физика

физика

Подписчиков: 351     Сообщений: 869     Рейтинг постов: 6,517.8

гидрогель блинчики физика наука ...Всё самое интересное фэндомы 

Ролик на Youtube помог описать новый физический эффект

Исследователи из Нидерландов обнаружили необычное свойство жидкости, изучая видео о шариках гидрогеля на раскаленной сковороде.
Украинский программист под ником Джон Панч опубликовал ролик о том, как гелевые шарики подпрыгивают на горячей сковородке. Видео посмотрели более миллиона человек, среди них - Скотт Вайтукайтис, специалист в области физики мягких материалов при Лейденском университете в Нидерландах.
Вайтукайтис решил повторить эксперимент в лаборатории, используя высокоскоростные камеры, чтобы выяснить, почему шарики могли подпрыгивать так долго. Оказалось, что, когда гидрогель соединяется с очень горячей поверхностью, происходит взрыв пара. Это заставляет вибрировать нижнюю часть шарика. 
"Этот пар создает давление, которое на самом деле деформирует нижнюю часть шара. Мы обнаружили принципиально новый тип эффекта Лейденфроста. Этот эффект для гидрогеля превращает каждый шарик в крошечный паровой двигатель", - заявил Скотт Вайтукайтис.
В классическом примере эффекта Лейденфроста жидкость при контакте с очень горячим телом создает изолирующий слой пара, который предохраняет жидкость от быстрого выкипания. А в случае с гелем пар вырывался наружу, заставляя шар отскакивать от поверхности. Это кипение высвобожало энергию, которой хватало для серии "прыжков" шарика на сковороде.
Эксперименты показали, что если шарики были сброшены с высоты менее 4 сантиметров, то они начинали прыгать все выше и выше, пока не достигали этой высоты, где стабилизировались в течение нескольких минут. При падении с большей высоты, с каждым отскоком они уменьшали высоту "прыжка", пока не фиксировались на высоте 4 сантиметров. Оказалось, что 4 сантиметра были высотой, на которой энергия от нагрева компенсирует потерю энергии при ударе. По словам Вайтукайтиса, некоторые шарики могли прыгать так до 10 минут, пока не начинал плавиться полимер, из которого они сделаны.

В дальнейшем ученые планируют использовать данное свойство гидрогеля для создания двигателей мягких роботов, поскольку подобный материал мог бы избавить робота от классических батарей.

"Мы хотим сделать мягкие двигатели, которые были бы более эффективными. И эффект Лейденфроста может в этом помочь", - добавил Вайтукайтис.


24го июля работа опубликована в Nature Physics

Развернуть

черные дыры физика наука вселенная ...Всё самое интересное фэндомы 

Можно ли вытащить что-то из черной дыры?

Всё самое интересное,интересное, познавательное,,фэндомы,черные дыры,физика,наука,вселенная

Как только объект попадает в черную дыру, покинуть ее он уже не может. Неважно, сколько энергии у вас есть, вы никогда не сможете двигаться быстрее скорости света и преодолеть горизонт событий изнутри. Но что, если попытаться обмануть это маленькое правило и окунуть крошечный объект в горизонт событий, привязав его к более массивному, который сможет покинуть горизонт? Можно ли вытащить что-нибудь из черной дыры хоть как-нибудь? Законы физики строгие, но они обязаны отвечать на вопрос, возможно это или нет. Итан Зигель с Medium.com предлагает это выяснить.

Черная дыра — это не просто сверхплотная и сверхмассивная сингулярность, в которой пространство изогнуто так сильно, что все попавшее внутрь выбраться уже не сможет. Хотя обычно нам представляется именно, черная дыра — если точно — это область пространства вокруг этих объектов, из которой никакая форма материи или энергии — и даже сам свет — не может сбежать. Это не так уж экзотично, как можно было бы подумать. Если взять Солнце, как оно есть, и сжать его до радиуса в несколько километров, получится практически черная дыра. И хотя нашему Солнцу не грозит такой переход, во Вселенной есть звезды, которые оставляют после себя именно эти загадочные объекты.

Самые массивные звезды во Вселенной — звезды в двадцать, сорок, сто или даже 260 солнечных масс — самые синие, горячие и яркие объекты. Они также выжигают ядерное топливо в своих недрах быстрее других звезд: за один-другой миллион лет вместо многих миллиардов, как Солнце. Когда в этих внутренних ядрах заканчивается ядерное топливо, они становятся заложниками мощнейших гравитационных сил: настолько мощных, что в отсутствие без невероятного давления ядерного синтеза, который им противостоят, они просто коллапсируют. В лучшем случае ядра и электроны набирают столько энергии, что сливаются в массу связанных воедино нейронов. Если это ядро массивнее, чем несколько солнц, эти нейтроны будут достаточно плотными и массивными, что коллапсируют в черную дыру.

Итак, запомним, минимальная масса для черной дыры — это несколько солнечных масс. Черные дыры могут расти и из гораздо больших масс, сливаясь вместе, пожирая материю и энергию и просачиваясь в центры галактик. В центре Млечного Пути был найден объект, который в четыре миллиона раз превосходит массу Солнца. На его орбите можно определить отдельные звезды, но никакого света никакой длины волн не излучается.





Всё самое интересное,интересное, познавательное,,фэндомы,черные дыры,физика,наука,вселенная


Другие галактики имеют еще более массивные черные дыры, массы которых в тысячи раз больше наших собственных, и нет теоретического верхнего предела величине их роста. Но есть два интересных свойства у черных дыр, которые могут привести нас к ответу на вопрос, заданный в самом начале: можно ли вытащить что-нибудь «на привязи»? Первое свойство относится к тому, что происходит с пространством по мере роста черной дыры. Принцип черной дыры таков, что ни один объект не может вырваться из ее гравитационного притяжения в области пространства, как бы ни ускорялся, даже двигаясь на скорости света. Граница между тем, где объект может покинуть черную дыру и где не может, называется горизонтом событий. Он есть у каждой черной дыры.

