​Кажущаяся идеальным местом для жизни планета Keppler 62 e слишком далеко от нас, но есть потенциально обитаемые (или пригодные для обитания) планеты и поближе. Так, ближайшая к нам звезда Альфа Центавра C, она же Проксима Центавра, расположенная всего в 4,2 световых годах, тоже имеет такую планету.

Речь идёт о планете Проксима Центавра b, имеющей массу в 1,3 земных, которая получает от своей звезды достаточно тепла для того, чтобы - в теории - там могла существовать вода в жидком состоянии, а значит, и жизнь.

Правда, гостеприимным миром Проксиму Центавра b не назовёшь: это довольно холодное местечко, температура здесь находится примерно посередине между температурами Земли и Марса. Поэтому более ли менее приемлемые условия для жизни там имеются лишь в приэкваториальных районах, а умеренные широты по климату напоминают нашу Арктику.

Но это не главная проблема Проксимы Центавра b. Куда большую трудность представляет "характер" самой звезды Проксимы Центавра. Она является красным карликом, т.е. куда холоднее Солнца. И для того, чтобы получать от неё достаточно тепла, Проксима Центавра b должна находиться от неё на расстоянии меньшем, чем Меркурий от Солнца. В результате помимо обычного светового и теплового излучения Проксима Центавра b постоянно омывается волнами рентгеновского излучения.

Кроме того, для красных карликов характерны мощные вспышки, по сравнению с которыми вспышки на нашем Солнце кажутся детской забавой. Так, в ходе вспышки, зафиксированной в марте 2017 года, звезда увеличила свою яркость в 1000 раз - правда, всего на 10 секунд. Впрочем, за эти 10 секунд на Проксиму Центавра b обрушился поток излучения, способный начисто стерилизовать планету. А повторяющиеся на протяжении миллионов лет вспышки такого рода в теории могли и вовсе "сдуть" с планеты атмосферу, даже если она там и была. Так что в настоящее время среди учёных господствуют скептические мнения в отношении обитаемости Проксимы Центавра b.

Впрочем, совсем сбрасывать её со счетов нельзя. Весной 2019 года радиотелескоп обсерватории Паркса в Австралии зарегистрировал исходящий со стороны Проксимы Центавра b радиосигнал на частоте частоту 982,002 МГц, причём ряд признаков указывает на то, что источник сигнала располагался именно на этой планете. Так что очень может быть, что на Проксиме Центавра b в её жёстких условиях смогла развиться не только жизнь, но и машинная цивилизация.

В общем, слетать туда обязательно надо!

​Можно ли колонизировать Венеру?

На первый взгляд кажется, что нет.

Действительно, Венера является, пожалуй, одним из наименее гостеприимных мест в Солнечной системе: температуры до 450 градусов по Цельсию, давление как на дне океана, облака и дожди из серной кислоты… Тем не менее, по многим параметрам (например, уровню гравитации) Венера даже более пригодна для колонизации, чем, к примеру, Марс – только селиться надо не на поверхности планеты, а на высоте примерно 65 километрах над ней.

На такой высоте давление и температура на Венере практически такие же, как на Земле, кроме того, облака из серной кислоты на этой высоте уже заканчиваются.
При этом надо понимать, что азотно-кислородная смесь, соответствующая земному воздуху, в атмосфере Венеры будет являться всплывающим газом: проще говоря, мы вполне можем создать на границе тропосферы и мезосферы Венеры тонкий слой, вполне похожий на земную атмосферу и пригодный для дыхания.

Правда, жить придётся в летающих городах – эдаких гигантских воздушных шарах. Но это возможно. Правда, серьёзной проблемой будут неутихающие ветра, скорость которых на этой высоте достигает 100 метров в секунду – сильнее самого сильного земного урагана.

А в будущем можно будет сделать обитаемой и поверхность Венеры. Дело в том, что огромные температуры и давления здесь – результат парникового эффекта, обусловленного наличием огромного количества углекислого газа в атмосфере. С этим помогут справиться как некоторые химические реакции, так и, к примеру, заселение Венеры генетически модифицированными фотосинтезирующими микроорганизмами, которые будут в ходе своей жизнедеятельности связывать углекислый газ и производить кислород.

