adsby.ru → дітям

Квантова фізика новітнє. Фізики встановили рекорд за порушення реальності. Квантова телепортація "Земля-супутник"

Кінець року - саме час підбивати підсумки і міркувати про майбутні напрямки розвитку. Ми пропонуємо вам окинути швидким поглядом, що приніс 2017 рік у фізиці елементарних частинок, які результати були на слуху і які намічаються тенденції. Ця добірка, безумовно, буде суб'єктивною, але вона освітить сучасний стан фундаментальної фізики мікросвіту з одного широко популярного кута зору - через пошук Нової фізики.

справи коллайдерние

Головним джерелом новин зі світу елементарних частинок і раніше залишається Великий адронний коллайдер. Власне, він і був створений для того, щоб розширювати наше знання про фундаментальні властивості мікросвіту і вгризатися в незвідане. Зараз на колайдері триває багаторічний сеанс роботи Run 2. Схвалена Церном розклад роботи колайдера простягається до середини 2030 х років, і прямих конкурентів у нього не буде як мінімум ще десятиліття. Його наукова програма включає в себе завдання з самих різних областей фізики частинок, так що, навіть якщо затримуються результати в якомусь одному напрямку, це компенсується новинами з інших.

Тут залишається широкий простір для гучних відкриттів. Справа в тому, що всі ці дані LHCb були отримані на основі статистики Run 1, набраної в 2010-2012 роках. Ретельний аналіз даних і порівняння з моделюванням займає дуже багато часу, і обробка даних 2016, а тим більше - 2017 року ще не завершена. На відміну від ATLAS і CMS, статистика LHCb не демонструє такий величезний стрибок при переході від Run 1 до Run 2, але все одно фізики очікують суттєве оновлення ситуації з загадками B-мезонів. А адже попереду ще Run 3, а потім - LHC на підвищеної світності, і хто знає, що ще принесе найближче десятиліття.

До того ж, в наступному році стане до ладу модернізована B-фабрика SuperKEKB з детектором Belle II. Уже в найближчі роки вона стане повноправним мисливцем за відхиленнями, а до 2024 року накопичить абсолютно позамежну світність 50 ab -1 (тобто 50 000 fb -1), див. Рис. 5. В результаті, якщо, скажімо, порушення лептонний універсальності, виявлене в розпаді B-мезонів на D-мезони і лептони, реально, то детектор Belle II зможе його підтвердити на рівні статистичної значущості аж 14σ (зараз воно досягає лише 4σ).

Рідкісні розпади B-мезонів - це гаряча тема і для теоретиків. Гучні заяви про те, що експеримент суттєво розходиться з прогнозами Стандартної моделлю, можливі, тільки якщо ми ці самі передбачення надійно обчислені. Але їх неможливо просто взяти і розрахувати. Все впирається у внутрішню динаміку адронів, головний біль теоретиків, яку доводиться оцінювати на основі припущень. В результаті кілька теоретичних груп дають істотно розрізняються оцінки того, наскільки серйозним є розбіжність між експериментом і Стандартною моделлю: хтось заявляє, що більше 5σ, інші - що не перевищує 3σ. Це стан невизначеності, на жаль, характерно для нинішніх інтерпретацій аномалій в B-мезона.

низькі енергії

Втім, крім пошуку натяків на Нову фізику при високих енергіях, у фізиці частинок є чимало й інших завдань. Нехай вони рідше потрапляють в заголовки ЗМІ, але для самих фізиків вони теж дуже важливі.

Одне активний напрямок досліджень стосується адронной спектроскопії і, особливо, многокваркових адронів. Ряд відкриттів було зроблено на LHC в минулі роки (найпомітніше - це виявлення пентакварка з прихованим зачаруванням), але та 2017 років рік приніс кілька нових частинок. Ми розповідали про одразу п'ять нових частинок з сімейства Ω c -баріонов, відкритих єдиним махом, і про перший двічі зачарований баріон. Непрямої демонстрацією того, наскільки ця тема захопила фізиків, може служити в Natureпро енерговиділення в адронних злиття; публікація в цьому журналі, та ще й теоретичної статті - абсолютно екстраординарна ситуація для фізики частинок.

Щоб розібратися з ним, в Фермилабе в цьому році запускається новий експеримент Muon g-2 по вимірюванню нещасливого магнітного моменту мюона з точністю, в кілька разів перевищує результат 2001 року (див. Недавня доповідь колаборації). Перші серйозні результати слід очікувати вже в 2018 році, остаточні - після 2019 року. Якщо відхилення залишиться на колишньому рівні, це стане серйозною заявкою на сенсацію. А тим часом, в очікуванні вердикту з Фермилабе, уточнюються і теоретичні розрахунки. Тут проблема в тому, що адронний внесок в аномальний магнітний момент мюона можна обчислити «на кінчику пера». Цей розрахунок теж неминуче спирається на експерименти, але зовсім іншого роду - наприклад, на народження адронів в низькоенергетичних електрон-позитронного зіткненнях. І тут буквально два тижні тому з'явилося новий вимір від детектора CLEO-c в прискорювачі CESR в Корнельському університеті. Воно уточнює теоретичний розрахунок і, як з'ясувалося, посилюєрозбіжність: теорія та експеримент 2001 року відрізняються тепер на все 4σ. Що ж, тим цікавіше буде дізнатися результати експерименту Muon g-2.

