Тайны вселенной. Сумасшедшая физика

Ср, 06/26/2013 - 19:42

Рис. 3. Первый фотоснимок электрона в его “энергетической ипостаси”

Рис. 4. Подавляющее большинство нейтрино представляют собой остатки от Большого Взрыва, некоторые генерируются в близких звёздах, типа нашего Солнца.

Рис. 5. Искривленная часть пространства газовых туманностей и галактик Вселенной, сфотографированной астрономической обсерваторией Vega-Bray городка Бенсон (штат Аризона, США)

Чудеса! Такой фокус называется - “туннелирование” электрона сквозь непреодолимый барьер. Создается впечатление, будто электрон ощущает окружающий его мир. Достигнув барьера, он словно “заглядывает” по ту сторону. Хотя представление о том, что электрон может быть “здесь” в один момент и “там” в следующий, кажется нелепым, но именно так и происходит. Электроны каким-то образом ведут себя так, будто они находятся одновременно в нескольких различных местах. Это не просто домыслы умозрительной науки. Так, “туннельный эффект” используется в микросхемах, например в туннельном диоде, кроме того, туннелирование в какой-то степени проявляется даже при протекании обычного электрического тока в медной проволоке.

В некоторых же отношениях электроны ведут себя подобно волнам. Человеческое воображение бессильно представить нечто такое, что может быть одновременно и волной, и частицей, но само по себе существование дуализма волна-частица, которая называется корпускулярно-волновым дуализмом, не вызывает сомнения. Так, объект, который обычно считают волной, обретает в микромире свойство частицы, например, световая волна, ведет себя подобно потоку частиц, выбивая электроны с поверхности металла (фотоэлектронный эффект). Частицы света называются фотонам, и физики относят их наряду с электронами и кварками к фундаментальным частицам. Наглядно представить волну-частицу невозможно, не стоит и пытаться, потому что в повседневной жизни нет ничего такого, что хотя бы отдаленно напоминало подобную нелепость.

Капризы квантовой механики присущи всем микрочастицам, включая кварки. Описанные выше эффекты наблюдаются при относительно низких энергиях. А вот при высоких, например, происходит внезапное рождение новой частицы или распад нестабильной частицы с превышением ее в ливень других частиц. Среди частиц есть даже соединяющие в себе черты двух совершенно различных частиц – своего рода “абсурдное” или “сумасшедшее” единство.
К таким частицам смело можно отнести нейтрино, частицы-призраки, по-видимому, не имеющие массы и электрического заряда, движущиеся со скоростью света и почти “не замечающие” на своем пути твердого вещества (рис.4).

Некоторые нейтрино образуются, когда космические лучи врезаются в земную атмосферу. Только эти, низко энергичные нейтрино, были обнаружены к настоящему времени.

Более миллиарда нейтрино пролетит сквозь Ваше тело, пока Вы читаете это предложение. Нейтрино столь “бестелесны”, что без особых усилий пронизывают толщу Земли и, к тому же, способны пройти слой свинца толщиной в несколько световых лет! Они повсюду во Вселенной и их бесчисленное количество. Нейтрино, как ничто другое, близки к тому, что можно назвать “абсолютно ничем”, то есть “кирпичики” которые лежат в фундаменте создания Вселенной?! Почти что так …., НО … нейтрино обладают таким важным свойством, как спин, а значит они уже “что-то”.

Спин в далеком приближении можно представить как процесс вращение вокруг собственной оси, но все же это только примитивно отдаленная аналогия. Чтобы понять спин нейтрино, целесообразно рассмотреть астрофизику – еще одну область, где терпят крах земные понятия, столь привычные людскому здравому смыслу.

К примеру, гравитационные волны - эти неуловимые возмущения представляют собой своего рода “рябь” самого пространства Вселенной – распространяющееся искривление пространства (рис. 5). Такие волны генерируются в результате участия материальных тел или энергии в интенсивном движении.

Гравитационные волны переносят энергию и импульс, но они не связаны с переносом вещества так такового – это просто колебания пустоты. Гравитационные волны обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью, намного превосходя в этом отношении даже эфемерные нейтрино. В сущности, не существует материи, способной поглощать гравитационные волны, и поэтому их очень трудно обнаружить они просто-напросто “просачиваются” сквозь детектор.

Квантовая физика и теория относительности подрывают здравый смысл во многих аспектах, к примеру, в геометрии. Каждый обыватель знает, что 1 метр равен и вчера, и сегодня, и завтра 1-му метру. А вот теория относительности не только утверждает, что расстояния не абсолютны, то есть, не фиксированы раз и навсегда, но и указывает эксперименты, в которых могли бы выявиться подобные расхождения.

Другие материалы рубрики


  • Как родилась и эволюционирует наша Вселенная? Почему кольца Сатурна такие тонкие, но протяженные? Почему активность Солнца изменяется периодически с периодом около 11 лет? Что вызвало гибель динозавров? Отчего нас так пугают ослепительные вспышки молний, оглушительные удары грома, неистовые землетрясения, разбушевавшиеся вулканы? Отчего во время шторма возникает «девятый вал»? Почему цунами — столь грозная стихия? Почему рельеф снежных заносов волнистый? Почему у ягуара тело пятнистое, а хвост полосатый? И что объединяет эти совершенно не связанные между собой явления? Оказывается, все они — результат нелинейности.



