Интересные новости и факты (физика, техника)

[ArefievPV]

К сообщению:

Гипотеза о циклической Вселенной получила наблюдательную поддержку
https://elementy.ru/novosti_nauki/434235/Gipoteza_o_tsiklicheskoy_Vselennoy_poluchila_nablyudatelnuyu_podderzhku

Волосы Вероники превратили напряженность с постоянной Хаббла в космологический кризис
https://naked-science.ru/article/astronomy/volosy-veroniki-prevratil
Скорость расширения Вселенной разными методами измерения получается разной. Причем, как показывает новая работа, это нельзя объяснить ошибками в измерениях. Совместить новые данные со стандартной космологической моделью не получается, что поднимает вопрос о ее пересмотре. «Наша модель космологии может быть сломана», — утверждает ведущий автор новой работы.

Ученым достоверно известно, что наша Вселенная расширяется. Это зафиксировано разными методами: например, по анализу особенностей реликтового излучения (древностью в 13,8 миллиардов лет) или по яркости «стандартных свечей», сверхновых типа Ia, которые почти всегда имеют одинаковую энергию взрыва. Раз энергия одинакова, то идентична и яркость. Сопоставляя эту яркость с расстоянием до далеких галактик, астрономы могут выяснить и скорость расширения пространства между Землей и наблюдаемой галактикой.

Проблема в том, что эти методы дают очень разные скорости расширения Вселенной. По реликтовому излучению она расширяется со скоростью 67,4 километров в секунду на один мегапарсек пространства (один мегапарсек — это 3,26 миллиона световых лет). А по сверхновым — как минимум на 73 километра в секунду. Разница в несколько километров в секунду кажется небольшой. Но если мы учтем, что диаметр Вселенной в районе 100 миллиардов световых лет (десятки тысяч мегапарсек), то получится, что речь идет о существенном расхождении.

В научной литературе его принято называть «напряженностью Хаббла». Долго время расхождение списывали на недостатки метода измерения по сверхновым. Мол, когда сверхновая находится где-то далеко, дистанция до этого района может быть определена недостаточно точно, отсюда и расхождения с методом, основанном на анализе реликтового излучения.

Теперь группа американских астрономов во главе с Дэном Скольником (Dan Scolnic) опубликовала в The Astrophysical Journal Letters результаты наблюдений за сверхновыми в галактическом скоплении Волосы Вероники. Это сравнительное крупное скопление объемом в три тысячи кубических мегапарсек.

Авторы работы изучили яркость 13 сверхновых типа SN Ia из этого скопления. Затем они обратились к расстоянию до них, определенному другими методами (с помощью Dark Energy Spectroscopic Instrument). В результате у них получилась скорость расширения Вселенной в 76,5 километра в секунду, то есть такая же, как в более ранних работах по сверхновым. Принципиальное отличие новой работы от прежних в том, что она касается сравнительно близких к нам галактик и сверхновых, причем тех, расстояние до которых хорошо определено астрономами. Сомневаться в цифре скорости расширения Вселенной на основе этих данных уже чрезвычайно затруднительно.

Осознают это и сами авторы новой работы. Дэн Скольник в комментарии для прессы отметил: «Напряженность [Хаббла] теперь превратилась в кризис… Это говорит, до некоторой степени, что текущая космологическая модель может быть сломана. Мы в точке, где оказываем серьезное давление на модели, которые использовались в последние 25 лет, и видим, что концы не сходятся с концами. Такая ситуация может изменить то, как мы представляем Вселенную, и это восхитительно».

Работа Скольника и соавторов не подвергает сомнению скорость расширения Вселенной, какой ее рассчитали на основе реликтового излучения. Ученые лишь отмечают, что скорость расширения пространства-времени, которая зафиксирована для реликтового излучения не совпадает с той, что зафиксирована для Волос Вероники, лежащих примерно в ста мегапарсеках (около 320 миллионов световых лет) от нас.

