Новости науки
Центр малых планет Международного астрономического союза распространил информацию о том, что 12 октября на расстоянии 88 тысяч километров от Земли пролетит астероид размером 30 метров. Астероид получил обозначение 2012 ТС4 и был замечен 4 октября на Гавайских островах в обсерватории Pan-STARRS. В течении всех 19 наблюдений специалисты получили все данные об астероиде.
По предварительным подсчетам ученых, размер астероида составляет от 9 до 28 метров. Небесное тело пролетит в пятницу в 05.29 по Гринвичу на минимальном состоянии от Земли в 88 тысяч километров или 0.23 радиуса орбиты Луны.
Также в это воскресенье рядом с Землей пролетел еще один астероид размером в 24-55 метров. Он был открыт 5 октября в США штат Аризона в обсерватории Тенагра и получил от открывателей временное название ТСТ501. В настоящее время открытие астероида было подтверждено в Центре малых планет. Небесное тело получило название 2012 TV. Данный астероид пролетел в воскресенье в 18.04 на расстоянии до Земли в 254 тысячи километров, что составляет 0,6 от дистанции до Луны.
Белорусские ученые фокусу американского иллюзиониста Дэвида Блейна не удивляются
“Смертельный трюк” подходит к завершению на одном из пирсов Нью-Йорка. Иллюзионист Дэвид Блейн третьи сутки стоит на специально установленной колонне под напряжением в 1 миллион вольт. Молнии непрерывно бьют в него из установленных вокруг колонны семи электрических трансформаторов. Одетый в кольчугу из нержавеющей стали и шлем с козырьком Блейн легко отводит их руками и успевает общаться со зрителями. Понаблюдать за шоу, которое получило название “Наэлектризованный: под постоянным напряжением в миллион вольт” могут все желающие: в интернете ведется прямая трансляция происходящего.
По сообщению информационных агентств, перед началом опыта Блейн “выразил надежду, что его трюк вдохновит школьников на изучение физики”.
— Секрет фокуса понятен каждому, кто знает о клетке Фарадея, — объяснил корреспонденту “НГ” доктор физико-математических наук Евгений Толкачев. — Это устройство, изобретенное английским физиком и химиком Майклом Фарадеем еще в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Принцип работы клетки Фарадея прост: при попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрическое поле свободные электроны оболочки начинают двигаться под воздействием этого поля. В результате противоположные стороны клетки приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее воздействие. То есть внутри клетки электрического поля нет.
По мнению моего собеседника, некоторую опасность для здоровья фокусника трюк представляет: при большом напряжении переменные токи могут проникать внутрь. Но современный человек постоянно подвергается такому риску, если ездит в троллейбусах, пользуется мобильной связью и живет в комнате, опутанной электрическими проводами.
Евгений Толкачев — физик-теоретик, заместитель председателя рабочей группы по проведению экспертизы предложений, поступающих в НАН Беларуси и претендующих на статус открытий, основанных на пересмотре современных научных представлений. Он отдает должное американскому иллюзионисту не только за рекламу школьных уроков физики, но и за помощь в спорах с авторами лженаучных теорий. Несколько лет назад один из них утверждал, что сила гравитации имеет электрическое происхождение. В случае верности его научных выводов Блейн, как любой другой человек в клетке Фарадея, уже взлетел бы.
В 1938 году один из самых великих ученых того времени снял все свои деньги и пропал без вести во время путешествия на корабле, который направлялся из Полермо в Неаполь.
Покончил ли он жизнь самоубийством, был ли он убит или просто спрятался и жил под другим именем никто не знал. В принципе, этого никто не знает до сих пор. Так или иначе, следы известного итальянского физика Этторе Майорана (Ettore Majorana) никогда не были найдены.
Майорана был блестящим физиком-теоретиком, который в 1930х годах сделал большой прорыв в физике, предположив возможность существования античастиц -фермионов. Кроме этого, этот молодой ученый, который исчез в возрасте 32х лет, предложил, по свидетельству Э. Ферми, протон-нейтронную модель атомного ядра, изучал обменные ядерные силы. До 1937 талантливый молодой физик Этторе Майорана был профессором университета Неаполя (Италия).
Античастица, о существовании которой говорил итальянский профессор, получила название Майорановский фермион (Majorana fermion) в честь Этторе Майорана, который и выдвинул гипотезу о существовании такого фермиона.
В физике элементарных частиц майорановский фермион, или попросту фермион Майораны - это фермион, который является своей собственной античастицей.
Предполагается, что нейтрино может быть либо таким фермионом Майораны, либо фермионом Дирака (в Стандартной модели все фермионы, включая нейтрино, являются дираковскими). В первом случае различие между нейтрино и антинейтрино определяется только их спиральностью: превращение нейтрино в антинейтрино можно осуществить переворотом спина (или, например, переходом в систему отсчёта, в которой импульс нейтрино направлен в противоположном направлении, что, правда, осуществимо лишь при ненулевой массе нейтрино). Если электронное нейтрино является фермионом Майораны и при этом массивно, то некоторые изотопы могут испытывать безнейтринный двойной бета-распад; при существующей чувствительности экспериментов этот распад пока не обнаружен, хотя в мире проводятся десятки экспериментов по поиску этого процесса.
Гипотетические частицы нейтралино в суперсимметричных моделях являются фермионами Майораны.
Майорановские частицы, в отличие от дираковских, не могут обладать магнитным дипольным моментом (кроме недиагональных компонент магнитного момента, изменяющих аромат).
В отличие от фермиона Майораны, фермион Дирака - это фермион, который не является собственной античастицей. Этот фермион был назван в честь английского -физика теоретика Поля Дирака. И хотя все фермионы в Стандартной модели являются фермионами Дирака, все же это экспериментально не исключено, что нейтрино являются фермионами Майораны (т.е. частицами, совпадающими с собственными античастицами), поскольку при стремлении массы частицы к нулю различие между майорановскими и дираковскими фермионами сглаживается. Дираковские фермионы могут быть описаны при помощи уравнения Дирака.
Парашютист-ветеран Феликс Баумгартнер планирует совершить сверхзвуковое прохождение сквозь атмосферные слои Земли во вторник, 9 октября. Отважный австриец постарается выполнить самый длинный затяжной прыжок с высоты почти в 37 километров, что разгонит его тело до скоростей, превышающих скорость звука.
При движении вниз 43-летний Баумгартнер пройдёт сквозь стратосферу и тропосферу, два из четырёх газовых слоев, которые окружают и защищают нашу планету. У каждого из этих слоев есть свои уникальные характеристики.
Земная атмосфера начинается на высоте в 690 километров – это граница термосферы, наружного слоя атмосферы. В термосфере под действием солнечных лучей, бомбардирующих молекулы воздуха, происходят полярные сияния. На высоте примерно в 85 километров термосфера переходит в мезосферу, слой с рассеянными облаками, в котором наблюдаются электрические разряды, называемые красными призраками и голубыми струями.
Ниже мезосферы лежат стратосфера (11-50 километров от поверхности) и тропосфера (6-20 километров от поверхности). В атмосфере находится озоновый слой, защищающий нашу планету от губительных УФ-лучей, идущих от Солнца.
