12.08.2015 в 10:40

Стандартная модель элементарных частиц для начинающих

«Мы задаёмся вопросом, почему группа талантливых и преданных своему делу людей готова посвятит жизнь погоне за такими малюсенькими объектами, которые даже невозможно увидеть? На самом деле, в занятиях физиков элементарных частиц проявляется человеческое любопытство и желание узнать, как устроен мир, в котором мы живём» Шон Кэрролл
Если вы всё ещё боитесь фразы квантовая механика и до сих пор не знаете, что такое стандартная модель — добро пожаловать под кат. В своей публикации я попытаюсь максимально просто и наглядно объяснить азы квантового мира, а так же физики элементарных частиц. Мы попробуем разобраться, в чём основные отличия фермионов и бозонов, почему кварки имеют такие странные названия, и наконец, почему все так хотели найти Бозон Хиггса.

Из чего мы состоим?

Ну что же, наше путешествие в микромир мы начнём с незатейливого вопроса: из чего состоят окружающие нас предметы? Наш мир, как дом, состоит из множества небольших кирпичиков, которые особым образом соединяясь, создают что-то новое, не только по внешнему виду, но ещё и по своим свойствам. На деле, если сильно к ним приглядеться, то можно обнаружить, что различных видов блоков не так уж и много, просто каждый раз они соединяются друг с другом по-разному, образуя новые формы и явления. Каждый блок — это неделимая элементарная частица, о которой и пойдёт речь в моём рассказе.

Для примера, возьмём какое-нибудь вещество, пусть у нас это будет второй элемент периодической системы Менделеева, инертный газ, гелий. Как и остальные вещества во Вселенной, гелий состоит из молекул, которые в свою очередь образованы связями между атомами. Но в данном случае, для нас, гелий немного особенный, потому что он состоит всего из одного атома.

Из чего состоит атом?

Атом гелия, в свою очередь, состоит из двух нейтронов и двух протонов, составляющих атомное ядро, вокруг которого вращаются два электрона. Самое интересное, что абсолютно неделимым здесь является лишь электрон.

Интересный момент квантового мира

Чем меньше масса элементарной частицы, тем больше места она занимает. Именно по этой причине электроны, которые в 2000 раз легче протона, занимают гораздо больше места по сравнению с ядром атома.

Нейтроны и протоны относятся к группе так называемых адронов (частиц, подверженных сильному взаимодействию), а если быть ещё точнее, барионов. 

Адроны можно разделить на группы

• Барионов, которые состоят из трёх кварков
• Мезонов, которые состоят из пары: частица-античастица

Нейтрон, как ясно из его названия, является нейтрально заряженным, и может быть поделён на два нижних кварка и один верхний кварк. Протон, положительно заряженная частица, делится на один нижний кварк и два верхних кварка.



Да, да, я не шучу, они действительно называются верхний и нижний. Казалось бы, если мы открыли верхний и нижний кварк, да ещё электрон, то сможем с их помощью описать всю Вселенную. Но это утверждение было бы очень далеко от истины. 

Главная проблема — частицы должны как-то между собой взаимодействовать. Если бы мир состоял лишь из этой троицы (нейтрон, протон и электрон), то частицы бы просто летали по бескрайним просторам космоса и никогда бы не собирались в более крупные образования, вроде адронов.

Фермионы и Бозоны

Достаточно давно учёными была придумана удобная и лаконичная форма представления элементарных частиц, названная стандартной моделью. Оказывается, все элементарные частицы делятся на фермионы, из которых и состоит вся материя, и бозоны, которые переносят различные виды взаимодействий между фермионами.

Разница между этими группами очень наглядна. Дело в том, что фермионам для выживания по законам квантового мира необходимо некоторое пространство, в то время как их коллеги — бозоны могут спокойно триллионами жить прямо друг на друге.

Фермионы

Группа фермионов, как было уже сказано, создаёт видимую материю вокруг нас. Что бы мы и где не увидели, создано фермионами. Фермионы делятся на кварки, сильно взаимодействующие между собой и запертые внутри более сложных частиц вроде адронов, илептоны, которые свободно существуют в пространстве независимо от своих собратьев.

Кварки делятся на две группы.

• Верхнего типа. К кваркам верхнего типа, с зарядом +2\3, относят: верхний, очарованный и истинный кварки
• Нижнего типа. К кваркам нижнего типа, с зарядом -1\3, относят: нижний, странный и прелестный кварки

Истинный и прелестный являются самыми большими кварками, а верхний и нижний — самыми маленькими. Почему кваркам дали такие необычные названия, а говоря более правильно, «ароматы», до сих пор для учёных предмет споров. 

Лептоны также делятся на две группы.

• Первая группа, с зарядом «-1», к ней относят: электрон, мюон (более тяжёлую частицу) и тау-частицу (самую массивную)
• Вторая группа, с нейтральным зарядом, содержит: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино

Нейтрино — есть малая частица вещества, засечь которую практически невозможно. Её заряд всегда равен 0.

Возникает вопрос, не найдут ли физики ещё несколько поколений частиц, которые будут еще более массивными, по сравнению с предыдущими. На него ответить трудно, однако теоретики считают, что поколения лептонов и кварков исчерпываются тремя.

Не находите никакого сходства? И кварки, и лептоны делятся на две группы, которые отличаются друг от друга зарядом на единицу? Но об этом позже...

Бозоны

Без них бы фермионы сплошным потоком летали по вселенной. Но обмениваясь бозонами, фермионы сообщают друг другу какой-либо вид взаимодействия. Сами бозоны же с друг другом не взаимодействуют.

Взаимодействие, передаваемое бозонами, бывает: 

• Электромагнитным, частицы — фотоны. С помощью этих безмассовых частиц передаётся свет.
• Сильным ядерным, частицы — глюоны. С их помощью кварки из ядра атома не распадаются на отдельные частицы.
• Слабым ядерным, частицы — W и Z бозоны. С их помощью фермионы перекидываются массой, энергией, и могут превращаться друг в друга.
• Гравитационным, частицы — гравитоны. Чрезвычайно слабая в масштабах микромира сила. Становится видимой только на сверхмассивных телах.

Оговорка о гравитационном взаимодействии.
Существование гравитонов экспериментально ещё не подтверждено. Они существуют лишь в виде теоретической версии. В стандартной модели в большинстве случаев их не рассматривают.

Вот и всё, стандартная модель собрана.

Проблемы только начались

Несмотря на очень красивое представление частиц на схеме, осталось два вопроса. Откуда частицы берут свою массу и что такое Бозон Хиггса, который выделяется из остальных бозонов.

Для того, что бы понимать идею применения бозона Хиггса, нам необходимо обратиться к квантовой теории поля. Говоря простым языком, можно утверждать, что весь мир, вся Вселенная, состоит не из мельчайших частиц, а из множества различных полей: глюонного, кваркового, электронного, электромагнитного и.т.д. Во всех этих полях постоянно возникают незначительные колебания. Но наиболее сильные из них мы воспринимаем как элементарные частицы. Да и этот тезис весьма спорный. С точки зрения корпускулярно-волнового дуализма, один и тот же объект микромира в различных ситуациях ведёт себя то как волна, то как элементарная частица, это зависит лишь от того, как физику, наблюдающему за процессом, удобнее смоделировать ситуацию.

Поле Хиггса

Оказывается, существует так называемое поле Хиггса, среднее значение которого не хочет стремиться к нулю. В результате чего, это поле старается принять некоторое постоянное ненулевое значение во всей Вселенной. Поле составляет вездесущий и постоянный фон, в результате сильных колебаний которого и появляется Бозон Хиггса.
И именно благодаря полю Хиггса, частицы наделяются массой. 
Масса элементарной частицы, зависит от того, насколько сильно она взаимодействует с полем Хиггса, постоянно пролетая внутри него.
И именно из-за Бозона Хиггса, а точнее из-за его поля, стандартная модель имеет так много похожих групп частиц. Поле Хиггса вынудило сделать множество добавочных частиц, таких, например, как нейтрино.

