[Дмитро]

Как человек укротил огонь?
https://www.youtube.com/watch?time_continue=8&v=LJQYAkyHD5w
Способность развести и поддерживать огонь — похоже, единственная черта, которая радикально отличает древнего человека от животного. Но как же это случилось и когда?
Ни одно другое существо на Земле не может разводить огонь. Животные владеют орудиями труда, животные могут строить, у некоторых есть язык, способность к сотрудничеству, обману, они могут шутить и узнавать себя в зеркале, но вот огня так или иначе боятся все и сделать его частью собственной жизни не могут. Как же человек впервые осознал полезность огня? И какова история освоения этого полезного навыка? Об этом вам расскажет Станислав Дробышевский в ролике, подготовленном студией Sci-One.   

[Дмитро]

Что такое квантовый мистицизм?
Олег Фея, сотрудник лаборатории компьютерного дизайна МФТИ, научный журналист, рассказал в своей лекции на фестивале «Инсендио» научного лектория «Курилка Гутенберга» про квантовый мистицизм, эксперимент Шрёдингера и многомировую интерпретацию. Мы публикуем отрывок из его выступления

Во время зарождения квантовой физики в 20—30-е годы XX века физики делились на две группы. Одни были последователями Вольфганга Паули, нобелевского лауреата по физике, который утверждал, что наблюдатель своим сознанием влияет на поведение фотона и электрона. Другие — такие, как Эйнштейн, Планк, Дирак, — были столпами материализма. Нильс Бор говорил, что квантовый мистицизм подразумевает влияние сознания человека на исход эксперимента. Бор поначалу сам так считал, но потом Эйнштейн обозвал его мистиком. Шрёдингер, Паули, Гейзенгер, Вигнер были на стороне квантового мистицизма. Это было время после Первой мировой войны, когда из-за духовного истощения люди массово обращались к мистицизму.

Как выглядит эксперимент с двумя щелями? Мы берем обычную щель в экране и пушку, которая стреляет обычными шариками. И мы видим как шарики концентрируются за щелью. Потом мы берем экран, берем две щели и видим две зоны, где шарики выпадают. Что если мы будем использовать вместо шариков волны? Жидкости? Из каждой щели будет выходить своя волна, мы получим интерференционную картину. Что будет, если мы сделаем тоже самое со светом? Фотоны в этом потоке света взаимодействуют между собой и распространяются. Мы видим, что они попадаем не в две зоны, а в несколько. Что будет, если мы захотим узнать, куда попадает фотон? Мы поставим наблюдателя или детектор, но тогда интерференционная картина сужается до двух щелей. Это и называется эффектом наблюдателя.

Из этого появляется множество домыслов и мистических теорий, вроде того, что мы можем управлять квантами при помощи своих мыслей. Можно развеять многие мифы, приведя несколько определений. Квант — это неделимая порция какой-либо величины в физике. Квант энергии – частичка энергии. Квантовая суперпозиция — линейная комбинация взаимоисключающих состояний квантовой системы, в которых она как бы находится одновременно. Некий объект может быть и волной, и частицей. Два взаимоисключающих состояния, которые могут быть одновременными. Шрёдингер продемонстрировал абсурдность квантовой суперпозиции при помощи её переноса на материальные объекты — кот не может быть одновременно живым и мёртвым.

Волновая функция описывает состояние квантовой системы. Её нельзя измерить, это не физический объект, потому что он определяется мнимыми числами, в которых появляется корень из минус единицы. Зато можно измерить квадрат волновой функции — если мы возведем функцию в квадрат, то мы получим вероятность нахождения системы в том или ином состоянии.

Еще одна интерпретация квантовой физики — многомировая интерпретация. Она заключается в том, что весь мир в определенный момент времени можно описать волновой функцией всех объектов. Якобы, в момент прохождения электрона через щели мир раздваивается. На самом деле, конечно, этого не происходит, Вселенная не раздваивается, а волновая функция просто выбирает одно из своих значений. Мы своими решениями не создаем новые вселенные.   

[Дмитро]

Великая иллюзия сознания
Психолог Мария Фаликман об исследованиях зрительного восприятия, экспериментах У. Найссера и различных явлениях слепоты

В чем заключается суть великой иллюзии сознания? Почему нам кажется, что мы видим и слышим все, что происходит вокруг нас? Чего на самом деле мы не замечаем и почему? Об этом рассказывает кандидат психологических наук Мария Фаликман.
https://www.youtube.com/watch?v=-f_f461RF6U   

[Дмитро]

Палеонтологи нашли древнейшую лягушку в янтаре
Отряд бесхвостых земноводных, куда сегодня входят лягушки и жабы, имеет большую эволюционную историю протяженностью свыше 200 миллионов лет. Однако их окаменелости встречаются крайне редко: уже в то время эти животные обитали в основном в пресных водоемах или в других влажных условиях, которые не способствуют сохранению останков.

До сих пор древнейшее свидетельство жизни лягушек во влажных лесах датировалось 66 миллионами лет назад, а старейшие образцы в янтаре — 40 миллионами лет назад. Однако недавняя статья, опубликованная в журнале Scientific Reports, устанавливает новый рекорд.

Один из образцов (слева) сохранил узнаваемые лягушачьи конечности, другой (справа) — почти целый череп / ©Lida Xing, Florida Natural History Museum

Стоит вспомнить, что 66 миллионов лет назад произошло Мел-палеогеновое вымирание, уничтожившее нелетавших динозавров и освободившее массу экологических ниш, которые ринулись заполнять выжившие организмы. Считается, что лягушки (как и млекопитающие) были в числе этих существ, выигравших от гибели конкурентов, и быстро менялись, осваивая новые доступные места обитания.