Вы удивитесь, но кривизна пространства гораздо меньше на горизонте событий возле самых массивных черных дыр и увеличивается у менее массивных. Подумайте вот о чем: если бы вы «стояли» на горизонте событий, поставив правую ногу на край, а голову отведя на 1,6 метра от сингулярности, ваше тело растягивала бы сила — этот процесс называют «спагеттификацией». Если бы эта черная дыра была такой же, как в центре нашей галактики, сила растяжение составляла бы только 0,1% силы гравитации на Земле, тогда как если сама Земля превратилась бы в черную дыру, а вы на ней стояли, сила растяжения в 1020 раз превышала бы земную гравитацию.

Если эти растягивающие силы малы на краю горизонта событий, они будут не намного больше внутри горизонта событий, а значит — учитывая электромагнитные силы, которые удерживают твердые объекты в целостности — возможно, мы могли бы осуществить задуманное: окунуть объект в горизонт событий и практически сразу же вынуть. Можно ли так сделать? Чтобы понять, давайте рассмотрим, что происходит на самой границе между нейтронной звездой и черной дырой.

Всё самое интересное,интересное, познавательное,,фэндомы,черные дыры,физика,наука,вселенная

Представьте, что у вас есть чрезвычайно плотный шар нейтронов, но фотон на его поверхности все еще может убежать в космос и не обязательно вернуться к нейтронной звезде. Теперь давайте поместим на поверхности еще один нейрон. Внезапно ядро уже не может сопротивляться гравитационному коллапсу. Но вместо того, чтобы думать о происходящем на поверхности, давайте задумаемся о происходящем внутри, где формируется черная дыра. Представьте отдельный нейтрон, состоящий из кварков и глюонов, и представьте, как глюонам нужно переходить от одного кварка к другому в нейтроне, чтобы протекал процесс обмена сил.

Теперь один из этих кварков оказывается ближе к сингулярности в центре черной дыры, а другой дальше. Чтобы произошел обмен силами — и чтобы нейтрон был стабильным — глюон в определенный момент должен перейти от ближнего кварка к дальнему. Но это невозможно даже на скорости света (а глюоны не имеют массы). Все нулевые геодезические, или путь объекта, движущегося со скоростью света, приведут к сингулярности в центре черной дыры. Более того, они никогда не уйдут дальше от сингулярности черной дыры, чем в момент выброса. Вот почему нейтрон внутри горизонта событий черной дыры должен коллапсировать и стать частью сингулярности в центре.

Поэтому вернемся к примеру с привязью: вы взяли небольшую массу, привязали ее к судну покрупнее; судно находится за пределами горизонта событий, а масса погружена. Когда любая частица пересечет горизонт событий, она не сможет снова его покинуть — ни частица, ни даже свет. Но фотоны и глюоны остаются теми самыми частицами, которые нам нужны для обмена сил между частицами, которые находятся за пределами горизонта событий, и они тоже не могут никуда выйти.

Всё самое интересное,интересное, познавательное,,фэндомы,черные дыры,физика,наука,вселенная

Это не обязательно означает, что трос оборвется; скорее, сингулярность затянет весь корабль. Конечно, приливные силы при определенных условиях не разорвут вас на части, но достижение сингулярности будет неизбежным. Невероятная сила притяжения и тот факт, что у всех частиц всех масс, энергий и скоростей не будет выбора, кроме как отправиться в сингулярность, вот что будет иметь место.

Поэтому, к сожалению, из черной дыры пока не нашли выхода после пересечения горизонта событий. Можно уменьшить потери и отрезать то, что уже попало внутрь, либо остаться на связи и утонуть. Выбор зависит от вас.

Развернуть

гифки большие гифки физика наука визуализация видео в комментариях ...#всё самое интересное фэндомы 

Визуализация звуковой волны

Развернуть

землетрясение сейсмостойкое здание гаситель колебаний физика наука амортизатор гифки ...Всё самое интересное фэндомы 

Модель сейсмостойкого здания с гасителем колебаний


Развернуть

наука физика наука и техника песочница удалённое ...#всё самое интересное фэндомы 

Раскаленные блоки обшивки космического шаттла можно брать голыми руками из–за низкой теплопроводности материала

Развернуть

отражение физика наука гифки залипалово ...Всё самое интересное фэндомы 

Развернуть

разное видео физика наука ...Всё самое интересное 

Подборка видео о физике.

Что такое работа и мощность?


Почему стекло прозрачное?

Сколько весит воздух?

 Что такое цвет?

Тайны других измерений

Какой формы молекула?

Тёмная материя: куда убегают звёзды?

Развернуть

разное бозон Хиггса наука физика длинная картинка ...Всё самое интересное 

БОЗОН ХИГГСА Питер Уэйр Хиггс (род. 1929г) Про бозон Хиггса уже много написано и снято не одно видео. Но все они сводятся к одному и тому же объяснению: "Существует некоторое поле Хиггса, в котором "запутываются" все частицы. Причем чем больше они взаимодействуют с полем, тем больше их масса".
Развернуть

разное Интересный космос Мультивселенная мультимир наука Теория физика ...Всё самое интересное 

Существует ли Мультимир на самом деле?

Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика


      Доказательство существования параллельных вселенных, совершенно не похожих на нашу, может оказаться за пределом возможностей науки. За последние десятилетия в космологии появилось новое поле научной деятельности, увлекшее многих ученых. Расширяющаяся вокруг нас Вселенная может оказаться не единственной: нас могут окружать миллиарды других вселенных. Возможно, наш мир представляет собой лишь часть Мультимира.

      В статьях журнала «В мире науки», а также в книгах, например в последней книге Брайана Грина (Brian Greene) «Скрытая реальность» (The Hidden Reality), ведущие ученые обсуждают эту «сверхкоперниканскую революцию». Не только наша планета одна среди многих, но и сама наша Вселенная - всего лишь песчинка в масштабах космоса; одна среди бесчисленных вселенных, каждая из которых не похожа на другие. Слово «Мультимир» многозначно. Размер космологического горизонта, т.е. области, доступной астрономическим наблюдениям, составляет около 42 млрд световых лет. Однако у нас нет причин полагать, что Вселенная ограничивается этой областью. Дальше могут простираться другие, и их может быть бесконечно много. Каждая обладает различным начальным распределением вещества, но одинаковыми для всех физическими законами. Практически все космологи, включая меня, принимают такую гипотезу строения Мультимира. Космолог Макс Тегмарк (Max Tegmark) называет ее «Уровень 1». Однако нашлись и те, кто придерживается более радикальной гипотезы, которая заключается в том, что вселенные Мультимира могут быть совершенно различными, с разными законами физики, разными историями и, возможно, даже с разным количеством пространственных измерений. Большинство таких вселенных стерильны, но некоторые могут быть пригодны для жизни. Главный вдохновитель этого «Уровня 2» - Александр Виленкин (Alexander Vilenkin). В бесконечном множестве вселенных есть бесконечное множество галактик и, следовательно, бесконечное множество планет и даже бесконечно много людей с вашим именем, читающих сейчас эти строки.

