История науки. Физик Луис Альварес получил нобелевскую премию в 1968 году за исследование свойств элементарных частиц. Как ни парадоксально, наибольшую славу принесло ему не это. В 1980 году Альварес вместе со своим сыном-геологом Уолтером опубликовали гипотезу о том, что динозавры вымерли в результате падения метеорита около 65 миллионов лет назад.

Основанием для гипотезы послужил слой известняка с аномально высокой концентрацией иридия, на фоне которого и позируют авторы в итальянской коммуне Губбио. Проанализировав его состав в этой и других локациях, они и пришли к выводу о столкновении с небесным телом. Удар метеорита долен был вызвать обильные землетрясения и цунами, а главное, поднять в атмосферу огромное количество пыли, на долгие годы заслонившей Солнце. Для динозавров такое изменение климата стало смертельным. Однако, как полагают, именно это дало необходимые эволюционные преимущества нашим млекопитающим предкам.

#scihistory

APOD. Наша галактика Млечный Путь в различных спектральных диапазонах. Скомпиллировано NASA по данным космических и наземных обсерваторий.

Разные галактические процессы производят излучение с разной длиной волны, поэтому изучение таких спектральных карт позволяет узнать распределение разнообразных галактических характеристик.

Радиоволны излучаются в основном свободными электронами, разогнанными до релятивистских скоростей в магнитных полях. Основным источником излучения на длинах волн водорода являются обширные облака межзвёздного газа и пыли. Интенсивное инфракрасное излучение характерно для регионов активного звездообразования. Видимый свет излучает звёздное население. Ну а рентген и гамма-лучи производятся высокоэнергетическими процессами - пульсарами, вспышками новых и сверхновых.

Скачать карту в высоком разрешении, да ещё и в виде постера на стенку, можно вот тут - тыц.

#apod

Новости науки. Ученые из Университета Пердью обнаружили двойную систему сверхмассивных черных дыр.

Сверхмассивные черные дыры это исполинские объекты с массой в миллионы и миллиарды масс Солнца, находящиеся в центре многих галактик. В подавляющем большинстве случаев это единичный объект. Найденная система, расположенная в центре блазара PKS 2131−021 в 8.8 миллиардах световых лет от нас, представляет собой две черные дыры с массами в 100 миллионов солнечных каждая, обращающиеся друг вокруг друга на расстоянии от 200 до 2000 а.е. (1 астрономическая единица - расстояние от Земли до Солнца). Одна из черных дыр является источником достаточно сильного релятивистского джета. Система практически уникальна - помимо неё известна только одна подобная, но в ней черные дыры находятся значительно дальше друг от друга. В астрономии подобная уникальность объектов является практически беспрецедентной.

Малое расстояние между компонентами очень важно, ведь рано или поздно они сольются. Напомним, что при слиянии самых обычных, не сверхмассивных черных дыр выделяется энергия, на доли секунды превосходящая совокупное излучение всей остальной вселенной. Такие слияния мы уже научились наблюдать с помощью гравитационно-волновых детекторов. Что произойдёт при слиянии двух обнаруженных исполинов, представить достаточно сложно.

Обнаружить систему удалось с помощью анализа изменения яркости блазара в радиодиапазоне. Её вариация согласуется с доплеровским изменением частоты, как если бы на объект влияла другая крупная масса, находящаяся поблизости.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters 23 февраля 2022 года.

#news

Анимация. Ещё один хаотический маятник (любим мы их). Да не один, а целых 2020 штук. Начальные условия очень близки, чем объясняется то, что аж целых семь секунд маятники колеблются практически синхронно. Ну а затем резко наступает хаос.

#animation

Изображение. Космонавты очень не любят огонь. В замкнутых условиях космического корабля пожар может стать катастрофой, ведь там окно не откроешь и на улицу не выбежишь. Помимо этого, в условиях невесомости пламя ведёт себя совершенно необычно. На Земле в формировании пламени важную роль играет гравитация. Горячий воздух поднимается вверх, холодный опускается вниз, и это придаёт огню ту форму и характер распространения, к которым мы привыкли. В космосе всё иначе - там нет выделенного направления для конвекции, поэтому пламя принимает сферическую форму, а его подпитка кислородом определяется конфигурацией систем вентиляции.

Ряд экспериментов по изучению огня в невесомости проводится на МКС, чтобы выяснить особенности поведения пламени и выработать меры по борьбе с космическими пожарами. В новейшей истории космонавтики пожаров ещё не было, а вот на российской станции Мир в 1997 году он случился, что едва не стало причиной гибели станции и экипажа.