Правда, для этого надо ещё решить проблему с серной кислотой, а также недостатком воды: первую можно решить, распылив в атмосфере некоторые химические реагенты, а вторую – бомбардировав Венеру искусственными метеоритами из льда, добытого, скажем, в кольцах Сатурна или на спутниках Сатурна или Юпитера.

Кроме того, рассматриваются варианты установки на орбите Венеры специальных защитных экранов, которые частично преградят доступ к планете солнечного излучения.

​Часто сталкиваюсь с мнением, что, мол, современные учёные страдают какой-то занудной и бессмысленной ерундой. Мол, для чего тратить миллионы долларов на коллайдеры, космические телескопы и сложнейшие детекторы мельчайших частиц, если знания, которые мы можем получить с их помощью не имеют никакого видимого практического применения.

Но дело в том, что именно так работает наука. Ты никогда не знаешь, то ты найдёшь за следующей дверью и что ты будешь с этим делать. И возможно, что практическое применение твоим открытиям придумают через много десятилетий после этих твоих открытий.

Вряд ли Архимед мог предполагать, что его закон о силах, действующих на погружённое в жидкость или газ тело позволит человеку впервые оторваться от земли. А когда в XVI веке Даниил Бернулли описывал движение жидкости в трубе переменного диаметра, он вряд ли мог предполагать, что с помощью открытого им закона через 200 лет в небо запустят многотонные воздушные лайнеры, способные соединять континенты.

Астрономические наблюдения (казалось бы, куда уж абстрактнее?) породили вопросы, поиски ответа на которые привели к созданию теории относительности. Квантовая физика позволила нам создать в том числе компьютеры, с помощью которых написан этот текст, а вы можете его читать.

В мире попросту не бывает бесполезного знания - есть лишь такое, применения которому мы пока ещё не нашли. Но рано или поздно оно будет найдено.

И если однажды Человечеству и удастся накормить всех голодных, излечить всех больных и достичь наконец своего Золотого Века, то это произойдёт именно благодаря достижениям науки. Поэтому в мире нет ничего важнее, чем научный прогресс. Просто вспоминайте об этом всякий раз, когда услышите очередную тираду про "этих учёных, занимающихся ерундой".

На картинке - уравнения Максвелла, "заумная хрень", благодаря пониманию которой мы научились использовать электричество.

​Прямую проверку одного из ключевых следствий из теории относительности Эйншейна провели в 1971 году американские учёные Хафеле и Китинг, экспериментально зафиксировав эффект замедления времени в движущейся системе отсчёта.

Для этого они совершили перелёт по маршруту Вашингтон — Лондон — Франкфурт — Стамбул — Бейрут — Тегеран — Нью-Дели — Бангкок — Гонконг — Токио — Гонолулу — Лос-Анджелес — Даллас — Вашингтон, облетев земной шар вместе с четырьмя комплектами сверхточных цезиевых часов. За 65 часов полёта часы отстали от эталонных на 59 наносекунд при погрешности измерения в 10 наносекунд. Теория относительности предсказывала отставание часов на 40 наносекунд.

Впоследствии опыт несколько раз повторяли, подтверждая его результаты со всё большей точностью.

На фото Хафеле, Китинг и комплект цезиевых часов, для которого купили отдельный билет на имя Mr. Clock.

Огненная радуга в небе над Токио.

Мы уже писали об этом явлении ранее: на самом деле огненная радуга - это никакая не радуга, а частный случай гало, рассеяния света в микроскопических льдинках в облаках высоко над землёй.

​Глюоны - крошечные безмассовые незаряженные частицы, кванты (минимальные "порции") поля т.н. сильного взаимодействия, которое удерживает вместе протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также отдельные кварки, из которых состоят сами протоны и нейтроны.

Глюоны во многом похожи на фотоны - кванты электромагнитного поля. Но если фотоны, имеющие нулевой электрический заряд, не участвуют в электромагнитном взаимодействии сами по себе, то глюоны сами являются участниками сильного взаимодействия, осуществляя его путём... обмена другими глюонами. Иными словами, глюоны могут порождать сами себя. При этом, хотя сами глюоны не имеют массы, энергия их взаимодействия может проявлять себя как масса для внешних наблюдателей. И более того: именно на массу глюонного облака приходится 90 % измеряемой нами массы протонов и нейтронов.