Итоги

То, что было рассказано мною, это самые поверхностные понятие о природе стандартной модели и о том, зачем нам нужен Бозон Хиггса. Некоторые учёные до сих пор в глубине души надеются, что частица, найденная в 2012 году и похожая на Бозон Хиггса в БАКе, была просто статистической погрешностью. Ведь поле Хиггса нарушает многие красивые симметрии природы, делая расчёты физиков более запутанными.
Некоторые даже считают, что стандартная модель доживает свои последние годы из-за своего несовершенства. Но экспериментально это не доказано, и стандартная модель элементарных частиц остаётся действующим образцом гения человеческой мысли.
HabraBugger 
http://geektimes.ru/

12.08.2015 в 10:40

Стандартная модель элементарных частиц для начинающих

«Мы задаёмся вопросом, почему группа талантливых и преданных своему делу людей готова посвятит жизнь погоне за такими малюсенькими объектами, которые даже невозможно увидеть? На самом деле, в занятиях физиков элементарных частиц проявляется человеческое любопытство и желание узнать, как устроен мир, в котором мы живём» Шон Кэрролл
Если вы всё ещё боитесь фразы квантовая механика и до сих пор не знаете, что такое стандартная модель — добро пожаловать под кат. В своей публикации я попытаюсь максимально просто и наглядно объяснить азы квантового мира, а так же физики элементарных частиц. Мы попробуем разобраться, в чём основные отличия фермионов и бозонов, почему кварки имеют такие странные названия, и наконец, почему все так хотели найти Бозон Хиггса.

Из чего мы состоим?

Ну что же, наше путешествие в микромир мы начнём с незатейливого вопроса: из чего состоят окружающие нас предметы? Наш мир, как дом, состоит из множества небольших кирпичиков, которые особым образом соединяясь, создают что-то новое, не только по внешнему виду, но ещё и по своим свойствам. На деле, если сильно к ним приглядеться, то можно обнаружить, что различных видов блоков не так уж и много, просто каждый раз они соединяются друг с другом по-разному, образуя новые формы и явления. Каждый блок — это неделимая элементарная частица, о которой и пойдёт речь в моём рассказе.

Для примера, возьмём какое-нибудь вещество, пусть у нас это будет второй элемент периодической системы Менделеева, инертный газ, гелий. Как и остальные вещества во Вселенной, гелий состоит из молекул, которые в свою очередь образованы связями между атомами. Но в данном случае, для нас, гелий немного особенный, потому что он состоит всего из одного атома.

Из чего состоит атом?

Атом гелия, в свою очередь, состоит из двух нейтронов и двух протонов, составляющих атомное ядро, вокруг которого вращаются два электрона. Самое интересное, что абсолютно неделимым здесь является лишь электрон.

Интересный момент квантового мира

Чем меньше масса элементарной частицы, тем больше места она занимает. Именно по этой причине электроны, которые в 2000 раз легче протона, занимают гораздо больше места по сравнению с ядром атома.

Нейтроны и протоны относятся к группе так называемых адронов (частиц, подверженных сильному взаимодействию), а если быть ещё точнее, барионов. 

Адроны можно разделить на группы

• Барионов, которые состоят из трёх кварков
• Мезонов, которые состоят из пары: частица-античастица

Нейтрон, как ясно из его названия, является нейтрально заряженным, и может быть поделён на два нижних кварка и один верхний кварк. Протон, положительно заряженная частица, делится на один нижний кварк и два верхних кварка.



Да, да, я не шучу, они действительно называются верхний и нижний. Казалось бы, если мы открыли верхний и нижний кварк, да ещё электрон, то сможем с их помощью описать всю Вселенную. Но это утверждение было бы очень далеко от истины. 

Главная проблема — частицы должны как-то между собой взаимодействовать. Если бы мир состоял лишь из этой троицы (нейтрон, протон и электрон), то частицы бы просто летали по бескрайним просторам космоса и никогда бы не собирались в более крупные образования, вроде адронов.

Фермионы и Бозоны

Достаточно давно учёными была придумана удобная и лаконичная форма представления элементарных частиц, названная стандартной моделью. Оказывается, все элементарные частицы делятся на фермионы, из которых и состоит вся материя, и бозоны, которые переносят различные виды взаимодействий между фермионами.

Разница между этими группами очень наглядна. Дело в том, что фермионам для выживания по законам квантового мира необходимо некоторое пространство, в то время как их коллеги — бозоны могут спокойно триллионами жить прямо друг на друге.

Фермионы

Группа фермионов, как было уже сказано, создаёт видимую материю вокруг нас. Что бы мы и где не увидели, создано фермионами. Фермионы делятся на кварки, сильно взаимодействующие между собой и запертые внутри более сложных частиц вроде адронов, илептоны, которые свободно существуют в пространстве независимо от своих собратьев.

Кварки делятся на две группы.

• Верхнего типа. К кваркам верхнего типа, с зарядом +2\3, относят: верхний, очарованный и истинный кварки
• Нижнего типа. К кваркам нижнего типа, с зарядом -1\3, относят: нижний, странный и прелестный кварки

Истинный и прелестный являются самыми большими кварками, а верхний и нижний — самыми маленькими. Почему кваркам дали такие необычные названия, а говоря более правильно, «ароматы», до сих пор для учёных предмет споров. 

Лептоны также делятся на две группы.

• Первая группа, с зарядом «-1», к ней относят: электрон, мюон (более тяжёлую частицу) и тау-частицу (самую массивную)
• Вторая группа, с нейтральным зарядом, содержит: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино

Нейтрино — есть малая частица вещества, засечь которую практически невозможно. Её заряд всегда равен 0.

Возникает вопрос, не найдут ли физики ещё несколько поколений частиц, которые будут еще более массивными, по сравнению с предыдущими. На него ответить трудно, однако теоретики считают, что поколения лептонов и кварков исчерпываются тремя.

Не находите никакого сходства? И кварки, и лептоны делятся на две группы, которые отличаются друг от друга зарядом на единицу? Но об этом позже...

Бозоны

Без них бы фермионы сплошным потоком летали по вселенной. Но обмениваясь бозонами, фермионы сообщают друг другу какой-либо вид взаимодействия. Сами бозоны же с друг другом не взаимодействуют.

Взаимодействие, передаваемое бозонами, бывает: 

• Электромагнитным, частицы — фотоны. С помощью этих безмассовых частиц передаётся свет.
• Сильным ядерным, частицы — глюоны. С их помощью кварки из ядра атома не распадаются на отдельные частицы.
• Слабым ядерным, частицы — W и Z бозоны. С их помощью фермионы перекидываются массой, энергией, и могут превращаться друг в друга.
• Гравитационным, частицы — гравитоны. Чрезвычайно слабая в масштабах микромира сила. Становится видимой только на сверхмассивных телах.

Оговорка о гравитационном взаимодействии.
Существование гравитонов экспериментально ещё не подтверждено. Они существуют лишь в виде теоретической версии. В стандартной модели в большинстве случаев их не рассматривают.

Вот и всё, стандартная модель собрана.

Проблемы только начались

Несмотря на очень красивое представление частиц на схеме, осталось два вопроса. Откуда частицы берут свою массу и что такое Бозон Хиггса, который выделяется из остальных бозонов.

Для того, что бы понимать идею применения бозона Хиггса, нам необходимо обратиться к квантовой теории поля. Говоря простым языком, можно утверждать, что весь мир, вся Вселенная, состоит не из мельчайших частиц, а из множества различных полей: глюонного, кваркового, электронного, электромагнитного и.т.д. Во всех этих полях постоянно возникают незначительные колебания. Но наиболее сильные из них мы воспринимаем как элементарные частицы. Да и этот тезис весьма спорный. С точки зрения корпускулярно-волнового дуализма, один и тот же объект микромира в различных ситуациях ведёт себя то как волна, то как элементарная частица, это зависит лишь от того, как физику, наблюдающему за процессом, удобнее смоделировать ситуацию.

Поле Хиггса

Оказывается, существует так называемое поле Хиггса, среднее значение которого не хочет стремиться к нулю. В результате чего, это поле старается принять некоторое постоянное ненулевое значение во всей Вселенной. Поле составляет вездесущий и постоянный фон, в результате сильных колебаний которого и появляется Бозон Хиггса.
И именно благодаря полю Хиггса, частицы наделяются массой. 
Масса элементарной частицы, зависит от того, насколько сильно она взаимодействует с полем Хиггса, постоянно пролетая внутри него.
И именно из-за Бозона Хиггса, а точнее из-за его поля, стандартная модель имеет так много похожих групп частиц. Поле Хиггса вынудило сделать множество добавочных частиц, таких, например, как нейтрино.

