Quant
520 subscribers
7 photos
10 links
Авторский канал, посвящённый астрофизике и квантовой механике.

Подписывайтесь и расширяйте свои знания!
Download Telegram
Нильс Бор построил успешную модель атома водорода, используя квантовые представления (см. предыдущую статью).
Но распространить ее на другие элементы было невозможно.

Немецкий физик Вернер Гейзенберг считал, что модель Бора слишком привязана к обычному миру, и разработал такую модель квантовых частиц, которую увидеть вживую невозможно. Эта модель известна как матричная механика. Матрицы нельзя увидеть в живой природе, это не более, чем набор чисел. Но матрицы предсказывали поведение квантовых частиц очень точно (в 1932 г. В.Гейзенберг был удостоен Нобелевской премии «за создание квантовой механики»).

Автрийский физик Эрвин Шрёдингер тоже был охвачен идеей распространить квантовую модель на все частицы. Но понимал, что модель нужно визуализировать, чтобы сделать полезной. Шрёдингер рассматривал квантовые частицы как волны, поэтому разработанная в параллель матричной механике Гейзенберга, его модель называлась волновой механикой (Э.Шрёдингер поделил с П.Дираком Нобелевскую премию по физике «за открытие новых плодотворных форм атомной теории» в 1933 г.)

Другой физик, Макс Борн, понял, что уравнение Шрёдингера не дает в качестве решения точное положение квантовой частицы, оно дает вероятностное положение частицы на том или ином участке. Реальность квантовых частиц отличается от нашего мира, где мы можем узнать положение тела в определенное время. Квантовые частицы оказались расплывчатыми комками вероятности. (Максу Борну с запозданием была присуждена Нобелевская премия в 1954 г. «за фундаментальные исследования по квантовой механике, в особенности за статистическую интерпретацию волновой функции», которую он разделил с В.Боте).
Альберт Эйнштейн не верил в разумность квантовой теории.

Камнем преткновения стала теория вероятности нахождения частицы в некотором положении. «Эта теория говорит о многом, но все же не приближает нас к разгадке тайны Всевышнего. По крайней мере, я уверен, что Он не бросает кости» (Эйнштейн был атеистом, и, скорее всего, использовал слово «Бог» для обозначения организующего принципа Вселенной). Эйнштейн считал, что Вселенная работает на основе четких и конкретных принципов.

Вот некоторые его высказывания в отношении квантовой теории:

«Все уже продумано до конца, и по этому поводу я должен вежливо дать Вам подзатыльник»

«Эта теория мне немного напоминает набор иллюзий очень умного параноика, составленный из бессвязных фрагментов мыслей»

«Несомненно, квантовая механика впечатляюща. Но внутренний голос мне подсказывает, что она все же не является чем-то реальным»

«Моя физическая интуиция протестует против этого. Все-таки если отвергнуть предположение, что существующее в разных частях пространства имеет свое собственное, независимое, реальное существование, тогда я просто не могу понять, что именно должна описывать физика»

А как думаете вы? Есть ли логика и разумный смысл в словах Эйнштейна? Или квантовая теория имеет столько доказательств своего существования, что не может быть опровергнута?
Если ночью посмотреть на окно комнаты, в которой горит свет, то изнутри помещения вы увидите отражение комнаты в стекле. Но если выйти на улицу, можно посмотреть внутрь комнаты. Большая часть света проходит на улицу, а примерно 4% отражается обратно в комнату.

Когда фотон подходит к стеклу, откуда он знает, отразиться ему обратно или пройти насквозь? Что еще более странно, толщина стекла влияет на его прохождение.

Ньютон, считавший, что свет — это поток частиц, не смог объяснить избирательное отражение. Состояние стекла (царапины, потертости) на это не влияет. Сейчас-то мы знаем, что это квантовый эффект. Пройдет фотон или отразится — все полностью зависит от вероятности.

А толщина стекла имеет значение, потому что вероятность прохождения простирается до задней поверхности стекла, а значит, чем толще стекло, тем меньше вероятность прохождения фотона насквозь.
Вы когда-нибудь задумывались, насколько мы малы в масштабе Вселенной?