Ранее Naked Science уже отмечал, что так называемое напряжение Хаббла беспокоит космологов в основном потому, что Стандартная космологическая модель предполагает: скорость расширения Вселенной не должна серьезно меняться со временем. Однако другие модели — в частности, пульсирующая Вселенная Николая Горькавого — не только не входит в противоречие с напряжением Хаббла, но и требует его существования. В модели Вселенной по Горькавому скорость ее расширения до определенного момента будет нарастать. То есть в ее рамках вполне логично, что расширение пространства-времени 13,8 миллиардов лет назад шло с меньшей скоростью, чем треть миллиарда лет назад, в Волосах Вероники.

[ArefievPV]

Физики математически объяснили, как мыло успешно прошло лабиринты
https://naked-science.ru/article/physics/mylo-proshlo-labirint
Поверхностно-активные вещества оказались способны эффективно проходить лабиринты. Международная группа ученых опубликовала математическую модель, описывающую происходящие при этом физические процессы.

Недавно исследователи обнаружили, что поверхностно-активные вещества, они же ПАВ или сурфактанты, — молекулы, снижающие поверхностное натяжение жидкости и содержащиеся в мыле — могут естественным образом находить кратчайший путь через лабиринт.

Лабиринты — модельная система для сложных разветвленных сетей, таких как легкие. Понимание механизмов перемещения веществ в лабиринтах может быть ключом к пониманию того, как жидкости и лекарства перемещаются по этим сетям. Изучение механизмов транспорта вещества по таким структурам помогает медикам находить новые и более эффективные методы лечения, оптимизировать доставку лекарств.

Международная группа ученых описала математическую модель, объясняющую это явление. Их статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Когда ученые помещали окрашенное мыло в заполненный смесью молока и сливок лабиринт, природные поверхностно-активные вещества, уже присутствующие в смеси, взаимодействовали с сурфактантом в мыле. Обобществленная жидкость «знает» весь лабиринт, поэтому мыло «интуитивно» находит кратчайший путь к цели. Удивительно, что в процессе перемещения мыло совсем неглубоко проникает в тупиковые ветви лабиринта или не перемещается туда вообще.

Такое поведение ученые объясняют физическими процессами. Два типа поверхностно-активных веществ генерируют силы натяжения, направляющие мыло к выходу. Исследователи использовали передовые математические модели и симуляции, чтобы воспроизвести, как эти силы собирают информацию об общей форме и структуре лабиринта.

Они обнаружили и математически описали механизм, объясняющий перемещение жидкости по сложной разветвленной сети. Расчеты ученых и экспериментальные данные совпали с высокой точностью.

«Применение этого исследования на этом не заканчивается. Многие другие системы, такие как микрофлюидные устройства, которые перемещают микрообъемы химических веществ через сложные сети, могут извлечь выгоду из нашей модели. Используя ее, исследователи смогут создать более эффективные конструкции, неизбежно снижая затраты», — добавил доктор Ричард Макнаир (Richard Mcnair), первый автор исследования.

Исследовательская группа уже разработала предварительные модели, включающие распространение поверхностно-активных веществ в реалистичных геометриях масштаба человеческих легких.

P.S. Интеллект (вычислительный функционал), это не изобретение живых систем, он изначально присущ всем системам (типа, любая система рождается такими свойствами/качествами/способностями). Любой процесс в природе является сразу: и энергетическим, и информационным – одного без другого не бывает, они нераздельны (просто мы привыкли их обособлять (наделяя их независимостью друг от друга) при объяснении явлений).

Живые системы при рождении обретают разум – способность сохраняться с помощью интеллекта. Вот про разум уже можно сказать, что его изобрели живые системы. А информационные процессы и вообще, и их отдельные категории (например, вычисления, как направленные информационные процессы), а также их совокупности (например, вычислительный функционал) – изобрели ещё косные системы, живые системы только унаследовали сие изобретение (типа, присвоили его, так сказать).

