Вземете едно подредено кубче на Рубик и започнете произволно да го въртите. След няколко завъртания то ще бъде напълно разбъркано. Сега продължавайте по случаен начин да въртите, докато не се подреди обратно.

Доста бързо ще разберете, че няма да се получи, но не се разстройвайте: не сте подредили кубчето на Рубик, но сте илюстрирали втория принцип на термодинамиката:

Ентропията в затворена система не може да намалее.

Героинята от филма на Уди Алън „Каквото дойде“ дава такова определение на ентропията: поради това е трудно да набуташ обратно зъбната паста в тубичката. Тя също така обяснява интересно принципа на неопределеността на Хайзенберг, което е още един повод да гледаме филма.

Ентропията е мярка за безредието. Поканили сте приятели на Нова година, прибрали сте се, измили сте пода, подредили сте храната на масата, поставили сте напитки. С една дума, подредили сте всичко и сте отстранили толкова хаос, колкото сте могли. Това е система с малка ентропия.

Всички знаете какво се случва с къщата на следващия ден: пълен хаос. Затова на сутринта имате на разпореждане система с голяма ентропия.

За да приведете дома си в ред, ще ви се наложи да изразходвате доста енергия. Ентропията на системата е намаляла, но няма никакво противоречие с термодинамиката – вие сте добавили енергия отвън и тази система вече не е затворена.

Неравната битка

Един от вариантите за край на света е топлинна „смърт“ на Вселената вследствие на втория закон на термодинамиката. Ентропията на Вселената достига своя максимум и нищо в нея повече няма да се случва.

Общо взето, това звучи доста тъжно: в природата всички подредени неща се стремят към разрушаване, към хаос. Но откъде тогава се е взел животът на Земята? Всички живи организми са невероятно сложни и подредени и по някакъв начин цял живот се борят с ентропията (макар в края на краищата тя винаги да побеждава).

Всичко е много просто. Живите организми в процеса на жизнената си дейност преразпределят ентропията около себе си, тоест отдават своята ентропия навсякъде, където могат. Например, когато ядем хамбургер, то превръщаме красивото подредено хлебче с масло в известно какво. Получава се, че сме отдали своята ентропия на хамбургера, а в общата система ентропията не е намаляла.

А ако вземем Земята като цяло, то тя изобщо не се явява затворена система – Слънцето ни снабдява с енергия за борба с ентропията.

За описание на степента на безпорядък се използва особена термодинамична функция, наречена ентропия и обозначавана с буквата S. Това понятие от гръцкото εν (en – вътре) + τρέπω (trepo – преследвам, бягам, въртя), е въведено от немския физик Рудолф Клаузиус през 1865 година.

„Думата „ентропия“ – казвал той – умишлено съм подбрал близо до думата „енергия“, тъй като двете съответстващи на тeзи изрази величини са толкова близки по своя смисъл, че според мен изискват еднородно обозначение.“

Защо природата се държи по такъв начин, че необратимостта на всички процеси е свързана именно с разсейването на енергия?

За да отговорим на този въпрос, е необходимо да се пренесем в света на атомите и молекулите. Дори в състояние на термодинамично равновесие частиците за миг не спират своето хаотично движение. Тяхната скорост и положение в пространството постоянно се променят.

С други думи, на едно макроскопично състояние съответства голямо множество микроскопични състояния – различни варианти на положенията на всички частици в пространството и техните скорости. Броят на микросъстоянията се нарича термодинамична вероятност W и характеризира безпорядъка, хаотичността на системата.

Молекулярната природа на ентропията е разкрита от австрийския физик Лудвиг Болцман (1844–1906). Той е описал връзката на ентропията с молекулния хаос с формулата S=klnW, където k е константа, наречена константа на Болцман, която е свързана с газовата константа в съотношение k=R/N_A (N_A е числото на Авогадро) и е равна на 1,38•10^-23 J/K.

Ентропията се изменя скокообразно при фазови преходи на веществото. Тя се повишава при топене, тъй като се разрушава подредената кристална решетка, и особено при изпарение, тъй като рязко нараства обемът, достъпен за хаотичното движение на молекулите.

Процесите кондензация и кристализация на веществото, обратно – водят към намаляване на ентропията. Тя намалява, макар и не толкова рязко, при охлаждане на газовете, течностите и твърдите тела. В идеално правилен кристал, при температурата на абсолютната нула (-273,15 °С), ентропията е равна на нула. Това твърдение е същността на третия закон на термодинамиката. Той позволява експериментално да се определи (а също да се изчисли теоретично) абсолютната стойност на ентропията на различните вещества.

Понякога ентропията се нарича „стрела на времето“. Смисълът на това название е такъв. Ентропията определя посоката на самопроизволните процеси. Но такива процеси не протичат самопроизволно в обратна посока – те са необратими във времето.

Ако някой обратим механичен процес, например движението на махалото или сблъсъка на билярдните топки, бъде заснет на видео, а след това бъде пуснат обратно, изображението ще изглежда напълно правдоподобно.

В същото време необратимите процеси, съпровождащи увеличението на ентропията, да речем изгарянето на бенгалския огън, ръждясването на пирона, при подобно гледане ще изглеждат съвсем невероятно. Така ентропията позволява да се отличава миналото от бъдещето.

Уред, който да показва величината на ентропията, не съществува. В същото време ентропията или нейното изменение могат да се изчислят. Изменението на ентропията ΔS на термодинамична система при обратими процеси е отношението на изменението на общото количество топлина ΔQ към абсолютната температура Т (DS=DQ/T). Единицата за измерване на ентропията е J/K, специфичната ентропия – J/kg.K.

Всеки поклонник на космическата сага „Междузвездни войни“ не може да откаже възможността да полети с космически изтребител X-Wing и като истински джедай да постреля с лазер по Звездата на смъртта.

Една от особеностите на тези измислени космически кораби е дефлекторният щит, който да защити звездолета от атаката на противника.

И макар че това наистина изглежда като фантастика, поне една част от този сценарий още сега има теоретична възможност за реализиране.

Екип студенти от Лестърския университет успял да докаже (засега – теоретично) възможността за създаване на система, която да работи като дефлекторен щит. Младите учени съобщават, че човечеството вече използва някои принципи и концепции, които позволяват да се създадат подобни щитове.

Теоретично работата на дефлекторните щитове, според учените, се заключава в следното: необходимо е да създадете около космическия кораб невероятно мощно вибриращо магнитно поле. Силата на това магнитно поле трябва да е достатъчна за създаването на голямо количество високотемпературна плазма, трептяща синхронно с мощното магнитно поле.

Това високочестотно плазмено „одеяло“ се явява практически непреодолимо препятствие за всеки вид електромагнитно лъчение, а най-голяма ефективност то демонстрира спрямо лъчението, чиято честота съвпада с честотата на собствените трептения на облака плазма.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

ExtremeTech

Подобна технология вече се използва при предаване на сигнали за връзка през горните слоеве на атмосферата – чрез йоносферата, поясняват авторите. Ако ви е необходимо да изпратите радиочестотен сигнал на място, намиращо се зад хоризонта, това може да стане, като го насочите нагоре – йоносферата, подобно на огледало, ще отрази електромагнитното лъчение.

Изследователите използвали това свойство на йоносферата като основен принцип на действие на дефлекторния щит.

На пръв поглед идеята е отлична и още повече – тя може да се реализира с днешното ниво на технологиите. Но първият проблем е в това, че такъв плазмен дефлектор, който да може да задържа мехур от свръхгореща плазма около вашия кораб, ще изисква гигантско количество енергия.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

Може би тези неща са гигантски магнити.

Дори ако такъв дефлектор се построи, той наистина ще може да ви защити, като отразява разрядите на бластерите. Но плазменият щит ще работи и във вътрешна посока, като блокира собствените ви изстрели, така че това едва ли е уместна защита.

Но това не е единственият проблем. Тъй като дефлекторният щит ще отразява цялата видима светлина, пилотът ще трябва да лети в пълна тъмнина.

Разбира се, това едва ли ще е проблем за истинския джедай, който освен на традиционните човешки способности може да разчита и на Силата Image may be NSFW.
Clik here to view. .

Едва ли в близко бъдеще учените ще имат шанса да наблюдават с очите си какво се случва в недрата на звездата в момента, когато тя колапсира, преди да загине във взрив на свръхнова.

И все пак космолозите се опитват да изяснят всички тънкости на протичащите процеси с косвени методи.

За учените е достатъчно лесно да разберат това, което се случва в момента на колапса на повърхността на разрушаващата се звезда. Тези събития, които протичат в различни ъгълчета на Вселената със завидна периодичност, се виждат в телескопите, а следите от протичащите процеси се улавят с други астрономически инструменти.

Но взаимодействията между масата на звездната материя и енергията, които протичат под повърхността на звездата и които не се виждат отвън, все пак оставят своите следи на повърхността, предоставяйки на учените възможност да издигат теории и да разработват математически модели.

Използвайки съществуващите теории и някои косвени данни, Филип Моста и Кристиан От, професор по теоретична физика от Калифорнийския технологичен институт, са създали подробен математически модел на звезда, която се взривява с голяма скорост и която има силно магнитно поле в момента на прехода от колапс към взрив.

За създаването на едноминутното видео, описващо 200-милисекунден симулационен модел на колапс на звезда, Мост и От използвали суперкомютър с 20 000 процесора и обработка на 500 терабайта данни.

Звездите с бързо въртене и силно магнитно поле са сравнителна рядкост – не повече от една на всеки сто масивни звезди. Резултатите от моделирането показали, че в областта на ядрото на звездата могат да възникнат колебания на материята, разпространяващи се около оста на въртене на звездата. И тези колебания могат да забавят, а в някои случаи – и напълно да спрат процеса, който обикновено води до взрив на свръхнова.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

© Philipp Mösta and Sherwood Richers

„Дори при наличието на лист и молив, записани формули и уравнения, и обсъждането им с други теоретични астрофизици, ние трябва да разбираме, че тези малки смущения могат да предизвикат нестабилност на звездното ядро. Нищо в природата не е идеално. Благодарение на този модел на колапс сега разбираме, че дори малката асиметрия може да има невероятно драматичен ефект и да започне процеса на звездно разрушаване, водещ до възникването на свръхнова“, коментира Моста.

Сега изследователите се готвят за следваща крачка, в която да моделират същите процеси на по-мощен суперкомпютър. Това моделиране, което ще има по-висока резолюция и ще обхване по-голям период от времее ,не само ще позволи на учените да потвърдят или опровергаят някои от съществуващите теории, но и вероятно да издигнат съвсем нови теории въз основа на получените данни.

Резултатите от изследването са публикувани в сп. Astrophysical Journal Letters. Следващата крачка на учените ще бъде опит за създаването на по-мощни суперкомпютри. Именно такава работа ще им позволи най-после да разберат защо се образува този феномен.

С изследването на учените можете да се запознаете тук.

Сигурно сте чували, че квантовата механика е толкова парадоксална, че понякога навежда на мисълта за съществуването на висш разум.

Но ето че и светилата на науката така и не са единни в мнението си за природата на квантовата физика. Знаете ли защо?

Същината на квантовата механика се изплъзва от разбиране като пясък през пръстите – и това поражда парадокси, взаимоизключващи се параграфи и „призрачни действия“. Просто казано, макар квантовата механика да работи дяволски добре, никой не знае как и защо работи тя.

Много физици прекарват безсънни нощи, блъскайки си главите над природата на квантовата механика, тъй като появата на физика на квантовата информация ни вещае много блага (квантова криптография, квантови компютри и прочие „тайни разработки“), но разбирането на самата природа на квантовата механика остава непреодолима бариера.