Итоги

То, что было рассказано мною, это самые поверхностные понятие о природе стандартной модели и о том, зачем нам нужен Бозон Хиггса. Некоторые учёные до сих пор в глубине души надеются, что частица, найденная в 2012 году и похожая на Бозон Хиггса в БАКе, была просто статистической погрешностью. Ведь поле Хиггса нарушает многие красивые симметрии природы, делая расчёты физиков более запутанными.
Некоторые даже считают, что стандартная модель доживает свои последние годы из-за своего несовершенства. Но экспериментально это не доказано, и стандартная модель элементарных частиц остаётся действующим образцом гения человеческой мысли.
HabraBugger 
http://geektimes.ru/

Читать далее »

03.06.2015 в 21:09

Что такое нейтринная связь и зачем она нам нужна

Нейтрино — это элементарная частица, на которую может воздействовать лишь гравитация и слабое ядерное взаимодействие. Ни что другое не способно существенно повлиять на этот лептон. Именно слабое взаимодействие с веществом делает нейтрино очень перспективным средством передачи информации в военном секторе, космической отрасли и горно-бывающей промышленности. Чтобы обеспечивать связь в данных отраслях сегодня, используют длинные волны. Такие радиоволны способны проникать в толщу воды на глубину до 20 метров. Что делает связь с подводными лодками не всегда возможной. Но радиопередатчик длинных волн огромны, потребляют массу энергии, довольно сложны и уязвимы. Эти ограничения относятся и к космической отрасли и к горнодобывающей. Избавившись от них, станет возможно налаживать каналы связи со спутниками, которые ушли в тень земли или других планет. Станет возможна связь с подлодками и с шахтерами, где бы те не находились. Это можно сделать используя нейтрино. 

Впервые передать информацию с помощью нейтрино удалось ученым из американской Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми 14 марта 2012 года.

Огромный поток нейтрино постоянно пронизывает нашу планету. Но поймать такую частицу – задача весьма нетривиальная. Для этого используются вещества-сцинтилляторы: изотопы хрома, галия или др. В результате взаимодействия частиц и сцинтиллятора возникает Черенковское излучение. Именно это излучение регистрируется фотоприёмникаими детектора Minerva. В роли источника используется инжектор NuMi, выбрасывающий протоны с энергией в 120 ГэВ. 

В ходе эксперимента инжектор и приёмник были расположены друг напротив друга на расстоянии в 1035 метров ( детектор располагался под землёй, на глубине более сотни метров). Удалось передать пакет данных длиною в 156-бит, в котором было зашифровано слово neutrino.

Использование нейтринной связи пока что ограниченно скоростью работы детектора Minerva и его чувствительностью. Но нано технологии обещают большие перспективы в этом направлении. Развитие технологий использующих нейтрино откроет новые возможности в развитии нейтринной астрономии.

Vitaliy1

http://geektimes.ru/

03.06.2015 в 21:09

Что такое нейтринная связь и зачем она нам нужна

Нейтрино — это элементарная частица, на которую может воздействовать лишь гравитация и слабое ядерное взаимодействие. Ни что другое не способно существенно повлиять на этот лептон. Именно слабое взаимодействие с веществом делает нейтрино очень перспективным средством передачи информации в военном секторе, космической отрасли и горно-бывающей промышленности. Чтобы обеспечивать связь в данных отраслях сегодня, используют длинные волны. Такие радиоволны способны проникать в толщу воды на глубину до 20 метров. Что делает связь с подводными лодками не всегда возможной. Но радиопередатчик длинных волн огромны, потребляют массу энергии, довольно сложны и уязвимы. Эти ограничения относятся и к космической отрасли и к горнодобывающей. Избавившись от них, станет возможно налаживать каналы связи со спутниками, которые ушли в тень земли или других планет. Станет возможна связь с подлодками и с шахтерами, где бы те не находились. Это можно сделать используя нейтрино. 

Впервые передать информацию с помощью нейтрино удалось ученым из американской Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми 14 марта 2012 года.

Огромный поток нейтрино постоянно пронизывает нашу планету. Но поймать такую частицу – задача весьма нетривиальная. Для этого используются вещества-сцинтилляторы: изотопы хрома, галия или др. В результате взаимодействия частиц и сцинтиллятора возникает Черенковское излучение. Именно это излучение регистрируется фотоприёмникаими детектора Minerva. В роли источника используется инжектор NuMi, выбрасывающий протоны с энергией в 120 ГэВ. 

В ходе эксперимента инжектор и приёмник были расположены друг напротив друга на расстоянии в 1035 метров ( детектор располагался под землёй, на глубине более сотни метров). Удалось передать пакет данных длиною в 156-бит, в котором было зашифровано слово neutrino.

Использование нейтринной связи пока что ограниченно скоростью работы детектора Minerva и его чувствительностью. Но нано технологии обещают большие перспективы в этом направлении. Развитие технологий использующих нейтрино откроет новые возможности в развитии нейтринной астрономии.

Vitaliy1

http://geektimes.ru/

Читать далее »

Мы живем в многомерной Вселенной?

Некоторые теории в физике подталкивают ученых к мысли о многомерной Вселенной, где существуют практически идентичные версии нашей Вселенной. Но если Вселенная многомерная, как мы узнаем об этом наверняка, и как это может повлиять на человечество? /esoreiter.ru/

Физик-теоретик Брайан Грин, считает, что есть определенные версии многомерной Вселенной, однако для того чтобы вникнуть в саму суть этих версий, необходимо правильно настроить свое восприятие и подключить воображение.

Например, в одной из предложенных для рассмотрения теорий говорится, что Вселенная напоминает некий музыкальный инструмент, который состоит из одномерных струн, а многомерность Вселенной рождается благодаря звучанию гигантской 3D мембраны этого инструмента.

Или, к примеру, в одной из теорий наш мир сравнивается с огромной буханкой хлеба, где множественные Вселенные выступают в роли его ломтиков. Крошками этих ломтиков являются обломки от столкновений между вселенными. Эти крошки могут свободно мигрировать в нейтральные просторы космоса, а затем присоединятся к другим ломтикам хлеба, то есть к другим вселенным.

Некоторые теории многомерности Вселенной базируются на ее инфляции. В первые доли секунд после Большого взрыва наша Вселенная начала очень быстро расширяться. Возможно, в этот момент родилась не только наша Вселенная, но и многие другие миры? Если это так, наша Вселенная – космический пузырь в море подобных ей пузырьков.

Однако Грин считает, что все эти теории не стоит слишком серьезно рассматривать, так как они являются весьма спекулятивными и далеки от научных фактов. Но если все-таки предположить, что наша Вселенная является многомерной, что бы это означало для человечества?


«Мир с бесконечным числом вселенных практически бы гарантировал, что условия в одной из вселенных не повторились бы в другой», сказал Грин. «Иными словами, находясь в другой вселенной, иная версия вас читала бы эту статью, написанную другой версией меня».

Кроме того, получается, что живя в многомерном мире, в одной из вселенных вы можете решить прочесть эту статью, а в другом - даже не обратить на нее внимания. Что бы это значило для понятия свободной воли человека?

«Этот вопрос, конечно же, спорный, но я думаю, что свободная воля человека – всего лишь миф», сказал Грин.

14.07.2014

http://esoreiter.ru/

Некоторые теории в физике подталкивают ученых к мысли о многомерной Вселенной, где существуют практически идентичные версии нашей Вселенной. Но если Вселенная многомерная, как мы узнаем об этом наверняка, и как это может повлиять на человечество? /esoreiter.ru/

Физик-теоретик Брайан Грин, считает, что есть определенные версии многомерной Вселенной, однако для того чтобы вникнуть в саму суть этих версий, необходимо правильно настроить свое восприятие и подключить воображение.

Например, в одной из предложенных для рассмотрения теорий говорится, что Вселенная напоминает некий музыкальный инструмент, который состоит из одномерных струн, а многомерность Вселенной рождается благодаря звучанию гигантской 3D мембраны этого инструмента.

Или, к примеру, в одной из теорий наш мир сравнивается с огромной буханкой хлеба, где множественные Вселенные выступают в роли его ломтиков. Крошками этих ломтиков являются обломки от столкновений между вселенными. Эти крошки могут свободно мигрировать в нейтральные просторы космоса, а затем присоединятся к другим ломтикам хлеба, то есть к другим вселенным.

