Всем хорошей музыки

@темы: Мои коллажи, морская душа, радио Терра

---

Выпуклости и впадины на вибрирующей пластине образуют сложные узоры, называемые фигурами Хладни. Проявить их можно с помощью песка (или соли, как в этом видео). Чем выше частота колебаний пластины, тем более замысловатыми становятся фигуры.

@темы: волшебный мир физики, what Terra cees

---

Я знаю, что pteor подписалась на меня ради популярной физики. Специально для неё — перевод статьи про гравитационные волны.

Название: Гравитационные волны для чайников (Gravitational Wave for a pedestrian)
Автор: Asis Kumar Chaudhuri, Variable Energy Cyclotron Centre, Kolkata-700 064

Физика гравитационных волн и принципы их регистрации в недавнем эксперименте коллаборации LIGO излагаются простым языком для широкой аудитории. В основной части статьи нет математических выкладок, но в приложении для любознательных читателей даются основные математические понятия общей теории относительности и гравитационных волн.

Осторожно, очень много букв!

Введение

11 февраля 2016 года коллаборация LIGO (аббревиатура для Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, "Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория") объявила о регистрации гравитационных волн. После заявления общественность всерьёз заинтересовалась открытием. Она хочет узнать больше о гравитационных волнах. Что это такое? Почему их открытие важно? Каковы способы их применения? Мне как учёному доставляет радость этот повсеместный горячий интерес к научному открытию. Возможно, это второй случай в мировой истории, когда широкие массы проявляют интерес к чисто научному открытию. Первый раз был связан с открытием искривления пути света. В 1915 году Альберт Эйнштейн сформулировал теорию гравитации, известную как общая теория относительности, и предсказал, что луч света, обычно распространяющийся по прямой, будет искривляться в присутствии массивного объекта. В 1919 году, во время солнечного затмения сэр Артур Эддингтон с коллегами измерил искривление пути света, вызванное солнечной массой. Кстати, Эйнштейн также предсказал гравитационные волны и нынешний ажиотаж в связи с экспериментальным подтверждением этого предсказания.
Данная статья — попытка удовлетворить жажду знаний о гравитационных волнах обычных людей. Она предназначена для неспециалистов. Полное понимание физики гравитационных волн и принципов их регистрации требует знания математики, которым широкая аудитория может не обладать. Здесь я попытаюсь рассказать о гравитационных волнах и их регистрации, не используя математические выкладки. Однако для любознательных читателей в конце я добавил приложение, в котором даны некоторые математические понятия общей теории относительности. Я верю в умственные способности моего читателя и надеюсь, что у него/неё хватит терпения, чтобы прочитать приложение и кое-что понять в процессе.

Что такое гравитация?

