Физические итоги года  



Физические итоги года +42


Привет, Гиктаймс! Настало время подвести научные итоги 2017 года вместе с Американским физическим сообществом. На этот раз редакция APS постаралась на славу и подготовила крайне занимательную подборку новейших достижений фундаментальной науки. Сегодня поговорим о них поподробнее.


Гравитационно-волновая астрономия и все-все-все



Вместе с Нобелевской премией гравитационно-волновая астрономия принесла новые сюрпризы. К двум детекторам гравитационных волн LIGO присоединился европейский Advanced Virgo. Теперь наблюдения американских детекторов могут быть независимо подтверждены прибором другой конструкции, находящемся на другом континенте. Более того, наличие трех детекторов позволяют определить направление на источник гравитационных волн. Долго ждать не пришлось: уже 14 августа все три детектора зафиксировали очередной сигнал от слияния двух черных дыр, расположение которых (зеленый маркер на рисунке) удалось определить гораздо точнее, чем с двумя детекторами.



А еще через три дня детекторы увидели новое событие – на этот раз слияние не черных дыр, а нейтронных звезд. По счастливой случайности одновременно с этим событием огромное количество телескопов увидело вспышку от слияния звезд во всем спектре — от радио- до гамма-излучения. Возможность одновременно регистрировать и свет, и гравитационные волны – это невероятный прорыв для астрономии, а значит, скучать в ближайшее время астрофизикам определенно не придется.


Готовим кристалл времени



Есть в физике такое фундаментальное явление как спонтанное нарушение симметрии: оно происходит, когда основное энергетическое состояние системы теряет симметрию, присущую описывающим его уравнениям. Самый наглядный пример – это кристалл: он превращает обычное пространство, все точки которого одинаковы между собой, в структуру со строго заданным периодом. Выражаясь чуть более научно, кристалл нарушает непрерывную трансляционную симметрию пространства, делая ее дискретной. Так как пространство и время – это сущности одного рода, то появляется вопрос: а можно ли создать аналогичный кристалл для времени – то есть сделать так, чтобы основное состояние системы не было стационарным, а периодически изменялось? Интуиция подсказывает, что нет: изменяющаяся система как правило обладает ненулевой кинетической энергией, а следовательно, не находится в основном энергетическом состоянии. Тем не менее, в 2012 году было показано, что если импульс системы нелинейно зависит от скорости, то это становится возможном. Вскоре этот вывод был обобщен и на случай квантовых систем.



Позднее стало ясно, что в тепловом равновесии кристаллы времени все-таки существовать не могут. Однако если на систему оказывается внешнее периодическое воздействие, становится реальным создать дискретный кристалл времени – он также периодически меняет свое состояние, но делает это в кратное число раз медленнее, чем внешнее возмущение. Иными словами, если отклик кристалла времени разложить в ряд Фурье, то мы увидим сигнал на одной из субгармоник внешнего воздействия. В прошедшем году экспериментальное наблюдение этого опубликовали аж два коллектива. Коллаборация из Мэриленда и Беркли использовала для этого цепочку ионов иттербия, периодически воздействуя на атомные спины при помощи лазерных импульсов с периодом T. В промежутках между импульсами ионы взаимодействовали между собой таким образом, что эволюция всей системы происходила с периодом 2T. Это и было главным свидетельством формирования кристалла времени. Всего лишь через месяц группа из Гарварда сообщила об аналогичном эксперименте с ансамблем NV-центров в алмазе, спины которых возбуждались микроволновыми импульсами. Здесь авторам удалось пронаблюдать осцилляции как с удвоенным, так и с утроенным периодом. Помимо фундаментальной значимости, эти работы открывают новые возможности для изучения динамики квантовых систем, а также могут быть интересны для хранения квантовых состояний.


Причинность в квантовом мире



Если два явления кореллируют друг с другом, то одно может являться причиной другого. А может и не являться. Скажем, есть определенная корреляция между количеством цунами в Японии и Чили; при этом ни одно из них не влияет на другое, потому что у них обоих есть совершенно иная первопричина – землетрясения в Тихом океане. В вопросах причинности скоррелированных явлений иногда помогает разобраться принцип Райхенбаха: если известно, что первопричина двух явлений наступила, корреляция между ними пропадает.



Квантовый мир гораздо сложнее. Первпричину многих явлений (например, корреляций запутанных частиц) долгое время искали в скрытых параметрах, недоступных наблюдателю. Однако эксперименты по изучению неравенств Белла показали, что скрытых параметров не существует (по крайней мере, в любом из известных нам видов). Поэтому в квантовом мире сам вопрос устроен по-другому: не что является причиной, а что вообще такое квантовая причинность. Прогресса в этом вопросе достигла коллаборация из Британии и Канады. Авторы предложили переопределить принцип Райхенбаха, перейдя от детерминистичной классической эволюции к унитарной эволюции, которой подчиняются квантовые системы. В результате получилась первая непротиворечивая модель, способная достаточно строго описать квантовую причинность. Несмотря на математичность, эта работа проливает свет на природу квантовых корреляций и, возможно, даст возможность наглядно представлять квантовые явления на причинно-следственном языке.


