Физика элементарных частиц в 2017 году. Последние открытия в квантовой физике

Физика элементарных частиц в 2017 году • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Физика, Поиск Новой физики, Астрофизика

Экспериментальное исследование мира элементарных частиц всегда было сложной задачей

Конец года — самое время подводить итоги и рассуждать о будущих направлениях развития. Мы предлагаем вам окинуть беглым взглядом, что принес 2017 год в физике элементарных частиц, какие результаты были на слуху и какие намечаются тенденции. Эта подборка, безусловно, будет субъективной, но она осветит современное состояние фундаментальной физики микромира с одного широко популярного угла зрения — через поиск Новой физики.

Дела коллайдерные

Главным источником новостей из мира элементарных частиц по-прежнему остается Большой адронный коллайдер. Собственно, он и был создан для того, чтобы расширять наше знание о фундаментальных свойствах микромира и вгрызаться в неизведанное. Сейчас на коллайдере продолжается многолетний сеанс работы Run 2. Одобренное ЦЕРНом расписание работы коллайдера простирается до середины 2030-х годов, и прямых конкурентов у него не будет как минимум еще десятилетие. Его научная программа включает в себя задачи из самых разных областей физики частиц, так что, даже если задерживаются результаты в каком-то одном направлении, это компенсируется новостями из других.

В техническом плане 2017 год отметился ударным темпом набора данных (рис. 2). Правда, проблемы с одной из вакуумных секций вынудили техников подбирать режим столкновений в обход инструментальных ограничений. С честью выйдя из испытаний, они смогли достичь и даже превысить план по набору статистики. Интегральная светимость, набранная за этот год, достигла 50 fb−1 в детекторах ATLAS и CMS, и, вкупе со статистикой 2015 и 2016 годов, полный объем данных на энергии 13 ТэВ приблизился к 100 fb−1.

Рис. 2. Ход набора светимости на LHC в 2017 году

Но вот что касается научных результатов, то здесь царит, скорее, сдержанный пессимизм. С одной стороны, коллайдер в самом деле резко передвинул энергетический фронт исследований за пределы 1 ТэВ. Если десятилетие назад теоретики мечтали об открытии суперсимметрии и о фейерверке новых частиц и явлений при энергиях 0,3–0,5 ТэВ, то теперь ограничения снизу на массу сильновзаимодействующих частиц-суперпартнеров достигают 2 ТэВ. Были выполнены сотни вариантов поисков новых эффектов, которые предсказывают разнообразные теории за пределами Стандартной модели, но никаких убедительных сигналов обнаружить не удалось. Ограничения сверху на массы гипотетических новых частиц достигают в отдельных случаях нескольких ТэВ. Иными словами, если Новая физика тут и есть, то она явно не лежит на поверхности.

С другой стороны, никто в физике частиц из этого не делает трагедии. Все понимают, что после обнаружения бозона Хиггса эпоха гарантированных открытий в физике частиц закончилась. Если сравнивать нынешние исследования микромира с путешествиями средневековых мореплавателей, то сейчас мы реально вышли в неизведанные воды, в открытый океан — и мы не знаем, когда и где нас ждет следующее большое открытие. Природа не подарила нам моментального яркого открытия — ну что ж, у нас есть и запасные возможности. Нестандартные эффекты можно обнаружить, не только напрямую открывая новые частицы, но и через косвенное их влияние на частицы уже известные. И вот здесь потенциал Большого адронного коллайдера остается огромным.

Во-первых, у нас есть хиггсовский бозон — частица совершенно нового сорта, и с тщательным изучением этого бозона физики связывают большие надежды. Есть множество теоретических конструкций, в которых первые отклонения от Стандартной модели как раз должны проступать в виде нестандартных свойств бозона Хиггса. Пока что измеренные характеристики этой частицы выглядят совершенно стандартными, — по крайней мере по данным Run 1 и первой половины Run 2 (рис. 3). Но ведь мы только начали ее изучать, и погрешности у этих измерений все еще велики. В них вполне могут скрываться небольшие отклонения, которые удастся увидеть только на гораздо большей статистике. Сейчас результаты по бозону Хиггса базируются на данных 2016 года, да и то не во всех случаях. Богатая статистика 2017 года пока находится в стадии обработки, и первые результаты на ее основе будут представлены только на зимних конференциях.

Рис. 3. Свойства хиггсовского бозона по результатам сеанса LHC Run 1

В этой связи логичным кажется выбор, сделанный недавно международным физическим сообществом: построить-таки Международный линейный коллайдер ILC, но только в упрощенной версии, и использовать его как хиггсовскую фабрику. ILC — это проект нового электрон-позитронного коллайдера, который, по исходной задумке, должен будет измерить в мельчайших деталях все то, что откроет LHC. Все технологии для его реализации уже готовы, выбрано место постройки, и вот уже несколько лет все упирается лишь в готовность правительств стран-участников — и прежде всего, Японии, на территории которой будет построен коллайдер, — вложить миллиарды долларов в его реализацию. Если бы LHC обнаружил новые частицы или иные четкие свидетельства Новой физики, никаких препятствий не было бы — коллайдер ILC с энергией столкновений на 500 ГэВ или даже выше получил бы зеленый свет. В нынешней же ситуации единственной гарантированной «мишенью» ILC может служить только бозон Хиггса. Для его изучения хватит гораздо более скромной энергии столкновений — 250 ГэВ, что лишь немногим превышает энергию церновского коллайдера LEP из уже прошлого века (рис. 4). Однако это позволит на 40% снизить стоимость реализации проекта при сохранении научной ценности. Подробности нового плана описаны в статьях arXiv:1710.07621 и arXiv:1711.00568, и хочется надеяться, что эта переоценка сдвинет дело с мертвой точки.

Рис. 4. Варианты реализации линейного коллайдера ILC

Во-вторых, за последние несколько лет детектор LHCb, вкупе с некоторыми другими экспериментами, выдал череду обескураживающих результатов по редким распадам B-мезонов. В целом ряде процессов были обнаружены отклонения от Стандартной модели. Каждое из этих измерений по отдельности не тянет на громкую заявку, но почти все они удивительным образом отклоняются от Стандартной модели примерно в одну сторону, словно намекая на Новую физику. Больше всего обнадеживает то, что эти отклонения — на редкость живучие. При наборе новых данных они не пропадают, а остаются, иногда даже усиливаются. Вот и в этом году коллаборация LHCb выдала еще пару таких аномалий, укладывающихся в общую тенденцию (первое, второе).

Здесь остается широчайший простор для громких открытий. Дело в том, что все эти данные LHCb были получены на основе статистики Run 1, набранной в 2010–2012 годах. Тщательный анализ данных и сравнение с моделированием занимает очень много времени, и обработка данных 2016, а тем более — 2017 года еще не завершена. В отличие от ATLAS и CMS, статистика LHCb не демонстрирует такой огромный скачок при переходе от Run 1 к Run 2, но все равно физики ожидают существенное обновление ситуации с загадками B-мезонов. А ведь впереди еще Run 3, а затем — LHC на повышенной светимости, и кто знает, что еще принесет ближайшее десятилетие.

К тому же, в следующем году вступит в строй модернизированная B-фабрика SuperKEKB с детектором Belle II. Уже в ближайшие годы она станет полноправным охотником за отклонениями, а к 2024 году накопит совершенно запредельную светимость 50 ab−1 (то есть 50 000 fb−1), см. рис. 5. В результате, если, скажем, нарушение лептонной универсальности, обнаруженное в распадах B-мезонов на D-мезоны и лептоны, реально, то детектор Belle II сможет его подтвердить на уровне статистической значимости аж 14σ (сейчас оно достигает лишь 4σ).