      Подобные утверждения делались не раз с античных времен. Однако теперь концепция Мультимира претендует на статус научной теории, положения которой могут быть математически строго сформулированы и экспериментально проверены. Лично я смотрю на это скептически: вряд ли можно доказать существование вселенных, лежащих за пределами нашей. Сторонники теории Мультимира, стремясь расширить наше представление о физической реальности, тем самым меняют смысл понятия «наука».


За горизонтом


Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика

      Тот, кто разделяет радикальную концепцию Мультимира, может предложить несколько сценариев его возникновения и указать, где размещаются все «дочерние» миры. Так, согласно модели Алана Гута (Alan H. Guth), Андрея Линде (Andrei Linde) и других, многочисленные вселенные могут располагаться очень далеко от нас, в причинно не связанных областях пространства, формирующихся в ходе хаотической инфляции. Другие вселенные могут существовать в различные временные эпохи, как это предложили в модели циклической Вселенной Пол Стейнхард (Paul J. Steinhardt) и Нейл Тюрок (Neil Turok). Они также могут существовать и в одном пространстве с нами, но при различных реализациях квантовой волновой функции, как предполагает Дэвид Дойч (David Deutsch). Они могут вообще не обладать определенной пространственной локализацией, будучи совершенно отделены от нашего пространства-времени, как это предполагают Макс Тегмарк и Дэннис Шьяма (Dennis Sciama).


Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика


   Идея о параллельных вселенных перекочевала со страниц фантастических романов в научные журналы в 1990-е гг. Многие ученые утверждают, что миллионы других вселенных, каждая со своими законами физики, лежат за пределами нашего горизонта. Все вместе они называются Мультимир.

   Беда в том, что никогда не удастся увидеть эти вселенные при помощи астрономических наблюдений. Аргументы в их пользу в лучшем случае косвенные. Но даже если Мультимир существует, это не поможет нам разгадать глубокие тайны природы.


      Из всех перечисленных вариантов самый популярный – подход в рамках модели хаотической инфляции. Далее я буду говорить именно о нем, хотя ряд замечаний можно отнести и к другим моделям Мультимира. Идея заключается в том, что мир в целом представляет собой вечно расширяющуюся пустоту, в которой из-за квантовых эффектов непрерывно рождаются новые вселенные; этот процесс напоминает выдувание мыльных пузырей. Идея инфляции восходит к 1980-м гг.; работавшие над ней физики опирались на самую всеобъемлющую теорию природы – теорию струн. Согласно ей, пузыри сильно отличаются друг от друга: не только различным распределением вещества, но и различным типом вещества. В нашей Вселенной такие частницы, как электроны и кварки, взаимодействуют друг с другом посредством разных сил, например электромагнитных. В других вселенных могут быть совсем другие частицы, подчиняющиеся иным взаимодействиям; т.е. физические законы в разных частях Мультимира могут быть различны. Всю совокупность этих законов называют ландшафтом (смотри статью Рафаэля Буссо (Raphael Bousso) и Йозефа Полчински (Joseph Polchinski). В некоторых интерпретациях струнной теории ландшафт гарантирует громадное многообразие вселенных.

      Многие физики, рассуждающие о Мультимире, защищают концепцию ландшафта струнной теории, не заботясь о других возможных интерпретациях параллельных миров. Для них не важны фундаментальные возражения против Мультимира как научной концепции. Теория признается жизнеспособной или нет в зависимости от внутренней непротиворечивости своих положений или, по возможности, в зависимости от экспериментальных исследований. Концепция Мультимира задается при таком подходе аксиоматически. Сторонников подобного подхода не заботят вопросы о происхождении самого Мультимира. Но для космологов это важно.

      С точки зрения космолога главная проблема всех теорий, связанных с Мультимиром, – наличие космологического горизонта, ограничивающего область применения астрономических инструментов. Горизонт существует, потому что сигналы, идущие отовсюду к наблюдателю, распространяются с конечной скоростью, не превышающей скорости света. С момента рождения нашей Вселенной сигналы успели пройти определенный путь. Все параллельные вселенные лежат за пределами этого горизонта и остаются вне нашего поля зрения ныне и вовеки, вне зависимости от будущего технического прогресса человечества. Иными словами, параллельные вселенные слишком далеки от нас, чтобы оказать на нас когда-нибудь хоть какое-то влияние.


Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика


Когда астрономы вглядываются во Вселенную, они видят до расстояния около 42 млрд световых лет; это наш космический горизонт, который определяется тем, как далеко смог уйти свет с момента Большого взрыва (а можно сказать -насколько расширилась Вселенная с того момента). Считая, что пространство не ограничено этим размером и вполне может быть бесконечным, космологи делают предположения о том, как выглядят остальные части мира.

Мультимир первого уровня: вероятный. Самое простое предположение состоит в том, что наш объем пространства типичен для мира в целом. Далекие наблюдатели видят другие объемы, но все они выглядят в целом одинаково за исключением случайных вариаций в распределении вещества. Вместе эти области - наблюдаемые и ненаблюдаемые - составляют Мультимир основного типа

Мультимир второго уровня: сомнительный. Многие космологи идут дальше и предполагают, что на достаточно большом расстоянии все выглядит совсем не так, как у нас. Наши окрестности могут быть лишь одним из множества пузырей, плавающих в пустоте. Законы физики могут различаться от пузыря к пузырю, что привело бы к немыслимому разнообразию явлений. Те другие пузыри могут быть даже в принципе ненаблюдаемыми. Автор и другие скептики полагают сомнительным этот тип Мультимира


      Таким образом, ни одно из утверждений сторонников существования Мультимира невозможно проверить путем наблюдений. Существуют возражения против этой точки зрения: всю необходимую информацию о процессах, происходящих сколь угодно далеко от нас, можно получить, находясь в рамках горизонта. Это экстраполяция совершенно особо рода, ведь в действительности мы не знаем и не можем знать, что происходит в областях за горизонтом. Быть может, наша Вселенная замкнута на сверхбольших расстояниях, и бесконечности вообще не существует. Быть может, все вещество во Вселенной где-то заканчивается, и дальше до бесконечности идет совершенно пустое пространство. Быть может, сами пространство и время завершают свое существование в сингулярности – на границе нашей Вселенной.