Проблеми у фізиці частинок бувають і чисто інструментальні, скажімо, коли різні виміри однієї і тієї ж величини сильно розходяться один з одним. Ми не будемо загострювати увагу на вимірах гравітаційної константи, - ця кричуще незадовільна ситуація виходить за межі фізики частинок. А ось проблему з часом життя нейтрона - вона у всіх подробицях описана в нашій новині 2013 року - згадати варто. Якщо до середини 2000-х все виміру часу життя нейтрона давали приблизно однакові результати, то новий експеримент 2005 року, виконаний групою А. П. Сереброва, різко контрастував з ними. Постановка експериментів принципово відрізнялася: в одному вимірювалася радіоактивність пролітає пучка нейтронів, а в іншому - виживаність ультрахолодних нейтронів в гравітаційної пастці. Джерела систематичних похибок в цих двох типах експериментів абсолютно різні, і кожна група критикувала «конкурента», наголошуючи на те, що вона-то свої похибки врахувала належним чином. І ось, схоже, науковий спір наближається до свого вирішення. Цього року з'явилося два нових виміру (перше, друге), проведені по различающимся методикам. Обидва вони дають близькі значення і підтримують результат 2005 року (рис. 7). Остаточну крапку зможе поставити новий японський пучковий експеримент, описаний в нещодавній доповіді.

По всій видимості, близька до вирішення і інша загадка, мучиться фізиків сім років - проблема радіуса протона. Ця фундаментальна характеристика ключового цеглинки матерії була, звичайно, виміряна в численних експериментах, і всі вони також давали приблизно однакові результати. Однак в 2010 році, вивчаючи спектроскопію не звичайного, а мюонного водню, колаборація CREMA виявила, що, за цими даними, радіус протона на 4% менше загальноприйнятого значення. Розбіжність було дуже серйозним - на 7σ. До того ж, в минулому році проблема ускладнилася аналогічними вимірами з мюонним дейтерієм. Загалом, стало абсолютно незрозуміло, в чому взагалі підступ: в розрахунках, в експериментах (і тоді - в яких), в обробці даних, або ж в самій природі (так-так, деякі теоретики і тут намагалися побачити прояви Нової фізики). Детальний популярне опис цієї проблеми див. В великих матеріалах Спектроскопія мюонного дейтерію загострила проблему з радіусом протона і Щілина в обладунках; короткий огляд поточної ситуації за станом на серпень цього року наведено в публікації The proton radius puzzle.

І ось в жовтні цього року в журналі Scienceвийшла з результатами нових експериментів, в яких радіус протона був переміряти в звичайному водні. І - сюрприз: новий результат сильно розходився в попередніми, усіма поважними водневими даними, зате узгоджувався з новими мюонів (рис. 8). Схоже, що причина розбіжності ховалася в тонкощах вимірювання частот атомних переходів, а не у властивостях самого протона. Якщо інші групи підтвердять це вимір, то проблему з радіусом протона можна буде вважати закритою.

А ось інша низькоенергетичному загадка - аномалія в ядерних переходах метастабильного берилію-8 - так поки і не отримала пояснення (рис. 9). Виникла з нізвідки два роки тому, вона привернула увагу багатьох теоретиків, які шукають прояви Нової фізики, оскільки вона нагадувала процес народження і розпаду нової легкої частинки з масою 17 МеВ. На цю тему вийшло вже кілька десятків статей, але ніякого загальноприйнятого пояснення поки не знайдено (див. Огляд ситуації за станом на липень цього року в нещодавній доповіді). Зараз перевірка цієї аномалії включається у вигляді окремого пункту наукової програми в майбутні експерименти з пошуку нових легких частинок, і нам залишається тільки чекати їх результатів.

Сигнали з космосу

Елементарні частинки можна шукати і вивчати не тільки на коллайдерах, але і в космосі. Найпряміший спосіб - це ловити частки космічних променів і по їх спектру, складу, і кутовому розподілу з'ясовувати, звідки ці частинки взялися. Звичайно, переважна більшість космічних прибульців були розігнані до високих енергій різними астрофізичними об'єктами. Але може статися, що деякі з них виникли в результаті анігіляції або розпаду частинок темної матерії. Якщо такий зв'язок підтвердиться, це стане довгоочікуваним зазначенням на конкретні частинки темної матерії, такі необхідні для космології, але такі невловимі в прямих експериментах.

За останнє десятиліття було виявлено кілька несподіваних особливостей в спектрах космічних частинок різного сорту; дві найцікавіші стосуються частки космічних позитронів і антипротонів великої енергії. Однак в обох випадках є і чисто астрофізичні варіанти пояснення, звідки в космічних променях стільки антиматерії.