Рис. 5. Планы по набору светимости на B-фабрике SuperKEKB

Редкие распады B-мезонов — это горячая тема и для теоретиков. Громкие заявления о том, что эксперимент существенно расходится с предсказаниями Стандартной моделью, возможны, только если мы эти самые предсказания надежно вычислены. Но их невозможно просто взять и рассчитать. Все упирается во внутреннюю динамику адронов, головную боль теоретиков, которую приходится оценивать на основе предположений. В результате несколько теоретических групп дают существенно различающиеся оценки того, насколько серьезным является расхождение между экспериментом и Стандартной моделью: кто-то заявляет, что больше 5σ, другие — что не превышает 3σ. Это состояние неопределенности, увы, характерно для нынешних интерпретаций аномалий в B-мезонах.

Низкие энергии

Впрочем, кроме поиска намеков на Новую физику при высоких энергиях, в физике частиц есть немало и других задач. Пусть они реже попадают в заголовки СМИ, но для самих физиков они тоже очень важны.

Одно активное направление исследований касается адронной спектроскопии и, в особенности, многокварковых адронов. Ряд открытий был сделан на LHC в прошлые годы (самое заметное — это обнаружение пентакварка со скрытым очарованием), но и 2017 год принес несколько новых частиц. Мы рассказывали про сразу пять новых частиц из семейства Ωc-барионов, открытых единым махом, и про первый дважды очарованный барион. Косвенной демонстрацией того, насколько эта тема захватила физиков, может служить недавняя теоретическая статья в Nature про энерговыделение в адронных слияниях; публикация в этом журнале, да еще и теоретической статьи — совершенно экстраординарная ситуация для физики частиц.

Еще одна область работы — это попытки разобраться со старыми загадками. Например, еще с 2001 года тянется проблема с магнитным моментом мюона. Эту характеристику мюона можно исключительно точно измерить в эксперименте и очень аккуратно рассчитать теоретически. Измерения и расчеты, однако, расходятся друг с другом примерно на 3σ, и расхождение это зависит к тому же от деталей теоретического анализа. Кто-то считает, что оно исчезнет при более аккуратном измерении и расчете, другие надеются, что здесь мы впервые, сквозь «мюонную призму», видим намек на Новую физику. Так или иначе, этот запутанный клубок проблем давит на физиков уже не одно десятилетие и требует разрешения (см. подробный доклад И. Б. Логашенко Аномальный магнитный момент мюона: окно в мир Новой физики).

Чтобы разобраться с ним, в Фермилабе в этом году запускается новый эксперимент Muon g-2 по измерению злополучного магнитного момента мюона с точностью, в несколько раз превышающей результат 2001 года (см. недавний доклад коллаборации). Первые серьезные результаты следует ожидать уже в 2018 году, окончательные — после 2019 года. Если отклонение останется на прежнем уровне, это станет серьезнейшей заявкой на сенсацию. А тем временем, в ожидании вердикта из Фермилаба, уточняются и теоретические расчеты. Тут загвоздка в том, что адронный вклад в аномальный магнитный момент мюона нельзя вычислить «на кончике пера». Этот расчет тоже неизбежно опирается на эксперименты, но совсем другого рода — например, на рождение адронов в низкоэнергетических электрон-позитронных столкновениях. И тут буквально две недели назад появилось новое измерение от детектора CLEO-c в ускорителе CESR в Корнельском университете. Оно уточняет теоретический расчет и, как выяснилось, усугубляет расхождение: теория и эксперимент 2001 года отличаются теперь на все 4σ. Что ж, тем интереснее будет узнать результаты эксперимента Muon g-2.

Рис. 6. Электромагнит для эксперимента Muon g-2 на пути в Фермилаб

Проблемы в физике частиц бывают и чисто инструментальные, скажем, когда разные измерения одной и той же величины сильно расходятся друг с другом. Мы не будем заострять внимание на измерениях гравитационной константы, — эта вопиюще неудовлетворительная ситуация выходит за пределы физики частиц. А вот проблему со временем жизни нейтрона — она во всех подробностях описана в нашей новости 2013 года — упомянуть стоит. Если до середины 2000-х все измерения времени жизни нейтрона давали примерно одинаковые результаты, то новый эксперимент 2005 года, выполненный группой А. П. Сереброва, резко контрастировал с ними. Постановка экспериментов принципиально различалась: в одном измерялась радиоактивность пролетающего пучка нейтронов, а в другом — выживаемость ультрахолодных нейтронов в гравитационной ловушке. Источники систематических погрешностей в этих двух типах экспериментов совершенно разные, и каждая группа критиковала «конкурента», напирая на то, что она-то свои погрешности учла должным образом. И вот, похоже, научный спор близится к своему разрешению. В этом году появилось два новых измерения (первое, второе), проведенные по различающимся методикам. Оба они дают близкие значения и поддерживают результат 2005 года (рис. 7). Окончательную точку сможет поставить новый японский пучковый эксперимент, описанный в недавнем докладе.

Рис. 7. История измерений времени жизни нейтрона в последние 17 лет

По всей видимости, близка к разрешению и другая загадка, мучавшая физиков семь лет — проблема радиуса протона. Эта фундаментальная характеристика ключевого кирпичика материи была, конечно, измерена в многочисленных экспериментах, и все они также давали примерно одинаковые результаты. Однако в 2010 году, изучая спектроскопию не обычного, а мюонного водорода, коллаборация CREMA обнаружила, что, по этим данным, радиус протона на 4% меньше общепринятого значения. Расхождение было очень серьезным — на 7σ. Вдобавок, в прошлом году проблема усугубилась аналогичными измерениями с мюонным дейтерием. В общем, стало совершенно непонятно, в чем вообще подвох: в расчетах, в экспериментах (и тогда — в каких), в обработке данных, или же в самой природе (да-да, некоторые теоретики и здесь пытались увидеть проявления Новой физики). Подробное популярное описание этой проблемы см. в больших материалах Спектроскопия мюонного дейтерия обострила проблему с радиусом протона и Щель в доспехах; краткий обзор текущей ситуации по состоянию на август этого года приведен в публикации The proton radius puzzle.

И вот в октябре этого года в журнале Science вышла статья с результатами новых экспериментов, в которых радиус протона был перемерен в обычном водороде. И — сюрприз: новый результат сильно расходился в предыдущими, всеми уважаемыми водородными данными, зато согласовывался с новыми мюонными (рис. 8). Похоже, что причина расхождения скрывалась в тонкостях измерения частот атомных переходов, а не в свойствах самого протона. Если другие группы подтвердят это измерение, то проблему с радиусом протона можно будет считать закрытой.

Рис. 8. Измерения радиуса протона разными методами

А вот другая низкоэнергетическая загадка — аномалия в ядерных переходах метастабильного бериллия-8 — так пока и не получила объяснения (рис. 9). Возникшая из ниоткуда два года назад, она привлекла внимание многих теоретиков, ищущих проявления Новой физики, поскольку она напоминала процесс рождения и распада новой легкой частицы с массой 17 МэВ. На эту тему вышло уже несколько десятков статей, но никакого общепринятого объяснения пока не найдено (см. обзор ситуации по состоянию на июль этого года в недавнем докладе). Сейчас проверка этой аномалии включается в виде отдельного пункта научной программы в будущие эксперименты по поиску новых легких частиц, и нам остается только ждать их результатов.

Рис. 9. Возникновение возбужденного ядра бериллия-8

Сигналы из космоса

Элементарные частицы можно искать и изучать не только на коллайдерах, но и в космосе. Самый прямой способ — это ловить частицы космических лучей и по их спектру, составу, и угловому распределению выяснять, откуда эти частицы взялись. Конечно, подавляющее большинство космических пришельцев были разогнаны до больших энергий разными астрофизическими объектами. Но может статься, что некоторые из них возникли в результате аннигиляции или распада частиц темной материи. Если такая связь подтвердится, это станет долгожданным указанием на конкретные частицы темной материи, столь необходимые для космологии, но такие неуловимые в прямых экспериментах.

За последнее десятилетие было обнаружено несколько неожиданных особенностей в спектрах космических частиц разного сорта; две самые любопытные касаются доли космических позитронов и антипротонов большой энергии. Однако в обоих случаях есть и чисто астрофизические варианты объяснения, откуда в космических лучах столько антиматерии.