Семь сомнительных аргументов


      Почти все сторонники гипотезы Мультимира знают об упомянутой проблеме и осторожны в своих суждениях, но они полагают, что можно сделать разумные предположения о важнейших свойствах Мультимира. Их аргументы делятся на семь основных типов, каждый из которых приводит к нерешенным проблемам. Пространство безгранично. Пространство простирается за наш космологический горизонт, и многие другие домены, подобные нашей Вселенной, лежат вне области, доступной нашим наблюдениям. Если такой ограниченный тип Мультимира существует, то мы можем экстраполировать то, что видим, на лежащие за горизонтом домены. По мере удаления наша экстраполяция будет все менее и менее определенной. Легко вообразить себе множество разнообразных доменов, в том числе и таких, в которых могут нарушаться законы физики, - но это будет так далеко, что мы этого никогда не увидим. Проблема подобной экстраполяции состоит в том, что никто не может определить, правы мы или нет. Как ученые смогут решить, верна представленная ими на основе экстраполяции имеющихся наблюдений картина далеких частей Мультимира или нет? Могут ли другие домены-вселенные обладать различными начальными распределениями вещества, или они также могут обладать различными значениями фундаментальных физических постоянных, таких как константы ядерного взаимодействия? В зависимости от наших предположений оказывается возможным получить все что угодно.

      Известные законы физики предсказывают другие домены. В современных теориях объединения физических взаимодействий возникают новые сущности, такие как гипотетические скалярные поля, которые могут заполнять пространство и определять его свойства. Например, поле инфлатона может быть ответственно за инфляцию - экспоненциальное расширение вселенных. В модели хаотической инфляции процесс рождения и расширения вселенных может быть вечным. Модели со скалярными полями имеют хорошее теоретическое обоснование, однако физическая природа таких полей остается неизвестной. Кроме того, физики не могут привести достаточно оснований для доказательства того, что динамика таких полей способна приводить к появлению различных физических законов, действующих в различных вселенных.

      Теория, предсказывающая бесконечное количество вселенных, проходит ключевой наблюдательный тест. Космическое микроволновое фоновое (т.е. реликтовое) излучение характеризует раннюю горячую Вселенную и демонстрирует, как она выглядела в конце инфляционной стадии первичного расширения. Детали этой картины показывают, что наша Вселенная действительно прошла стадию экспоненциального расширения. Но не все теоретически возможные варианты инфляции длятся вечно и порождают бесконечное число дочерних вселенных. Наблюдения не могут выявить единственную модель инфляции среди многих других. Некоторые космологи, например Стейнхард, даже согласны с тем, что вечная инфляция должна привести к другим «отпечаткам» на реликтовом излучении, нежели это наблюдается. Линде и некоторые другие космологи не согласны с такой точкой зрения. Кто же из них прав? Ответ зависит от того, какими мы предполагаем физические свойства поля, вызывающего инфляцию.


           

Шансы, что жизнь Шансы, что вселенная Высокая сохранится сформируется ж) I • Необитаемая вселенн« Низкая Низкая Наблюдаемая Плотность темной энергии,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика


Сторонники идеи Мультимира часто приводят как аргумент плотность темной энергии, доминирующей в нашей Вселенной. Процесс вечной инфляции наделяет каждую вселенную в Мультимире случайной плотностью темной энергии. У немногих вселенных ее значение нулевое или малое, у большинства - высокое (синяя зона). Но слишком плотная темная энергия разрушит сложные структуры, необходимые для поддержания жизни (красная зона). Так что у большинства пригодных для жизни вселенных должна быть средняя плотность (пик в области перекрытия), точь-в-точь как у нашей Вселенной. Но критики идеи Мультимира говорят, что это замкнутый круг: такое рассуждение справедливо, только если вы уверены, что Мультимир существует.


      Фундаментальные константы тонко настроены для существования жизни. Важное замечание относительно нашей Вселенной заключается в том, что все физические постоянные имеют такие значения, которые делают возможным существование сложных структур, включая живые организмы. Стивен Вайнберг (Steven Weinberg), Мартин Рис (Martin Rees), Леонард Сасскинд (Leonard Susskind) и другие полагают, что концепция бесконечно многообразного Мультимира дает превосходное объяснение имеющимся значениям фундаментальных физических констант. Коль скоро мир бесконечен и допускает все что угодно, то рано или поздно случайным образом возникнет мир, приспособленный для нашего существования. Такой аргумент, в частности, применялся для объяснения наблюдаемой плотности темной энергии, которая вызывает современное ускоренное расширение Вселенной. Я согласен с тем, что концепция Мультимира дает нам одно из возможных объяснений значения плотности темной энергии, причем это единственное научно обоснованное предположение о значении этой плотности, которое мы сегодня имеем. Но у нас нет надежды проверить это предположение путем наблюдений. Кроме того, теоретические исследования этого вопроса показывают, что основные уравнения физики остаются неизменными для всех областей Мультимира, что отличия присутствуют только в значениях фундаментальных постоянных. Однако если принимать концепцию Мультимира серьезно, то в этом нет необходимости.

