Size: a a a

2015 November 29
The Brains
источник
The Brains
С момента появления этой идеи, теория Большого Взрыва пережила десятилетия борьбы среди ученых, которые царапались, дрались, били в спину, критиковали, подрывали, пререкались, спорили и даже обзывались, пытаясь раздавить своих соперников и доказать, что их альтернатива лучше. Почему? Потому что тот, кто предложит лучшую научную парадигму, получит бесплатную путевку в Стокгольм.

И, в конце концов, никто не отменял доказательства. Вы знаете эту вселенную, которую мы пытаемся понять. Любое новое наблюдение — это гром средь бела дня в научном мире; две теории могут войти, но останется только одна. И что осталось спустя десятилетия наблюдений? Подсказка: большой.

Доказательства начались с момента, когда Эдвин Хаббл заметил, что каждая галактика, в среднем, улетает от каждой другой галактики. Вселенная расширяется. Этот факт сам по себе уже довольно сильный. На протяжении тысячелетий основным допущением (и винить-то некого) было то, что хотя здесь, на Земле, вещи меняются, далеко в небесах все относительно неизменно. Звезды взрываются, галактики сталкиваются, но в целом Вселенная две недели назад похожа на Вселенную сегодня. Проверьте через месяц — то же самое. Так думали люди.

И ошибались. Вселенная сегодня совсем не похожа на Вселенную вчера, и завтра она будет уже другой. И не только в локальных масштабах.

И если вы заметили, что каждый день Вселенная становится больше, можно приложить логическое усилие и додуматься, что давным-давно Вселенная была… меньше? Да? Я угадал? И если ученый внутри вас еще не погиб, как только вы дойдете до этой нелепой и смешной концепции, вы задумаетесь о последствиях и о том, как проверить эту сомнительную, на первый взгляд, теорию.

История последних 14 с лишним миллиардов лет — это история плотности. Вселенная состоит из кучи всякой всячины: водород, гелий, еноты, темная материя, хрящиков, фотонов, чертовых колес, нейтрино и так далее. Все это проявляет себя по-разному при различной плотности, поэтому когда Вселенная была меньше, один тип вещей мог преобладать над другим, и физическое поведение этих вещей могло управлять ходом событий.

К примеру, в наши дни Вселенная представлена по большей части темной энергией (чем бы она ни была), и ее поведение управляет Вселенной — в нашем случае это период ускоренного расширения. Но несколько миллиардов лет назад Вселенная была меньше, и вся материя была упакована плотнее. В силу этой плотности, правителем насеста была материя, подавляющая темную энергию, которая была скорее фоновым занавесом, нежели двигателем современности.

(Заметка на полях: перехват инициативы темной энергией произошел почти в то же время, когда наша Солнечная система собирала себя по частям, и в то же время Вселенная была примерно в два раза меньше).

Рождение эпохи темной материи может показаться не особенно драматичным, но чем дальше во времени — и чем меньше Вселенная — тем более странными становятся вещи. Вернитесь на больше чем 13 миллиардов лет, когда Вселенная была в тысячу раз меньше своего текущего размера, и вещество, которое однажды будет составлять целые галактики, окажется так плотно стиснутым воедино, что даже атомы не смогут образоваться. Она настолько плотная, что каждый раз, когда ядро притягивает электрон, в него врезается ветреный высокоэнергетический фотон, выбивая электрон прочь. Это плазма, и когда-то вся вселенная была именно в таком состоянии.

Перемотайте в сегодняшний день, и оставшийся свет той эпохи, когда Вселенная остыла и расширилась достаточно, чтобы дать образоваться первым атомам, продолжает просвечивать нас даже сейчас. Но Вселенная старше и холоднее, и эти высокоэнергетические гамма-лучи представляют собой слабенькие микроволны, создающие фон, пронизывающий космос — космический микроволновый фон, реликтовое излучение, CMB.
источник
The Brains
CMB не только один из главных признаков Большого Взрыва (этакий снимок юной Вселенной), но и окошко в более ранние времена. Пусть мы и не можем воспринимать Вселенную до образования реликтового излучения, но физика того времени оставила отпечаток на самом радиационном фоне. Это важно.

Чем дальше мы возвращаемся во времени, тем меньше мы узнаем вселенную — она еще страннее плазменной. Вернитесь назад во времени — и обнаружите, что не могут образовываться стабильные ядра. Еще дальше — протоны и нейтроны не могут выдержать давление и вырождаются в свои компоненты: кварки и глюоны. А дальше все сложно.

Теорию Большого Взрыва можно резюмировать так: однажды вся Вселенная — все, что вы знаете и любите, на Земле и на небе — была сжата в шар с температурой в триллион градусов размером с яблоко. Или персик. Или небольшой грейпфрут. Неважно.

Это заявление звучит просто смешно, а если бы вы еще и сказали о таком пару сотен лет назад… Вас бы сожгли на костре, причем не церковь, а сами ученые. Но каким бы безумием эта теория ни была, мы можем изучать эту эпоху, опираясь на свои знания физики высоких энергий. Мы можем смоделировать физику вселенной этой ранней эпохи и проследить ее последствия в более поздних временах. Можем делать прогнозы и заниматься наукой.