І ось зовсім недавно нову сенсацію підкинули фізикам перші результати супутникової обсерваторії DAMPE: в її спектрі космічних електронів «намалювався» високий вузький сплеск при енергії 1,4 тераелектронвольт (див. Докладний опис в новині, «Елементи», 13.12.2017). Звичайно ж, багато хто сприйняв його як прямий сигнал від анігіляції або розпаду частинок темної матерії (рис. 10) - в перші ж дні після оприлюднення результатів DAMPE вийшло понад десятка статей на цю тему (див. Матеріал Злами і сплески далекого космосу). Зараз потік ослаб; ясно, що наступний крок - за новими даними спостережень, і вони, на щастя, надійдуть через рік-два.

А ось інший недавній результат відноситься зовсім до інших масштабами, космологічним, і до інших частинок - нейтрино. У що з'явилася в листопаді статті arXiv: 1711.05210 повідомляється про те, що, на основі просторового розподілу скупчень галактик, вперше вдалося виміряти суму мас всіх типів нейтрино: 0,11 ± 0,03 еВ. Нейтрино - це найзагадковіші з відомих фундаментальних частинок. Вони обескураживающе легкі, настільки легкі, що більшість фізиків впевнене, що за їх масу відповідає не хіггсовський механізм, а якась Нова фізика. Крім того, вони осцилюють, спонтанно перетворюються один в одного на льоту - і за доказ цього факту було присуджено Нобелівську премію з фізики за 2015 рік. Завдяки осциляціям ми знаємо, що у трьох сортів нейтрино маси різні, але ми не знаємо їх загальногомасштабу. Якби ми мали це одне-єдине число, сума мас усіх нейтрино, ми б змогли різко обмежити фантазії теоретиків щодо того, звідки взагалі у нейтрино беруться маси.

Загальний масштаб мас нейтрино можна, в принципі, вимірювати і в лабораторії (експерименти ведуться, але поки дають лише обмеження зверху), а можна отримувати з космічних спостережень. Справа в тому, що нейтрино в космосі завжди було дуже багато, і в ранньому Всесвіті вони впливали на формування великомасштабної структури - зародків майбутніх галактик і їх скупчень (рис. 11). Залежно від того, яка їхня маса, це вплив різниться. Тому вивчивши статистичний розподіл галактик і їх скупчень, можна витягти і сумарну масу всіх типів нейтрино.

Звичайно, такі спроби робилися і раніше, але всі вони давали лише обмеження зверху. Саме консервативне з них - це результат колаборації Planck 2013 року: сума мас менше 0,25 еВ. Окремі групи дослідників потім об'єднували дані Planck з іншими і отримували більш сильні, але і більш модельно-залежні обмеження зверху, аж до 0,14 еВ. Але це як і раніше залишалися саме обмеження! А нова стаття, проаналізувавши опублікований нещодавно каталог скупчень галактик, вперше змогла побачити ефект від ненульовий маси і витягти число 0,11 ± 0,03 еВ. Ця робота триває і далі, так що можна очікувати, що в найближчі роки ситуація повністю визначиться. А поки що зауважимо, що астрофізичної співтовариство до цієї роботи поставилося досить насторожено: мабуть, настільки опосередковане статистичне вимір вимагає ретельно повторного огляду.

І трохи про теорію

Теоретична фізика частинок в 2017 році, в цілому, продовжила тенденцію минулих років. Є окремі чітко окреслені напрямки роботи, - і всередині них теоретики планомірно вирішують свої досить технічні завдання. А є дуже широке ком'юніті фізиків-феноменологов, які різними методами намагаються намацати Нову фізику. У цьому строкатому колективі навіть і близько немає натяку на скоординований рух в одному напрямку. Швидше, за відсутності чітких експериментальних вказівок, тут спостерігається броунівський рух частинок-теоретиків в багатовимірному і заплутаному просторі математичних можливостей. Хоч яка користь від цього є: співтовариство перевіряє всі можливі варіанти гіпотетичного будови нашого світу, або відкидаючи їх через незгоду з експериментом, або, навпаки, розробляючи вглиб. Але самі теоретики визнають, що переважна більшість конкретних моделей, які вони зараз пропонують і вивчають, буде рано чи пізно викинуто за непотрібністю на смітник історії.

З усього безмежного моря розробок виділимо, мабуть, тільки одну тенденцію, яка стала посилюватися в останні рік-два. Фізики поступово перестають чіплятися за ті ідеї, які їм здавалися природними - будь то естетичні міркування або природність в обчислювальному сенсі, см. З цього приводу недавня доповідь, в явних виражених підкреслює цю думку. До чого це врешті-решт призведе - передбачити зараз, з 2017 року, неможливо. Може бути, теоретики виявлять-таки елегантну теорію, передбачення якої будуть підтверджуватися. А може бути, спочатку прийдуть довгоочікувані експериментальні результати, що вказують на фізику за межами Стандартної моделі, і теоретики методом проб і помилок підберуть до них ключі. Може, звичайно, опинитися і так, що нічого суттєво нового так і не виявиться в найближчі десятиліття - і тоді доведеться переглядати весь підхід до подальшого вивчення мікросвіту. Одним словом, ми зараз на роздоріжжі і в стані невизначеності. Але бачити в цьому слід не приводи для смутку, а ознака того, що нас чекають зміни.