      Фундаментальные константы делают Мультимир предсказуемым. Этот аргумент улучшает предыдущий за счет предположения о том, что наша Вселенная приспособлена к жизни минимальным образом. Сторонники такого подхода оценили вероятности различных значений плотности темной энергии. Чем больше это значение, тем более оно вероятно; но при этом менее вероятно появление жизни. Значение плотности темной энергии, которое мы наблюдаем, балансирует на грани благоприятных для нас значений. Проблема этого аргумента в том, что мы не можем применить вероятностный подход, если не существует Мультимира для применения самой концепции вероятностей. Таким образом, этот аргумент позволяет получить желаемое, заложив его как начальное условие цепочки рассуждений. Этот аргумент неприменим, если существует лишь одна вселенная. Вероятностный подход доказывает согласованность гипотезы Мультимира, но не само его существование.

      Струнная теория предсказывает разнообразие вселенных. Изначально струнная теория была призвана объяснить все на свете, а теперь стала теорией, в которой может реализоваться практически все. В своем текущем состоянии теория струн предсказывает, что многие из основных свойств нашей Вселенной чисто случайны. Если Вселенная единственна в своем роде, то ее свойства необъяснимы. Например, как мы можем понять тот факт, что физика обладает ровно теми свойствами, которые нужны для существования жизни? Если наша Вселенная - одна из многих, то ее свойства обладают смыслом. Эти свойства - единственно возможные в нашей области пространства. Если бы мы жили в других областях, то наблюдали бы другие свойства, если, конечно, они оказались бы совместимы с нашим существованием. Однако теория струн пока не проверяема экспериментальными методами; до сих пор она не полностью сформулирована даже теоретически. Если мы сможем доказать, что теория струн верна, то все ее предсказания станут обоснованными, и таким образом гипотеза Мультимира получит поддержку. Но пока мы не располагаем доказательствами.

      Все, что может случиться, случается. В попытках объяснить, почему в природе реализуются именно такие, а не иные законы природы, некоторое физики и философы полагают, что природа не делает выбора, не отдает предпочтения тем или иным законам: все возможные законы где-нибудь да реализуются. Отчасти эта идея идет от квантовой механики. Как сказал когда-то Мюррей Гелл-Манн (Murray Gell-Mann), «все, что не запрещено, разрешено». В квантовой теории частица перемещается по всем возможным путям, а наблюдатель фиксирует некую усредненную траекторию. Возможно, то же самое верно и для поведения вселенных применительно к Мультимиру. Но астрономы не имеют возможности наблюдать все возможные варианты. Мы не можем даже знать, есть ли эти варианты. Мы можем только представить себе эти предложения как некие непроверяемые принципы или правила, говорящие, что верно, а что нет. Например, что все возможные математические структуры обязаны быть реализованы в некотором физическом домене (так предлагает М. Тегмарк). Однако мы не знаем, какой тип существования влекут за собой эти принципы, которые должны включать и наш мир. Кроме того, у нас нет способа проверить, есть ли такие принципы организации. Приложение их к реальному миру выглядит чистой спекуляцией.


Отсутствие доказательств


да >ч. V?; •À& ><•*.,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика


Карта (панорама) анизотропии реликтового излучения (горизонтальная полоса — засветка от галактики Млечный Путь). Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области.


Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика


Восстановленная карта (панорама) анизотропии реликтового излучения с исключённым изображением Галактики, изображением радиоисточников и изображением дипольной анизотропии. Красные цвета означают более горячие области, а синие цвета — более холодные области.


      Несмотря на слабость теоретических аргументов, космологи предложили несколько эмпирических тестов для проверки существования параллельных вселенных. Реликтовое излучение может содержать следы других вселенных, если наша Вселенная когда-либо сталкивалась с ними согласно сценарию хаотической инфляции. Это излучение может содержать и следы вселенных, которые были до Большого взрыва в рамках сценария бесконечного цикла вселенных. Так что есть способы обнаружить реальные доказательства существования других миров. Некоторые космологи утверждают, что они уже видят искомые знаки. Но наблюдения и их интерпретация очень спорны; к тому же многие гипотетически возможные типы мультимиров не способны проявлять себя таким образом. Иными словами, наблюдатели могут проверить только узкий класс моделей. Еще один наблюдательный тест – поиск изменений одной или нескольких фундаментальных констант, чтобы подтвердить, что законы физики не так уж неизменны. Некоторые астрономы утверждают, что уже нашли такие изменения. Но большинство считают эти доказательства сомнительными. Третий тест – измерение формы наблюдаемой Вселенной: она сферическая (положительная кривизна), гиперболическая (отрицательная кривизна) или «плоская»? Модели Мультимира обычно предсказывают, что Вселенная не сферическая, поскольку сфера замкнута на себя, а значит, имеет конечный объем. К сожалению, это ненадежный тест: Вселенная за пределами нашего горизонта может иметь иную форму, чем у наблюдаемой ее части. Более того, не все теории Мультимира исключают сферическую геометрию. Эффективный тест – топология Вселенной: искривлена ли она как пончик или крендель? Если да, то ее размер конечен, что, несомненно, опровергает большинство версий инфляции, в частности сценарии Мультимира, основанные на хаотической инфляции. Такая форма проявится в повторяющихся узорах на небе, таких как гигантские круги в распределении реликтового излучения. Наблюдатели искали, но не нашли такие узоры. Впрочем, этот отрицательный результат нельзя рассматривать как аргумент в пользу Мультимира. Наконец, физики могут надеяться доказать или опровергнуть некоторые теории, предсказывающие Мультимир. Они могли бы найти наблюдательные доказательства против хаотической версии инфляции или обнаружить математические либо эмпирические нестыковки, которые заставят их отказаться от ландшафта теории струн. Это подорвало бы их энтузиазм в отношении идеи Мультимира, хотя и не исключило бы эту идею окончательно.


Слишком много неопределенности


      В целом идея Мультимира не выглядит продуктивной. Главная причина – чрезвычайная гибкость предположений: это скорее концепция, нежели четкая теория. Большинство ее положений – больше смесь различных идей, чем нечто цельное. Основной механизм вечной инфляции сам по себе не приводит к тому, что в разных доменах Мультимира возникает разная физика; для этого к нему нужно добавить другую спекулятивную теорию. Хотя их можно было бы объединить, в этом нет острой необходимости.