И вот совсем недавно новую сенсацию подбросили физикам первые результаты спутниковой обсерватории DAMPE: в ее спектре космических электронов «нарисовался» высокий узкий всплеск при энергии 1,4 ТэВ (см. подробное описание в новости Новые данные по космическим электронам и позитронам принесли очередные загадки, «Элементы», 13.12.2017). Конечно же, многие восприняли его как прямой сигнал от аннигиляции или распада частиц темной материи (рис. 10) — в первые же дни после обнародования результатов DAMPE вышло свыше десятка статей на эту тему (см. материал Изломы и всплески далекого космоса). Сейчас поток ослаб; ясно, что следующий шаг — за новыми наблюдательными данными, и они, к счастью, поступят через год-два.

Рис. 10. Пример того, как теоретическая модель с частицами темной материи с массой 1,5 ТэВ воспроизводит всплеск DAMPE

А вот другой недавний результат относится совсем к иным масштабам, космологическим, и к иным частицам — нейтрино. В появившейся в ноябре статье arXiv:1711.05210 сообщается о том, что, на основе пространственного распределения скоплений галактик, впервые удалось измерить сумму масс всех типов нейтрино: 0,11 ± 0,03 эВ. Нейтрино — это самые загадочные из известных фундаментальных частиц. Они обескураживающе легкие, настолько легкие, что большинство физиков уверено, что за их массу отвечает не хиггсовский механизм, а какая-то Новая физика. Кроме того, они осциллируют, спонтанно превращаются друг в друга на лету — и за доказательство этого факта была присуждена Нобелевская премия по физике за 2015 год. Благодаря осцилляциям мы знаем, что у трех сортов нейтрино массы разные, но мы не знаем их общего масштаба. Будь у нас это одно-единственное число, сумма масс всех нейтрино, мы бы смогли резко ограничить фантазии теоретиков относительно того, откуда вообще у нейтрино берутся массы.

Общий масштаб масс нейтрино можно, в принципе, измерять и в лаборатории (эксперименты ведутся, но пока дают лишь ограничение сверху), а можно извлекать из космических наблюдений. Дело в том, что нейтрино в космосе всегда было очень много, и в ранней Вселенной они влияли на формирование крупномасштабной структуры — зародышей будущих галактик и их скоплений (рис. 11). В зависимости от того, какова их масса, это влияние различается. Поэтому изучив статистическое распределение галактик и их скоплений, можно извлечь и суммарную массу всех типов нейтрино.

Рис. 11. Численное моделирование процесса образования структур в ранней Вселенной

Конечно, такие попытки делались и раньше, но все они давали лишь ограничение сверху. Самое консервативное из них — это результат коллаборации Planck 2013 года: сумма масс меньше 0,25 эВ. Отдельные группы исследователей потом объединяли данные Planck с другими и получали более сильные, но и более модельно-зависимые ограничения сверху, вплоть до 0,14 эВ. Но это по-прежнему оставались именно ограничения! А новая статья, проанализировав опубликованный недавно каталог скоплений галактик, впервые смогла увидеть эффект от ненулевой массы и извлечь число 0,11 ± 0,03 эВ. Эта работа продолжается и дальше, так что можно ожидать, что в ближайшие годы ситуация полностью определится. А пока что заметим, что астрофизическое сообщество к этой работе отнеслось довольно настороженно: видимо, столь опосредованное статистическое измерение требует тщательно перепроверки.

И немного о теории

Теоретическая физика частиц в 2017 году, в целом, продолжила тенденцию прошлых лет. Есть отдельные четко очерченные направления работы, — и внутри них теоретики планомерно решают свои достаточно технические задачи. А есть очень широкое коммьюнити физиков-феноменологов, которые разными методами пытаются нащупать Новую физику. В этом пестром коллективе даже и близко нет намека на скоординированное движение в одном направлении. Скорее, в отсутствие четких экспериментальных указаний, здесь наблюдается броуновское движение частиц-теоретиков в многомерном и запутанном пространстве математических возможностей. Какая-никакая польза от этого есть: сообщество проверяет все возможные варианты гипотетического устройства нашего мира, либо отбрасывая их из-за несогласия с экспериментом, либо, наоборот, разрабатывая вглубь. Но сами теоретики признают, что подавляющее большинство конкретных моделей, которые они сейчас предлагают и изучают, будет рано или поздно выброшено за ненадобностью на свалку истории.

Из всего безбрежного моря разработок выделим, пожалуй, только одну тенденцию, которая стала усиливаться в последние год-два. Физики постепенно перестают цепляться за те идеи, которые им казались естественными — будь то эстетические соображения или естественность в вычислительном смысле, см. по этому поводу недавний доклад, в явных выражениях подчеркивающий эту мысль. К чему это в конце концов приведет — предсказать сейчас, из 2017 года, невозможно. Может быть, теоретики обнаружат-таки элегантную теорию, предсказания которой будут подтверждаться. А может быть, сначала придут долгожданные экспериментальные результаты, указывающие на физику за пределами Стандартной модели, и теоретики методом проб и ошибок подберут к ним ключи. Может, конечно, оказаться и так, что ничего существенно нового так и не обнаружится в ближайшие десятилетия — и тогда придется пересматривать весь подход к дальнейшему изучению микромира. Одним словом, мы сейчас на перепутье и в состоянии неопределенности. Но видеть в этом следует не поводы для уныния, а признак того, что нас ждут перемены.

Игорь Иванов

elementy.ru

10 потрясающих открытий в физике

Изучать физику значит изучать Вселенную. Точнее, как работает Вселенная. Вне всяких сомнений, физика — самая интересная ветвь науки, поскольку Вселенная куда сложнее, чем кажется, и она вмещает в себя все сущее. Иногда мир ведет себя очень странно, и возможно, вы должны быть настоящим энтузиастом, чтобы разделить с нами радость по поводу этого списка. Перед вами десять самых удивительных открытий в новейшей физике, которые заставили многих и многих ученых ломать головы не годами — десятилетиями.

На скорости света время останавливается

Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, скорость света неизменна — и равна приблизительно 300 000 000 метров в секунду, вне зависимости от наблюдателя. Это само по себе невероятно, учитывая что ничто не может двигаться быстрее света, но все еще сугубо теоретично. В специальной теории относительности есть интересная часть, которая называется «замедление времени» и которая говорит, что чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас движется время, в отличие от окружения. Если вы будете ехать на автомобиле час, вы постареете немного меньше, чем если бы просто сидели у себя дома за компьютером. Дополнительные наносекунды вряд ли существенно изменят вашу жизнь, но все же факт остается фактом.

Выходит, если двигаться со скоростью света, время вообще застынет на месте? Это так. Но прежде чем вы попытаетесь стать бессмертным, учтите, что двигаться со скоростью света невозможно, если вам не повезло родиться светом. С технической точки зрения движение со скоростью света потребует бесконечного количества энергии.

Квантовая запутанность

Только что мы пришли к выводу, что ничто не может двигаться быстрее, чем со скоростью света. Что ж… и да, и нет. Хотя технически это остается верным, в теории существует лазейка, которую нашли в самой невероятной ветви физики — в квантовой механике.

Квантовая механика, по сути, это изучение физики на микроскопических масштабах, таких как поведение субатомных частиц. Эти типы частиц невероятно малы, но крайне важны, поскольку именно они образуют строительные блоки всего во Вселенной. Можете представить их как крошечные вращающиеся электрически заряженные шарики. Без лишних сложностей.

Итак, у нас есть два электрона (субатомных частиц с отрицательным зарядом). Квантовая запутанность — это особый процесс, который связывает эти частицы таким образом, что они становятся идентичными (обладают одинаковым спином и зарядом). Когда это происходит, с этого момента электроны становятся идентичными. Это означает, что если вы измените один из них — скажем, измените спин — второй отреагирует незамедлительно. Вне зависимости от того, где он находится. Даже если вы его не будете трогать. Влияние этого процесса потрясающее — вы понимаете, что в теории эту информацию (в данном случае, направление спина) можно телепортировать куда угодно во вселенной.