В теории глюоны могут даже существовать в виде отдельных капель "глюонного вещества" без кварков вообще. В настоящее время мы уже видели подобные глюонные конфигурации - т.н. помероны и оддероны, они возникают на ничтожные доли секунды в экспериментах по столкновению протонов, в ходе которых части глюонного облака как бы отрывались от протонов и недолгое время существуют самостоятельно. Эксперименты по обнаружению померонов и оддеронов являются доказательством существования глюонов, т.е. правоты современной теории устройства вещества, т.н. квантовой хромодинамики.

На картинке - схематическое устройство протона: три кварта, окружённые глюонным облаком.

Существуют теории, что такие глюонные капли могут стабилизироваться и существовать самостоятельно более долгое время в виде так называемых глюболов - по сути, безкварковой форме материи. Но пока мы на практике ничего такого не видели.

На картинке - схематическое изображение внутреннего устройства протона: три кварта, окружённые глюонным облаком.

​Можно ли лететь быстрее света? Физики полагают, что да!

Положение теории относительности о невозможности двигаться быстрее света, конечно, огорчает всех, кто мечтает о межзвёздных путешествиях. Ведь даже со световой скоростью полёт к ближайшей звезде займёт около четырёх лет, а о результатах экспедиции оставшиеся на Земле могут узнать в лучшем случае через восемь лет. В реальности даже дольше, ведь для того, чтобы разогнаться до световой скорости, а затем затормозить, кораблю тоже понадобится время, и немалое.

О полётах к более удалённым звёздам, находящимся в сотнях и тысячах световых лет, говорить и вовсе не приходится. И это становится почти непреодолимой преградой на пути к межзвёздным путешествиям. Впрочем, ключевое слово – почти.

Современная физика предполагает, что существует по крайней мере несколько способов обойти световой предел. Один из наиболее интересных – так называемый двигатель Алькубьерре, названный так в честь своего «изобретателя» - мексиканского физика Мигеля Алькубьерре, теоретически обосновавшего принцип его работы.

Да, теория относительности запрещает движение со скоростью, превосходящей скорость света. Но вот менять своё положение в пространстве быстрее света всё-таки возможно – по крайней мере, в теории.

Те, кто интересуются физикой, должно быть, слышали, что наша Вселенная расширяется. Причём происходит это не за счёт механического разлёта в разные стороны звёзд и галактик, а за счёт эдакого «разбухания» самого пространства Вселенной. В ходе этого «разбухания» два объекта, удалённые друг от друга, скажем, на 1 световой год и даже механически неподвижные друг относительно друга, каждую секунду становятся дальше друг от друга примерно на 18 миллиметров.

Так вот: ограничения теории относительности никак не затрагивают изменение положений объектов в ходе такого разбухания, и теоретически оно может быть больше скорости света – вообще говоря, насколько угодно больше. И если мы каким-то образом научимся управлять кривизной пространства, то путешествия со сверхсветовой скоростью станут реальными.

Представим себе, что пространство между нами и некоей удалённой звездой не «разбухает», как это происходит само собой, а, наоборот, съёживается. Получится, что звезда не удаляется от нас, как сейчас, а становится ближе, как будто мы летим к ней – хотя на самом деле мы можем быть неподвижны или даже двигаться в другую сторону.

Собственно, на этом и основан предложенный Алькубьерре механизм путешествий со сверхсветовой скоростью. Двигателем его корабля является устройство, последовательно сжимающее некий объём пространства перед кораблём, а затем «расправляющее» его позади корабля. Получается перемещение, чем-то похожее на движение человека, взбирающегося по канату – только вместо сгибания рук мы «изгибаем» само пространство. И вот оказывается, что такое перемещение может осуществляться, вообще говоря, с какой угодно скоростью, в том числе в десятки и сотни раз превышающей скорость света.

С самим принципом, предложенным Алькубьерре, никто не спорит – он не противоречит ни одному положению современной физики. Вопрос лишь в том, как именно искривить пространство – и сколько энергии на это понадобится.

