Образовательный блог МТИ

Российский ученый открыл потенциально опасный для Земли астероид

Научный сотрудник Института прикладной математики имени Келдыша РАН Леонид Еленин открыл потенциально опасный для Земли астероид. Назвал он его 2015 LK24. Размер небесного тела от 86 до 270 м.

Ученые NASA: Два спутника Плутона двигаются хаотично

Телескоп «Хаббл» передал новые данные, благодаря которым исследователи узнали: естественные спутники Плутона Никт и Гидра (открыты в 2005 г.) движутся каждый по своей орбите.

​На дно озера Байкал опустили уникальный телескоп!

Как рассказали в Институте ядерных исследований РАН, удалось запустить в эксплуатацию уникальный глубоководный нейтринный телескоп «Дубна».

Данная установка является частью создаваемого телескопа кубикилометрового масштаба Baikal-GVD. Детектор, который находится на дне Байкала, будет улавливать нейтрино, которые попадают через толщу Земли.

Нейтрино, взаимодействуя с водой, будет порождать заряженные частицы, свет от которых и регистрирует оптический прибор телескопа «Дубна».В дальнейшем объем телескопа будет увеличиваться путем добавления новых кластеров.

К 2020 году объем установки составит 0,5 кубических километра.С помощью данных исследований ученые попытаются понять высокоэнергетические процессы, которые протекают в далеких астрофизических объектах, открыть неизвестные элементарные частицы и узнать новые данные о Вселенной.

Ранее в Димитровграде заявили о создании мощного ядерного реактора.

Стивен Хокинг предрек исчезновение человечества в ближайшую тысячу лет

Известный физик выступил с серией лекций в Сиднейской опере. 

Британский физик Стивен Хокинг провел серию лекций в Синднейской опере. При этом, сам он находился в Кэмбридже, а на австралийской сцене была его 3D голограмма. 

 

В ходе своего выступления господин Хокинг поделился мнением, что человечество должно осваивать космос и, в конце концов, поселиться за пределами Земли, иначе оно обречено на вымирание.

«Мы должны продолжить исследовать космос ради будущего человечества. Я не думаю, что мы проживем следующую тысячу лет, не исчезнув с нашей недолговечной планеты», - передает ТАСС слова физика.

В конце лекции ученый призвал аудиторию больше «смотреть на звезды, а не под ноги».

«Будьте любопытны, и какой бы трудной не показалась жизнь, всегда есть что-то, в чем можно преуспеть. Важно, чтобы вы не сдавались», - заключил ученый.

Ранее Стивен Хокинг предупредил мировое сообщество о том, что людям надлежит колонизировать другие планеты, чтобы обеспечить «страхование жизни» своего вида.

Ученые смогут вызывать полярные сияния в любой точке атмосферы Земли

В обозримом будущем каждый человек на планете может получить возможность наблюдать северное сияние.  

Американские ученые предложили организовывать небесное представление с помощью специального ускорителя элементарных частиц. Устройство будет функционировать на орбите Земли, которое станет на нашу планету посылать специальный пучок энергии огромной мощности.

При этом следует отметить, что североамериканские специалисты не ставят задачу вызывать северное сияние, которое станет лишь следствием изучения магнитного поля Земли. Если проект будет воплощен в жизнь, то жители Земли наряду с северным сиянием будут свидетелями и такого явления, как молнии типа спрайтов.

Разработчики проекта признаются, что на данный момент их программа является теоритической разработкой. Специалистам требуется провести ряд дополнительных расчетов и лишь после этого можно будет определить общую стоимость затеи и дату ее реализации. Следует отметить, что США уже не первый год работает в направлении изучения ионосферы Земли. Полученные данные позволят сделать большой скачок во многих технологических сферах. В частности,  может быть улучшена скорость и качество передачи данных через спутниковую связь.

 

Через центр Земли за 38 минут

Сколько времени будет лететь человек, упавший в колодец, прорытый через центр Земли? Решение этой актуальной научной задачи удостоилось публикации в серьезном научном журнале.

 

Представьте себе колодец, прорытый через центр Земли, из которого выкачан воздух. Сколько времени будет падать в нем человек, пока не достигнет противоположной стороны планеты? Долгие годы эту задачку задают студентам-физикам для тренировки мозгов во многих университетах мира. Идея гравитационного туннеля впервые была предложена ученым по фамилии Купер в журнале American Journal of Physics в 1966 году.

Он показал, что падающее тело будет лететь 42 минуты сквозь туннель через центр Земли, если взять в расчет некоторые предположения и отбросить ряд физических ограничений. В своей статье он также впервые показал, что минимальное время, требующееся для путешествия из точки А в точку Б на разных глубинах может быть достигнуто при движении по особой кривой – брахистохроне. «Это такие головоломки, которые мы обожаем», — говорит американский физик Дэвид Джексон из Колледжа Дикинсона в Пенсильвании, редактор того самого журнала.

