В связи с тестированием сетевых блокировок в РФ на стороне нашего хостинг-провайдера наблюдаются проблемы с сетью. Сайт может работать нестабильно. Проблема известна, ожидаем восстановления маршрутов.
Авторизация
или войдите через
Забыли пароль?Восстановить
Восстановить пароль
Помощь проекту
Укажите в комментарии свой ник, чтобы мы знали, кого благодарить
Прочитав заголовок, многие подумают о золоте, платине или палладии. Однако самый дорогой металл на Земле — это не то, из чего делают кольца и серьги, а радиоактивный элемент, грамм которого стоит около 27 миллионов долларов (по состоянию на 23 июня 2026 года — почти два миллиарда рублей). А называется этот металл — калифорний.
Его впервые синтезировали в феврале 1950 года в Калифорнийском университете в Беркли. Американские ученые Стенли Томпсон и Альберт Гиорсо бомбардировали атомы кюрия (Cm) альфа-частицами и в итоге получили новый элемент, которому присвоили название калифорний (Cf) — в честь штата Калифорния, его "родины". В периодической системе химических элементов он занял 98-й атомный номер.
Калифорний — искусственный элемент, который ни разу не был обнаружен в природе. Хотя теоретически он может образовываться в ничтожных количествах при ядерных реакциях в урановых рудах.
Производство калифорния
Насколько известно*, в мире существует всего два места, где синтезируют калифорний (главным образом изотоп калифорний-252): Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде, Россия, и Ок-Риджская национальная лаборатория в штате Теннесси, США.
*Допускаю, что неофициально производством может заниматься Китай, чтобы ни от кого ни в чем не зависеть.
Процесс производства крайне сложный и долгий. Плутоний-239 подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе. В результате серии захватов нейтронов и бета-распадов образуется калифорний. Весь цикл занимает 8-18 месяцев. После этого из смеси облученных элементов химическими методами выделяют крошечные количества калифорния.
Ежегодно Россия и США в совокупности производят всего 30-60 миллиграммов калифорния. Для сравнения: вес одной среднестатистической фасолины в сухом виде составляет около одного грамма.
Свойства калифорния
Калифорний — серебристо-белый актиноидный металл, который обладает настолько высокой податливостью и мягкостью, что его можно легко резать ножом. Температура его плавления — около 900 °C, а кипения (по расчетам) — 1 470 °C.
Но главная его особенность — высокая радиоактивность. Калифорний-252, самый распространенный изотоп, — это мощнейший искусственный источник нейтронного и гамма-излучения. Благодаря способности к спонтанному делению, всего один грамм этого изотопа испускает примерно 2,3 триллиона нейтронов в секунду. Для сравнения: один грамм урана-235 испускает около 0,0003 нейтрона в секунду.
Где его используют
Несмотря на мизерные объемы производства, калифорний находит применение в самых разных областях:
Медицина
Калифорний применяется в брахитерапии, представляющей собой метод лучевой терапии, в рамках которой источник излучения вводится непосредственно в опухоль или располагается рядом с ней.
Нейтронное излучение калифорния эффективно разрушает раковые клетки, особенно те, что устойчивы к обычному рентгеновскому облучению. Локальное воздействие позволяет значительно уменьшить влияние на здоровые ткани, а значит, и снизить выраженность побочных эффектов.
Геология и ресурсодобыча
Калифорний используют в нейтронном каротаже — методе геофизического исследования горных пород в скважинах. Нейтроны, испускаемые калифорнием, проникают глубоко в породу и по характеру рассеяния позволяют определить ее состав, влажность, наличие нефти или газа. Этот метод намного точнее рентгеновского, что при массовой разработке месторождений позволяет экономить десятки миллионов долларов.
Поиск драгоценных металлов
Калифорний применяется в нейтронно-активационном анализе для поиска золота, серебра, других металлов и редкоземельных элементов. Облучение породы нейтронами позволяет выявить даже следовые количества искомых элементов.
Контроль качества в промышленности
С помощью нейтронной радиографии просвечивают детали самолетов, турбин, ядерных реакторов. Метод позволяет обнаружить микротрещины, пустоты, коррозию — дефекты, которые не видны на рентгеновских снимках. Благодаря этому калифорний минимизирует любые риски, тем самым спасая тысячи жизней.
Научные исследования
Калифорний используют в фундаментальной физике для изучения структуры атомных ядер, синтеза новых сверхтяжелых элементов, исследования свойств материи и ее поведения в экстремальных условиях.
Таким образом, калифорний — не просто самый дорогой металл. Это уникальный инструмент, который помогает лечить рак, искать нефть, контролировать качество сложнейших конструкций и исследовать материю на атомном уровне. И все это — благодаря крошечным количествам вещества, которое человечество научилось синтезировать лишь 76 лет назад.
Ничто, обладающее массой, не может двигаться со скоростью света, поэтому в данном мысленном эксперименте берем 99% от нее. Также условно представим, что монета при вхождении в атмосферу не будет разрушена и достигнет поверхности Земли.
На первый взгляд ничего серьезного произойти не должно, ведь речь идет о предмете массой всего около трех граммов. Но при скорости, близкой к скорости света, обычная формула кинетической энергии уже не работает: здесь нужно учитывать релятивистские эффекты.
И результат такого столкновения был бы ужасающим.
Рублевая монета, летящая со скоростью 99% от скорости света, имела бы энергию около 1,64 × 10^15 джоулей. Это примерно 392 000 тонн в тротиловом эквиваленте, то есть около 392 килотонн. Для сравнения: мощность атомной бомбы "Малыш", сброшенной на Хиросиму, составляла около 15 килотонн — примерно в 26 раз меньше.
Так что рублевая монета, ударившаяся о поверхность Земли с такой скоростью, не просто оставила бы небольшой кратер. Она сформировала бы крупное ударное образование, вызвала мощную ударную волну, яркую вспышку, выброс вещества и разрушения на огромной площади.
Этот мысленный эксперимент хорошо показывает, насколько обманчивой может быть масса. При падении с обычной скоростью, привычной нам в повседневной жизни, рублевая монета максимум звякнула бы о землю. Но при разгоне до околосветовой скорости энергия ее движения превращается в чудовищную силу.
В ускорителях заряженных частиц, таких как Большой адронный коллайдер, протоны или ядра разгоняют почти до скорости света. Когда они сталкиваются, энергия высвобождается, рождая новые частицы, изучение которых позволяет проверять и уточнять наши теории. Но в случае с коллайдером речь идет о микроскопических частицах, масса которых ничтожна, поэтому даже огромная по меркам физики энергия остается управляемой для установки и не представляет опасности.
С макроскопическим объектом все иначе. Чем больше масса, тем чудовищнее становится цена разгона. Если бы мы решили отправить к звездам аппарат массой около тонны, что совсем немного для космического зонда, то для разгона до 99% скорости света в идеальных условиях потребовалось бы около 550 эксаджоулей энергии. Это сопоставимо с годовым энергопотреблением всего человечества. И это только идеальный минимум: без учета потерь, реальной эффективности двигателя и того, каким способом такую энергию вообще удалось бы передать аппарату.
По мере приближения к цели зонд нужно было бы еще и затормозить. В космосе нельзя просто нажать на педаль, как в машине: чтобы остановить объект, летящий с околосветовой скоростью, нужно куда-то передать всю его колоссальную кинетическую энергию.