Некоторые теории многомерности Вселенной базируются на ее инфляции. В первые доли секунд после Большого взрыва наша Вселенная начала очень быстро расширяться. Возможно, в этот момент родилась не только наша Вселенная, но и многие другие миры? Если это так, наша Вселенная – космический пузырь в море подобных ей пузырьков.

Однако Грин считает, что все эти теории не стоит слишком серьезно рассматривать, так как они являются весьма спекулятивными и далеки от научных фактов. Но если все-таки предположить, что наша Вселенная является многомерной, что бы это означало для человечества?


«Мир с бесконечным числом вселенных практически бы гарантировал, что условия в одной из вселенных не повторились бы в другой», сказал Грин. «Иными словами, находясь в другой вселенной, иная версия вас читала бы эту статью, написанную другой версией меня».

Кроме того, получается, что живя в многомерном мире, в одной из вселенных вы можете решить прочесть эту статью, а в другом - даже не обратить на нее внимания. Что бы это значило для понятия свободной воли человека?

«Этот вопрос, конечно же, спорный, но я думаю, что свободная воля человека – всего лишь миф», сказал Грин.

14.07.2014

http://esoreiter.ru/

Читать далее »

Вселенная - это голограмма? Физики говорят: "Да, это возможно"!

Публикация от Nature magazine:

Десятимерная теория гравитации делает те же прогнозы относительно стандартной квантовой физики меньшей размерности.

Команда физиков предоставила некоторые из самых ярких доказательств того, что наша Вселенная может быть всего лишь одной большой проекцией.

В 1997 году физик-теоретик Хуан Малдасена предложил, что дерзкая модель Вселенной, в которой гравитация возникает из бесконечно тонких, вибрирующих струн, может быть переосмыслена с точки зрения устоявшейся физики. Математически сложной мир струн, которые существуют в девяти измерениях пространства плюс ещё одно — время, может быть всего лишь голограммой: реальное действие будет разыгрываться в более простом, более плоском космосе, где нет гравитации.

Идея Малдасена привела физиков в восторг, поскольку что он предложил способ поместить популярную, но все еще недоказанную теорию струн на прочную основу и ещё потому, что она решает явные различия между квантовой физикой и теорией гравитации Эйнштейна. Она обеспечивает физиков  математическим Розеттским камнем, «двойственностью», что позволило им переводить туда и обратно между двумя языками и решать проблемы в одной модели, которые казались неразрешимыми в другой и наоборот. Но хотя в действительности идеи Малдасены в значительной мере были само собой разумеющимися, строгое доказательство до сих пор было неуловимым.

В двух статьях, опубликованных на хранилище ArXiv, Йошифуме Хиякутаке (Yoshifumi Hyakutake) из университета Ибараки в Японии и его коллеги в настоящее время обеспечивают если не реальное доказательство, то, по крайней мере, убедительные доказательства того, что гипотеза Малдасена верна.

В одной статье Хиякутаке вычисляет внутреннюю энергию чёрной дыры, положение ее горизонта событий (граница между черной дырой и остальной части Вселенной), её энтропию и другие свойства, основанные на предсказаниях теории струн, а также влияния так называемых виртуальных частиц, которые непрерывно появляются и уходят из жизни.В другой он и его коллеги вычислили внутреннюю энергию соответствующего меньшеразмерного космоса, не имеющего гравитации. Оба компьютерных расчёта совпадают.

«Это, кажется, правильный расчет», — говорит Малдасена, который в настоящее время работает в Институте перспективных исследований в Принстоне, Нью-Джерси и который не вносил свой вклад в работу команды.

Смена режима

Выводы «являются интересным способом испытать многие идеи в квантовой гравитации и теории струн», — добавляет Малдасена. Две статьи, отмечает он, являются кульминацией серии статей за последние нескольких лет, вносимой японской командой. «Вся последовательность статей очень симпатична, поскольку проверяет двойственность [природы вселенных] в режимах, где нет никаких аналитических тестов».

«Они численно подтвердили, возможно впервые, то, в чём мы были достаточно уверены, что это является истинным, но всё ещё являлось гипотезой, а именно — что термодинамика некоторых черных дыр может быть воспроизведена из  Вселенной меньшей мерности», — говорит Леонард Зюскинд (Leonard Susskind), физик-теоретик из Стэнфордского университета в Калифорнии, который был среди первых теоретиков, изучавших идею голографических вселенных.

Ни одна из моделей вселенных, изученных японской командой, не напоминает нашу собственную, отмечает Малдасена. Космос с чёрной дырой имеет десять измерений, с восемью из них, формирующими восьмимерную сферу. Меньшемерная, не имеющая гравитации, кроме одного измерения и её зверинец квантовых частиц, напоминает группу идеализированных пружин или гармонических осцилляторов, прикрепленных друг к другу.

Тем не менее, говорит Малдасена, численное доказательство того, что эти два, казалось бы разрозненных мира фактически идентичны, даёт надежду, что гравитационные свойства нашей Вселенной могут в один прекрасный день быть объяснены более простым космосом чисто в терминах квантовой теории.

• 13 декабря 2013, 16:47

• admin

http://newsstreet.ru/

Публикация от Nature magazine:

Десятимерная теория гравитации делает те же прогнозы относительно стандартной квантовой физики меньшей размерности.

Команда физиков предоставила некоторые из самых ярких доказательств того, что наша Вселенная может быть всего лишь одной большой проекцией.

В 1997 году физик-теоретик Хуан Малдасена предложил, что дерзкая модель Вселенной, в которой гравитация возникает из бесконечно тонких, вибрирующих струн, может быть переосмыслена с точки зрения устоявшейся физики. Математически сложной мир струн, которые существуют в девяти измерениях пространства плюс ещё одно — время, может быть всего лишь голограммой: реальное действие будет разыгрываться в более простом, более плоском космосе, где нет гравитации.

Идея Малдасена привела физиков в восторг, поскольку что он предложил способ поместить популярную, но все еще недоказанную теорию струн на прочную основу и ещё потому, что она решает явные различия между квантовой физикой и теорией гравитации Эйнштейна. Она обеспечивает физиков  математическим Розеттским камнем, «двойственностью», что позволило им переводить туда и обратно между двумя языками и решать проблемы в одной модели, которые казались неразрешимыми в другой и наоборот. Но хотя в действительности идеи Малдасены в значительной мере были само собой разумеющимися, строгое доказательство до сих пор было неуловимым.

В двух статьях, опубликованных на хранилище ArXiv, Йошифуме Хиякутаке (Yoshifumi Hyakutake) из университета Ибараки в Японии и его коллеги в настоящее время обеспечивают если не реальное доказательство, то, по крайней мере, убедительные доказательства того, что гипотеза Малдасена верна.

В одной статье Хиякутаке вычисляет внутреннюю энергию чёрной дыры, положение ее горизонта событий (граница между черной дырой и остальной части Вселенной), её энтропию и другие свойства, основанные на предсказаниях теории струн, а также влияния так называемых виртуальных частиц, которые непрерывно появляются и уходят из жизни.В другой он и его коллеги вычислили внутреннюю энергию соответствующего меньшеразмерного космоса, не имеющего гравитации. Оба компьютерных расчёта совпадают.

«Это, кажется, правильный расчет», — говорит Малдасена, который в настоящее время работает в Институте перспективных исследований в Принстоне, Нью-Джерси и который не вносил свой вклад в работу команды.

Смена режима

Выводы «являются интересным способом испытать многие идеи в квантовой гравитации и теории струн», — добавляет Малдасена. Две статьи, отмечает он, являются кульминацией серии статей за последние нескольких лет, вносимой японской командой. «Вся последовательность статей очень симпатична, поскольку проверяет двойственность [природы вселенных] в режимах, где нет никаких аналитических тестов».

«Они численно подтвердили, возможно впервые, то, в чём мы были достаточно уверены, что это является истинным, но всё ещё являлось гипотезой, а именно — что термодинамика некоторых черных дыр может быть воспроизведена из  Вселенной меньшей мерности», — говорит Леонард Зюскинд (Leonard Susskind), физик-теоретик из Стэнфордского университета в Калифорнии, который был среди первых теоретиков, изучавших идею голографических вселенных.