Квантовата механика работи независимо от интерпретациите, но интуицията се оказва прекалено слаба, когато е необходимо да се прояснят странните аспекти на квантовата механика. За последните тридесет години учените буквално са се изнесли на палатки пред бариерата, опитвайки се да разберат и да постигнат съгласие по въпроса защо и как работи квантовата механика.

В недалечната 2011 година се състояла конференция „само за избрани“ с името „Квантовата физика и природата на реалността“ (QPNR).

Много видни физици, математици и философи, чиято основна дейност е разбор и интерпретация на квантовата механика, се събрали, за да приведат мислите на науката в ред.

Какво се прояснило на конференцията QPNR? Макар че умишлено ще пропуснем математическите тънкости, ще получим отговори на някои вълнуващи въпроси. Всички учени на конференцията получили въпросник, в някои случаи можели да гласуват повече от веднъж, но за да не ви плашим, сме опростили резултатите. Също както и въпросите.

Въведение в квантовата механика

Първият въпрос, с който ще започнем да разнищваме въпросника на QPNR, е проблемът на квантовото измерване. Това ще ни даде възможност да хвърлим светлина на някои основни понятия в квантовата механика.

В квантовата механика вълновата функция на обекта описва всички измерими свойства на този обект. Тя е пълно описание на това, което се нарича квантово състояние на обекта.

Вълновата функция се описва от знаменитото уравнение на Шрьодингер, който според слуховете го написал по време на почивка в отговор на хвърлените му предизвикателства от страна на светилата на науката. Уравнението описва поведението на вълновата функция в отговор на проявлението на външната среда.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

Математическите детайли сега не са важни, с изключение на едно: уравнението на Шрьодингер е линейно. Ако поставите няколко различни решения в линейното уравнение, тяхната сума също ще бъде решение. Това се нарича принцип на суперпозиция и се явява не физически резултат, а по-скоро свойство на основната математическа структура в квантовата механика.

Същността му е в това, че съществува клас вълнови функции, които се наричат квантови суперпозиции, едновременно описващи различни квантови състояния на обекта.

Нека поставим обект в суперпозиция, да го измерим и да разгледаме какво се получава съгласно стандарта на квантовата механика. Да вземем две еднакви топки – червена и синя. Да ги накараме да се въртят с два кванта (един квант е половин единица) ъглов момент (който наричаме спин). Червената топка ще има горен спин, а синята – долен. Квантовото състояние на двете топки, преди да се сблъскат, ще бъде червена-горе + синя-долу.

Ако измерите спина на двете топки, ще откриете, че червената топка винаги има спин +1, а при синята той е -1, а значи сумата на двете ще бъде равна на нула. Това е важно, тъй като сумарният спин на системата се явява константа в квантовата механика.

Сега да сблъскаме топките. Ако техните повърхности притежават свойства, подобни на тези, които са ни известни, двете топки могат да предадат спина си една на друга.

Най-очевидните резултати ще бъдат такива: нищо няма да се промени (червена-горе + синя-долу, което ние обозначаваме като [1 -1]; спинът ще се промени (червена-долу + синя-горе, или [-1 1]; спинът ще се занули (червена-нула + синя-нула, или [0 0].

Тъй като може да се случи всяко от тези три събития, преди да измерим състоянието на топките, те се намират в състояние на заплетена суперпозиция. Тяхното квантово поле на сблъсъка и преди измерването ще бъде [1 -1] + [-1 1] + [0 0].

(За квантовите скептици: ако измерим разнопосочните спинове на червената и синята топка, теоремата на Бел ни говори, че корелацията между резултатите от измерването ще бъде по-силна, отколкото е възможно в класическата и гореописаната система. Този теоретичен резултат се наблюдава и експериментално, доказвайки, че спинът на всяка от топките след сблъсък няма определена стойност, докато не се измери.)

Да измерим спина на червената топка след сблъсъка. Ако той е равен на 1, квантовото състояние на двете топки след измерването ще бъде [1 -1] – двете други суперпозиции изчезват, тъй като не се съгласуват с измерването. Същото ще бъде, ако резултатът от измерването е -1 или 0 – квантовото състояние ще бъде [-1 1] и [0 0].

Всяко възможно състояние, несъвместимо с резултатите от измерването, изчезва, дори ако е съществувало в изходната суперпозиция.

Проблемът на квантовото измерване

Какво ще се случи, ако решим изцяло да се доверим на квантовата механика? В края на краищата, тя може да опише всички измерими явления. Инструментът, който измерва спина, е доста сложна квантова система, а човекът, който владее този инструмент, е още по-сложна квантова система. Ако мога да имам три различни резултата от измерването на спина, защо да не вляза в суперпозиция на измерване на всеки от трите възможни резултата?

Image may be NSFW.
Clik here to view.

Доколкото ни е известно, нито един човек не усеща себе си в състояние на суперпозиция – ние дори не знаем какво е това чувство. Резултатът от измерването, както беше описано по-горе, съгласно нашия опит, е равен на едно определено число.

За да преведе наблюденията на квантовата механика „на езика на нашия опит“, стандартната квантова механика предполага, че измервателните уреди и наблюдателите са класически в своето поведение.

Не съществува суперпозиция на класическите измервателни уреди и наблюдателите, затова измерването дава един определен отговор, което ние и очакваме. Такова заключение е напълно закономерно, но от това физиците не спят по-добре и не спорят по-малко.

Проблемът е в това, че има редица причини да смятаме, че измервателните уреди и наблюдателите всъщност не се явяват класически в своето поведение. По-скоро тяхната вълнова функция в съчетание с уравнението на Шрьодингер дава пълно описание на възможното поведение на обекта.

Некласическото поведение на големи измервателни уреди е било доказано в рамките на квантовата механика от теоремата на неразрешимостта. Ако структурата на квантовата механика се съхранява за всички системи, в края на процеса на измерване наблюдателят, измерващата апаратура и измерваният обект ще се намират в квантова суперпозиция от всички състояния в съответствие с вълновата функция на измервания обект.

Отчитайки това, проблемът с квантовото измерване може да звучи така: защо измерването, което се провежда с големи и сложни квантови устройства (включително самите нас), дава определен и единичен резултат?

Ако даден аспект в квантовата механика води процеса на измерване до определен резултат, то какъв точно е този аспект? Може ли да го въведем в рамките на съществуващата квантова теория, или е необходимо да я разширим?

Оригиналните понятия колапс на вълновата функция и класически наблюдател били опит да се отговори на този въпрос, но теоремата на неразрешимостта показала, че това не е достатъчно.

Някои учени предположили, че уравнението на Шрьодингер трябва да бъде променено, за да се включат някои нелинейни условия, които да показват ясни състояния по време на измерването. При тези предположения съществуват редица проблеми – дори заради това, че стандартната квантова механика работи прекалено добре, за да може просто така да се промени фундаментално уравнение, без да се развалят добрите му части.

В интерпретацията за паралелните светове на Хю Еверет провеждането на измерване с различни резултати води до образуването на множество алтернативни вселени – по една за всеки възможен резултат. Това позволява да се реши проблемът на измерването – наблюдателят се разпада заедно с измервателния уред, защото не забелязва множеството.

Но в този случай ще ви се наложи да повярвате в това, че излитането на фотона от атома ражда нови вселени…

Декохеренцията, която се явява следствие от взаимодействието на квантовата система с нейното обкръжение, може да доведе до това, че суперпозиционните състояния на вълновата функция са неспособни да си взаимодействат едно с друго, в резултат на което техните вероятности стават независими.

Някои смятат, че именно в този момент вълновата функция колапсира, други – че това изобщо няма отношение към проблема на измерването, тъй като всичко наоколо създава суперпозиция, заплитайки се с околната среда.

Котката на Шрьодингер и макроскопичните суперпозиции

Мисленият експеримент под названието „Котка на Шрьодингер“ е известен на мнозина. В кутия е поставена котка. Вътре има механизъм, съдържащ радиоактивно ядро и съд с отровен газ. Параметрите на експеримента са така подбрани, че вероятността ядрото да се разпадне за 1 час е 50%. Ако ядрото се разпадне, механизмът се задейства, отваря съда с отровен газ и котката умира.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

Същината на експеримента е в това, че условията точно се описват от квантовата механика (ще се разпадне ли радиоактивното ядро?), а самият той е представен от класически проблем (жива или мъртва е котката?). Ние искаме да разгледаме на какъв етап резултатът от експеримента ще престане да се намира в компетенциите на квантовата механика и ще стане обикновено класическо „да“ или „не“.

Основният аргумент е такъв: докато кутията не се отвори, котката ще се намира в квантова суперпозиция на едновременно жива и едновременно мъртва. От друга страна, ако котката влезе в ролята на наблюдател, тя поне ще знае, че е жива. (Осъзнаването от котката на факта, че е мъртва, ще зависи от съществуването на отвъден живот – и такова се предлага в квантовата механика). Спорът ще продължи безкрайно.

В интерпретацията за паралелните светове съдбата на котката не е толкова печална. Когато кутията се отвори, Вселената се разцепва на две – в едната котката продължава да живее, а в другата – не.

Един от проблемите в квантовата механика е физическата реалност на квантовите състояния. В допитването на QPNR имало такъв въпрос: квантовото състояние само описва реалността (епистемично) или се явява реално, както електричното поле, тоест може да се измери (онтично)?

Епистемично – 27%;

Онтично – 24%;

И едното, и другото – 33%;

Строго статистическо – 3%;

Друго – 13%.

Случайността в квантовата механика

Друг фундаментален въпрос в квантовата механика е случайността на отделни квантови събития, от рода на въпросния разпад на радиоактивния атом. Квантовата механика предсказва поведение, което се съгласува със случайния разпад с характерните периоди на полуразпад за този разпад (простете за тавтологията).

Image may be NSFW.
Clik here to view.

Но случаен ли е процесът на разпада, или просто изглежда такъв? Във въпросника на QPNR имало четири варианта: скрит детерминизъм; само изглежда случаен; минимална случайност и случайността като фундаментален принцип на природата.

Скритият детерминизъм е гледна точка на Айнщайн – съществува скрит механизъм в основата на това, което ние възприемаме като квантова реалност. Това явление всъщност е класическо и механично, но ние не можем да го наблюдаваме.

Вселената само изглежда случайна в интерпретациите за паралелни светове, от рода на тази на Еверет. Възприятието на случайностите е само страничен ефект от откриването на себе си в един от новите клонове на вселената.

И най-сложната част се заключава в разликата между минималната случайност и случайността като фундаментален принцип на природата. Последното изобщо се изплъзва от разбиране.

Грубо казано, минималната случайност описва Вселена, в която съществуват явления, които водят до непредсказуеми резултати, а понятието фундаментална случайност описва Вселена, в която случайността лежи в самата ѝ основа на работа.

За разлика от скрития детерминизъм, фундаменталната случайност се разпространява и на поднивата на реалността, в случай на съществуването на такива.

Липсата на подкрепа на скрития детерминизъм (извинявай, Айнщайн) очевидно е свързана с експерименталното потвърждение на теоремата на Бел. Според тази теорема в нашата Вселена не може да има скрити параметри.

Забавно, но не всички привърженици на Еверет са съгласни с това, че наблюдаваната случайност се явява следствие от нашия избор в тази Вселена.

А ето че двете най-странни понятия са събрали максимум точки. Изглежда, това е момент, когато неувереността и неопределеността набират силата на увереност и определеност.

Според изследователи древни огромни крокодили убивали динозаври, като завъртали телата им в „смъртоносно търкаляне“, разкъсвайки плътта и крайниците им.

Новите открития хвърлят светлина върху начина, по който древните влечуги взаимодействали с обикалящата ги среда.

Крокодилите са най-големите влечуги днес. Соленоводният крокодил е смъртоносно месоядно, което достига поне 7 метра и тежи повече от 1 тон.

Тези хищници ядат всичко, което могат, включително и акули. (Въпреки че тези влечуги убиват хора, много повече умират всяка година от ужилвания на пчели, отколкото от атака на крокодили.)