#scimage

APOD. Необычный вид на туманность Бумеранг, расположенную в 5000 световых лет от нас в созвездии Центавра. Необычная цветовая палитра, конечно, искусственная. Изображение составлено по данным телескопа Хаббл с учетом направления поляризации света, которое и кодируется с помощью радужных оттенков. Поляризация происходит за счет рассеивания света на частичках космической пыли, составляющих туманность.

Такие туманности называются протопланетарными. Это самая ранняя стадия формирования планетарных туманностей, образуемых потоками вещества, испускаемыми умирающими звёздами. Интересно, что туманность Бумеранг считается самым холодным из известных мест во Вселенной (за исключением физических лабораторий). Её температура всего на один градус выше абсолютного нуля (и примерно на три градуса ниже температуры реликтового фона). Охлаждается вещество за счет интенсивного расширения.

#apod

История науки. Выдающийся японский физик Синъитиро Томонага распивает саке, узнав о присуждении ему Нобелевской премии в 1965 году. Настоящий японец! Томонага стал одним из первопроходцев квантовой электродинамики, считающейся эталоном физических теорий по точности предсказаний. Премия присуждена за "фундаментальные работы по квантовой электродинамике, имевшие глубокие последствия для физики элементарных частиц" совместно с Ричардом Фейнманом и Джулианом Швингером.

#scihistory

Кристаллы. Жеоды сами по себе достаточно интересны. Это полые структуры, образованные породой, покрытые изнутри кристаллическими агрегатами. Но помимо обычных жеодов встречаются так называемые энгидроагаты - это жеоды, заполненные жидкостью. Образуются они, когда богатая минералами вода просачивается через вулканическую породу. В результате медленного осаждения кристалла на породе, жидкость может оказаться запертой внутри жеоды. Такое образование может сохранять жидкость в течение десятков миллионов лет!

#crystal

Явление. Можно ли заставить объект свободно двигаться в гравитационном поле с ускорением, большим ускорения свободного падения? Да запросто! Если взять твёрдый стержень, один из концов которого закреплен, а второй конец свободно отпустить, то с ускорением свободного падения будет двигаться только одна точка на стержне, так называемый центр удара, расположенный в 2/3 от закрепленного конца. Все точки выше центра удара будут ускоряться быстрее g, что и иллюстрирует представленная демонстрация.

#effect

Научная статья. Великие итальянские учёные разработали метод по получению пышного теста для пиццы без использования дрожжей! Зачем? Ну, им стало обидно, что люди с аллергией на дрожжи не могут насладиться величайшим блюдом, придуманным человечеством.

Тесто для классической пиццы должно быть пышным, и стандартный метод придания ему этой пышности заключается в использовании дрожжей, которые выделяют углекислый газ и создают необходимые пузырьки в объеме продукта. Как же добиться того же эффекта без использования дрожжей? Технологии помогут! У авторов исследования появилась идея применить метод, используемый при изготовлении пористых пластиков, таких, как пенополистирол. Для его изготовления применяется автоклав, внутри которого создаётся переменное давление, насыщающее материал газом. Авторы потратили тысячи денег налогоплательщиков, чтобы разработать технологию применения этого метода к тесту для пиццы, и у них получилось! Тесто действительно насыщается газом и приобретает так желаемую пышность. К сожалению, пока что технология очень сырая, и однородность пузырьков газа в объёме продукта оставляет желать лучшего. Но, как мы знаем, самый длинный путь начинается с одного шага. Если у вас дома завалялся автоклав, может и вы сможете внести свой вклад в одно из самых полезных научных исследований современности.

Статья опубликована в Physics of Fluids 4 февраля 2022 года.

#paper

Изображение. Обложка свежего номера Science посвящена общественным проблемам, с которыми сталкиваются учёные. Учёные не являются самыми популярными людьми современности. Но и им приходится иметь дело с реакцией общественности на свои исследования. Конечно, мало кому есть дело до исследователей, работающих в оторванных от повседневной жизни областях. Но для учёных, исследующих насущные вопросы, такие как эпидемии или климат, ситуация иная. И пандемия коронавируса в значительной мере обострила эти проблемы. Опросы, проведенные Science, показывают, что около 40% ученых, работающих в социально значимых областях, сталкиваются с оскорблениями или угрозами, связанными с их деятельностью. Поступают они обычно от заговорщиков всех мастей, не желающих принимать научные результаты. Иногда эти угрозы не ограничиваются социальными сетями. Как говорил Карл Саган, "наука несовершенна, но это лучший инструмент, который у нас есть". Поэтому давайте ей доверимся.