Несмотря на то что туннель через центр Земли вряд ли будет построен в обозримом будущем, подобные упражнения играют важную педагогическую роль, демонстрируя, как задачу на ньютоновскую гравитацию можно решить методами теории колебаний, избегая сложных расчетов переменного ускорения тела.

Главным предположением в этой задаче всегда была однородность плотности Земли – на любом расстоянии от центра она бралась из расчета 5500 кг на кубометр, что соответствует средней плотности нашей планеты.

При таком предположении в каждый момент сила, ускоряющая тело в глубь планеты, зависит только от расстояния до центра, а масса «внешней», пройденной части планеты перестает притягивать тело, как можно показать из несложных математических расчетов.

В реальности Земля имеет более сложное строение, и ее плотность, как известно, неодинакова на разных глубинах – она ниже у коры и выше в ядре. Это обстоятельство и решил учесть выпускник отделения физики канадского Университета Макгилла Александр Клотц, чтобы пересчитать время падения в туннель.

Сам Клотц уже и не помнит, когда стал интересоваться этой проблемой. Просто ему часто приходится обсуждать подобные задачи на сайте reddit. «Я немного участвовал в обсуждении образовательных проектов, и эта тема всплывала довольно часто», — объяснил физик.

В своих расчетах он использовал референсную модель Земли (Preliminary Reference Earth Model), которая основывается на данных сейсморазведки.

Эта модель включает в себя данные по плотностям планеты от самых низких – примерно 1000 кг/кубометр, до самых высоких в центре внутреннего ядра.

«Плотность Земли становится выше при движении к центру, достигая величины 13 тыс. кг/кубометр на глубине 6371 км, и испытывает резкий скачок у границы внешнего ядра (3500 км от центра), падая примерно на 50%. Из-за этого скачка сила притяжения сильно растет при движении вниз, достигая максимума в 1,09 g, а потом линейно падает при движении в ядре к центру», — поясняет Клотц в своей статье, опубликованной в том же журнале.

Численно решив старую задачу с новыми данными, Клотц выяснил, что человек или предмет, брошенные в колодец, будут лететь до противоположного края 38 минут 11 секунд, ровно на 4 минуты быстрее, чем считалось ранее.

 

В своих расчетах Клотц обратил внимание, что почти такой же ответ, 38 минут, был бы, если бы на тело при движении в туннеле действовала постоянная сила, равная силе тяжести у поверхности. Такое могло бы наблюдаться, если бы при движении в глубь Земли ее плотность неуклонно росла, удваиваясь на половине радиуса и достигая бесконечности в центре. В действительности плотность в центре Земли имеет плоский профиль и сила тяжести там близка к нулю.

Странное облако на Марсе

Обнаруженное астрономами-любителями двумя годами раннее необычно большое облако над поверхностью Марса так и не получило однозначного научного объяснения.

В марте 2012 года астрономы-любители зафиксировали на красной планете необычное явление. В телескопы было видно, как над поверхностью образовалось странное облако. На Марсе и раньше фиксировались облака, состоящие из кристаллов льда или твердого углекислого газа. Однако даже во время самых сильных пылевых штормов такие облака не поднимались на высоту более 100 километров, а обычно и того меньше – около 60 километров. Но в тот раз облако неизвестного состава поднялось на высоту 250 километров, а это уже практически на границе между сильно разряженной атмосферой и космическим пространством. Особенно хорошо оно было заметно на фоне терминатора – так называется линия, которая разделяет на планете день и ночь. Первый раз странное облако было видно с 12 по23 марта, а затем еще один раз, через две недели, практически в том же самом месте. Анализ снимков, полученных с телескопа Хаббл, показал, что такое необычное явление случалось, по крайней мере, еще один раз – 17 мая 1997 года.

Первый вопрос, который возник, был даже не о причинах произошедшего. Астрономы не поняли, собственно, что они наблюдали.Красная планета продолжает преподносить ученым необъяснимые загадки. Фото: Lapis Ruber/FlickrКрасная планета продолжает преподносить ученым необъяснимые загадки.

Появились различные гипотезы, что бы это могло быть, и вот, спустя практически три года опубликованы результаты еще одного исследования. Однако и оно оставило больше вопросов, чем ответов. Астрономы измерили на фотографиях этот странный объект вдоль и поперек, сопоставили температуру марсианского воздуха в том месте с температурами кристаллизации льда и углекислого газа, а также проанализировали спектральный состав облака. Все это позволило выдвинуть две гипотезы. Первая версия заключается в том, что облако могло быть образовано замерзшим водяным паром. Хотя в таком случае необъяснимым остается столь большая высота наблюдения.

