Новости науки. Эффекты общей теории относительности (ОТО) сложно поддаются нашему обыденному восприятию. ОТО рассматривает вселенную, как единый пространсвенно-временной континуум (то есть, пространство и время очень тесно взаимосвязаны друг с другом), а энергия может это пространство-время всячески искривлять.

Например, известно, что вблизи тяжелых объектов (как наша планета) время течет медленнее, чем вдали от них. Этот эффект известен достаточно давно и многократно подтверждён экспериментально. Например, если вы залезете на гору Эверест и просидите там 30 лет, то состаритесь на одну миллисекунду больше, чем на уровне моря. А если прокукуете 30 лет на Юпитере, то сэкономите целых 18 секунд (не рекомендуем в качестве средства омоложения)! Это, конечно, не семь лет за час, как в Интерстелларе, но всё же.

Гравитационное замедление времени играет роль и в технике. Например, при расчетах движения спутников нужно учитывать, что они находятся далеко от Земли и время для них течет чуть быстрее, чем для нас.

Ученые из Университета Колорадо измерили гравитационное замедление времени на беспрецедентных доселе масштабах. Им удалось зафиксировать разность хода часов, разделенных в пространстве всего-лишь одним миллиметром! Предыдущий рекорд, кстати, составляет 30 см. Конечно, для подобного эксперимента нужны не просто сверхточные, а уже гиперточные атомные часы, и такие исследователям пришлось сконструировать с помощью охлаждённых до сверхнизких температур атомов стронция, удерживаемых в оптической решетке.

Наш любопытный ценитель физики может заметить, мол, ну и что, ведь ничего принципиально нового не открыто! Нет, теория относительности как работала, так и работает, но тем не менее, эксперимент имеет огромное значение. Одной из основных задач современной физики является объединение общей теории относительности (проявляющей себя в основном на больших масштабах) с квантовой механикой (работающей на очень малых расстояниях). А возможность измерения эффектов ОТО в масштабах миллиметров или меньше может помочь узнать, как же эти две теории согласуются друг с другом и согласуются ли вообще.

Статья опубликована в Nature 16 февраля 2022 года.

#news

Явление. Вихревые дорожки (или потоки фон Кармана) являются примером периодической турбулентной структуры. Они образуются, когда поток газа или жидкости набегает на цилиндрические препятствия. Поток вещества поочерёдно срывается то с одной, то с другой стороны тела, образуя вихри, закрученные в разных направления - по часовой стрелке с одной стороны и против часовой с другой.

Явление распространено повсеместно в гидро- и аэродинамике, в частности в климатологии. На видео показано, как вихревые дорожки закручивают облака при обтекании острова Гуадалупе. Длительность наблюдения около 10 часов. Кстати, следить за погодой в реальном времени можно с помощью геостационарных спутников GOES вот тут - тыц. Именно с их помощью были получены данные кадры.

#effect

APOD. Окунёмся в прошлое и вспомним наследие аппарата Cassini, подарившего нам, без преувеличения, самые прекрасные космические снимки на сегодняшний день.

Cassini вышел на орбиту Сатурна в 2004 году, а в 2017 был с почестями похоронен в его атмосфере. За 13 лет службы он успел передать на Землю около полумиллиона фотографий гиганта и его спутников. А спускаемый аппарат Huygens, сопровождавший станцию, сумел приземлиться на Титан и сделать первые снимки его поверхности.

На фотографии Сатурн, его кольца, отбрасывающие тень на планету, и ледяная луна Тефия. С полным архивом фотографий Cassini можно ознакомиться по ссылке - тыц.

#apod

История науки. Помните потрясающую черную дыру из Интерстеллара? Её визуальный образ создан с помощью реальных научных симуляций и новейших моделей, разработанных в группе Кипа Торна.

Оказывается, что история визуализации черных дыр куда древнее, и уже в 1978 году французский астрофизик Жан-Пьер Люмине создал невероятно правдоподобное изображение этих объектов, само существование которых тогда ещё даже не было подтверждено. Он провёл симуляции на компьютере IBM 7040, использующем перфокарты, а их результаты зарисовал от руки. Интересно, что полученный им образ почти не отличается от сегодняшнего представления, и были верно уловлены многие детали строения аккреционного диска и эффекты гравитационного линзирования. Так, аккреционный диск ярче с одной стороны (вещество вращается слева направо) благодаря эффекту Доплера.

Более подробно об истории визуализации черных дыр можно почитать (и посмотреть картинки) вот тут (англ.) - тыц.