Так что организация подобных научных миссий упирается не только в отсутствие технологий, но и в энергетику: разогнать невероятно трудно, затормозить — почти так же трудно, да и взять энергию для всего этого просто неоткуда.
Анатолий Бугорский остается единственным известным человеком, пережившим прямое облучение пучком частиц ускорителя.
К 1978 году 36-летний Анатолий Бугорский зарекомендовал себя как опытный физик-ядерщик в Институте физики высоких энергий в Протвино, научном городке на территории бывшего Советского Союза.
Его работа была сосредоточена на синхотроне У70, крупнейшем ускорителе частиц в СССР. Бугорский отвечал за эксплуатацию и техническое обслуживание ускорителя, обеспечивая бесперебойное проведение всех экспериментов.
Внутри кольцеобразных туннелей синхротрона протоны ускоряются почти до скорости света, после чего направляются на экспериментальные мишени.
Однако в то время неисправности оборудования были обычным явлением. На таком сложном объекте всегда требовалась калибровка.
Утром 13 июля 1978 года Бугорский уведомил диспетчерскую о необходимости отключить луч, чтобы устранить неисправность в аппарате. Затем он дождалсясрабатывания автоматической блокировки безопасности.
Бугорский и его команда не знали, что блокировки безопасности были обойдены или вышли из строя во время предыдущего испытания. Никто этого не заметил.
Также загорелся визуальный сигнальный индикатор, показывающий, что луч высокой энергии включен. В тот день красная сигнальная лампочка перегорела.
Поэтому, когда Бугорскому разрешили переместиться в канал, он ожидал, что луч будет отключен. Он также отметил, что, поскольку лампа выключена, опасности нет.
Чтобы осмотреть неисправное оборудование, ему приходилось наклоняться вперед, в открытое пространство между вакуумными трубками ускорителя.
Он проверял определенный канал на аппарате, где размещались экспериментальные приборы и средства защиты. Голова Бугорского оказалась на пути протонного пучка синхротрона.
Прежде чем он успел что-либо предпринять, Бугорский получил удар пучком частиц по голове. Это были концентрированные протоны, движущиеся со скоростью 99% от скорости света и обладающие энергией в 76 миллиардов электронвольт.
По его словам, он увидел вспышку ярче тысячи солнц, но боли не почувствовал. Луч прошел через затылок, затылочную и височную доли головного мозга и вышел через левую сторону носа.
Фактически он получил дозу радиации в 3000 Гр. Это эквивалентно более чем 340 000 рентген. Для сравнения,после первоначального взрыва открытый реактор на Чернобыльской АЭС испустил в непосредственной близости от себя 15 тысяч рентген.
Доза облучения в Чернобыле была достаточной, чтобы гарантировать смерть через несколько минут после начала воздействия. Разница заключалась в том, что это происходило мгновенно, и облучение было настолько локализованным, что по ширине было меньше карандаша.
Это отличалось от других аварий, связанных с радиацией, где облучение было постоянным в течение минут, часов, дней и лет.
Бугорский за время, меньшее, чем потребовалось для моргания, усвоил дозу, более чем в 20 раз превышающую смертельную. Затем он закончил работу и отправился домой, как ни в чем не бывало.
Никто из присутствующих на объекте не заметил произошедшего. Бугорский поднялся и проверил оборудование, которое он осматривал. Он заполнил журнал учета операций, где записал свою работу на синхротроне.
Как физик-ядерщик, Бугорский понимал, что означает эта яркая вспышка света. Его голова была фактически разделена пополам лучом, но он не был уверен в масштабе повреждений.
Никто не знает, было ли это шоком или типичным советским стоицизмом, почему он молчал в тот день.
Немедленное воздействие на организм
Лицо Анатолия Бугорского старело медленнее на стороне, парализованной протонным пучком, чем на непарализованной. Фотография из архива РИА Новости, общественное достояние.
За одну ночь Бугорскому стало невозможно игнорировать то, что произошло с его телом. Левая половина его лица распухла до неузнаваемости. Кожа начала шелушиться, обнажая следы протонного луча, прошедшего через его лицо, череп и мозг.
Эта рана не была радиационным ожогом, как можно было бы ожидать. Это был туннель разрушения, прожженный чем-то, движущимся с такой скоростью, что организм только сейчас осознал масштабы повреждений.
Увидев отек и предположив, что острое радиационное повреждение на клеточном уровне началось, Бугорский обратился за помощью к медицинской бригаде учреждения. Его срочно доставили в больницу № 6, где лечили пациентов, подвергшихся лучевой терапии.
Врачи и ученые считали его обреченным на гибель. Подсчитав, что уровень воздействия в сотни раз превышает смертельный порог, врачи полагали, что в конечном итоге у Бугорского произойдет полный коллапс нервной системы.
Однако у них не было протоколов для действий в случае попадания высокоэнергетических пучков частиц. Установка была предназначена для оказания помощи жертвам радиационного облучения, при котором поражается весь организм. Никто не знал, чего ожидать от такого локализованного попадания.
Врачи поместили Бугорского в стерильные условия, чтобы наблюдать за ним и документировать то, что произойдет с ним перед смертью. Его медицинскую команду возглавляла доктор Ангелина Гускова, пионер в области лучевой терапии.
Ожоги и шелушение образовали хирургическую линию на лице и шее Бугорского. Впервые врачи смогли визуально увидеть туннель, который луч коагулят через его мозг и лицевые ткани.
Оказалось, что прямое поражение получили затылочная доля, отвечающая за обработку зрительной информации, и височная доля, управляющаясенсорными ощущениями, речью и памятью. Эти области находятся в центре сознания человека. И всё же смерть не наступила.
Шли дни, потом недели, и отек начал спадать. Удивительно, но кожа зажила над местом прохождения луча через его голову. Бугорский, который должен был быть мертв или, по крайней мере, в вегетативном состоянии, все еще был активен, задавал вопросы. В основном он оставался самим собой.
Оставшиеся повреждения были по-прежнему очень локализованы. Однако слух в левом ухе сменился звоном.
Левая сторона лица Бугорского парализовалась из-за разрушения нервов. Интересно, что, в то время как правая сторона его лица с годами старела, левая оставалась неподвижной в течение 36 лет.
Как Бугорский пережил непостижимое
Панель управления ускорителем частиц U-70 в Институте физики высоких энергий в Протвино.
Вопрос, который волновал как врачей, так и ученых, заключался в том, как Бугорскому удалось выжить и почему повреждения остались локализованными.
Типичная острая радиация, наблюдавшаяся в Хиросиме, Нагасаки и Чернобыле, облучала кости, органы и ткани, словно пулями размером с электрон, нарушая их функционирование на клеточном уровне.
Повреждения затрагивают весь организм одновременно. Именно эта сокрушительная атака приводит к гибели всех систем.
В Чернобыле все тела жертв подвергались воздействию высокоэнергетических гамма-лучей. Однако в случае с Бугорским облучению подверглась только голова, и лучи проходили через нее по одному пути. Таким образом, повреждения ограничились одной линией.
Пучок протонов также отличался высокой точностью. Он проходил сквозь Бугорского, как хирургический инструмент, разрушая ткани по всей своей узкой траектории. Но при этом оставлял все по обе стороны от него нетронутым.
Интенсивность луча, попавшего в него, вероятно, отчасти объясняет его выживание. К счастью для Бугорского, участки его мозга, через которые прошел протонный луч, не затронули жизненно важные органы.
Если бы пуля прошла на миллиметры в любом другом направлении, история закончилась бы иначе. Например, если бы она задела ствол головного мозга, он бы умер мгновенно.
