​Вспышка звезды Бетельгейзе как сверхновой должна выглядеть примерно так: яркость вспышки будет такой, что затмит даже Луну в полнолуние, и в целом вспышка будет видна даже днём.

Звезда Бетельгезе расположена на расстоянии примерно 600 световых лет от нас - это один из ближайших кандидатов в сверхновые в нашем звёздном окружении.

Знаменитая сверхновая Тихо Браге располагалась в 7,5 тысячах световых лет от Земли, сверхновая Кеплера в 1604 году - в 13 тысячх световых лет, сверхновая SN 1987A, самая "свежая" из тех, которые можно было наблюдать невооружённым взглядом - в 168 тысячах световых лет.

Мы точно знаем, что звезда Бетельгейзе скоро взорвётся: этот красный гигант с массой примерно в 15 масс Солнца уже вступил в финальную стадию своего развития. Увы, "скоро" по астрономическим понятиям - явление относительное: звезда Бетельгейзе точно взорвётся в течение ближайшего миллиарда лет, с высокой вероятностью не переживёт ближайших 100 тысяч лет. Некоторые астрономы полагают, что взрыв может произойти уже в ближайшие 50 лет, но эта точности кажется слишком смелой для подобных прогнозов.

С другой стороны, они дают надежду, что мы с вами, дорогие читатели, сможем своими глазами пронаблюдать за этим величественным зрением.

Благо, никакой опасности для Земли оно не несёт: для того, чтобы взрыв сверхновой нёс какую-то угрозу для Человечества, звезда, его породившая, должна располагаться хотя бы в 100 световых годах от нас.

Не физика, но занятная геометрическая задача: известны длины отрезков, расположенных так, как показано на рисунке. Надо найти длину стороны шестиугольника.

​Не дайте себя обмануть: полёт Unity-22 компании Virgin Galactic не является космическим полётом.

В современной терминологии космическим считается полёт на высоту свыше 100 километров, тогда как Unity-22 поднялся лишь на 86. Скорость, которую он набрал в ходе полёта, составила порядка 1 км/с, тогда как скорость, необходимая для выхода на устойчивую околоземную орбиту - почти 8 км/с.

Особенно умиляет фраза про то, что "экипаж мог на несколько минут почувствовать невесомость": это состояние легко достигается на борту самого обычного самолёта на высоте в пару километров во время пикирования. Грёбаный стыд.

Ну, оно и понятно, брать по 250 килобаксов (или сколько там?) за достаточно банальный мезосферный полёт как-то тупо, а если назвать всё это полётом в космос, то вроде бы как и ничего.

Добавим, что рыночная стоимость Virgin Galactic составляет порядка 12 миллиардов долларов - деньги, которых хватило бы на финансирование солидной части исследований и разработок по лунной или марсианской программе, если бы они не были заморожены в совершенно беспонтовом с научно-технической точки зрения проекте.

Эффект Лейденфроста позволит вам пожарить идеальную яичницу и не только это!

Суть эффекта довольно проста: если жидкость помещают на поверхность, нагретую до температуры, существенно превышающей температуру её кипения, жидкость в месте контакта с поверхность начинает бурно испаряться.

Причём испарение идёт настолько бурно, что образовавшийся пар не успевает выйти наружу. В результате между жидостью и горячей поверхностью создаётся слой пара - эдакая паровая подушка, препятствующая передаче тепла от поверхности к жидкости.

Благодаря эффекту Лейденфроста жидкость на очень горячей поверхности может испаряться дольше, чем на менее нагретой, где такой эффект не возникает.

А вот это видео просто великолепно демонстрирует нам явление под названием "принцип минимума потенциальной энергии" - в данном случае, энергии поверхностного натяжения капель галлия - металла, являющегося жидкостью при температуре выше 30 градусов Цельсия.

Когда металл выпрыскивают из шприца, струя имеет форму цилиндра. Она легко распадается на отдельные сферические капли, потому что суммарная поверхность (и, соответственно, поверхностная энергия!) множества сферических капель меньше, чем площадь поверхности цилиндра такого же объёма. То есть, данный процесс энергетически выгоден - и он происходит. Дробление струи (не только галлия, но и любой жидкости) на капли носит название эффекта Рэлея Плато.

Но потом множество этих капель начинает объединяться, сливаясь в одну каплю большего объёма. Всё потому, что площадь одной сферической капли меньше площади множества капель такого объёма, а значит, процесс их слияния, снова-таки, энергетически выгоден - и он происходит!