Баумгартнер поднимется на гелиевом аэростате на высоту в 36576 метров. Из-за низкого давления воздуха в стратосфере (до 0,1% от значения атмосферного давления над уровнем моря) он разгонится до скорости в 1225 км/ч, после чего начнётся постепенное снижение скорости падения по мере его вхождения в более плотные слои ближайшей к поверхности Земли газовой оболочки – тропосферы.
Источник
Команда оксфордских исследователей сделала открытие, о котором еще недавно писали фантасты – они доказали существование альтернативных реальностей.
Саму теорию о существовании параллельных миров высказал Хью Эверетт в 54 году прошлого века. Этого блестящего математика, физика-теоретика называют создателем квантовой теории параллельных миров. Согласно предположениям, каждое новое событие возможно и вызывает разделение Вселенной, таким образом число альтернатив – бесконечно. Пример этому показан во множестве фильмов. Женщина опаздывает на метро – и ее жизнь идет по одному сценарию, а если она успевает заскочить в вагон – ее настигает совершенно другая судьба. Естественно, тогда эта теория была названа фантастической и немного призабыта. Однако в 2012 году математики доказали правоту Эверетта.
Так, согласно основным теориям квантовой механики, без эксперимента трудно сказать, что расположено внутри каждого атома, так как частицы могут занимать различные «суперпозиции». Вероятностный характер квантовой механики вполне может отражать подобное явление относительно параллельных миров. Отсюда следует вывод, что в данный момент мы проживаем одну из миллиардов возможных наших судеб.
В середине сентября космический телескоп «Свифт» обнаружил достаточно редкое астрономическое явление – рентгеновскую новую, появление которой указывало на присутствие прежде неизвестной чёрной дыры (ЧД) звёздной массы.
Объект получил имя Swift J1745-26 в соответствии со своими координатами на небе, и эта новая находится в нескольких градусах от центра нашей галактики в направлении созвездия Стрельца. Пока астрономы не рассчитали точную дистанцию до объекта, но они предполагают, что он лежит от нас на расстоянии от 20000 до 30000 световых лет во внутренней области нашей галактики Млечный путь.
Рентгеновская новая представляет собой кратковременную вспышку в рентгеновском диапазоне, наблюдаемую на небе в течение нескольких дней, после которых она затухает на протяжении нескольких месяцев. Рентгеновская новая отличается от обычной новой тем, что центральным компонентом в первой из них является не белый карлик, а нейтронная звезда или ЧД. Механизм её возникновения состоит в том, что падение вещества на ЧД происходит неравномерно, и в некоторых областях аккреционного диска происходит накопление вещества. По достижении некоторого критического значения массы вещество – подобно воде, которая прорывает плотину – стремительно падает на ЧД, после чего система успокаивается до следующего такого события.
Огромная энергия наблюдаемой вспышки, по достижении её пика 18 сентября превышающая 10000 электронвольт, а также длительное послесвечение позволили астрономам идентифицировать её как рентгеновскую новую с ЧД в центре.
Aмериканские ученые провели измерения квантовой системы, не нарушая ее равновесие. Исследование было равносильно попытке заглянуть в метафорическую стальную камеру, в которой сидит воображаемый кот — объект мысленного эксперимента, предложенного в 30-х годах ХХ века австрийским физиком-теоретиком Эрвином Шредингером. "Кот Шредингера" в ходе исследования остался жив.
Как говорится в статье в журнале New Scientist, в квантовой физике объекты могут находиться в нескольких состояниях одновременно — это явление называется суперпозицией.
Шредингер иллюстрировал странные качества суперпозиции при помощи воображаемого кота в стальной камере, судьба которого зависит от распада радиоактивного атома. Он предложил считать, что внутри счетчика Гейгера находится маленькое количество радиоактивного вещества, которое в течение часа может либо распасться, либо нет.
Если это случится, считывающая трубка запускает молот, который разбивает колбу с синильной кислотой. Если это происходит, животное погибает от отравления. По истечении часа кот будет или жив, если распада атома не произойдет, или мертв.
Не узнав состояния атома при проведении измерений, нельзя достоверно сказать, жив кот или мертв, указывал физик. В копенгагенской интерпретации, которую при помощи этого парадокса критиковал Шредингер, система перестает быть смешением состояний и выбирает одно из них в тот момент, когда происходит наблюдение. Эксперимент Шредингера должен был продемонстрировать, что в этом случае природа самого измерения определена недостаточно.
Идея команды ученых из американского университета Беркли состояла в том, чтобы провести наблюдение за системой, не нарушая состояния суперпозиции, пишет Slon.ru. Результатом должна была стать информация с долей недостоверности, которая в то же время может помочь в определении свойства объекта.
Для эксперимента ученые собрали электрическую цепь со сверхпроводником, подобную той, которую используют при проектировании квантовых компьютеров, и ввели ее в состояние суперпозиции, зациклив между состояниями нуля и единицы.
Затем исследователи определили частоту осцилляции, не измеряя состояния нуля или единицы напрямую. Вмешательство ученых, которое длилось всего несколько сотых долей секунды, не нарушило состояние квантовой системы.
New Scientist отмечает, что практическая польза открытия состоит в его использовании для проектирования квантовых компьютеров будущего. Ранее исследовать суперпозиции без их разрушения не удавалось, и это препятствие было камнем преткновения для создания квантовых компьютеров.
Туманность Спираль (Улитка) часто называют «Глазом Бога» или «Глазом Саурона», и не стоит отрицать, что этот объект выглядит, как космическое око, взирающее прямо на нас. На новом снимке, где скомбинированы изображения, переданные с телескопов «Спитцер» и GALEX, этот глаз предстаёт перед нами в голубом оттенке, который дополняет палитру из золотых, зелёных и бирюзовых видов этой туманности, полученных ранее другими обсерваториями.
В действительности глаз представляет собой умирающую звезду. Мощное ультрафиолетовое излучение, которое заставляет светиться туманность Спираль, исходит из её горячего звёздного ядра – белого карлика, настолько крохотного в масштабах туманности, что на изображении он подобен маленькой точке.
Планетарная туманность Спираль, или NGC 7293, лежит на расстоянии в 650 световых лет от нас в созвездии Водолея. Планетарные туманности представляют собой остатки солнцеподобных звёзд, и поэтому однажды – примерно через пять миллиардов лет – при взгляде издалека наше Солнце будет выглядеть именно так. А Земля к тому времени поджарится как тост.
Когда у эволюционирующей звезды заканчивается водород, она начинает использовать гелий для реакций термоядерного синтеза, создавая ядра более тяжёлых элементов углерода, азота и кислорода. Но в конце концов заканчивается и гелий, и звезда умирает, оставляя после себя крохотное, раскалённое, белое ядро, которое называют белым карликом. А мощное УФ излучение заставляет сброшенные звездой внешние оболочки нагреваться и испускать излучение в ИК-диапазоне, представленное на снимке в красноватом оттенке.
Физики напрямую визуализировали уровни Ландау – квантовые уровни, определяющие поведение электрона в сильном магнитном поле - впервые с тех пор, как они были теоретически сформулированы Нобелевским лауреатом Львом Ландау в 1930 году.