Бугорский получил заключение об отсутствии патологии и в конечном итоге был выписан из больницы № 6 после заживления кожи. Он был классифицирован как медицинская аномалия.
Ему было предписано возвращаться в больницу не реже двух раз в год до конца жизни для сбора данных и проведения профилактических осмотров.
Его интеллектуальные способности не пострадали, но у Бугорского развилась усталость от умственной работы. Впоследствии у него периодически случались припадки. Однако способность рассуждать, анализировать и рассматривать различные аспекты своей области оставалась неизменной.
Жизнь после аварии
Цифровая 3D-аналитика аварии Анатолия Бугорского.
Одна из самых примечательных тем в истории Бугорского — это не сам несчастный случай, а то, что он пережил после него. Несмотря на полученные травмы и потенциальные проблемы со здоровьем, Бугорский продолжал работать физиком-ядерщиком в институте, где произошла авария.
Он даже взял на себя роль координатора экспериментов в проектах, связанных с тем же ускорителем, который чуть его не убил. Это был отказ позволить худшему моменту в его жизни стать определяющим фактором его существования.
Он также продолжал дважды в год посещать Московскую больницу № 6 для обследований и встречался с другими жертвами ядерной аварии. Бугорский стал незримым символом советской радиационной медицины.
Тем не менее, большая часть подробностей его истории парадоксальным образом оставалась скрытой от общественности.
Он продолжал работать в Институте физики высоких энергий, но учреждение перешло в режим выживания. Чтобы справиться с постсоветскими экономическими проблемами, оно было поглощено Национальным исследовательским центром имени Курчатова. Также произошёл переход от фундаментальных исследований в области физики высоких энергий к прикладным исследованиям.
Проработав значительно дольше стандартного пенсионного возраста и обеспечив себе некоторую стабильность, Бугорский наконец-то вышел на пенсию в 77 лет, занимая должность координатора физических экспериментов. В настоящее время он проживает в Протвино со своей 83-летней женой.
Бугорский, за исключением задокументированного локализованного паралича лицевого нерва, остается клинически здоровым и прожил на четыре десятилетия дольше, чем ожидалось.
В далеком 1916 году Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн, но впервые их зарегистрировать удалось почти век спустя. В 2015 году детектор LIGO уловил сигнал от слияния черных дыр и открыл новую эпоху в астрономии — эпоху гравитационно-волновых наблюдений. Теперь физики предлагают использовать подобные инструменты не только для изучения катастрофических событий во Вселенной, но и для поиска возможных следов внеземных технологий.
Принцип основан на фундаментальном следствии общей теории относительности: любой объект с массой при ускорении порождает гравитационные волны — возмущения пространства-времени, распространяющиеся со скоростью света. Обычно эти волны настолько слабы, что зарегистрировать их удается только от экстремальных астрофизических событий вроде слияний черных дыр или нейтронных звезд.
Но если гипотетическая инопланетная цивилизация строит аппараты планетарного масштаба (например, корабли поколений) и разгоняет их до релятивистских скоростей, то такие объекты тоже могут стать источниками гравитационных волн, доступных для регистрации.
LIGO — это лазерно-интерферометрическая обсерватория. Два лазерных луча проходят по четырехкилометровым трубам в перпендикулярных направлениях и отражаются от высокоточных зеркал. Когда через детектор проходит гравитационная волна, пространство слегка растягивается в одном направлении и сжимается в другом. Это вызывает микроскопические смещения зеркал, которые фиксирует интерферометр.
Международная команда физиков попыталась оценить, каким должен быть инопланетный аппарат, чтобы его ускорение можно было заметить с помощью наших технологий. Для этого они рассчитали ключевые параметры: массу объекта, скорость разгона, расстояние до него и силу сигнала, который могли бы уловить современные детекторы.
Такие гипотетические объекты ученые назвали RAMAcraft — отсылка к роману Артура Кларка "Свидание с Рамой", где человечество сталкивается с гигантским инопланетным объектом. В научной работе этот термин использовался для описания быстро ускоряющихся массивных космических аппаратов, которые в теории способны оставить след в данных гравитационно-волновых обсерваторий.
Расчеты показали: аппарат массой с Юпитер, ускоряющийся до 30% скорости света, можно было бы обнаружить на расстоянии до 326 000 световых лет — то есть в любой точке Млечного Пути. Объект массой с Луну при том же ускорении регистрировался бы на расстоянии до 32 600 световых лет.
Гравитационно-волновая обсерватория LIGO не создавалась для поиска инопланетных аппаратов, но, согласно исследованию, ее чувствительности уже достаточно, чтобы засечь космические корабли планетарного масштаба — если они обладают огромной массой и разгоняются до релятивистских скоростей. Однако здесь необходима крайняя осторожность: потенциальную техносигнатуру легко спутать с обычным астрофизическим событием, а инструментальную погрешность — принять за "любопытный сигнал".
Более точную картину смогут дать будущие обсерватории — LISA, DECIGO и Big Bang Observer, — а также уже работающие пульсарные тайминговые массивы. Часть этих инструментов может быть введена в эксплуатацию уже в 2030-е годы. Они позволят лучше определять параметры источника, проверять сигналы в других диапазонах и надежнее отличать возможную техносигнатуру от природных явлений или шума детектора.
Важно отметить, что сейчас LIGO не используется для целенаправленного поиска инопланетных кораблей. Но исследование показывает: гравитационно-волновая астрономия может стать новым инструментом в поиске разумной жизни во Вселенной — особенно если речь идет о цивилизациях, способных строить гигантские космические аппараты и совершать межзвездные перелеты.
Этот вопрос до сих пор не решён. Причём ответ очень важен для понимания физики начиная с квантовой, которая работает на мизерных расстояниях и заканчивая космологией (развитие вселенной в целом).
Автор: Elena Tomasetti.
Есть такая теория, ОТО называется, но в ней есть пугавшая покойного Эйнштейна фигня, назвали её космологической постоянной. И вот эту постоянную вычислить невозможно, её можно определить только эмпирически, т.е. вычислить на основе наблюдений нашей вселенной. От неё зависит всё в уравнениях Эйнштейна. Какой возраст Вселенной, будет она статичной, будет расширяться (пока да, расширяется), будет сжиматься и пр. Если получить точные ответы на этот вопрос, то либо отсеятся, либо будут подтверждены многие теории появления вселенной (а из физики насочиняли их тьму и ещё маленькую тележку).
Господин Эдвин Хаббл, в честь которого назван телескоп, обнаружил обнаружил, что красное смещение увеличивается с расстоянием до далёких объектов. Чем дальше объект, тем "краснее" это смещение, что и вынудило Эйнштейна ввести эту самую постоянную. А от неё многое зависит...
Естественно учёные напридумывали толпу различных методов измерения расстояния, но тут зарылась засада. Если измерения, основанные на пульсарах, цефеидах и т.д. давали оценку возраста вселенной в 13.4 миллиарда лет, то методы полученные от космического микроволнового фона, соответствуют возрасту в 14 миллиардов лет. Но какой из этих двух возрастов является правильным? Какая в таком случае космологическая постоянная?
Исследователи из Болонского университета и Потсдамского института астрофизики им. Лейбница (AIP), а также других институтов предложили новый способ решения проблемы. Используя точные данные о звёздах, они определили возраст тщательно отобранных очень старых звёзд Млечного Пути и пришли к выводу о наиболее вероятном возрасте около 13,6 миллиардов лет. Т.е. они стали искать самые старые звёзды и по их спектру (читай хим. составу) определять их возраст (а там термоядерные реакции, которые описываются квантовой физикой, точность которой зашкаливающая), смогли и очень точно его определить.