Например, на Земле практически все облака находятся ниже 20 километров. Правда, достаточно редко можно наблюдать так называемые серебристые облака – они образуются на высоте около 80 километров и видны после захода солнца, когда его лучи освещают только самые верхние слои атмосферы. В случае Марса, слабым местом теории оказалась высота – если допустить что это все-таки были кристаллы замерзшей воды, тогда придется существенно пересмотреть имеющиеся модели марсианской атмосферы. Или же это было что-то другое. Предположение, что эти облака вызваны пылевыми бурями, также не подтвердилось.

Дело в том, что у исследователей были фотографии, сделанные через разные светофильтры. Это позволяет отличить по спектру облака из водяного пара от пылевых облаков. Еще одним возможным объяснением необычного объекта на фотографиях могло быть полярное сияние – свечение, которое возникает, когда частицы солнечного ветра попадают в магнитное поле планеты. Как раз в той области на поверхности Марса, где наблюдали странное облако, находится сильная геомагнитная аномалия. Она могла «притянуть» заряженные частицы солнечного ветра. Однако и тут возникает нестыковка. Облако наблюдали в течение недели, но в то время не было замечено повышенной активности Солнца, которая могла бы вызвать усиление солнечного ветра. Так что версия с водяным облаком остается все-таки более вероятной, чем загадочные полярные марсианские сияния. Можно сказать, что красная планета преподнесла научному миру еще одну загадку, решить которую, возможно поможет исследовательский аппарат ExoMars, который НАСА и Европейское Космическое Агентство планируют запустить в 2016 году. 

Рентгеновский телескоп сделал уникальное фото Солнца

Ядерный спектроскопический телескоп Nuclear Spectroscopic Telescope Array, предназначенный для изучения черных дыр и других объектов, удаленных от нашей Солнечной системы, обратил свой взор ближе и сделал уникальные кадры Солнца, сообщается на сайте американского космического ведомства. 

Телескопу впервые удалось сделать детализированное изображение Солнца, так как этот прибор самый чувствительный к высокой энергии рентгеновского излучения из ныне существующих. Ученые, исследующие Солнце, впервые пришли к выводу, что можно использовать NuStar для изучения единственной звезды Солнечной системы, около семи лет назад, еще на этапе его проектирования и строительства. Телескоп был запущен в космос в 2012 году. Как рассказал член команды NuStar из Калифорнийского университета в Санта-Крус Дэвид Смит, он поделился идеей с Фионой Харрисон из Калифорнийского технологического института в Пасадене, и та пришла от нее в восторг."Сначала я подумала, что идея использовать NuStar для изучения Солнца сумасшедшая", - призналась Харрисон. 

"У нас самый чувствительный к высокой энергии рентгеновский телескоп из когда-либо построенных, предназначенный для изучения глубин Вселенной, и он должен рассмотреть что-то в нашем собственном заднем дворе?", - поведала о своих сомнениях профессор. Однако Смит в конце концов убедил Харрисон, что слабые рентгеновские вспышки на Солнце, предсказанные теоретиками, можно увидеть только при помощи NuStar.В то время как другие телескопы, такие как "Чандра" NASA, не могут наблюдать за Солнцем без риска повредить детекторы, у NuStar есть такая возможность. Кроме того, NuStar имеет потенциал для того, чтобы зафиксировать гипотетические нановспышки - уменьшенные копии гигантских вспышек Солнца.

Нановспышки, если они существуют, могут объяснить процессы во внешних слоях солнечной короны, а также дать ответ на вопрос, почему температура короны Солнца примерно в 300 раз горячее, чем поверхность самой звезды, что противоречит представлениям о термодинамике. Теория нановспышек объясняет это явление тем, что подобные вспышки разогревают корону до 1-3 миллионов градусов. Однако ранее не было зафиксировано ни одной нановспышки.NuSTAR представляет собой первый космический телескоп жесткого рентгеновского диапазона, работающий на принципе скользящего отражения - отражения рентгеновских и гамма-лучей под очень малыми углами к поверхности зеркал. Телескоп был выведен на орбиту 13 июня 2012 года.

Физики вывели квантовую механику из полевой теории струн

 
Американские физики-теоретики продемонстрировали возможность получения квантовомеханических соотношений из специального случая струнной теории поля (полевой теории струн). 
 
Cтрунная теория поля является потенциальным аналогом квантовой теории поля (КТП), разрабатываемой в рамках теории струн. Широкой общественности она может быть известна в связи с именем одного из ее основных идеологов — американского ученого и популяризатора науки Мичио Каку (Michio Kaku).
 
 
В своей работе физики показали, что в специальном классе теорий оказывается возможным, исходя из уравнений струнной теории поля, получение коммутационных соотношений, аналогичных таковым в квантовой механике.
 