  • ...Технология плазменных ускорителей развивается семимильными шагами. Многие принципиальные проблемы уже решены, но создание конкретных устройств пока сопряжено с серьезными трудностями. В частности, инженерам еще предстоит повысить эффективность ускорителя (долю энергии ведущего импульса, которая передается ускоряемым частицам), точность настройки пучков (в точке столкновения они должны быть выровнены с точностью до единиц нанометров) и частоту повторения рабочих циклов (количество импульсов, ускоряемых за единицу времени). Плазменные установки могут ускорять и более тяжелые частицы, например, протоны. Однако тут есть одно важное требование: вводимые частицы должны двигаться почти со скоростью света, чтобы не отстать от плазменной волны. Это означает, что энергия ускоряемых протонов должна быть не меньше нескольких ГэВ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Очевидные успехи в развитии науки и техники в XIX и ХХ веках вызвало в мировом общественном сознании некую эйфорию, уверенность в том, что человек стал властелином Природы, что его знания об устройстве окружающего Мира почти абсолютны, что человек может все. И действительно, изобретение в конце 18 века паровой машины существенно изменило жизнь общества, в значительной мере освободив его от утомительного физического труда, заложило основы современной промышленности и транспорта. Постулирование Исааком Ньютоном на рубеже 17 и 18 веков его трех принципов движения материальных тел и закона всемирного тяготения, создание начал дифференциального исчисления вызвало к жизни целый ряд научных открытий. Трудами нескольких поколений ученых в 18-19 столетиях была построена научная дисциплина, очертившая основы машиностроительной и технологической культуры нашей цивилизации, называемая сегодня теоретической механикой. Далее последовали фундаментальные открытия в области астрономии, физики, химии, получившие выход в различные области технических приложений — металлургию, строительство, транспорт, химическое производство, энергетику, судостроение, электротехнику, проводную и беспроводную связь, военное дело. Быстро развивались биология и медицина.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Ответ на вопрос, поставленный в заголовке, кажется очень простым... Действительно, стоит взять любую популярную книгу по авиации и даже некоторые издания, претендующие на роль учебника, как сразу натолкнетесь на уже ставшую хрестоматийной притчу о двух частицах воздуха, бегущих в струйках по крылу и встречающихся на задней кромке...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Известно, что в состав топлива входят такие горючие элементы, как углерод, водород и сера. Поэтому на основе предположения о том, что данные компоненты в топливе имеют вид смеси, можно осуществить подсчёт теплотворной способности данного топлива, как суммы компонентов смеси.



  • Шаровая молния — светящийся шар, который порой возникает при разряде линейной молнии, — одно из самых загадочных атмосферных явлений. Природа шаровой молнии до сих пор неизвестна, хотя первая научная публикация на эту тему — книга «Гром и молния» известного французского физика и астронома Франсуа Араго — была издана еще в 1838 году. Предлагаемая гипотеза — попытка объяснить механизм образования шаровой молнии на основе физики плазмы и газового разряда.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Состояние в сверхпроводнике 1-го рода, когда сверхпроводящие домены соседствуют в материале с нормальными областями, называется промежуточным. Такое состояние может возникать при значениях индукции приложенного поля, лежащих в интервале (1–D)Bc < B < Bc, где размагничивающий фактор D определяется формой образца. Интервал изменения размагничивающего фактора — от нуля (для длинного цилиндра или тонкой пластины в параллельном поле) до единицы (для плоскопараллельной пластины в случае, когда поле приложено перпендикулярно ее поверхности)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • В 1905 г. Альберт Эйнштейн предложил частную теорию относительности и опроверг представление о свете как о колебаниях гипотетической среды — эфира. Великий физик утверждал, что, в отличие от звуковых, световые волны могут распространяться в вакууме и для их существования не требуется какой-либо материальной среды. Это справедливо и в общей теории относительности, и в квантовой механике. Вплоть до сегодняшнего дня все экспериментальные данные в масштабах от субъядерного до галактического успешно объясняются названными теориями.
    Тем не менее существует серьезная концептуальная проблема: с позиций современной науки общая теория относительности и квантовая механика несовместимы. Гравитация, которую общая теория относительности приписывает искривлению пространственно-временного континуума, никак не вписывается в рамки квантовой механики. Физики сделали лишь небольшой шаг к пониманию сильно искривленной структуры пространства-времени, которая, согласно квантовой механике, должна наблюдаться на чрезвычайно малых расстояниях.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Около 40 лет назад ученый В. Веселаго предположил, что существуют материалы, у которых показатель преломления имеет отрицательную величину. Световые волны в таком веществе могут передвигаться против движения распространения светового луча и вести себя нестандартно. Линзы, которые изготовлены из такого материала, — иметь чуть ли не волшебные характеристики. Но Веселаго в процессе своей работы и многолетних поисков не обнаружил ни одного вещества, имеющего подходящие электромагнитные свойства, у всех исследованных им материалов показатель преломления оказался положительным. Потому о его идее вскоре забыли. Вспомнили о ней только в начале 21 века.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Научно-технический прогресс — один из главных рычагов создания материально-технической базы будущего нашей страны, который возможен только на основе своевременного внедрения достижений современной науки путем использования всего арсенала средств, способствующих его ускорению.
    Революционные изменения в технике, на основе обновленных знаний, происходят в последние десятилетия столь стремительно, что часто приходится только удивляться новинкам. Творчество вечно, но, к сожалению, технические идеи часто остаются невостребованными.

    • Страницы
    • 1
    • 2