Это совсем другой подход к определению возраста вселенной. Их результат 13.6 миллиарда лет, да, чуть выше чем у цефеид, но сильно ниже чем по микроволновому излучению.
В любом случае, правы они или нет, но проблема разногласия не исчезла. Где-то, что-то физики-теоретики недодумали...
К сожалению, мы никогда не достигали ядра Земли (и, скорее всего, никогда не достигнем), но мы многое знаем о его строении, так как располагаем замечательной наукой под названием сейсмология, а также данными гравиметрии, геомагнетизма, геохимии и лабораторных экспериментов при экстремальных давлениях.
Помимо этого, часть важных знаний о внутреннем устройстве нашей планеты мы получили благодаря подповерхностным ядерным испытаниям в период Холодной войны, которые снабдили ученых "спровоцированными" сейсмическими сигналами.
Сегодня мы можем с уверенностью сказать, что внешнее ядро Земли расплавлено, а внутреннее — твердое. Кроме того, исходя из наших знаний о распространенности химических элементов во Вселенной и о том, что с ними происходит при определенных условиях, мы знаем, что ядро состоит преимущественно из железа, которое находится под гигантским давлением.
Имеющиеся данные указывают на то, что температура земного ядра составляет примерно 6 000 градусов (тут и далее температура в градусах Цельсия), что делает его даже горячее солнечной поверхности (около 5 500 градусов). От поверхности Земли ядро отделяют порядка 3 000 километров — если бы наше светило оказалось так близко, оно тут же бы испепелило планету.
Почему же тогда более горячее ядро Земли за 4,6 миллиарда лет не расплавило ни планету, ни ее обитателей?
Ядро изолировано от поверхности огромной толщей мантии, состоящей в основном из твердых горячих горных пород, которые "текут" (мантийная конвекция) со скоростью в несколько сантиметров в год.
Несмотря на огромную температуру ядра, тепло из глубин поднимается к поверхности крайне неэффективно, так как породы плохо проводят его, а перенос за счет медленной мантийной конвекции занимает колоссальное время. Поэтому в данном случае важна не только температура ядра, но и то, сколько тепловой энергии может быть передано наружу и с какой скоростью.
В результате до поверхности доходит слишком маленький "поток" тепловой энергии, чтобы прогреть всю планету до температур плавления: Земля просто медленно теряет тепло (оно уходит в космос), а не "закипает" изнутри. При этом мантия не "плавится снизу" так, чтобы расплав постепенно поднимался все выше. В глубине давление повышает температуру плавления пород, поэтому даже при высоких температурах нижняя мантия в основном остается твердой. А там, где расплав все же появляется, он обычно не накапливается: поднимаясь, он попадает в более холодные области и частично кристаллизуется. В итоге в недрах Земли не существует "роста" океана расплава снизу вверх — возникают лишь отдельные зоны частичного плавления.
Искра бенгальского огня может иметь температуру в 1 500 градусов, но если она случайно попадет в вас, то вы, скорее всего, даже не почувствуете этого. А вот погружение в ванну с кипятком (каких-то 100 градусов) стало бы фатальным для большинства обитателей Земли, потому что у воды большая масса и теплоемкость — она успевает передать много энергии.
Тот же принцип и с Землей: "печка" спрятана очень глубоко, и тепло наружу просачивается постепенно — через конвекцию в мантии и теплопроводность пород. Поэтому планета не плавится, а медленно остывает.
Представьте, что в один из ничем не примечательных дней на Землю вдруг снизошел высший разум, Архитектор нашей реальности, предложив человечеству задать ему один-единственный вопрос, на который будет дан прямой и максимально исчерпывающий ответ, переданный напрямую в сознание.
Многие люди хотели бы узнать, "есть ли что-то после смерти", но в таком случае, получив даже положительный ответ, они не поняли бы механизм. Более философски настроенные решили бы узнать "в чем смысл жизни", но ответ на этот вопрос не может быть объективным, а значит в глобальном плане его ценность нулевая. Гуманисты, получив такую возможность, вероятно, хотели бы узнать "как победить рак". Получив рецепты миллионов лекарств (рак — не одна болезнь), они смогли бы решить локальную проблему, но остальные никуда бы не делись.
Поэтому идеальный вопрос должен быть мета-вопросом*, ответ на который дал бы доступ к "исходному коду" Вселенной, после чего все частные ответы стали бы очевидными. Поэтому, если бы я оказался перед Автором этой реальности, я бы спросил следующее:
"Каков точный и полный набор фундаментальных принципов, законов и констант, которые установлены для этой Вселенной, и каков замысел для разумного сознания в рамках этих правил?"
*Мета-вопрос подразумевает сложную конструкцию. Но при необходимости какая-то из ее частей может быть отброшена без потери ключевой цели вопрошающего. Например, про замысел.
"Исходный код" реальности
Это не законы физики, а самые первые и неменяемые правила, на которых, как на фундаменте, базируется вся наша реальность. Это можно сравнить с правилами игры в шахматы, которые существуют до начала партии.
Например:
"Сознание — основа всего". Это бы означало, что Вселенной необходимо, что ее кто-то ощущал, изучал и осмыслял. Материя — лишь способ для проявления сознания.
"Все есть информация". В таком случае стало бы ясно, что в основе мира — не материя, а данные, логика и вычисления. Частицы, планеты, звезды, разумные существа — программы, хотя и очень сложные.
"Свобода выбора — не иллюзия". Значит, возможность принимать решения самостоятельно реальна и заложена в саму конструкцию мироздания для какого-то важного замысла.
Почему так важно понять фундаментальный принцип реальности? Потому что все остальное вытекает из него.
Допустим, если верная аксиома, что "все есть информация", то законы физики — просто алгоритмы, а черные дыры — инструменты хранения данных. Если верна аксиома "сознание — основа всего", то смысл жизни в том, чтобы задавать вопросы, исследовать, накапливать опыт, а квантовая механика (где важную роль играет наблюдатель) станет понятнее.
Узнав стартовые правила "игры" мы поймем не только "как" работает мир, но и "какого он типа" и "зачем" вообще все это. Все остальное (физика, смысл жизни) станет просто следствием.
Законы и константы
Давая ответ на мой вопрос, Архитектору нашей реальности пришлось бы объяснить, почему фундаментальные физические константы, такие как гравитационная постоянная и скорость света в вакууме имеют именно такие значения.
Несмотря на то, что фундаментальные физические постоянные кажутся произвольными числами, от них зависит сама возможность появления и стабильного существования сложной материи, включая жизнь. Если бы значения этих констант отличались от текущих хотя бы на мизерные доли процента, то звезды никогда бы не зажглись, да и вообще Вселенная могла бы оказаться настолько нестабильной, что схлопнулась бы вскоре после Большого взрыва.
Может ли это говорить о том, что в "исходном коде" мироздания есть скрытые параметры или имеет место принцип тонкой настройки, обеспечивающий существование реальности, в которой зародится сознание? Разобравшись с этим, можно было бы узнать, является ли наша Вселенная уникальной или же представляет собой каплю в океане Мультивселенной, где каждая другая вселенная получила свой набор констант.