Грудень - час підбивати підсумки. Редакція проекту "Весті.Наука" (nauka.сайт) відібрала для вас десять найцікавіших новин, якими нас в році, що минає порадували фізики.

Новий стан речовини

Технологія змушує молекули самостійно збиратися в потрібні структури.

Стан речовини під назвою екситонами було теоретично передбачене майже півстоліття тому, але отримати його в експерименті вдалося тільки зараз.

Такий стан пов'язано з утворенням конденсату Бозе з квазичастиц екситонів, що представляють собою пару з електрона і дірки. Ми, що означають всі ці мудровані слова.

Комп'ютер на поляритонах

Новий комп'ютер використовує квазічастинки поляритони.

Ця новина прийшла з Сколково. Вчені Сколтеха реалізували принципово нову схему роботи комп'ютера. Її можна порівняти з наступним методом пошуку нижньої точки поверхні: не займатися громіздкими обчисленнями, а перекинути над нею склянку з водою. Тільки замість поверхні було поле потрібної конфігурації, а замість води - квазічастинки поляритони. Наш матеріал в цій квантової премудрості.

Квантова телепортація "Земля-супутник"

Квантовий стан фотона вперше "переслали" з Землі на супутник.

І тут в черговий раз на допомогу фізикам прийшов Великий адронний коллайдер. "Весті.Наука", чого вдалося домогтися дослідникам і при чому тут атоми свинцю.

Взаємодія фотонів при кімнатній температурі

Явище вперше спостерігалося при кімнатній температурі.

У фотонів багато різних способів взаємодіяти один з одним, і займається ними наука під назвою нелінійна оптика. І якщо розсіювання світла на світлі вдалося спостерігати лише недавно, то ефект Керра давно знаком експериментаторам.

Однак у 2017 році його вперше вдалося відтворити для окремих фотонів при кімнатній температурі. Ми про це цікаве явище, яке теж в якомусь сенсі можна назвати "зіткненням частинок світла", і про технологічні перспективи, які в зв'язку з ним відкриваються.

кристал часу

Творіння експериментаторів демонструє "кристалічну" впорядкованість не в просторі, а в часі.

У порожньому просторі жодна точка не відрізняється від іншої. У кристалі все інакше: є повторювана структура, яка називається кристалічною решіткою. Чи можливі подібні структури, які без витрат енергії повторюються не в просторі, а в часі?

"Зіркові" термоядерні реакції на Землі

Фізики відтворили в термоядерному реакторі умови в надрах зірок.

Промисловий термоядерний реактор - заповітна мрія людства. Але експерименти тривають вже понад півстоліття, а жаданої практично безкоштовної енергії немає як немає.

І все ж у 2017 році було зроблено важливий крок у цьому напрямку. Дослідники вперше практично в точності відтворили умови, що панують в надрах зірок. , Як їм це вдалося.

Будемо сподіватися, що і 2018 рік настільки ж багатий на цікаві експерименти і несподівані відкриття. Слідкуйте за новинами. До речі, ми робили для вас і огляд минає.

Новий стан речовини

Технологія змушує молекули самостійно збиратися в потрібні структури.

Комп'ютер на поляритонах

Новий комп'ютер використовує квазічастинки поляритони.

Квантова телепортація "Земля-супутник"

Квантовий стан фотона вперше "переслали" з Землі на супутник.

Взаємодія фотонів при кімнатній температурі

Явище вперше спостерігалося при кімнатній температурі.

кристал часу

Творіння експериментаторів демонструє "кристалічну" впорядкованість не в просторі, а в часі.

"Зіркові" термоядерні реакції на Землі

Фізики відтворили в термоядерному реакторі умови в надрах зірок.

Згідно спеціальної теорії відносності Ейнштейна, швидкість світла незмінна - і дорівнює приблизно 300 000 000 метрів в секунду, незалежно від спостерігача. Це само по собі неймовірно, враховуючи що ніщо не може рухатися швидше за світло, але все ще суто теоретично. У спеціальній теорії відносності є цікава частина, яка називається «уповільнення часу» і яка говорить, що чим швидше ви рухаєтеся, тим повільніше для вас рухається час, на відміну від оточення. Якщо ви будете їхати на автомобілі годину, ви постарієте трохи менше, ніж якби просто сиділи у себе вдома за комп'ютером. Додаткові наносекунди навряд чи істотно змінять ваше життя, але все ж факт залишається фактом.