И речь даже не о самом человеке, как существе, а о нашем доме, галактике Млечный Путь (которая, по сути, огромна) — песчинке в просторах Вселенной. Посмотрите это видео: за 2 минуты вы узнаете насколько огромен мир, в котором мы живем.

https://youtu.be/nBwioWd97EE
Как определить, что именно считается планетой? Ведь объекты в Солнечной системе разнообразны, а под понятие «планеты» попадают только 8.

На самом деле, список планет менялся неоднократно. Обнаруженный в 1801 г. астероид Церера был поначалу принят за планету, а спустя десятилетия вычеркнут из этого списка. Плутон, найденный в 1930 г., тоже считался планетой, и довольно долго.

В итоге, чтобы прийти к общему пониманию, в 2006 г. астрономы сформировали список критериев для определения планеты. Например, она должна быть круглой и вращаться вокруг Солнца. Но самое главное, она должна держать под контролем свою орбиту, чтобы ее путь не пересекался с чьим-либо еще.

Поэтому Плутон не входит в список планет, так как орбита пересекается с орбитой Нептуна, к тому же он зависит от гравитации Нептуна. Специально для таких объектов был введен термин «карликовая планета».

В 2006 г. НАСА запустило к Плутону зонд «Новые горизонты», а в 2015 г. были получены его первые снимки. Зонд продолжает свое путешествие дальше, в пояс Койпера, чтобы обеспечить нас новыми знаниями и новыми загадками.
Фотография сделана 13 июля 2015 г. с расстояния 768 000 км от Плутона. Белую зону в нижней части снимка ученые окрестили «Большим сердцем».
Согласно теории относительности, каждый наблюдатель измеряет время по-своему. Из этого следует парадокс близнецов.

Один из пары близнецов отправляется в космос и путешествует со скоростью, близкой к скорости света, а его брат остается на Земле.

Из-за движения время в космическом корабле идет медленнее, чем на Земле. Так что по возвращении космический путешественник обнаружит, что его брат старше его самого.

На первый взгляд это противоречит здравому смыслу, однако были проведены эксперименты, подтверждающие этот парадокс.

Например, одинаковые точные часы помещают в 2 самолета. Один самолет летит вокруг Земли в западном направлении, другой — в восточном. Когда часы сравнили после полета, оказалось, что часы, летевшие на восток, немного отстали. То есть если хочешь прожить дольше, надо стараться лететь на восток, чтобы скорость самолета складывалась со скоростью вращения Земли. Только выигрыш во времени будет не столь большим, как хотелось бы — всего лишь микроскопическая доля секунды.
Совсем недавно был обнаружен новый секрет планеты Уран. Такой неожиданный результат был получен из данных Вояджера–2, который максимально приблизился к Урану 24 января 1986г. Даже из старых данных можно узнать что-то новое!

Подробнее читайте в статье:
https://habr.com/ru/post/497058/
В Ливингстоне (Луизиана) и Хэнфорде (Вашингтон) расположены лазерные установки* длиной в 4 км.
14.09.2015 г. в 05:51 по установке в Ливингстоне прошла дрожь. Через 6,9 миллисекунды она достигла установки в Хэнфорде. Этот момент оказался эпохальным в истории науки: через обе установки прошла гравитационная волна, рябь на поверхности пространства–времени, предсказанная Эйнштейном.

Когда-то, в далекой–далекой галактике, две огромные черные дыры кружили в танце, пока не столкнулись и не слились воедино. Масса, равная массе трех солнц, мгновенно исчезла и отправила во всех направлениях со скоростью света мощные гравитационные волны. Нашу планету эта волна настигла лишь в 2015 г.

В течение всей истории мы могли лишь наблюдать Вселенную, а теперь смогли и услышать.

Гравитационные волны доказывают, что пространство–время существует на самом деле, что оно может вздрагивать и сжиматься, распространяя рябь, как от камня, брошенного в воду.