Используя сканирующую туннельную спектроскопию - зонд, непосредственно взаимодействующий с электронами, – объединенная группа ученых из разных институтов - Университета Уорвика и университета Тохоку, выявила внутреннюю кольцевую структуру уровней Ландау на поверхности полупроводника.
Изображения ясно показывают, что Ландау был прав, когда предсказал, что в чистой системе электроны будут принимать форму концентрических колец, число которых будет увеличиваться в соответствии с их уровнем энергии. Этот простой подсчет поведения лежит в основе так называемого квантового эффекта Холла.
Изображения ясно показывают, что Ландау был прав, когда предсказал, что в чистой системе электроны будут принимать форму концентрических колец, число которых будет увеличиваться в соответствии с их уровнем энергии
Хотя первоначально в исследованиях в основном, преследовался фундаментальный интерес, в последние годы эффект используется для определения стандарта электрического сопротивления и, возможно, скоро будет использован также для определения эталонной величины килограмма.
Профессор Рудольф Ремер с физического отделения Университета Уорвика сказал так: "Для нас это очень значительный шаг – мы действительно впервые видим отдельные квантово-механические волновые функции электронов в реальных материалах. На первый взгляд это может показаться далеким от повседневной жизни. Однако на обсуждаемый сегодня вопрос, что такое килограмм (эталон), можно получить ответ в расстояниях между кольцами уровней Ландау - они действуют, как своего рода маркер для определения универсального веса".
К слову сказать, сравнительно недавно в 2009 году группе американских ученых из Физической школы Технологического института Джорджии в Атланте совместно с коллегами из Гейтерсбергского Центра наноразмерных систем и технологий Национального института стандартов и технологий в Мэриленде удалось пронаблюдать около 20 уровней Ландау в графене.
Астрономами было проведено наиболее точное из проводившихся когда-либо измерений скорости расширения Вселенной, для которого учёные использовали космический телескоп «Спитцер» НАСА. Само наше пространство расширяется с ускорением примерно в 74,3 плюс-минус 2,1 километра в секунду на мегапарсек (мегапарсек равен примерно 3,26 миллиона световых лет).
Американский астроном Эдвин Хаббл впервые открыл, что наша Вселенная не статична, в 1920-е гг. Хаббл обнаружил, что пространство расширяется со времени Большого взрыва, произошедшего 13,7 миллиарда лет назад. Затем в 1990-е гг. астрономы шокировали мир открытием ускорения расширения Вселенной.
Со времени первого открытия Хаббла учёные пытались повысить точность измерения скорости расширения Вселенной, названной константой Хаббла. Это довольно трудно сделать.
Новое значение уменьшает неопределённость константы Хаббла на 3% и повышает точность измерений в 3 раза по сравнению с предыдущими оценками, проведёнными при помощи космического телескопа «Хаббл».
Используя пересмотренные значения константы Хаббла и наблюдения Вселенной, проведённые аппаратом НАСА Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), учёные смогли провести независимый расчёт силы тёмной энергии, которая противодействует гравитации, растягивая нашу Вселенную. Исследователи использовали для своих измерений цефеиды – переменные звёзды, точность зависимости период–светимость которых позволяет установить скорость расширения Вселенной. Яркость этих звёзд падает с их удалением от нас при расширении Вселенной, и по периодическим изменениям светимости цефеид можно определить, за какое время произошло это удаление.
Результаты этого исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Одна из наиболее укоренившихся концепций в науке и повседневной жизни — это причинная связь.
Это идея, согласно которой события в настоящем связаны с событиями в прошлом и, в свою очередь, служит причиной того, что произойдет в будущем. Если случай А является причиной эффекта Б, то Б не может быть причиной А. А физики-теоретики из университета Вены и Брюссельского университета доказали, что в квантовой механике можно задумать ситуации, в которых одно и то же событие может быть и причиной, и эффектом. Результаты опубликованы в издании Nature Communications.
Хотя до сих пор не известно, могут ли такие ситуации встречаться в природе, явная возможность их существования может обладать далеко идущими значениями для основ квантовой механики, квантовой гравитации и квантовых вычислений.
Причинные связи: кто на кого влияет
В повседневной жизни и в классической физике события упорядочены во времени: причина может повлиять на эффект в будущем, но не в прошлом. Простой пример: Маша зашла в комнату, взяла со стола листок бумаги, прочитала что-то , стерла, написала свою фразу и затем вышла. Вслед за ней вошел Ваня, прочитал написанную Машей фразу, стер, написал свою, вышел. Раз Ваня вошел в комнату после Маши, он может прочитать, что она написала, а Маша не сможет прочесть, что написал Ваня. В данном случае записка Маши — причина, а записка Вани — эффект. Каждый раз лишь один из них сможет прочитать то, что написал другой.
Квантовое нарушение причинной связи
Пока действуют законы классической физики, порядок событий фиксированный: Ваня или Маша первыми входят в комнату и оставляют сообщение тому, кто из них заходит вторым. Как только в игру вступает квантовая механика, картина может серьезно измениться. Согласно квантовой механике, объекты могут утратить свои четкие классические свойства, например, одна и та же частица может одновременно находиться в двух разных местах. В квантовой физике это называется суперпозицией. И вот теперь международная группа физиков во главе с Каславом Брюкнером из университета Вены доказала, что даже причинный порядок событий может оказаться в суперпозиции. Если в нашем примере у Маши и Вани вместо обычного листка бумаги квантовая система, они могут прийти к ситуации, когда каждый из них может прочитать часть сообщения, написанного другим. Таким образом, каждый находится в суперпозиции двух ситуаций: как Маша оставляет сообщение Ване, так и Ваня оставляет сообщение Маше.
«Подобная суперпозиция, однако, не рассматривается в стандартной формулировке квантовой механики, поскольку теория всегда принимает определенный причинный порядок между событиями», сказал Огнян Орешков из Брюссельского университета.
„Однако если мы предположим, что квантовая механика управляет всеми явлениями, то естественно ожидать, что порядок событий также может быть неопределенным, подобно местоположению частицы или ее скорости“, добавил Фабио Коста из университета Вены.
Работа обеспечивает важный шаг к пониманию того, что определенный причинный порядок не может быть принудительным свойством природы. „Настоящая задача в том, чтобы найти, где в природе нам необходимо искать суперпозиции причинного порядка“, заключил Каслав Брюкнер.
Вот уже много лет одной из самых больших тайн астрономии являются зловещие чёрные дыры – области, обладающие чудовищным гравитационным притяжением.
Учёным известно, что эти загадочные образования засасывают любую материю. И даже свет, попавший за так называемый горизонт событий, не может вырваться наружу из чёрной дыры (это явление и определяет их название).
Известно также, что огромное количество материи, движущееся к неизбежному концу в центре космического монстра, образует в приграничной зоне чёрной дыры аккреционный диск. В отдельных случаях взаимодействие этого диска с чёрной дырой порождает удивительное явление под названиемрелятивистские джеты. Эти струи плазмы, вырывающиеся из центров галактик со скоростью света, можно наблюдать у 10% активных ядер галактик, содержащих в центре массивные чёрные дыры. До сих пор детали этого процесса оставались для астрономов неясными.