Wi-Fi: радар, который всегда с тобой



Идея использовать излучение Wi-Fi модуля для радиолокации близлежащих объектов не нова (вот, например, работа 2005 года). На практике все осложняется принципиальными особенностями Wi-Fi передатчиков. Прежде всего, они, в отличие от радаров, излучают во все стороны. Это порождает множественные отражения от окружаюших объектов и здорово усложняет анализ сигнала. В принципе, задачу можно было бы упростить, посылая короткие импульсы – но это затруднительно из-за узкополосности Wi-Fi.



Оригинальное решение проблемы предложила группа из технического университета Мюнхена. Они записывают волновой фронт за исследуемым объектом, после чего реконструируют его форму, используя хорошо известные алгоритмы для оптической голографии. В эксперименте разрешение составило около 3 см для Wi-Fi роутера на частоте 5 ГГц. Приятным бонусом идет тот факт, что источник может передавать любой сигнал – реконструкция будет работать в любом случае. Из сложностей – запись волнового фронта приходится производить попиксельно, физически перемещая приемник. Использование массива приемников позволило бы существенно упростить этот процесс, подняв частоту кадров до 10 fps.


Купратные сверхпроводники



Самыми высокотемпературными сверхпроводниками по-прежнему остаются купраты – соединения, включающие в себя оксид меди, как, например,YBaCuO. Рекордсмены переходят в сверхпроводящее состояние уже при 134 К (–139 ?С), при этом природа этой сверхпроводимости до сих пор остается под вопросом. Во всяком случае, считалось, что она не описывается теорией БКШ, которая хорошо зарекомендовала себя при работе со многими другими сверхпроводниками (их еще называют сверхпроводниками II типа). В частности, теория БКШ предсказывает существование вихрей Абрикосова, по контуру которых течет непрерывный ток, при этом внутри вихря сверхпроводимость пропадает. Такие вихри появляются в магнитном поле, которое не может существовать в сверхпроводнике, но легко проникает внутрь несверхпроводящего вихря. Экспериментально вихри Абрикосова прекрасно наблюдаются в сверхпроводниках II типа (подтверждая теорию БКШ), и ни разу не были замечены в купратах.



Собственно, не были замечены они до этого года. Коллаборация из Швейцарии и Германии впервые продемонстрировала появление сверхпроводящих вихрей в купрате Y123. Для этого авторы использовали сканирующий туннельный микроскоп, при помощи которого они измерили проводимость образца на площади 90х90 нм2 и обнаружили упорядоченную решетку вихрей (на рисунке). Несмотря на ряд экспериментальных трудностей и неоднозначностей (в основном, из-за вклада сигнала от несверхпроводящих электронов), наблюдаемые свойства этих вихрей хорошо описываются теорией БКШ, что может пролить свет на природу высокотемпературной сверхпроводимости. Более того, сам подход, в котором учитывается вклад несверхпроводящих электронов в общий сигнал, будет крайне важен для будущих исследований.


Вклад глюонов в спин протона



Спектрометр COMPASS в CERN, на котором измерялся вклад кварков в спин протона. Картинка отсюда.


Ядра атомов состоянт из протонов и нейтронов, каждый из которых, в свою очередь, сложен из трех кварков. Протоны обладают спином (собственным магнитным моментом), равным ?; точно такой же спин и у кварков. Тем более удивительны результаты экспериментов, показавших, что суммарный спин протона всего лишь на 30% определяется спином кварков. Причины этого остаются не совсем понятными, равно как и природа оставшегося спина; при этом кандидатов достаточно – это и виртуальные кварк-антикварковые пары, и орбитальный момент частиц, и конечно же глюоны – переносчики сильного взаимодействия, удерживающего кварки вместе.



В этом году коллаборация из четырех американских университетов впервые рассчитала вклад спина от глюонов. Делается это при помощи сложного численного моделирования квантовой хромодинамики на пространственно-временной решетке. Оказалось, что суммарный спин глюонов составляет 0.25 ± 0.05 – иными словами, глюоны определяют почти половину спина протона! Значительно меньший вклад от кварков вызван, по всей видимости, передачей углового момента кваркам облаку виртуальных кварк-антикварковых пар и пионов; роль глюонов в этом процессе оказалась несущественной. В целом, эти вычисления позволили лучше понять внутреннюю структуру протона, а их экспериментальное подтверждение планируется провести на будущем американском электрон-ионном коллайдере.


В поисках темной материи



Как известно, отрицательный электрод – это тоже электрод, а отрицательный результат – тоже результат. За последние 16 месяцев трем крупнейшим детекторам темной материи (итальянскому XENON1T, китайскому PandaX-II и американскому LUX) так и не удалось обнаружить никаких следов вимпов – частиц, предположительно составляющих темную материю. Это недвусмысленно показывает, что имеющиеся теоретические представления о вимпах все еще далеки от реальности. С учетом безуспешности поисков суперсимметрии на LHC кто-то и вовсе ставит существование этих гипотетических частиц под вопрос.



Суть экспериментов по поиску вимпов довольно проста: в роли их детекторов выступают огромные емкости с жидком ксеноном, которые расположены глубоко под землей, защищающей от космического излучения. Взаимодействие тяжелого вимпа с атомом ксенона приводит к вспышке света и генерации электронов, которые регистрируются фотоумножителями сверху и снизу емкости. Зная теоретические ограничения на энергию вимпов, можно оценить ожидаемое количество событий в единицу времени. Тот факт, что подобных событий было зарегистрировано слишком мало, означает, что свойства вимпов сильно отличаются от предсказанных. По-видимости, если вимпы и существуют, то они обладают другой массой или другим сечением рассеяния на атомах (а может быть, и тем и другим), а значит, для их поиска потребуются новые поколения детекторов.