Ни одна из моделей вселенных, изученных японской командой, не напоминает нашу собственную, отмечает Малдасена. Космос с чёрной дырой имеет десять измерений, с восемью из них, формирующими восьмимерную сферу. Меньшемерная, не имеющая гравитации, кроме одного измерения и её зверинец квантовых частиц, напоминает группу идеализированных пружин или гармонических осцилляторов, прикрепленных друг к другу.

Тем не менее, говорит Малдасена, численное доказательство того, что эти два, казалось бы разрозненных мира фактически идентичны, даёт надежду, что гравитационные свойства нашей Вселенной могут в один прекрасный день быть объяснены более простым космосом чисто в терминах квантовой теории.

• 13 декабря 2013, 16:47

• admin

http://newsstreet.ru/

Читать далее »

7 веществ, нарушающих правила физики

В мире много удивительных вещей и необычных материалов, но эти вполне могут претендовать на участие в категории «самые удивительные среди придуманных людьми». Безусловно, эти вещества «нарушают» правила физики только на первый взгляд, на самом деле все давно научно объяснено, хотя от этого вещества менее удивительными не становятся.

1. Феррожидкость

Феррожидкость – это магнитная жидкость, из которой можно образовывать весьма любопытные и затейливые фигуры. Впрочем, пока магнитное поле отсутствует, феррожидкость – вязкая и ни чем не примечательная. Но вот стоит воздействовать на нее с помощью магнитного поля, как ее частицы выстраиваются вдоль силовых линий – и создают нечто неописуемое…

На практике феррожидкость применяют по-разному: к примеру, для обеспечения теплопроводности в динамиках, но продемонстрированный метод использования тоже очень ничего.

Ну а возможность становиться то твердым, то жидким: в зависимости от воздействия магнитного поля, делает этот материал значимым и для автопрома, и для NASA и для военных.

2. Аэрогель Frozen Smoke

Аэрогель Frozen Smoke («Замороженный дым») на 99 процентов состоит из воздуха и на 1 – из кремниевого ангидрида. В результате получается весьма впечатлительная магия: кирпичи зависают в воздухе и все такое. Кроме того, этот гель еще и огнеупорен.

Разновидностью аэрогеля является так называемое «воздушное стекло» (Airglass) с плотностью 0,05-0,2 грамма на кубический сантиметр. Оно довольно прозрачно, и хотя не слишком прочно, зато по теплозащите многократно превосходит обычное стекло.

Вообще, инженеры и учёные считают, что в ближайшее время аэрогель сможет найти десятки областей применения на Земле. И здесь опять помогает космос. В последние годы на шаттлах проводились опыты по получению аэрогеля в невесомости.

Будучи почти незаметным, аэрогель при этом может удерживать практически невероятные тяжести, что в 4000 раз превосходят объем израсходованного вещества, при чем сам он – очень легкий. Его применяют в космосе: к примеру, для «вылавливания» пыли от хвостов комет и для «утепления» костюмов астронавтов. В будущем, говорят ученые, он появится во многих домах: очень уж удобный материальчик.

3. Перфторуглерод

Перфторуглерод – это жидкость, вмещающая большое количество кислорода, и которой, по сути, можно дышать. Вещество тестировалось еще в 60-х годах прошлого века: на мышах, продемонстрировав определенную долю эффективности. К сожалению, только определенную: лабораторные мыши погибли после нескольких часов, проведенных в емкостях с жидкостью. Ученые пришли к мнению, что всему виной – примеси…

Сегодня перфторуглероды используются для ультразвуковых исследования и даже для создания искусственной крови. Бесконтрольно использовать вещество ни в коем случае нельзя: оно не самое экологически чистое. Атмосферу, например, «подогревает» в 6500 раз активнее, чем углекислый газ.

4. Эластичные проводники

Матрицу транзисторов равно как и эластичный проводник можно растянуть. В группе исследователей из Университета Токио под руководством Такао Сомейя (Takao Someya) впервые получен отличающийся высокой проводимостью и химической стабильностью эластомер, внедрив углеродные нанотрубки в полимерную матрицу.

Эластичный материал был получен за счет перемешивания из черной пасты, полученной с помощью растирания нанотрубок в ионной жидкости – бис(трифторметансульфонил)имид 1-бутил-3-метилимидазолия. Процесс растирания не дает углеродным нанотрубкам склеиваться в большие «связки», что помогает им понизить жесткость и способствует увеличению эластичности.

После растирания гель комбинируют со фторированным сополимером, придающим материалу дополнительную эластичность, дают ему застыть и высохнуть. Полученная в результате всех этих операций пленка покрывается силиконовой резиной, в результате чего образуется эластичный проводник. Для дальнейшего увеличения эластичности материал может быть перфорирован, а также на него могут быть нанесены органические транзисторы. После завершения всех стадий производства получают эластичный лист, свойства которого не меняются при его растяжении до 70%.

Для демонстрации реальности и экономической эффективности предложенного подхода японские исследователи использовали маломасштабный принтер для получения прототипа эластичного проводника размерами 20 на 20 см. Такао Сомейя полагает, что процесс производства эластичных проводников может быть масштабирован до промышленного производства гораздо больших по размеру гибких и эластичных интегрированных электрических схем. По мнению исследователей данная методика может снизить стоимость изготовления гибких дисплеев, а также создать искусственную кожу для роботов и систем интерфейса для взаимодействия человека с компьютером.

5. Неньютоновская жидкость

Жидкости, вязкость которых зависит от градиента скорости называются неньютоновскими.

Ученые ищут путь применения этой способности неньютоновской жидкости при разработке армейского снаряжения и формы. Чтобы мягкая и удобная ткань под действием пули становилась твердой – и превращалась в бронежилет.

6. Прозрачный оксид алюминия

Прозрачный и при этом крепкий металл планируют использовать как для создания более совершенного армейского снаряжения, так и в автопроме и даже при производстве окон. Почему бы и нет: видно хорошо, и при этом не бьется.

7. Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки уже присутствовали в четвертом пункте статьи, и вот – новая встреча. А все потому, что возможности их и вправду широки, и говорить о всяческих прелестях можно часами. В частности, это – самый прочный из всех изобретенным человеком материалов.

С помощью этого материала уже создают сверхпрочные нити, сверхкомпактные компьютерные процессоры и много-много другого, а в будущем темпы будут только наращиваться: супер-эффективные батареи, еще более эффективные солнечные панели и даже трос для космического лифта будущего…

Источник

---

                                                   

Опубликовал Иван , 24.06.2014 в 11:08

http://knowledgeblog.ru/

В мире много удивительных вещей и необычных материалов, но эти вполне могут претендовать на участие в категории «самые удивительные среди придуманных людьми». Безусловно, эти вещества «нарушают» правила физики только на первый взгляд, на самом деле все давно научно объяснено, хотя от этого вещества менее удивительными не становятся.

1. Феррожидкость

Феррожидкость – это магнитная жидкость, из которой можно образовывать весьма любопытные и затейливые фигуры. Впрочем, пока магнитное поле отсутствует, феррожидкость – вязкая и ни чем не примечательная. Но вот стоит воздействовать на нее с помощью магнитного поля, как ее частицы выстраиваются вдоль силовых линий – и создают нечто неописуемое…

На практике феррожидкость применяют по-разному: к примеру, для обеспечения теплопроводности в динамиках, но продемонстрированный метод использования тоже очень ничего.

Ну а возможность становиться то твердым, то жидким: в зависимости от воздействия магнитного поля, делает этот материал значимым и для автопрома, и для NASA и для военных.

2. Аэрогель Frozen Smoke

Аэрогель Frozen Smoke («Замороженный дым») на 99 процентов состоит из воздуха и на 1 – из кремниевого ангидрида. В результате получается весьма впечатлительная магия: кирпичи зависают в воздухе и все такое. Кроме того, этот гель еще и огнеупорен.

Разновидностью аэрогеля является так называемое «воздушное стекло» (Airglass) с плотностью 0,05-0,2 грамма на кубический сантиметр. Оно довольно прозрачно, и хотя не слишком прочно, зато по теплозащите многократно превосходит обычное стекло.

Вообще, инженеры и учёные считают, что в ближайшее время аэрогель сможет найти десятки областей применения на Земле. И здесь опять помогает космос. В последние годы на шаттлах проводились опыты по получению аэрогеля в невесомости.

Будучи почти незаметным, аэрогель при этом может удерживать практически невероятные тяжести, что в 4000 раз превосходят объем израсходованного вещества, при чем сам он – очень легкий. Его применяют в космосе: к примеру, для «вылавливания» пыли от хвостов комет и для «утепления» костюмов астронавтов. В будущем, говорят ученые, он появится во многих домах: очень уж удобный материальчик.