Международная группа учёных под руководством Шепарда Доэлмана (Sheperd Doeleman) из Обсерватории Хэйстак Массачусетского технологического института исследовала ядро гигантской эллиптической галактики М87, расположенной в 50 миллионах световых лет от Млечного Пути.
В самом центре этого звёздного скопления находится сверхмассивная чёрная дыра с массой в шесть миллиардов раз превышающей солнечную. В своей работе астрономы использовали данные сразу четырёх радиотелескопов — в Аризоне, Калифорнии и на Гавайях.
Исследователей космоса учёные при помощи программного обеспечения объединили в одининтерферометр, получивший название "Телескоп горизонта событий" (EHT). Это сложное устройство позволило получать изображения в две тысячи раз более точное, чем снимки космического телескопа "Хаббл" (Hubble). С его помощью астрономы детально изучили светящуюся область у границ чёрной дыры. Результаты опубликованы в журнале Science.
Исследователи впервые точно измерили диаметр аккреционного диска. Оказалось, что он всего в 5,5 раза больше радиуса горизонта событий. Это позволило предположить, что диск и чёрная дыра вращаются в одном направлении. Расчёты показывают, что если бы они вращались в разных направлениях, диску не хватило бы энергии (при размере меньше девяти радиусов горизонта событий).
Это открытие поможет прояснить природу образования релятивистских джетов, а заодно проверитьобщую теорию относительности Эйнштейна.
Поясним. На данный момент существует две гипотезы появления струй плазмы. Первая гласит, что они возникают при взаимодействии аккреционного диска с магнитным полем чёрной дыры. По второй версии у самого горизонта событий тела могут распадаться на две части. При этом одна часть пересекает воображаемую черту и навсегда пропадает, а другая ускоряется за счёт энергии вращения чёрной дыры и выбрасывается в виде джета.
Разгадка тайны также кроется в трудах Эйнштейна, который считал, что расстояние, на которое материя должна приблизиться, чтобы навсегда пропасть во тьме, определяют масса и скорость вращения чёрной дыры.
"Теория Эйнштейна была проверена в условиях низкой гравитации Солнечной системы, — говорит Доэлман. – Но ещё никто не проверил её в единственном месте во Вселенной, где эта теория может дать сбой – на краю чёрной дыры".
Измерив размеры струй в галактике М87, учёные могут рассчитать скорость вращения дыры в её центре. На сегодняшний день они ещё далеки от окончательного прояснения этого вопроса. Но, по словам астрономов, они хотят провести большое количество измерений.
Для этого планируется расширить возможности EHT, подключив целый ряд радиотелескопов в Чили, Европе, Мексике и Гренландии.
Далёкие планеты, которые движутся по орбитам вокруг пульсаров, могут оставлять за собой след из электрического тока – и эта аномалия может помочь учёным получить больше информации о таких планетах.
Пульсарные планеты, которых на настоящий момент известно всего четыре, обращаются вокруг пульсаров – сверхплотных нейтронных звёзд, оставшихся после взрыва сверхновой. Пульсары обладают очень мощным магнитным полем, что делает их самыми сильными магнитами, известными во Вселенной. И всё же, несмотря на экзотическую природу пульсаров, вокруг них могут вращаться планеты.
Исследовательская группа во главе с Фабрисом Мотезом (Fabrice Mottez) из Парижской обсерватории обнаружила, что пульсарные планеты при движении могут взаимодействовать с звёздными ветрами своих родительских пульсаров, оставляя за собой мощные электрические токи. Эти токи способны генерировать радиоволны, что может помочь учёным определить присутствие планеты возле пульсара.
Любая планета, пережившая взрыв сверхновой, породивший пульсар, должна двигаться по вытянутой орбите, так как сверхновая выталкивает нейтронную звезду с огромной скоростью, и, следуя за ней, планета должна перейти на эллиптическую орбиту.
Однако все четыре известных на сегодняшний день пульсарных планеты вращаются на тесных круговых орбитах, что свидетельствует о том, что эти планеты сформировались уже после взрыва сверхновой из оставшихся после него обломков, говорит Мотез.
Учёные представили свои находки 28 сентября на Европейском планетном научном конгрессе в Мадриде.
Источник
|
Сверхпроводящие вещества в зависимости от реакции на воздействие внешнего магнитного поля разделяются на сверхпроводники 1-го и 2-го рода. В 2004 году было высказано предположение, что диборид магния MgB2 может вести себя в магнитном поле неким особенным образом, из-за чего он получил название сверхпроводника 1,5-го рода. Однако экспериментальных подтверждений существования такого рода сверхпроводимости получено не было, и диборид магния до настоящего времени оставался единственным кандидатом в сверхпроводники 1,5-го рода. Коллектив учёных из США и Швеции теоретически показал, что полуторный род сверхпроводимости может иметь место в рутенате стронция Sr2RuO4.
По мере того как накапливались и эволюционировали знания учёных о явлении сверхпроводимости, предлагались новые способы классификации веществ, которые обладают этим эффектом. Одна из первых схем, по которой были разделены все сверхпроводящие материалы, учитывала механизм реакции сверхпроводника на внешнее магнитное поле. Дело в том, что сверхпроводящее состояние можно разрушить, не только нагрев материал выше критической температуры Tc, но и поместив его в магнитное поле с индукцией выше критического значения Bc (до этого сверхпроводник является идеальным диамагнетиком, см. эффект Мейснера, то есть абсолютно не впускает в себя магнитное поле).
Однако, как показали теоретические расчёты, выполненные в 1957 году Алексеем Абрикосовым и подтверждённые в экспериментах 1967 года группой немецких исследователей, при определённом соотношении параметров, характеризующих сверхпроводящее состояние, его деструкция протекает более сложным образом. Этими определяющими параметрами являются длина когерентности ξ и лондоновская глубина проникновения магнитного поля λ.
Чтобы понять, что такое длина когерентности, рассмотрим феномен сверхпроводимости на микроскопическом уровне. Согласно общепринятой теории БКШ, возникновение сверхпроводимости обусловлено объединением электронов проводимости в так называемые куперовские пары. Вообще-то, электроны являются одноимённо заряженными частицами и поэтому должны отталкиваться, однако при температуре ниже критической эти частицы начинают обмениваться квантами колебательного движения ионов кристаллической решётки вещества — фононами. Это взаимодействие, называемое электрон-фононным, носит характер притяжения и с избытком компенсирует имеющееся электростатическое отталкивание. Объединение в пары позволяет электронам проводимости синхронно вести себя при наложении электрического поля (включении тока) и, соответственно, без потери энергии двигаться через кристаллическую решетку вещества. Так и возникает один из признаков сверхпроводимости — нулевое сопротивление, или, что то же самое, бесконечная проводимость.
Вернемся теперь к определению длины когерентности. Эту величину, несколько упрощая, можно интерпретировать как своеобразный размер куперовской пары. У разных сверхпроводников эта величина принимает разные значения — от нескольких нанометров до нескольких микрометров при температуре абсолютного нуля. С ростом температуры длина когерентности для данного сверхпроводника монотонно увеличивается, принимая бесконечно большое значение при температуре Tc.