Ключевой шаг в оправдании Мультимира – это экстраполяция от известного к неизвестному, от проверяемого к непроверяемому. Вы получите разные ответы в зависимости от того, что выберете для экстраполяции. Поскольку теории, использующие Мультимир, могут объяснить почти все что угодно, любое наблюдение можно согласовать с каким-либо вариантом Мультимира. Фактически эти «доказательства» толкают нас к тому, чтобы принять теоретическое объяснение и не настаивать на проверке путем наблюдений. Но до сих пор именно такая проверка была важнейшим требованием научного метода, и мы сильно рискуем, отказываясь от нее. Если мы ослабим требование к надежности данных, то лишимся основы успеха науки в течение последних столетий.

      Разумеется, единое объяснение некоторого круга явлений предпочтительнее, чем набор отдельных толкований для того же массива явлений. Если объединяющее объяснение предполагает наличие ненаблюдаемых сущностей, таких как параллельные миры, мы могли бы с этим смириться. Но ключевой вопрос здесь в том, сколько этих ненаблюдаемых сущностей требуется. А именно, предполагаем ли мы количество этих сущностей больше или меньше числа явлений, которые хотим объяснить? В случае Мультимира мы постулируем существование огромного быть может, даже бесконечного - числа ненаблюдаемых сущностей, чтобы объяснить лишь одну реальную Вселенную. Вряд ли это согласуется с советом английского философа XIV в. Уильяма Оккама не умножать сущностей сверх необходимого.

      Защитники идеи Мультимира приводят последний аргумент: для нее нет достойной альтернативы. Хоть ученым и неприятна мысль о параллельных мирах, но если это наилучшее объяснение, то мы вынуждены его принять. И наоборот, если мы хотим отказаться от Мультимира, то должны предложить идею получше. Оценка альтернатив зависит от того, объяснение какого типа мы готовы принять. У физиков всегда была надежда, что законы природы неизбежны, что все происходит так, потому что не может происходить иначе. Но мы не смогли это доказать. Другие варианты тоже возможны. Вселенная может быть чистой случайностью, которая реализовалась именно таким образом. Или же в основе всего сущего лежит некая цель, замысел? Наука не может определить, где здесь истина, поскольку это уже область метафизики.

      Ученые предложили Мультимир как способ решения глубоких вопросов о природе бытия, но это предложение оставило важнейшие проблемы нерешенными. Все те же вопросы, которые возникают в отношении Вселенной, вновь встают и в отношении Мультимира. Если он существует, то возник ли он по необходимости, случайно или в результате замысла? Это вопрос метафизический, и никакая физическая теория не ответит на него ни в отношении Вселенной, ни в отношении Мультимира.

      Чтобы двигаться вперед, мы должны помнить, что в науке практика - критерий истины. Нам нужна некая причинная связь между теми сущностями, которые мы рассматриваем, иначе все размывается. Эта связь может быть косвенной. Если нечто ненаблюдаемо, но абсолютно необходимо для свойств других сущностей, которые надежно проверены, то и само оно может считаться проверенным. Но в этом случае обязательно нужна цепь надежных доказательств. Защитникам идеи Мультимира я бросаю вызов: сможете ли вы доказать, что ненаблюдаемые параллельные вселенные жизненно необходимы для объяснения того мира, который мы видим?

      Будучи скептиком, я считаю, что размышление о Мультимире - это прекрасная возможность задуматься о природе науки и о природе нашего бытия: почему мы здесь. Это наводит на новые интересные мысли и служит плодотворной исследовательской программой. Размышлять об этой концепции мы должны непредвзято, но и не слишком увлекаясь. Здесь важно не сбиться с пути. Параллельные вселенные могут быть или не быть; проверить это невозможно. Нам придется жить с этой неопределенностью. Нет ничего плохого в научно обоснованной философской концепции, какова и есть идея о Мультимире. Однако мы должны называть вещи своими именами.


                                                                                                                                                                         Перевод: В.Г. Сурдин


Об авторе


Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,Интересный космос,Мультивселенная,мультимир,наука,Теория,физика

Джордж Эллис (George F. R. Ellis) - космолог и почетный профессор математики Кейптаунского университета (ЮАР), один из крупнейших в мире специалистов по общей теории относительности Эйнштейна и соавтор, вместе со Стивеном Хокингом, новаторской книги «Крупномасштабная структура пространства-времени» (М.: Мир, 1977).



Развернуть

разное The Brights физика наука ...Всё самое интересное 

Поиски суперсимметрии на коллайдере принесли новую интригу

Две коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, сообщают, что в одном из многочисленных поисков суперсимметрии обнаружилось небольшое превышение над предсказаниями Стандартной модели. Оба коллектива видят отклонение в схожих, но всё же не идентичных, процессах. 

Статистическая значимость превышения невелика, около 3 стандартных отклонений, но это превышение дает новую надежду на то, что физика за пределами Стандартной модели уже не за горами.

Физика элементарных частиц сегодня: краткий набросок

  Современная физика элементарных частиц находится последние годы в достаточно некомфортной ситуации. С одной стороны, в ее распоряжении есть теория — так называемая Стандартная модель, — которая замечательно согласуется с экспериментами. Она была построена в 60-70-е годы, привела к множеству предсказаний, которые великолепно подтвердились в последующие десятилетия. Последним в этой серии достижений стало открытие бозона Хиггса в 2012 году и последовавшее за ним присуждение Нобелевской премии по физике авторам хиггсовского механизма. Все эти годы Стандартная модель выдерживала тысячи экспериментальных проверок. Всевозможные тонкие и замысловатые эффекты, которые она предсказывала и которые удавалось сосчитать теоретически, неизменно подтверждались.

  С другой же стороны, физикам давно достоверно известно, что Стандартная модель не может быть окончательной теорией устройства микромира. Стандартная модель не способна объяснить наличие темной материи и доминирование вещества над антивеществом в нашей Вселенной. Она никак не объясняет разнообразные закономерности, которые обнаружены в свойствах кварков и особенно нейтрино. Наконец, многие численные величины в ней выглядят противоестественными, и сама Стандартная модель никакого объяснения им не дает. Физики уверены, что Стандартная модель — это лишь осколок какой-то другой, всеобъемлющей и более фундаментальной, теории устройства нашего мира, которую ученые условно называют физика за пределами Стандартной модели или «Новая физика». Что это за теория — пока неизвестно, но именно с ней связываются большие надежды на поиск ответов на неудобные для Стандартной модели вопросы.