Познавательно и залипательно!

Знаменитое в этих ваших (в т.ч. зарубежных) интернетах видео про сурового русского сталевара, разбивающего голой рукой струю расплавленного металла - это тоже проявление эффекта Лейденфроста: влага с поверхности кожи мгновенно испаряется, создавая своеобразный защитный слой пара, не допускающий контакта кожи с металлом непосредственно. Разумеется, воды на коже немного, и она быстро испаряется. Стоило бы сталевару задержать руку на долю секунды дольше - и он получил бы серьёзный ожог.

Так что не пытайтесь повторить это дома!

Ещё одно интересное проявление эффекта Лейденфроста - "капелька-экскаватор".

Если мы капнем немного воды на очень горячую сыпучую среду (например песок или, как в данном случае, стеклянную пудру), то в месте контакта с песком вода капли начнёт интенсивно испаряться. Пар, как в классическом эффекте Лейденфроста, создаст подушку, изолирующую каплю от прямого контакта с горячей поверхностью.

Но пар будет подниматься вверх, и его потоки будут увлекать с собой частички сыпучей среды. Вместо "улетевшего" пара капля будет испарять новые его порции, которые будут увлекать всё больше и больше песка. И когда капля испарится полностью, в месте, где она упала, образуется аккуратная ямка.

Учёные полагают, что в недрах Нептуна могут идти "дожди" (ну, скорее "град") из алмазов.

В центральных областях данной планеты атмосферное давление может достигать 1,5 миллиона атмосфер, а температура - 5000 градусов. В этих условиях составляющий значительную часть атмосферы Нептуна метан должен разлагаться на водород и углерод, а последний затем должен кристаллизоваться, причём именно в виде алмазов: собственно, земные алмазы получаются в таких (и даже более мягких) условиях.

В отличие от VSS Unity основателя Virgin Group Ричарда Бренсона, New Shepard Джеффа Безоса действительно совершит почти настоящий космический полёт: по планам ракета поднимется на высоту более 100 км, т.е. пересечёт т.н. линию Кармана, по международным договорённостям являющуюся границей космического пространства.

"Для полного счастья", а точнее, для права считаться полноценным космическим полётом рейсу New Shepard не будет доставать только скорости, которая в пике будет всё-таки меньше первой космической, т.е. достаточной для выхода на орбиту Земли. По сути New Shepard совершит "нырок" в космос, после чего капсула с пассажирами вернётся на Землю.

​Запущенный 21 июля на МКС российский модуль "Наука" имеет в своём составе 30 мест для размещения различного оборудования, а также инфраструктуру для функционирования станции. С "Наукой" космонавты российского сегмента МКС получат каюту для третьего члена экипажа, второй туалет, манипулятор для работы в открытом космосе без выхода туда членов экипажа и многое другое.

С помощью модуля "Наука" предполагается провести целый ряд научных экспериментов. Например, в эксперименте "Вампир" изучат возможности по выращиванию в невесомости кристаллов для инфракрасных датчиков с уникальными характеристиками. Также попробуют выращивать кристаллы полупроводников нового тира (фуллеренов). Эксперимент «Витацикл-Т» призван изучить режимы оптимального выращивания растений в космических оранжереях, эксперимент «БТН-Нейтрон 2» будет исследовать потоки нейтронов в околоземном пространстве и т.п. Одним из наиболее интересных экспериментов будет эксперимент "Капля-2" - тестирование установки капельного излучателя-холодильника, который может найти своё применение на борту проектируемого российского ядерного буксира.

Небольшие тёмные облачка вроде тех, что можно заметить на этом фото - так называемые глобулы Бока, внутри которых формируются молодые звёзды.

Как известно, звезда образуется в результате сжатия облака межзвёздного газа под действием собственной гравитации. Но для этого, чтобы этот процесс запустился, облако должно быть достаточно плотным (иначе силы гравитации для этого просто не хватит) и к тому же достаточно холодным (иначе гравитация не сможет преодолеть хаотическое тепловое движение молекул газа).

Именно поэтому глобулы Бока выглядят тёмными пятнами: они, с одной стороны, не пропускают падающий на них свет других звёзд, так как очень плотные, а с другой - не излучают ничего сами из-за низкой температуры.

Когда газ рождающейся звезды сожмётся достаточно сильно для образования "тела" звезды и из-за этого сжатия разогреется достаточно для того, чтобы начать активно излучать, световое излучение рождающейся звезды постепенно рассеет глобулу, и звезда станет видимой,что ознаменует рождение нового светила.