О гравитации знают все. Гравитация — это сила, заставляющая Землю вращаться вокруг Солнца, а яблоко падать на землю. Люди знали о гравитации с древности. В 1596 году Иоганн Кеплер (27 декабря 1571 — 15 ноября 1630) опубликовал книгу "Тайна мироздания" ("Mysterium Cosmographicum"), в которой попытался описать известную тогда Вселенную геометрическим языком. В "Тайне мироздания" Кеплер сделал первый осторожный шаг навстречу современной картине мира, где Солнце с помощью своей гравитации управляет движением планет. В первом издании Кеплер приписал Солнцу "движущую душу" (motricem animam), которая заставляет планеты перемещаться. Аристотель использовал слово "душа" для обозначения жизненной силы, дающей живым существам способность делать то, что они обычно делают: деревьям — расти, собакам — бегать и лаять, людям — говорить и думать. В том же ключе, у Солнца есть душа, управляющая планетами. Во втором издании "Тайны мироздания" Кеплер ещё больше приблизился к современной картине мира. Он предположил, что некая сила — подобно свету, "материальная", но "бесплотная" — исходит от Солнца и приводит в движение планеты. Более точное описание силы гравитации дал сэр Исаак Ньютон, английский физик, математик и философ. Долгие годы он размышлял о силе, заставляющей планеты вращаться вокруг Солнца. Легенда гласит, что однажды, когда Ньютон сидел под яблоней, ему на голову упало яблоко, и его осенило. Ньютон задался вопросом: почему яблоко падает? Оно падает, потому что притягивается к Земле. Земля тоже притягивается к яблоку, но этот эффект незначителен вследствие огромной массы Земли. Ньютон предположил, что подобная простая сила притяжения действует и между небесными телами. Затем он сформулировал свой знаменитый закон всемирного тяготения:
"Между любыми двумя телами действует сила гравитационного притяжения. Величина этой силы прямо пропорциональна произведению гравитационных масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила направлена вдоль линии, соединяющей тела".
Понятие гравитации претерпело существенные изменения, когда немецкий учёный Альберт Эйнштейн успешно представил две теории: специальную теорию относительности и общую теорию относительности. Специальная теория относительности изменила наши представления о пространстве, времени, энергии и массе. Всё это — независимые сущности в ньютоновской механике, но не в теории относительности. Масса и энергия эквивалентны. Возможно, самое известное уравнение в мире — это эйнштейновское соотношение между массой и энергией, E = mc^2, произведение массы на квадрат скорости света равно энергии. Специальная теория относительности также изменила наше понятие о пространстве и времени. В классической, или ньютоновской, физике пространство и время имеют независимую природу. Ньютон писал: "Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остаётся всегда одинаковым и неподвижным", и "Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно". Но в теории относительности пространство и время не имеют независимую природу, они — части единой сущности, называемой пространственно-временным континуумом. Слово "континуум" означает, что, согласно нашему опыту, в пространстве и времени нет пустот. Что же означает единый пространственно-временной континуум? Представим себе двух наблюдателей, обозревающих некое событие, например, цветение. Если у этих наблюдателей синхронизованы часы, то, в зависимости от своего местоположения, они могут поспорить о том, где произошло событие (один может сказать, что цветок был справа, другой — что слева), но оба сойдутся во мнении насчёт того, когда цветок распустился. В ньютоновской механике время течёт одинаково для обоих наблюдателей. Однако в специальной теории относительности, даже при синхронизованных часах, наблюдатели отметят разное время, в зависимости от своего местоположения.



Эйнштейновская общая теория относительности также радикально изменила наше понимание гравитации. Согласно Ньютону, гравитация — это сила притяжения между двумя массивными телами. Но в общей теории относительности Эйнштейна это не так. В общей теории относительности гравитация соотносится с геометрией пространства-времени. Наглядное изображение пространственно-временного континуума общей теории относительности Эйнштейна в присутствии массивного объекта и без него дано на рисунке 1. В общей теории относительности в присутствии массы пространство-время искривляется, и гравитация — не что иное, как кривизна пространства-времени. Например, если задать вопрос "Почему Луна не улетает в космос, а вместо этого вращается вокруг Земли?", Ньютон ответил бы, что между Землёй и Луной действует сила гравитации и удерживает Луну на орбите. С другой стороны, Эйнштейн бы ответил, что Земля своей массой искривляет пространство и время вокруг себя, и Луна движется по кривым, определяемым массой Земли.
В теории Эйнштейна пространство-время в некотором смысле является гравитацией. С математической точки зрения, геометрия пространства-времени полностью известна, если известна связанная с ней величина, называемая метрическим тензором. Понятие метрического тензора довольно сложное, и я не буду его здесь обсуждать, но в теории относительности у метрического тензора есть 16 компонент, из которых только 10 независимы (это означает, что оставшиеся 6 могут быть выражены через эти 10 компонент). В десятикомпонентном метрическом тензоре зашифрована вся информация о геометрии пространства-времени. В физике под уравнением Эйнштейна обычно подразумевают основное уравнение общей теории относительности. Уравнение Эйнштейна — это соотношение между метрическим тензором, определяющим геометрию пространства-времени, и массой и энергией, заполняющей Вселенную. Уравнение показывает, что структура метрического тензора изменяется в присутствии массы или энергии и что это изменение автоматически включает гравитационную постоянную G. В отсутствие материи пространство-время плоское, и метрический тензор имеет один вид. При появлении материи метрический тензор приобретает другой вид.

Что такое гравитационная волна?