Машинное обучение распознает топологические состояния


Топологические эффекты в физике – крайне актуальная тема, которую невероятно сложно объяснить на пальцах. Именно поэтому она практически не освещена в научно-популярной литературе (и это несмотря на грандиозные успехи – вспомнить хотя бы про графен, квантовый эффект Холла или Нобелевскую премию 2016 года). В двух словах, разные топологические состояния не могут быть переведены друг в друга плавным непрерывным измнением системы, что делает их крайне устойчивыми против внешних возмущений. Простейший пример – двумерная решетка атомов, спины которых либо образуют, либо не образуют вихрь:



Картинка отсюда


Математически эти состояния различаются топологическим зарядом – в данном случае количеством вихрей в системе со знаком плюс, если вихри закручены по часовой стрелки, и минус – против часовой. На левой картинке заряд 0, а на правой – -1. Если топологические заряды отличаются, то состояния не могут плавно перейти друг в друга. Сложность в том, что посчитать топологический заряд бывает очень непросто. Например, если размеры вихря огромны, и он закручивается где-то на границах, то для вычисления заряда придется исследовать все атомы в системе. А ведь существуют топологические заряды, которые вычисляются гораздо сложнее, делая расчеты новых топологических материалов почти неподъемными.



Решение этой проблемы предложили теоретики из Корнелла и университета Калифорнии. Суть его в том, что на основании изучаемой кристаллической решетки (точнее, ее электронной плотности – electronic density) генерируется, по сути, многомерный массив (QLT image) специальных интегралов по контурам увеличивающегося размера. Это позволяет охватить площадь решетки, достаточную для осознания топологических свойств. После этого многомерный массив подается на вход предварительно обученной однослойной нейронной сети, которая делает вывод, является ли состояние топологическим, или нет. По сравнению с традиционными методами, этот способ оказался весьма продуктивным, а авторы планируют развивать применения машинного обучения к физике конденсированного состояния.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (76):

  1. valemak
    /#10533649

    Теперь понятно, на каких принципах функционируют некоторые из Камней Бесконечности.

  2. PavelZhigulin
    /#10533711

    Блин, что ж я в физики не пошел. Столько всяких интересных штук делают. А программисты что? Пилят очередной фреймворк.

    • 0xlevi
      /#10533829 / +3

      Никто не мешает изучать Data Science, чтобы обрабатывать полученные данные от каких-то детекторов или исследований и совершать свои открытия. Самый простой пример — Kaggle.

    • leggiermente
      /#10533907

      А программисты что?

      Деньги зарабатывают.

      Мало людей, у которых интерес к науке сильнее чувства голода. У нас, зачастую, студент-второкурсник заведомо больше зарабатывает, прогая сайты по вечерам (после прочтения одной книжки), чем зарабатывает его лектор по физике.

      • Trabant
        /#10534337

        Гениально сказано! Причём одним предложением.

    • Tyusha
      /#10534055 / +3

      Ну и молодец, жалеть не о чем. У меня обратная ситуация. Прикладная физика ещё норм, но вот фундаментальный теорфиз сейчас уже совсем вещь в себе, не имеющая отношения ни к чему реальному. Миллион взаимоисключающих гипотез. Одному повезёт, остальным нет, независимо от таланта. Будешь всю жизнь писать оказавшиеся никому не нужными лагранжианы.

    • Pshir
      /#10534173 / +1

      Вообще, происходит не совсем так.
      1) Делаешь кучу однообразной работы. Ничего не работает.
      2) Чешешь репу. Делаешь кучу однообразной работы. Что-то происходит, но ничего не понятно.
      3) Чешешь репу. Делаешь кучу однообразной работы. Становится понятно, что работает не так, как предполагалось.
      4) Чешешь репу. Делаешь кучу однообразной работы. Открываются всё новые глубины непонимания.
      5) ?????
      6) PROFIT, изредка

      И в процессе крутится вопрос «В какой же момент жизнь свернула не туда?»

      • qbertych
        /#10534457

        Прекрасный момент из Нобелевской лекции Рассела Халса. После многонедельной мучительной настройки телескопа он пытается измерить период двойного пульсара. Пульсар не простой, а меняющий свой период из-за ОТО, но Халс про это еще не знает:


        Вместо того, чтобы получить периоды, одинаковые с точностью до экспериментальной ошибки, я получил различающиеся на 27 мкс значения — огромное расхождение. Естественно моей реакцией был не возглас "Эврика, это открытие!", а скорее раздраженное "Ну теперь-то что не так?"

        Ну и вообще

        image

    • zaq1xsw2cde3vfr4
      /#10534339 / -1

      Ага, просто охренеть как много интересных штук делают, если рассказ обо всем интересном за год вместился на пару страниц текста. А если посчитать сколько физиков, математиков и специалистов прочих областей (в том числе и программистов) корячилось над теориями, опытами и обработкой данных, то получается сомнительное веселье.

      • Pshir
        /#10534349

        Это далеко не всё интересное. Это наиболее интересное для широкой публики по мнению редакции APS.

        • zaq1xsw2cde3vfr4
          /#10535005 / -2

          Понятно что это не все, но и объем нудной и монотонной работы просто огромный. Опять же за коротенькой статьёй об открытии может прятаться работа не одного года не меленькой группы людей.