Находка, представленная Дэвидом Блэкберном (David Blackburn) и его коллегами из США и Китая, сохранила первые останки предка лягушки, дошедшие до нас еще из середины мелового периода — 99 миллионов лет назад. Вымерший вид получил название Electrorana limoae. Обнаружить его удалось среди знаменитых янтарей Мьянмы, которые донесли нам и другие уникальные останки той эпохи, включая хвостатых пауков и муравьев-вампиров.

©Ed Stanley, Florida Natural History Museum

Земноводное сохранилось замечательно, позволив ученым провести компьютерную томографию и получить трехмерную модель давно исчезнувшего животного, хотя основная часть его мягких тканей за прошедшее время уже разложилась. Ученые полагают, что Electrorana населяли влажные леса, хотя анатомически они близки к сегодняшним жабам-жерлянкам и жабам-повитухам, которые никак не являются тропическими.   

[Дмитро]

Ученые впервые наблюдали распад бозона Хиггса на b-кварки

Спустя шесть лет после открытия бозона Хиггса ученые наблюдали примерно 30% его распада, предсказанных в Стандартной модели. Однако им никак не удавалось изучить распад частицы на пару b-кварков, который, по идее, отвечает за 60% всех возможных распадов. Наблюдение непосредственно этого режима распада и измерение его скорости — необходимый шаг для подтверждения (или опровержения) наделения массой фермионов посредством взаимодействия Юкавы, как предсказано в Стандартной модели.

Сегодня на Международной конференции по физике высоких энергий — 2018 (International Conference on High Energy Physics, ICHEP) в Сеуле Эксперимент ATLAS сообщил о предварительном результате, устанавливающем наблюдение распада бозона Хиггса на пары b-кварков и, что немаловажно, на скоростях, соответствующих предсказанию Стандартной модели. Чтобы обнаружение процесса расценивалось как «наблюдение», в мире физики частиц необходимо исключить всякую, даже самую наименьшую вероятность (один из трех миллионов) того, что оно произошло из-за фоновых колебаний, которые могут сымитировать рассматриваемый процесс. Когда такая вероятность сводится к одному из тысячи, обнаружение считается «доказательством».

ATLAS проанализировал данные, собранные во время исследований на Большом адронном коллайдере за 2015, 2016 и 2017 годы, и совместил их с данными предыдущих исследований распада бозона Хиггса на b-кварки. Были непосредственно изучены случаи ассоциированного образования бозона Хиггса с верхней парой кварков или в ходе процесса, известного как смешивание векторных бозонов.

Совмещение этого анализа с другими, направленными на изучение распада бозона Хиггса на пары фотонов и Z-бозонов, предоставило новые данные о наблюдениях формирования векторных бозонов в соответствии с предсказанием Стандартной модели. Сейчас ученым удалось наблюдать все четыре основных режима образования бозона Хиггса в адронных коллайдерах: слияние глюонов в бозон Хиггса, слияние бозонов со слабым взаимодействием в бозон Хиггса, ассоциированное рождение бозона Хиггса с двумя верхними кварками и ассоциированное рождение бозона Хиггса с векторным бозоном.

Эти наблюдения открывают путь в новую эру детальных измерений в области Хиггса и новым испытаниям для Стандартной модели.   

[Дмитро]

Удалось получить первый цветной рентгеновский снимок

Новозеландские ученые сделали первый в мире трехмерный цветной рентгеновский снимок человека с помощью техники, которая обещает улучшить сферу медицинской диагностики.

Новое устройство, основанное на традиционном черно-белом рентгеновском снимке, использует технологию отслеживания частиц, разработанную для Большого адронного коллайдера. Технология CERN, получившая название Medipix, работает как камера, которая обнаруживает и подсчитывает отдельные субатомные частицы, когда они сталкиваются с пикселями при открытом затворе. Это позволяет использовать изображения с высоким разрешением и высокой контрастностью.

По словам инженеров CERN, на изображениях очень четко видна разница между костной тканью, мышцами и хрящом. Также хорошо просматривается положение и размер раковых опухолей. Более точные снимки помогают врачам точнее диагностировать болезни. Технология уже выводится на коммерческий рынок новозеландской компанией MARS Bioimaging, связанной с университетами Отаго и Кентербери, которые участвовали в разработке проекта.   

[Дмитро]

Лекарства от рака доставят в клетки с помощью рентгена

В Австралии создали технологию доставки химиотерапевтических препаратов в клетки опухоли с помощью рентгеновского излучения и липосом со встроенными наночастицами золота.

Австралийские исследователи разработали методику доставки химиотерапевтических препаратов в опухоли с помощью рентгеновского излучения. В ходе испытаний ученым удалось эффективно разрушить клетки, пораженные колоректальным раком. Описание разработки опубликовано в журнале Nature Communications.

Препараты для доставки по новой технологии упаковывают в липосомы — небольшие сферические частицы, созданные из нескольких чередующихся слоев липидов (жиров) и водного раствора. Их часто используют для точечной доставки химиотерапевтических препаратов. Проникая в клетки, они могут целенаправленно воздействовать на опухоль, не затрагивая здоровую ткань. Недавно похожую технологию испытали британские исследователи: они предложили доставлять лекарства в клетки, разрушая липосомы сфокусированным ультразвуком.