Замысел и цель
Отвечая на мой вопрос, Создатель был бы вынужден рассказать, для чего вообще существует Вселенная, наделенная совершенной математической структурой. Кроме того, он поведал бы о нашей роли во всем этом: являемся ли мы запланированным результатом, случайным продуктом эволюции или же вообще мы находимся в симуляции, а наши тела прямо сейчас покоятся в "Зионе" (отсылка к "Матрице").
Ответ дал бы нам не только четкое понимание собственного места в этом мире, но определил бы нашу ценность. А еще мы бы узнали, есть ли во Вселенной еще кто-то кроме нас.
Последствия ответа
Получение ответа на мета-вопрос мгновенно разделило бы историю науки на «до» и «после»:
Станут ясны границы Стандартной модели, мы разберемся с природой темной материи и темной энергии, подойдем вплотную к созданию единой теории поля.
Мы узнаем, единственная ли наша Вселенная, какова ее конечная судьба и почему в ней возможна жизнь.
Будет решена "трудная проблема сознания" — как материя рождает субъективный опыт. Другими словами, мы разберемся в природе сознания, а значит, возможно, научимся его копировать, воспроизводить и генерировать. А это прямой путь к бессмертию.
Мы поймем в чем смысл жизни и обладаем ли мы свободой воли. Помимо этого, концепции добра и зла получат объективную оценку в рамках заданных правил.
Для чего это?
Ценность этого мысленного эксперимента — в его фокусирующей силе. Нет смысла распыляться, пытаясь разгадать тысячи второстепенных загадок; нужно сосредоточиться на обретении глубокого, системного уровня понимания устройства реальности, благодаря чему ответы на все частные вопросы будут получены сами собой.
Не обладая возможностью получить ответы тут и сейчас, мы все же способны приблизиться к истине, если научимся правильно формулировать вопросы.
Геонейтрино — это нейтрино и антинейтрино, которые рождаются в результате радиоактивного распада элементов в недрах нашей планеты. Большинство из них — это электронные антинейтрино, возникающие при распаде долгоживущих изотопов урана-238, тория-232 и калия-40.
Сами по себе нейтрино — это фундаментальные частицы, настоящие "призраки" Вселенной. Они не имеют электрического заряда, их масса почти нулевая, и они пронизывают все вокруг триллионами каждую секунду, ПРАКТИЧЕСКИ ни с чем не сталкиваясь.
Создаваемые по всему миру нейтринные детекторы позволяют "ловить" эти частицы. Поскольку геонейтрино беспрепятственно проходят через толщу Земли, они являются уникальным прямым источником информации о процессах, протекающих в ее глубинах, куда невозможно проникнуть физически. Их изучение помогает определить, какая доля внутреннего тепла Земли (а его выделяется около 47 Тераватт) генерируется радиоактивным распадом, а также оценить количество и распределение соответствующих элементов. Эти данные критически важны для понимания геодинамики и тепловой эволюции нашей планеты.
Эти "призрачные" частицы служат проводниками в недоступные иным способом места. Помимо геонейтрино, существуют, например, солнечные нейтрино, которые позволяют заглянуть прямо в ядро нашего Солнца и изучать протекающие там термоядерные реакции.
Его чувствительность настолько высока, что всего за 59 дней работы он провел измерения ключевых параметров нейтрино с точностью, на достижение которой в рамках предыдущих экспериментов потребовалось почти полвека!
На земле, что бы изучать фндамент физики, а именно из чего состоит материя строят офигительные конструкции, вроде БАКа (это далеко не сливной бачок в унитазе). Однако, очень много информации прилетает к нам из космоса. Нам такие ускорители частиц даже и не снились, просто физически не сможем их сделать.
GIF
Анимация с сайта nplus1.ru
Так вот, прилетает, к примеру протон, не от солнца, от далёкого квазара с дичайшей энэргией. Понятно, в космосе там шанс кого-то встретить мизерный, а вот в более плотных слоях, например атмосфере - далеко не иллюзорный. Само собой понятно, что на пути пучка таких протонов и на таком расстоянии объектов, вроде планет и звёзд море, есть ещё облака пыли, газа, водорода и т.п. Но шанс попасть в матушку-Землю всё одно велик.
Ладно, оставим спутники, космические лаборатории и пр. Но и на поверхности хватает установок-детекторов:
GIF
Вот, даже под землёй есть, обычно это нейтринные детекторы
Главный интерес физиков-практиков - мюоны. Они нестабильны (эдакий электрон или позитрон на стероидах) и благодаря ему ищут "другую физику". К сожалению не смогли найти, пока. Т.к. это бы объяснило почему мы вообще существуем, ибо по ΛCDM-модели перекос между материей и антиматерией не должен существовать (а значит и нас - энергия не смогла бы сформироваться в материю), вот и роют недочёты в ентой теории...
Но тут есть загвоздка: это абсолютная ложь. Эйнштейн не был двоечником. Напротив, он был одним из самых усидчивых, внимательных и умных детей во всей школе.
Откуда же взялся этот устойчивый миф, в который по сей день верят миллионы людей?
Четыре факта, исказивших историю
Молчаливый гений
Маленький Альберт поздно заговорил — до трех лет он молчал, предпочитая наблюдать за миром. Родители Герман и Паулина даже подозревали, что у них растет умственно отсталый наследник.
Но когда мальчик наконец открыл рот, то он сразу стал формулировать целые предложения. Просто до этого его мозг был занят более важными вещами, чем генерация детского лепета.
Путаница с оценками
В швейцарской школе Арау, где учился Эйнштейн, в то время действовала оценочная система, в корне отличавшаяся от той, к которой привыкли мы с вами. Там высшим баллом была единица, а не пятерка.
Поэтому, когда люди слышали, что у Эйнштейна были сплошные "единицы" по математике и физике, они воспринимали его как ни на что неспособного неуча. По факту же это были замечательные оценки — максимально возможные в той системе.
Конфликт с посредственностью
У Эйнштейна были сложные отношения с некоторыми преподавателями, и дело было не в его неуспеваемости. Наоборот — он все схватывал на лету и быстро разбирался в любой теме, но презрительно относился к педагогам, которые допускали ошибки или говорили глупости.
В порыве гнева один из учителей даже сказал, что Альберт "никогда ничего не достигнет". Ирония судьбы в том, что едва ли кто-нибудь вспомнит имя этого преподавателя, а вот Эйнштейн стал символом человеческой гениальности.
Провал... по французскому
Эйнштейн не смог поступить в Федеральную политехническую школу Цюриха с первого раза. Но завалил он не физику или математику — по этим предметам у него были как всегда блестящие результаты.
Проблемы возникли с гуманитарными дисциплинами, особенно с французским языком, который не был для него родным. Будущий ученый просто не желал тратить время на изучение того, что его не увлекало, предпочитая заниматься физикой, с которой уже тогда планировал связать свою жизнь.
Реальный Эйнштейн: гений, а не отстающий
В 12 лет Альберт самостоятельно изучил Евклидову геометрию, которую обычно проходят в старших классах.
В 15 лет будущий лауреат Нобелевской премии уже свободно владел дифференциальным и интегральным исчислением.
"Я никогда не делал ошибок в математике, а дифференциальное и интегральное исчисление освоил к 15 годам", — писал ученый в своем дневнике.
В подростковом возрасте он увлекся философией Канта — произведения, над которыми ломают голову студенты университетов и их седовласые наставники.
Разве это портрет двоечника? Скорее гения, который с детства интеллектуально опережал сверстников на годы (или десятилетия).