Гравитация влияет на свет

Вернемся к свету и поговорим об общей теории относительности (тоже за авторством Эйнштейна). В эту теорию входит понятие, известное как отклонение света — путь света не всегда может быть прямым.

Как бы это странно ни звучало, это было доказано неоднократно. Хотя у света нет никакой массы, его путь зависит от вещей, у которых эта масса есть — вроде солнца. Поэтому если свет от далекой звезды пройдет достаточно близко к другой звезде, он обогнет ее. Как это касается нас? Да просто: возможно, те звезды, которые мы видим, находятся совсем в других местах. Помните, когда в следующий раз будете смотреть на звезды: все это может быть просто игра света.

Темная материя

Благодаря некоторым теориям, которые мы уже обсудили, у физиков есть довольно точные способы измерения общей массы, присутствующей во Вселенной. Также у них есть довольно точные способы измерения общей массы, которую мы можем наблюдать — но вот незадача, два этих числа не совпадают.

На самом деле, объем общей массы во Вселенной значительно больше, чем общая масса, которую мы можем посчитать. Физикам пришлось искать объяснение этому, и в результате появилась теория, включающая темную материю — таинственное вещество, которое не испускает света и берет на себя примерно 95% массы во Вселенной. Хотя существование темной материи формально не доказано (потому что мы не можем ее наблюдать), в пользу темной материи говорит масса свидетельств, и она должна существовать в той или иной форме.

Наша Вселенная быстро расширяется

Понятия усложняются, и чтобы понять почему, нам нужно вернуться к теории Большого Взрыва. До того как стать популярным телешоу, теория Большого Взрыва была важным объяснением происхождения нашей Вселенной. Если проще: наша вселенная началась со взрыва. Обломки (планеты, звезды и прочее) распространились во всех направлениях, движимые огромной энергией взрыва. Поскольку обломки достаточно тяжелые, мы ожидали, что это взрывное распространение должно замедлиться со временем.

Но этого не произошло. На самом деле, расширение нашей Вселенной происходит все быстрее и быстрее с течением времени. И это странно. Это означает, что космос постоянно растет. Единственный возможный способ объяснить это — темная материя, а точнее темная энергия, которая и вызывает это постоянное ускорение. А что такое темная энергия? Вам лучше не знать.

Любая материя — это энергия

Материя и энергия — это просто две стороны одной медали. На самом деле, вы всегда это знали, если когда-нибудь видели формулу E = mc2. E — это энергия, а m — масса. Количество энергии, содержащейся в конкретном количестве массы, определяется умножением массы на квадрат скорости света.

Объяснение этого явления весьма захватывает и связано с тем, что масса объекта возрастает по мере приближения к скорости света (даже если время замедлится). Доказательство довольно сложное, поэтому можете просто поверить на слово. Посмотрите на атомные бомбы, которые преобразуют довольно небольшие объемы материи в мощные выбросы энергии.

Корпускулярно-волновой дуализм

Некоторые вещи не так однозначны, какими кажутся. На первый взгляд, частицы (например, электрон) и волны (например, свет) кажутся совершенно разными. Первые — твердые куски материи, вторые — пучки излучаемой энергии, или что-то типа того. Как яблоки и апельсины. Оказывается, вещи вроде света и электронов не ограничиваются лишь одним состоянием — они могут быть и частицами, и волнами одновременно, в зависимости от того, кто на них смотрит.

Серьезно. Звучит смешно, но существуют конкретные доказательства того, что свет — это волна, и свет — это частица. Свет — это и то, и другое. Одновременно. Не какой-то посредник между двумя состояниями, а именно и то и другое. Мы вернулись в область квантовой механики, а в квантовой механике Вселенная любит именно так, а не иначе.

Все объекты падают с одинаковой скоростью

Многим может показаться, что тяжелые объекты падают быстрее, чем легкие — это звучит здраво. Наверняка, шар для боулинга падает быстрее, чем перышко. Это действительно так, но не по вине гравитации — единственная причина, по которой получается так, в том, что земная атмосфера обеспечивает сопротивление. Еще 400 лет назад Галилей впервые понял, что гравитация работает одинаково на всех объектах, вне зависимости от их масс. Если бы вы повторили эксперимент с шаром для боулинга и пером на Луне (на которой нет атмосферы), они упали бы одновременно.

Квантовая пена

Ну все. На этом пункте можно тронуться умом.

Вы думаете, что пространство само по себе пустое. Это предположение довольно разумное — на то оно и пространство, космос. Но Вселенная не терпит пустоты, поэтому в космосе, в пространстве, в пустоте постоянно рождаются и гибнут частицы. Они называются виртуальными, но на самом деле они реальны, и это доказано. Они существуют доли секунды, но это достаточно долго, чтобы сломать некоторые фундаментальные законы физики. Ученые называют это явление «квантовой пеной», поскольку оно ужасно напоминает газовые пузырьки в безалкогольном газированном напитке.

Эксперимент с двойной щелью

Выше мы отмечали, что все может быть и частицей, и волной одновременно. Но вот в чем загвоздка: если в руке лежит яблоко, мы точно знаем, какой оно формы. Это яблоко, а не какая-нибудь яблочная волна. Что же определяет состояние частицы? Ответ: мы.

Эксперимент с двумя щелями — это просто невероятно простой и загадочный эксперимент. Вот в чем он заключается. Ученые размещают экран с двумя щелями напротив стены и выстреливают пучком света через щель, чтобы мы могли видеть, где он будет падать на стену. Поскольку свет — это волна, он создаст определенную дифракционную картину, и вы увидите полоски света, рассыпанные по всей стене. Хотя щели было две.

Но частицы должны реагировать иначе — пролетая через две щели, они должны оставлять две полоски на стене строго напротив щелей. И если свет — это частица, почему же он не демонстрирует такое поведение? Ответ заключается в том, что свет будет демонстрировать такое поведение — но только если мы захотим. Будучи волной, свет пролетает через обе щели одновременно, но будучи частицей, он будет пролетать только через одну. Все, что нам нужно, чтобы превратить свет в частицу — измерять каждую частицу света (фотон), пролетающую сквозь щель. Представьте себе камеру, которая фотографирует каждый фотон, пролетающий через щель. Этот же фотон не может пролетать через другую щель, не будучи волной. Интерференционная картина на стене будет простой: две полоски света. Мы физически меняем результаты события, просто измеряя их, наблюдая за ними.

Это называется «эффект наблюдателя». И хотя это хороший способ закончить эту статью, она даже поверхностно не копнула в совершенно невероятные вещи, которые находят физики. Есть куча вариаций эксперимента с двойной щелью, еще более безумные и интересные. Можете поискать их, только если не боитесь, что квантовая механика засосет вас с головой.

Источник

www.planet-kob.ru

Пять неожиданных и грандиозных открытий физики

Когда вас учат научному методу, вы привыкаете следовать аккуратной процедуре, чтобы получить представление о каком-то естественном явлении нашей Вселенной. Начните с идеи, проведите эксперимент, проверьте идею или опровергните ее, в зависимости от результата. Но в реальной жизни все оказывается гораздо сложнее. Иногда вы проводите эксперимент, и его результаты расходятся с тем, что вы ожидали. Иногда подходящее объяснение требует проявления воображения, которое выходит далеко за рамки логических суждений любого разумного человека. Сегодняшняя физическая Вселенная довольно хорошо понята, но история о том, как мы к этому пришли, полна сюрпризов. Перед вами пять великих открытий, совершенных совершенно непредсказуемым образом.

Когда ядро вылетает из пушки сзади грузовика ровно с такой же скоростью, с какой тот движется, скорость снаряда оказывается нулевой. Если же вылетает свет, он всегда движется со скоростью света.

