Я знаю, что есть много школьников, живо интересующихся что и как работает, но плохо воспринимающих физику. В подавляющем большинстве случаев это не из-за лени или недостатка природных способностей, а из-за плохих учителей и системы школьного образования в России. И если даже ваш учитель физики не так уж плох, проблемы могут быть с математикой. К сожалению, то, как её преподают в наших школах, бесконечно далеко от того, что она на самом деле представляет из себя.

К счастью, в последнее время появляется всё больше возможностей обучаться школьным предметам по-новому. На одну из них я и хочу обратить ваше внимание сегодня. Это проект PopMath, который проводит оффлайн-занятия по математике для всех желающих. Основная целевая группа — это, конечно, старшеклассники и первокурсники, но интересно будет и тем, кто школу закончил давно, а в математике так по-хорошему и не разобрался.

Основные принципы обучения:
- полный курс математики от начальной школы до конца 11-го класса
- понимать, а не заучивать
- активное общение преподавателя с обучаемыми

Сейчас проект как раз набирает очередные группы в Москве сроком на 3,5 месяца. Примеры лекций, программа, стоимость и прочие детали по ссылке: http://popmath.ru/going_offline/

В телеграме свои вопросы можно задать здесь: @sowinaya_dusha

Каждые семь лет в европейском сообществе учёных, занимающихся экспериментальной физикой элементарных частиц, проходят масштабные обсуждения по выработке так называемой Европейской стратегии в области физики частиц (European Strategy for Particle Physics) — главного документа, который направляет работу многотысячного коммьюнити в следующие годы.

В 2006 году эта стратегия была сконцентрирована вокруг поисков бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере, который планировался к запуску в 2008 году, а в 2013 — на более подробном изучении свойств этого бозона, открытого-таки в 2012 году, и поиске новой физики на БАК.

Очередной апдейт стратегии намечен на текущий год, и физики уже активно обсуждают, что в неё должно войти. Обзору основных предложений посвящён свежий выпуск журнала Nature Physics, в котором редакторы также приводят и краткое резюме: https://www.nature.com/articles/s41567-020-0876-y

Основной особенностью текущей ситуации является то, что на БАК физики за пределами Стандартной модели не нашли, и маловероятно, что найдут. Поэтому учёные в основном обсуждают, что может прийти ему на смену.

Основных варианта, по сути, три. Первый — это «ещё больший» адронный коллайдер, условно называемый пока Future Circular Collider. О нём подробно около года назад писал на «Элементах» Игорь Иванов, а я его пересказывал в канале: https://t.me/physh/675

Если кратко, FCC — это циклический ускоритель с длиной кольца порядка 100 км — почти в пять раз больше, чем у БАК. В первые пару десятилетий в нём будут ускоряться и сталкиваться электроны и позитроны с относительно небольшой, но рекордной для этих частиц энергией в 360 ГэВ. Затем ускорителю сделают апгрейд и пустят по нему протоны с энергией около 100 ТэВ — в семь раз больше, чем на БАК. В целом, такой коллайдер, может быть запущен уже в 2040 году, и должен проработать порядка 50 лет с перерывами.

Второй вариант: это рекордно большой линейный электрон-позитронный коллайдер CLIC (Compact Linear Collider). Сейчас подобный проект ILC на энергию частиц в 250 ГэВ планируется начать строить в Японии. Хотя там есть сложности, Игорь и я о них тоже писали: https://t.me/physh/688

Планируется, что CLIC будет иметь длину до 50 км, что позволит ускорить электроны и позитроны до 3 ТэВ. Для этого, правда, будет использована совершенно новая технология: ускорительные поля в резонаторах будут создаваться не внешними источниками питания, а другим электронным пучком, что позволит создавать более высокие ускоряющие поля.

По оценкам, такой коллайдер можно поэтапно построить к 2050-м годам, разбив его на три этапа со всё большей энергией, каждый из которых будет работать по 7-8 лет, плюс ещё по два года на апгрейд. В полном сборе коллайдер сможет работать до 2060-х годов.