Как было сказано выше, помимо нулевого сопротивления ещё одним атрибутом сверхпроводимости является идеальный диамагнетизм. Оказывается, достигается это абсолютное «неприятие» магнитного поля за счёт его экранирования при помощи незатухающих токов, циркулирующих по поверхности сверхпроводника. Толщина слоя, на которую эти циркулирующие токи проникают внутрь сверхпроводника, и есть лондоновская глубина проникновения магнитного поля λ. Как и длина когерентности, эта характеристика уникальна для каждого сверхпроводящего вещества, меняясь от нескольких десятков нанометров до значений порядка микрометра при температуре абсолютного нуля.
Теперь можно вернуться к критерию деления сверхпроводников. Абрикосов рассчитал, что если у сверхпроводника отношение глубины проникновения магнитного поля к длине когерентности меньше, чем 1/√2, то разрушение сверхпроводимости под действием внешнего магнитного поля происходит практически сразу после того, как индукция поля превысила Bc. Сверхпроводник с такими характеристиками называется сверхпроводником 1-го рода.
|
Если же отношение λ/ξ у сверхпроводника больше 1/√2, то процесс разрушения сверхпроводимости становится более сложным. Пока индукция магнитного поля не превосходит нижнее критическое значение Bc1, сверхпроводящий образец не впускает в себя силовые линии (идеальный диамагнетизм). Однако более сильное поле проникает внутрь материала в виде вихревых ниток, известных как абрикосовские вихри или просто вихри (рис. 1). Каждый вихрь представляет собой нормальную (несверхпроводящую) цилиндрической формы сердцевину, вытянутую вдоль направления силовых линий магнитного поля и окружённую циркулирующими незатухающими сверхпроводящими токами. Проникая в сверхпроводник, они отталкиваются друг от друга (чем ближе, тем сильнее) и образуют на его поверхности стабильную структуру — треугольную вихревую решётку (рис. 2).
При фиксированной температуре и последующем росте индукции магнитного поля количество этих вихрей становится больше, что приводит к сокращению расстояния между ними. Когда индукция магнитного поля достигает значения Bc2, поверхностная плотность вихрей становится настолько большой, что их нормальные ядра перекрываются между собой, окончательно уничтожая сверхпроводимость в образце. Материал с такой реакцией на магнитное поле именуют сверхпроводником 2-го рода.
Заметим, что иногда поведение сверхпроводника 1-го рода в магнитном поле выше Bc также описывают при помощи вихревых структур. Условно считается, что, когда поле превышает критическое значение Bc, проникающие в сверхпроводник 1-го рода вихри притягиваются между собой (чем ближе, тем сильнее) и образуют нормальные области, которые полностью покрывают поверхность сверхпроводящего материала.
Итак, подведём промежуточный итог: в сверхпроводниках 1-го рода в магнитном поле выше критического значения Bc проникающие в материал вихри притягиваютсямежду собой, при этом чем ближе они друг к другу расположены, тем сильнее это взаимодействие. За счёт этого притяжения такой сверхпроводник практически сразу переходит в нормальное состояние. В сверхпроводниках 2-го рода проникновение магнитного поля в виде вихрей происходит, когда индукция превысила порог нижнего критического поля Bc1. Благодаря отталкиванию между вихрями, которое становится тем сильнее, чем ближе эти образования друг к другу расположены, на поверхности сверхпроводника образуется треугольная вихревая решётка. По мере роста индукции внешнего поля при фиксированной температуре количество проникших вихрей увеличивается. Если индукция превысила порог верхнего критического поля Bc2, вихрей становится так много, что их нормальные ядра перекрываются, переводя тем самым материал в нормальное состояние.
Сверхпроводимость 1,5-го рода
В 2001 году коллектив японских учёных обнаружил сверхпроводимость в дибориде магния MgB2. Это открытие привлекло огромное внимание специалистов, занимающихся изучением физики конденсированного состояния. Причины повышенного интереса к сверхпроводящему состоянию этого вещества кроются не только в его простой химической формуле и не только в том, что его критическая температура довольно высока и составляет 39 К (многие сверхпроводники с высокой Tc представляют собой очень сложные химические соединения), но и в особенностях структуры сверхпроводимости в нём. Многочисленные эксперименты независимых групп учёных показали, что сверхпроводимость в этом веществе и его высокая критическая температура обусловлены наличием двух «сортов» куперовских пар, взаимодействие между которыми обеспечивает существенное повышение критической температуры. Такие сверхпроводники в литературе получили название двухзонных.
Наличие двух «сортов» куперовских пар побудило учёных «переисследовать» известные теории различных явлений для подобных сверхпроводников в надежде обнаружить какой-нибудь любопытный эффект, который не имел бы места в обычных сверхпроводниках с одним видом куперовских пар. И действительно, в 2004 году Егор Бабаев и его коллега Мартин Спейт обнаружили, что механизм воздействия магнитного поля на двухзонный сверхпроводник, в частности MgB2, еще сложнее, чем на сверхпроводники 2-го рода (Egor Babaev, Martin Speight, 2004. Semi-Meissner state and neither type-I nor type-II superconductivity in multicomponent superconductors).
В своей работе они предсказали существование при определённых интервалах индукции внешнего магнитного поля неоднородной вихревой решётки в сверхпроводнике, которая может проявить себя в виде образования вихревых кластеров, плотных скоплений вихрей на ограниченном участке поверхности или просто неравномерного распределения вихрей. Согласно расчётам этих учёных, все эти вихревые структуры формируются благодаря немонотонной зависимости силы взаимодействия вихрей от расстояния между ними. В ходе последующих теоретических изысканий выяснилось, что данная сила по своему поведению является своеобразным аналогом межмолекулярных сил, действующих между атомами. Проще говоря, вихри в двухзонных сверхпроводниках притягиваются на больших расстояниях (как в сверхпроводниках 1-го рода) и отталкиваются на малых (как в сверхпроводниках 2-го рода). Вследствие такого характера силы взаимодействия могут возникать необычные структуры вихревой решётки.
В 2009 году группа бельгийских экспериментаторов под руководством Виктора Мощалкова опубликовала в одном из самых престижных физических журналов Physical Review Letters работу, где экспериментально подтвердила существование неоднородного распределения вихрей в MgB2, как это предсказывали Егор Бабаев и Мартин Спейт. Авторы данной статьи назвали сверхпроводник с подобным откликом на магнитное поле сверхпроводником 1,5-го рода (см. Экспериментально подтверждено существование сверхпроводимости полуторного рода, «Элементы», 12.03.2009).
Справедливости ради надо сказать, что данная работа вызвала неоднозначную реакцию среди специалистов (см. Экспериментальное подтверждение сверхпроводимости полуторного рода откладывается, «Элементы», 10.06.2010). Опуская многие подробности, отметим, что главная причина такой реакции заключалась в том, что до сих пор никто, кроме этой группы, так и не получил экспериментальных свидетельств существования неоднородной вихревой решётки в MgB2 в том виде, в каком её увидела группа Виктора Мощалкова.