Скорость света не меняется при ускорении источника света

Представьте, что вы бросаете мяч как можно дальше. В зависимости от того, в каком виде спорта вы играете, мяч можно разогнать до 150 км/ч, используя силу рук. А теперь представьте, что вы на поезде, который движется невероятно быстро: 450 км/ч. Если вы бросите мяч из поезда, двигаясь в том же направлении, как быстро будет двигаться мяч? Просто суммируйте скорость: 600 км/ч, вот и ответ. А теперь представьте, что вместо того, чтобы бросить мяч, вы испускаете луч света. Добавьте скорость света к скорости поезда и получите ответ, который будет… совершенно неверным.

Это была центральная идея специальной теории относительности Эйнштейна, но само открытие сделал не Эйнштейн, а Альберт Михельсон в 1880-х годах. И неважно, выпускали бы вы пучок света по направлению движения Земли или перпендикулярно этому направлению. Свет всегда двигался с одинаковой скоростью: с, скорость света в вакууме. Михельсон разрабатывал свой интерферометр для измерения движения Земли через эфир, а вместо этого проложил путь для относительности. Его Нобелевская премия 1907 года стала самым известным в истории нулевым результатом и важнейшим в истории науки.

99,9% массы атома сосредоточено в невероятно плотном ядре

В начале 20 века ученые считали, что атомы сделаны из смены отрицательно заряженных электронов (начинка торта), заключенных в положительно заряженной среде (торт), которая заполняет все пространство. Электроны можно оторвать или удалить, чем объясняется явление статического электричества. Долгие годы модель композитного атома в положительно заряженном субстрате Томпсона была общепринятой. Пока Эрнест Резерфорд не решился ее проверить.

Обстреливая высокоэнергетическими заряженными частицами (из радиоактивного распада) тончайшую пластинку золотой фольги, Резерфорд ожидал, что все частицы пройдут насквозь. И некоторые прошли, а некоторые отскочили. Для Резерфорда это было совершенно невероятно: будто бы вы выстрелили пушечным ядром в салфетку, и оно отскочило.

Резерфорд обнаружил атомное ядро, которое содержало практически всю массу атома, заключенное в объеме, который занимал одну квадриллионную (10-15) размера всего атома. Это ознаменовало рождение современной физики и проложило путь для квантовой революции 20 века.

«Недостающая энергия» привела к открытию мельчайшей, практически невидимой частицы

Во всех взаимодействиях, которые мы когда-либо видели между частицами, энергия сохранялась всегда. Она может быть преобразована из одного типа в другой — потенциальный, кинетический, массы, покоя, химический, атомный, электрический и т. д. — но никогда не разрушается и не исчезает. Около сотни лет назад ученых озадачил один процесс: при некоторых радиоактивных распадах продукты распада имеют меньшую общую энергию, чем исходные реагенты. Нильс Бор даже постулировал, что энергия всегда сохраняется… кроме тех случаев, когда нет. Но Бор ошибся и за дело взялся Паули.

Преобразование нейтрона в протон, электрон и антиэлектронное нейтрино является решением проблемы сохранения энергии при бета-распаде

Паули утверждал, что энергия должна сохраняться, и еще в 1930 году предложил новую частицу: нейтрино. Эта «нейтральная крошка» не должна взаимодействовать электромагнитно, а переносит небольшую массу и уносит кинетическую энергию. Хотя многие были настроены скептично, эксперименты с продуктами ядерных реакций в конечном итоге выявили как нейтрино, так и антинейтрино в 1950-х и 1960-х годах, что помогло привести физиков как к Стандартной модели, так и к модели слабых ядерных взаимодействий. Это потрясающий пример того, как теоретические предсказания могут иногда приводить к впечатляющему прорыву при появлении подходящих экспериментальных методов.

Все частицы, с которыми мы взаимодействуем, имеют высокоэнергетические, нестабильные аналоги

Часто говорят, что прогресс в науке встречают не фразой «эврика!», а «очень смешно», и это отчасти правда. Если вы заряжаете электроскоп — в котором два проводящих металлических листа соединены с другим проводником — оба листа получат один и тот же электрический заряд и в результате оттолкнут друг друга. Но если вы поместите этот электроскоп в вакуум, листы не должны разряжаться, но со временем разрядятся. Как это объяснить? Лучшее, что нам пришло в голову, — из космоса на Землю попадают высокоэнергетические частицы, космические лучи, и продукты их столкновений разряжают электроскоп.

В 1912 году Виктор Гесс провел эксперименты по поиску этих высокоэнергетических частиц на воздушном шаре и обнаружил их в большом изобилии, став отцом космических лучей. Построив детекторную камеру с магнитным полем, вы можете измерить как скорость, так и отношение заряда к массе, основываясь на кривых движениях частиц. Протоны, электроны и даже первые частицы антиматерии были обнаружены при помощи этого способа, но самый большой сюрприз пришел в 1933 году, когда Пол Кунце, работая с космическими лучами, обнаружил след от частицы, похожей на электрон… только в тысячи раз тяжелее.

Мюон с временем жизни всего 2,2 микросекунды был позднее подтвержден экспериментально и обнаружен Карлом Андерсоном и его студентом Сетом Неддермайером, использующими облачную камеру на земле. Позже выяснилось, что составные частицы (такие как протон и нейтрон) и фундаментальные (кварки, электроны и нейтрино) — все имеют несколько поколений более тяжелых родственников, причем мюон является первой частицей «поколения 2», когда-либо обнаруженной.

Вселенная началась со взрыва, но это открытие было совершенно случайным

В 1940-х годах Георгий Гамов и его коллеги предложили радикальную идею: что Вселенная, которая расширяется и остывает сегодня, была горячей и плотной в прошлом. И если уйти достаточно далеко в прошлое, Вселенная будет достаточно горячей, чтобы ионизировать всю материю в ней, а еще дальше — разбивает атомные ядра. Эта идея стала известной как Большой Взрыв, и вместе с ней возникло два серьезных предположения:

Вселенная, с которой мы начали, была не только из материи с простыми протонами и электронами, но состояла из смеси легких элементов, которые синтезировались в высокоэнергетической юной Вселенной.
Когда Вселенная остыла достаточно, чтобы сформировались нейтральные атомы, это высокоэнергетическое излучение было выпущено и стало двигаться по прямой целую вечность, пока не столкнется с чем-то, пройдет через красное смещение и потеряет энергию по мере расширения Вселенной.

Возникло предположение, что этот «космический микроволновый фон» будет всего на несколько градусов выше абсолютного нуля.

В 1964 году Арно Пензиас и Боб Уилсон случайно обнаружили послесвечение Большого Взрыва. Работая с радиоантенной в лаборатории Белла, они обнаружили однородный шум везде, куда ни смотрели на небе. Это не было Солнцем, галактикой или атмосферой Земли… они просто не знали, что это. Поэтому они помыли антенну, убрали голубей, но от шума так и не избавились. И только тогда, когда результаты показали физику, знакомому с подробными предсказаниями всей Принстонской группы, он с помощью радиометра определил тип сигнала и осознал важность находки. Впервые ученые узнали о происхождении Вселенной.

Оглядываясь на те научные знания, которые мы имеем сегодня, с их прогностической силой, и на то, как столетия открытий изменили нашу жизнь, мы соблазняемся видеть в науке устойчивое развитие идей. Но на самом деле история науки беспорядочна, полна сюрпризов и насыщена спорами.

hi-news.ru

Последние достижения в физике - это... Что такое Последние достижения в физике?

Последние достижения в физике

Космология

Открытие тёмной энергии

На основании проведённых в конце 1990-х годов наблюдений сверхновых звёзд типа Ia был сделан вывод, что постоянная Хаббла изменяется, и расширение Вселенной ускоряется со временем.

Затем эти наблюдения были подкреплены другими источниками: измерениями реликтового излучения, гравитационного линзирования, нуклеосинтеза Большого Взрыва. Полученные данные хорошо объясняются наличием тёмной энергии, заполняющей всё пространство Вселенной.