Наконец, в-третьих, помимо коллайдеров развиваются и другие подходы. В частности, обсуждают эксперименты с пучками, бомбардирующими плотные стационарные мишени (так называемые beam-dump). Про один подобный эксперимент SHiP я пару лет назад писал для N+1: https://nplus1.ru/material/2018/06/19/ship-sps

Ну и, конечно, всё более модной становится тема нейтринных экспериментов. Самые крупные из них с использованием ускорителей: DUNE в США и Hyper-Kamiokande в Японии. Естественно, команды и там, и там интернациональные, и европейцы их обсуждают тоже.

Приведут ли эти проекты к действительно крупным открытиям, или позволят лишь получить три-четыре новых цифры после запятой в уже известных результатах, никто не знает, тем не менее если не попробуем, то и не узнаем.

​​Общая теория относительности Эйнштейна является основной теорией гравитации в современной физике. Одним из её предсказаний является то, что орбита объекта, движущегося в поле тяготения другого объекта, не замкнута, как в случае ньютоновского тяготения, а прецессирует в плоскости орбиты в направлении движения. Этот эффект, известный как прецессия Шварцшильда, впервые наблюдался на примере орбиты Меркурия вокруг Солнца и когда-то стал первым наблюдательным подтверждением теории Эйнштейна. И вот, спустя сто лет, удалось зарегистрировать его же для движения звезды вокруг чёрной дыры.

В качестве массивной чёрной дыры выступал так называемый объект Стрелец A* — компактный радиоисточник, расположенный в 26 000 световых лет от Солнца в центре нашей галактики Млечного Пути. По оценкам учёных, масса этого объекта достигает 4 млн масс Солнца, и есть все основания полагать, что он представляет собой именно чёрную дыру.

Вокруг Стрельца A* имеется плотное звёздное скопление, одна из звёзд которого, S2, в ближайшей точке своей орбиты подходит к сверхмассивной чёрной дыре на расстояние менее 20 млрд км (это всего в сто двадцать раз больше расстояния между Солнцем и Землей). S2 одна из самых тесно сближающихся со чёрной дырой звёзд. В точке наибольшего сближения она движется со скоростью, составляющей почти три процента от скорости света, а полный орбитальный оборот совершает за 16 лет.

Большинство звёзд и планет двигаются по вытянутым орбиты и оказываются то ближе к центральному объекту, то дальше от него. При этом теория гравитации Эйнштейна предсказывает, что орбита должна прецессировать, то есть положение точек её наименьшего и наибольшего удаления от тяготеющего центра с каждым оборотом меняется: каждый следующий виток поворачивается по отношению к предыдущему на определённый угол. Общая теория относительности точно предсказывает, насколько должна сдвигаться орбита, и последние измерения, выполненные для звезды S2, в точности соответствуют этой теории.

Кроме того, это измерение позволяют узнать больше об окрестностях чёрной дыры в центре нашей Галактики. Движение звезды S2 хорошо укладывается в общую теорию относительности, и это позволяет наложить более жёсткие ограничения на количество тёмного вещества в окрестностях Стрельца A*.

​Звезда Бетельгейзе уже практически вернулась к своей нормальной яркости!

Согласно фотометрическим наблюдениям, которые присылают астрономы и любители со всего мира на сайт Американской ассоциации наблюдателей переменных звезд (https://bit.ly/3apQz5n), текущий ее блеск около +0,5 зв. вел.

Астрономы предполагают, что настолько сильное ослабление блеска Бетельгейзе, начавшееся в середине октября 2019 года и завершившееся 23 февраля 2020 года на отметке около +1,65 зв. вел., могло быть связано с резким охлаждением поверхности звезды из-за исключительно высокого уровня звездной активности либо же выбросом пыли по направлению к нам. В настоящее время нет никаких признаков того, что звезда может вспыхнуть как сверхновая!

Фото: созвездие Орион, снятое 17 апреля 2020 года на астроферме «Астроверты» в горах Архыза. Автор снимка: Стас Короткий; Параметры: Sony a7S + Samyang 24mm/1.4@2.0, ISO-6400, 10 сек.