3. Перфторуглерод

Перфторуглерод – это жидкость, вмещающая большое количество кислорода, и которой, по сути, можно дышать. Вещество тестировалось еще в 60-х годах прошлого века: на мышах, продемонстрировав определенную долю эффективности. К сожалению, только определенную: лабораторные мыши погибли после нескольких часов, проведенных в емкостях с жидкостью. Ученые пришли к мнению, что всему виной – примеси…

Сегодня перфторуглероды используются для ультразвуковых исследования и даже для создания искусственной крови. Бесконтрольно использовать вещество ни в коем случае нельзя: оно не самое экологически чистое. Атмосферу, например, «подогревает» в 6500 раз активнее, чем углекислый газ.

4. Эластичные проводники

Матрицу транзисторов равно как и эластичный проводник можно растянуть. В группе исследователей из Университета Токио под руководством Такао Сомейя (Takao Someya) впервые получен отличающийся высокой проводимостью и химической стабильностью эластомер, внедрив углеродные нанотрубки в полимерную матрицу.

Эластичный материал был получен за счет перемешивания из черной пасты, полученной с помощью растирания нанотрубок в ионной жидкости – бис(трифторметансульфонил)имид 1-бутил-3-метилимидазолия. Процесс растирания не дает углеродным нанотрубкам склеиваться в большие «связки», что помогает им понизить жесткость и способствует увеличению эластичности.

После растирания гель комбинируют со фторированным сополимером, придающим материалу дополнительную эластичность, дают ему застыть и высохнуть. Полученная в результате всех этих операций пленка покрывается силиконовой резиной, в результате чего образуется эластичный проводник. Для дальнейшего увеличения эластичности материал может быть перфорирован, а также на него могут быть нанесены органические транзисторы. После завершения всех стадий производства получают эластичный лист, свойства которого не меняются при его растяжении до 70%.

Для демонстрации реальности и экономической эффективности предложенного подхода японские исследователи использовали маломасштабный принтер для получения прототипа эластичного проводника размерами 20 на 20 см. Такао Сомейя полагает, что процесс производства эластичных проводников может быть масштабирован до промышленного производства гораздо больших по размеру гибких и эластичных интегрированных электрических схем. По мнению исследователей данная методика может снизить стоимость изготовления гибких дисплеев, а также создать искусственную кожу для роботов и систем интерфейса для взаимодействия человека с компьютером.

5. Неньютоновская жидкость

Жидкости, вязкость которых зависит от градиента скорости называются неньютоновскими.

Ученые ищут путь применения этой способности неньютоновской жидкости при разработке армейского снаряжения и формы. Чтобы мягкая и удобная ткань под действием пули становилась твердой – и превращалась в бронежилет.

6. Прозрачный оксид алюминия

Прозрачный и при этом крепкий металл планируют использовать как для создания более совершенного армейского снаряжения, так и в автопроме и даже при производстве окон. Почему бы и нет: видно хорошо, и при этом не бьется.

7. Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки уже присутствовали в четвертом пункте статьи, и вот – новая встреча. А все потому, что возможности их и вправду широки, и говорить о всяческих прелестях можно часами. В частности, это – самый прочный из всех изобретенным человеком материалов.

С помощью этого материала уже создают сверхпрочные нити, сверхкомпактные компьютерные процессоры и много-много другого, а в будущем темпы будут только наращиваться: супер-эффективные батареи, еще более эффективные солнечные панели и даже трос для космического лифта будущего…

Источник

---

                                                   

Опубликовал Иван , 24.06.2014 в 11:08

http://knowledgeblog.ru/

Читать далее »

Хрестоматийные законы физики: что они означают и кто их придумал

Dina Baty

29 июля 2012

Юлия Блюхер

Каждый студент-физик знает закон теплопроводности Фурье или закон Гука о силе упругости. Но мало кому известно, что Фурье в старости жил в деревянной коробке, что Исаак Ньютон так сильно ненавидел Роберта Гука, что даже пытался сжечь его бумаги, а Архимед иногда слал своим коллегам фальшивые теоремы, чтобы поймать их на воровстве идей. В книге «От Архимеда до Хокинга: научные законы и их великие создатели» Клифф Пикоувер рассказывает о жизни ученых, в честь которых были названы главные физические законы. В его сборник вошли 40 теорем и сотни необычных фактов и забавных деталей из жизни величайших исследователей. T&P публикуют самые интересные из них.

Закон Архимеда

На тело, полностью или частично погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости. Эта сила зависит от плотности жидкости и объема погруженного тела.

Закон кажется простым, но на самом деле не очевидно, что объекты одного объема испытывают одинаковую выталкивающую силу при погружении в воду. К примеру, на кубы из пробки и свинца будет действовать одинаковая выталкивающая сила, но при этом они будут вести себя по-разному. Это обусловлено соотношением выталкивающей силы и веса предмета. Закон Архимеда применяется во многих случаях, к примеру, он помогает нам понять принцип плавучести и считается основополагающим принципом гидростатики.

Интересные факты об Архимеде

Плутарх писал, что Архимед был настолько увлечен математикой, что слугам приходилось заставлять его принимать ванну, и пока они его мыли, он продолжал рисовать геометрические фигуры на собственном теле.

Архимед изобрел «луч смерти» — конструкцию из зеркал, которые перенаправили солнечные лучи на римские корабли и вызвали на них пожар. Эта история считалась выдумкой до тех пор, пока Дэвид Уоллес из Массачусетского технологического института не провел эксперимент. Его студенты сделали деревянную копию римского корабля и с помощью 127 зеркал перевели на него солнечные лучи с расстояния в 30 метров. Через 10 минут корабль загорелся.

Когда римляне захватили Сиракузы, один солдат наткнулся на Архимеда, изучающего нарисованную на песке математическую диаграмму. Ученый, раздосадованный тем, что его отвлекли, сказал солдату: «Не трогай мои чертежи!». После этих слов он был убит.

Закон Гука

Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации. Самый простой пример — пружинные весы. Стрелка весов показывает, насколько сжалась пружина, а так как сжатие пропорционально весу, получается, что стрелка показывает вес.

Интересные факты о Гуке

Роберт Гук в детстве часто болел. Врачи говорили, что он не доживет до двадцати лет, поэтому родители не беспокоились о его образовании. Предоставленный сам себе, Гук мастерил часы и механические модели.

Гук первым употребил слово «клетка» в значении элементарной единицы строения живого организма (он полагал, что увеличенное сквозь микроскоп растение напоминает кельи монахов).

В 1672 году Гук раскритиковал Исаака Ньютона за то, что тот использовал призму для расщепления белого цвета на различные компоненты. Разозлившись, Ньютон удалил его портрет из Королевского научного общества и даже пытался сжечь его рукописи. Гук также указал Ньютону, что гравитация имеет обратно пропорциональную зависимость квадрату расстояния. Но Ньютон пренебрежительно отреагировал на это замечание в «Математических началах натуральной философии», сказав: «Чье-то мнение нельзя принимать за доказательство».

Гук интересовался наукой дыхания. Ради эксперимента он поместил себя в герметичный аппарат, из которого постепенно выкачивался воздух. Результат оказался губительным для здоровья Гука — он повредил уши и частично потерял слух.

Закон Бернулли

Представьте жидкость, которая равномерно течет по трубке с верхушки холмов до самого низа. Даниил Бернулли открыл закон, который установил связь между давлением, скоростью потока и высотой течения в трубке.

Закон является математическим выражением двух эффектов: 1) на глубине давление жидкости больше, так как давит жидкость, которая сверху; 2) жидкость под давлением, вытекая в область более низкого давления, ускоряется (например вода из шприца). То же верно и для газов. Если жидкость или газ протекают стационарно (без завихрений), то закон можно использовать для отдельных струй жидкости и получаются менее очевидные следствия: крыло самолета, близко идущие корабли. Его действие можно наблюдать в повседневной жизни — как только включаешь воду в душе, шторка врывается внутрь кабинки, потому что увеличение скорости воздуха и воды вызывает скачок в давлении. Разница давлений внутри и снаружи кабины приводит к тому, что шторку затягивает внутрь.