Физика элементарных частиц

Главным результатом современной теоретической ФЭЧ является построение Стандартной модели физики элементарных частиц. Данная модель базируется на идее калибровочных взаимодействий полей и механизме спонтанного нарушения калибровочной симметрии (механизм Хиггса). За последние пару десятков лет её предсказания были многократно перепроверены в экспериментах, и в настоящее время она — единственная физическая теория, адекватно описывающая устройство нашего мира вплоть до расстояний порядка 10−18 м.

В последнее время имеются опубликованные экспериментальные результаты, не укладывающиеся в рамки Стандартной модели, — рождение мюонных струй на коллайдере Тэватрон, установке CDF в протон-антипротонных столкновениях при полной энергии 1,96 ГэВ.[1][2][3] Впрочем, многие физики считают найденный эффект артефактом анализа данных (статью коллаборации CDF согласились подписать только около двух третей её участников).[4]

Перед физиками, работающими в области теоретической ФЭЧ, стоят две основные задачи: создание новых моделей для описания экспериментов и доведение предсказаний этих моделей (в том числе и Стандартной модели) до экспериментально проверяемых величин.

Квантовая гравитация

Два основных направления, пытающихся построить квантовую гравитацию, — это теории суперструн и петлевая квантовая гравитация.

В первой из них вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны. Для многомерных задач браны являются как бы многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся внутри этих бран, они являются пространственно-временными структурами. Во втором подходе осуществляется попытка сформулировать квантовую теорию поля с отсутствием привязки к пространственно-временному фону. Большинство физиков сейчас полагают, что правильный второй путь.

Квантовые компьютеры

Квантовый компьютер — это гипотетическое вычислительное устройство, существенно использующее при работе квантовомеханические эффекты, такие как квантовая запутанность и квантовый параллелизм. Идея квантовых вычислений, впервые высказанная Ю. И. Маниным и Р. Фейнманом состоит в том, что квантовая система из L двухуровневых квантовых элементов (кубитов) имеет 2L линейно независимых состояний, а значит, вследствие принципа квантовой суперпозиции, 2L-мерное гильбертово пространство состояний. Операция в квантовых вычислениях соответствует повороту в этом пространстве. Таким образом, квантовое вычислительное устройство размером L кубит может выполнять параллельно 2L операций.

Нанотехнологии

Нанотехнология — область прикладной науки и техники, имеющая дело с объектами размером менее 100 нанометров (1 нанометр равен 10−9 метра). Нанотехнология качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты.

В практическом аспекте это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров.[5] Однако нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям.

Примечания

dic.academic.ru

В шоке - Чем нас удивили последние открытия физиков: ТОП-10

На скорости света время останавливается (Здесь и далее под скоростью света будем понимать постоянную скорость света в вакууме).

Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, скорость света неизменна — и равна приблизительно 300 000 000 м/сек., вне зависимости от наблюдателя. Это само по себе невероятно, учитывая что ничто не может двигаться быстрее света, но все еще сугубо теоретично. В специальной теории относительности есть интересная часть, которая называется «замедление времени» и которая говорит, что чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас движется время, в отличие от окружения. Если вы будете ехать на автомобиле час, вы постареете немного меньше, чем если бы просто сидели у себя дома за компьютером. Дополнительные наносекунды вряд ли существенно изменят вашу жизнь, но все же факт остается фактом.

Квантовая запутанность

Только что мы пришли к выводу, что ничто не может двигаться быстрее, чем со скоростью света. Что ж... и да, и нет. Хотя технически это остается верным, в теории существует лазейка, которую нашли в самой невероятной ветви физики — в квантовой механике.

Итак, у нас есть два электрона (субатомных частиц с отрицательным зарядом). Квантовая запутанность — это особый процесс, который связывает эти частицы таким образом, что они становятся идентичными (обладают одинаковым спином и зарядом). Когда это происходит, с этого момента электроны становятся идентичными. Это означает, что если вы измените один из них — скажем, измените спин — второй отреагирует незамедлительно. Вне зависимости от того, где он находится. Даже если вы его не будете трогать. Влияние этого процесса потрясающей — вы понимаете, что в теории эту информацию (в данном случае, направление спина) можно телепортировать куда угодно во вселенной.

Гравитация влияет на свет

Темная материя

Наша Вселенная быстро расширяется

Любая материя — это энергия

Корпускулярно-волновой дуализм

Все объекты падают с одинаковой скоростью

Квантовая пена

Ну все. На этом пункте можно тронуться умом.

Эксперимент с двойной щелью

Все, что нам нужно, чтобы превратить свет в частицу — измерять каждую частицу света (фотон), пролетающую сквозь щель. Представьте себе камеру, которая фотографирует каждый фотон, пролетающий через щель. Этот же фотон не может пролетать через другую щель, не будучи волной. Интерференционная картина на стене будет простой: две полоски света. Мы физически меняем результаты события, просто измеряя их, наблюдая за ними.

v-shoke.com

Потрясающие открытия квантовой физики - Русские Вести

11.03.2018 | Наука и непознанное2801

«Тот, кто не был потрясен при первом знакомстве с квантовой теорией, скорее всего, просто ничего не понял». Нильс Бор

Положения квантовой теории настолько ошеломительны, что она больше похожа на научную фантастику.

Частица микромира может находиться в двух и более местах одновременно!

(Один из совсем недавних экспериментов показал, что одна из таких частиц может находиться одновременно в 3000 мест!)

Один и тот же «объект» может быть и локализованной частицей, и энергетической волной, распространяющейся в пространстве.

Эйнштейн выдвинул постулат: ничто не может двигаться быстрее скорости света. Но квантовая физика доказала: субатомные частицы могут обмениваться информацией мгновенно — находясь друг от друга на любом удалении.

Классическая физика была детерминированной: исходя из начальных условий, вроде местоположения и скорости объекта, мы можем рассчитать, куда он будет двигаться. Квантовая физика — вероятностна: мы никогда не можем с абсолютной уверенностью сказать, как поведет себя исследуемый объект.

Классическая физика была механистичной. Она основана на предпосылке: только зная отдельные части объекта, мы в конечном счете можем понять, что он из себя представляет.

Квантовая физика целостна: она рисует картину Вселенной как единого целого, части которого взаимосвязаны и влияют друг на друга.

И, наверно, наиболее важно то, что квантовая физика уничтожила представление о принципиальном различии между субъектом или объектом, наблюдателем и наблюдаемым — а ведь оно властвовало над учёными умами в течение 400 лет!

В квартовой физике наблюдатель влияет на наблюдаемый объект. Нет никаких изолированных наблюдателей механической Вселенной — всё принимает участие в её существовании.

ПОТРЯСЕНИЕ №1 — ПУСТОЕ ПРОСТРАНСТВО

Одну из первых трещин в прочной конструкции ньютоновской физики сделало следующее открытие: атомы — эти твёрдые стандартные блоки физической Вселенной! — состоят главным образом из пустого пространства. Насколько пустого? Если увеличить ядро атома водорода до размера баскетбольного мяча, то единственный вращающийся вокруг него электрон будет находиться на расстоянии в тридцать километров, а между ядром и электроном — ничего. Так что глядя вокруг, помните: реальность — это мельчайшие точечки материи, окружённые пустотой.

Впрочем, не совсем так. Эта предполагаемая «пустота» на самом деле не пуста: она содержит колоссальное количество невероятно мощной энергии. мы знаем, что энергия становится всё плотнее по мере перехода на более низкий уровень материи (например, ядерная энергия в миллион раз мощнее химической). Сейчас учёные говорят, что в одном кубическом сантиметре пустого пространства больше энергии, чем во всей материи известной Вселенной. Хотя учёные не смогли измерить её, они видят результаты действия этого моря энергии.

ПОТРЯСЕНИЕ №2 — ЧАСТИЦА, ВОЛНА ИЛИ ВОЛНОЧАСТИЦА?