#scihistory

Цитата. "В жизни нет ничего, чего стоило бы бояться, только то, что нужно понять. Сейчас время понять больше, чтобы мы могли меньше бояться." (с) Мария Кюри

#цитата

Новости науки. Одной из главных загадок современной космологии является происхождение "тёмного вещества" - гипотетической материи, масса которой составляет 85% от массы всего вещества вселенной. Согласно общепринятой гипотезе тёмная материя это пока что неизвестный вид частиц, который взаимодействует с остальной материей только гравитационно, а потому не может быть обнаружен с помощью электромагнитного излучения. Мы знаем, что тёмная материя существует, так как она оказывает существенное влияние на поведение структур вселенной на крупных масштабах - вращение и взаимодействие галактик. Однако, все попытки обнаружить эти частицы или разобраться в том, что они собой представляют, пока что были бесплодными.

Некоторые космологи пытаются построить альтернативные модели и объяснить тёмное вещество без привлечения новых частиц. Это было бы замечательно, ведь ломать уже существующую картину мира гораздо болезненнее. Ещё в семидесятые годы Стивен Хокинг выдвинул идею, что тёмным веществом могут быть просто-напросто неактивные черные дыры, которые мы не можем обнаружить. Но для этого черных дыр во вселенной должно быть гораздо больше, чем могло образоваться при коллапсе звёзд за время существования вселенной.

И здесь в игру вступают так называемые первичные черные дыры - гипотетические объекты, которые образовались сразу после Большого Взрыва, благодаря случайным флуктуациям плотности первичного вещества вселенной. Их может быть гораздо больше, чем "обычных" черных дыр, и они могут обладать массами в широком диапазоне. Проблема лишь в том, что до сих пор первичные черные дыры не были обнаружены экспериментально.

Оригинальная гипотеза Хокинга не привлекла большого внимания, потому что ему не удалось представить полной модели образования первичных черных дыр и их распределения во вселенной. Но то, что не получилось у Хокинга, делают современные исследователи. Они построили свою непротиворечивую модель, которая позволяет описать всю тёмную материю вселенной с помощью первичных черных дыр.

Такой подход может полностью поменять наш взгляд на эволюцию галактик. Сегодня считается, что сверхмассивные черные дыры, присутствующие в центре большинства галактик, образовались уже после самих галактик. С этой теорией есть проблема - мы не понимаем, как эти исполинские объекты могли набрать такую колоссальную массу за время жизни вселенной. Новый же подход предполагает, что сами галактики образовались вокруг тех самых первичных черных дыр, которые на тот момент уже обладали порядочной массой и могли стать зародышами сегодняшних сверхмассивных черных дыр.

Дело остаётся за малым - найти первичные черные дыры экспериментально. К счастью, считается, что новый телескоп имени Джеймса Уэбба будет на это способен. Может быть тогда мы наконец выясним, что представляет собой тёмное вещество.

Статья с новой моделью опубликована в The Astrophysical Journal 25 февраля 2022 года.

#news

APOD. Просто красивое фото солнечного затмения 21 августа 2017 года, сделанное американским астрофотографом Джоном Кармайклом с борта самолёта. Распространено мнение, что это самая выдающаяся фотография затмения в истории (а как думаешь ты, пиши в комментариях! :).

Фото сделано через иллюминатор самолёта, следующего самым обычным коммерческим рейсом. Кармайклу пришлось немало потрудиться, чтобы найти рейс, траектория которого пересекается с тенью затмения. И даже тогда вероятность неудачи была огромной, ведь даже при стационарном наблюдении затмение длится лишь несколько минут. Тем не менее, всё удалось. Внизу протекает американская река Снейк.

Более подробно об истории фотографии интересующиеся могут почитать вот тут (англ.) - тыц.

#apod

Явление. Все тела в природе стремятся занять состояние с наименьшей энергией. Иногда это порождает достаточно интересные и неинтуитивные явления. Например, капельку жидкости можно заставить самостоятельно двигаться по поверхности даже против силы тяжести! Для этого на поверхности с помощью специальной техники создаётся градиент смачиваемости. Тогда капелька, помещённая в область с низкой смачиваемостью, может начать перемещаться в область высокой смачиваемости.

Откуда она берёт энергию на это движение? Единственный возможный источник - потенциальная энергия взаимодействия с поверхностью. Перемещаясь в область высокой смачиваемости, капля отдаёт свою потенциальную энергию взаимодействия с поверхностью (её становится сложнее отодрать от пластинки) и за счет этого может увеличить потенциальную энергию в гравитационном поле (подняться вверх).

Более подробно о методе получения таких поверхностей по ссылке (англ.) - тыц.

#effect

История науки. Издревле человечество составляет каталоги звёзд - списки видимых небесных объектов, их координат на небе, яркости и т.п. За небом следили не только из праздного интереса, это было важно для измерения времени, определения сезонов года, жизненно важных для сельского хозяйства.