Колкото и големи да са соленоводните крокодили, техните древни роднини са били още по-големи. Sarcosuchus от Африка и Южна Америка можел да достигне 11,5 метра и невероятните 8 тона. Deinosuchus от Северна Америка стигал на дължина до 12 метра и тежал над 8,5 тона; и Purussaurus от Амазонския басейн бил дълъг над 13 метра, а масата му била поне 10 тона.

Белези от ухапвания, намерени върху фосили, подсказват, че Deinosuchus ловувал динозаври като хадрозаврите, които били средноголеми, с патеподобни усти и били изправени на два крака. Група, която включва тиранозавър рекс и предшествениците на птиците.

Учените предполагат, че Sarcosuchus вероятно също се е хранил с големи динозаври, а Purussaurus ловувал костенурки, риби и бозайници като гигантски гризачи.

Учените смятат, че както модерните крокодили тези древни влечуги сигурно са използвали смъртоносни претъркалвания, за да довършат жертвата си. Притискайки плячката с мощните си челюсти, те завъртали цялото ѝ тяло, за да разкъсат плътта или да откъснат крайниците ѝ.

Обаче това търкаляне може да създаде солидно натоварване на черепа. За да разберат дали черепите на древните крокодили са били достатъчно силни да издържат на такова напрежение, изследователите моделирали черепите на 16 съществуващи вида и на 3 изчезнали групи крокодили.

Предполага се, че Deinosuchus и Purussaurus използвали тези смъртоносни завъртания срещу динозаври и бозайници, но Sarcosuchus е имал тясна уста и вероятно не е можел, тъй като силите, които действат на черепа, са били прекалено големи.

Учените открили, че това търкаляне било по-лесно за малките хищници, защото те били по-леки, което улеснявало завъртането. Това означава, че вероятно е било по-лесно за младите, отколкото за възрастните, казва водещият автор на изследването Ернесто Бланко, палеобиомеханик в института по физика в Монтевидео, Уругвай.

„Възможно е много големи индивиди да са използвали други подходи за разкъсване на месо от едрите гръбначни. Например, със странични движения на главата. Може и просто да са гълтали малката плячка цяла“, пояснява Бланко.

Изследователите посочват, че техният модел има някои неясноти: „Ние изучаваме доста по-едри крокодили от който и да е съществуващ вид. Това означава, че не можем напълно да изключим употребата на тези смъртоносни търкаляния при Sarcosuchus“, казва Бланко за LiveScience.

Хората, построили Стоунхендж, са живели в неговите околности. Мястото е било обитаемо няколко хиляди години преди строителството на паметника.

Изследователите са установили, че първото селище на мястото на съвременния гр. Еймсбъри (графство Уилтшир) е възникнало около 8820 г. пр.н.е. Според археолога Дейвид Жак от Бъкингамския университет именно жителите на това селище са построили Стоунхендж. Във вида, който ни е известен днес, Стоунхендж е бил построен около 3000 г. пр.н.е.

Първите останки на мястото на Стоунхендж датират от края на IX в. пр.н.е. До получаването на новите радиовъглеродни данни от Еймсбъри изследователите не можели да обяснят голямата разлика от няколко хиляди години между Стоунхендж и първите останки на неговото място. Сега този въпрос според Дейвид Жак е решен.

По-рано се смяташе, че Стоунхендж е бил издигнат от новото население на „празно“ и необитаемо място. Строителите на паметника обаче не са били номади, а уседнали, владеели са селско стопанство и са издигнали Стоунхендж обмислено, а не спонтанно.

Новите радиовъглеродни датировки от Еймсбъри позволили не само да се проясни въпросът със Стоунхендж, но и да се „състари“ историята на този град. Сега Еймсбъри може да претендира за званието най-стар непрекъснато съществуващ град във Великобритания.

Резултатите от ново изследване сочат, че тайнственото изчезване на един от първите големи градове на Северна Америка – Кахокия, може да е било свързано със силен разлив на река Мисисипи, случил се преди 1800 години.

По време на разцвета си Кахокия заемала 16 квадратни километра, а населението на града било около 20–40 хил. души. Кахокия е била културен и търговски център, където хората носели стоки от цяла Северна Америка.

Населеното място било заобиколено от огромни обработваеми ниви, на които древните фермери отглеждали зърнени култури, включително царевица, слънчоглед и ечемик. Над 200 индиански могили имало около града – някои от тях са се съхранили и до днес.

През 1200 г. Кахокия, разположена на територията на съвременния щат Илинойс, е била многоброен и развит град северно от Мексико. Наскоро учените са открили следи от древно наводнение, което вероятно е унищожило посевите и домовете на повече от 15 000 души.

За разрушителни потоп сочи слой тиня с дебелина 19 сантиметра. Според водещия автор на изследването Самуел Муньос, географ от университета на Уисконсин-Мадисън, слоят датира от 1200 години (плюс-минус 80 години). Градът не е бил изоставен до 1350 година, но това катастрофално наводнение може да е подкопало неговата жизнеспособност.

„Смятам, че временните съотношения между наводнението и отказа на населението от тази земя са били доста заплетени – казва Муньос. – Но фактът, че времето на потопа е съвпаднало с повратния момент в историята на Кахокия, е интересен сам по себе си.“

Преди няколко години Муньос се отправил към тази местност, за да определи как жителите на града са експлоатирали ландшафта – например той искал да изясни колко земи са били засадени с гори и колко са останали прерии, както и какво селско стопанство е било най-характерно за дадения регион.

Според изследването разположението на Кахокия недалеч от мястото на сливане на големи реки ѝ е помогнало да стане голям пътен и търговски възел преди около 2000 години.

Изследователите отбелязват, че тези територии значително са пострадали от човешката дейност. Например анализът на съхранен прашец показва, че през около 450 година вече е започнало значително обезлесяване. Добивите на царевица са достигнали максимум между 900 и 1200 г., а след това са прекратили около 1350 г. Селското стопанство се е възобновило чак през 1800 година, с идването на европейците.

Учените имат много теория за това, кое е било истинската причина за упадък и изоставяне на толкова процъфтяващо някога място. Смятало се, че причина за отдръпването на населението от тези краища е било обезлесяването на равнините или недостигът на храна. Дори са изказвани версии за климатични промени и политически разногласия. Никой не знае с точност къде са отишли жителите на Кахокия, но културните традиции от долината на Мисисипи са живели на югоизток в продължение на няколко столетия.

Статията с резултатите от изследването е публикувана в сп. Geology.

За много години са разработени десетки интерпретации на квантовата механика. Повечето от тях се опитват да обяснят какво се случва, когато в квантовата система се провежда наблюдение или измерване.

Математическата формула, известна като вълнова функция (или вектор на състоянието), описва състоянието на системата, в която протича измерването, и многобройните възможности „колапсират“ в един резултат.

Квантовата „интерпретация“ се опитва да обясни защо се случва колапс и случва ли се въобще. Някои интерпретации започват с въпроса, явява ли се вълновата функция физически реална, или остава нещо строго математическо.

Предупреждение: извадките, които ще прочетете, не отразяват всички тънкости на различните интерпретации, които често са се променяли с времето от привържениците им или дори от техните автори.

Както пише космологът Макс Тегмарк, „дори няма консенсус по въпроса кое да се нарече интерпретация“.

Бомовата механика (Дейвид Бом)

Не я обичат много, но тя има много привърженици и заслужава внимание. Разработена през 50-те години от Бом, който взел за основа ранните възгледи на Луи дьо Бройл, Бомовата механика описва полетата на частиците, управлявани от „пилотни вълни“.

Тези вълни казват на частиците накъде да се движат. Смята се, че този подход връща физиката към детерминизма, игнорирайки вероятностите, които е осъждал Айнщайн, казвайки „Господ не си играе на зарове“.

Тъй като експериментът изключва „скрити променливи“ в полза на детерминизма, Бомовата механика изисква някакво действие на разстояние (или нелокалност). Това изобщо не харесало на Айнщайн. Също така е трудно да се види как Бомовата механика може да предскаже всяка експериментална разлика между предсказанията на стандартната квантова механика.

Малко преди смъртта си Айнщайн казвал, че не е впечатлен от Бомовата интерпретация. „Прекалено евтино според мен“, написал Айнщайн в писмо до Макс Борн.

Стохастична еволюция

Тази интерпретация вероятно не може да се нарече точно интерпретация на квантовата механика, тъй като тя променя математиката. В обичайната квантова механика вълновата функция „еволюира“, изменяйки се във времето по доста предсказуем начин.

С други думи, шансовете за различни резултати могат да се променят, а вие можете да предскажете как точно ще се променят те, преди да сте направили измерване. Но някои физици дълги години смятали, че еволюцията сама по себе си може да се промени по случаен (или стохастичен) начин и да предизвика собствения си колапс.

Предполага се, че този колапс се случва много бързо за големи (макроскопични) обекти и бавно за субатомните частици. Нобеловият лауреат Стивън Уайнбърг усилено изучава този вариант.

Квантово байесианство (Кристофър Фукс, Карлтън Кейвс, Рюдигер Шак)

Тази интерпретация, наричана понякога QBism, взема под внимание статистическите изисквания на Байес, които отразяват личностния фактор в откриването на резултатите – личните предположения.

От тази гледна точка вълновата функция е „лична“, представляваща измерване с индивидуалните знания за състоянието на системата, което може да се използва за предсказване на нейното бъдеще.

Паралелните светове (Хю Еверет)

Игнорирана в продължение на много години от момента на появата си през 1957 г., интерпретацията за паралелните светове набира популярност в последните десет години.

Тя твърди, че всеки път, когато протича измерване, всички възможни резултати съществуват в различни клонове на реалността, създавайки паралелни вселени.

Космологична интерпретация (Антъни Агире и Макс Тегмарк)

Сравнително нова. Тя се е появила едва през 2010 година. Принципно Агире и Тегмарк твърдят, че ако Вселената е безкрайна, то е вярна интерпретацията за паралелни светове, тъй като ще има безкрайно множество паралелни вселени, в които може да се случат всички възможни резултати от измерването на квантовомеханичните процеси.

Агире и Тегмарк изчислили, че резултатите ще възникват в същите пропорции, в които са предсказани от възможностите, изчислени в рамките на квантовата математика.

Така „вълновата функция описва фактическа пространствена колекция от идентични квантови системи и квантовата неопределеност се обяснява с неспособността на наблюдателя да определи себе си в тази колекция“.

Копенхагенска интерпретация

Копенхагенската интерпретация е била формулирана от Нилс Бор в края на 20-те години, в зората на квантовата механика (и после украсена от Вернер Хайзенберг).

Бор е смятал, че измерванията дават резултати, които могат да бъдат описани само с обичайния език на класическата физика, затова няма смисъл да се интересуваме какво се случва в някаква невидима „квантова“ област.

Необходимо е да настроим експерименталната инсталация, за да зададем въпрос за природата на Вселената, и въпросът, който задаваме, подразбира отговора, който ще получим.

Тази гледна точка включва принципа на неопределеността на Хайзенберг, който ограничава не измерването, а самата природа на реалността – едновременното положение на частицата и нейната скорост просто не съществуват, когато протича измерването. Измерването избира една от множеството възможности (или потенциални реалности според Хайзенберг).

Бор обяснил предполагаемите парадокси, от рода на поведението на частицата, като вълни, и вълните като частици, взаимно изключващи се, но „комплементарни“ аспекти на природата.

Последователни истории (Робърт Грифитс)

За първи път предложена от Грифитс през 1984 г., интерпретацията на последователните истории трактува класическата физика като близка до квантовата механика и квантовата математика може да изчисли вероятните мащабни явления по същия начин, както и субатомните.