  3. Nemridis
    /#10533749

    С кристаллом времени вообще непонятно, что имеется в виду.
    И описание эксперимента не проясняет картину. Взяли цепочку ионов, посветили на них лазерным стробоскопом и получили делитель частоты на два.
    А например кристалл титанила-фосфата калия частоту умножает на два. В игрушках часто используется.
    Кто-то может на пальцах объяснить- в чем суть работы и о чем это вообще?

    • Vitus-papa
      /#10533807 / -8

      Сидят дядьки в белых халатах. Денег нет, а кушать хочется. Давай на ту фигню лазером посветим? О! Чего-то там меняется! И вот показали это дядькам в пиджаках. Дядьки такие, да-да, круть! Вот вам бабосиков — ещё чёнить выдайте нам!… и только двум-трём учёным это всё понятно. Вот их и надо бояться, бо это одержимые наукой. / всё, минусуйте.

    • Shkaff
      /#10533857 / +3

      Я так понимаю, что суть несколько в другом: временной кристалл эволюционирует во времени, но повторяет свою структуру с каким-то периодом. То есть, это не просто статическое вещество, как обычный кристалл, и не случайное хаотическое (как газ какой-нибудь). Например, в каждый конкретный момент это может выглядеть просто как случайная структура, но она будет повторять себя с каким-то периодом. Такой временной кристалл будет принципиально нестационарной системой.


      В вашем примере вы светите лазером на частоте f и получаете делитель частоты света. А здесь вы светите на частоте f, и структура (ионная цепочка) начинает колебаться на половинной частоте, что необычно с точки зрения классической физики.

      • qbertych
        /#10533971 / +4

        Верно. Гармоники создать легко даже в классическом случае — достаточно любой нелинейности. Например, у бокала есть одна более-менее резонансная частота, но колеблется он неупруго, с нелинейностями. И если петь в бокал на нужной ноте, то более высокие гармоники появятся сами по себе.


        А вот субгармоники — это уже что-то необычное.

      • Nemridis
        /#10534605

        Любопытно, есть в макромире такая геометрическая фигура- не имеющая на плоскости состояния устойчивого равновесия. Не думал, что в микромире (применительно к кристаллам) возможно что-то подобное.
        Потенциально, для электроники это это может дать принципиально новый тип генераторов частоты- со стабильностью кварцевых, но перестраиваемых в большом диапазоне.

        • qbertych
          /#10534639

          Как раз наоборот, кристалл времени — это устойчивое состояние. У него минимальная энергия, устойчивее просто некуда. Но оно нестационарно.


          Генераторы и стабильность тут вообще ни при чем. Зато такие состояния могут быть топологически защищены (как в последней из упомянутых работ), а значит, быть устойчивы к внешним возмущениям.

        • 32bit_me
          /#10535033

          >геометрическая фигура- не имеющая на плоскости состояния устойчивого равновесия.
          Это какая? Если имеется в виду гёмбёц, у него есть одна точка устойчивого равновесия и одна неустойчивого.

    • qbertych
      /#10533999 / +2

      Если совсем на пальцах: обычно чем симметричнее состояние, тем меньше его энергия. То есть система может отказаться от каких-то симметрий окружающего мира, но для этого ей нужен запас энергии. Поэтому тот факт, что можно нарушить симметрию, оставаясь в основном состоянии — он довольно необычен.


      В обоих экспериментах ансамблю спинов предлагали сохранить период Т (а также 2Т, 3Т, 4Т, ...) — но он решил отказаться от части из них и остаться только с четными. Ключевое слово здесь — ансамбль: нарушение симметрии — эффект коллективный и сильно зависящий от взаимодействия спинов. Если оно будет заметно сильнее или слабее, то нарушения симметрии не получится.

    • saboteur_kiev
      /#10534045

      Как я понимаю, если упростить до совсем человеческого языка, в кристалле времени, структура пространства ~= структуре кристалла.
      А поскольку пространство ~= время, то время становится дискретным.
      Плюс можно управлять его скоростью, повышая или понижая частоту событий влиянием извне.

      Поправьте, если я чушь сморозил.

      • Nemridis
        /#10534615

        Спасибо всем отписавшимся- стало немного понятнее. Не сразу уложилось в голове, что кристалл, как упорядоченная область пространства является так-же областью упорядоченного времени.
        Довольно забавный вывод- что локально разрушать структуру пространственно-временного континуума можно просто разгрызая леденец.

      • qbertych
        /#10534633

        Отнюдь.


        Обычный кристалл периодичен в пространстве.
        Кристалл времени периодичен во времени.


        Все. Ни о каком дискретного времени, ни о какой скорости речи тут не идет.

        • Nemridis
          /#10534641

          То есть иными словами под периодичностью во времени следует понимать периодичность изменения структуры? При сохранении неких базовых свойств позволяющих утверждать, что мы по прежнему имеем дело с тем-же самым кристаллом?

          • qbertych
            /#10534721

            То есть иными словами под периодичностью во времени следует понимать периодичность изменения структуры?

            Именно.

  4. ferosod
    /#10533835 / +2

    Что-то я не уверен, что Wi-Fi радар можно так смело отнести к фундаментальной науке.