Уже сегодня изучаются эффекты искажения пространства в сильных электромагнитных полях: в 2015 году эксперимент на интерферометре Уайта — Джудэя вроде бы показал отклонения в скорости распространения света, которые могут указывать на возникающие искривление пространства. К сожалению, пока речь идёт о результатах на пределе точности измерений, и от строительства корабля, реально использующего принцип Алькубьерре для межзвёздных путешествий нас, вероятно, отделяют по крайней мере десятилетия.

На картинке - примерный вид искривлённого пространства впереди и позади корабля, находящегося внутри объёма нормального пространства - т.н. пузыря Алькубьерре.

Что реально может, а на что пока не способен искусственный интеллект? Какие разработки ведутся в R&D-лабораториях Apple, Samsung, Tesla, Huawei и других мировых брендов?

Каким будет следующий робот Boston Dynamics? Как полиция и армия использует роботов и искусственный интеллект?

Всё это на канале @robotics_channel

А также:

• Ссылки на обучающие курсы, семинары, конференции по ИИ и робототехнике для взрослых и детей.
• Общение с людьми из индустрии: инженерами, учёными, владельцами компаний, инвесторами, основателями стартапов и футурологами.
• Информация о конкурсах и вакансиях для робототехников, датасайентистов и инженеров.

Подписывайтесь на @robotics_channel!

Это явление известно как "Шары Наги", и оно с завидной регулярностью наблюдается на реке Меконг в окрестностях города Нонг Кай, расположенного на севере Тайланда. Небольшие огненные шары (либо, по другим данным, объекты яйцеобразной формы) вылетают из воды под некоторым углом и, поднявшись на определённое расстояние в небо, исчезают.

Местное население считает, что шары испускает человекозмей нага, обитающий в реке. Поверить в него сложно, но беда в том, что другое объяснение учёные давать не спешат.

Многие вообще считают, что феномен является делом рук человека - мол, таким образом в окрестности Нонг Кай привлекают туристов. Но следует помнить, что до недавнего времени в существование шаровых молний официальная наука тоже не верила.

Те же, кто пытаются дать научное объяснение феномену, поясняют его то спонтанным возгоранием пузырей болотного газа, то явлениями сродни тем же шаровым молниям (полноценной физической теории которых, напомню, тоже до сих пор нет).

​Графен - пожалуй, самый интригующий материал из известных нам сегодня. По сути, графен - это тонкая плёнка углерода толщиной всего в 1 атом! Плёнка эта представляет собой соединение шестиугольников из атомов углерода, и обладает массой интереснейших свойств.

Среди них - высокая тепло- и электропроводность, почти полная прозрачность при непроницаемости для газов, химическая нейтральность, гибкость - и притом огромная прочность на разрыв.

Графен может найти широкое применение в электронике, но далеко не только в ней. Могут существовать графеновые сверхпроводники, обладающие сверхпроводимостью при относительно высоких температурах; графеновые фильтры для жидкостей и газов; сверхпрочные материалы на основе графеновых плёнок (например, почти непробиваемые бронежилеты прочнее стали - или гигантских размеров дирижабли и самолёты). Перечисление вариантов полезного применения графена в руководстве, созданном консорциумом Graphene Flagship, занимает более 500 страниц.

Единственная беда - графен очень дорог: производство 1 грамма чистого графена стоит около 28 миллиардов долларов, а загрязнённый графен, существенно уступающий чистому по свойствам,стоит около 1000 долларов за грамм.

Так что помимо изучения свойств графена, учёные по всему миру ещё и ищут способы производить его не за все деньги мира.

Будем надеяться, что найдут: перспективы внедрения такого материала в массовый обиход и правда впечатляют.

​Волшебные трубки

Развитием темы графена – листка углерода толщиной всего в 1 атом – являются так называемые углеродные нанотрубки.

По сути они представляют собой скрученные в цилиндр листы графена, и могут быть как одинарными, так и многостенными: несколько нанотрубок разного диаметра, вложенных друг в друга.

Такие трубки наследуют некоторые уникальные свойства графена, а также обладают рядом собственных. Например, нити из таких нанотрубок обладают колоссальной прочностью на разрыв: они в 50 раз прочнее стали. А если учесть, что теоретически можно изготавливать углеродные нанотрубки любой длины, то новый материал может обладать широким спектром видов использования – вплоть до создания так называемого космического лифта, который будет выводить грузы на околоземную орбиту без использования дорогостоящих ракет – просто поднимая их с помощью троса с поверхности земли, подобно обычному лифту.
Правда, пока длина нанотрубок, которые мы умеем производить, измеряется лишь десятками миллиметров.