Ведущий автор новой работы Вэй Дэн (Wei Deng) комментирует: «Сегодня использование липосом считается очень эффективным методом доставки лекарств. Эти “пузырьки”, созданные из тех же веществ, что и клеточные мембраны, относительно просто сделать, их можно наполнить необходимыми препаратами и ввести в определенную часть тела. При этом важная задача состоит в том, чтобы заставить липосому выпускать лекарство вовремя».

Для этого ученые встроили в оболочку липосом наночастицы золота и молекулы вертепорфина — светочувствительного соединения, которое обычно используют в фотодинамической терапии. При воздействии рентгеновского излучения на вертепорфин происходит реакция, которая превращает присутствующий в организме триплетный кислород в синглетный (эта форма кислорода отличается высокой активностью). Синглетный кислород провоцирует разрушение оболочки липосомы, выпуская препарат наружу. Золотые наночастицы помогают сфокусировать излучение, чтобы липосома «открывалась» быстрее.

Эффективность нового метода (X-ray triggered LipoDox) / © Wei Deng et al., Nature Communications

Разработку протестировали на мышах, которым пересадили человеческие клетки, пораженные колоректальным раком. Липосомы наполнили антибиотиком доксорубицином. Новая технология позволила значительно уменьшить опухоли за две недели, не затронув здоровые клетки. В дальнейшем ученые планируют провести клинические исследования методики с участием людей.   

[Дмитро]

5 мифов об оружии, сформированных кинематографом

1. Глушитель делает выстрел тихим
«Крепкий орешек — 2», «Старикам здесь не место» и почти вся Бондиана.

Судя по голливудским фильмам, трубка длиной в ладонь, надетая на дуло, способна превратить оглушительный выстрел в еле слышный хлопок, который не потревожит соседей. На самом деле любой, даже самый замечательный глушитель может только сделать выстрел менее оглушительным. Если вы стреляете много или в помещении и пользуетесь глушителем, вам не придётся надевать защитные наушники. Вот так звучит выстрел из немецкой автоматической винтовки Heckler & Koch Gewehr G36 с глушителем Gemtech.
https://www.youtube.com/watch?v=51AEuOts1YU
Обычный выстрел из ружья — это 140 — 160 децибел. Такой громкий звук может повредить барабанную перепонку. С глушителем выходит 120 — 130 децибел: это ненамного тише, но уже не опасно.

Кроме того, глушители обычно дают много копоти, много весят и портят баланс оружия. С другой стороны, глушители скрывают искры и пламя и дают большую кучность стрельбы.

2. Пулемётная очередь длится столько, сколько потребуется
«Мумия», «Макс Пейн», «Коммандо», «Лицо со шрамом»

Известно, что патроны в кино заканчиваются реже, чем в реальности. Если речь идёт о пистолетах, то шестизарядное оружие вполне может выстрелить раз десять. А когда герой фильма берёт в руки пулемёт, он становится практически всемогущим богом смерти: разница между числом портаченных патронов в кино и в жизни может достигать сотен раз — ну, например, в «Коммандо» со Шварцнеггером.

В магазине М4, например, помещается 30 патронов. Очередь из 30 патронов расстреливается за 4 секунды. Та же история с AK-47: четыре секунды праздника. Это потому, что автоматическое оружие стреляет очень, очень быстро: 700 выстрелов в минуту. Только у вас нет 700 патронов. У вас есть 30. У одного американского пехотинца с собой обычно не больше 210 патронов, а значит, все их можно расстрелять меньше чем за минуту даже с учётом времени замены магазинов.

Более того, автоматная очередь в условиях реальных боевых действий редко находит цель. На каждого солдата, убитого или раненного из автомата во врмея военных операций США в Ираке и Афганистане пришло по 250 тысяч (!) патронов, выпущенных в воздух. Автоматчик отпугивает неприятеля и не подпускает к себе гораздо чаще, чем выкашивает вражеские ряды.

3. Человек в бронежилете неуязвим
В кино кевларовый доспех превращает любое стрелковое оружие в детскую игрушку, неспособную причинить ни малейшего вреда. Выстрел в упор из АК-47 — ничто, если на вас бронежилет. В фильме «Назад в будущее» бронежилет спасает профессора Брауна от очередей террористов. к сожалению, в реальной жизни кевлара хватило бы только на то, чтобы удержать вместе то, что осталось от тела профессора.

Современный бронежилет способен защитить от большинства видов ручного огнестрельного оружия на расстоянии 14 метров и более. Но не от пулемёта. К тому же бронежилеты дорольно тяжёлые (в среднем около 15 клограмм, а иногда и больше), а цены начинаются с сотни тысяч рублей, за редкими исключениями. Они чаще пригождаются полицейским, которые редко имеют дело с преступнимами, вооружёнными автоматами. На войне от них меньше проку.

4. Взвёл курок — значит, готов стрелять
«Святые из Бундока», «Крепкий орешек», «Бешеные псы»

Щелчок курка давно стал способом без слов заявить о серьёзности своих намерений. В фильме «Святые из Бундока» он используется вместо слова «Аминь» в финальной «молитве». Но на самом деле щелчок не означает, что оружие готово к выстрелу. Он вообще ничего не означает. Оно было готово и до щелчка.

Википедия подсказывает: «Курок — молоточек, который после спуска с боевого взвода совершает вращательное движение под действием боевой пружины и наносит удар по капсюлю (непосредственно или через ударник)».