В конечном итоге споры переместились в теоретическую область (см. Сверхпроводимость 1,5-го рода: ни два, ни полтора, «Элементы», 11.11.2010). В период с 2009 по 2012 год было опубликовано несколько работ, в которых приводились аргументы как в подтверждение существования сверхпроводимости 1,5-го рода, так и в подтверждение невозможности её существования. Особенно горячие споры имели место между группой теоретиков под руководством Егора Бабаева, первооткрывателя сверхпроводимости 1,5-го рода, и коллективом учёных в лице Владимира Когана и Йорга Шмалиана (см.: Egor Babaev, Mihail Silaev, 2012. Comment on "Ginzburg-Landau theory of two-band superconductors: Absence of type-1.5 superconductivity" и V. G. Kogan, Jörg Schmalian, 2012. Reply to «Comment on "Ginzburg-Landau theory of two-band superconductors: Absence of type-1.5 superconductivity"»).
Надежда на то, что существование данного рода сверхпроводимости будет подтверждено, возникла после открытия «железных» сверхпроводников (см.: Открыт новый тип высокотемпературных сверхпроводников, «Элементы», 12.05.2008 и Найдено новое семейство сверхпроводников, содержащих железо, «Элементы», 31.10.2008), которые, как показали многочисленные эксперименты, имеют два — а некоторые даже и три (!) — «сорта» куперовских пар. Однако параметры этих сверхпроводников на основе железа оказались таковы, что, несмотря на их многозонность, сверхпроводимость 1,5-го рода в них, по всей видимости, реализоваться не сможет ни при каких условиях. Таким образом, с момента предсказания сверхпроводников 1,5-го рода единственным претендентом на это звание оставался только диборид магния.
Рутенат стронция — второй кандидат в сверхпроводники 1,5-го рода
И вот спустя 8 лет после пионерской публикации о возможном существовании сверхпроводимости 1,5-го рода в одном из последних выпусков журнала Physical Review B появилась теоретическая статья, согласно которой «одиночество» диборида магния как кандидата в сверхпроводники 1,5-го рода может «разбавить» соединение под названием рутенат стронция Sr2RuO4.
Необходимо сразу оговориться, что Sr2RuO4 — в определённом смысле уникальный сверхпроводник. Как вы помните, в начале этой заметки упоминались разные способы классификации сверхпроводников. Один из них, как уже было сказано, — по реакции на внешнее магнитное поле. Другим, более известным способом деления сверхпроводников является их дифференциация по величине критической температуры (см., например, таблицу в новости Источником высокотемпературной интерфейсной сверхпроводимости оказался атомарный слой оксида меди, «Элементы», 13.11.2009). Наконец, есть ещё один тип классификации, который заключается в делении сверхпроводников по структуре куперовской пары, которая, можно сказать, «вдохновляет» само явление сверхпроводимости.
Куперовские пары являются квантовыми объектами, свойства которых описываются специальной физической характеристикой — волновой функцией (квадрат модуля этой функции показывает вероятность обнаружить этот объект в заданном участке пространства; с некоторой натяжкой можно сказать, что эта функция аналогична зависимости координат от времени для классического объекта). Долгое время с момента открытия сверхпроводимости было известно, что куперовская пара — это объединение электронов с противоположно направленными спинами. Материалы с таким типом спаривания электронов физики называют спин-синглетными sволновыми сверхпроводниками. Добавка «волновой» появляется из-за того, что, как уже было сказано, куперовские пары описываются волновой функцией, а приставка «s» означает, что их орбитальный момент (момент импульса) равен нулю, то есть они, упрощенно говоря, не вращаются вокруг своего центра масс.
После того как в 1986 году были открыты высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) на основе меди, экспериментальные исследования показали, что хотя в этих веществах электроны спариваются, имея противоположно направленные спины, куперовские пары всё-таки отличаются от таковых для известных ранее сверхпроводников. Отличие это заключается в том, что электронные пары в ВТСП вращаются, при этом их орбитальный момент в специальных единицах равен 2. ВТСП на основе меди были названы необычными (в научной литературе есть удачный английский термин «unconventional») спин-синглетными dволновыми сверхпроводниками. Символ «d» указывает на то, что орбитальный момент куперовских пар равен 2. Иными словами, помимо собственного вращения электронов (спин), куперовская пара обладает ещё вращением вокруг своего центра масс (орбитальный момент).
В 1994 году была открыта сверхпроводимость в рутенате стронция. Несмотря на то что его критическая температура очень низкая, приблизительно 1,5 К, это открытие привлекло внимание специалистов по нескольким причинам. Прежде всего, потому, что данное вещество имело аналогичную ВТСП кристаллическую структуру и не содержало «обязательной» меди, как это имело место для всех известных на тот момент ВТСП. Сравнивая физические характеристики нормального и сверхпроводящего состояния Sr2RuO4 и медных ВТСП, учёные надеялись прояснить саму природу высокотемпературной сверхпроводимости.
Однако далее их ожидала ещё более интересная деталь. Спустя год после открытия сверхпроводящего состояния рутената стронция коллектив теоретиков высказал гипотезу, что сверхпроводимость в Sr2RuO4 не является спин-синглетной. Согласно предположению этих учёных, в рутенате стронция спины в куперовской паре направлены в одну сторону, плюс сами куперовские пары обладают угловым моментом, равным единице.
Последовавшие эксперименты свидетельствовали в пользу этого предположения. Как итог, такая разновидность необычной сверхпроводимости получила название спин-триплетной pволновой сверхпроводимости (символ «p» говорит о том, что орбитальный момент куперовской пары равен единице). В настоящее время нет данных о том, что какой-либо ещё из большого количества сверхпроводников обладает аналогичным типом сверхпроводимости. Собственно, из-за этой уникальности рутенат стронция бурно исследуется и поныне.
Здесь не были упомянуты открытые в 2008 году ВТСП на основе железа, поэтому у читателя может возникнуть резонный вопрос: как классифицировать эти новые «железные» сверхпроводники? Результаты последних экспериментов указывают на то, что оба сорта куперовских пар можно рассматривать как отдельно взятые спин-синглетные сверхпроводники без вращения куперовских пар. Казалось бы, всё тривиально, двухзонные сверхпроводники — это просто «смесь» хорошо известных спин-синглетных sволновых сверхпроводников. В действительности же, структура куперовских пар в «железных» сверхпроводниках оказалась более хитрой. Согласно экспериментальным данным, фазы волновых функций (комплексных величин) в «железных» сверхпроводниках сдвинуты на π. Из-за этого фазового сдвига волновые функции каждого сорта имеют противоположные знаки. По этой причине такие сверхпроводники получили название s±волновых.
Ещё одной любопытной особенностью Sr2RuO4 как сверхпроводника является его двухзонность, о чём свидетельствуют результаты последних экспериментов. Естественно, после получения таких данных у учёных появились все основания предположить, что рутенат стронция является потенциальным кандидатом на звание сверхпроводника 1,5-го рода, в котором возможно существование различного рода неоднородностей вихревой решётки.