  Чтобы не создавалось неправильного впечатления, надо обязательно оговориться, что проблема — не в том, чтобы придумать хоть какую-то теорию. Таких теорий придуманы, наверное, сотни. Проблема в том, чтобы теория давала новые, нестандартные предсказания и чтобы эти предсказания подтверждались на опыте. А вот с этим пока сложности: ни один прямой эксперимент с элементарными частицами не обнаружил никакого достоверного отклонения от Стандартной модели. Так что Большой адронный коллайдер (он же LHC) — это не просто установка, которая сталкивает частицы и что-то там измеряет. Это тот инструмент, который должен помочь нам дотянуться до Новой физики, до нового пласта реальности, лежащего под Стандартной моделью. Первый маленький шаг в этом направлении сделан: открыт хиггсовский бозон и началось его изучение. Но это был подготовительный шаг, а настоящая задача коллайдера — достоверное обнаружение хоть какого-то отклонения от Стандартной модели — пока не решена.

Как ищут проявления суперсимметрии

  Поскольку теорий Новой физики много и предсказывают они разные явления, исследователи выполняют сотни различных анализов накопленных на LHC данных и ищут в них эти эффекты. Среди всех моделей особняком стоят теории, опирающиеся на суперсимметрию. Это слово обозначает глубокую, математически самосогласованную идею о том, что наш мир обладает симметрией нового типа, которая связывает между собой, говоря совсем условно, частицы материи и действующие между ними силы.

  Идея суперсимметрии проверяема в эксперименте, по крайней мере в принципе. Суперсимметричные теории предсказывают множество новых частиц, суперпартнеров обычных частиц. У кварков, глюонов, лептонов, гравитонов и всех других частиц есть суперпартнеры: скварки, глюино, слептоны, гравитино и т.д. — 

Top quark Standard - model particles Hypothetical SUSY particles Stop squark,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,физика,наука

Проблема только в том, что эти новые частицы — тяжелые, и никто не может заранее сказать, насколько. Когда строился Большой адронный коллайдер, среди физиков царило воодушевление. Многие из них считали, что массы суперчастиц находятся в районе 1 ТэВ или даже меньше, и такие частицы начнут массово рождаться на LHC. Увы, первый сеанс работы коллайдера охладил этот пыл: многочисленные поиски прямых или косвенных проявлений суперсимметрии по-прежнему дают отрицательные результаты.

Сейчас, после двух недавних любопытных публикацией CMS и ATLAS, ситуация, возможно, начнет меняться. Но прежде чем рассказывать о них самих, стоит кратко обрисовать, как вообще ищут проявления суперсимметрии на коллайдере.

Сложность тут в том, что у суперсимметрии нет какого-то одного конкретного, железобетонного предсказания, проверяемого прямо сейчас. Имеется большое количество вариантов суперсимметричных теорий, а в них есть неизвестные численные параметры. В результате предсказания для коллайдера могут получиться самые разнообразные — и физики стараются, по возможности, охватить их все. Среди них выделяется главное направление поисков —

столкновение протонов Ж глюино / > ¿о скварк Л/ \> нейтралино кварки -> адроны,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,физика,наука
рис.3

Считается, что вначале в столкновении протонов рождаются сильновзаимодействующие суперчастицы — скварки или глюино. Они тяжелые и распадаются на другие, те — распадаются дальше, и т.д. Так идет до тех пор, пока не появится легчайшая суперсимметричная частица (в зависимости от варианта теории, это может быть нейтралино, гравитино или другие суперчастицы). Главное, что она уже ни на что не распадается, а просто улетает прочь, не будучи даже пойманной детектором. Эта частица уносит большой поперечный импульс, который — в силу неуловимости частицы — не отслеживается детектором. Детектор регистрирует все обычные частицы, измеряет их импульсы и видит, что они не складываются в нуль, то есть заметная часть импульса «теряется». Такой дисбаланс в поперечном импульсе указывает на то, что в столкновении родилась какая-то неуловимая частица высокой энергии.

  Конечно, одного лишь дисбаланса поперечного импульса мало для открытия Новой физики. В Стандартной модели тоже есть частицы, не регистрируемые детектором, — нейтрино, — и они запросто могут породить похожую картину столкновений. Вдобавок, детекторы неидеальны, и иногда они ошибаются при измерении энергий и импульсов (особенно когда приходится мерять адронные струи, целые потоки адронов) или даже могут неправильно идентифицировать пролетевшую частицу. Поэтому в реальности физикам приходится тщательно сравнивать полученные данные с предсказаниями Стандартной модели и пытаться найти не просто какую-то статистику событий, а их превышение над фоном Стандартной модели. Так что каждый поиск, каждый анализ — это кропотливая работа десятков и сотен исследователей в течение месяцев или даже лет.

Новые результаты CMS и ATLAS

  После обстоятельного вступления перейдем наконец к новым результатам с коллайдера. Сейчас, в преддверии нового запуска LHC, экспериментальные группы «подчищают хвосты» — доделывают трудоемкие анализы на основе данных, набранных во время первых трех лет работы коллайдера. Регулярно появляются и статьи о тех или иных поисках суперсимметрии, но все они пока приводят к отрицательным результатам. Однако за последний месяц обе крупнейшие коллаборации, работающие на LHC, сообщили о наблюдении любопытных отклонений в похожих — но не идентичных! — конфигурациях частиц. Статья коллаборации CMS появилась в конце февраля, а работа ATLAS — в середине марта, буквально на днях [1, 2].

  В обеих работах физики изучали события следующего типа: наблюдаются как минимум две адронные струи, лептонная пара (электрон-позитрон или мюон-антимюон) и потерянный поперечный импульс. На рис. 3 показаны два примера процессов с рождением и распадом суперсимметричных частиц, которые могли бы порождать такие события. Конечно, существуют и обычные (фоновые) процессы, которые дают такой же сигнал. Например, в столкновении протонов может просто родиться Z-бозон, который распадется на лептонную пару, а уж адроны всегда рождаются в избытке. Если детектор неправильно сосчитает энергию адронных струй, вполне может появиться дисбаланс поперечного импульса. Однако в этом случае дисбаланс будет небольшим, порядка десятков ГэВ. Чтобы избавиться от него, физики отобрали только такие события, в которых дисбаланс составлял как минимум сотню ГэВ (в случае ATLAS — 225 ГэВ). Есть и другие источники фона, но все их физики аккуратно учли.