[ArefievPV]

Квантовая механика помогла решить парадокс убитого дедушки
https://nplus1.ru/news/2025/02/13/life-on-closed-timelike-curve
Дискретная система на замкнутой времениподобной кривой вернулась в исходное состояние

Физик Лоренцо Гавассино решил проблему самосогласованности систем на замкнутых времениподобных кривых при помощи квантово-механических принципов. Для этого он использовал дискретизацию энергетических уровней и термодинамическое поведение системы, показывая, что к концу цикла система автоматически возвращается в исходное состояние, стирая любые потенциальные временные парадоксы. Работа опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.

Замкнутые времениподобные кривые — это гипотетические траектории в пространстве-времени, которые возвращаются в свою исходную точку, создавая теоретическую возможность путешествий во времени. Эта концепция тесно связана с релятивистской физикой и космологией, но долгое время оставалась спорной из-за потенциальных парадоксов, самый известный из которых, пожалуй, это парадокс убитого дедушки.

Парадокс возникает в случае, если гипотетический путешественник во времени отправляется в прошлое и каким-либо образом предотвращает свое рождение, что, в свою очередь, должно помешать ему в будущем отправиться в прошлое (подробнее об этом можно почитать в материале «Убить дедушку и выжить»). До недавнего времени не существовало строгого квантово-механического объяснения, как системы на замкнутых времениподобных кривых могут быть самосогласованными, хотя ученые уже предлагали различные решения возникающих парадоксов. Однако последовательного решения, объединяющего квантово-механические принципы и термодинамику замкнутой системы, движущейся по замкнутой времениподобной кривой, до сих пор не существовало.

Физик Лоренцо Гавассино (Lorenzo Gavassino) из Университета Вандербильта изучил аналитически поведение конечных и замкнутых квантовых систем на замкнутых времениподобных кривых в пространстве-времени Гёделя. Используя теорему Вигнера и квантовую механическую интерпретацию унитарных преобразований, он показал, что энергетические уровни замкнутой системы (например, космического корабля) подвергаются спонтанной дискретизации из-за необходимости времени вернуться в исходную точку на замкнутой времениподобной кривой.

Кроме того, ученый рассмотрел, как энтропия системы меняется в процессе движения вдоль такой кривой. Он показал, что на определенном участке кривой энтропия достигает максимума, после чего неизбежно снижается вплоть до возвращения системы в исходное состояние из-за необходимости самосогласованности системы при возвращении в исходную точку на замкнутой кривой. По словам физика, это согласуется с теоремой Пуанкаре о возврате, согласно которой в конечных гамильтоновых системах любое начальное состояние через достаточно большое время должно снова повториться.

В результате ученый пришел к выводу, что при прохождении замкнутой времениподобной кривой вся система возвращается к своему исходному состоянию, что делает невозможными ситуации, в которых могут возникать логические противоречия. Например, из-за того что все состояние системы должно оказаться идентично начальному при возвращении в исходную точку на замкнутой кривой, воспоминания наблюдателя внутри космического корабля, которые описываются физической структурой состоящей из атомов и электрохимических процессов в мозге, будут стираться.

В контексте парадокса убитого дедушки это приводит к ключевому выводу: в замкнутой конечной системе с унитарной эволюцией невозможно создать ситуацию, в которой изменения в прошлом приведут к противоречиям, таким как предотвращение собственного рождения. Согласно результатам Гавассино, память и события внутри замкнутой кривой вернутся в начальное состояние, что исключает возможность возникновения ретроактивных парадоксов.

Путешествия во времени любят и писатели-фантасты, и разработчики компьютерных игр. Например, о том, как устроена физика в игре Quantum Break, можно почитать в блоге Марата Хамадеева.

[ArefievPV]

Физики обосновали, как время может течь обратно в открытой квантовой системе
https://naked-science.ru/article/physics/reverse-time-arrow-open-q
Ученые математически объяснили возможность обратного течения времени на микроуровне. Новое исследование показывает, что противоположные стрелы времени теоретически могут возникать в определенных квантовых системах.

Команда физиков изучила, как в контексте течения времени организована открытая квантовая система — субатомные частицы, взаимодействующие с окружающей средой. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.