Это видео было снято 9 апреля с борта миссии BepiColombo, направляющейся к Меркурию и совершившей пролёт вблизи Земли. За время съёмки расстояние от аппарата до Земли уменьшилось с 281 940 км до 128 000 км.

Этот пролёт — первый из девяти гравитационных манёвров, которые должны вывести BepiColombo на орбиту вокруг Меркурия к декабрю 2025 году. Остальные пролёты, правда, будут вблизи Венеры и самого Меркурия.

Кстати, если вы думаете, что Меркурий — это скучный раскалённый и безжизненный мир, то ошибаетесь. Эта планета скрывает немало тайн. Например, на её поверхности нашли признаки наличия водяного льда. И это при том, что её температура местами достигает 450°C! Кроме того, Меркурий, несмотря на свой размер, по видимому, обладает огромным ядром, и единственная помимо Земли твёрдая планета, имеющая магнитное поле. Об этих и других загадках, которые летит разгадывать BepiColombo, моя свежая статья в блоге: bit.ly/mercury-5-mysteries

В 2008 году астрономы объявили об обнаружении экзопланеты у звезды Фомальгаут, расположенной на расстоянии 25 световых лет от Солнца. Тогда эта новость вызвала большой ажиотаж. Дело в том, что отличие от подавляющего большинства других экзопланет, которые находят при помощи транзитного метода или метода радиальных скоростей, Фомальгаут b был обнаружен напрямую — на снимке, сделанном телескопом Hubble.

Справедливости ради стоит сказать, что уже тогда некоторые астрономы высказали сомнения в корректности подобного вывода. Снимок Hubble говорил о том, что Фомальгаут b это крупный газовый гигант, по размерам превосходящий Юпитер. В то же время, телескопу Spitzer не удалось зарегистрировать инфракрасного излучения, соответствующего подобному объекту. Но проведенные астрономами дополнительные наблюдения подтвердили наличие объекта, и он был признан экзопланетой. Дошло до того, что по итогам организованного в 2015 году конкурса, МАС присвоил Фомальгаут b имя Дагон, которое можно ,было использовать в качестве ее официального обозначения.

Но, похоже, теперь имя Дагон снова станет свободным. Свежие снимки Hubble показали, что экзопланета… исчезла. Конечно, во вселенной далекой далекой галактики объяснение было бы простым — тут явно не обошлось без Звезды смерти. Но в нашем мире, конечно, все устроено несколько сложнее. Еще раз перепроверив старые данные и соотнеся их с результатами новых наблюдений астрономы пришли к выводу что, скорее всего, Hubble сфотографировал пылевое облако, образовавшееся в результате столкновения двух крупных ледяных астероидов. Это может объяснить, почему Spitzer не смог зафиксировать инфракрасное излучение. За прошедшие десять лет облако рассеялось и теперь Hubble больше не может его наблюдать.

Конечно, никому не нравятся подобные «закрытия». Но данная история еще раз наглядно демонстрирует, как работает наука: даже если у вас на руках есть красивый ответ, это не значит, что можно останавливаться. Нужно учитывать все имеющиеся факты, не отбрасывая не вписывающиеся в картину мелкие детали. И даже в этом случае нужно всегда перепроверять результаты. Ну и также это показывает, что в науке не всегда работают житейские принципы «здравого смысла». В случае с Дагоном у астрономов имелись прямые изображения объекта, что на первый взгляд является куда более весомым доказательством, чем данные «косвенных» способов вроде того же метода радиальных скоростей. Но в итоге все оказалось ровно наоборот.

https://universemagazine.com/17818/

https://www.spacetelescope.org/news/heic2006/

Да, тут намеренно нет варианта «всё нравится». Жизнь боль

Небольшое развлечение, которое прислала мне в личку автор простенького теста о Солнечной системе. Тест на английском.

🎲 Тест «Solar System»
Can you pass this simple quiz about the solar system?
🖊 30 вопросов · ⏱ 30 сек

Одним из самых сложных объектов для исследования является состояние вещества, в котором оно находится в недрах планет. Такое состояние называют тёплым плотным веществом. Это название подчёркивает, что вещество, во-первых, сильно сжато силами давления, которые в расчёте на один атом могут превышать силы межатомного взаимодействия, а во-вторых, нагрето до высоких, но не слишком температур: вещество находится на грани ионизации, но ещё не является в полной мере плазмой как, например, вещество горячих звёзд.