Мало того, что атом почти сплошь состоит из «пространства» — когда учёные более глубоко исследовали его, обнаружили, что субатомные (составляющие атом) частицы также не сплошные. И, похоже, они имеют двойственную природу. В зависимости от того, как мы их наблюдаем, они могут вести себя или как твёрдые микротела, или как волны.

Частицы — это отдельные твёрдые объекты, занимающие определённое положение в пространстве. А волны не имеют «тела», они не локализованы и распространяются в пространстве.

В качестве волны электрон или фотон (частица света) не имеет точного местоположения, но существует как «поле вероятностей». В состоянии частицы поле вероятностей «схлопывается» (коллапсирует) в твёрдый объект. Его координаты в четырёхмерном пространстве-времени уже можно определить.

Это удивительно, но состояние частицы (волна или твёрдый объект) задаётся актами наблюдения и измерения. Не измеряемые и не наблюдаемые электроны ведут себя подобно волнам. Как только мы подвергаем их наблюдению в процессе эксперимента, они «схлопываются» в твёрдые частицы и могут быть зафиксированы в пространстве.

Но как может быть что-то одновременно и твёрдо частицей и текучей волной? Возможно, парадокс будет разрешён, если мы вспомним то, о чём недавно говорили: частицы ведут себя как волны или как твёрдые объекты. Но понятия «волна» и «частица» — это всего лишь аналогии, взятые из нашего повседневного мира. Понятие волны было введено в квантовую теорию Эрвином Шредингером. Он автор знаменитого «волнового уравнения», которое математически обосновывает существование у твёрдой частицы волновых свойств до акта наблюдения. Некоторые физики — в попытке объяснить то, с чем они никогда не сталкивались и не могут до конца разобраться, — называют субатомные частицы «волночастицами».

ПОТРЯСЕНИЕ №3 — КВАНТОВЫЕ СКАЧКИ И ВЕРОЯТНОСТЬ

Изучая атом, учёные обнаружили: когда электроны, вращаясь вокруг ядра, перемещаются с орбиты на орбиту, они не движутся в пространстве как обычные объекты. Нет, они покрывают расстояние мгновенно. То есть исчезают в одном месте и появляются в другом. Этот феномен назвали квантовым скачком.

Мало того, учёные поняли, что не могут точно определить, где именно на новой орбите появится исчезнувший электрон или в какой момент он будет совершать скачок. Самое большее, что они смогли сделать — рассчитать вероятность (на основании волнового уравнения Шредингера) нового местоположения электрона.

«Реальность, как мы её ощущаем, создаётся в каждый момент времени в совокупности бесчисленных возможностей, — говорит доктор Сатиновер. — Но настоящая тайна — в том, что нет ничего в физической Вселенной, что бы определяло, какая именно возможность из этой совокупности осуществится. Нет процесса, который это устанавливает».

Таким образом, квантовые скачки — единственные по-настоящему случайные события во Вселенной.

ПОТРЯСЕНИЕ №4 — ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ

В классической физике все параметры объекта, включая его пространственные координаты и скорость, могут быть измерены с точностью, ограниченной только возможностями экспериментальных технологий. Но на квантовом уровне всякий раз, когда вы определяете одну количественную характеристику объекта, например скорость, вы не можете получить точных значений других его параметров, например координат. Другими словами: если вы знаете, как быстро объект движется, вы не можете знать, где он находится. И наоборот: если вы знаете, где он находится, не можете знать, с какой скоростью он движется.

Как бы ни изощрялись экспериментаторы, какие бы продвинутые технологии измерений ни использовали — заглянуть за эту завесу им не удаётся.

Вернер Гейзенберг, один из пионеров квантовой физики, сформулировал принцип неопределённости. Суть его в следующем: как ни бейся, одновременно невозможно получить точные значения координат и скорости квантового объекта. Чем большей точности мы добиваемся в измерении одного параметра, тем более неопределённым становится другой.

ПОТРЯСЕНИЕ №5 — НЕЛОКАЛЬНОСТЬ, ЭПР-ПАРАДОКС И ТЕОРЕМА БЕЛЛА

Альберт Эйнштейн недолюбливал квантовую физику. Оценивая изложенную в квантовой физике вероятностную природу субатомных процессов, он говорил: «Бог не играет в кости с Вселенной». А вот Нильс Бор ему отвечал: «Перестаньте учить Бога, что ему делать!»

В 1935 году Энштейн и его коллеги Подольский и Розен (ЭПР) попытались нанести поражение квантовой теории. Учёные на основании положений квантовой механики провели мысленный эксперимент и пришли к парадоксальному выводу. (Он должен был показать ущербность квантовой теории). Суть их размышлений такова. Если мы имеем две одновременно возникшие частицы, то это означает, что они взаимосвязаны или находятся в состоянии суперпозиции. Отправим их в разные концы Вселенной. Затем изменим состояние одной из частиц. Тогда, согласно квантовой теории, другая частица мгновенно приходит в то же состояние. Мгновенно! На другом краю мироздания!

Подобная идея была настолько смехотворна, что Эйнштейн саркастически отозвался о ней как о «сверхъестественном дальнодействии». Согласно его теории относительности, ничто не может двигаться быстрее света. А в ЭПР-эксперименте выходило, что скорость обмена информацией между частицами бесконечна! Кроме того, сама мысль, что электрон может «отслеживать» состояние другого электрона на противоположном краю Вселенной, полностью противоречила общепринятым представлениям о реальности, да и вообще здравому смыслу.

Но вот в 1964 году ирландский физик-теоретик Джон Белл сформулировал и доказал теорему, из которой следовало: «смехотворные» выводы из мысленного эксперимента ЭПР — истинны!

Частицы тесно связаны на определённом уровне, выходящем за рамки времени и пространства. Поэтому способны мгновенно обмениваться информацией.

Представление о том, что любой объект Вселенной локален — т.е. существует в каком-то одном месте (точке) пространства — не верно. Все в этом мире нелокально.

С той поры, как Белл опубликовал свою теорему, её теоретическое доказательство снова и снова экспериментально подтверждалось в лабораториях.

Тем не менее этот феномен является действующим законом Вселенной. Шредингер говорил, что взаимосвязь между объектами — не единственный интересный аспект квантовой теории, но важнейший. В 1975 году физик-теоретик Генри Стэпп назвал теорему Белла «самым значительным открытием науки». Обратите внимание, что он говорил о науке, а не только о физике.

(Статья подготовлена по материалам книги У. Арнтц, Б. Чейс, М. Висенте «Кроличья нора, или что мы знаем о себе и Вселенной?», глава «Квантовая физика».)

Источник: ezoterika-info.ru

Похожие материалы Потрясающие открытия квантовой физики

6 сногсшибательных экспериментов, которые наука не может объяснить

Электрогенерирующие солнечные теплицы доказали свою эффективность

Сенсация: для Японии Россия не сырьевой придаток, а технологический лидер

russkievesti.ru

ЭСПАВО (Международная Ассоциация Работников Света)

Школа СОТИС: набор студентов на 2018-19-й учебный год

Школа СОТИС - это системное духовное (не религиозное) высшее образование в светском формате (институтский формат),

авторская система трансцендентного образования,

Обучение с использованием игровой легенды.

Узнайте подробно:…

Продолжить

Добавил(а) Алексей, Август 23, 2018 в 2:48pm — Комментариев нет

Семена Мира

из Дома Вспоминания

"Как пчела собирает мед с разных цветов, мудрый человек признает суть разных священных книг и видит много блага во всех религиях".(Махатма Ганди)

Индуистская молитва за мир.

О Бог, веди нас от нереального к Реальному. О Бог, веди нас из тьмы к свету. О Бог, веди нас от смерти к бессмертию. Шанти, Шанти, Шанти во всем. О…

Продолжить

Добавил(а) Светлана, Август 23, 2018 в 2:14pm — Комментариев нет

Осознание своей силы.

Никто не может отнять вашей силы. Ваша сила идет изнутри, из вашего Истока - она не дается другим человеком. Никто не может пробраться внутрь вас самих и забрать ваш Исток.