Трем руководителям проекта LIGO – Р.Вайссу, Б.Бэришу, К.Торну – вручили Нобелевскую премию по физике за 2017 г.

* детекторы Лазерно–интерферометрической обсерватории гравитационных волн (LIGO)
LIGO — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория.
Глядя в небо, мы видим Солнце и Луну одинаковыми по размеру. Но на самом деле, Солнце больше Луны в 400 раз, но и находится по отношению к нам в 400 раз дальше, чем Луна.

Из-за такого удачного обстоятельства мы можем периодически наблюдать полное затмение: Луна проходит между Землей и Солнцем, закрывая собой Солнце и отбрасывая тень на Землю.

В Солнечной системе более 170 лун, но ни с одной другой планеты невозможно наблюдать полное затмение. Кроме того, мы живем не только на подходящей планете для наблюдения затмений, но и в удачное время.

Луна отдаляется от Земли (на 3,8 см ежегодно), поэтому в прошлом она казалась больше, а в будущем будет становиться меньше. Первые полные затмения появились около 150 миллионов лет назад, а еще через 150 миллионов лет их не будет вовсе.
13 марта 1781 г., английский город Бат.
Бывший музыкант родом из Германии Уильям Гершель рассматривает ночное небо и замечает странную размытую звезду. Сначала он думает, что это комета, но в последующие несколько дней она передвигается в созвездие Близнецов, и ее перемещение больше похоже на планетарную орбиту.

Так была открыта новая на тот момент планета, седьмая (в настоящий момент известная как Уран). Но Гершель был иммигрантом и хотел признания в новой стране, поэтому решил назвать планету звездой Георга в честь короля Георга III. Мало кто был согласен с этим названием. Поэтому астроном Иоганн Боде предложил назвать планету Ураном, в честь отца римского бога Сатурна, и эта идея прижилась. Если бы не эта идея, планеты назывались бы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и Георг.

На самом деле Уран был обнаружен задолго до этого и еще в 1690 г. ошибочно занесен Джоном Флемстидом в свой каталог как 34-я звезда в созвездии Тельца.

Открытие Урана стало настоящей сенсацией. Расстояние от Солнца до Урана в 2 раза больше, чем от Солнца до Сатурна, поэтому в один день размер известной Солнечной системы удвоился.
В начале 2016 г. два астронома из США, Константин Батыгин и Майк Браун, заявили, что вокруг Солнца вращается девятая, ранее неизвестная планета. До 2006 г. девятой планетой был Плутон, но затем его понизили до статуса «карликовой планеты» ( М.Браун сыграл важную роль в «понижении» Плутона: в 2005 г. он открыл Эрис, ледяное небесное тело, примерно равное по размерам Плутону. Кроме того, планета должна соответствовать еще некоторым другим критериям. Поэтому Плутон оказался не более чем одним из крупнейших объектов в поясе Койпера).

Доказательством существования девятой планеты служит странное поведение объектов в поясе Койпера. Шесть его самых далеких объектов имеют очень вытянутые орбиты, которые направлены примерно в одну точку. Кроме того, у них одинаковое отклонение (примерно 30°) от плоскости, в которой движутся остальные восемь планет. По версии Батыгина и Брауна эти аномалии объясняются гравитационным воздействием девятой планеты.

Девятая планета должна быть не только огромной (диаметром в 3,7 раза превышающий земной), но и очень далекой — расстояние от нее до Солнца в 20 раз больше расстояния от Солнца до Нептуна. Девятая планета движется по очень вытянутой орбите, приближаясь на расстояние равное семи расстояниям до Нептуна и удаляясь на дистанцию равную 30 расстояниям до Нептуна. Поэтому полный оборот вокруг Солнца она делает за 15 000 лет.

Девятая планета могла сформироваться вместе с остальными планетами, а затем отлететь на дальнюю орбиту из-за столкновения с зародышами Юпитера или Сатурна. Или же, ранее эта планета вращалась вокруг другой звезды, ведь находясь недалеко друг от друга, звезды могли обмениваться планетами.