Виходить, якщо рухатися зі швидкістю світла, час взагалі застигне на місці? Це так. Але перш ніж ви спробуєте стати безсмертним, врахуйте, що рухатися зі швидкістю світла неможливо, якщо вам не пощастило народитися світлом. З технічної точки зору рух зі швидкістю світла зажадає нескінченного кількості енергії.

Тільки що ми прийшли до висновку, що ніщо не може рухатися швидше, ніж зі швидкістю світла. Що ж ... і так, і ні. Хоча технічно це залишається вірним, в теорії існує лазівка, яку знайшли в найнеймовірнішої гілки фізики - в квантовій механіці.

Квантова механіка, по суті, це вивчення фізики на мікроскопічних масштабах, таких як поведінка субатомних частинок. Ці типи частинок неймовірно малі, але вкрай важливі, оскільки саме вони утворюють будівельні блоки всього у Всесвіті. Можете уявити їх як крихітні обертаються електрично заряджені кульки. Без зайвих складнощів.

Отже, у нас є два електрона (субатомних частинок з негативним зарядом). - це особливий процес, який пов'язує ці частинки таким чином, що вони стають ідентичними (мають однаковий спіном і зарядом). Коли це відбувається, з цього моменту електрони стають ідентичними. Це означає, що якщо ви зміните один з них - скажімо, змініть спин - другий відреагує негайно. Незалежно від того, де він знаходиться. Навіть якщо ви його не будете чіпати. Вплив цього процесу приголомшливе - ви розумієте, що в теорії цю інформацію (в даному випадку, напрямок спина) можна телепортувати куди завгодно у всесвіті.

Гравітація впливає на світло

Повернемося до світла і поговоримо про загальну теорію відносності (теж за авторством Ейнштейна). У цю теорію входить поняття, відоме як відхилення світла - шлях світла не завжди може бути прямим.

Як би це дивно не звучало, це було доведено неодноразово. Хоча у світла немає ніякої маси, його шлях залежить від речей, у яких ця маса є - начебто сонця. Тому якщо світло від далекої зірки світового масштабу відбудеться досить близько до іншої зірки, він обігне її. Як це стосується нас? Так просто: можливо, ті зірки, які ми бачимо, знаходяться зовсім в інших місцях. Пам'ятайте, коли наступного разу будете дивитися на зірки: все це може бути просто гра світла.

Завдяки деяким теоріям, які ми вже обговорили, у фізиків є досить точні способи вимірювання загальної маси, яка присутня у Всесвіті. Також у них є досить точні способи вимірювання загальної маси, яку ми можемо спостерігати - але от біда, два цих числа не збігаються.

Насправді, обсяг загальної маси у Всесвіті значно більше, ніж загальна маса, яку ми можемо порахувати. Фізикам довелося шукати пояснення цьому, і в результаті з'явилася теорія, що включає темну матерію - таємниче речовина, яка не випускає світла і бере на себе приблизно 95% маси у Всесвіті. Хоча існування темної матерії формально не доведено (бо ми не можемо її спостерігати), на користь темної матерії говорить безліч свідчень, і вона повинна існувати в тій чи іншій формі.

Наш Всесвіт швидко розширюється

Поняття ускладнюються, і щоб зрозуміти чому, нам потрібно повернутися до теорії Великого Вибуху. До того як стати популярним телешоу, теорія Великого Вибуху була важливим поясненням походження нашого Всесвіту. Якщо простіше: наш всесвіт почалася з вибуху. Уламки (планети, зірки та інше) поширилися в усіх напрямках, рухомі величезною енергією вибуху. Оскільки уламки досить важкі, ми очікували, що це вибуховий поширення повинно сповільнитися з часом.

Але цього не сталося. Насправді, розширення нашого Всесвіту відбувається все швидше і швидше з плином часу. І це дивно. Це означає, що космос стає дедалі більше. Єдиний можливий спосіб пояснити це - темна матерія, а точніше темна енергія, яка і викликає це постійне прискорення. А що таке темна енергія? Вам.

Будь-яка матерія - це енергія

Матерія і енергія - це просто дві сторони однієї медалі. Насправді, ви завжди це знали, якщо коли-небудь бачили формулу E = mc 2. E - це енергія, а m - маса. Кількість енергії, що міститься в конкретному кількості маси, визначається множенням маси на квадрат швидкості світла.

Пояснення цього явища досить захоплює і пов'язане з тим, що маса об'єкта зростає в міру наближення до швидкості світла (навіть якщо час сповільниться). Доказ досить складне, тому можете просто повірити на слово. Подивіться на атомні бомби, які перетворять досить невеликі обсяги матерії в потужні викиди енергії.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм

Деякі речі не такі однозначні, якими здаються. На перший погляд, частки (наприклад, електрон) і хвилі (наприклад, світло) здаються абсолютно різними. Перші - тверді шматки матерії, другі - пучки випромінюваної енергії, або щось типу того. Як яблука та апельсини. Виявляється, речі на зразок світла і електронів не обмежуються лише одним станом - вони можуть бути і частинками, і хвилями одночасно, в залежності від того, хто на них дивиться.