У «святых» из Бундока в руках Беретты 92F, в которых нажатие на спусковой крючок запускает молоточек, и капсюль разбивается перед самым выстрелом без всяких дополнительных движений. И только в вестернах щелчок взведённого курка звучит действительно серьёзно: револьверы в руках ковбоев, шерифов и охотников за головами действительно требовали ручного взвода курка перед каждым выстрелом, чтобы разбить капсюль. Такая система ушла в прошлое полтора века назад, а кино несколько запаздывает за прогрессом.
https://www.youtube.com/watch?v=uaGrYLDSNZ0
Доходит до смешного. Даже если в оружии нет курка, который нужно взводить, кинематографисты стараются обозначить готовность к стрельбе похожим щёлкающим звуком — например, заставляя автоматчиков передёргивать затвор. Но в таком оружии передёргивание затвора — это только способ избавиться от гильзы и дослать в патронник новый патрон. Это и так происходит после выстрела, поэтому зловещий щелчок в середине перестрелки или перед её началом может означать только одно: герой намеренно сбросил целый патрон на пол.

5. Выстрел в любую часть автомобиля заканчивается взрывом
«Челюсти», «Казино Рояль», «Матрица: перезагрузка»

Как только горячий свинец попадает в топливный бак, тот взрывается, и машина вместе с людьме за секунды сгорает в огромном столбе пламени. Очень удобный сюжетный ход, позволяющий быстро и зрелищно избавиться от персонажа. Любой баллон со сжатым газом постигает такая же участь.

«Разрушители легенд» давно разобрались с выстрелами по топливным бакам. Чтобы получить мало-мальски вспечатляющий взрыв, пришлось проделать в топливном баке маленькое отверстие, поджечь пары бензина вокруг него, сделать так, чтобы пламя через отверстие проникло внутрь бака, бак не выдержал резко возросшего давления и взорвался, причём всё это удавалось проделать только с трассирующими пулями.

То же самое касается баллонов с кислородом, пропаном и любым другим газом. Правда, шанс на то, что всё взорвётся, всё-таки есть, поэтому мы категорически не рекомендуем проверять взрывоопасность выстрелов по ёмкостям с горючими веществами самостоятельно. Здесь мы говорим только о том, что в кино автомобили и баллоны с газом взрываются с завидным постоянством; реальный мир, к счастью или к сожалению, не настолько предсказуем.

Еще одна загадка голливудских фильмов заключается в том, что пуля всегда попадает в топливный бак. Средние 40−60−70 л бака занимают далеко не весь объём автомобиля, поэтому велик шанс того, что пуля угодит куда-нибудь туда, где поджигать вообще нечего.   

[Дмитро]

Что такое спин?
Физик Алексей Акимов о поведении элементарных частиц, свойствах лазерного света и конденсате Бозе — Эйнштейна

Спином называют собственный момент импульса частицы. Момент импульса характеризует количество вращательного движения, то есть спин характеризует тот факт, что частицы ведут себя так, будто бы они вращаются вокруг своей оси. Частицы похожи на маленькие волчки и ведут себя очень похожим образом. Спин задает направление частицы, как бы делает ее ориентированной так же, как ось волчка задает для волчка выделенное направление. Спин может реагировать на толчки так же, как это делает волчок, если толкать его в сторону, и вообще ведет себя подобно миниатюрным гироскопам.

Если частица заряжена, например электрон, то естественна мысль о том, что у вращающейся заряженной частицы должен быть магнитный момент. Таким же будет вывод и для составной частицы, пусть даже в целом нейтральной, но состоящей из отдельных заряженных частей. Так и происходит, частицы представляют собой миниатюрные магниты. Они могут переворачиваться во внешнем магнитном поле, притягиваться или отталкиваться — все как настоящие магниты. Правда, представить себе, что именно вращается в элементарной частице, в том же электроне, нельзя: у электрона нет структуры.

Рекомендуем по этой теме:
Элементарные частицы
Можно попытаться построить классический аналог электрона, формально приписав ему размер, но такое рассуждение приведет нас к вращению со сверхсветовыми скоростями. Поэтому физики называют спин внутренне присущим моментом импульса частицы. Для него нет правильной классической картины, это чисто квантовое явление. Но убедиться в его наличии не сложно, например, по расщеплению траекторий движения в магнитном поле. Для спинов, ориентированных вверх и вниз, траектории будут различны.

Как и все квантовые характеристики, спин может принимать только строго определенные значения. Спин принято измерять в долях постоянной Планка, и минимальное возможное значение спина соответствует ½ постоянной Планка. Но, как правило, физики говорят просто ½, 1, 2 и так далее. Более того, квантуется и проекция спина на любую выделенную ось. Отсюда возникает идея о возможности использования спина как квантового бита — его значения дискретны, а благодаря своей схожести с гироскопом спин может долго сохранять свое состояние.

Частицы, имеющие полуцелые и целые значения спина, имеют несколько разные свойства. Частицы, обладающие целым спином, восстанавливают свое состояние, если делают полный оборот, — это кажется абсолютно нормальным. Такие частицы называются бозонами и обладают удивительной способностью занимать большими группами одно и то же квантовое состояние. Такая ситуация называется конденсация Бозе — Эйнштейна и представляет собой крайне интересный для физиков объект для изучения. Простым примером состояния типа бозе-эйнштейновской конденсации является лазерный свет, ведь фотоны являются частицами со спином единица. Свойства лазерного света разительно отличаются от свойств, скажем, солнечного света или света лампочки: его можно хорошо сфокусировать, он распространяется слабо расходящимся пучком, спектрально яркий. Не совсем обычный свет, верно?