Вероятностите се отнасят не към резултатите от измерванията, а към физическото състояние на системата. Грифитс особено откроява „несъвместимостта“ на множество възможни реалности в квантовата физика. Вие можете да направите снимки на гората от различни страни, отбелязва той, но снимките трябва да са обединени, за да дадат цялата картина на реалната гора.

В квантовата физика вие можете да избирате какво ще измервате (да речем скоростта на частицата или нейното положение), но няма да можете да съвместите двете измервания, за да съставите цялостна картина на частицата преди измерването. Преди измерването реалното положение и импулсът просто не съществуват.

Точно по същия начин няма реално физическо състояние, в което котката на Шрьодингер ще бъде едновременно жива и мъртва. Фактът, че вълновата функция може да опише такова състояние, просто означава, че вълновата функция е математически конструкт за изчисляване на вероятностите за последователността от събития или истории. В реалния живот всяка последователност от събития ще разкаже последователна история.

Квантов дарвинизъм (Войцех Журек)

Подобна в някои детайли на последователните истории, квантовият дарвинизъм на Журек подчертава ролята на декохеренцията. Това е процес, при който няколко възможни квантови реалии се отстраняват, когато системата взаимодейства с околната среда.

Според това как молекулите или фотоните отскачат от обекта техните траектории записват позицията на обекта; много скоро само една траектория ще остане свързана с информацията, записана в околната среда.

Такъв род природно взаимодействие произвежда един вид „естествен отбор“ на свойствата, които са записани в средата, в множество копия, достъпни за наблюдателя. Така наблюдателите могат да съгласуват конкретно разположение на макроскопични обекти, вместо множествени разположения едновременно.

Декохерентни истории (Мъри Гел-Ман и Джеймс Хартъл)

Разновидност на последователните истории на Грифитс е станала интерпретацията на Гел-Ман и Хартъл (1989 г.), подчертаваща декохеренцията, както и Журек с квантовия дарвинизъм.

Но Гел-Ман и Хартъл твърдят, че Вселената може да се разглежда като квантова система без външна среда. Така декохеренцията протича вътре, произвеждайки това, което те наричат „квазикласически домейни“ – последователни истории, които е невъзможно да се различат на фона на грубите зърна, предизвикани от декохеренцията.

Интерпретацията на Томас Зигфрид (Sciencenews.org)

Зигфрид твърди, че ще нарича своята интерпретация херменевтична, и още работи по нея. Ученият смята, че вместо създаване на интерпретация на квантовата механика той ще интерпретира интерпретациите, които се нуждаят от интерпретация.

Учените се приближават към разгадаването на тайната на стареенето, за да открият средства да забавят този процес и да дарят на човека здравословен, пълноценен живот.

Поредното уникално откритие е дело на изследователите от медицинската школа на Харвардския университет под ръководството на руския професор Вадим Гладишев. Изследователят разказва за откритието и неговите резултати пред „Комсомолская правда“.

„Да си представим, че нашият живот е река – предлага достъпно обяснение ученият. – Да речем, тя тече от планината към океана. Продължителността на живота е времето, през което водата се движи от планината към океана. Някои реки са равнинни, те текат дълго. Други са планински и „тичат“ бързо.

Продължителността на живота може да се промени по аналогия с реките – като се забави скоростта на течението. Ние можем да използваме различни методи – да построим дамба, да я отклоним по друг път или да замразим реката, като получим ледник. Но с тези начини няма да променим самия факт, че водата тече. Защо се случва това?

Поради силата на земното привличане. Точно по същия начин ние сме поставили пред себе си задачата да разберем кое се явява движеща сила на стареенето и как може да се противодейства на тази сила.“

Подобно разбиране ще помогне на учените да изяснят с какви средства по-ефективно да се борят за съхраняване на младостта.

„Стигнали сме до извода, че по аналогия с реката ролята на силата на земното привличане в нашия организъм се изпълнява от така наречената молекулярна неидеалност“, продължава проф. Гладишев.

Белтъците, които се намират в нашите клетки, изпълняват определени функции. Например превръщат едни съединения, постъпващи заедно с храната, в други, необходими на организма.

Но белтъците не са идеални и по време на тяхната работа винаги възникват странични продукти. Фактически това е боклук, който може да се натрупва в клетките. От друга страна, еволюцията ни е дала механизми за защита – специални белтъци и съединения, които поправят уврежданията и „премахват боклука“.

Можем обаче да се защитим само от най-вредните увреждания и при работа на белтъците „очистители“ на свой ред също е неизбежно да се появят странични продукти. В резултат броят на нежелателните съединения, тоест на „боклука“, уврежданията винаги ще бъдат повече от броя на средствата за защита от тях в организма.

„Изхождайки от това, ние предположихме: уврежданията във всеки случай ще се натрупват“, разказва ученият. За да потвърдят достоверността на тази хипотеза, били проведени експерименти с дрозофили.

С уникален метод, при който се анализират 15 000 различни съединения, изследователите успели да проследят измененията в количеството на въпросния „боклук“ при мушици на различна възраст. А също да сравнят процесите на натрупване на увреждания при дрозофилите, които се хранели традиционно, и тези, които били поставени на диета с ограничение в калориите.

Оказало се, че с възрастта броят на неблагоприятните съединения наистина нараства. Но – чудно – при съвсем възрастните организми количеството на увреждания изведнъж престава да се повишава. Това означава, че фактически на преклонна възраст стареенето се забавя.

Учените предполагат, че това може да е свързано със снижаване на активността на стареене в клетките. Възможно е и още едно обяснение – организмите, които стареят и трупат увреждания по-бързо, умират по-рано, оставяйки жизнено място на тези, които стареят и натрупват „боклук“ по-бавно.

От друга страна, станало ясно, че подобен ефект – забавяне на ръста на вредните съединения – се наблюдава при ограничение на калориите в храната. С други думи, нискокалорийната диета също доказано води до забавяне на стареенето на ниво натрупване на увреждания.

При дрозофилите бил ограничаван основният компонент на храненето, от който те получават строителен материал за своя организъм – дрождите. За човека аналогичен продукт е белтъчната храна, на първо място – месото.

Изследователите разчитат, че откриването на закономерности – взаимовръзка между стареенето с натрупването на увреждания – ще позволи по-точно и достоверно да се оцени доколко ефективни са едни или други средства срещу стареене, които вече се изпитват от учените и ще се появят в близко бъдеще.

Кафето изстива, сградите се рушат, яйцата се чупят, а звездите въздъхват във Вселената, на която е съдено да деградира до състояние на равномерна сивота, известна като топлинно равновесие.

Астрономът сър Артър Едингтън през 1927 година е привел постепенното разпространение на енергията в качеството на доказателство за необратима „стрела на времето“.

Но за недоумение на поколения физици стрелата на времето, изглежда, не произтича от основните физични закони, според които, да се движим напред във времето, е същото, както и да се движим назад.

Според тези закони, ако някой знае пътя на всичките частици във Вселената и ги обърне назад, енергията би се натрупвала, а не би се разпилявала: студеното кафе би се затоплило спонтанно, сградите биха се сглобявали от отломките, а слънчевата светлина би се събирала обратно в Слънцето.

„В класическата физика сме силни – казва Санду Попеску, професор по физика от Бристолския университет. –Ако знаех повече, можех ли да обърна хода на събитията и да събера отново всички молекули на счупеното яйце?“

Разбира се, професорът казва, че стрелата на времето не се управлява от човешкото невежество. И все пак, от момента на раждането на термодинамиката през 50-те години на XIX век, единственият известен подход за изчисляване на разпространението на енергията е да се формулира статистическото разпределение на неизвестните траектории на частиците и да се покаже, че с течение на времето незнанието смазва картината на нещата.

Сега физиците са определили фундаменталния източник на стрелата на времето. Енергията се разсейва и обектите се уравновесяват, казват те, защото елементарните частици се преплитат, когато си взаимодействат – странен ефект, наречен квантово заплитане.

„Най-после можем да разберем защо чашата кафе се уравновесява в стаята – казва Тони Шорт, квантов физик от Бристол. – Заплитането се натрупва между състоянието на чашата кафе и състоянието на стаята.“

Попеску, Шорт и колегите им Ной Линден и Андреас Уинтър са съобщили за откритието в сп. Physical Review E през 2009 г., твърдейки, че обектите достигат равновесие, или състояние на равномерно разпределяне на енергията, в продължение на безкрайно количество време за сметка на квантовомеханичното заплитане с околната среда.

Подобно откритие е публикувал и Питър Рейман от университета в Билефелд, Германия, няколко месеца по-рано във Physical Review Letters. Шорт и колегите му подкрепили аргументите си през 2012 г., показвайки, че заплитането предизвиква уравновесяване за крайно време. Също в работа, публикувана в arXiv.org през февруари, две отделни групи направили следващата стъпка, като изчислили, че повечето физически системи се уравновесяват бързо, за време, пропорционално на техния размер.

„За да се покаже, че това е приложимо към нашия физически свят, процесите трябва да протичат в разумни времеви мащаби“, казва Шорт.

Тенденцията на кафето – и на всичко останало – да достига равновесие е „много интуитивна“ – смята Никола Брунер, квантов физик от Женевския университет. – Но когато трябва да обясним защо се случва това, за първи път имаме твърда основа с отчитане на микроскопичната теория.“

Ако новата линия на изследване е вярна, историята на стрелата на времето започва от квантовомеханичната идея за това, че дълбоко в себе си природата е неопределена. На елементарната частица не достигат конкретни физични свойства и тя се определя само от вероятностите, че се намира в дадено състояние.

Например в определен момент частицата може с 50% шанс да се върти по часовниковата стрелка и с 50% – срещу нея. Експериментално проверената теорема на Джон Бел гласи, че няма „истинско“ състояние на частицата; вероятностите са единственото, което може да се използва за нейното описание.

Квантовата неопределеност неизбежно води до заплитане, предполагам източник на стрелата на времето.

Когато две частици си взаимодействат, те повече не може да се описват като отделни, независимо от развиващите се вероятности под названието „чисти състояния“. Вместо това те стават заплетени компоненти от едно по-сложно вероятностно разпределение, което описва двете частици заедно.

Системата като цяло се намира в чисто състояние, но състоянието на всяка от индивидуалните частици е „смесено“. Двете частици могат да се отделят на светлинни години една от друга, но спинът на всяка частица ще корелира с другия. Алберт Айнщайн добре е описал това като „призрачно действие на разстояние“.

„Заплитането е в известен смисъл същността на квантовата механика, или законите, регулиращи взаимодействието на субатомните частици“, казва Брунер. Това явление лежи в основата на квантовите изчисления, квантовата криптография и квантовата телепортация.

Идеята, че заплитането може да обясни стрелата на времето, за първи път е хрумнала на Сет Лойд преди тридесет години, когато той бил 23-годишен дипломант на философския факултет на Кеймбриджкия университет с харвардска степен по физика.

Лойд разбрал, че квантовата неопределеност и как тя се разпространява според това, че частиците стават все по-заплетени, може да замени човешката несигурност в старите класически доказателства като истински източник на стрелата на времето.

Използвайки един неясен подход към квантовата механика, който третира единиците информация като основни градивни блокове, Лойд прекарал няколко години в изучаване на еволюцията на частиците от гледна точка на преместването на единици (1) и нули (0).

Той изяснил, че тъй като частиците все повече се заплитат една с друга, информацията, която ги е описвала (1 – за спин по часовниковата стрелка и 0 – срещу часовниковата стрелка), ще се измести, за да даде описание на системата заплетени частици като цяло.

Сякаш частиците постепенно са загубили своята индивидуална автономия и са станали пионки на колективното съзнание. В този момент, както открил Лойд, частиците преминават в състояние на равновесие, тяхното състояние престава да се мени – като кафето, което се охлажда до стайната температура.