Серйозно. Звучить смішно, але існують конкретні докази того, що світло - це хвиля, і світло - це частинка. Світло - це і те, і інше. Одночасно. Не якийсь посередник між двома станами, а саме і те й інше. Ми повернулися в область квантової механіки, а в квантовій механіці Всесвіт любить саме так, а не інакше.

Всі об'єкти падають з однаковою швидкістю

Багатьом може здатися, що важкі об'єкти падають швидше, ніж легкі - це звучить здраво. Напевно, куля для боулінгу падає швидше, ніж пір'їнка. Це дійсно так, але не з вини гравітації - єдина причина, по якій виходить так, в тому, що земна атмосфера забезпечує опір. Ще 400 років тому Галілей вперше зрозумів, що гравітація працює однаково на всіх об'єктах, незалежно від їх мас. Якби ви з кулею для боулінгу і пером на Місяці (на якій немає атмосфери), вони впали б одночасно.

Ну все. На цьому пункті можна рушити розумом.

Ви думаєте, що простір саме по собі порожнє. Це припущення досить розумне - на те воно і простір, космос. Але Всесвіт не терпить порожнечі, тому в космосі, в просторі, в порожнечі постійно народжуються і гинуть частки. Вони називаються віртуальними, але насправді вони реальні, і це доведено. Вони існують частки секунди, але це досить довго, щоб зламати деякі фундаментальні закони фізики. Вчені називають це явище «квантової піною», оскільки воно жахливо нагадує газові бульбашки в безалкогольному газованому напої.

Експеримент з подвійною щілиною

Вище ми відзначали, що все може бути і часткою, і хвилею одночасно. Але ось у чому заковика: якщо в руці лежить яблуко, ми точно знаємо, якою вона форми. Це яблуко, а не якась там яблучна хвиля. Що ж визначає стан частинки? Відповідь: ми.

Експеримент з двома щілинами - це просто неймовірно простий і загадковий експеримент. Ось у чому він полягає. Вчені розміщують екран з двома щілинами напроти стіни і вистрілюють пучком світла через щілину, щоб ми могли бачити, де він буде падати на стіну. Оскільки світло - це хвиля, він створить певну дифракційну картину, і ви побачите смужки світла, розсипані по всій стіні. Хоча щілини було дві.

Але частинки повинні реагувати інакше - пролітаючи через дві щілини, вони повинні залишати дві смужки на стіні строго навпроти щілин. І якщо світло - це частинка, чому ж він не демонструє таку поведінку? Відповідь полягає в тому, що світло буде демонструвати таку поведінку - але тільки якщо ми захочемо. Будучи хвилею, світло пролітає через обидві щілини одночасно, але будучи часткою, він буде пролітати тільки через одну. Все, що нам потрібно, щоб перетворити світ в частку - вимірювати кожну частинку світла (фотон), пролітають крізь щілину. Уявіть собі камеру, яка фотографує кожен фотон, що пролітає через щілину. Цей же фотон не може пролітати через іншу щілину, не будучи хвилею. Інтерференційна картина на стіні буде простий: дві смужки світла. Ми фізично міняємо результати події, просто вимірюючи їх, спостерігаючи за ними.

Це називається «ефект спостерігача». І хоча це хороший спосіб закінчити цю статтю, вона навіть поверхнево НЕ копнула в абсолютно неймовірні речі, які знаходять фізики. Є купа варіацій експерименту з подвійною щілиною, ще більш божевільні і цікаві. Можете пошукати їх, тільки якщо не боїтеся, що квантова механіка засмокче вас з головою.

Читайте найсвіжіші новини Росії і світу в рубриці Всі новини на Newsland, беріть участь в дискусіях, отримуйте актуальну і достовірну інформацію на тему Усі новини на Newsland.

23:30 27.06.2019

Привіт, дорогі товариші! Перед вами 5-й випуск із циклу діамат, істмат і фізмат. Сьогодні, мабуть, буде переважати третя складова. І мабуть, мені слід заздалегідь вибачитися перед ліриками, що фізики, можливо, буде забагато, а перед фізиками що викладена вона буде чресчур вільно. І все ж У сучасні т. Н. популярні видання з теоретичної фізики просочуються, як правило, виключно вульгарні інтерпретації її положень, які не наближають читача чи глядача до їх розуміння, а створюють у нього лише якусь ілюзію

14:35 30.05.2019

В кінці минулого року група професорів Санкт-Петербурзького гірничого університету і Фізико-Енергетичного інституту (Обнінськ) зробила неймовірне відкриття, яке не змогли не оцінити в світі. Їх робота тривала з 2010 року, а результати цілком заслужено отримали статус відкриття року. Нове фізичне явище дозволить підвищити ефективність управління міжконтинентальними балістичними ракетами, створити нові автономні ядерні установки і навіть створити космічні кораблі, здатні літати в екстремальних умовах далекого космосу.