    • qbertych
      /#10534009 / +3

      Насколько я понял, это первая демонстрация того, что алгоритмы оптической голографии применимы в радиодиапазоне. При этом еще и появляется пара бонусов:


      • В оптической голографии для измерения фазы нужна опорная волна и хорошая стабильность установки, потому что длина волны меньше микрона. В радио длина волны несоизмеримо больше — поэтому для записи фазы достаточно выносной антенны (reference antenna на рисунке).
      • Когерентность источника некритична — то есть Wi-Fi роутер может как молчать, так и передавать данные на максимальной скорости.

      • Pshir
        /#10534187 / +2

        То, что алгоритмы оптической голографии применимы в радиодиапазоне, настолько очевидно, что никакой ценности, кроме хайпа от использования именно Wi-Fi роутера (а не любого другого источника микроволнового излучения) здесь не видно, если честно.

        • qbertych
          /#10534433

          Упс, я, кажется, замечтался. Голография, гомодинирование и иже с ним в радиодиапазоне уже делались. В этой работе акцент действительно на Wi-Fi и ему подобных. Не фундаментальная, но вполне интересная и пока что нерешенная практическая задача.

          • Pshir
            /#10534509

            При этом очень похожая на забивание гвоздей микроскопом :)

            • Nemridis
              /#10534623

              Я надеюсь этот метод не будет нормально работать в реальных помещениях с неизвестным количеством и расположением предметов из разнородных материалов с разной радиопрозрачностью и коэффициентом преломления.
              Не хотелось-бы чтобы появилось доступное и надежное устройство весом в пару кило, дающее возможность смотреть сквозь стены.
              Рядовому пользователю от этого толку почти нет, а вот ворам и всяким органам- прям подарок судьбы.

              • Nashev
                /#10534719

                Ага, в каждой квартире по WiFi-лампочке, светящей сквозь стены, а камеру, снимающую в этом диапазоне, уже почти сделали.

            • qbertych
              /#10534733

              Тогда уж отверткой. Источник немонохроматичный, ненаправленный, медленный — и все равно вон как стараются. "Я тебя не знаю, но я тебя побрею."

              • Pshir
                /#10535231

                Ну ненаправленный — это даже хорошо

                • qbertych
                  /#10535547

                  Чем же?

                  • Pshir
                    /#10535587

                    На таких расстояниях и при таких длинах волн источник очень далёк от того, чтобы быть точечным. А протяжённый источник с узкой диаграммой направленности сам по себе имеет очень сложное распределение поля рядом с собой, которое нужно знать заранее, если хочется восстановить какую-то картину.

  5. Shkaff
    /#10533865 / +3

    Однако эксперименты по изучению неравенств Белла показали, что скрытых параметров не существует (по крайней мере, в любом из известных нам видов).

    Тут можно сказать даже строже: локальных скрытых параметров не только не существует, их не может существовать. Мы просто в принципе никогда не сможем придумать такую локальную теорию скрытых параметров, которая будет работать.


    А нелокальные скрытые параметры (типа бомовской пилотной волны) по сути неотличимы от стандартной квантовой механики.

    • kauri_39
      /#10533995 / -1

      Я против такой строгости. Представьте, что открыли менее энергичный, но более быстрый носитель информации, чем фотон. Например, продольную гравитационную волну, испускаемую при поглощении или излучении фотона электроном. Это сразу отменит неопределённость Гейзенберга. И упразднит понятие суперпозиции, если её можно будет разложить на краткие по длительности, но определённые значения связанных характеристик запутанных частиц. И станет ясно, благодаря чему происходит "чудовищное дальнодействие" этих частиц.

      • Shkaff
        /#10534993 / +1

        Вот меня удивляет не ваш ответ, а что находятся люди, его плюсующие… Гиктаймс, не болей!

        • kauri_39
          /#10535551 / -3

          Спасибо, что сообщили о таких людях. Значит, не все верят, что наука открыла все тайны природы, включая тайны микромира. Если они, как и я, в этом сомневаются, то это не болезнь, а нормальное состояние ума. Нормальным также считается ответ по существу сообщения оппонента.


          Вот вы ниже сказали, что "Гравитационные волны — возмущения кривизны пространства-времени". Но первое есть материальный объект, а второе — математическая абстракция. Не отождествляете ли вы одно с другим?

          • Pshir
            /#10535589 / +2

            По существу вам сложно ответить, потому что в ваших сообщениях трудно уловливать смысл.

          • Shkaff
            /#10535909

            Значит, не все верят, что наука открыла все тайны природы, включая тайны микромира.

            Никто не сомневается, что наука даже близко не подошла к ответу на все тайны.


            Нормальным также считается ответ по существу сообщения оппонента.

            Мы с вами уже наобсуждались на этой площадке. В ваших сообщениях буквально отсутствует смысл. Предложения выглядят наукообразно, но логические их части не связаны друг с другом.


            Но первое есть материальный объект, а второе — математическая абстракция.

            То, что вы чего-то не понимаете, не значит, что это так и есть. Кривизна пространства — такая же физическая реальность, как тот стул, на котором я сейчас сижу.


            Представьте, что открыли менее энергичный, но более быстрый носитель информации, чем фотон.

            В смысле менее энергетичный? Фотон может иметь любую энергию, даже очень малую.


            Например, продольную гравитационную волну, испускаемую при поглощении или излучении фотона электроном.

            Это просто набор слов, которые выглядят как предложение, но не несут никакой смысловой нагрузки.


            Это сразу отменит неопределённость Гейзенберга.

            Скорость света и ее постоянство никак не связаны с принципом неопределенности.