Стоит отдать дань уважения студенту медицинского вуза Максу Талмуду, который был наставником юного Эйнштейна, познакомившим его с чудесами науки, не связанными с сухой и скучной зубрежкой, принятой в школе.
Почему миф так живуч?
Люди обожают истории из серии "из грязи да в князи". Многим хочется верить, что великие достижения доступным каждому, даже двоечнику. Легенда про "неудачника Эйнштейна" дает надежду родителям плохо успевающих детей и оправдание тем, кто не желает учиться.
Но не стоит кормить двоечником мифами! Будущее поколение нужно учить тому, что успех требует адского труда и нечеловеческого упорства.
Альберт Эйнштейн — идеальный пример того, как выдающиеся способности, помноженные на страсть к познанию и трудолюбие, привели к революционным открытиям, перевернувшим наши представления об устройстве Вселенной.
Стоит бросить щепотку соли в воду, и она растворится за секунды. Но если капнуть масло — оно останется плавать. Почему вода ведет себя так избирательно? Секрет в полярности.
Молекула воды (H2O) — это крошечный "магнит". Кислород тянет электроны на себя сильнее, чем водород, поэтому у него появляется легкий отрицательный заряд, а у двух атомов водорода — положительный. Получается "электрический перекос": одна часть молекулы отрицательная, другая — положительная.
Эта асимметрия позволяет воде взаимодействовать с ионными соединениями и полярными молекулами — противоположно заряженные части молекулы воды притягиваются к разным ионам вещества, разрушая его структуру.
Как вода "ломает" соль
Соль (NaCl) — это соединение с кристаллической решеткой (ионной решеткой кубической формы) из положительного натрия (Na⁺) и отрицательного хлора (Cl⁻). Как только соль попадает в воду, сразу же запускается реакция:
Отрицательная часть молекул воды (кислород) притягивается к Na⁺;
Положительная часть (атомы водорода) — к Cl⁻;
Решетка разрушается, ионы растаскиваются в разные стороны.
Молекулы воды буквально отрывают ионы друг от друга и формируют вокруг каждого гидратную оболочку — слой из нескольких молекул воды, повернутых к иону противоположно заряженной частью, что препятствует их воссоединению. Так разрушается кристаллическая решетка, и ионы равномерно распределяются в объеме раствора.
Схожим образом вода связывается с полярными молекулами вроде сахаров, спиртов и кислот, образуя водородные связи.
Почему масло не растворяется?
Молекулы жиров и масел неполярные, так как состоят из длинных углеводородных цепей, где электроны распределены равномерно (отсутствуют заряженные участки). А вода, являющаяся полярной, не способна взаимодействовать с такой электрически нейтральной структурой, потому что ей просто не за что "зацепиться".
Когда масло попадает в воду, то молекулы воды "игнорируют" его, продолжая образовывать водородные связи между собой. Масло быстро вытесняется и собирается в капли на поверхности. В природе существует четкое правило: полярное растворяет полярное, неполярное растворяет неполярное.
Именно поэтому для удаления жирных загрязнений используют моющие средства — они содержат молекулы с двойной природой (амфифильные), которые могут одновременно взаимодействовать и с водой, и с жирами. У таких молекул одна часть (гидрофильная "голова") полярная и любит воду, а другая (гидрофобный "хвост") неполярная и притягивается к жирам. Когда моющее средство попадает в воду с маслом, его молекулы окружают жировые капли хвостами внутрь, а головами наружу — образуются мицеллы.
Водород традиционно считается первым элементом периодической таблицы, потому что его атом содержит всего один протон и один электрон. Это делает его самым простым химическим элементом. Любые элементы «левее» водорода, если пытаться представить их в привычном смысле, не могут существовать — ведь половины протона или частицы без протонов в природе не встречаются. Протоны устойчивы, их время жизни практически бесконечно при нормальных условиях, поэтому атом, состоящий меньше чем из одного протона, просто невозможен с научной точки зрения.
Тем не менее в истории науки и популярной литературе периодически встречается концепция «элемента номер ноль», иногда называемого ньютонием или эфиром.
Эта идея возникла из попытки понять, что предшествовало водороду или что может лежать в основе самой структуры атома. Теоретически, элемент 0 представляли как частицу без протонов — то есть атом без ядра. Такой объект не мог бы образовывать химические связи и был бы крайне нестабилен. Нейтрон, например, вне ядра живёт всего около 15 минут, а элемент, состоящий из «ничего», имеет скорее философский или математический смысл, чем реальный химический.
Интересно, что сам Дмитрий Менделеев в своих поздних версиях таблицы действительно рассматривал гипотетические «нулевые элементы». После открытия инертных газов он ввёл их в нулевую группу, считая, что они могут быть аналогами аргона, но без массы. Позднее он даже предложил нулевой период, в который включал элементы эфира — такие как нейтроний и короний. Эти конструкции были чисто теоретическими и должны были объяснять физические явления того времени, например распространение света через эфир, который в начале XX века считался средой для межатомных взаимодействий.
Позже, в 1926 году, немецкий химик Андреас фон Антропов предложил собственную версию «элемента 0», который он назвал нейтрониумом. В его модели атом такого элемента состоял исключительно из нейтронов без протонов. Он поместил его в начало своей таблицы, обозначив специальным символом, но идея не получила научного подтверждения и не была признана химическим сообществом.
Сегодня мы уже знаем, что стабильного химического элемента с номером 0 не существует. Без протонов ядро не может образоваться, а значит, нет структуры, способной формировать химические соединения. Все попытки включить элемент 0 в таблицу Менделеева были историческими или теоретическими конструкциями, отражающими состояние науки того времени. В современной химии первым остаётся водород, а любые рассуждения о «нулевом элементе» имеют скорее познавательный и философский характер, чем практическое значение.
«Элемент номер ноль» — это интересная гипотеза и исторический курьёз, который показывает, как учёные пытались расширить понимание атома и его места во Вселенной. Но в реальной таблице Менделеева и современной науке его нет и быть не может: первый реальный химический элемент всегда остаётся водородом.
Честно говоря я впервые о таком услышал. Но ента хрень реально продаётся.
Скриншот с сайта конторы, логотип которой в правом верхнем углу. Надеюсь и не реклама и авт. права на кусок таблички указал...
Озадачился, а чё енто за хрень? И правда ли послать шиномонтажников куда подальше - с помощью гранул делать всё самому (две монтировки и навык)? Долго гуглил - кто что говорит. Естественно продаваны и производители гранул 146% дают на работоспособность ентой вещи.
В результате наткнулся на видос с ютрупа и стало понятно что к чему.
Как по мне - хрень полная. Я должен разогнаться до оч. большой скорости что бы физика ентого эффекта начала работать, но как только остановился - хана, будет ещё хуже... Чем-то напомнило ферриты:
Сплав титана и никеля практически в равных пропорциях (45% и 55%) принято называть нитинолом или никелидом титана. Данному сплаву присущи такие свойства, как память первоначальной формы и сверхупругость.
Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.
Сколько всё существует и вечна ли Вселенная? А сколько оно ещё просуществует после Большого взрыва? Даже если принять, что теория, которая есть сегодня, правильная, то во многом время жизни материи и самой Вселенной может описать срок существования самого атома и тут всё очень интересно!
Конечно же, я разобрал всё это в новом ролике на канале и вы очень поможете моей научно-популярной работе, если посмотрите его. Ну а дальше разберем вопрос в текстовом виде.