#scimage

APOD. Это звезда Шольца, абсолютно обычная маленькая звёздочка, красный карлик с массой 0.15 солнечных, расположенный в 20 световых годах от нас. Примечательным его делает лишь его история. Когда-то, около 70 000 лет назад, когда наши предки ещё бегали по африканским саваннам, он был самым близким соседом Солнца. Примерно в то время звезда Шольца приблизилась к Солнцу на минимальное расстояние около 0.8 световых лет. По имеющимся данным, это самое близкое сближение Солнца с другой звездой. Напомним, что на данный момент самая близкая к нам звезда, Проксима Центавра, расположена примерно в 4 световых годах от нас.

Звезда Шольца прошла через внешние слои облака Оорта, и может стать источником большого количества долгопериодических комет. Но доберутся они до нас ещё не скоро.

#apod

История науки. Папа Римский Бенедикт XVI пытается перевести выдающегося английского физика Стивена Хокинга на тёмную сторону силы. Фото сделано в 2008 году на собрании Папской академии наук, на котором присутствовал и Хокинг. Позже, за два года до смерти, в 2016 году, Хокингу довелось встретиться и с папой Франциском.

Религиозным человеком Хокинг не был: "Я рассматриваю мозг как компьютер, который перестанет работать, когда его компоненты откажут. Для сломанных компьютеров нет ни рая, ни загробной жизни; это сказка для тех, кто боится темноты".

Тем не менее, саму возможность существования творца отрицать он тоже не смел: "Я считаю, что Вселенная управляется законами науки. Законы эти могли быть установлены богом, но бог не вмешивается, чтобы их нарушить".

#scihistory

Явление. Простенькая модель образования гравитационных волн при вращении двух массивных тел друг вокруг друга. На натянутом полотне, всё как мы любим.

Существование гравитационных волн предсказано общей теорией относительности уже сотню лет назад. Они представляют собой волновые возмущения самой метрики пространства-времени, порождаемые при колебании масс. Из-за того, что гравитация очень слабая сила, наблюдать гравитационные волны экспериментально мы научились совсем недавно, первое подтвержденное событие датировано 2015 годом. Для этого нужны поистине сверхвысокоточные многокилометровые интерферометры, способные измерять расстояние с точностью, превышающей размеры атомных ядер. С учетом всего этого, достаточно мощные и доступные для наблюдения гравитационные волны порождаются лишь очень высокоэнергетическими событиями, такими как слиняия черных дыр или нейтронных звёзд.

#effect

Изображение. Несколько красивых фотографий микрокультур, выращенных в чашках Петри. Фотографии сделаны на обычный смартфон с небольшой вспомогательной оптической системой. Автор, аспирант Университета Сан-Паулу, даже опубликовал научную статью, в которой делится подробностями обработки фотографий и утверждает, что предложенная им методика обработки снимков позволяет выяснить множество полезных характеристик фотографируемых культур.

#scimage

APOD. Совсем недавно, 21 марта, счетчик обнаруженных человечеством экзопланет - планет вокруг других звёзд - перевалил за 5000 штук. Мы добирались до этой цифры более тридцати лет от первой подтверждённой в 1991 году экзопланеты вокруг пульсара PSR 1257+12 (которая по совместительству является самой маленькой из всех найденных). На представленной анимации показано положение всех обнаруженных планет на небесной сфере относительно галактического диска. Цвет обозначает метод обнаружения - транзитный, доплеровский, астрометрический и т.д. Большинство найденных планет весьма велики - 30% являются газовыми гигантами (юпитерами), 35% ледяными гигантами (нептунами) и 31% суперземлями. Только оставшиеся 4% приходится на планеты, более-менее похожие на Землю. Связано это, по-видимому, не с тем, что их меньше, а с тем, что их сложнее найти. Ожидается, что с вводом в эксплуатацию обсерваторий следующего поколения новые экзопланеты будут находиться гораздо интенсивнее.

#apod

Новости науки. Для физика термин "информация" значит гораздо больше, чем мы под ним понимаем в повседневной жизни. Современная физика рассматривает информацию как вполне себе физическую величину, подчиняющуюся определённым законам. В 1968 году физик Рольф Ландауэр сформулировал принцип, носящий его имя, согласно которому необратимые операции над информацией неизбежно сопровождаются необратимыми физическими процессами. В более простой формулировке - если мы, например, стираем один бит информации, то это приводит к выделению определённого количества тепла (а значит, и к необратимому повышению энтропии). Принцип Ландауэра имеет глубокое философское значение, осмысление которого и заставило физиков рассматривать информацию, как физическую сущность. На сегодняшний день о принципе ещё спорят и пытаются опровергнуть, но только подтверждают. В квантовой механике информация также рассматривается, как сохраняющаяся физическая величина.