            И упразднит понятие суперпозиции, если её можно будет разложить на краткие по длительности, но определённые значения связанных характеристик запутанных частиц.

            Что? Вы вообще понимаете, что значит суперпозиция? Как это вообще связано со второй частью предложения?


            И станет ясно, благодаря чему происходит "чудовищное дальнодействие" этих частиц.

            Что?! При чем тут суперпозиция? Как это связано с гравитационными волнами? Как это связано со сверхсветовой связью?

            • qbertych
              /#10536121

              Так ведь очевидно, что этот комментатор либо тролль, либо, кхм, человек с крайне альтернативным восприятием реальности. Тут спорить бесполезно, можно только игнорировать.

              • Shkaff
                /#10536175

                Да я знаю, не тролль это, он тут давно медленно с ума сходит, чем дальше — тем меньше смысла в сообщениях. Честно сказать, не знаю, зачем отвечаю, как-то по инерции:)

            • kauri_39
              /#10536703 / -2

              "Кривизна пространства — такая же физическая реальность, как тот стул, на котором я сейчас сижу."


              Если это так, то из чего состоит эта физическая реальность? Стул состоит из молекул-атомов, а кривизна пространства — из (только не из мат.абстракций)...


              "В смысле менее энергетичный? Фотон может иметь любую энергию, даже очень малую."


              В смысле — носитель, не вызывающий коллапса волновой функции, но передающий информацию о состоянии частицы.


              "Это (продольная гравитационная волна, испускаемая при поглощении или излучении фотона электрона) просто набор слов, которые выглядят как предложение, но не несут никакой смысловой нагрузки."


              Для вас — да, возможно. Но в этом для физиков в Дубне смысл был, они ещё в 80-х пытались генерировать гравитоны в лаборатории, возбуждая лазером молекулярный водород. Но они искали не сверхсветовые гравволны, а такая скорость вполне может быть у продольных волн в сверхплотном, согласно КТП, физическом вакууме.


              "При чем тут суперпозиция? Как это связано с гравитационными волнами? Как это связано со сверхсветовой связью?"


              Если имеется сверхсветовой носитель информации, не вызывающий коллапса волновой функции или перемены импульса частицы при определении её координаты, то неопределённость Гейзенберга уже не рулит, и суперпозицию, например, спина запутанных фотонов уже можно рассматривать как череду синхронно меняющихся определённых спинов. То есть микромир из "квантовых шахмат" превращается в обычные "шахматы".

  6. uu_69
    /#10534171

    Не совсем понятен ажиотаж вокруг гравитационных волн. По-моему и безо всякий высокой науки должно быть понятно, что они есть.
    Представьте себе, что мы движем туда-сюда заряженный шарик. Электрическое поле вокруг него будет меняться с запаздыванием, равным скорости света, деленной на расстояние до точки измерения поля. То есть, от этого шарика будут исходить электро(магнитные) волны. Почему с гравитационным полем должно быть иначе? Электрическое и гравитационное взаимодействия даже описываются совершенно идентичными формулами.

    • Pshir
      /#10534201 / +2

      Почему с гравитационным полем должно быть иначе?

      А почему бы и нет? Конечность скорости света — это, вообще-то, тоже не самоочевидная концепция. Как и то, что электромагнитное излучение описывается волновыми процессами. Не так давно всем было очевидно, что раз электромагнитные волны существуют, то они распространяются в некой среде, как и звук, например. А проверили — оказалось, нет, не надо никакой среды.

      Электрическое и гравитационное взаимодействия даже описываются совершенно идентичными формулами.

      Вообще-то, над квантованием гравитации и связыванием её с остальными взаимодействиями люди долго и безуспешно бьются, а вы тут просто берёте и говорите, что всё очевидно и так.

      • uu_69
        /#10534365

        Конечность скорости света — это, вообще-то, тоже не самоочевидная концепция.

        Я и не утверждал, что она самоочевидная. Однако, после обнаружения этого факта, стало очевидным то, что
        электромагнитное излучение описывается волновыми процессами

        Вообще-то, над квантованием гравитации и связыванием её с остальными взаимодействиями люди долго и безуспешно бьются, а вы тут просто берёте и говорите, что всё очевидно и так.

        Я просто указал на то, что предсказать наличие гравитационных волн было не очень сложно.
        Не так давно всем было очевидно, что раз электромагнитные волны существуют, то они распространяются в некой среде, как и звук, например. А проверили — оказалось, нет, не надо никакой среды.

        А что же там тогда искривляется? Меняется расстояние между чем и чем?

        • Pshir
          /#10534401

          Однако, после обнаружения этого факта, стало очевидным то, что
          электромагнитное излучение описывается волновыми процессами
          Почему же? Скорость света впервые померили в конце 17 века. Тогда же примерно теории корпускулярной и волновой природы света, как раз, и сложились. А жаркие споры между ними продолжались весь 18 век, при том, что практически все уже были давно уверены в конечности скорости света.

          Даже не в курсе, что означают эти термины.
          Это вам, почему-то, не помешало написать заведомую неправду:
          Электрическое и гравитационное взаимодействия даже описываются совершенно идентичными формулами.
          ибо люди довольно давно занимаются именно тем, чтобы описать их идентичными формулами. Придумывают для этого теории струн и прочие странные вещи.