Могут ли существовать планеты, имеющие не привычную нам шарообразную форму, а форму бублика? Расчёты показывают, что это возможно!

И это не какое-то там научное фричество: над проблемой конструктивно работали ещё такие монстры, как Ньютон, Якоби, Маклорен, Чандрасекар, Пуанкаре и другие.

Их выводы однозначны: устойчивое существование планет, имеющих форму бублика (тора) возможно. Правда, лишь в достаточно узком диапазоне соотношения параметров таких планет. Например, радиус от центра бублика" до его внешнего края должен быть не более чем втрое больше радиуса самого "тела" бублика: проще говоря, планета-бублик должна быть достаточно толстой и с маленькой центральной "дыркой". Кроме того, скорость вращения бублика должна быть достаточно большой, чтобы центробежные силы предотвратили схлопывание бублика в элипсоид.

Проще говоря, планеты-бублики могут существовать в реальности. Другое дело, что вероятность их возникновения является очень небольшой, и не факт, что мы когда-либо встретим такую планету.

Примерно так может выглядеть звёздное небо Земли через 4 миллиарда лет, когда наша галактика Млечный Путь столкнётся с соседней галактикой Андромеды.

​О чёрных дырах слышали, наверное, все, а мы с вами неоднократно обсуждали их необычные свойства. Интересующиеся физикой, возможно, слышали также о белых дырах – областях пространства, в которые ничего не может попасть извне. Но, как предполагают физики, может существовать и ещё один «дырообразный» объект – так называемые серые дыры, или Q-звёзды. Объяснение того, что могут представлять собой серые дыры, придётся начать немного издалека.

Ядра атомов наиболее простых элементов способны сливаться с выделением энергии. Этот процесс именуется ядерным синтезом, и происходит он потому, что у более массивного ядра энергия оказывается ниже, чем суммарная энергия двух более мелких ядер. Но так происходит лишь до определённого предела, именуемого «железным пиком»: элементы тяжелее железа и никеля перестают выделять энергию при слиянии и начинают её поглощать, а выделяется энергия, напротив, при делении ядер таких элементов на более простые конструкции. Такой процесс именуется ядерным распадом.

Но нам в данном случае интересны как раз элементы «железного пика», и в первую очередь изотоп никель-62: ни рост, ни уменьшение числа частиц для него не являются энергетически выгодными.

Уникальные свойства никеля-62 объясняются «идеальным балансом» составляющих его протонов и нейтронов. Однако теоретически подобные «идеально сбалансированные» объекты можно создать и из других частиц. Особый интерес представляют структуры, которые физики назвали Q-шарами – устойчивыми конфигурациями из т.н. бозонов. Бозонами называют частицы, имеющими целый спин (0, 1, 2 и т.п.). Мы сейчас не будем вдаваться в пояснение того, что такое спин, запомним лишь, что у бозонов он целый, тогда как частицы с полуцелым (1/2, 3/2, 5/2 и т.п.) спином называются фермионами: именно фермионами являются такие привычные нам «кирпичики» материи, как протон и нейтрон.

И если фермионы способны формировать стабильные структуры типа никеля-62 лишь из малого количества частиц, то стабильные бозонные конструкции в теории можно собрать из практически сколь угодно большого числа «деталей». Такие гипотетические конструкции и получили название Q-шаров (q-balls).

Свойства Q-шаров должны быть достаточно занятными. Ни присоединение к нему других частиц, ни распад частиц, из которых он состоит, ни разделение Q-шара на более мелкие объекты будут энергетически невыгодными, то есть невозможными. То есть, находящийся в покое Q-шар может существовать практически вечно.

Как мы сказали выше, не существует принципиальных ограничений на максимальную массу Q-шара – теоретически она может достигать звёздных масс или даже в миллионы раз превосходить её. Такие массивные космические Q-шары называют Q-звёздами, или, собственно говоря, серыми дырами.

В отличие от чёрных дыр, поглощающих материю и не выпускающих её наружу и гипотетических белых дыр, выбрасывающих материю и не пускающих её внутрь, серые дыры ничего не поглощают и не излучают. То есть, они являются «идеальными невидимками», которые взаимодействуют с окружающим миром лишь посредством гравитации. В этом смысле внешне серая дыра должна выглядеть почти так же, как чёрная, являясь при этом принципиально другим по своей природе объектом.