„Това, което наистина се случва, е, че нещата стават все по-взаимосвързани – казва Лойд. – Стрелата на времето е стрела на нарастващите съотношения.“

Идеята, представена в неговата докторска дисертация през 1988 година, не е била чута. Когато той я изпратил в научен журнал, му казали, че „в тази работа няма физика“. Теорията на квантовата информация „беше дълбоко непопулярна“ в това време, казва Лойд, и въпросът за стрелата на времето „остана при чудаците и Нобеловите лауреати, които се пенсионираха“.

„Бях дяволски близо до това да стана таксиметров шофьор“, разказва Лойд.

Оттогава постиженията в областта на квантовите изчисления са превърнали теорията на квантовата информация в една от най-активните области на физиката. Сега Лойд е професор в Масачузетския технологичен институт и е признат за един от основателите на дисциплината. Неговите забравени идеи са изплували в по-уверена форма в главите на физиците в Бристол. Доказателствата му са по-общи, казват учените, и са приложими към всяка квантова система.

„Когато Лойд изказа своята идея в дисертацията си, светът не беше готов – казва Ренато Ренер, ръководител на Института по теоретична физика в ETH Zurich. – Никой не го разбираше. Понякога е необходимо идеите да идват в необходимото време.“

През 2009 година доказателството на групата бристолски физици предизвикало отклик сред квантовите информационни физици, откривайки нови начини за приложение на техните методи.

То показало, че според това как обектите взаимодействат със своето обкръжение – както частиците в чашата кафе се сблъскват с въздуха, например – информацията за техните свойства „изтича и се намазва върху цялата околна среда“, пояснява Попеску.

Тази локална загуба на информация води дотам, че състоянието на кафето стига застой, дори ако чистото състояние на цялата стая продължава да се развива. С изключение на редки случайни флуктуации, казва ученият, „неговото състояние престава да се променя с времето“.

Получава се, че студената чаша с кафе не може да се затопли спонтанно. По принцип, според еволюцията на чистото състояние на стаята, кафето може внезапно да стане изведнъж без примеси от въздуха и да влезе в чистото състояние на своите собствени. Но за кафето са много по-достъпни смесени състояния, отколкото чисти, че това практически никога не се случва – по-скоро Вселената ще свърши, отколкото да можем да го засвидетелстваме.

Тази статистическа слаба вероятност прави стрелата на времето необратима.

„Всъщност заплитането отваря голямо пространство за вас – коментира Попеску. – Представете си, че се намирате в парка и се озовете пред врата, далече от равновесието. Щом преминете през нея, попадате в огромно пространство и се загубвате в него. И никога не можете да се върнете към вратата.“

В новата история на стрелата на времето информацията се губи в процеса на квантово заплитане, а не поради субективна липса на човешко познание, което привежда в равновесие чашата кафе и стаята. Стаята в края на краищата се изравнява с външната среда, а средата – още по-бавно – пристъпва към равновесие с останалата част на Вселената.

Гигантите на термодинамиката от XIX век са разглеждали този процес като постепенно разсейване на енергията, което увеличава общата ентропия, или хаоса, на Вселената. Днес Лойд, Попеску и други в тази сфера виждат стрелата на времето различно.

Според тях информацията става все по-дифузна, но никога не изчезва напълно. Макар локално ентропията да расте, общата ентропия на Вселената остава постоянна и равна на нула.

„Като цяло Вселената се намира в чисто състояние – казва Лойд. – Но отделни нейни части, тъй като са заплетени с останалата част на Вселената, са смесени“.

Един от аспектите на стрелата на времето остава нерешен.

„В тези работи няма нищо, което обяснява защо започвате от вратата – казва Попеску, връщайки се към аналогията с парка. – С други думи тя не обяснява защо изначалното състояние на Вселената е било далече от равновесието.“ Ученият намеква, че този въпрос се отнася към природата на Големия взрив.

Въпреки постигнатия неотдавна напредък в изчисляването на времето на уравновесяване, новият подход досега не може да стане инструмент за изчисляване на термодинамичните свойства на конкретни неща, от рода на кафето, чашата или екзотичните състояния на материята.

„Работата е там, че е необходимо да откриете критерии, при които нещата се държат като стъкло за прозорец или чаша за чай – казва Ренер. – Аз мисля, че виждам новите работи като стъпка в тази посока, но трябва да се направи много повече.“

Някои изследователи изразяват съмнение, че този абстрактен подход към термодинамиката някога ще може точно да обясни как се държат конкретни наблюдавани обекти. Но концептуалните постижения и новият математически формализъм вече помагат на изследователите да си задават теоретични въпроси от областта на термодинамиката, например за фундаменталните предели на квантовите компютри и дори за крайната съдба на Вселената.

„Ние все повече и повече мислим за това, което можем да направим с квантовите машини – казва Пол Скрижипчик от Института за фотонни науки в Барселона. – Да допуснем, че системата още не се намира в състояние на равновесие и ние искаме да си намерим работа извън нея. Колко полезна работа можем да извлечем? Как мога да се намеся, за да направя нещо интересно?“

Шон Карол, теоретик космолог от Калифорнийския технологичен институт, приема новия формализъм в своята последна работа за стрелата на времето в космологията.

„Интересувам се от дългосрочната съдба на космологичното пространство-време – казва Карол, автор на книгата „От вечността до тук: Търсене на окончателна теория на времето“. – В тази ситуация ние наистина не знаем всички съответни закони на физиката, затова има смисъл да се обърнем към абстрактното ниво и тук аз смятам, че ще този квантовомеханичен подход ми е полезен.“

Двадесет и шест години след грандиозния провал на идеята на Лойд за стрелата на времето той е щастлив да бъде свидетел на нейния възход и се опитва да приложи идеите на последното изследване към парадокса на информацията, попадаща в черна дупка.

„Смятам, че сега ще има консенсус, че в тази идея има физика.“

А защо не – и малко философия.

Според учените нашата способност да помним миналото, но не и бъдещето, друга проява на стрелата на времето, също може да се разглежда като натрупване на корелации между взаимодействащите си частици. Когато четеш нещо от лист хартия, мозъкът корелира с информацията чрез фотоните, които достигат очите. Само от този момент нататък вие ще сте способни да си спомните какво е написано на хартията.

„Настоящето може да бъде определено чрез процеса на свързване (или установяване на корелации) със заобикалящата ни среда“, отбелязва Лойд.

Фон на стабилния ръст на заплитането в цялата Вселена, разбира се, е самото време.

Физиците подчертават, че независимо от големите успехи в разбирането на това как протичат измененията във времето, те не са постигнали никакъв напредък в разбирането на природата на самото време или защо то се отличава от трите други пространствени измерения. Попеску нарича тази загадка „една от най-големите неизвестни в областта на физиката“.

„Можем да обсъждаме факта, че преди час нашият мозък е бил в състояние, което е било свързано с по-малко неща – казва той. – Но нашето възприятие, че времето тече, е съвсем друго нещо. По-скоро се нуждаем от допълнителна революция във физиката, която да ни открие тази тайна.“

QuantaMagazine

Астрономи от САЩ, Австралия и Нидерландия са измерили параметрите на въртене на пулсар с точност, превишаваща предишния анализ милион пъти.

В своята работа учените използвали изкривяване на импулсите на пулсара при преминаване на излъчването му през пространството между звезди и галактики, представляващо силно разредена среда от заредени частици. Анализирайки отделни изкривявания от лъчението на обекта, астрофизиците успели да реконструират динамиката на потоците от излъчването на пулсара като цяло.

За пулсара B0834+06 авторите открили, че обемът на пространството на излъчване на звездата е по-малко, отколкото се смяташе по-рано, и вероятно е разположен близо до нейната повърхност. Учените сравнили постигнатата от тях точност с тази, при която от Земята може да се различи двойната структура на молекули ДНК, разположени на Луната.

Смята се, че пулсарите представляват бързо въртящи се неутронни звезди, а линиите на магнитното им поле са наклонени към оста на въртене на звездата. Такива обекти се явяват източници на тясно насочено силно лъчение поради въртенето на звездата, фиксирано от външен наблюдател във вид на периодични импулси.

В зависимост от дължината на вълната се различават радиопулсари, рентгенови и оптични пулсари. В случаите с рентгеновите пулсари лъчението произтича от акрецията на веществото на звезда спътник, докато радиопулсарите излъчват собствена енергия.

Поради малките размери на неутронните звезди (около един или няколко километра) за наблюдението им се използват прецизни телескопи. В изследването на учените е използвана радиоинтерферометрия със свръхдълги бази. Този метод задейства едновременно няколко телескопа, разположени на значителни разстояния (хиляди километри) един от друг.

Механизмът на излъчването на пулсарите, от момента на откриването на първия радиопулсар PSR J1921+2153 в съзвездието Малка лисица през 1967 г., остава неясен. Сега астрономите са успели да подобрят точността на определянето на параметрите на въртенето на пулсара милион пъти в сравнение с предишните резултати.

Авторите са публикували изследването в сп. MNRAS, а накратко с него можете да се запознаете на сайта на колаборация CAASTRO.

Понякога виждаме нещо, което го няма. Този механизъм е присъщ не само на хората с тяхното въображение, но и на животните.

Маймуните, които получавали награда след визуален сигнал, после виждали картината дори при получаване на угощение без какъвто и да е стимул.

Приблизително така работи и „магическото мислене“, каращо хората да поставят основи под своите успехи и нещастия.

Учените от Льовенския католически университет в Белгия са провели експеримент с макаци резус. Изследователите показвали на животните изображение, след което им давали награда – чаша със сок.

След като почерпката започнала стабилно да се асоциира с показаното изображение, условията се променили – давали чаша сок на макаците, но им показвали само чист екран. Магнитно-резонансната томография показала, че зрителните центрове на животните се активират, тоест готвят се за възприемане на показваната преди картинка.

Както съобщават изследователите, зрителните анализатори на маймуните оставали в покой – активирали се само тези отдели от мозъчната кора, които били „тренирани“ в първата част от опита. Получава се, че наградата, свързана с определен стимул или действие, продължава да се асоциира у нас с нея дори при изчезването на този стимул (действие).

Би било любопитно, ако към опита на неврофизиолозите се включат психолозите. Феноменът „магическо мислене“ и представите на човека за изкупление или награда за всяка постъпка е изследван още от Зигмунд Фройд.

В своята работа „Тотем и табу“ Фройд е описвал как се е формирало магическото мислене при древните хора. Поради липсата на други обяснения на околните събития – природни явления, успех или провал при лов, победи или поражения във войните с другите племена – нашите предци са изобретили магически ритуали и са измисляли богове и духове, които управляват събитията от околния свят.

Основополагаща била вярата в това, че с помощта на определени заклинания, ритуални действия или жертвоприношения може да се влияе на околната действителност.

Фройд е описвал примери на подобни подсъзнателни вярвания и при съвременните хора. Карайки се със свой роднина, самият основател на психоанализата счупил скъпа за него статуетка. Анализирайки причините, Фройд стигнал до извода, че е искал да принесе жертва „за изкупление“ на скандала, разбивайки скъп на сърцето му предмет.

Съвременните течения на популярната психология, които твърдят, че „мисълта е материална“ и „позитивно мислещият човек“ ще привлича в живота си съответните събития, може също да се отнесат към разновидностите на първобитното магическо мислене. Напълно е възможно усмихнатият и активен човек по-бързо да постигне успех, отколкото пасивният и раздразнителният.

Ако проведем аналогия с маймуните от експеримента на белгийските учени, ще бъде любопитно да предположим, че човек, на когото просто му е провървяло в живота, може да постави „теоретична база“ под своя успех. Например човек, който печели на лотария, може да смята, че този късмет е компенсация от съдбата за неговия упорит труд в омразната му работа.