Целый класс интересных применений нанотрубок следует из их электромеханических свойств – например, способностью генерировать электричество при механическом воздействии на них и обратно. Так, если мы намотаем нанотрубку в виде соленоида на некое эластичное волокно, а потом станем это волокно сжимать и растягивать, будет вырабатываться электрический ток. При этом износ подобных систем при сжатии и растяжении ничтожен.

С помощью подобных «генераторов», которые получили название твистронов, можно преобразовывать в электричество практические любые периодические механические нагрузки: например, движение поверхности воды в процессе распространения по ней волн или даже движение человеческого тела (дыхание, движение ног при ходьбе и т.п.).

Что вы скажете о кроссовках, вырабатывающих при беге электричество для зарядки вашего телефона или плеера?

И наоборот: углеродные нити можно заставлять скручиваться и раскручиваться под действием тепла и света. Это открывает путь к созданию нового поколения электрических двигателей, и даже искусственных мышц, почти неподверженных износу.

И это далеко не всё: углеродные нанотрубки могут найти широкое применение в изготовлении новых поколений аккумуляторов и солнечных батарей, в электронике, медицине и так далее.

Именно поэтому исследованием свойств нанотрубок и способов их получения сегодня занимаются сотни научных коллективов по всему миру!

На видео – опыт по производству энергии нитью-твистроном и схематическое пояснение эффекта.

Добавление в горящую субстанцию (спирт) солей металлов окрашивает пламя в различные цвета, слева направо: литий, кальций, натрий, медь, стронций, калий.

Новая детализированная версия знаменитого фото сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики М87. Видны завихрённые потоки вещества аккреционного диска (материи, которую постепенно втягивает в чёрную дыру), напоминающие спирали галактик или... банальный водоворот в воронке ванны или раковины.

Кстати, сходство этих явлений является отнюдь не поверхностным: к образованию спиралевидных структур во всех трёх случаях имеют отношение сходные процессы - распространение упругих возмущений в жидкости и газе. Хотя есть и различие: к примеру, в аккреционном диске чёрной дыры ключевую роль играет магнитное поле.

​А знаете ли вы, что наше Солнце становится всё горячее и светит всё ярче?

По оценкам учёных в настоящее время Солнце увеличивает свою светимость на 1 % каждые 100 миллионов лет. Когда Солнце только образовалось, оно светило примерно на 30 % слабее, чем сегодня. К концу своей жизни на главной последовательности (перед превращением в красный гигант через 5 миллиардов лет) Солнце будет светить примерно на 70 % ярче, чем сейчас.

Но почему так происходит?

Солнце, как и любая другая звезда, существует в условиях равновесия двух сил: гравитации, стремящейся его сжать, и внутреннего давления, которое, наоборот, стремится расширить Солнце, увеличив его объём.

Это давление зависит от трёх основных параметров: оно пропорционально температуре, числу атомов, содержащихся внутри Солнца, и обратно пропорционально объёму Солнца.

При этом внутри Солнца постоянно идут термоядерные реакции, в которых ядра атомов водорода сливаются с образованием атомов гелия. Причём на образование одного ядра атома гелия расходуется, грубо говоря, четыре атома водорода. Иными словами, число атомов, из которых состоит Солнце, постепенно сокращается.

А значит, давление внутри Солнца постепенно уменьшается.

Чтобы скомпенсировать падение давления, Солнце постоянно немного сжимается. А при сжатии все газы нагреваются.

Возрастает и температура Солнца. С ростом температуры реакция термоядерного синтеза идёт ещё более интенсивно. Поэтому-то Солнце со временем светит всё ярче и ярче.

По оценкам учёных благодаря этому процессу Земля станет непригодной для жизни уже примерно через 1-1,5 миллиарда лет, превратившись в бескрайнюю пустыню без капли воды под плотным «одеялом» испарившихся океанов – в общем, Земля будет больше напоминать современную Венеру.