Со времён Эйнштейна мы знаем принцип эквивалентности массы и энергии. Повышение массы системы приводит к увеличению её энергии, а повышение энергии неизбежно выливается в увеличение массы. В 2019 году этот принцип был расширен. В новой формулировке к массе и энергии добавляется ещё и информация. Принцип эквивалентности массы-энергии-информации гласит, что при добавлении в систему одного бита информации, мы увеличиваем её массу и, соответственно, энергию на определённую величину. Теоретически даже было расчитано значение массы, соответствующей одному биту, оно составляет 3.19 × 10^-38 кг. Справедливость этого утверждения, например, означала бы, что заполненный жесткий диск весил бы больше, чем пустой. Причем не за счет дополнительных электронов, хранимых в ячейках памяти, а непосредственно за счет информации. В виду новизны и малой "массы" одного бита пока что никто не придумал, как этот принцип проверить.

И вот, буквально только что исследователь из университета Портсмута предложил реализуемый физический эксперимент для проверки принципа эквивалентности массы-энергии-информации. Эксперимент на самом деле весьма простой. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, сопровождающаяся выделением энергии. Например, когда сталкиваются электрон и его античастица - позитрон - происходит выделение двух высокоэнергетических гамма-квантов. Это давно известно и является манифестацией того самого принципа эквивалентности массы и энергии. Ученый утверждает, что если учитывать и информацию, которой обладают частицы, то в дополнение к двум гамма-квантам должны выделиться ещё два низкоэнергетических инфракрасных фотона с длиной волны около 50 мкм. Действительно, если мы удаляем из бытия частицу (а именно это происходит при аннигиляции), то мы неизбежно удаляем и информацию, которую она несёт.

Почему мы не замечали выделения таких фотонов ранее? Ведь аннигиляцию наблюдают уже очень давно. Ну, для этого нужно знать, что искать. Инфракрасное излучение присутствует повсеместно, и никому просто не приходило в голову искать два фотона в инфракрасном фотонном море. Теперь же, когда эксперимент и дизайн экспериментальной установки предложены, осталось только его провести, и тогда станет окончательно ясно, достойна ли информация занять почетное место в ряду фундаментальных физических величин нашей вселенной.

Работа опубликована в AIP Advances 4 марта 2022 года.

#news

Анимация. Одним из популярных способов описания динамики спинов в кристаллической решетке является модель Изинга. Каждая точка на экране это отдельный спин, который может иметь две ориентации - вверх или вниз (соответственно, быть белым или черным). Вещество ферромагнитно, это значит, что все спины очень хотят стать ориентированными в одном направлении. Препятствует этому температура. Если она велика, то тепловая энергия частиц превышает энергию магнитного взаимодействия, и частицы просто переключаются случайным образом. На представленной анимации температура постепенно уменьшается, благодаря чему магнитное взаимодействие играет всё большую роль и ориентирует частицы в конфигурацию из нескольких крупных магнитных доменов. Симуляция проводится без внешнего магнитного поля.

#animation

История науки. Изобретатель лазера Тед Майман позирует с синтетическим кристаллом рубина, послужившим рабочим телом для первого в истории лазера. Ориентировочно 1960 год.

Лазер принадлежит к тем немногим открытиям, которые полностью преобразили мир. Сложно назвать такую область науки или промышленности, в которой лазеры бы не использовались. Тем не менее, статью Маймана, описывающую первый рубиновый лазер, отказались публиковать в американском Physical Review Letters с формулировкой, что журнал не заинтересован в дальнейшей публикации статей, имеющих отношение к мазерам (мазеры были изобретены за несколько лет до этого. В них используется тот же принцип, что и в лазерах, но излучение генерируется в микроволновом диапазоне, а не в оптическом). В результате Майману пришлось отправить статью в британский Nature. Статья, кстати, занимает всего-лишь одну неполную страницу (да, в те годы такое ещё было возможным).

#scihistory

Изображение. Микрофотография бактерии (а точнее, двух бактериальных клеток) вида Klebsiella pneumoniae, удобно устроившихся на наноструктурированной подложке из диоксида титана. Такие наноструктуры в виде шипов производятся специально, чтобы придавать поверхности антибактериальные свойства. Шипы легко прокалывают клетки бактерий, что и произошло с левой клеткой. Правой, по-видимому, удалось избежать уничтожения. Но радости ей от этого всё равно мало. Изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа.

#scimage