Все что другой человек может сделать, это только пытаться внушить что с вами что то…

Продолжить

Добавил(а) Олег Сахаров, Август 23, 2018 в 11:00am — 3 Комментария(-ев)

Стремиться ввысь и только ввысь!

22.08.18…

Продолжить

Добавил(а) Татьяна, Август 23, 2018 в 8:00am — Комментариев нет

Медитация «Разгневанные НЕБЕСА»

Медитация прошедшая 22.08.2018. Ведущие Ника и Ветер.

СКАЧАТЬ mp3 …

Продолжить

Добавил(а) Николай, Август 22, 2018 в 9:30pm — Комментариев нет

Кармические уроки. Любовь все подскажет

Я прошу кармический совет ответить на мой запрос

Мы слушаем тебя, о душа. Спрашивайте.

Моя мама, 2 года назад у нее на фоне канцерофобии началась депрессия, ей назначили медикаментозное лечение. До настоящего времени она принимает препараты от депрессии — противотревожные и антидепрессанты. Несмотря на то, что клинические признаки депрессии сейчас отсутствуют, у нее почти всегда нет настроения, понурый вид, и мысли о том, что жить ей осталось недолго,…

Продолжить

Добавил(а) CЕлена, Август 22, 2018 в 8:11pm — Комментариев нет

Сергий Радонежский.

Ведущий: Я приветствую вас, Учитель. Я хотел бы переговорить по теме «Позиции, соединяющие разные уровни понимания сознания о Мироздании. Общение с Душой».

Силы: Я приветствую тебя. Я Сергий Радонежский. Я рад снова определять тебя в знаниях, информации, которая, возможно, пригодится для некоторых сознаний в их пути развития, в их пути становления, в новом пространстве восприятия. Тема, которая была…

Продолжить

Добавил(а) Рулькевич Виктор Владимирович, Август 22, 2018 в 7:12pm — 2 Комментария(-ев)

Про отношения (интересный взгляд)

Краеугольным камнем для всех являются отношения, в которых происходит эволюция конфликта и чувствительности. Это и отношения между разными существами разных миров, и отношения разных частей психики между собой, и отношение состояний сознания друг к другу, и абстрактная относительность всего переживаемого. Отношения, чувствительность и конфликт всегда идут вместе, одно без другого невозможно. Отношения – это топливо неведенья. Эволюция в них протекает также в 4 главных этапа:

1)…

Продолжить

Добавил(а) авалон, Август 22, 2018 в 3:50pm — 4 Комментария(-ев)

ПРИЗНАТЕЛЬНОСТЬ

Друзья!" Люблю всех вас" - сердце в умиленьи трепетало,

Когда сейчас читала ваши тёплые, душевные слова,

Буквально к каждому с благоговением взывала:

"Мы Вместе! Мы - Единая Семья!"

Люблю я нас за То,что все идём Одной Тропою,

Хотя " Куда?" и "Как Идём?" - СВОЁ у каждого из нас...

Люблю за То, что вне "толпы" и не с " толпою",

Что Мнение Своё кладём в "копилку общую" душою…

Продолжить

Добавил(а) Альбина, Август 22, 2018 в 10:58am — 1 Комментарий

Ченнелинг. Если Бог - это Любовь, то почему она привела Христа на Голгофу?

Вопрос: Высшее Я, могу я задать вопрос твоей подопечной?

Ответ: Я слушаю и готова подсказать тебе непонятные вопросы.

1.Вопрос: Я давно заметила , что у меня есть финансовый потолок. Последние два года я очень плотно работаю над этим вопросом. Так как у меня в роду, начиная с…

Продолжить

Добавил(а) Ирина, Август 21, 2018 в 11:17pm — 3 Комментария(-ев)

Архангел Гавриил (ежедневные послания) ~ Понедельник, 20 августа 2018 г. Дискомфорт — индикатор того, что вы готовы к чему-то большему 20 августа 2018 г. Через Шелли Янг В вашем путешествии просве…

Архангел Гавриил (ежедневные послания) ~ Понедельник, 20 августа 2018 г. Дискомфорт — индикатор того, что вы готовы к чему-то большему

20 августа 2018 г. Через Шелли Янг…

Продолжить

Добавил(а) Ирен Коб, Август 21, 2018 в 9:02pm — Комментариев нет

Кармические уроки. Зеркало твоей любви.

Я Прошу Кармический совет ответить на конкретный запрос.

Мы слушаем тебя, о душа.

В моей жизни сложилась очень острая ситуация и мне очень необходим добрый совет высших сил!

Вопросы следующие:

Я нахожусь в браке, но встретил и полюбил другую женщину. Я не могу сделать выбор между новой любовью и очень сильной привязанностью к семье, сыну и жене. Я боюсь их оставить, боюсь сделать жене непереносимо и…

Продолжить

Добавил(а) CЕлена, Август 21, 2018 в 8:48pm — Комментариев нет

Послания...

КарандашЯ — Божественный Карандаш, в Руке Бога — Инструмент Творенья, с тобою Сонастроиться желаю, прекрасный Отрок наш, Чертить умею чрез ВСЕ Измерения!Много в Боге удивительного, малую долю того пока способны увидеть вы, постепенно раскрываем ЛЮБВИ Красоты, у каждого — своя Ячейка в Целостных СОТАХ! Есть ли Бог без тебя, мой любимый? Можно ли кого-то отделить волей/силой? Есть Игра, и в ней есть Актеры, можно ДУМАТЬ, что ты — отделённый,…

Продолжить

Добавил(а) Николай, Август 21, 2018 в 8:00pm — Комментариев нет

NARADA: Познание Истины - Девятая мерность развития Сознания

Вступив в Девятую мерность развития человек Познаёт истинные основы своего Интереса. Они помогают его Личности перейти на уровень фундаментального мышления узнавая основную суть Всего, чего касается Взор человека. Девятая мерность развития предлагает ему Узреть глубину своего Интереса прикоснувшись к его истинной форме через мышление по сути. Новый уровень вдохновляет человека Искать божественные основы в своём Интересе, с чего начинается зарождение его нового Понимания уже известной…

Продолжить

Добавил(а) Дамара Тара, Август 21, 2018 в 6:47pm — 1 Комментарий

Что такое Эго!? Путь в Любовь.

Что такое эго – это твой страх. Одновременно это твой контролер, что хочет застраховать тебя от твоего страха, избавить тебя от него. Замыкая в порочный круг из которого нет никакого другого выхода, кроме одного – это Любовь.

Внутри эго спрятался твой внутренний ребенок, твое истинное, чистое Я. Оно заключило себя в энергетический кокон всевозможных защит, за сохранение и удержание которого отвечает контролер – твой ум.

Для того что ослабить энергетические путы и растворить…

Продолжить

Добавил(а) Олег Сахаров, Август 21, 2018 в 9:43am — Комментариев нет

Альбина, с Днём рождения!

С благодарностью за то, что Ты Есть!

С прекрасными пожеланиями Света-Любви- Благости-Развития!

Добавил(а) ЕЛЕНА, Август 21, 2018 в 6:00am — 29 Комментария(-ев)

Сессия «Обнаружение служения»

Н: Что такое произошло, что Вы захотели сессию?

К: Мне вообще хотелось пройти сессию, прочувствовать, понять, чему я учусь. Это надо было, может быть, раньше сделать. Это одна причина. Вторая причина — мне бы очень хотелось поработать с воздействием, я так это назову. Меня это беспокоит.

Н: Ксения, а что Вы подразумеваете под…

Продолжить

Добавил(а) Наталья Усачева, Август 20, 2018 в 5:42pm — Комментариев нет

БАЛАНСИРОВКА КАРМЫ И ПРОЩЕНИЕ ДОЛГОВ

Послание Богородицы (Звездной матери)

Контактёр — Наяна…

Продолжить

Добавил(а) Наяна Белосвет, Август 20, 2018 в 4:27pm — Комментариев нет

espavo.ning.com