​Нейтронные звёзды – крайне интересные объекты: очень плотные (объём Земли при такой плотности составлял бы всего 1 кубометр!), очень горячие, очень быстро вращающиеся и окружённые очень мощными магнитными полями.

Не менее интересен и процесс рождения нейтронных звёзд на последней стадии жизни звёзд больших масс.

В ядрах звёзд материя сжата их гравитацией до сверхплотных состояний. Причём чем больше звезда, тем плотнее сжато вещество. Но у этого сжатия есть предел. Дело в том, что существует наиболее плотная упаковка электронов, из которых, наряду с нейтронами и протонами атомных ядер, состоит звёздное вещество. Когда этот предел достигнут (о природе этого предела мы тут говорить не будем, дабы не погружаться в дебри квантовой физики; кому интересно,можете погуглить про запрет Паули или дождаться соответствующего материала тут), сжать вещество больше не представляется возможным, какие бы давления мы не прилагали.

Именно в таком состоянии максимального сжатия пребывает вещество звёздных ядер на поздних этапах их эволюции.

Когда звезда окончательно сжигает всё своё термоядерное топливо, и термоядерные реакции внутри неё прекращаются, давление внутри звезды резко падает, и её объём начинает быстро сокращаться под действием её собственной гравитации. При этом сжимаются внешние слои вещества звезды - ядро, как мы уже говорили, сжать особо не получается.

При сжатии все газы нагреваются, и газ звёзд – не исключение. Когда же нагрев достигает определённых величин, начинается процесс, именуемый нейтронизацией.

Суть его следующая: электроны звёздного вещества начинают захватываться атомными ядрами, а точнее, содержащимися в них протонами. Поглотившие электроны протоны превращаются в нейтроны, попутно порождая нейтрино - "специальные" крошечные частички.

В результате концентрация электронов в звёздном ядре быстро и резко падает. Ядро снова становится сжимаемым, и за очень короткое время его объём резко сокращается примерно в миллиард (!) раз – до таких значений плотности, при которых наиболее плотной упаковки достигают уже нейтроны.

Мы помним, что при сжатии вещество нагревается, и температура ядра возрастает до миллиардов градусов. Кроме того, по закону сохранения момента импульса скорость вращения такого ядра резко возрастает.

В освобождённый сжавшимся ядром объём устремляется вещество из внешних слоёв звезды. Это крайне высокоэнергетический процесс, ведь в него вовлекаются массы, во много раз превышающие массу Солнца, причём скорость «падения» вещества может достигать четверти скорости света. Сталкиваясь с уплотнившимся ядром, потоки вещества как бы отражаются от него (как отскакивает от пола сброшенный с высоты мяч), устремляясь во внешнее пространство. Этому процессу также способствуют исходящие из ядра потоки нейтрино.

Разлёт вещества звезды, сопровождаемый сильным излучением, мы наблюдаем как взрыв сверхновой.

В результате основная часть массы звезды оказывается рассеянной в окружающем пространства в виде т.н. планетарной туманности. А сверхплотное ядро такой звезды, состоящее преимущественно из нейтронов, и образует то, что мы называем нейтронной звездой.

​Одним из феноменальных свойств воды заключается в том, что горячая вода в некоторых ситуациях способна замёрзнуть быстрее, чем холодная.

В современной физике оно фигурирует как эффект Мпембы – по имени танзанийского школьника Эрасто Мпембы, в 1963 году попросившего объяснить этот эффект британского физика Денниса Осборна.
Осборн усомнился в существовании феномена и предложил школьнику провести научный эксперимент.

Эксперимент полностью подтвердил правоту Мпембы, и Осборн в 1969 году опубликовал его результате в журнале Physics Education, дав старт 50-летней научной дискуссии о причинах данного явления.

Лишь в 2013 году эффект Мпембы получил приемлемое объяснение в работе группы учёных во главе с Зи Чангом из Наньянгского технологического университета Сингапура.
Авторы теории полагают, что всё дело - в наличии у воды двух типов связей между атомами и молекулами.

Помимо обычной ковалентной связи, соединяющей атомы водорода и кислорода в молекулу H2O, в воде существуют ещё и т.н. водородные связи между водородом и кислородом в соседних молекулах. Подробнее об этом можно почитать здесь.