Давайте начнём с простого. Все ли атомы будут существовать вечно? Понятно, чтослово "вечно" для физики весьма условно, но давайте сопоставлять это с термином "невероятно долго". Ответ - нет.
Некоторые атомы будут стабильными, а некоторые нет. Стабильные атомы илистабильные изотопыне распадаются без внешнего воздействия. Как это работает?
Мы помним, что атом состоит из ядра, вокруг которого располагаются электроны. Само ядро тоже составное и включает в свою конструкциюпротоны и нейтроны.
Протоны склеены друг с другом посредством сильного взаимодействия. Нейтроны компенсируют поведение протонов.
Внутри атома есть электростатическое отталкивание (сила Кулона) - протоны заряжены положительно, поэтому они отталкиваются друг от друга. Чем больше протонов в ядре - тем сильнее это отталкивание. И есть сильное ядерное взаимодействие. Действует между всеми нуклонами (и протонами, и нейтронами). Оно короткодействующее, но очень мощное. Именно оно склеивает ядро.
Устойчивость ядра определяется тем, кто победит: сильное взаимодействие или кулоновское отталкивание.
Некоторые комбинации протонов и нейтронов настолько устойчивы, что их ядро не имеет энергетически выгодного пути распада. Это и будут стабильные изотопы.
Например, это водород-1 (один протон), гелий-4 (2 протона + 2 нейтрона, идеальная коробочка), углерод-12, кислород-16, железо-56 (особо прочное, один из «конечных продуктов» звездных реакций).
Они могут существовать сколь угодно долго — пока не вмешается внешнее воздействие (например, столкновение с частицей высокой энергии).
Напротив, мы знаем про нестабильные изотопы, которые сами разваливаются и и испускают всякую гадость.
Причём тут протоны?
Если вы правильно увидели акценты в начале материала, то заметили, что есть некоторые конфигурации вещества, которые должны жить вечно. Получается, что существуют бессмертные элементы? Особенно интересен тут водород-1.
Хм, ну всё бы неплохо и это так, но современные представления подразумевают, что и сам протон где-то глубоко в теории может распадаться. Сколько же живёт этот протон?
Как мы хорошо знаем, современная физика пошла дальше строения ядра атома и заглянула вглубь самого протона. Удивительно, но внутри ученых ожидала очередная матрёшка, созданная по образу и подобию.Протон (как и нейтрон) сам состоит из кварков.
Получается, что логика с распадом вполне может повториться на уровне протона, а время его жизни во много может измерять а сколько вообще может просуществовать вещество. Неправильноевосприятие этой проблем расставляет ложные акценты и ученые понимают реальность искаженно.
Откуда взялась вся эта путаница и в чём проблема?
Если исчезнут протоны, то исчезнет и вся обычная материя: камни, вода, тела, звёзды и всё вокруг. Современная теория элементарных частиц утверждает чтопротон абсолютно стабилен. В ней просто нет механизма, который позволил бы протону распадаться. Сильное взаимодействие сохраняет так называемоебарионное число- квантовое "правило сохранения", которое запрещает превращение протона в другие частицы.
Но некоторые теории, выходящие за рамки Стандартной модели, напримерВеликое объединение, допускают, что протон всё же может распадаться. Очень редко, но всё же.
Современные эксперименты ищут следы такого распада. Пока ни одного подтверждения не найдено. Занятно, что оценка делается по принципу большой выборки - берут огромное количество протонов и следят за их поведением, полагая, что среди этого множества один будет где-то на подходе.
Срок существования протона на самом деле вопрос о судьбе всего сущего. Если протон действительно бессмертен, то частицы, из которых мы сделаны, будут существовать дольше любых звёзд и галактик. Если же у него всё же есть срок годности, пусть и немыслимо длинный, то сама основа материи в итоге растворится в космической пустоте.
Офигительный вопрос на который большинство ответит: "Одно и тоже". А вот нифига. Масса = это просто число, оно определяет как много вещества находится в данном теле. Именно Масса определяет количество энергии, которое надо затратить на разгон одного киллограмма до скорости в 1 м/с. Второй закон Ньютона все помним? А что такое инерция?
Вот так масса и определяется.
А что такое вес? Вот стала моя тушка на весы и они показали 98кг веса.
А вот тут дъявол кроется в деталях.
Масса - та же моя тушка, это мера инертности, но не вес. Для силы, которая толкает массу до лампочки куда и как её двигать, т.е. величина постоянная и скалярная - не имеет направления.
А что же вес? А тут засада. Мы живём на Земле, у нас есть её притяжение (неравномерное по разным точкам планеты) и енто притяжение тянетмою тушку (в 100кг массы) вниз на весы, которые показывают 98.89 кг - потому как притяжение не равно единице (ну так сложилась система единиц у человеокв).
Есть такие Питерские весы (контору писать не буду (реклама же будет), но их стиль узнаваем во многих магазинах)
Так вот такими весами мы и торговали (обслуживали и ремонтили, пока контора жива была). Сразу после закупа эти весы шли на калибровку и гос-поверку. А всё потому, что в Питере сила притяжения ниже чем у нас - врали.
Ну раз есть сила, значит и есть направление приложения ентой силы. А чувствительному элементу на енто всё похер - он выдаёт величину, равную его "прогибу". Чем сильнее его нагибаешь - тем сильнее он возмущается.
Таким образом выходит, что вес величина уже не скалярная, как масса, а векторная - имеет направление. И зависит не только от массы тела, но и приложенной силы (для весов - сила притяжения в геоиде). Т.е. вес - это уже векторная сила. Т.е. 2й закон Ньютона - сила*массу. Земля тащит нас с ускорением 9.8, мы имеем массу 1кг, на весы и пятки ощущаем усилие в 1*9.8 = 9.8 ньютонов.
Очень похожие и схожие понятия, а вот разница дикая по смыслу.
Протон- это одна из базовых частиц материи,которую традиционно представляют как комбинацию трёх кварков. Но современная физика показала, что картина куда более сложная. Внутри протона происходят разные процессы, порождающие необычные структуры.
Мы уже беседовали на тему того, что современная наука сделала огромный шаг от того, что протон был простым "мячиком", до сложной системы квантового уровня, которая, вероятнее всего, должна описываться как процесс, а не частица.
Стоит ли при этом удивляться, что у протона обнаружилисьтак называемые "экзотические состояния". Давайте разбираться что это вообще такое и почему оно чрезвычайно интересно для науки?
Начнём с самых основ. Классическая модель протона - этотри кварка, удерживаемые вместе сильным взаимодействием. Но в реальности внутри постоянно возникают и исчезают частицы, образуя временные и сложные конфигурации. Многие из них отличаются от той единственной конфигурации, которые мы привыкли видеть в учебниках.
Учёные называют такие структуры экзотическими, потому что они выходят за рамки привычного трёхкваркового состава.
Парадоксально тут и другое - сама стабильность протона и его якобы неспособность распадаться описывается через удачную кварковую конфигурацию. При этом мы уже обсуждали, что одиночных кварков ученым наблюдать пока не приходилось и многие описывают через это и стабильные состояния.
Итак, экзотическое состояние - это всё тот же протон, но с другим количеством кварков внутри или включающий в состав глюоны, проявляющие свойства. Среди экзотических состояний особенно ярко выделяются:
Пентакварки- частицы, содержащие четыре кварка и один антикварк.
Тетракварки- комбинации из двух кварков и двух антикварков.
Гибридные протоны- это действительно адроны, в которых глюоны внутри не просто «скрепляют» кварки, а участвуют как отдельные активные компоненты, добавляя новые свойства частице.