Первые подробные исследования распределения вихрей в данном сверхпроводнике были проведены в 2005 году (V. O. Dolocan et al., 2005. Observation of Vortex Coalescence in the Anisotropic Spin-Triplet Superconductor Sr2RuO4). Тогда экспериментаторы установили факт так называемой коалесценции вихревой решётки. Иными словами, вихри не формировали треугольную решётку в сверхпроводящем образце, отталкиваясь друг от друга, как это происходит в сверхпроводнике 2-го рода. Вместо этого они начинали сливаться в крупные домены, причём размеры этих доменов росли с усилением магнитного поля (рис. 3).
|
Результаты экспериментов означали, что в сверхпроводящем рутенате стронция существует некое притяжение между вихрями. Откуда берётся это притяжение и почему оно имеет место в Sr2RuO4, для экспериментаторов оставалось загадкой.
Группа теоретиков под руководством Егора Бабаева, авторы обсуждаемой здесь статьи, утверждают, что наблюдаемая коалесценция вихрей легко может быть объяснена, если попробовать описать сверхпроводящие свойства рутената стронция в рамках специальной теоретической модели, разработанной исключительно для этого сверхпроводника, в которой учитывается его двухзонность. Стоит отметить, что с некоторыми модификациями эта теория была использована для предсказания и обоснования сверхпроводимости 1,5-го рода.
Итак, основываясь на этой теоретической модели для Sr2RuO4, коллектив учёных провёл численное моделирование возникновения вихревой решётки с параметрами, соответствующими характеристикам сверхпроводящего состояния рутената стронция. Оказалось, что при заданных параметрах теория выдаёт на качественном уровне такое же поведение вихрей, которое было получено в проведенных ранее экспериментах (рис. 4).
|
Картинки на рисунке 4 ясно и чётко указывают на притяжение между вихрями и, как следствие, на их коалесценцию. В свою очередь, возможность формирования таких вихревых кластеров можно интерпретировать как факт наличия сверхпроводимости 1,5-го рода в этом соединении. Именно этот вывод и является основным результатом данной статьи.
Разумеется, полученный результат не претендует на окончательность, о чём пишут и сами авторы, предполагая дальнейшие экспериментальные исследования в этом направлении. Однако нельзя отрицать, что данные эксперимента хорошо описываются теорией, которая, пусть и с некоторыми упрощениями, уже предсказала ранее возможность существования сверхпроводимости 1,5-го рода.
Подробные наблюдения спутника Сатурна Титана охватывают в настоящее время почти 30 лет – ровно столько времени требуется второму по величине спутнику Солнечной системы, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца. Анализируя эти данные, учёные с удивлением обнаружили, что смена сезонов оказывает гораздо больше воздействие на Титан, чем предполагалось ранее.
Исследовательская группа во главе с доктором Афиной Кустенис (Athena Coustenis) из обсерватории Париж-Медон, Франция, открыла, что смена сезонов на Титане приводит к весьма значительным изменениям химического состава, атмосферных температур и типов циркуляции. Особенно сильно это влияние сказывается на полюсах, где зимой низкие температуры и конденсация приводят к образованию углеводородных озёр, а летом солнечные лучи активно рассеивают присутствующую у поверхности атмосферную дымку.
Такая смена сезонов на Титане, также как и на Земле, обусловлена различием в освещённости разных его полушарий в зависимости от положения Титана относительно Солнца, так как ось его собственного вращения наклонена к его солнечной орбите под углом примерно в 27 градусов.
Исследование было представлено на Европейском планетном научном конгрессе в Мадриде, состоявшемся в пятницу, 28 сентября.
Новость открытия: Разгадан самый загадочный вездесущий природный феномен – природа времени, найден ответ на вопрос что такое пространственное физическое время. Физикой показано, как и почему течет время, показано что время является активным действующим участником всех природных явлений, причиной всех сил и энергий пространственно-временных процессов, двигателем всех движений от атомных взаимодействий, турбулентностей в воздушных торнадо и до галактических спиралей.
Время – это основной параметр природы, без оного в природе ничего не происходит, поэтому в науке крайне необходимо и важно знать механизм действия времени. Показано, что причинно-следственная каузальность это непосредственное действие самого времени изменения состояния материи и движений (а не пассивный содержатель событий), однако "время" совершенно непознанное, неизученное и неизвестное свойство природы. Причинно - следственный закон хоть и признаётся неукоснительным, в физике физико-математического описания не имеет, поэтому носит сугубо декларативный характер философского толкования детерминизма – философское учение о вездесущей закономерной взаимосвязи явлений материального мира, где все явления связаны взаимообусловленной причинной связью с более ранними явлениями. В исследовательской научно -аналитической работе: "Физика причины и следствия & Физика свойств состояний времени или Общая теорема временны'х пространств" описывается физика природы времени, показано что Время это не сторонний пассивный наблюдатель, в интервалах которого протекая происходят события, а благодаря активному механизму действия времени в природе происходят изменения и движения, открыта и показана структура и природа времени, физическими уравнениями показан механизм функции действия времени в последовательности причинно-следственных событий.
Во всех разделах и направлениях современной физики описывающих законы природы – в квантовой, электромагнетизма, теории относительности, гидродинамике, термодинамике, механике Ньютона и во всех других не хватает важнейшего параметра природы, полностью отсутствует физический исполнитель этого детерминизма – понятие "ход времени" из настоящего времени в будущее время осуществляющий каузальность событий, поэтому отсутствует понятие причины и следствия состояния вещества материи и роль времени в причинно-следственных событиях изменяющегося состояния материи.
В результате анализа найдено решение, идентифицированы и показаны свойства времени образующие причинный характер действия хода времени и показано как они (свойства) формируют действия известных физических законов. Описано, почему события развиваются так, а не иначе, объяснено, как время физически (а не только словесно-логически) осуществляет последовательную привязку события причины с событием следствия, описано каким образом движение тел в пространстве влияет на цепь событий во времени. Показано как скалярная энергия (Дж, Эл-В, тепловая и пр.) механизмом хода времени преобразуется в векторную силу движения. Дополнением в ОТО Эйнштейна показано как ход времени в последовательностью временных событий образует силу гравитации, показано, что так называемые „Темная Энергия" и „Темная Материя" в космосе вселенной это эффект проявления свойств времени показаны причины их свойств, и ещё многое другое.
27 сентября 2012 г. в 14:25 UTC на Солнце произошёл корональный выброс массы (СМЕ), направленный к Земле. По оценкам НАСА, поток заряженных частиц несётся к нашей планете со скоростью примерно в 1130 километров в час, и в связи с ним на Земле в ближайшее время можно ожидать небольшие изменения геомагнитного фона.
Обычно СМЕ, движущиеся с такими скоростями, оказываются достаточно мягкими – они могут зарядить полярные сияния до появления зрелищного свечения, но неспособны навредить спутниковым системам связи или вывести из строя наземные энергосистемы.
CME представляют собой извержения с поверхности Солнца миллиардов тонн заряженных частиц высокой энергии, которые могут достигнуть Земли через несколько дней и повлиять на наземное оборудование, включающее чувствительную электронику.
Этот CME произошёл в результате достаточно небольшой вспышки С-класса, третьего по мощности класса после X- и М-классов. Вспышка появилась в активной области AR 1577 и достигла своего максимума в 11:00 UTC.
Процесс кипячения воды у многих ассоциируется, в первую очередь, с многочисленными пузырьками, которые поднимаются со дна нагреваемого сосуда на поверхность жидкости. Такой, казалось бы, простой и всем известный процесс сложно представить как-то иначе, однако, ученые утверждают, что теперь вода может кипеть и без пузырьков. Подобный эффект уже раньше демонстрировали ученые при помощи различных физических ухищрений, но новый вариант кипячения жидкости без пузырьков имеет совершенно другую природу.