Но это лишь теория. А для того, чтобы утверждать, существуют ли Q-звёзды на самом деле, нам надо обнаружить на просторах Вселенной хотя бы один такой объект. Что представляет собой весьма нетривиальную задачу: мало того, что звезду-невидимку надо как-то обнаружить, её ещё нужно отличить от чёрной дыры, что представляет собой весьма нетривиальную задачу.

Возможно, астрофизики уже нашли подтверждение существования Q-звёзд: 21 мая 2019 года гравитационные обсерватории LIGO и Virgo зафиксировали слияние двух объектов, которые, возможно, являются серыми дырами.

Почему же физики так хотят найти подтверждение существования серых дыр? А потому, что, благодаря своим свойствам, они являются отличными кандидатами на роль тёмной материи – одной из наиболее актуальных проблем современной науки. О том, что это такое и почему ей уделяется столько внимания, мы поговорим как-нибудь в другой раз.

​Что такое спин частицы и зачем он нужен физикам?

Практически всякий раз, когда мы с вами обсуждали вещи, связанные с квантовой физикой, мне приходилось прилагать немало усилий, чтобы избегать наиболее специфических понятий данной дисциплины. Одной из вещей, с которой в этом смысле было больше всего хлопот, была такая характеристика элементарных частиц как спин.

Термин происходит от английского to spin – вращаться. На самом деле в квантовой механике и физике элементарных частиц ничего ни вокруг чего не «вращается»: понятия траектории движения с точки зрения данной дисциплины вообще не имеют смысла.

Говоря научным языком, спин характеризует симметрию функции, которая описывает состояние системы, в данном случае – элементарной частицы. Если попытаться перевести это на привычный нам язык, то спин показывает, на какую долю угла в 360 градусов надо повернуть частицу вокруг своей оси, чтобы она оказалась в состоянии, неотличимом от изначального.

Тоже не очень понятно? Тогда поясним на примере.

Возьмём шарик. Шарик круглый и совершенно симметричный. Как его ни крути, он выглядит одинаково. «Спин» шарика равен 0.

Теперь возьмём заточенный карандаш. Если мы начнём его вращать вокруг оси, перпендикулярной оси самого карандаша, то для того, чтобы он вернулся в изначальное положение, ему надо совершить один полный оборот на 360 градусов. «Спин» заточенного карандаша равен 1.

А вот если бы карандаш не был заточен (оба конца одинаковы), то нам достаточно было бы повернуть его на 180 градусов, т.е. на ½ от 360 градусов. «Спин» незаточенного карандаша равен 2.

Сложнее представить себе, как будет выглядеть предмет со «спином» ½ (а именно к таким частицам относятся главные кирпичики привычного нам вещества – протон, нейтрон, электрон, из которых состоят атомы).

Действительно, следуя вышеописанной логике, получается, что вернуть такой предмет в изначальное положение можно, обернув его вокруг своей оси дважды (одного полного оборота будет недостаточно). На самом деле, если хорошенько подумать, примеры такие найти можно. Взять хотя бы обычный четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, гифку с иллюстрацией работы которого я приложу к этой публикации. Вал повернулся на 360 градусов, и поршень вроде бы вернулся в первоначальное (верхнее) положение. Однако состояние системы в целом отличается от первоначального: клапаны находятся в другом положении. А чтобы полностью вернуться в начало цикла, нам нужно, чтобы вал совершил ещё один оборот, т.е. в общей сложности провернулся на 360 градусов дважды.

Важно понимать, что вышеизложенная аналогия – лишь аналогия. Квантовые частицы не имеют «формы» в привычном нам понимании и никто их вокруг своей оси не вращает просто потому, что никакой «своей оси» у них нет. И в целом физики мало задумываются о том, что такое спин на самом деле. Просто вот у частицы есть вот такая характеристика, которая определяет её свойства. Зная её, мы сможем правильно записать уравнение, решение которого позволит нам понять, как это частица поведёт себя в той или иной ситуации. Записали? Отлично. Решаем. Старый-добрый принцип «заткнись и считай», и что характерно, он работает.

Так вот. Оказывается, что свойства частиц с целым (0, 1, 2) и полуцелым (1/2, 3/2, 5/2 и т.п.) спином сильно отличаются друг от друга. Собственно, частицы с целым спином называют бозонами (в честь Шатьендраната Бозе, первым сформулировавшего статистические законы существования систем таких частиц, т.н. статистику Бозе-Эйнштейна), а частицы с полуцелым спином – фермионами (в честь проделавшего для них аналогичную работу Энрико Ферми).