  Два типа сигналов, показанные на рисунке — 

частицы Стандартной модели кварки —> адронные струи ч ч лептоны стабильные легчайшие нейтралино глюино неитралино слептоны Р Р частицы-суперпартнеры частицы Стандартной модели кварки —> адронные струи У Ч г-бозон —> лептоны г 6 гравитино С z ч ч глюино неитралино

Отличаются поведением лептонной пары. На верхней картинке показано нерезонансное рождение лептонов, в котором они излучаются независимо друг от друга. В этом случае энергии двух лептонов не связаны друг с другом, а значит, инвариантная масса этой пары (mll) может быть самой разной, и большой, и маленькой. На нее имеется лишь ограничение сверху, поскольку эти лептоны получаются из распадов тяжелых частиц. С точки зрения эксперимента, характерный сигнал таких событий выглядит так: имеется широкое распределение по mll, которое вдруг обрывается выше некоторого значения. Именно этот «обрыв распределения» и искали физики.

  На нижней картинке на рисунке — 

частицы Стандартной модели кварки —> адронные струи ч ч лептоны стабильные легчайшие нейтралино глюино неитралино слептоны Р Р частицы-суперпартнеры частицы Стандартной модели кварки —> адронные струи У Ч г-бозон —> лептоны г 6 гравитино С z ч ч глюино неитралино

 — показан другой вариант — резонансное рождение лептонной пары. Здесь лептоны рождаются не сами по себе, а получаются в результате распада Z-бозона. Поэтому их энергии скоррелированы, а инвариантная масса пары близка к массе Z-бозона (91 ГэВ). Поэтому в поисках такого типа событий можно сфокусироваться на области от 81 до 101 ГэВ, а участок распределения вне ее, наоборот, использовать для оценки фона.

  Два коллектива — CMS и ATLAS — выполнили оба типа поисков, правда со слегка отличающимися критериями отбора. Но вот результаты у них получились разными. CMS сообщает, что в случае нерезонансного рождения на рисунке вверху — 

частицы Стандартной модели кварки —> адронные струи ч ч лептоны стабильные легчайшие нейтралино глюино неитралино слептоны Р Р частицы-суперпартнеры частицы Стандартной модели кварки —> адронные струи У Ч г-бозон —> лептоны г 6 гравитино С z ч ч глюино неитралино

 — в области mll от 20 до 70 ГэВ наблюдается некоторое превышение числа событий над фоном, с обрывом распределения при значении около 71 ГэВ. Статистическая значимость отклонения оценена в 2,4σ. Эффект, конечно, не слишком впечатляющий, но тем не менее заслуживает интереса, тем более что это был один из первых поисков суперсимметрии методом обрыва распределения. В случае резонансного рождения коллаборация CMS не видит никаких отклонений.

Результаты ATLAS получились прямо противоположными. Нерезонансный поиск ничего существенного не выявил, зато в резонансном рождении было найдено любопытное отклонение. На рисунке — 

Events / 2.5 GeV 14 12 10 8 6 n I I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | r —Data Standard Modal /£ = 8 TeV. 20.3 fb'1 I I Flavour Symmetric I I Other Backgrounds m(g)ji=(700.200)GeV_! m(g)n=(900.600)GeV ATLAS - SR-Z ee > <D CD in c\j c o >

 — показано распределение по инвариантной массе электронной или мюонной пары. Бросается в глаза то, насколько малый тут фон и насколько сильным оказался сигнал. В случае CMS всё выглядело иначе: был большой фон, и на нем физики разглядели небольшое превышение. Тут же в электрон-позитронном канале ожидалось примерно 4±2 события, а обнаружено — аж 16! В мюонном случае превышение заметно слабее, но тоже кое-что наблюдается. Невооруженному взгляду может показаться, что левый график на рисунке — 

Events / 2.5 GeV 14 12 10 8 6 n I I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | r —Data Standard Modal /£ = 8 TeV. 20.3 fb'1 I I Flavour Symmetric I I Other Backgrounds m(g)ji=(700.200)GeV_! m(g)n=(900.600)GeV ATLAS - SR-Z ee > <D CD in c\j c o >

 — прямо-таки кричит: открытие! Однако аккуратный анализ более сдержан: статистическая значимость отклонения в электронном канале (а также в объединенном лептонном) составляет 3σ.

Конечно, сейчас пока рано утверждать, что в коллайдере действительно было открыто явление, достоверно выходящее за рамки Стандартной модели. Отклонения порядка 3σ считаются указанием на существование, но никак не открытием. Такое отклонение вполне может оказаться статистической флуктуацией или неучтенной погрешностью детектора. В физике частиц встречались примеры, когда по прошествии некоторого времени рассасывались сигналы и с большей статистической значимостью. Настораживает также и то, что два детектора получили несогласующиеся результаты. Конечно, методики у них немножко разные, и никто не обещает, что отклонения в одном эксперименте обязательно подтвердятся в другом. Тем не менее после этого первого «захода» оба детектора наверняка будут уделять повышенное внимание этому процессу. Ну и, разумеется, у физиков появляется дополнительный повод с нетерпением ожидать результаты нового сеанса работы коллайдера LHC Run II, который за три года должен увеличить статистику почти на порядок.

Игорь Иванов

1. Search for physics beyond the standard model in events with two leptons, jets, and missing transverse momentum in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV. ArXiv:1502.06031 — http://arxiv.org/abs/1502.06031
2. Search for supersymmetry in events containing a same-flavour opposite-sign dilepton pair, jets, and large missing transverse momentum in s√=8 TeV pp collisions with the ATLAS detector. ArXiv:1503.03290 — http://arxiv.org/abs/1503.03290

Источник — http://elementy.ru/news/432428

Развернуть
В этом разделе мы собираем самые смешные приколы (комиксы и картинки) по теме физика (+869 картинок, рейтинг 6,517.8 - физика)