          Я просто указал на то, что предсказать наличие гравитационных волны было не очень сложно.
          Всего-то, создать ОТО, любой школьник справится. Основная загвоздка в том, что кажущееся наиболее очевидным, не всегда оказывается существующим реальным. Например, теплород, эфир. И, наоборот, реальными могут оказаться вещи, противоречащие повседневному опыту. Например, релятивистский закон сложения скоростей или корпускулярно-волновой дуализм.

          • uu_69
            /#10534419

            Это вам, почему-то, не помешало написать заведомую неправду:
            Электрическое и гравитационное взаимодействия даже описываются совершенно идентичными формулами.
            ибо люди довольно давно занимаются именно тем, чтобы описать их идентичными формулами.

            Имею ввиду формулы F = k*q1*q2/r^2 и F = G*m1*m2/r^2.

            Кстати, вы можете объяснить, почему относительно только поступательное движение, а вращательное — абсолютно?

            • Shkaff
              /#10534461

              Имею ввиду формулы F = kq1q2/r^2 и F = Gm1m2/r^2.

              Как эти формулы относятся к гравитационным волнам и ЭМ полю?


              Кстати, вы можете объяснить, почему относительно только поступательное движение, а вращательное — абсолютно?

              Этого, думается, никто не скажет — и ОТО ответа не дает.

              • uu_69
                /#10534607

                Как эти формулы относятся к гравитационным волнам и ЭМ полю?

                Кроме формул, важно то, что оба этих поля распространяются с конечной скоростью.

                Обе формулы показывают, что сила взаимодействия между телами зависит от расстояния между ними. Или — что напряженность электрического и гравитационного поля тела убывает при удалении от него. Причем то, что эта сила или напряженность обратно пропорциональна квадрату расстояния, не принципиально. Важно что вообще меняется.

                Это приводит к тому, что перемещение тела в пространстве ведет к изменению поля вокруг него. Изменение поля перемещается в пространстве с конечной скоростью. А фронт перемещения этого изменения и есть волна.

                • Shkaff
                  /#10534677

                  Кроме формул, важно то, что оба этих поля распространяются с конечной скоростью.

                  Кстати, этого никто не знал до обнаружения ГВ. ОТО, конечно, это предполагает, но совсем не обязательно — было много модификаций ОТО с массивными гравитонами.


                  Это приводит к тому, что перемещение тела в пространстве ведет к изменению поля вокруг него. Изменение поля перемещается в пространстве с конечной скоростью. А фронт перемещения этого изменения и есть волна.

                  Но ГВ возникают не так. Просто при перемещении тела в пространстве не вызовет волны. Только когда тело двигается с переменным ускорением, будут излучаться ГВ. В отличие от электромагнитных, кстати.

                  • uu_69
                    /#10534825

                    Только когда тело двигается с переменным ускорением, будут излучаться ГВ.

                    А за чем, тогда, следует приливная волна в океанах?

                    • Shkaff
                      /#10534969

                      Волны в океанах не имеют отношения к гравитационным:)


                      Гравитационные волны — возмущения кривизны пространства-времени.
                      Мне кажется, вы себе представляете палочку, которой ведут по воде, и от нее расходятся волны. Так вот это не так, как работают гравитационные (да и электромагнитные) волны.

                      • uu_69
                        /#10535991 / -1

                        Волны в океанах не имеют отношения к гравитационным:)

                        Слово «приливные» куда пропало? Разве горб прилива не следует за лунным притяжением?

                        • Shkaff
                          /#10536001 / +1

                          Да, но волны, вызванные гравитацией — это не гравитационные волны. Гравитационные волны — принципиально другое! Они никак не связаны со статической гравитацией и приливными силами.

                • Pshir
                  /#10534713 / +2

                  Это приводит к тому, что перемещение тела в пространстве ведет к изменению поля вокруг него. Изменение поля перемещается в пространстве с конечной скоростью. А фронт перемещения этого изменения и есть волна.
                  При равномерном перемещении заряда электромагнитных волн не возникает. Для этого заряд должен двигаться ускоренно. А для того, чтобы объяснить это, нужно знать, что электромагнитное поле описывается уравнениями Максвелла. При этом гравитация описывается совсем не уравнениями Максвелла. А из приведённых вами формул возникновение волн (ни электромагнитных, ни гравитационных) не следует никак.

                  • uu_69
                    /#10534785

                    При равномерном перемещении заряда электромагнитных волн не возникает.

                    При равномерном движении тока в проводнике электромагнитных волн не возникает. А вокруг одиночного движущегося заряда волна будет, как от катера. Разумеется, с магнитной составляющей — кольцом вокруг него (для неподвижного наблюдателя). Электрическое поле спереди «по ходу движения» одиночного заряда должно быть плотнее. А вокруг него это поле конически должно уменьшаться в направлении «хвоста». Плоский срез этого конуса мы наблюдаем в водоеме при прохождении судна.
                    Логически, такая же волна должна быть вокруг движущегося массивного тела.

                    • Pshir
                      /#10534909

                      Вот отличный пример, когда применение житейской логики приводит к неверному результату. Равномерно движущийся заряд мог бы создавать волну, если бы электромагнитное поле было привязано к неподвижной эфиру, как волны от корабля привязаны к неподвижной воде. Но эфира нет, а уравнения Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца, то есть равномерно движущийся заряд ничем не отличается от неподвижного. В ОТО я не особо разбираюсь, но и уравнения ОТО, естественно, инвариантны относительно преобразований Лоренца. То есть равномерно движущаяся масса тоже ничем не отличается от неподвижной.