18:08 25.02.2019

Як годиться в точних науках, спочатку буде трохи сухої теорії. А потім ми побачимо, як ця теорія проявляється на практиці і як ця сама практика привела чудових людей до чудової теорії. Також ми поговоримо про те, як в головах деяких інших вчених людей від наукових відкриттів то матерія зникає, залишаючи лише одні рівняння, то причинність руйнується, розчищаючи дорогу божественному чуду. А ще ми поговоримо про перехід кількості в якість, про потенційних бар'єри і розгалужених ланцюгових реакціях і одну таку реакцію навіть побачимо (то

20:59 31.10.2018

За допомогою надчутливого приймача ESO GRAVITY співробітники Дуже великого телескопа (VLT) змогли вперше спостерігати дуже близько до точки неповернення речовина, що обертається навколо чорної діри. Вона розташована в самому серці нашої галактики Чумацький Шлях, має масу в чотири мільйони сонячних мас, а скупчення газу навколо неї обертається на швидкості 30% швидкості світла. Європейські вчені спостерігали спалахи інфрачервоного випромінювання на кордонах потужного об'єкта Стрілець А *. Це спостереження стало підтвердженням того, що об'єкт в центрі галактики

04:13 01.06.2018

До Чемпіонату світу з футболу (ЧС-2018) випустили пляшку води в формі футбольного м'яча. Але в красивий маркетинговий хід втрутилися закони фізики: виявилося, це майже ідеальна лінза, і в одному з офісів Санкт-Петербурга така пляшка ледь не стала причиною пожежі. Мало хто знає, що пожежонебезпечна взагалі будь-яка прозора тара - і скляна і навіть пластикова. Іноді причинами лісових пожеж ставали навіть не кинуті недопалки або непогашені багаття, а саме забуті в лісі пляшки або їх осколки - проходить сонячне світло фокусувався

12:39 26.04.2018

Мова про механіку, яка обходиться двома размерностями: кілограм і метр. Причому в цій механіці немає секунд. Постулати бінарної механіки. По-перше, всі тіла у Всесвіті перебувають у постійній зміні По-друге, зміни одного тіла відповідає зміна інших тіл. По-третє, кількість змін даного тіла може бути пов'язане з кількістю змін інших тіл (еталонних тел). Під еталонним тілом розуміється тіло, зміни якого носять циклічний характер. Причому мова йде, як про зміну характеристик тіл, так і розташуванні

15:26 21.03.2018

Перед смертю великий вчений в групі з колегами кілька років розробляв свою фінальну теорію. Зараз вона проходить розгляд в одному з наукових журналів, і буде опублікована після перевірки. Ця теорія повинна показати, якими характеристиками повинен володіти наш світ, якщо він є частиною мультивселенной. Колеги Хокінга говорять, що ця робота принесла б йому Нобелівську премію, яку він так і не отримав за життя. Теорія називається A Smooth Exit from Eternal Inflation (Плавний вихід з вічної інфляції). Вчені, які допомагали

15:54 22.02.2018

4 травня 1976 року NASA відправило на орбіту дуже незвичайний супутник під назвою LAGEOS (LAser GEOdynamics Satellite, на фото). У нього на борту не було ніякої електроніки, двигунів і джерел живлення. Фактично, це просто латунний куля діаметром 60 см і масою 407 кг з алюмінієвим покриттям. На кулі рівномірно розташовані 426 кутових відбивачів, з яких 422 заповнені плавленим кварцом, а 4 виконані з германію (для інфрачервоного випромінювання). Супутник вийшов на орбіту 5860 км, де і буде обертатися найближчі 8,4 мільйона років, зберігаючи

13:49 19.12.2017

Якщо підозри підтвердяться, російських школярів позбавлять першого місця Організація IPhO, яка проводить міжнародні олімпіади з фізики, оголосила про сумніви в результаті російської збірної, в 2017 році зайняла перше за кількістю нагород місце в особистому та командному заліках, - повідомляє ІА Панорама. Іншими словами, мова йде про те, що замість школярів в олімпіаді взяли участь студенти вищих навчальних закладів. Представник IPhO заявив, що у організації з'явився цінний інформатор з Москви, який готовий надати інформацію про махінації російської

18:33 14.12.2017

Професор вважає, що в найближчі 10 20 років ми станемо космічної цивілізацією і тим самим гарантуємо своє майбутнє, якщо не зробимо нічого дурного, наприклад, не почнемо війну в Тихому океані Професор Брайан Кокс покладає великі надії на майбутнє людства. На думку британського вченого, рішення багато наших земних проблем лежить в космосі, де є невикористані ресурси, здатні задовольнити всі зростаючі потреби людського роду. Це, звичайно, поки ми зможемо утримувати нашу тенденцію до дурості. Якщо ми зможемо уникнути