Так как планета находится на очень далеком расстоянии, она не отражает солнечный свет, поэтому, чтобы ее заметить необходим крупнейший телескоп, например пара десятиметровых телескопов в обсерватории Кек, Гавайи. Или же ее можно засечь с помощью инфракрасного телескопа, который чувствителен к тепловым волнам, ведь температура на поверхности, по мнению ученых, составляет –226°С.
В конце 1960–х гг. астрономы В.Рубин и К.Форд изучали спиральные галактики. Такая модель составляет около 15% от общего числа галактик, и к ней относится наш Млечный Путь. Рубин и Форд хотели выяснить скорость вращения звезд в спиральных галактиках относительно их центра.

Астрономы ожидали, что звезды на границе спирали будут вращаться медленнее, подобно планетам в Солнечной системе, но оказалось, что скорость звезд на всех орбитах оставалась постоянной.

Судя по всему, каждая спиральная галактика окружена облаком темной материи, которая либо вообще не излучает свет, либо излучает недостаточно для того, чтобы ее могли зафиксировать приборы. И именно эта темная материя удерживает вместе звезды.

Свидетельствами существования темной материи являются не только спиральные галактики. Все галактики образовались потому, что во время Большого взврыва какие-то области огненного шара оказались более плотными. Эти области из-за силы притяжения накапливали материю быстрее, чем другие. Но даже 13,82 млрд лет не хватило бы для формирования такой огромной галактики как Млечный Путь. Значит должно существовать больше материи, чья гравитация ускорила рождение галактик.

Видимая материя составляет 4,9% энергии массы в нашей Вселенной, темная материя – 26,8%. Оставшиеся 68,3% приходятся на темную энергию.

Что из себя представляет темная материя – неизвестно. Некоторые считают, что она состоит из неизвестных субатомных частиц, некоторые – из неизвестных фундаментальных частиц, которые не испускают свет.

Если вы разгадаете природу темной материи – ваша Нобелевская премия ждет вас в Стокгольме.
Друзья! Не забывайте заглядывать на мой профиль @proquant на сайте habr.com.

Время от времени я подготавливаю переводы сенсационных или увлекательных статей, которые публикую именно там.

Вот 2 статьи, которые не были афишированы на канале:

1. Две ошибки Эйнштейна.
2. Почему астрономы сомневаются, что в Солнечной системе есть неоткрытая Девятая планета.

Я надеюсь, что обе статьи вам понравятся.
Приятного чтения!
Однажды Ньютону пришла в голову мысль: что, если гравитация — универсальная сила, которой подвержены все частицы материи без исключения? Но почему тогда яблоко падает на Землю, а Луна — нет?

Представьте пушку, из которой выстрелили ядром. Сначала оно будет лететь горизонтально, а затем упадет на землю. Если взять пушку побольше, которая сможет придать ядру большее ускорение, то ядро пролетит дольше. А теперь представьте огромнейшую пушку, которая выстрелит ядром со скоростью 28 080 км/ч. Для этого ядра основную роль будет играть искривление земной поверхности. Ядро с такой скоростью будет пытаться упасть на землю, но поверхность будет уходить из-под него, и оно так и останется в свободном падении, ни разу ее не коснувшись.

Так и Луна постоянно падает по кругу. И Луна, и яблоко делают одно и то же. Только у яблока нет скорости, направленной параллельно Земле, а у Луны — есть.

Многие верят, что космонавты не падают обратно на Землю, потому что там нет гравитации. На самом деле на МКС гравитация составляет 89% земной, и космонавты находятся в постоянном падении.

Гравитация действует между любыми клочками материи: между вами и проходящим мимо человеком, между вами и вашим мобильным телефоном в кармане и тд. В таких ситуациях сила гравитации слишком мала, чтобы дать визуальный эффект. Гравитация становится видна только для тел 400-600 км в диаметре.