                      • uu_69
                        /#10535997

                        Да ну как так-то?
                        Представьте себе, что вы — заряженное тело, стоящее возле дороги. Вы видите, как к вам приближается заряженный грузовик. Вы почувствуете увеличение действия поля его заряда по мере приближения к вам? И уменьшение действия по мере удаления? Это что, не волна?

                        • Pshir
                          /#10536193 / +2

                          Нет, не волна. Увеличение и уменьшение поля — это ещё не волна.

                          • uu_69
                            /#10536321

                            Можете дать определение волны?

                            • Pshir
                              /#10537613

                              Я вам точного определения волны не дам (слишком много явлений этим словом описывается). Но в данном конкретном случае всё достаточно просто. Главное свойство волны состоит в том, что она распространяется независимо от своего источника, причём, в случае с электромагнитной волной в вакууме, со скоростью света. В вашем примере изменение электромагнитного поля жёстко привязано к движущемуся заряду и ничего со скоростью света там не распространяется.

                  • uu_69
                    /#10534809

                    Вообще-то, над квантованием гравитации и связыванием её с остальными взаимодействиями люди долго и безуспешно бьются, а вы тут просто берёте и говорите, что всё очевидно и так.


                    Буду рассуждать по-рабоче-крестьянски.
                    Почитал немного — пишут, что обнаружить квантовые эффекты гравитационного взаимодействия тел экспериментально, мешает малая величина этого взаимодействия.
                    Давайте возьмем два тела имеющих массу, и разместим их на некотором расстоянии друг от друга. Теперь система из этих двух тел обладает некоей потенциальной энергией. Энергия, как постулировал один товарищ, квантуется. То есть, имеется ее минимальная величина. И количество энергии любой системы должно быть кратно этой величине. К какому выводу это приводит?
                    Это означает, что мы не можем произвольно менять расстояние между нашими телами. Есть определенные запрещенные расстояния между ними — такие, когда энергия взаимодействия тел не кратна постоянной Планка.
                    Где я ошибаюсь?

                    • Pshir
                      /#10534911

                      Энергия квантуется не вообще. Энергия квантуется в каждой конкретной системе, причём, только в стационарном состоянии. В нестационарном состоянии она вообще не определена.

              • Nashev
                /#10534735

                Вращательное при общей оси разве не относительное?

                • uu_69
                  /#10534769 / +1

                  Не, если тело вращается, появляется центростремительное ускорение и проявляется сила Кориолиса. Поэтому всегда можно определить, вращается реально тело или нет.
                  А вот то, относительно чего оно вращается или нет, вот это вопрос.

            • Pshir
              /#10534541

              Кстати, вы можете объяснить, почему относительно только поступательное движение, а вращательное — абсолютно?
              Нет, на такое я претендовать точно не буду :)

    • Shkaff
      /#10534283 / +3

      Электрическое и гравитационное взаимодействия даже описываются совершенно идентичными формулами.

      Не путайте закон всемирного притяжения и общую теорию относительности;) Из первого гравитационные волны не следуют вообще никак.

  7. tnenergy
    /#10534743

    Мне кажется, LIGO уже второй год по красоте открытия всех затыкает. В прошлом году — самим фактом обнаружения ГВ, а в этом — резким улучшением понимания физики BH и NS даже на небольшой статистике.


    А вот по железным сверхпроводникам ничего не слышно? По идее, там должны быть интересные результаты.

    • qbertych
      /#10534787

      Вроде бы пока все по-прежнему — все изучают пниктиды, разбираются в тонкостях их работы (например, вот так).

  8. pehat
    /#10534763

    В вопросах причинности скоррелированных явлений иногда помогает разобраться принцип Райхенбаха: если известно, что первопричина двух явлений наступила, корреляция между ними пропадает.

    Простите, тут чушь написана. Читаем:
    He suggested that when Pr(A&B) > Pr(A) ? Pr(B) for simultaneous events A and B, there exists an earlier common cause C of A and B, such that Pr(A/C) > Pr(A/~C), Pr(B/C) > Pr(B/~C), Pr(A&B/C) = Pr(A/C) ? Pr(B/C) and Pr(A&B/~C) = Pr(A/~C) ? Pr(B/~C). (See Reichenbach 1956 pp. 158–159.) C is said to ‘screen off’ the correlation between A and B when A and B are uncorrelated conditional upon C. Thus Reichenbach's principle can also be formulated as follows: simultaneous correlated events have a prior common cause that screens off the correlation.

    «Screen off» здесь означает «отражать, объяснять», а не «разрушать корреляцию». От того, что вам известна причина корреляции между цунами, они не начинают происходить вразнобой.

    • qbertych
      /#10534853

      Да нет, все верно. Если два явления А и В независимы, то вероятность их одновременного наступления факторизуется:



      Если же между ними есть корреляция, то легко показать, что



      Наконец, если мы нашли их общую первопричину С, то после его наступления А и В ничем больше друг с другом не связаны. То есть для условных вероятностей



      и корреляция между А и В пропадает. Ровно то же самое описано в вашем источнике.

  9. Vitalik1705
    /#10534779

    Кстати, гравитационные заряды есть? По аналогии с ЕМ-полем.

    • Shkaff
      /#10534973

      Массу (энергию) можно представить как аналог заряда в гравитации. Но заряда по сути все же нет. И в целом гравитация довольно сильно отличается от электромагнетизма, так что аналогии часто опасны могут быть.