В «эпоху персика» возраст Вселенной был какую-то долю секунды. Даже меньше доли — 10^-36 секунды или около того. С того момента мы имеем примерную картинку того, как функционирует Вселенная. Некоторые вопросы, конечно, остаются открытыми, но в целом у нас есть хотя бы смутное понимание.

Чем старше становится Вселенная, тем четче становится наша картинка, но страшно даже осознавать, что наши бедные обезьяньи мозги постигли настолько юную эпоху Вселенной.

Что касается еще более ранних времен, наше понимание Вселенной становится… размытым. Силы, энергии, плотности, температуры становятся слишком высокими, и понимание физики, которое мы накапливали столетиями, не справляется с задачей. В очень ранней Вселенной гравитация приобретает особую важность на малых масштабах, а это уже покои квантовой гравитации, система которой пока ускользает от современных физиков. У нас просто нет никакого понятия о том, что происходит с сильной гравитацией на малых масштабах.

Просто. Нет.

До этих 10^-36 секунд мы просто не понимаем природу Вселенной. Теория Большого Взрыва фантастически точно описывает все, что было после этого, но до — непонятно. На достаточно малых масштабах мы даже не знаем, имело ли смысл слово «до». На невероятно крошечных масштабах (еще меньше тех, что вы можете представить в теории), квантовая природа реальности поднимает свою уродливую голову в полную силу, превращая наше дружелюбное пространство-время в джунгли, полные капканов, ловушек и острых шипов. Понятия пространства и времени попросту не работают в таких масштабах. Никто не знает, что происходит.

Конечно, есть некоторые идеи — модели, описывающие, что могло «зажечь» или «посеять» Большой Взрыв, но на данном этапе они сугубо спекулятивны. Если эти идеи получать поддержку в виде наблюдений — к примеру, особенный отпечаток на реликтовом фоне — тогда да, мы сможем их прорабатывать.

Если же нет, то они останутся сказками на ночь. Как, впрочем, и все, что мы можем сказать на тему того, что было до Большого Взрыва.
источник
The Brains
источник
The Brains
Кейт Берри: Магия мысли

В начале Кейт Берри показывает, как наш разум может обмануть наше тело — эта уловка действует даже при просмотре видеозаписи. Затем он вовлекает аудиторию в демонстрацию ошеломляющих, и даже слегка опасных, психологических трюков.
источник
The Brains
источник
The Brains
Календарь наблюдателя на декабрь 2015 года

Избранные астрономические события месяца (время московское = UT + 3 часа):                                                                                                                                      
 
1 декабря - комета Catalina (C/2013 US10) близ Венеры и Спики при видимости невооруженным глазом,      
2 декабря - покрытие на 6 секунд звезды HIP 19171 (5,1m) из созвездия Тельца астероидом (678) Fredegundis при видимости в Приморье и на Чукотке,      
2 декабря - покрытие на 8 секунд звезды HIP 37521 (5,6m) из созвездия Близнецов астероидом (2868) Upupa при видимости в Казахстане и в южных районах Европейской части России,      
6 декабря - начало двойной видимости Паллады (вечером и утром),      
6 декабря - покрытие на 1 секунду звезды HIP 26382 (5,5m) из созвездия Тельца астероидом (16200) 2000 BT28 при видимости в Средней Азии и в южных районах Европейской части      
России,
6 декабря - покрытие Луной (Ф= 0,25) планеты Марс при видимости в Африке и Австралии,    
7 декабря - начало утренней видимости Сатурна,      
7 декабря - покрытие Луной (Ф= 0,13) планеты Венера при видимости на Чукотке и в Северной Америке,      
14 декабря - максимум действия метеорного потока Геминиды (120 метеоров в час до 6m в зените),      
15 декабря - начало вечерней видимости Меркурия,      
18 декабря - Венера проходит в 2 градусах севернее звезды альфа Весов (2,7m),
18 декабря - Меркурий проходит в градусе севернее звезды сигма Стрельца (2,0m),
20 декабря - покрытие Луной (Ф= 0,66) планеты Уран при видимости в Южной Америке и Антарктиде,      
21 декабря - Сатурн проходит в 6 градусах севернее Антареса (+1m),      
22 декабря - зимнее солнцестояние,
23 декабря - покрытие Луной (Ф= 0,96) звезды Альдебаран (+0,9m) при видимости на всей территории России и СНГ (кроме самых восточных районов),      
24 декабря - Марс проходит в 3,5 градусах севернее Спики (+1m),26 декабря - покрытие на 3 секунды звезды HIP 28647 (8,1m) из созвездия Ориона астероидом
(1017) Jacqueline при видимости от Байкала до С.-Петербурга,
26 декабря - Уран в стоянии с переходом к прямому движению,
29 декабря - Меркурий достигает вечерней (восточной) элонгации.