В квантовой механике такие соотношения связывают операторы, которым в классической физике соответствуют различные величины, например координата, импульс и энергия.
 
Если соответствующие операторы коммутируют (их произведение совпадает с произведением, в котором множители поменяли местами), то соответствующие величины в квантовой теории оказываются одновременно измеримыми, и наоборот.
 
Теория струн (M-теория) основана на предположении существования на планковских масштабах гипотетических одномерных объектов — струн. Элементарные частицы и их взаимодействия в таком подходе интерпретируются как возбуждения струн.
 
Основной задачей теории является создание универсальной теории, объединяющей все четыре известных взаимодействия: сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Описанием первых трех занимается квантовая теория поля, являющаяся математической моделью современной физики элементарных частиц.
 
Однако обе теории вступают в противоречие друг с другом на планковских масштабах, поскольку на них в ОТО необходим учет квантовых поправок. Квантовая версия ОТО, получаемая аналогичным КТП образом, оказывается неперенормируемой, то есть ее наблюдаемые величины не удается сделать конечными. В значительной степени решению этого вопроса и посвящена значительная часть исследований в теории струн.

Ученым-физикам удалось создать метод "потокового производства" троек надежно запутанных на квантовом уровне фотонов

Если частица находится в определенном квантовом состоянии, то все запутанные с ней частицы также находятся в таком же состоянии и если принудительно изменить состояние одной из этих частиц, то все остальные запутанные с ней частицы моментально перейдут в новое состояние.
 
Ученым-физикам уже удавалось создавать достаточносложные системы из запутанных частиц, которые используются в качестве квантовых битов (кубитов),регистров квантовых вычислительных систем и для других целей. И практически во всех случаях ученые запутывали достаточно крупные частицы, электроны или целые ядра атомов, при помощи посредников, в роли которых выступали опять же запутанные на квантовом уровне фотоны света.
 
Легче всего ученым удается создавать пары запутанных фотонов. При этом, их общим свойством может быть поляризация, их энергетические или временные характеристики. Некоторым группам ученых удавалось создать и тройки запутанных фотонов, связанным преимущественно по двум последним видам их характеристик, что обуславливало нестабильность и малое время существования явления запутанности. Но недавно, ученые-физики из университета Ватерлоо, Онтарио, Канада, и американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) совершили прорыв в этой области, созданную ими технологию можно рассматривать как своего рода фабрику по производству троек фотонов, запутанных по самой стабильной их характеристике - по поляризации. Эта "фабрика" обеспечивает получение 600 запутанных троек в час и это является абсолютным рекордом для данной области на сегодняшний день.
 
Процесс получения запутанной тройки фотонов начинается с единственного фотона синего света, обладающего достаточно высокими энергетическими показателями. При помощи определенных уловок этот фотон помещается в состояние квантовой суперпозиции, в состояние, когда он обладает одновременно и вертикальной и горизонтальной поляризацией. После этого фотон пропускается через специальный квантовый кристалл, где происходит его разделение на два запутанных фотона красного цвета, имеющие более низкие энергетические показатели и одинаковую поляризацию, вертикальную или горизонтальную. Заключительным этапом является пропускание одного из красных фотонов через кристалл, где он расщепляется на два инфракрасных фотона. И в результате этих преобразований получаются три фотона, один красный и два инфракрасных, запутанные на квантовом уровне.
 
 
 
 
Небольшую производительность этого процесса объясняет то, что вероятность успешного завершения первого этапа преобразования крайне мала, она составляет один успешный случай на миллиард попыток. Вероятность успеха второго этапа уже несколько выше - один шанс на миллион попыток.
 
Второй, не менее важной частью проведенных экспериментов, стало измерение результатов процесса получения троек запутанных фотонов. Решающую роль в этом деле сыграл новый датчик на основе нанопроводников, разработанный учеными NIST, который после очередной модернизации оказался способен не только регистрировать единичные фотоны, но и определять их поляризацию. Экспериментальные измерения квантового состояния отдельных фотонов из запутанных троек показали наличие всех 27 возможных комбинаций состояний фотонов в выходном потоке установки, а вероятность определения квантового состояния превысила отметку в 90 процентов, чего уже вполне достаточно для практического использования данной технологии в области квантовых телекоммуникаций.
 
Разработка технологии получения потока стабильных троек запутанных фотонов и технологии надежного измерения квантового состояния единичного фотона означает, что все квантовые технологии, использующие запутанные фотоны, стали еще на один шаг ближе к их практическому использованию. И хотя могут пройти еще годы и десятилетия, прежде чем сверхмощные квантовые компьютеры и безопасные квантовые коммуникации обязательно появятся на свете и займут соответствующее место в нашей жизни.
 
Поступить в МТИ