Считается, что первый каталог звёзд составил грек Гиппарх ещё в 129 году до новой эры. Доподлинно неизвестно, сколько объектов он содержал, так как каталог был утерян при пожаре в Александрийской Библиотеке.

После заката эллинистического мира центр мировой астрономии переместился к арабам, которые составили ряд собственных каталогов (вероятно, базирующихся на гиппарховском), а в эпоху Возрождения эстафета перешла к европейским астрономам.

Сегодня используется множество каталогов небесных объектов, а самая первая космическая астрометрическая обсерватория, запущенная в 1989 году и собравшая данные о миллионах небесных тел, носила имя Гиппарх в честь великого грека.

#scihistory

Кристаллы. Куприт, минерал оксида меди, обычно не образует таких сложных форм. Куприты растут там, где месторождения меди соприкасаются с воздухом, и металл имеет возможность медленно окисляться. Данный образец, по-видимому, образовался несколько иначе - при протекании лавы около богатой медью породы, что и обусловило его форму, напоминающую скопление зданий. Кристаллы купритов обычно достаточно маленькие - эта фотография сделана с двадцатикратным увеличением.

#crystal

Изображение. Эксперименты по созданию нейроинтерфейсов идут полным ходом. На данном изображении девочка играет в видеоигру, используя для этого только мозговую активность. Цель экспериментов, проводимых в Женевском Университете, - понять и научиться лечить синдром дефицита внимания, при котором человек не способен долгое время сосредотачиваться на конкретной задаче.

Было обнаружено, что амплитуда альфа-ритмов мозга изменяется в зависимости от того, находится человек в состоянии сосредоточенности или низкой концентрации. В игре пациент должен управлять движением космического кораблика, а система сенсоров постоянно регистрирует его мозговую активность. Как только альфа-ритм показывает, что человек теряет концентрацию, кораблик на экране останавливается. Такой механизм обратной связи, как показали эксперименты, позволяет со временем перенастроить мозг и уменьшить симптомы дефицита внимания.

#scimage

Новости науки. Общая теория относительности (ОТО) - теория гравитации Эйнштейна - является одной из самых успешных научных теорий. Она объясняет почти все явления, которые мы наблюдаем во вселенной на больших масштабах. Однако, есть вещи, которые и она объяснить не может. Так, известно, что вселенная расширяется с ускорением. Это ускоренное расширение не находит интерпретации в рамках ОТО. Наиболее распространённой гипотезой считается существование некой "тёмной энергии", присущей самому пространству на квантовом уровне, которая и "расталкивает" вселенную. С построением теории тёмной энергии возникает множество сложностей. В частности, очень трудно объяснить, почему и как она может быть настолько большой, чтобы дать наблюдаемую величину ускорения вселенной.

Но теория относительности не высечена в камне. До сих пор предпринимается множество попыток её модифицировать, чтобы объяснить ещё не объяснённые явления. В рамках ряда таких модификаций предполагается, что никакой тёмной энергии на самом дел нет, а вселенная ускоряется благодаря какому-то ещё не известному свойству гравитации. Её часто называют "тёмной гравитацией". Строить такие модели можно сколько угодно, но пока не будет найдено способа проверить их экспериментально, цена им не велика.

Гравитация очень слабая сила, и наиболее сильно гравитационные явления проявляют себя только в самых высокоэнергетических процессах - слиянии черных дыр или нейтронных звёзд. Вот тут и появляется возможность проверить предсказания ОТО. Физики из Италии и Испании сумели построить модель слияния двух нейтронных звёзд в рамках одной из модифицированных версий ОТО, которая включает "тёмную гравитацию". Благодаря симуляциям, ученые теперь способны сравнить предсказания новой модели и стандартной ОТО. Уже имеющиеся данные о слияниях нейтронных звёзд, полученные с помощью гравитационно-волновых детекторов, хорошо укладываются как в новую модель, так и в стандартную. К сожалению, пока что детекторам не хватает чувствительности, чтобы уловить небольшие различия в предсказанных сигналах. Возможно, с введением в строй гравитационных детекторов следующего поколения, ситуация изменится, и мы сможем наконец пролить свет на загадку тёмной энергии.

Статья опубликована в Physical Review Letters 2 марта 2022 года, а с полным текстом статьи можно ознакомиться по ссылке - тыц.

#news

APOD. Развитие ионного хвоста нашей недавней новогодней гостьи - кометы Леонарда - по мере приближения к Солнцу. Видео снято камерой аппарата STEREO, вращающегося вокруг Солнца, в течение десяти дней. Из каждого следующего изображения вычтено предыдущее, что позволяет выделить изменения между кадрами.

Интересно, что хвост кометы вовсе не однонаправлен, но "виляет" в различных направления, повинуясь изменчивой солнечной погоде.

#apod