Частицы с полуцелым спином другие. Чтобы частица со спином ½ вернула свое состояние, ее нужно повернуть вокруг своей оси два раза — эта частица асимметрична. Такие частицы не могут занимать более одного состояния на частицу — они как бы избегают друг друга. Но не сложно сообразить, что если две такие частицы все же образуют пару, то их суммарный спин неизбежно образует целый спин. А значит, пары могут вести себя подобно бозонам. Действительно, так и происходит, подобный механизм лежит в основе явления сверхпроводимости и сверхтекучести.

Значение спинов в современной физике трудно переоценить. Они являются основой для построения квантовых вычислителей, различного рода датчиков, часов, они ответственны за свойства атомов и свойства материалов. Маленькие магнитики-гироскопы, прочно обосновавшиеся в нашей жизни.   

[Дмитро]

Загадка космических лучей и источник нейтрино: уникальное открытие

Впервые в истории астрономам удалось установить источник высокоэнергетических заряженных частиц, известных как нейтрино. Оказалось, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики извергает не только потоки частиц, но и загадочные космические лучи, природа которых вызывает вопросы у ученых по всему миру.

Протоны и даже целые атомные ядра постоянно бомбардируют Землю, высвобождая огромное количество энергии — намного больше, чем все ученые мира смогли бы произвести во время самых амбициозных физических экспериментах. С момента открытия «космических лучей» минуло уже сто лет, но до сих пор никто не мог сказать наверняка, где находится источник самых богатых энергией частиц.

Неожиданное открытие
Но теперь ученые разгадали и эту загадку. В прошлый четверг исследователи из разных стран мира подтвердили, что обнаружили источник «сверхэнергетического» космического излучения благодаря данным, полученным при анализе поведения фотонов и нейтрино. Источник излучения весьма необычен: это блазар, сверхмассивная черная дыра в самом центре галактики, испускающая высокоэнергетические лучи в направлении нашей планеты. Это открытие — своего рода «изюминка» новой эпохи, в которой астрономия постепенно вступает в синтез с другими науками. Так, к примеру, изучение нейтрино чрезвычайно важно не только для самих астрономов, но и для физиков, изучающих природу частиц.

22 сентября 2017 года детектор IceCube на Южном полюсе обнаружил частицу, называемую нейтрино с невероятным количеством энергии — 290 тераэлектронвольт, что превышает энергию протона в состоянии покоя более чем в 290 000 раз! Даже эксперименты с протонами в Большом адронном коллайдере позволяли получить в десятки раз менее мощные частицы, несмотря на все старания ученых. С помощью детекторов астрономы вычислили источник нейтрино и разослали сообщение об этом по всему миру. Согласно Science, базар TXS 0506 + 056 отстоит от Земли на 4 миллиарда световых лет. Огромная черная дыра в центре галактики поглощает окружающие ее облака пыли и межзвездного вещества, испуская потоки высокоэнергетических частиц.

Работа длиной в столетие
Хотя само открытие произошло достаточно быстро, предпосылки к нему появлялись на протяжении всего столетия. В 1912 году австрийский физик Виктор Гесс понял, что радиационный фон атмосферы выше там, где частицы поражают Землю из космоса. Конечно, источниками излучения также служит Солнце и другие звезды огромной галактики, но ученые никогда не регистрировали, чтобы они испускали настолько высокоэнергетические частицы или даже целые атомные ядра. Последний раз подобные наблюдения проводились в 1987 году, когда физики изучали потоки света и нейтрино относительно хорошо известной сверхновой звезды. С тех пор ученые пытались проверить, соответствует ли истине то, что некоторые астрофизические объекты являются источниками различных сигнатур (к примеру — космическое излучение, оптический свет, радиоволны или те же нейтрино). Однако в 2010 году на Южном полюсе был установлен детектор IceCube, который замерил невероятно высокоэнергетические нейтрино, источник которых оставался в тайне для ученых.

Схематическое изображение IceCube

Теперь все точки над i наконец расставлены. В детекторе IceCube под полуторакилометровым слоем льда расположены 86 чувствительных струн, а более 5000 световых датчиков просвечивают ледяной куб с боковых сторон. Нейтрино взаимодействуют с веществом на Земле, и когда их энергии достаточно, то они проходят сквозь лед и создают своего рода «вспышку» из частиц. Эти частицы обычно движутся намного быстрее, чем обычно, а потому их легко засечь с помощью цифрового сканера.

«Благодаря спутнику Fermi мы исключили все побочные варианты и теперь уверены, что нейтрино исходят именно из черной дыры», поясняет Элиза Бернардини, профессор физики гамма-лучей и нейтринной астрофизики в Университете Гумбольдта в Берлине. После анализа данных, накопленных за почти 10 лет работы IceCube, физики и обнаружили, что наиболее высокоэнергетические нейтрино испускает именно TXS 0506 + 056.

Загадочные лучи из космоса
Но нейтрино — это всего лишь частицы, а как быть с загадочными космическими лучами? Их происхождение остается загадкой во много потому, что они распространяются не прямыми линиями, а изогнутыми, благодаря пронизывающим космос магнитным полям. Это означает, что если вы попытаетесь проследить их источник, то скорее всего сможете указать лишь приблизительное направление. Так и с блазаром: его излучение не попадает на Землю из-за многочисленных искривлений.

