вселенных? Как она соотносится с теорией Эверетта и другими интерпретациями квантовой механики? Светит ли ей признание официальной наукой, или она войдёт в историю как образец псевдонаучной (гипер)графомании? Может ли наш мир оказаться подобием Майнкрафта, японского сканворда или головоломки «соедини точки по цифрам»»?

Стивен Вольфрам уже много лет жалуется, что физики его игнорируют и не хотят писать отзывы на его работы. Неужели это признак глобального заговора учёных, не желающих менять старую парадигму мышления? Я не физик и не математик, чтобы делать выводы о корректности всех моделей, но и теория у Вольфрама не такая сложная, чтобы не разобраться в ней без специального образования. На мой взгляд, Вольфрам заслуживает более пристального внимания, ведь его модель весьма показательна как пример того, как далеко можно зайти в поисках дискретной и детерминированной основы физической реальности. Поэтому представляю вам свой философский обзор и объяснение теории рекурсивно самовычисляющей Вселенной на естественном языке.

Предисловие.

Буду благодарен каждому, кто критически рассмотрит разработанную Автором более сорока лет назад модель строения элементарных частиц.

Это очень простая и наглядная геометрическая (топологическая) модель элементарных частиц, которая подтверждалась известными на то время реакциями их взаимодействия.

Буду признателен за оценку и рекомендации: важно понять, стоит ли вновь погружаться в физику и пытаться перепроверять работоспособность данной модели с учетом новых теоретических и экспериментальных находок последних четырех десятилетий.

Почему так долго?

На самом деле была попытка в 1982 году представить эту модель на суд одному из профессоров  физфака МГУ, но после короткого терминологического спора о кварках он не стал ничего рассматривать.

Привет, Хабр!

На страницах этого блога я не раз делал срезы новейших исследований, помогающих осмыслить, как Венера и Марс стали безжизненными, а Земля при этом сохраняет стабильную густонаселённую биосферу. Парадоксально, что безжизненность Венеры обусловлена сильнейшим парниковым эффектом, а на Марсе парниковый эффект практически отсутствует из-за того, что Марс потерял почти всю свою атмосферу – и из-за этого стал таким, каков он сейчас. Возможно, причина марсианского угасания заключается в специфике его геологической истории, и в далёком будущем климат Марса ещё может ненадолго стать чуть мягче.

Кроме того, я затрагивал тему приливного захвата — так называется ситуация, в которой спутник всегда обращён к планете одной стороной (как Луна к Земле), либо планета всегда обращена одной и той же стороной к родительской звезде. В этой статье я хочу затронуть удивительный феномен – оказывается, Венера сейчас уже почти застыла в приливном захвате, но именно её мощная атмосфера и причудливая метеорологическая нестабильность не дают планете окончательно остановиться.

На Хабре регулярно пишут про термоядерный синтез — ту самую энергию будущего, до которой «всего-то» осталось потерпеть лет 50. И практически всегда речь о каких-то эпохальных проектах, стоимостью не один миллиард долларов вроде того же «долгостроя» ИТЭР. Но есть и другие подходы.

Сегодня расскажем про современный стелларатор Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) — интересную альтернативу токамакам, разрабатываемую еще с 50-х годов XX века. Причем прототип установки под названием Muse проектируется намного более дешевым и компактным. А значит, по мнению команды из Принстона, это сделает технологию термоядерного синтеза более доступной, и в целом ускорит развитие технологии в целом. Может быть, мы дождемся прорыва на нашем веку.

С помощью систем компьютерной алгебры найдены точные и доступные для инженерных расчетов оценки авто-корреляционных функций фликкер-шума, получаемые при идеальных оценках экспериментальных шумов, подчиняющихся степенному закону убывания плотности мощности от частоты.