Подробнее: http://www.astronet.ru/db/msg/1339706
источник
The Brains
источник
The Brains
источник
The Brains
Рассвет на Марсе
источник
The Brains
источник
The Brains
источник
The Brains
источник
The Brains
источник
The Brains
источник
2015 November 30
The Brains
Птицы Шредингера и квантовая биология

Маленькие трудолюбивые птички, европейские малиновки, каждый год совершают перелет из Скандинавии к теплым равнинам Экваториальной Африки, а весной возвращаются обратно. И совершают они это путешествие в 13 тыс. км совершенно естественно и просто.

Людей издавна интересовала загадка, обладают ли птицы и другие животные встроенным компасом. Вольфганг и Роевита Вильчко (Wolfgang Willschko. RoswiLha Wiltschko), супружеская пара из Франкфуртского университета в Германии, поймали несколько малиновок на их пути в Африку и поместили их во внешнее магнитное поле. К их удивлению, при изменении направления поля малиновки не могли отличить направления на север и на юг. Птицы, однако, реагировали на магнитное наклонение, т.е, на угол, образуемый силовыми линиями поля с плоскостью горизонта. Следовательно, именно этот параметр обеспечивал ориентацию птиц в полете. Интересно, что пернатые, которых лишали возможности видеть, совершенно не реагировали на магнитное поле, т.е. птицы каким-то образом ощущали его глазами.

В 2000 г. Торетен Ритц (ThorsLen Ritz) с коллегами из Университета Южной Флориды, увлеченные изучением перелетных птиц, предположили, что ключ к разгадке - перепутывание. По их гипотезе, основанной на работах Клауса Шультена (Klaus Schulten) из Университета штата Иллинойс, в глазах птицы имеются определенные молекулы, два электрона которых образуют перепутанную пару, полный спин которой равен нулю. Подобная ситуация не может быть представлена в рамках классической физики. Когда такая молекула поглощает видимый свет, его энергия передается электронам, они разделяются и становятся чувствительными к внешним воздействиям, включая магнитное поле. Наклонное магнитное поле по-разному воздействует на электроны пары, что создает дисбаланс, изменяющий химические реакции, в которые вступает молекула. Химические процессы в глазу преобразуют эти различия в нервные импульсы, создающие в мозгу птицы изображение магнитного поля.

Доказательства, предложенные Ритцем, конечно, нельзя считать прямыми, однако эксперименты, проведенные Кристофером Роджерсом (Crislofer T. Rogers) и Киминори Маэдой (Kiminori Maeda) из Оксфордского университета в условиях лаборатории (т.е. не на живом организме), показали, что эти молекулы действительно чувствительны к магнитному полю вследствие перепутывания электронных состояний. Согласно   вычислениям,    проделанным мною с коллегами, квантовые эффекты сохраняются в глазу птицы в течение 100 микросекунд, что в данном контексте - довольно большой промежуток времени. Рекорд для искусственно сконструированной электрон-спиновой системы - примерно 50 микросекунд, Мы еще не знаем, как квантовые аффекты могут сохраняться столь долго в природных системах, но ответ на этот вопрос поможет нам выработать идеи, как защитить квантовые компьютеры от декогерентности.

Другой биологический процесс, в котором работает перепутывание, - фотосинтез, с помощью которого растения преобразуют солнечный свет в химическую энергию. Свет высвобождает внутри клетки электроны, стремящиеся найти путь в одно и то же место - центр химической реакции, где они отдают свою энергию и запускают реакции, снабжающие энергией клетки растения. Классическая физика не в состоянии объяснить, как они делают это с почти стопроцентной эффективностью.

Эксперименты, проведенные несколькими группами, например Грэма Флеминга (Graham Т. Fleming) и МоханаСаровара (Mohan Sarovar) с сотрудниками из Калифорнийского университета в Беркли, а также Грегори Скоулса (Gregory D. Scholes) из Университета Торонто, показали, что высокая эффективность процесса фотосинтеза определяется квантово-механическими эффектами. В квантовом мире частица не обязана в данный момент времени двигаться по единственной траектории, она может двигаться одновременно по всем возможным путям.
источник
The Brains
Электромагнитные поля, существующие внутри клетки растения, могут привести к тому, что некоторые из траекторий гасят друг друга, а другие взаимно усиливаются, тем самым уменьшается вероятность того, что электрон выберет бесполезную траекторию, и возрастает шанс его попадания непосредственно в реакционный центр.
В таком случае перепутывание сохраняется всего в течение малой доли секунды и охватывает молекулы, состоящие не более чем из 100 тыс. атомов. Существуют ли в природе примеры, когда перепутывание действует в объектах больших размеров и сохраняется более долго? Пока мы этого не знаем, но поиски ответа стимулируют развитие нового направления - квантовой биологии.

Автор статьи - Влатко Ведрал (Vlatko Vedral), профессор Оксфордского университета
Полный вариант статьи размещен на сайте
http://www.modcos.com/articles.php?id=150
источник
The Brains
источник
The Brains
Сборка 4-мерного кубика Рубика 2х2х2

Источник: http://habrahabr.ru/post/270935/
источник
The Brains
источник