12:02 11.12.2017

Невловимий екситонів, існування якого не вдавалося експериментально довести майже півстоліття, нарешті показав себе дослідникам. Про це повідомляється в статті, яку наукова група на чолі з Пітером Аббамонте (Peter Abbamonte) опублікувала в журналі Science. Раніше описувалося що таке квазічастинки взагалі і так звані дірки зокрема. Нагадаємо про це в двох словах. Рух електронів в напівпровіднику зручно описувати, використовуючи поняття дірки місця, в якому не вистачає електрона. Дірка, зрозуміло, не є часткою, такий

19:08 19.10.2017

Європейська Південна Обсерваторія (ESO) повідомляє про те, що вперше в історії астрономи спостерігали гравітаційні хвилі і світло (електромагнітне випромінювання), породжені одним і тим же космічним подією. Гравітаційні хвилі передбачаються загальною теорією відносності, а також іншими теоріями гравітації. Це зміни гравітаційного поля, що поширюються як хвиля. Повідомляється, що 17 серпня 2017 вперше спостерігалися гравітаційно-хвильової і електромагнітний сигнали, народжені під час злиття двох нейтронних зірок. цю

13:38 03.10.2017

Американські вчені Райнер Вайсс, Кіп Торн і Баррі Бариш отримали Нобелівську премію з фізики за 2017 рік. Вчені заснували лазерно-інтерферометричної гравітаційно-хвильову обсерваторію LIGO, що зробило можливим експериментальне виявлення гравітаційних хвиль. Раніше стали відомі лауреати Нобелівської премії з фізіології і медицині. Нагорода була вручена американським вченим Джеффрі Холу, Майклу Розбашу і Майклу Янгу за вивчення клітинних годин.

08:11 12.09.2017

Китайські фахівці розробили робочий зразок EmDrive, дія якого неможливо пояснити в рамках законів збереження, повідомляє Daily Mail з посиланням на телеканал CCTV-2. Технічні подробиці винаходу не наводяться. Однак в ролику про винахід йдеться, що двигун найближчим часом буде випробуваний в космосі. EmDrive являє собою пристрій з магнетрона, генеруючого мікрохвилі, і резонатора, накопичує енергію їх коливань. При цьому створюється тяга, яку неможливо пояснити законом збереження енергії. як

12:55 07.06.2017

Фізик Джозеф Фрідман разом з колегами з Техаського університету в Далласі розробив принципово нову обчислювальну систему, створену виключно з вуглецю, яка зможе замінити сучасні кремнієві транзистори і створені на їх основі комп'ютери. Сучасна електроніка працює на кремнієвих транзисторах, в яких негативно заряджені електрони формують електричний струм. Крім переносу заряду електрони володіють іншим властивістю спіном, який останнім часом привертає увагу вчених і може стати основою нового

14:24 13.05.2017

Астрономи відкрили три надмасивних чорних діри в ранньому Всесвіті, що стали в мільярд разів важча за Сонце всього за сто тисяч років, що є неможливим з точки зору сучасних астрономічних теорій, йдеться в статті, опублікованій в Astrophysical Journal. Квазар 3C 273 в поданні художника ESO / M. Kornmesser Жодна поточна теоретична модель не може пояснити існування цих об'єктів. Їх виявлення в ранньому Всесвіті ставить під сумнів поточні теорії формування чорних дір, і тепер нам доведеться створити нові

Коли розмова заходить про космічних тросових системах, зазвичай згадують космічні ліфти і інші циклопічні конструкції, які, якщо і будуть побудовані, то в дуже віддаленому майбутньому. Але мало хто знає, що експерименти з розгортанням тросів в космосі проводилися неодноразово, з різними цілями, і останній за часом закінчився невдачею на початку лютого цього року. Джеміні 11, з'єднаний тросом з мішенню Аджена, фото NASA. Як на HTV-KITE трос в трюмі відрубали Експеримент HTV-KITE в поданні художника, фото JAXA 27 січня від

19:26 27.01.2017

Американські вчені представили громадськості звіт про роботу з отримання металевого водню. Створити, нехай і настільки мала кількість речовини, вдалося за допомогою імітації умов високого тиску в рази більшого, ніж в Земній ядрі. Крім цього умови, також витримувалися наднизькі температури. Водень виявився затиснутим між двох алмазів. Вченим ще належить послабити рівень тиску, щоб зрозуміти, чи зможе водень зберегти свої статки. В справжній момент, все варіанти зберегти встановлене фазовий стан водню в

22:43 19.01.2017

У ста кілометрах від Москви, поруч з наукоградом Протвино, в лісах Підмосков'я закопаний скарб в десятки мільярдів рублів. Викопати і вкрасти його не можна навічно захована в землю, він несе цінність тільки для історії науки. Йдеться про ускорительно-накопичувальному комплексі (УНК) Інституту фізики високих енергій Протвино законсервованому підземному об'єкті розміром майже з Великий адронний коллайдер. Довжина підземного кільця прискорювача 21 км. Основний тунель діаметром 5 метрів прокладений на глибині від 20 до 60 метрів (в залежності від рельєфу