Удобный чайник можно определить через такие параметры:

1. Насколько он напрягает руку – какой крутящий момент (нагрузку) создаёт чайник, когда мы его держим на весу ровно и какую, когда наливаем (считаем "ход" такого движения 90 градусов, чтобы вылить полностью воду). У чайников с верхней ручкой (1 и 2) максимально расслаблена рука в первом положении, т.к. центр масс находится прямо под точкой хвата, и максимально напряжена во втором, при наклоне, т.к. центр масс чайника уходит из-под руки. Тем более, кисть должна вывернуться в несвойственное ей положение на запредельные углы под самой большой нагрузкой. У чайников с боковой ручкой (3 и 4) всё наоборот – максимум нагрузки в положении вертикальном и почти полное расслабление при наклоне. При этом рука движется в анатомически привычных углах. Высокая верхняя ручка (2) ещё больше увеличивает нагрузку при наклоне, т.к. эта высота переходит в рычаг нагрузки при наклоне чайника. И у чайников с высокой ручкой самые большие проблемы с углом поворота кисти при наливании. Оптимальной видится ручка, расположенная в середине пути, т.е. точка хвата расположена примерно на 45 градусах к центру масс чайника относительно горизонта.

Выпуск N441

Ежемесячный обзор научных статей в области астрофизики от профессора МГУ Сергея Попова. По сути представляет собой выборку интересных публикаций в области астрономии, астрофизики и физики с сайта препринтов arxiv.org. Публикуется с разрешения Сергея Борисовича и указанием ссылок на первоисточники.

Эффект квантового превосходства остаётся самым очевидным и при этом труднообъяснимым преимуществом квантовых компьютеров над классическими. Квантовое превосходство наступает в момент, когда квантовый компьютер оказывается в состоянии выполнить вычисление, недоступное классическому компьютеру.  Впервые квантовое превосходство было достигнуто в октябре 2019 года на компьютере Google Sycamore, для вычислений на котором используются 53 кубита. Этот эксперимент был подробно описан уважаемым Тимуром Кешелавой в статье «Квантовое превосходство», вышедшей по горячим следам эксперимента. Сегодня реальность квантового превосходства уже не вызывает сомнений, и учёные пытаются определить, чем можно объяснить этот эффект. Уважаемый @dionisdimetor ещё в 2023 году написал на Хабре подробную статью «Квантовый компьютер: его превосходство, несходство и недосходство в сравнении с классическим», и в этой статье упомянул одну экзотическую идею. По мнению ряда учёных, среди которых особенно заметен Дэвид Дойч, квантовый компьютер экспериментально свидетельствует в пользу многомировой интерпретации квантовой механики, предложенной Хью Эвереттом. Ранее на Хабре уважаемый @SLY_G публиковал на сайте перевод статьи «Многомировая интерпретация и мультивселенная — могут ли они оказаться одной и той же идеей» под авторством знаменитого физика Шона Кэрролла (род. 1966). Если вас интересует подробный разбор многомировой интерпретации с точки зрения квантовой и классической физики, рекомендую прочитать увлекательную книгу Шона Кэрролла «Квантовые миры», которую я в своё время перевёл на русский язык для издательства «Питер». Ниже попробуем разобрать, как с такой интерпретацией согласуется квантовое превосходство.  

Странные явления, наблюдаемые в самом центре Млечного Пути, могут быть доказательством существования одного из кандидатов на тёмную материю. Если это так, то учёные, возможно, не заметили тонкого влияния тёмной материи, самого загадочного «вещества» Вселенной, на космические процессы.

Этот новый кандидат в тёмную материю не только легче уже имеющихся кандидатов, но и склонён к самоуничтожению. Это означает, что когда две частицы тёмной материи встречаются, они уничтожают друг друга и создают отрицательно заряженный электрон и его положительно заряженный эквивалент, позитрон.

Этот процесс и поток электронов и позитронов обеспечит энергию, необходимую для отрыва электронов от нейтральных атомов — процесс, называемый ионизацией, — в плотном газе в центре Млечного Пути. Это может объяснить, почему в центральной области, называемой Центральной молекулярной зоной (ЦМЗ), так много ионизированного газа.

Однажды, в курсе «Математические модели физической реальности» я предложил студентам «поиграть в Галилея». То есть, повторить его натурные эксперименты с падающими телами и определить из экспериментов величину ускорения свободного падения.

Согласно общепринятой легенде, «экспериментальной установкой» для одного знаменитого опыта Галилею служила всемирно известная Пизанская башня: высотой приблизительно 50 метров.

Если вы сейчас не в Италии, то можете «поиграть в Галилео Галилея» (онлайн) с помощью компьютерной модели, которая воспроизводит падение экспериментального тела за счёт численного интегрирования дифференциальных уравнений движения. Модель учитывает действие сопротивления воздуха.