В чём различие? Оно простое: в одной и той же системе в одном и том же состоянии может находиться не более одного фермиона (т.н. запрет Паули), но любое количество бозонов. Из-за этого системы таких частиц ведут себя очень по-разному.

Но об этом мы поговорим в следующий раз.

Так выглядит изнутри новый модуль "Наука" российского сегмента МКС.

​Большой Разрыв: самый "быстрый" сценарий конца Вселенной

Среди различных сценариев того, каким образом закончит своё существование Вселенная, какой мы её знаем, несколько особняком стоит так называемый сценарий Большого Разрыва. Суть его в следующем.

Мы достаточно точно знаем, что Вселенная расширяется. Причём это расширение не похоже на разлёт осколков взорвавшейся бомбы: далёкие галактики, вообще говоря, не улетают от нас, а само разделяющее нас пространство как бы разбухает, в связи с чем расстояние между космическими объектами увеличивается.

Скорость удаления некоего космического объекта от наблюдателя пропорциональна текущему расстоянию между ними и равно произведению этого расстояния на константу, известную как постоянная Хаббла.

Самое интересное, что, по крайней мере, в теории, эта скорость не ограничена скоростью света, так как речь идёт не о "настоящем" движении.

А ещё скорость расширения Вселенной, похоже, увеличивается, то есть, постоянная Хаббла постепенно растёт со временем. А это значит, что однажды даже те объекты, которые сегодня улетают от нас пусть и с большой, но существенно до световой скоростью, однажды преодолеют световой барьер относительно земного наблюдателя.

С точки зрения этого наблюдателя объект, удаляющийся от него со скоростью, превосходящей скорость света, принципиально никак невидим и необнаружим. Никакой сигнал (электромагнитный, гравитационный и т.п.), испущенный таким объектом, не сможет достичь наблюдателя, так как расстояние, которое ему предстоит преодолеть, увеличивается быстрее, чем этот сигнал движется.

Для самого объекта при этом по сути ничего не изменится. С его точки зрения исчезнем мы, тогда как сам он будет в полном порядке. По сути, с этого момента мы с этим наблюдателем начнём жить в разных, не связанных друг с другом Вселенных.

И более того: чем больше времени пройдёт и чем сильнее вырастет постоянная Хаббла, тем более близкие объекты будут «исчезать с радаров». Сначала это будут наиболее удалённые галактики и их скопления и сверхскопления, затем – скопления и сверхскопления поближе, потом – уже галактики нашего региона Вселенной, затем – ближайшие к нам галактики. Затем эффект начнёт проявляться уже на галактических масштабах: за световой барьер начнут уходить уже звёзды нашей обственной галактики. Сама галактика при этом, вероятно, разрушится, так как составляющие её объекты перестанут быть гравитационно связанными.

Затем настанет очередь звёздных систем: планеты сначала на периферии, а затем и всё ближе к самой звезде начнут уходить за световой барьер, теряя связь с родительской звездой.

Потом эффект Большого Разрыв начнёт проявляться уже на некосмических расстояниях: терять взаимосвязь друг с другом станут различные части, к примеру, одной и той же звезды. Гравитация перестанет больше удерживать их в одно целое, и звёзды начнут распадаться и гаснуть.

А в конце концов эффект коснётся уже межатомных масштабов: даже сложные молекулы, а потом и составные атомы больше не смогут существовать, так как их составляющие не смогут больше взаимодействовать друг с другом.

В итоге известная нам Вселенная распадётся на бесчисленное множество пузырьков пространства-времени, не имеющих никакой связи с соседями.

Стоит отметить, что, согласно имеющимся расчётам, это может случиться уже через 20-25 миллиардов, т.е. порядка 2 на 10 в 10 степени лет. Причём от момента, когда «с радаров» начнут пропадать наиболее удалённые галактики до момента, когда распадутся атомы вещества, пройдёт всего около миллиарда лет.

Это, пожалуй, наиболее быстрый сценарий конца света из существующих: другие отводят нашей Вселенной как минимум около 10 в 30 или даже 10 в 100 степени лет существования в более ли менее привычном сегодня виде.

Впрочем, это неточно. В научных кругах нет настоящей определённости в отношении даже того, действительно ли Вселенная расширяется с ускорением – уж не говоря о том, будет ли она делать это в будущем. Так что реалистичность такого сценария пока под вопросом – а точнее, нуждается в дальнейших исследованиях.