Так вот: Зи Чанг считает, что водородные связи способны также объяснить и эффект Мпембы. Нижеследующее изложение будет сильно упрощённым, но, на мой взгляд, передаёт суть явления.

Межмолекулярные и межатомные связи похожи на действие упругих сил: можно представить себе, что молекулы и атомы связаны друг с другом специальными «пружинками». Каждый атом водорода связан с двумя атомами кислорода с помощью двух «пружинок» разной природы: с атомом водорода «своего» атома – с помощью более короткой, но более упругой «пружинки» ковалентной связи и более длинной, но более слабой «пружинки» водородной.

При этом из-за наличия водородной «пружинки» ковалентная оказывается растянута несколько сильнее – то есть, в ней запасено чуть больше энергии, чем это было бы для одиночной молекулы воды (в отсутствие водородных связей, для лучшего понимания смотрите картинку).

Чем больше температура воды – тем меньше в ней водородных связей (водородные «пружинки» попросту рвутся из-за того, что молекулы движутся слишком быстро). А значит, тем меньше энергия, запасённая в ковалентных связях-«пружинках».

При охлаждении жидкости в ней начинает устанавливаться всё больше водородных связей.
При образовании каждой новой водородной связи происходит процесс «растягивания» ковалентной "пружинки", на который расходуется энергия. Это приводит к дополнительному охлаждению – не вследствие процессов обмена теплом с окружающей средой, а вследствие внутренних процессов в самой воде. В результате вода охлаждается быстрее, чем должна была бы.

При этом в изначально менее нагретой жидкости уже существует большее количество установившихся водородных связей (и, соответственно, уже растянутых ковалентных «пружинок»). А значит, данный механизм «внутреннего охлаждения» для неё будет действовать менее выраженно.

Проще говоря, изначально процесс идёт так, как ему и положено идти: более холодная изначально вода остывает быстрее. Однако когда изначально более горячая жидкость достигает температуры около 5-8 градусов Цельсия, при которой начинают массово образовываться стойкие водородные связи, скорость её охлаждения существенно возрастает. И при определённых соотношениях начальных температур возможна ситуация, когда горячая вода на этом этапе охлаждения «обгонит» холодную и замёрзнет первой.

Впрочем, даже при правильно подобранных разницах температур эффект Мпембы проявляется достаточно слабо и существует множество причин, почему он может не проявиться вообще. Например, жидкость нужно охлаждать достаточно резко, к тому же используя небольшие сосуды.

Картинка ниже – иллюстрация из оригинальной статьи Зи Чанга. Белый шарик в центре – атом кислорода. Справа – атом водорода «своей» молекулы воды, соединённый с ним короткой пружинкой сильной ковалентной связи. Слева – атом водорода «чужой» молекулы воды, связанный с данным атомом кислорода длинной пружинкой слабой водородной связи.

​Мы уже говорили о том, что во Вселенной вращающиеся вокруг общего центра масс объекты имеют свойство располагаться в виде плоского диска. Есть и другое подобное правило: если некий компактный массивный объект в космосе активно притягивает к себе большие объёмы вещества, то с его полюсов фонтанируют струи вещества.

Наиболее широко известен данный эффект у чёрных дыр, особенно сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик: такие потоки ещё называют релятивистскими струями, или джетами.

Чёрные дыры звёздных масс тоже порождают подобные потоки - например, когда поглощают материю звезды, внутри которой рождаются.

Способны порождать подобное и нейтронные звёзды на ранних этапах своей жизни, когда они особенно горячи и быстро вращаются, порождая особо мощные магнитные поля. Правда, чаще они излучают не плазму, а потоки радио- или рентгеновского излучения.

Наконец, даже обычные звёзды на ранних этапаж своей эволюции, будучи окружёнными значительными массами вещества газопылевого облака, из которого появились, похоже, тоже способны порождать полярные фонтаны: они известны как объекты Хербига-Аро.

А теперь плохая новость: мы пока не понимаем механику возникновения полярных струй. Они определённо связаны с магнетизмом, гравитацией и гидродинамикой; но как именно? Пока это загадка, относительно разрешения которой существуют лишь достаточно абстрактные качественные представления. Но учёные работают над тем, чтобы понять, почему так происходит.