Гравитация — это взаимная сила, которая действует для обоих объектов. Земля воздействует на наше тело, а наше тело — на Землю. Но тела с большей массой сильнее сопротивляются попыткам сдвинуть их с места. Земля тоже начинает падать навстречу вам или яблоку, только это падение незаметно.
В ЦЕРНе, Европейской лаборатории физики элементарных частиц, расположенной около Женевы, находится Большой адронный коллайдер (БАК), который разгоняет субатомные частицы до огромных скоростей.

Но раньше на месте БАКа стоял другой ускоритель частиц, Большой электрон-позитронный коллайдер (БЭПК), в котором электроны сталкивались с позитронами. В 1992 г. физики обнаружили, что с энергией пучков частиц происходит что-то необычное.

Каждые 25 часов частицы отклонялись от своего пути, а затем возвращались на место. Для того чтобы частицы не вырвались за пределы кольца, физикам приходилось понемногу увеличивать энергию частиц, а затем уменьшать до исходной. Изменение было небольшим, всего 0,01%.

Почему аномалия происходила каждые 25 часов? Спустя время, физики нашли ответ: это влияние приливов и отливов, связанных с положением Луны, возникающих дважды каждые 25 часов. Поэтому в породе, внутри которой находился БЭПК, дважды за 25 часов образовывался приливной горб. Породе приходилось сначала расширяться, тем самым сжимая кольцо, где был БЭПК, затем кольцо снова расширялось. Земля поднималась всего на 25 см, окружность БЭПК уменьшалась почти на миллиметр. Но и этого было достаточно, чтобы частицы сбивались со своего пути.

Данный эффект ощущался сильнее всего при полнолунии и новолунии, когда Солнце и Луна находились на одной линии и усиливали влияние на Землю.
В настоящее время мы пользуемся огромным количеством технических чудес, но мало кто задумывается над тем, что стало причиной этого изобретения, кому первому пришла в голову мысль о  сотворении чего-то нового, сколько было неудачных попыток перед тем, как покорить мир.

Спутниковое телевидение, телефонная связь, метеорологические спутники, автомобильная система спутниковой навигации GPS — все это стало таким обыденным и непримечательным...

Но покажи эти творения людям, жившим даже в начале 20-го века, они бы показались им поразительными. Даже в 1930-е гг. большинство людей были уверены, что космические полеты невозможны в принципе, что уж говорить о возможности пребывания человека в космосе.

Вот некоторые цитаты скептиков тех годов, которые не могли даже предположить, насколько они неправы:

"Эта глупая идея стрелять в Луну — пример того абсурда, до которого порочная специализация может довести ученых. Чтобы вырваться из земного притяжения, снаряду нужна скорость 7 миль в секунду. Тепловая энергия при такой скорости равна 15 180 калорий. Исходя из этого, такое предприятие представляется фундаментально невозможным" — А. Бикертон, профессор химии, 1926 г.

"Я дерзну сказать, что путешествие на Луну силами человека не произойдет никогда, несмотря ни на какие научные достижения" — Ли де Форест, изобретатель электронной лампы, 1957 г.

"Нет никакой надежды реализовать фантастическую идею достичь Луны, потому что барьеры, связанные с необходимостью освобождения от притяжения Земли, непреодолимы" — Ф.Моултон, астроном, 1932 г.

Вот так, несмотря на зашоренность взглядов и возражения, человеческие умы смогли реализовать то, что казалось невозможным. На данный момент человек исследовал только ближайшую к нам область пространства, очень и очень малую, по сравнению с масштабами Вселенной. Мы даже не побывали ни на одной из ближайших планет. Да и долететь до ближайшей звезды не представляется сейчас возможным, в полете потребуется провести сотни лет при существующем техническом прогрессе. Но человек уже начал свой путь, а значит, все еще впереди.
Совсем скоро (ориентировочно в 23:55 по московскому времени) марсоход NASA Perseverance совершит посадку на поверхность Марса в районе кратера Езеро.

Подключайтесь и наблюдайте за процессом в прямом эфире: https://www.youtube.com/watch?v=gm0b_ijaYMQ