Однако это не касается нейтроном и фотонов. Некоторые физики предполагали, что дело вовсе не в загадочном излучении. Высокоэнергетические фотоны могут исходить не от космического излучения, а от электронов. Однако выяснилось, что столь высокоэнергетические нейтрино смогли бы появляться только в результате взаимодействия между адронами — частицами, состоящими из кварков: протонами, или, к примеру, даже целыми атомными ядрами. Так что в настоящее время рабочей теорией физиков остаются космические лучи.

Заключение
В результате кропотливой работы ученые выяснили, что огромная черная дыра в центре нашей галактики является источником высокоэнергетического гамма-излучения, а также производят протоны и ядра, которые в свою очередь являются источником нейтрино. Открытие далось исследователям нелегко: профессор Блэкман признает, что команде ученых просто повезло, что они направили телескопы в правильном направлении и смогли сопоставить множество разрозненных сведений. Однако многие вопросы остаются нерешенными до сих пор. Что это за загадочные космические лучи, из чего они состоят, откуда приходят — эти и многие другие загадки пока сокрыты от человечества.   

[Дмитро]

В прошлом галактики Андромеды обнаружили следы древней катастрофы

Два миллиарда лет назад третья по размерам галактика Местной группы столкнулась с галактикой Андромеды; это столкновение породило большую часть гало, окружающего Андромеду, а останки погибшей галактики до сих пор вращаются вокруг Андромеды в виде галактики-спутника М32. К такому выводу пришли два американских астрофизика, смоделировавшие образование звездного гало вокруг галактики Андромеды.

Два миллиарда лет назад ближайшая к Млечному пути (не считая карликовых галактик-спутников) галактика Андромеды разорвала на мелкие кусочки и поглотила другую галактику, установили астрофизики из Мичиганского университета.

Галактика, два миллиарда лет назад столкнувшаяся с Андромедой, перестала существовать как галактика; ее звезды и пыль разметало в разные стороны, но кое-какие свидетельства этой древней катастрофы сохранились в виде едва заметного звездного гало, размерами превышающего саму Андромеду, и небольшой галактики — спутника Андромеды М32. Изучение М32 поможет ученым понять, как спиральные галактики — такие, как Андромеда и Млечный Путь — эволюционируют и что происходит, когда они сталкиваются с другими крупными скоплениями звезд.

В Местной группе галактик Андромеда — самая большая; Млечный Путь в 2,5−5 раз меньше, а третья по размеру — М32, карликовая галактика и спутник Андромеды. Астрофизики Эрик Белл (Eric Bell) и Ричард Д’Сауза (Richard D'Souza) смоделировали события, которые привели к образованию М32; результаты моделирования опубликованы на этой неделе в Nature Astronomy.

Объект Мессье 32 — очень компактная и яркая галактика-спутник Андромеды, остаток столкновения с третьей по величине галактикой Местной группы.

Огромные гало, состоящие из далеко отстоящих друг от друга звезд, часто окружают крупные галактики; предполагается, что гало — это остатки поглощенных большими галактиками меньших скоплений звезд. Сверхгигантская галактика Андромеды, состоящая из триллиона звезд, за время своего существования поглотила сотни меньших галактик, поэтому установить судьбу отдельных погибших в столкновении с Андромедой галактик довольно затруднительно. Однако модель Белла и Д’Саузы показывает, что большая часть звездного гало, окружающего Андромеду, происходят из одной большой галактики, очень давно столкнувшейся с Андромедой; ее назвали M32p.

M32p была по крайней мере в 20 раз больше всех галактик, столкнувшихся с Млечным Путем за 12 миллиардов лет его существования. До столкновения она была третьей по величине в Местной группе. Часть ее звезд (из наиболее плотной центральной части) пережила столкновение с Андромедой и сейчас составляет галактику М32. «М32 — странная галактика: она похожа на очень древние, компактные эллиптические галактики, но она полна молодых звезд; то одна из самых компактных галактик во Вселенной, других таких мы не знаем», — объясняет Белл.

Результаты белла и Д’Саузы подтверждаются полученными ранее данными о том, что два миллиарда лет назад в галактике Андромеды произошел звездный «бейби-бум» — неожиданный всплеск интенсивности звездообразования.

Млечный Путь тоже рано или поздно столкнется с галактикой Андромеды и, учитывая разницу размеров, будет поглощен более крупной соседкой; это произойдет, по последним оценкам, через пять миллиардов лет. Возможно, модель Белла и Д’Саузы позволит предсказать результаты этого столкновения. До сих пор считалось, что столкновение сопоставимых по размеру галактик приводит к разрушению центральных дисков обеих, однако Андромеда пережила столкновение с М32p, сохранив структуру своего центрального диска; ученым предстоит уточнить свои представления о том, как происходят такие столкновения.   