Психолозите и психиатрите неведнъж са забелязвали, че зависимите от хазартните игри хора сериозно смятат успеха на рулетка за закономерен резултат, който може да се предвиди. Или служителят, който е чул одобрение от шефа, ще бъде сигурен, че днес особено добре е изпълнил своята работа (дори началникът просто да е бил в добро настроение).

Може да се направи аналогия и с „негативните стимули“ – тоест не с наградата, а с наказанието. За щастие в Льовенския католически университет не са започнали да удрят маймуните с ток или да им крещят, но психолозите отдавна са забелязали, че хората, с които се е случило нещастие, са склонни да търсят рационално обяснение на случилото се.

Това служи за своеобразен защитен механизъм на психиката (както вероятно и при внезапно връхлетял късмет). Човек подсъзнателно смята, че като рационализира своето преживяване, в бъдеще може да избегне неприятната ситуация – да не се разболее, да не го съкратят от работа, да не загуби близък човек и т.н.

С това се обяснява многообразието от разкази за пророчества, „щастливи“ и „нещастни“ съвпадения, които винаги се появяват след катастрофи и терористични актове. Изведнъж става ясно, че бедствието, което се е случило, вече е било предсказано от ясновидци (но никой не ги е чул), че някой имал лошо предчувствие и т.н.

Има и любители на поставянето на „теоретична база“ под възникването на болестите. Действително психосоматичната компонента присъства в много заболявания, но тя може да се търси и анализира само от психолог.

По форуми и разговори може обаче да се чуят твърдения от рода на „ракът е резултат от злото, което сме желали на другите“ или „множествената склероза е проекция на жизнената безизходица и безпомощност“.

В дадения случай домораслите психолози напомнят на маймуната от експеримента, на която дали чаша сок, пък тя сама си доизмислила картината на празния екран.

Pravda.ru

Науката обикновено е критикувана за това, че взема бързи решения за провеждане на експерименти без допитване дали си струва те да се провеждат.

И макар че едни смятат, че философията не се явява наука, други говорят, че учените задължително трябва да вземат под внимание мнението на мислителите, тай като те по-прагматично подхождат към решаването на едни или други въпроси.

Габриел Г. де ла Торе от университета на Кадис решил да зададе въпроса струва ли си астрономите, които продължават да търсят признаци за извънземен живот, да изпращат съобщения от Земята.

С финансиране от НАСА и други аерокосмически агенции през ХХ век човечеството е започнало активно изследване на Слънчевата система и продължава активните опити в търсене на извънземен живот. Повечето големи проекти от подобен род водят началото си от 60-те години, когато астрономът Франк Дрейк насочил радиотелескоп към две звезди, подобни на нашето Слънце, и започнал да търси признаци за наличие на извънземен разум.

Работата на Дрейк е вдъхновила хората за създаването на проекта SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence) – инициатива, започната през 70-те години с подкрепата на НАСА. Сега проектът е толкова огромен, че в него вземат участие милиони интернет потребители, които лично обработват научните данни, получени от астрономическата обсерватория Аресибо.

Освен програмата SETI съществува и програма METI (Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence – послания към извънземни цивилизации), чиято задача е опит за връзка с представители на извънземни цивилизации чрез радиоканали.

Някои астрофизици, като Стивън Хокинг, например, смятат подобни програми за много рисковани. Според Хокинг човечеството не бива да издава своето присъствие поради опасност да се натъкне на недружелюбна високоразвита цивилизация, странстваща из Космоса в търсене на годна за живот планета.

Де ла Торе на свой ред си задава въпроса могат ли подобни действия да се приемат като решение за цялото човечество и какво може да се случи, ако „някой“ успешно получи нашия сигнал. Готови ли сме ние за подобен контакт?

За търсене на отговор на тези въпроси Де ла Торе е изучил мненията на 116 американски, италиански и испански студенти от различни университети, всеки от които имал знания по астрономия, имал своя представа за религията, вяра и мнение за вероятността от установяване на контакт с извънземен разумен живот.

Извадката от тези мнения показала, че човечеството като вид продължава да не е готово за връзка с извънземна цивилизация.

Независимо от невероятния прогрес в областта на науката и технологиите студентите показали своето незнание в множество аспекти на астрономията. Допитването показало също така, че хората нямат достатъчна подготовка и затова отговарят на поставените въпроси от гледна точка на политически и религиозни възгледи.

„Това пилотно проучване показва, че знанията и общото образователно ниво на човечеството по въпросите за Космоса и нашето място в него са на много ниско ниво. Ето защо космическото съзнание трябва да се насърчава допълнително, за да сме по-наясно с глобалната реалност, която ни заобикаля, използвайки най-добрия инструмент, който имаме на разположение: образованието“, казва Де ла Торе, цитиран от RedOrbit.

От геоложкия фронт съобщават за откриването на породи, които са смятани за отдавна изчезнали, а именно за най-ранните остатъци от най-древния и най-ранен ударен кратер на Земята.

В портрета на сърцето на южноафриканския кратер Вредефорт се притаяват любопитни черно-зелени породи.

Това е всичко, което е останало от магменото море, пълнещо някога дупката в земята, твърди Дезмънт Мозер от Западния университет на Отнарио (Канада).

Десеткилометровият кратер Вредефорт се е образувал преди 2,02 млрд. години и оттогава, естествено, времето не го е щадило.

Образуванието, наречено Вредефорт, някога е било съвсем различно. Първоначалният му диаметър се оценява на 300 км. Астероидът или метеоритът, паднал в Африка, вероятно е имал 10 км диаметър и е „изровил“ яма, чиято дълбочина десет пъти е надвишавала Гранд Каньон, отбелязва Мозер.

Земната кора се е разтопила и на мястото на удара се е образувало езеро магма. Нещо подобно се е случило малко по-късно в Онтарио, където се е появил кратерът Съдбъри. Екипът на Мозер обърнал внимание и на него.

Какво е останало? Смятало се, че нищо или почти нищо. Наблюдават се хаотични слоеве брекча, формирани от слоевете на кората, която е паднала в кратера веднага след удара. Слоевете се плъзнали толкова бързо, че предизвиканото от това триене е разтопило камъка и го е превърнало в стъкловидна порода с названието псевдотахилит. Има дори пукнатини в околния материал, които се оказали запълнени с лава (тази порода се нарича гранофир).

Но през 90-те години Мозер открил в центъра на кратера още нещо. Той се опитвал да определи възрастта на Вредефорт и случайно се натъкнал на девствени циркони на възраст 2,02 млрд. години – дребни парченца минерал без каквито и да било следи от удара. Те се криели в пукнатините, които преминават през древната кора, която някога се намирала на дълбочина 20 км.

Мозер смята, че изстиващата магма е проникнала в породите на кората и сякаш е запушила кратера. При това кората се е огънала.

Мозер публикувал разсъжденията си през 1997 година и веднага се разгоряла дискусия за това, може ли да се смятат пукнатините, запълнени с габронорити, за остатък от импактни стопилки.

Сражението не е завършило и до днес. Едни изследователи отхвърлят тази гледна точка, тъй като магмата има необичайна слоестост, която служи като признак за това, че породата е претърпяла изменения. Възможно е това да е още един пример за псевдотахилит или участък от първоначалната земна кора. Други смятат, че младите циркони може да са кристализирали под влиянието на топлината от удара.

Затова Мозер и колегите му се върнали в Южна Африка и се заели с търсенето на доказателства, че пукнатините и кратерът имат една възраст. Станало ясно, че цирконите са разпределени по случаен начин и се смесват с околните минерали, тоест те не може да са се появили благодарение на топлината от удара по-късно, отколкото техните съседи.

Накрая, концентрацията на хафний говори за това, че магмата представлява разтопена порода на възраст 3 млрд. г., която преди удара се е намирала на повърхността на Земята, а не въпросната дълбока кора, която е открита сега благодарение на две милиарда годишната ерозия.

Ако учените са прави, то по тези признаци има смисъл да се търсят и други кратери.

Резултатите от изследването са публикувани в сп. Geology.

В същия брой Матю Юбер от Брюкселския университет (Белгия) и колегите му съобщават за откриването на изхвърлен от удара материал от Вредефорт в Карелия.

Изпарения на фрагменти от породите се повдигнали в атмосферата и паднали на 2500 км от кратера на протоконтинента, който по-късно става северозападна част от Русия и Скандинавия.

Литературната фантастика, както знаем, нищо не предсказва, само вдъхновява. Това е вярно, но и не минава без изключения…

Планетите в системите на двойни звезди са явление, описано за първи път от научната фантастика (Галифрей, Татуин и пр.) и доста сдържано възприемани от повечето учени.

И не само защото пророкували на планетите в такива системи много нестабилни орбити с неизбежно последващо изхвърляне в междузвездното пространство.

Самото формиране на такива тела се смятало за невъзможно – според изчисленията двойката светила трябва да ускорява планетезималите в своите протопланетни дискове до скорости, които не допускат образуването на планетите на орбити до няколко астрономически единици.

С други думи, дори ако планетите в тесни двойни системи са могли да се формират, те едва ли биха били обитаеми – на няколко астрономически единици животът е трудно за не замръзне от недостиг на звездно лъчение. Накрая астрономите смятали, че ако край двойните звезди има планети, то те се въртят само около едната звезда от двойката.

Бурната екзопланетна практика обаче бързо показала, че двойните системи повече приличат на предсказанията на фантастите, отколкото на хипотезите на мнозинството астрономи. Като се започне от 90-те години, са открити около дузина сигурни планети кандидати, въртящи се едновременно около две звезди – така наречените планети с кратна орбита. Сред тях се оказали и такива, които се движат много близо до звездите, тоест на 2-3 астрономически единици, а такива като наскоро откритата Кеплер-413b – на 0,3–0,4 а.е.

Естествено, налага се да се замислим как, първо, тяхното формиране се е оказало възможно, и второ, колко често се случват такива „отклонения“. Въпросът има отношение не само към двойните звезди – ако планетите лесно могат да се образуват там, където според нашите представи не би трябвало да възникват, значи трябва да ревизираме цялата теория за тяхното формиране.

Отговорът на първия въпрос е лесен – трябва просто да го придвижим по-далече в пространството и времето. Тоест да кажем, че планетите са се появили по-далече от своите двойни светила, а след това по неведоми причини са мигрирали по-близо до тях. Тъй като това се е случило отдавна, когато телескопи на Земята не е имало, то и проверката на подобни хипотези е проблематична.

С втория въпрос е по-сложно – повечето открити планети с кратни орбити са намерени с методи, които по определение не позволяват откриването на основна част от тяхната популация. Това е наблюдение на транзитите на планетите по диска на звездите и наблюдение на затъмненията на двойни звезди.

Тоест в двата случая става дума за обекти, намиращи се в една плоскост с нашата система. Не е трудно да се досетим, че на такава крехка основа статистика не може да се построи.

Затова астрономи начело с Дейвид Армстронг от университета на Уоруик (Великобритания) изобретили собствен метод за съставяне на такава статистика. Техен инструмент станали двойни затъмнени звезди, тоест системи, чиято орбитална плоскост случайно се е оказала наклонена към очите на земните астрономи под много малък ъгъл.

Звездите в тях периодично се затъмняват една друга, тоест блясъкът на двойката ще се променя. Тези светила, първо, не са толкова много, а второ, ако в техните системи има лежаща в една плоскост с тях планета, то тя лесно може да бъде открита. Като изходен материал изследователите използвали откритите за достъп данни на „Кеплер“, сред които вече са били открити няколко планети с кратни орбити.

По време на анализа на статистиката по кратните планети възникнали непредвидени трудности – оказало се, че пътьом екипът на Армстронг открил три нови кандидат-планети около двойни звезди. Учените не се спрели подробно на това (не влизало в задачата на тяхната работа), но самият факт, че докато разглеждали умерено количество двойни звездни кандидати, астрономите открили три неизвестни обекта, ги обнадеждил.