Сложность исследования связана с тем, что получить такие условия в лаборатории чрезвычайно сложно, а в недра планет особо не проникнешь. Тем не менее, что-то всё-таки сделать удаётся.

Проще всего достичь нужного состояния сильно ударив чем-нибудь по образцу: подойдут мощные сфокусированные лазерные импульсы, например. Тогда вещество на долю секунды сожмётся и слегка (на несколько тысяч градусов) нагреется. Проблема такого подхода в том, что, во-первых, это всё же динамический процесс, а в недрах планет вещество находится в состоянии стационарном, и может вести себя по-другому, а во-вторых, из-за чрезвычайно короткой длительности состояния сжатия нужны изощрённые методы диагностики, чтобы измерить что-то релевантное.

Есть и другой подход: небольшой кусочек вещества размещает между сверхострыми алмазными иглами, которые помещаются под высокое давление. Из-за малой площади и высокой твёрдости алмаза так достигается давление в миллионы атмосфер. Этот метод, называемый методом алмазных наковален, набрал огромную популярность в последние годы в связи с успешной реализацией идеи многоступенчатой наковальни: когда в наковальню помещается более мелкая наковальня, внутри которой уже находится изучаемое вещество.

Но есть ещё одна проблема. При таких высоких давлениях многие вещества начинают течь: переходят в жидкое состояние. Именно это происходит в том числе и с железом, из которого по современным представлениям в основном и состоит земное ядро.

Самым надёжным способом определить плотность вещества в наковальне — рентгеновская дифракция. Рентген дифрагирует на атомах, и из-за интерференции рассеянный сигнал содержит информацию о расстояниях между атомами. А зная это расстояние и массу ядер, несложно определить и плотность. Но это легко сделать, когда вещество образует кристалл: все расстояния одинаковые, и сигнал получается ярко выраженным. А в жидкости расстояния между атомами самые разные, и сигнал размывается.

В свежей статье, опубликованной в PRL, учёным удалось решить эту проблему, применив новый более хитрый способ обработки данных рентгеновской дифракции. Это позволило впервые померить плотность железа при давлении до 1,16 млн атмосфер и температуре около 4000 °C. Оказалось, что его плотность на 7,5% выше, чем было померено сейсмологическими методами для земного ядра, что скорее всего означает, что в ядре находится существенное количество более лёгкого элемента.

Естественно предположить, что таким элементом является кислород. Только вот хорошо известно, что кислород чрезвычайно плохо растворим в железе, поэтому он осел глубже, в твёрдом внутреннем ядре, про которое известно, что оно действительно имеет более низкую плотность, чем чистый железный кристалл. А вот, что обеспечивает малую плотность жидкого ядра пока неизвестно.

Ссылка на статью: doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.165701

Я часто пишу о нейтринной физике, поскольку нейтрино — это по сути единственная известная частица, не укладывающаяся в полной мере в Стандартную модель элементарных частиц. И одна из главных её особенностей заключается в том, что похоже нейтрино и антинейтрино ведут себя не совсем одинаково.

Само по себе это не исключительное свойство нейтрино: среди ядерных частиц такие уже были известны, но именно у нейтрино нарушении симметрии между частицей и античастицей может быть особо сильно. Это могло бы, наконец, объяснить, как так получилось, что наш мир практически не содержит антивещества.

Сейчас в мире идёт сразу несколько крупных экспериментов по изучению этой асимметрии, и вот один из них, T2K, недавно опубликовал в Nature свежие данные: теперь вероятность, что наблюдаемое нарушение симметрии вызвано случайными факторами, ниже 1%. Этого всё ещё недостаточно, чтобы по строгим научным правилам заявлять об окончательном открытии, однако серьёзное продвижение вперёд.