[Ruslan Nikitenko]

[Дмитро]

Что такое магнитные бури?
Астроном Владимир Кузнецов о выбросах энергии Солнца, полярном сиянии и возможностях прогнозирования магнитных бурь

Земля имеет магнитное поле, которое защищает ее от радиации Солнца и дальнего космоса. Это поле называют магнитным щитом. Щит обеспечивает существование биосферы и жизни на Земле. Те планеты, где нет магнитного поля, считаются мертвыми по сравнению с Землей, несмотря на то что там могут присутствовать признаки жизни. Время от времени на Солнце происходят активные явления: выбросы массы, вспышки, ударные волны. Эти явления приводят к возникновению энергетических частиц, которые разлетаются от Солнца во все стороны, в том числе в направлении Земли, и попадают в магнитосферу. Когда ударная волна, которая возникает перед выбросом массы, сталкивается с магнитосферой, магнитное поле Земли начинает возмущаться, колебаться, дрожать. Этот процесс и называется магнитной бурей. Магнитные бури носят планетарный характер и оказывают глобальное воздействие на Землю и околоземное пространство. Во время бури возмущается все магнитное поле Земли. Эти возмущения приводят к разным явлениям. Все слои земной атмосферы, ионосфера, плазмосфера, магнитосфера подвергаются изменениям. Возникают потоки энергичных частиц и токи.

Индукционный эффект магнитной бури отражается и на поверхности Земли, затрагивает протяженные проводящие системы: линии электропередач, трубопроводы и прочее. Это может приводить к катастрофам. Одна из таких катастроф произошла в марте 1989 года, когда в канадской провинции Квебек, включая столицу Оттаву, из-за наведенных магнитной бурей электрических токов в энергосистеме провинции перегорели трансформаторы. Атмосфера Земли нагрелась, разбухла, поднялась вверх. Низколетящие спутники изменили орбиты, некоторые из них были потеряны. Впоследствии их пришлось искать и восстанавливать группировку. Магнитная буря обычно длится от нескольких часов до суток. В случае с Квебеком буря продлилась 9 часов.

Рекомендуем по этой теме:
5 мифов о Солнце
Другие явления, которые возникают из-за магнитных бурь, — это полярные сияния. На полюсах магнитное поле входит в Землю в виде открытых силовых линий. Магнитный щит Земли не пропускает энергетические частицы и защищает Землю, запрещая частицам перемещаться поперек поля. Но энергетические частицы могут проникать на магнитных полюсах. Вторгаясь в атмосферу, они взаимодействуют с атомами атмосферы и создают красочное свечение, которое мы называем полярным сиянием.

Активность Солнца испытывает 11-летний цикл. Это значит, что от минимума до минимума, от максимума до максимума активности проходит примерно 11 лет. Максимумы активности бывают низкими и высокими. Если максимум цикла высокий, то на Солнце происходят вспышки и выбросы массы. В конце ноября 2003 года на Солнце возникла мощная, активная область, которая проходила по диску Солнца в течение двух недель. Она дала серию вспышек и выбросов массы, которые привели к мощным магнитным бурям на Земле и повышенной геомагнитной активности в течение целой недели. Такие экстремальные события случаются редко, примерно раз в 50 лет, и они могут приводить к катастрофам, подобным той, что возникла в Квебеке.

Рекомендуем по этой теме:
«Вояджеры»
Значение магнитных бурь увеличивается с годами из-за разрастания техносферы Земли. Раньше человечество наблюдало только полярные сияния, самое мощное из которых было зарегистрировано в 1859 году. Английский астроном Ричард Кэррингтон наблюдал на Солнце мощнейшую за всю историю наблюдений вспышку, с которой были связаны полярные сияния практически на всей территории Земли, в том числе и на экваторе. В 1859 году у Земли не было такой обширной техносферы, спутников, линий электропередач, поэтому эти явления не ощущались так ясно. Но в 1989 году, когда человечество уже запустило спутники, разработало протяженные линии электропередач и трубопроводы, магнитная буря стала очень значимой и сильно отразилась на энергосистеме Квебека.

Техносфера Земли расширяется. Практически все современные технологии — GPS, ГЛОНАСС и прочие — являются спутниковыми, а спутники сильно подвержены воздействию активности Солнца. Электроника может выходить из строя за счет воздействия энергичных частиц. И чем больше мы внедряем спутниковые технологии и чем протяженнее мы делаем линии электропередач, тем более ощутимы для Земли магнитные бури. Индукционный эффект бури зависит от размера этих систем. Это говорит о том, что при разработке, создании спутниковых систем и расширении техносферы нужно учитывать факторы, которые раньше не принимались во внимание. С другой стороны, нужно наблюдать активность Солнца и связанную с ним геомагнитную возмущенность на Земле.

Другой аспект влияния магнитных бурь связан с тем, что во время бури изменяется среда, нагревается атмосфера, и это может приводить к изменению давления в атмосфере Земли. Эти изменения, как считают медики, могут влиять на состояние здоровья людей, у которых ослаблена адаптация. Статистика показывает, что во время магнитных бурь количество вызовов скорой помощи из-за ухудшения самочувствия людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями увеличивается примерно на 20%. При этом сами возмущения магнитного поля, которые происходят на Земле, ничтожны относительно самого поля. Чаще всего они составляют примерно 1/300–1/1000 часть от самого поля. Но эффект носит планетарный характер. В мозге человека есть резонансы, которые совпадают с резонансами ионосферы, — примерно 10 Гц. В человеческом сердце также есть резонансы, совпадающие с резонансами магнитосферы, — примерно 1 Гц. Если резонансные области ионосферы и магнитосферы возбуждены и в них повышается плотность электромагнитного излучения, то это может оказывать влияние на состояние здоровья больных людей. Эти взаимосвязи сейчас активно исследуются медиками и биофизиками.