Интересные факты о Бернулли

Даниил, как и его отец, изучал математику втайне от родителей. Иоганн Бернулли хотел, чтобы его сын стал торговцем. Когда-то и его собственный отец пытался принудить ученого к этому ремеслу. В итоге Даниил пообещал отцу стать доктором, а тот взамен на эту клятву начал учить его математике.

Отец всегда ревновал к успехам сына. В 1735 г. они оба участвовали в научном соревновании Парижской академии наук, и Даниил занял первое место. Иоганн не смог смириться с позором и выгнал сына из дома.

Даниил опубликовал «Гидродинамику» в 1734 г. Иоганна задел успех сына, и он опубликовал плагиат под названием «Гидравлика». Отец даже датировал книгу 1732 годом, чтобы казалось, будто это Даниил скопировал его работу.
Бернулли был плодотворным автором, он писал обо всем, что волновало его воображение. Например, сохранилась записка с его вычислениями соотношения скорости движения лодки и количества гребцов на ней.

Закон Дальтона

Давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений.

Суть в том, что при умеренных давлениях газы очень разрежены, поэтому молекулы друг с другом почти не взаимодействуют и объем, занимаемый самими молекулами очень мал по сравнению с объемом, занимаемым газом. Поэтому в смеси газов какой-то один газ ведет себя так же, как если бы остальных газов не было, а общее давление равно просто сумме давлений, которое каждый газ создавал бы сам по себе. Закон применяется при расчетах, связанных с двигателями внутреннего сгорания и тепловыми машинами.

Интересные факты о Дальтоне

Однажды Дальтон подарил матери на день рождения пару чулок. Она была удивлена тем, что он купил ей вульгарные алые чулки. Выяснилось, что и он, и его брат считали их синими. Так обнаружилось, что они оба — дальтоники.

С 21 года и до самой смерти Дальтон вел подробный дневник, в котором скрупулезно описывал погоду. Он был настолько увлечен записями, что даже фиксировал каждый удар и промах, когда играл в боулинг на лужайке.

Он никогда не был женат, объясняя это так: «Моя голова слишком забита треугольниками, химическими процессами, электрическими экспериментами, чтобы еще думать о браке».
После смерти, согласно завещанию, у него вырезали один глаз для изучения причины дальтонизма. Но тогда это не принесло никаких особенных результатов. Лишь в 1990 году анализ показал, что глазам дальтоников не хватает пигмента, восприимчивого к зеленому цвету.

Закон Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры.

Математическое выражение простого закона: чем больше разность температур, тем быстрее передается тепло. Например, чем горячее предмет, тем быстрее он нагреет холодный предмет. Закон применяется во многих областях и объясняет, например, почему алмазы всегда холодные (у них высокая термальная проводимость). Он позволяет определить теплопроводность материалов, что необходимо в промышленности — например, для производства двигателей и термосов.

Интересные факты о Фурье

В 16 лет Фурье нашел новое доказательство Теоремы Декарта. Именно его версия стала стандартом доказательства правила знаков.

В 21 год он сильно сомневался, что сможет внести значительный вклад в математику. Он написал своему профессору: «Вчера был мой 21-й день рождения. В этом возрасте Ньютон и Паскаль уже не раз были обвинены в аморальности».

Во время французской революции Фурье защищал Антуана Лавуазье, основателя современной химии. Его призывы сохранить жизнь Лавуазье не были услышаны, судья вынес вердикт: «Республике не нужны гении». Химик был отправлен на гильотину. Фурье тоже попал в тюрьму, но избежал смерти благодаря перемене политического климата.

Фурье сопровождал Наполеона во время Египетского похода. После возвращения он все время мерз и носил пальто даже в жару. Забавно, что хоть он и был экспертом в области теплопроводности, сохранить тепло в собственном теле он был не в состоянии.
В последние месяцы жизни тело Фурье было настолько хрупким, что ему пришлось жить в деревянной коробке с отверстиями для рук и головы. Этот «живой гроб» позволял ему держать тело вертикально, работать и отвечать на письма.

http://theoryandpractice.ru/

Хрестоматийные законы физики: что они означают и кто их придумал

Dina Baty

29 июля 2012

Юлия Блюхер

Каждый студент-физик знает закон теплопроводности Фурье или закон Гука о силе упругости. Но мало кому известно, что Фурье в старости жил в деревянной коробке, что Исаак Ньютон так сильно ненавидел Роберта Гука, что даже пытался сжечь его бумаги, а Архимед иногда слал своим коллегам фальшивые теоремы, чтобы поймать их на воровстве идей. В книге «От Архимеда до Хокинга: научные законы и их великие создатели» Клифф Пикоувер рассказывает о жизни ученых, в честь которых были названы главные физические законы. В его сборник вошли 40 теорем и сотни необычных фактов и забавных деталей из жизни величайших исследователей. T&P публикуют самые интересные из них.

Закон Архимеда

На тело, полностью или частично погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости. Эта сила зависит от плотности жидкости и объема погруженного тела.

Закон кажется простым, но на самом деле не очевидно, что объекты одного объема испытывают одинаковую выталкивающую силу при погружении в воду. К примеру, на кубы из пробки и свинца будет действовать одинаковая выталкивающая сила, но при этом они будут вести себя по-разному. Это обусловлено соотношением выталкивающей силы и веса предмета. Закон Архимеда применяется во многих случаях, к примеру, он помогает нам понять принцип плавучести и считается основополагающим принципом гидростатики.

Интересные факты об Архимеде

Плутарх писал, что Архимед был настолько увлечен математикой, что слугам приходилось заставлять его принимать ванну, и пока они его мыли, он продолжал рисовать геометрические фигуры на собственном теле.

Архимед изобрел «луч смерти» — конструкцию из зеркал, которые перенаправили солнечные лучи на римские корабли и вызвали на них пожар. Эта история считалась выдумкой до тех пор, пока Дэвид Уоллес из Массачусетского технологического института не провел эксперимент. Его студенты сделали деревянную копию римского корабля и с помощью 127 зеркал перевели на него солнечные лучи с расстояния в 30 метров. Через 10 минут корабль загорелся.

Когда римляне захватили Сиракузы, один солдат наткнулся на Архимеда, изучающего нарисованную на песке математическую диаграмму. Ученый, раздосадованный тем, что его отвлекли, сказал солдату: «Не трогай мои чертежи!». После этих слов он был убит.

Закон Гука

Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации. Самый простой пример — пружинные весы. Стрелка весов показывает, насколько сжалась пружина, а так как сжатие пропорционально весу, получается, что стрелка показывает вес.

Интересные факты о Гуке

Роберт Гук в детстве часто болел. Врачи говорили, что он не доживет до двадцати лет, поэтому родители не беспокоились о его образовании. Предоставленный сам себе, Гук мастерил часы и механические модели.

Гук первым употребил слово «клетка» в значении элементарной единицы строения живого организма (он полагал, что увеличенное сквозь микроскоп растение напоминает кельи монахов).

В 1672 году Гук раскритиковал Исаака Ньютона за то, что тот использовал призму для расщепления белого цвета на различные компоненты. Разозлившись, Ньютон удалил его портрет из Королевского научного общества и даже пытался сжечь его рукописи. Гук также указал Ньютону, что гравитация имеет обратно пропорциональную зависимость квадрату расстояния. Но Ньютон пренебрежительно отреагировал на это замечание в «Математических началах натуральной философии», сказав: «Чье-то мнение нельзя принимать за доказательство».

Гук интересовался наукой дыхания. Ради эксперимента он поместил себя в герметичный аппарат, из которого постепенно выкачивался воздух. Результат оказался губительным для здоровья Гука — он повредил уши и частично потерял слух.

Закон Бернулли

Представьте жидкость, которая равномерно течет по трубке с верхушки холмов до самого низа. Даниил Бернулли открыл закон, который установил связь между давлением, скоростью потока и высотой течения в трубке.

Закон является математическим выражением двух эффектов: 1) на глубине давление жидкости больше, так как давит жидкость, которая сверху; 2) жидкость под давлением, вытекая в область более низкого давления, ускоряется (например вода из шприца). То же верно и для газов. Если жидкость или газ протекают стационарно (без завихрений), то закон можно использовать для отдельных струй жидкости и получаются менее очевидные следствия: крыло самолета, близко идущие корабли. Его действие можно наблюдать в повседневной жизни — как только включаешь воду в душе, шторка врывается внутрь кабинки, потому что увеличение скорости воздуха и воды вызывает скачок в давлении. Разница давлений внутри и снаружи кабины приводит к тому, что шторку затягивает внутрь.