Впрочем това откритие може лесно да помръкне на фона на статистиката, която авторите смятат за свое главно постижение. Както подчертават те, всички съвременни хипотези за образуването на планети с кратни орбити твърдят, че гравитацията на двойката звезди трябва да ги кара да се намират в една плоскост, а всякакви планети с орбити, наклонени спрямо орбиталната плоскост на централната звездна двойка, трябва да се изхвърлят от такива системи.

Според изчисленията откритите от „Кеплер“ екзопланети в двойни затъмнени звезди показва, че такива системи са наситени с планети толкова, колкото и около единичните звезди. Или дори повече.

Но учените не изключват ситуация, когато честотата на планетите в една плоскост с двойката звезди се отличава от предсказаната. И тогава, пишат те, „честотата на възникване на планети с кратни орбити трябва да е изключително висока – значително по-висока от аналогичната честота за обичайните единични светила“.

Характерно е, че много планети са открити в диапазон, по-малък от шест земни радиуса, въртящи се около родителската двойка за по-малко от 300 дни. Според изследователите вероятността от тяхното възникване е равна на 10%, в случай че те основно се срещат само в плоскостта на въртене на родителската звездна двойка.

Тоест, според съвременните представи, тя е по-висока, отколкото за планети с такива размери и такава продължителност на годината, но край самотните звезди. Но ако, както и в обичайните системи, звездите могат да се въртят и в плоскост, наклонена спрямо своите звезди, то такива малки и сравнително близки планети около двойните светила са много повече – до 47%. Това са несравнимо по-високи цифри от това, което имаме за системи на единични звезди от типа на Слънцето.

Всъщност авторите на работата дават едва минимално значение на долния им, така да се каже, праг. Както вече се знае, в данните на „Кпелер“ практически не се разглеждат планети с размерите на Меркурий и Марс, и дори планети от типа на Земята и Венера не е лесно да се открият.

Грубо казано, по-лесно е да видим жираф, отколкото лъв, притаил се в тревата. Според вероятността от съществуване планетите с умерени размери на близки до двойка звезди орбити може дори да са повече от посочения диапазон от 10–47%.

В същото време се получава, че на орбити, близки до 300 дни (а именно те най-много интересували изследователите), газови гиганти около двойката звезди се въртят значително по-рядко, отколкото около самотните светила.

Според екипа на Армстронг това може да се обясни от споменатия проблем на скоростните планетезимали, които затрудняват образуването на гигантски екзопланети близо до светилата. Основна част от планетите гиганти около двойки звезди може да се върти на значително разстояние от централната двойка (десетки астрономически единици), което затруднява тяхното откриване.

Освен това в системи, където звездите са прекалено близки една до друга (въртят се около общия център на тежестта за по-малко от седмица), планети не се откриват, макар че причината за това все още не е ясна.

И така, умерените размери на Татуини и Галифреи са явление, което по-скоро е слабо разпространено, отколкото планети от рода на нашата. Това е доста значителна разлика от научния консенсус и определено е сериозно предизвикателство за тези, които се опитват да разчитат на потенциалната обитаемост на такива светове.

Отчет за изследването ще се появи в сп. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а с достъпната му версия можете да се запознаете тук.

В науката, както и в художествената литература, се срещат фантастични персонажи. Повечето от тях били измислени в процеса на обсъждане на втория закон на термодинамиката.

През декември 1867 г. Джеймс Кларк Максуел, в писмо до Питър Тейт, изказал идеята за устройство, нарушаващо втория закон на термодинамиката. След четири години той го представил в монографията „Теория на топлината“. През 1874 г. друг велик физик – Уилям Томсън, нарекъл това устройство Демона на Максуел.

Вторият принцип (или закон) на термодинамиката, или Законът за ентропията, има множество формулировки, чийто смисъл е идентичен: ентропията на затворена система, която не се намира в равновесие, нараства с времето, като достига максималната си стойност при достигане на равновесие

Много физически процеси се отнасят към категорията обратими. Водата например може да замръзне, а полученият лед – отново да се разтопи, и ние получаваме вода в предишния обем и състояние; желязото може да се намагнетизира, след това да се размагнетизира и т.н. При това ентропията на системата в началната и крайната точка на процеса остава неизменна.

Има и необратими в термодинамично разбиране процеси – горене, химични реакции и т.н. Тоест според втория закон на термодинамиката всеки процес в резултат води или до съхранение, или до намаляване на степента на порядък на системата.

Такава дисхармонична ситуация силно озадачила физиците във втората половина на XIX век и тогава Максуел предложил парадоксално решение, което позволявало да се заобиколи вторият закон на термодинамиката и да се обърне стабилният растеж на хаоса в затворена система.

Той предложил следния мисловен експеримент: да си представим херметичен контейнер, разделен на две с газонепроницаема преграда, в който има малка вратичка. В началото на опита едната част на контейнера съдържа газ, а другата – вакуум.

Image may be NSFW.
Clik here to view.Сега да си представим, че на вратата има микроскопичен страж, който зорко следи молекулите. Той отваря вратата на бързите молекули и ги пуска зад преградата, в лявата половина на контейнера, а бавните остават в дясната. Ако този министраж дежури на вратата достатъчно дълго, газът ще се раздели на две половини – в дясната ще остане студеният газ, състоящ се от бавни молекули, а в лявата ще се натрупа горещ газ от бързи молекули.

Така системата се подрежда в сравнение с изходното състояние и вторият принцип на термодинамиката ще бъде нарушен. Освен това разликата в температурите може да се впрегне в работа. Ако пазачът се остави на дежурство вечно, ще получим вечен двигател.

Този забавен Демон на Максуел и досега живее в научния фолклор и вълнува умовете на учените. Действително, вечен двигател не би бил излишен на човечеството, но ето проблем: съдейки по всичко, за да заработи Демонът на Максуел, ще му бъде необходимо енергийно захранване във вид на приток на фотони, необходими за осветяване на приближаващите се молекули.

Освен това, пресявайки молекулите, Демонът и вратата не могат да не встъпват във взаимодействие с тях, в резултат на което самите те постоянно ще получават от тях топлинна енергия и ще увеличават своята ентропия, в резултат на което сумарната ентропия на системата няма да намалее. Тоест по такъв начин теоретичната заплаха за втория принцип на термодинамиката е отстранена, но не безусловно.

Първият истински убедителен контрааргумент бил формулиран скоро след раждането на квантовата механика. За сортиране на молекулите от Демона трябва да се измери тяхната скорост, а той не може да направи това с достатъчна точност поради принципа на неопределеност на Хайзенберг.

Освен това, по силата на същия този принцип, той не може да определи с точност и местонахождението на молекулите в пространството и част от молекулите, пред които той разтваря малката вратичка, ще се разминат с нея. С други думи, Демонът на Максуел се оказва макроскопичен слон в света на микрокосмоса, който живее по свои собствени закони.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

Приведете демона в съответствие със законите на квантовата механика и той вече няма да е в състояние да сортира молекулите на газа и ще престане да представлява каквато и да е заплаха за втория закон на термодинамиката.

Друг силен аргумент срещу възможността за съществуване на Демона страж се е появил вече в компютърната ера. Да предположим, че Демонът на Максуел е компютърна автоматизирана система за управление на отварянето на вратата. Системата извършва побитова обработка на входящата информация за скоростта и координатите на приближаващите се молекули.

Пропускайки или отклонявайки молекулата, системата трябва да нулира предишната структурирана информация, а това е равносилно на увеличаване на ентропията със сума, равна на намаляването на ентропията в резултат на подреждането на газа при пропускане или отклоняване на молекулата, информацията за която е изтрита от оперативната памет на компютърния демон.

Освен това самият компютър също се нагрява, така че и в такъв модел на затворена система, състоящ се от газова камера и автоматизирана пропускателна система, ентропията не намалява и вторият закон на термодинамиката е изпълнен.

Жалко за Демона – симпатичен персонаж.

Според съвременните представи нашата Вселена се състои от 95% тъмна енергия и тъмна материя. Моделирането на динамиката на останалите 5%, които се отнасят към обичайната – барионна материя, се оказало сложна задача.

Астрофизици от Масачузетския технологичен институт начело с Марк Вогелсбергер са представили картина на еволюцията на Вселената. Учените са събрали всички съвременни знания за Космоса и неговия произход в един масив данни и направили уникален компютърен модел.

Резултатите от работата, описани в сп. Nature, потвърдили истинността на стандартния космически модел, тъй като компютърната Вселена се оказала много подобна на нашата собствена.

Проследяването на еволюцията на барионната материя е сложна задача – явленията в широк диапазон физически мащаби са въвлечени в процеса на формиране на галактики и по-големи структури на Вселената.

За да обхванат показаната част от Вселената, космолозите трябвало да опишат обемите на поне 100 млн. парсека (326 млн. светлинни години). Естественият мащаб на звездообразуването е 1 парсек, а процесът на акреция на вещество на черна дупка протича дори в по-малки мащаби.

Моделирането отдавна се използва за решаване на подобни задачи. Но досега дори на най-мощните суперкомпютри било невъзможно да се пусне достатъчно голяма симулация, за да се моделира мащабното разпределение на газа, звездите и тъмната материя, като се съхрани необходимото ниво на детайлизация за адекватно отразяване на отделни галактики.

Получилият названието Illustris модел съдържа над 10 млрд. отделни клетки, отразяващи газа в моделираните обеми, което е приблизително два пъти повече, отколкото са имали неговите предшественици.

Симулацията започва 12 млн. години след Големия взрив и се развива до сегашната епоха. В програмния код изследователите използвали нов метод за решаване на уравнения, описващи еволюцията на барионната материя в космическите структури.

В своя модел учените са обхванали широк кръг физически явления, сред които са охлаждането на газа, еволюцията на звездите, притока на енергия от взрив на свръхнови, производството на химични елементи, акрецията на вещество на свръхмасивни черни дупки. В съвкупност тези явления, които нелинейно влияят едно на друго, са довели еволюцията на наблюдаваната от нас Вселена.

Изработката на симулацията отнела приблизително 16 млн. часа процесорно време – това е около две хиляди години работа на един персонален компютър. Крайният резултат на модела поразително прилича на наблюдаваната Вселена.

Резултатите от имитационното наблюдение на свръхдълбокия космос в Illustris с лекота може да се сбъркат със снимки на реалната Вселена, получени от свръхдълбокия обзор на „Хъбъл“ (Hubble Ultra Deep Field). Изображенията на зародили се във виртуалната Вселена галактики са учудващо реалистични, което по-рано било възможно само при моделиране на отделни галактики.

Става дума не просто за визуално сходство – широкият спектър количествени показатели се съгласува с наблюдаваната реална Вселена.

Но Illustris не означава край на усъвършенстването на космологичните модели за образуването на галактиките. Изчислителният обем на модела все още не е достатъчно голям за моделиране на редки космологични обекти, включително черни дупки в ранната Вселена. Нивото на детайлизация не е достатъчно за изследване на най-бледите галактики, както и на тези, които заобикалят Млечния път.

Звездообразуването в галактиките с ниска маса протича по-рано и по-бързо, отколкото в реалната Вселена, което изисква решение. Все още далечна мечта е възможността да се достигнат мащаби, необходими за пряко моделиране на образуването на звезди в симулация, обхващаща хиляди галактики, подобни на Млечния път.

Наука и жизнь

Да, този свят е сцена,

където всички хора са актьори,

и всеки има миг, във който трябва

да влезе и излезе; и играе

различни роли…

Ако продължим тази ярка метафора, която принадлежи на Уилям Шекспир, то можем да добавим: за да изиграеш любимата пиеса или да заснемеш филм, е необходим сценарий.

И тогава от само себе си възниква въпросът: има ли нашият живот такъв сценарий? Или всичко, което се случва в него, е просто импровизация?