Рекомендуем по этой теме:
5 книг о Солнце и космической погоде
На современном этапе астрономы изучают возможности прогнозирования космической погоды и всей совокупности явлений, которые происходят в системе Солнце — Земля. Для прогнозирования погоды надо иметь информацию о Солнце, его активных областях, их магнитной конфигурации и возможности возникновения вспышек и выбросов. Если выброс уже произошел, то он летит до Земли от двух до трех суток в зависимости от скорости. За это время можно понять, какой это выброс, в какой части Солнца он произошел, и предсказать его эффект. Как правило, наиболее геоэффективной является правая часть Солнца.

Магнитная ось Земли наклонена по отношению к оси вращения. Во многом эффект магнитных бурь зависит от мощности и скорости выброса массы, а также от ориентации этой оси по отношению к направлению выброса в момент столкновения Земли с плазменным облаком. Магнитная ось наклонена к оси вращения примерно на 11 градусов. Она может быть обращена к Солнцу или в противоположную сторону от Солнца при столкновении плазменного облака с магнитосферой Земли. Космические явления не бывают одинаковыми, выбросы массы из Солнца происходят случайно, у них разная амплитуда и скорость. Поэтому явления космической погоды редко совпадают, их трудно предсказать с большой вероятностью. Тем не менее некоторые прогнозы вполне осуществимы. Ими сейчас активно пользуются при запусках космических аппаратов и управлении космическими полетами.   

[Дмитро]

Попугаи оказались способны на экономически обоснованные решения

Группа немецких орнитологов провела простой опыт, в ходе которого птице предлагалось выбирать между немедленным угощением и получением бесполезной вещи, которую следовало донести до соседнего окошка и обменять на угощение побольше.

Как выяснилось, все подопытные попугаи в этой ситуации выбирают более сложный вариант: получить бесполезный предмет, а затем обменять его на более крупное вознаграждение.

В эксперименте приняли участие солдатский ара (Ara ambiguus), синегорлый ара (Ara glaucogularis), горный ара (Primolius couloni) и серый попугай, он же жако (Psittacus erithacus), а также ученые из института Макса Планка.

Попугаям предлагалось выбирать между немедленым получением еды и получением бесполезного для птиц предмета, который затем можно будет обменять на кусочек кукурузы (маленькая награда), зернышко подсолнечника (средняя) и кусочек грецкого ореха (вот оно — счастье). Как выяснилось после обучения попугаев, все птицы устойчиво предпочитают второй вариант (т. е. «покупающий еду» предмет), хотя он очевидно сложнее и требует готовности отказаться от немедленной награды и немного подождать.

В контрольном эксперименте, где подопытным птицам предлагалось выбирать между едой и предметом, обмениваемым на точно такую же еду, сплоховали только серые попугаи, часть которых устойчиво выбирала предмет независимо от его реальной ценности.

До сего дня способность принимать экономически обоснованные решения была замечена только у некоторых приматов. На сей счет тестировались (примерно так же) капуцины, живущие в Латинской Америке. Они оказались не глупее попугаев.   

[Дмитро]

Размерность пространства можно выяснить при помощи абстрактных сетевых структур

Все в мире находится в пространстве и взаимодействует с ним. Ученый из Гейдельбергского университета исследует феномен пространства на основе сетевых структур в реальном мире.

Сети описывают отношения между объектами. Они показывают, как объекты относятся друг к другу и какие из них друг на друга влияют. Но как в этом контексте пространство влияет на структуру? Геоинформатик доктор Франц-Бенджамин Мокник из Гейдельбергского университета решил найти ответ непосредственно на этот вопрос. В своем исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, он продемонстрировал, что пространственный отсчет можно определить в ряде наборов данных различных тематических сетей. Таким образом, размерность пространства — его распространение в разных направлениях — можно получить из абстрактной сетевой структуры.



Структуры, описываемые сетями, мы находим повсеместно, включая дорожное движение, коммуникации, интернет, социальные сети и биологию. Многие из этих сетей существуют в пространстве, тем самым заимствуя его свойства. Одно из основных свойств пространства — его измерение, то есть то, как оно распространено по длине, ширине и, если применимо, по высоте. К примеру, сеть автобусных маршрутов Манхэттена двухмерна, однако сети мозговых структур — трехмерны. Согласно доктору Мокнику, влияние пространства на структуру сетей мало изучено.



Ранее специалисты уже исследовали, как пространственные аспекты отражаются в наборах данных сети, когда известно ее точное расположение в пространстве. Доктор Мокник применил другой подход. Используя различные сети из реального мира, он продемонстрировал, что измерение пространства можно вывести исключительно из структуры этой сети, не имея предварительных знаний о ее точном пространственном отсчете. Например, не зная расположения автобусных маршрутов Манхэттена, наборы данных сети указывают на ее пространственный отсчет и продолговатую форму.



«Хотя это и может звучать тривиально, такой факт обретает совершенно новое значение, учитывая то, что даже соцсети находятся в пространстве по отношению к интернет-пользователям, даже если аспект измерения не первостепенный, — говорит Франц-Бенджамин Мокник. — То же касается маршрутов авиакомпаний: хотя у них есть пространственные компоненты, в них преобладают другие аспекты».



Исследователь также продемонстрировал, что некоторые факторы могут уменьшать или даже скрывать влияние пространства на структуру сети.



«До определенной степени, однако, это воздействие достаточно стабильно. Даже при наличии иерархий они не уничтожают пространственную структуру в сети. Сети в реальном мире служат доказательством структурообразующих механизмов», — объясняет доктор Мокник.



Ученый также отмечает, что структурная идентификация пространственного отсчета крайне важна для анализа таких глобальных проблем, как изменение климата, доступ к воде и энергии, а также борьба с эпидемиями.