Интересные факты о Бернулли

Даниил, как и его отец, изучал математику втайне от родителей. Иоганн Бернулли хотел, чтобы его сын стал торговцем. Когда-то и его собственный отец пытался принудить ученого к этому ремеслу. В итоге Даниил пообещал отцу стать доктором, а тот взамен на эту клятву начал учить его математике.

Отец всегда ревновал к успехам сына. В 1735 г. они оба участвовали в научном соревновании Парижской академии наук, и Даниил занял первое место. Иоганн не смог смириться с позором и выгнал сына из дома.

Даниил опубликовал «Гидродинамику» в 1734 г. Иоганна задел успех сына, и он опубликовал плагиат под названием «Гидравлика». Отец даже датировал книгу 1732 годом, чтобы казалось, будто это Даниил скопировал его работу.
Бернулли был плодотворным автором, он писал обо всем, что волновало его воображение. Например, сохранилась записка с его вычислениями соотношения скорости движения лодки и количества гребцов на ней.

Закон Дальтона

Давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений.

Суть в том, что при умеренных давлениях газы очень разрежены, поэтому молекулы друг с другом почти не взаимодействуют и объем, занимаемый самими молекулами очень мал по сравнению с объемом, занимаемым газом. Поэтому в смеси газов какой-то один газ ведет себя так же, как если бы остальных газов не было, а общее давление равно просто сумме давлений, которое каждый газ создавал бы сам по себе. Закон применяется при расчетах, связанных с двигателями внутреннего сгорания и тепловыми машинами.

Интересные факты о Дальтоне

Однажды Дальтон подарил матери на день рождения пару чулок. Она была удивлена тем, что он купил ей вульгарные алые чулки. Выяснилось, что и он, и его брат считали их синими. Так обнаружилось, что они оба — дальтоники.

С 21 года и до самой смерти Дальтон вел подробный дневник, в котором скрупулезно описывал погоду. Он был настолько увлечен записями, что даже фиксировал каждый удар и промах, когда играл в боулинг на лужайке.

Он никогда не был женат, объясняя это так: «Моя голова слишком забита треугольниками, химическими процессами, электрическими экспериментами, чтобы еще думать о браке».
После смерти, согласно завещанию, у него вырезали один глаз для изучения причины дальтонизма. Но тогда это не принесло никаких особенных результатов. Лишь в 1990 году анализ показал, что глазам дальтоников не хватает пигмента, восприимчивого к зеленому цвету.

Закон Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры.

Математическое выражение простого закона: чем больше разность температур, тем быстрее передается тепло. Например, чем горячее предмет, тем быстрее он нагреет холодный предмет. Закон применяется во многих областях и объясняет, например, почему алмазы всегда холодные (у них высокая термальная проводимость). Он позволяет определить теплопроводность материалов, что необходимо в промышленности — например, для производства двигателей и термосов.

Интересные факты о Фурье

В 16 лет Фурье нашел новое доказательство Теоремы Декарта. Именно его версия стала стандартом доказательства правила знаков.

В 21 год он сильно сомневался, что сможет внести значительный вклад в математику. Он написал своему профессору: «Вчера был мой 21-й день рождения. В этом возрасте Ньютон и Паскаль уже не раз были обвинены в аморальности».

Во время французской революции Фурье защищал Антуана Лавуазье, основателя современной химии. Его призывы сохранить жизнь Лавуазье не были услышаны, судья вынес вердикт: «Республике не нужны гении». Химик был отправлен на гильотину. Фурье тоже попал в тюрьму, но избежал смерти благодаря перемене политического климата.

Фурье сопровождал Наполеона во время Египетского похода. После возвращения он все время мерз и носил пальто даже в жару. Забавно, что хоть он и был экспертом в области теплопроводности, сохранить тепло в собственном теле он был не в состоянии.
В последние месяцы жизни тело Фурье было настолько хрупким, что ему пришлось жить в деревянной коробке с отверстиями для рук и головы. Этот «живой гроб» позволял ему держать тело вертикально, работать и отвечать на письма.

http://theoryandpractice.ru/

Читать далее »

Открыта новая частица.

Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК) на границе Швейцарии и Франции, сообщают, что сделали первое четкое наблюдение новой частицы с момента открытия коллайдера в 2009 году. Об этом сообщает BBC News со ссылкой на ArXiv, который сообщил об еще неопубликованном открытии. Частица, которая называется Chi_b (3P), поможет исследователям лучше понять силы, которые удерживают частицы материи вместе.

С помощью БАК ученые рассчитывают получить ответы на некоторые основные вопросы «большой физики». Сталкивая между собой протоны и наблюдая результаты этих воздействий, они получают новую информацию об устройстве Вселенной.

Профессор Роджер Джонс (Roger Jones) из Ланкастерского университета (Lancaster University), Великобритания, пояснил, что Chi_b (3P) является возбужденным состоянием частицы Chi, которая была получена в предыдущих экспериментах. «Новая частица состоит из «прелестного кварка» и «прелестного анти-кварка», которые связаны между собой», — добавил профессор. Он также отметил, что интерес представляют и силы, которые связывают между собой кварки и анти-кварки.

 Работа на БАК позволяет дополнять Стандартную модель новыми данными. В частности, БАК используется для поиска бозонов Хиггса, которые смогут объяснить, почему материя обладает массой. Открытия, подобные открытию Chi_b (3P), являются важной частью исследования, так как они добавляют новые знания к существующей модели.  

Профессор Пол Ньюман (Paul Newman) из университета Бирмингема (University of Birmingham), Великобритания, отметил, что это первая частица, открытая в БАК, и что это открытие свидетельствует об успешном запуске коллайдера. Аспирант из Бирмингема Энди Чисхолм (Andy Chisholm), занимавшийся анализом данных, считает, что команде повезло оказаться в нужное время в нужном месте, чтобы увидеть открытие частицы.

Напомним, что ранее физики сообщали, что им почти удалось найти неуловимый бозон Хиггса. Они предполагают, что масса бозона Хиггса составляет 125 гигаэлектровольт (ГэВ). Ученые рассчитывают к весне набрать необходимый материал, чтобы подтвердить этот факт.

Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК) на границе Швейцарии и Франции, сообщают, что сделали первое четкое наблюдение новой частицы с момента открытия коллайдера в 2009 году. Об этом сообщает BBC News со ссылкой на ArXiv, который сообщил об еще неопубликованном открытии. Частица, которая называется Chi_b (3P), поможет исследователям лучше понять силы, которые удерживают частицы материи вместе.

С помощью БАК ученые рассчитывают получить ответы на некоторые основные вопросы «большой физики». Сталкивая между собой протоны и наблюдая результаты этих воздействий, они получают новую информацию об устройстве Вселенной.

Профессор Роджер Джонс (Roger Jones) из Ланкастерского университета (Lancaster University), Великобритания, пояснил, что Chi_b (3P) является возбужденным состоянием частицы Chi, которая была получена в предыдущих экспериментах. «Новая частица состоит из «прелестного кварка» и «прелестного анти-кварка», которые связаны между собой», — добавил профессор. Он также отметил, что интерес представляют и силы, которые связывают между собой кварки и анти-кварки.

 Работа на БАК позволяет дополнять Стандартную модель новыми данными. В частности, БАК используется для поиска бозонов Хиггса, которые смогут объяснить, почему материя обладает массой. Открытия, подобные открытию Chi_b (3P), являются важной частью исследования, так как они добавляют новые знания к существующей модели.  

Профессор Пол Ньюман (Paul Newman) из университета Бирмингема (University of Birmingham), Великобритания, отметил, что это первая частица, открытая в БАК, и что это открытие свидетельствует об успешном запуске коллайдера. Аспирант из Бирмингема Энди Чисхолм (Andy Chisholm), занимавшийся анализом данных, считает, что команде повезло оказаться в нужное время в нужном месте, чтобы увидеть открытие частицы.

Напомним, что ранее физики сообщали, что им почти удалось найти неуловимый бозон Хиггса. Они предполагают, что масса бозона Хиггса составляет 125 гигаэлектровольт (ГэВ). Ученые рассчитывают к весне набрать необходимый материал, чтобы подтвердить этот факт.

Читать далее »