Очевидно Шекспир не е бил само гениален драматург, но и интуитивен познавач на човешките души. В този стих е изложена същината на теорията на Ерик Бърн, американски психолог и баща на цяло направление в психологията, появило се през 60-те години на ХХ век и наречено транзакционен анализ.

Едно от ключовите понятия в тази психологическа школа е „жизненият сценарий“. Това е житейски план, който се съставя от всеки човек още в ранно детство, а след това като по ноти, но без да съзнаваме това, го претворяваме в живота си.

Как се пише сценарият

Вероятно и по филми, и в живота сте забелязвали, че понякога човек сякаш „настъпва едно и също гребло“ или иска да направи нещо по-добро, но то се оказва далеч не това, което е възнамерявал.

И тогава чуваме приблизително такива фрази: „Три пъти се жених, всяка ми изневеряваше, всички са такива“, „Мъжете, с които се срещах, пиеха и ми вдигаха ръка“, „Не мога да си намеря свястна работа, винаги възниква конфликт с началството“, „Винаги ми завиждат“ и т.н.

Сценарият ни кара отново и отново в трудни ситуации да изпитваме едно и също чувство: при някои това е обида, при други е ярост или чувство за вина. „Плашилата“ за „венец на безбрачието“ (когато например няколко поколения жени в един и същи род изпитват проблеми с встъпването в брак) са още един ярък пример за работата на негативния сценарий. Какво е лошото заклинание и можем ли да се борим с него?

Сценарият е алгоритъм, в съответствие с който ние строим своя живот и отношенията си с другите хора. Този алгоритъм се формира още в детството. Върху избора на жизнен сценарий голямо влияние оказват външните фактори (шаблони на поведението на хората, заобикалящи ни в детството, тоест нашите майки, бащи, баби, дядовци и т.н., ранните детски впечатления и дори особеностите на вътреутробното развитие).

Към четиригодишна възраст сюжетът и жанрът на жизнената ни пиеса вече се оформя в общи линии. Към 12 сценарият е завършен, а в тийнейджърска възраст полагаме маса усилия, за да се реализира този сценарий в живота.

Може да се създаде впечатление, че всичко изглежда доста фатално и човек играе пасивна роля в процеса по създаване на сценария. Но това не е така. Волята на детето има голямо значение. Един или друг избор човек винаги прави сам. Дори когато две деца се възпитават в едни и същи условия, те може да съставят различни жизнени планове.

Ярък пример дава самият Ерик Бърн, описвайки случай с двама братя, на които майката казала: „И двамата ще попаднете в психиатрия.“ Впоследствие единият от братята станал постоянен пациент на психиатричните клиники, а другият станал психиатър. И двамата реализирали програмата, неволно зададена от майката, но всеки по свой начин.

Как работи това

Върху формирането на сценария влияят родителските забрани и предписания. Всеки от нас в детството е чувал напътствия как да се държи и какво не бива да прави. „Трябва да се стараеш“, „Големите момчета не плачат“, „Никога не смей да говориш така“, „Стига си подскачал“, „Не умувай“.

Някои послания сме получили невербално (мимика, жестове, интонация), но те също имат голямо значение. Например детето тича към баща си, за да му покаже рисунка. А таткото в този момент е много зает и раздразнено казва: „Добре, браво, отивай да си играеш.“ При това и позата му, и тонът му не съответстват на съдържанието на думите. Детето го забелязва и може да направи извод например, че с нещо е ядосало татко си, значи то е лошо момче.

Разбира се, един такъв случай не е достатъчен, за да повлияе на бъдещия живот, но някои ситуации и фрази доста често се повтарят от родителите и те са способни да повлияят на формирането у детето на отношение към себе си и към другите хора.

По съдържание всички сценарии се делят на:

сценарий на победител;

сценарий на победен;

сценарий на не-победител (нарича се още банален – такъв човек обикновено няма големи успехи, но и големи провали).

Тези сценарни решения ясно се разглеждат в три основни сфери: умствена дейност, физическа сфера (тяло), отношения.

Рядко се срещат хора, които са победители във всичко или във всичко са губещи. Обикновено вариантите са комбинирани. Например детето е определило себе си като победител по физическата част (то знае, че ще бъде красиво или силно и здраво), не-победител по умствена дейност (не съм глупак, но не съм и гений), и губещо в отношенията с другите хора (не мога да се харесам на останалите).

Какво по-нататък?

След това всички порастваме и според идеята трябва да станем господари на своя живот. Но на практика често продължаваме несъзнателно да следваме изборите, направени още в детството. Когато заемаме активна позиция в живота и сме способни да видим същината на проблемите, и реагираме на ситуацията „тук и сега“ (без постоянно обръщане към миналото), то това са признаци на съзнателно решение на възрастен човек, свободен от сценарий.

Но периодично повтарящите се ситуации, на които не успяваме да намерим ефективно решение и на които ни се иска да реагираме с фрази от типа: „Какво да направя, не зависи от мен“, „Винаги става така“, „Ако условията бяха други“ и т.н., служат за признак, че човек се намира под влияние на своя сценарий. Което се среща доста често. Човек буквално играе една и съща роля, от която не може да излезе.

За да се промени сценарият, той трябва да се осъзнае. Осъзнаването на сценария дава възможност да станеш победител там, където си решил да бъдеш победен. За това е разработен специален метод, наречен сценарен анализ. Методът помага на човек да погледне живота си отстрани и да види предписания и решения, които да следва. А след това всеки може да реши сам: иска ли да промени нещо, или не.

Животът без сценарий е много по-спонтанен и открит за новия опит. Но не всички са готови на това, някои предпочитат стабилност и предсказуемост. За други хора сценарият (дори не най-щастливият) дава усещане, че твърдо си стоят на краката. Автоматичното следване на сценария им позволява да икономисват време и сили, тъй като реакциите на различни жизнени ситуации вече са отработени.

Сценарният анализ не решава всички проблеми от раз и не бива да мислим, че поведението ни изцяло и напълно се определя от сценарий. Но този метод позволява да станем по-осъзнати в живота и да открием причините и решението на много проблеми.

Човек, който си задава въпроса: защо моята съдба се стича именно така, а не иначе, също може да получи с помощта на този метод много интересна, а понякога и много неочаквана информация.

(Следва)

Руски планетолози, използвайки данните на руски и европейски космически апарати, преразгледаха данните за магнитосферата на втората планета от Слънцето.

Венера е изучена старателно от съветски и американски космически апарати. Първите мисии към тази планета още през 60-те г. на ХХ век позакали, че Венера няма собствена магнитосфера, подобна на тази, която съществува на нашата планета.

И все пак около Венера има магнитно поле. Това е така нареченото индуцирано магнитно поле, което се образува при взаимодействието на потока заредени частици от Слънцето (слънчев вятър) с йоносферата на Венера. Във взаимодействието участва и междупланетното магнитно поле.

Откъм „дневната“ страна на това магнитно поле силовите линии на междупланетното магнитно поле се разтягат подобно на праша. От тъмната страна разтегнатите силови линии постепенно се изправят от магнитното напрежение. Образува се така наречената магнитна опашка. На известно разстояние от планетата силовите линии се изправят и магнитната опашка с характерна конфигурация завършва.

Учени от Института за космически изследвания на Руската академия на науките под ръководството на Ивана Васко, въз основа на данни от европейски космически апарат Venus Express и сондата на НАСА Pioneer Venus 1, успели да оценят дължината на тази опашка с помощта на магнитохидродинамичен модел. По данни на Васко дължината на магнитосферната опашка е от 31 до 44 радиуса на Венера (от 187 600 до 266 300 километра).

Тези данни са шест пъти по-малки от оценките, получени въз основа на измерванията на орбиталните апарати от предишното поколение –„Венера-9“ и „Венера-10“. Тогава се смятало, че „опашката“ на Венера има дължина 200 планетни радиуса. Изследването на учените е публикувано в сп. Solar System Research.

Venus Express е междупланетна сонда на Европейската космическа агенция, изстреляна на 9 ноември 2005 г. с руска ракета носител „Союз-ФГ“ от космодрума Байконур. Апаратът е влязъл на орбита около Венера на 11 април 2006 г. и оттогава работи успешно.

Pioneer Venus 1 (Pioneer Venera Orbiter, Pioneer 12) е сонда на НАСА. Тя е стигнала Венера на 4 декември 1978 г. и е работила там 14 години – до 1992 г.

Наука и жизнь

Фактът, че осмокракият страховит паяк наподобява човека по някакъв начин, е едно от изненадващите заключения, след като изследователи от университета Орхус и института по генетика в Пекин (BGI) успяват да сортират генома му.

Но това е по-скоро в сферата на любопитното. Сортирането има много по-голямо значение за бъдещото ни разбиране на специалните свойства на паяците.

„Накратко, сдобихме се с инструмент за всички, които се интересуват от паяци“ – казват Кристиян Санггаард и Йеспер Бехсгаард от университета Орхус. Те и Ксиаодонг Фанг (BGI) са първите автори на изследването, публикувано в Nature Communications.

Чрез описване на генома на паяка, грубо казано, изследователите са нарисували генетичната му карта. Тази карта може да бъде използвана в бъдеще за дълбаене в различните области на функциите на паяците, които сега ще могат да бъдат описани по-лесно.

Изследователите работили с два вида паяци, които представят две от трите големи групи от семейството на паяците. Единият е малък кадифен паяк, а другият – тарантула. Сортирането на генома било напълно успешно при кадифения паяк, а при тарантулата останали някои празноти, свързани с генетичната карта.

„Идеята се състоеше в това, че чрез сравняване на генетичното им разнообразие щяхме да се опитаме да отделим главните признаци, които правят паяка паяк“, казва Кристиян Санггаард, цитиран от ScienceDaily.

Но са минали почти 300 милиона години, откакто тези два вида паяци са имали общ прародител и затова учените могли да намерят само определен брой сходства. „Но открихме няколко гена – около 200-300, – които могат да се открият само в тези два вида паяци. Те са кандидатите за гени, специфични за паяка“, уточнява Йеспер Бехсгаард.

Изследователите не били удовлетворени само от генетичната карта на паяците. Те се вгледали и в протеиновия състав на двете най-интересни области при „пълзящите ни братовчеди“ – производството на коприна и отрова. Включването на протеините им позволило да не се ограничат до създаването на карта, но и да разберат детайли по два важни въпроса.

Джеймс Уотсън, носител на Нобелова награда за описването на двойно-верижния модел на структурата на ДНК, наричал гените „сценарий“, а протеините – „актьорите“. Чрез описването на протеините, така да се каже, изследователите демонстрирали как работи сценарият.

Или ако се придържаме към аналогията за карта – генетичната карта всъщност води в правилната посока. Това е едно от малко изследвания, в които протеините са описани наравно с генома. Това е възможно, защото изследователите от Орхус имат едно от най-добрите оборудвания за масова спектрометрия в света, което позволява проследяването на голям брой протеини.

Паякът е фантастичен ловец. С помощта на мрежата си може да хване плячка, в пъти по-голяма от него, и впоследствие да я убие с отровата си. Много учени по света биха искали по-задълбочено вглеждане в области, свързани с разбирането как паяците правят тънки, но изключително здрави мрежи и как работи отровата им.

Чрез разбирането на основните механизми ще е възможно в бъдеще това да се използва с индустриална цел като произвеждане на биоматериали или разработване на лекарства и пестициди. Описването на генома дава на изследователите много по-добър инструмент за изучаване на паяците.

„Хората могат да избират един признак, от който са заинтересувани, и да използват „генетичната карта“, която публикувахме и която ние самите използвахме за изучаване на мрежите и отровата. Това отваря много нови възможности за изследователите на паяци“, казват двамата учени от Орхус.

Сега изследователите имат намерение да използват генома за изучаване на храносмилателната и имунната система на паяците.