Эти экзотические частицы долгое время были лишь теоретическими предсказаниями. Но лишь в последние годы учёным удалось обнаружить их в экспериментах.
Как объяснить их существование? Вопрос хороший. Пожалуй пока лишь тем, что мы не понимаем реальное устройство протона.
Внутри протона постоянно появляются и исчезают пары кварков и антикварков (виртуальные частицы). Это похоже на бурлящий океан из частиц и полей, которые не статичны, а постоянно меняются. Такие процессы позволяют формироваться временным экзотическим состояниям, например, пентакваркам (четыре кварка и один антикварк). Эти состояния могут быть короткоживущими, но достаточно стабильными, чтобы их можно было обнаружить в экспериментах.
При столкновениях частиц (например, в коллайдерах) протон может перейти в возбужденное состояние, где кварки и глюоны находятся в необычной конфигурации. Эти возбуждённые состояния часто проявляются как новые частицы - резонансы с определённой массой и временем жизни. Некоторые из них соответствуют экзотическим конфигурациям, которые не вписываются в классическую схему «три кварка». Похоже из этого супа частиц всё и начинается.
Существование экзотических состояний протонов предсказывали различные модели КХД и кварковые модели. Теперь это стало реальностью.
Свойства экзотических состояний
Экзотические состояния протона обычноимеют большую массупо сравнению с обычным протоном, поскольку внутри них присутствует большее количество кварков и глюонов, а также интенсивные взаимодействия между ними создают дополнительную энергию.
Подобные конфигурации нестабильны и существуют очень короткое время.
В экзотических состояниях могут возникать необычные спины, изоспины и другие квантовые характеристики, которые не встречаются у стандартного протона. Такие состояния могут по-разному взаимодействовать с фотонами, мезонами и другими адронами. Иногда их взаимодействие ведёт к появлению новых каналов распада или особых реакций, не характерных для обычных протонов.
Экзотические конфигурации изменяют внутреннее распределение электрического заряда и магнитного момента протона, что может проявляться в измерениях формы и структуры протона при высоких энергиях.
Почему решили, что это всё ещё протоны?
Коллайдер
Логичный вопрос, что если кварковый состав отличается, то почему всё это ещё протон? Это не так-то и сложно. Когда учёные обнаруживают новые частицы или необычные состояния в эксперименте, они анализируют:
Массу частицы (энергию)
Время жизни
Спин и другие квантовые числа
Продукты распада
Протоны очень хорошо изученные частицы, и их масса и свойства известны с высокой точностью.
Когда в экспериментах видят частицу с массой и квантовыми числами, близкими к протону, и при этом с необычными дополнительными признаками (например, наличием пентакваркового компонента), это даёт основание назвать её «экзотическим состоянием протона».
Также эксперименты используют разные методы, чтобы «заглянуть внутрь» адронов - например, рассеяние электронов на протонах или столкновения в коллайдерах. На основе данных о поведении и взаимодействиях частиц делают выводы о том, что это именно протон (или его экзотическое состояние), а не какая-то другая частица.
Зачем нам это?
Изучение экзотических состояний помогает глубжепонять природу сильного взаимодействия- одной из фундаментальных сил, связывающей кварки. Также эти открытия расширяют наше представление о возможных формах материи и сложностях, скрывающихся в микромире.
Картинка на обложку
Кроме того, внутри самого протона могут существовать короткоживущие экзотические конфигурации, которые влияют на его физические свойства - например, массу и спин. Это можно применять на практике для изменения параметров протона.
В 2015 году учёные на Большом адронном коллайдере обнаружили частицы с пятью кварками - пентакварки. Этот экспериментальный успех подтвердил, что квантовый мир намного богаче и разнообразнее, чем казалось ранее.
Если разместить стабилизатор спереди, то он сделает ровно противоположное от своего назначения - дестабилизирует ракету.
Повод расчехлить графический планшет
Во-первых, идеально симметричных реактивных снарядов не существует. Есть только понятие допустимая погрешность. Так что рано или поздно снаряд начнет лететь криво. Компенсировать это можно, либо задав сильное вращение вокруг продольной оси, как в нарезной артиллерии, либо... Собственно, стабилизаторами.
Во-вторых, центр тяжести у этих балумб находится ближе к центру, ещё и динамически изменяется по мере отработки топлива. Да, он может сместиться ближе к носу ракеты, но всё равно останется позади носового стабилизатора.
В-третьих, воздушные потоки тоже не идеально параллельно снаряду направлены. Порой пуски приходится делать перпендикулярно ветру.
И ещё туева хуча фаторов.
Поэтому ракета сразу завалится в какую-то сторону, а давящие в носовые стабилизаторы потоки с удовольствием помогут ей провернуться на 180 градусов.
И это вращение продолжится, пока не закончится топливо. А далее есть реальные шансы, что снаряд стабилизируется в положении задом наперёд и покажет относительно нормальную траэкторию в конце полёта... Только траэктория эта после всех кренделей, что совершит ракета к этому моменту, может указывать куда угодно, хоть обратно в стреляющего.
Почему именно сзади стабилизаторы работают... Потому что теперь центр тяжести спереди, и воздушные потоки, наоборот, своим давлением на стабилизаторы не дают ракете встать боком. Масса, которая тащит их за собой - имеет всяко больше энергии, чем хвост ракеты, поэтому хвост больше не сможет обогнать центр масс.
Исключения - ракеты с активными аэродинамическими поверхностями стабилизаторов (по сути, стабилизаторы с рулями, управляемые системой наведения) наподобие современных "воздух-воздух" или "земля-воздух", созданные для преследования маневренных целей типа истребителей. Они достаточно прочны, чтобы резко повернуть хоть на 90 градусов и более относительно вектора своего изначального движения, и это при работающем двигателе. Тем самым, хвост на мгновение догоняет центр масс.
Теория эта весьма занимательна и необычна. На неё обрушился шквал критики, один из примеров которой мысленный эксперимент "Парадокс близнецов": "С точки зрения домоседа часы движущегося путешественника имеют замедленный ход времени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа. С другой стороны, в системе отсчета путешественника двигалась и ускорялась Земля, поэтому отстать должны часы домоседа. На самом деле братья равноправны, следовательно, после возвращения их часы должны показывать одно время. "
Время безжалостно.
Есть простое объяснение этого парадокса (на самом деле всё сложнее): " Братья не являются равноправными, так как один из них (путешественник) испытывал этапы ускоренного движения, необходимые для его возвращения на Землю."
Но рассуждения рассуждениями, а как их проверить?
И вот в октябре 1971 года
Дж. Хафеле и Ричард Китинг придумали экперимент. Взяли четыре комплекта атомных часов на сверхтонком переходе атома цезия-133. Часики синхронизировали. Два комплекта остались на земле, а два полетели обычными пассажирскими авиалиниями, но в разных направлениях: с запада на восток и с востока на запад (для того, что бы учесть вращение Земли вокруг своей оси).
Фото с вики - один из комплектов, учавствовавших в эксперименте.
Результаты полностью подтвердили предсказания СТО и ОТО:
Соскриншотил с википедии.
Все циферки в ентой табличке представлены в наносекундах. Почти за 65 с половиной часов полётов экспериментаторы потратили почти 7 600 баксов. Но этот облёт стоил того - предсказания обеих теорий относительности по поводу замедления/ускорения времени полностью подтвердились с очень высокой точностью.