Дело в том, что продемонстрированное явление позволяет использовать воду в качестве высокоэффективного охладителя других предметов, которые имеют температуру, превышающую температуру точки кипения для воды. При таком явлении наблюдается так называемый эффект Лейденфроста. В природе (да и в жизни) такое встречается весьма часто. Достаточно вспомнить раскаленную сковороду, на которую попадает капелька жидкости. Если посмотреть на это внимательнее, то можно отметить, что капля не растекается по поверхности нагретой сковороды, а катается по ней и, испаряясь, шипит. Такое взаимодействие жидкости с раскаленной поверхностью объясняется тем, что достаточно высокая температура поверхности способна испарить столько воды, сколько ее понадобится для образования паровой подушки между каплей и соприкасающейся поверхностью. Когда же температура раскаленной поверхности снижается, водная капля вновь касается этой поверхности, в результате чего происходит своеобразный маленький взрыв, спровоцированный быстрым испарением некоторого количества влаги.
Стоит отметить, что эффект Лейденфроста является существенной проблемой при технологических процессах на металлургических и химических производствах, а также в ядерных реакторах. Говоря иначе, эффект Лейденфроста крайне нежелателен там, где вода может касаться сильно нагретых металлических предметов, поскольку в некоторых случаях это может привести к взрыву. Но все меняется, если сделать так, чтобы вода постоянно держалась от раскаленной поверхности на некотором расстоянии, в результате чего поверхностный слой, контактирующий с жидкостью, сможет своевременно охлаждаться. Такое решение позволяет свести вероятность взрыва до нуля.
Для реализации вышеописанной задачи ученые провели интересный эксперимент, в ходе которого поверхность из металлических шаров была покрыта сверхгидрофобным материалом из нано-частиц. Металл подвергся нагреванию до температуры 400°C, после чего испытуемый образец погрузили в емкость с водой. В обычных условиях сильно раскаленный предмет вызвал бы небольшой паровой взрыв, однако вместо этого ученые наблюдали, как не входящая в контакт с металлической поверхностью жидкость, быстро нагревалась без признаков активного «пузырения», а температура самого металлического предмета достаточно быстро упала с 400°C до 100°C. Таким образом, практически полностью был исключен эффект Лейденфроста.
По словам ученых, такая модель вряд ли будет использоваться при изготовлении металлической кухонной посуды. Но вот в атомной и тепловой энергетике новая разработка может найти широкое применение, поскольку покрытие из нано-частиц позволяет сделать некоторые технологические процессы, где подразумевается контакт воды и раскаленных предметов, более безопасными.
Источник
Предварительные данные, полученные от марсианского вездехода Curiosity миссии Mars Science Laboratory, которые были представлены на Европейской планетной научной конференции 28 сентября, указывают на то, что кратер Гейл может быть суше, чем ожидалось.
Сегодня на Марсе воду можно встретить только в форме льда в глубоколежащих слоях грунта или ледяных шапках, расположенных на полюсах.
Инструмент Curiosity Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) определяет наличие и глубину залегания слоёв, содержащих воду, направляя в грунт поток нейтронов и фиксируя снижение энергии этих частиц, которое значительно больше при отражении от лёгких ядер водорода воды, чем от ядер тяжёлых элементов.
Предсказанное содержание воды в районе кратера Гейл составляло около 6%, этот прогноз был основан на данных, полученных орбитальным аппаратом Mars Odyssey. Однако инструмент DAN показал цифры в несколько раз меньше. Учёные связывают это с неоднородностью распределения воды по марсианской поверхности, так как максимальное разрешение орбитального аппарата составляет всего 300 х 300 километров, а в пределах этой области значения могут сильно варьировать.
Основной целью миссии Mars Science Laboratory является поиск следов былого присутствия на Красной планете биологических жизненных форм.
Источник
Ученые Университета Пердью сделали важное открытие – оказывается, во время трения металл способен приобретать жидкостные свойства. Обнаруженное новшество в поведении твердых металлических тел открывает новые горизонты для изучения, казалось бы, давно изученных процессов трения. В перспективе новые данные могут помочь улучшить свойства металлических деталей в различных механизмах.
Для наблюдения за поведением трущихся предметов было использовано 2 металлических объекта – кусок стали клиновидной формы и плоский медный брусок. Эксперимент фиксировала высокоскоростная камера, позволяющая производить точную съемку в масштабе от 100 мкм до 1 мм.
В результате скольжения куска стали по медному бруску, ученые установили, что микроскопические неровности на стали образуют особые вихреподобные формы. После прохождения определенного участка эти структуры превращаются в мельчайшие трещины. Более отчетливо это явление удавалось рассмотреть тогда, когда стальная заготовка находилась под прямым углом по отношению к медному бруску.
Результаты эксперимента стали тем более неожиданными, поскольку все манипуляции производились при комнатной температуре, поэтому размягчиться металл под действием температуры никак не мог. Тем не менее, неожиданно для себя физики сделали интересное открытие – во время трения металл может приобретать свойства жидкости.
Известно, что небольшие кусочки металла удаляются с поверхности во время трения, однако, для этого необходимо множество циклов. Наличие же у металла свойств жидкости во время трения приводит к более быстрому износу и образованию многочисленных микротрещин, что снижает эксплуатационные характеристики любых металлических деталей во всех механизмах. Исследователи уверены, что степень проявления жидкостных свойств в твердых телах напрямую связана с размерами зерна в материале.
- Научные труды...
- Видеоматериалы
- Каталог физических демонстраций
- 1. Механика...
- 2. Колебания и молекулярная физика...
- 3. Электричество и магнетизм...
- 3.1 Электрическое поле
- 3.2 Проводники в электрическом поле
- 3.3 Энергия электрического поля
- 3.4 Постоянный электрический ток
- 3.5 Магнитное поле
- Политика
- Солнечная система
- Эфир
- Ацюковский В.А. Лекции
- Черепенников В.Б. Науке нужна защита от лженаучных мошенников. Монография.
- Российской академии наук фундаментальная наука не нужна. Монография. Черепенников В.Б.
- Псевдонаучные труды (критика)
- Псевдонаучные статьи (обсуждение)
- Полемические статьи (обсуждение)
На сайте:
Интернет-журнал Ньютоновские чтенияНовости наукиПолитикаСолнечная система07.03.2023 09:50
Рис. 1. Структура вихря в разрезе (vortex structure). Он представляет собой нормальную сердцевину размером приблизительно в две длины когерентности, вокруг которой вращаются незатухающие сверхпроводящие токи с плотностью Js, охватывающие область порядка лондоновской глубины проникновения л. На рисунке также демонстрируется, как быстро меняется число сверхпроводящих электронов (number of superelectrons) по мере приближения к ядру вихря (нижний, полосатый, график) и как возрастает индукция магнитного поля H по мере продвижения к центру вихря (верхний график). Показано, что характерная глубина проникновения магнитного поля равна л. Изображение с сайта www.msm.cam.ac.uk