Более подробно написал об этом в блоге: bit.ly/neutrino-asimmetry-t2k-2020

Написал для ТрВ-наука своё видение того, как будут развиваться сверхмощные лазеры в ближайшие 50 лет: https://trv-science.ru/2020/05/05/sverxmoshhnye-lazery-2070

На сайте Кавказской горной обсерватории выложили результаты наблюдения за Бетельгейзе с октября 2019 года до апреля 2020 года. Наблюдения были выполнены на 2,5-метровом телескопе. Разрешение составило 0,05 секунд дуги, что позволило снять поверхность звезды.

Всего было сделано 17 снимков в разные даты, но за счёт интерполяции между ними получилась плавная анимация.

Видна неоднородность атмосферы Бетельгейзе. Потускнение скорее всего связано с пылевыми облаками.

Подробнее на сайте обсерватории: lnfm1.sai.msu.ru/kgo/mfc_Betelgeuse_ru.php

Крутая и необычная статья об экситон-поляритонном бозе-конденсате в N+1: https://nplus1.ru/material/2020/05/18/polaritons

Крутая, потому что написана понятно, а необычная, потому что это, фактически, прямая речь автора открытия этого самого конденсата, Алексея Кавокина, снабженная к тому же его личными иллюстрациями, объясняющими написанное с котиками и иногда машинками.

Смотрите, какую красоту я вам сегодня принёс. Это композитная фотография Крабовидной туманности, составленная из данных рентгеновского телескопа Chandra (белые и голубые цвета), Хаббла (фиолетовые) и инфракрасного Spitzer (розовые).

Напомню, что эта туманность — результат взрыва сверхновой, произошедшего в XI веке, и замеченного многими астрономами. В центре туманности находится остаток звезды, быстровращающаяся нейтронная звезда — пульсар. Со своих полюсов она выбрасывает джеты из вещества, ярко светящиеся в рентгеновском диапазоне и хорошо заметные на фотографии.

#обои 3600×2338

Присоединяюсь к рекомендации, хотя сам этой книги пока в руках не держал. Но автора Виталия Егорова знаю давно, и не сомневаюсь, что книга получилась более чем достойной.

Если вы хотите почитать книгу про космос, то рекомендую https://www.alpinabook.ru/catalog/book-634507/ "Люди на Луне", и не потому, что мне удалось немного поработать с материалом книги до её выхода, а потому, что это одна из самых интересных книг про освоение космоса, а еще в ней нашлось место астрономии. Поэтому, смело покупайте - это не реклама, а моя личная рекомендация, без просьбы автора и вообще).

В книге вы найдете ответы на такие вопросы как: "Можно ли в космосе уберечься от вредного космического излучения?" "Видно ли американский флаг с Земли и с орбиты с помощью космических и наземных телескопов?" и многим другим. Глава про "радиацию" достойно отдельной книги), а глава про фотографии Луны китайскими, индийскими и другими станциями - тянет на научную работу!

Я тут как-то упустил, а между тем в астрономии произошло весьма примечательное событие. Была открыта чёрная дыра, располагающаяся всего в тысяче световых лет от Земли — самая близкая из известных: bit.ly/black-hole-next-door

Примечательность открытия заключается не только в её близости к нам, но и в том, что большинство открытых чёрных дыр — в нашей Галактике их известно пара десятков — активно взаимодействуют со своим окружением, благодаря чему ярко светятся в рентгене. Эта чёрная дыра не светится.

А открыть её удалось, потому что она входит в состав тройной системы и две звезды этой системы вполне наблюдаемы — причём даже без телескопа! Однако только современными телескопами, оснащёнными спектрографами, удалось определить, что одна из двух видимых звёзд вращается вокруг чего-то массивного — массой больше 4 Солнц — и невидимого. И делает это за 40 дней. Ничем другим, кроме чёрной дыры этот объект быть не может.

Вообще-то, по оценкам, в нашей Галактике должны существовать сотни миллионов чёрных дыр. Образование чёрной дыры это типичный конец звёзд массой в десятки Солнц, взрывающихся после сжигания водорода в виде сверхновых. Так что, не исключено, что нас ждёт ещё множество подобных открытий. У астрономов даже уже есть подходящий кандидат на следующее открытие.