Все мы имеем некоторое представление о волне. Если кинуть камешек в пруд, то появятся волны: начинаясь от источника (места, где камешек коснулся воды), они распространяются по пруду. Мы называем их волнами, потому что у них есть некая структура, повторяющаяся снова и снова. Понять, как образуется волна, лучше всего можно на примере "мексиканской волны". "Мексиканская волна" впервые появилась на Чемпионате мира 1986 года в Мексике (отсюда и название). Чтобы получилась "мексиканская волна", люди на большом стадионе быстро встают и садятся, каждый человек делает это сразу после своего соседа. С большого расстояния можно увидеть волну, движущуюся по трибунам. Никто не двигается с места, а просто встаёт и садится. Похожая вещь происходит в волне на поверхности пруда. Частицы воды просто движутся вверх-вниз, как люди на стадионе, но волна перемещается. Говоря научным языком, волна — это колебательное распространение возмущения, переносящее энергию из одной точки в другую. Существуют разные типы волн, например, поперечная волна, когда волна движется перпендикулярно направлению распространения (волна на воде), или продольная волна, когда волна движется параллельно направлению распространения (звуковая волна). С математической точки зрения, когда изменение возмущения в пространстве и времени подчиняется определённому соотношению, говорят, что возмущение распространяется как волна. В нашей повседневной жизни для волны нужна материальная среда. Например, для звуковой волны материальной средой является воздух: слои воздуха поочерёдно сжимаются и разрежаются, образуя звук. Для волны на поверхности пруда, вода — это материальная среда. Есть волны, которым не нужна материальная среда. Например, свет представляет собой волну. Свет — это колебания электрического и магнитного полей, и он может распространяться как в среде, так и в пустом пространстве. Во всех перечисленных случаях пространство рассматривается как фон. Вода занимает некоторое пространство, электрические и магнитные поля существуют в пространстве.
В теории относительности гравитация — это пространство-время. Представим себе, что мы возмущаем пространство-время, например, вращая тяжёлый объект. Так же как возмущение в среде может распространяться как волна, возмущение пространства-времени тоже может перемещаться. Когда оно перемещается, получается гравитационная волна. Гравитационные волны — это рябь на ткани пространства-времени Вселенной. Художественное изображение гравитационной волны показано на рисунке 2. В 1915 году Эйнштейн представил общую теорию относительности и в 1916 году предсказал существование гравитационных волн. Уравнения общей теории относительности Эйнштейна нетривиальны, их сложно решить в общем виде. Они представляют собой сложный набор десяти нелинейных уравнений. Эйнштейн решил уравнения в пределе слабого поля. Что такое предел слабого поля? В присутствии массы пространство-время искривлено, то есть имеет конечную кривизну. Пространство-время плоское в отсутствие массы, и его кривизна равна нулю. В пределе слабого поля пространство-время очень близко к плоскому, так что его кривизна мало отличается от нуля. Другими словами, метрический тензор пространства-времени слабо отличается от метрического тензора плоского пространства-времени. Разница называется возмущением. Когда Эйнштейн решил своё уравнение в пределе слабого поля, он получил уравнение, в математике называемое волновым. Уравнение описывает распространение возмущения пространства-времени как волны со скоростью света.



Хотя Эйнштейн предсказал гравитационные волны, поначалу существовали сомнения в том, переносят ли они энергию и можно ли их зарегистрировать. Сомнения возникли из-за нетривиального поведения энергии в общей теории относительности. В то время как в специальной теории относительности энергия сохраняется, в общей теории относительности закон сохранения энергии не такой простой. Сохранение некоторой величины есть следствие базовой симметрии. Например, импульс сохраняется в случае трансляционной симметрии пространства, то есть когда ничего не изменяется, если систему сдвинуть на определённое расстояние. Аналогично, энергия сохраняется в случае трансляционной симметрии времени. В общей теории относительности время — часть системы координат и в общем случае зависит от точки в пространстве. Таким образом, глобально энергия не сохраняется. Однако любое искривлённое пространство-время можно считать локально плоским, и локально энергия сохраняется. Эйнштейн сам не был уверен в существовании гравитационных волн. В 1936 году он и его молодой коллега, Натан Розен, решили уравнения и пришли к выводу, что гравитационные волны не существуют. Они написали статью под названием "Существуют ли гравитационные волны?" и отправили её в ведущий американский научный журнал, "Physical Review". С этой статьёй связана интересная история. Её рецензировал молодой учёный, Говард Перси Робертсон. Робертсон не согласился с выводом Эйнштейна и Розена и написал десятистраничный отчёт, в котором показал ошибки этой статьи. Эйнштейн рассердился. Он написал редактору "Physical Review": "Мы (г-н Розен и я) направили рукопись в вашу редакцию для публикации и не давали разрешения на ознакомление с ней специалистов до её выхода в свет. Я не вижу причин, по которым должен реагировать на комментарии вашего анонимного эксперта, тем более что они явно ошибочны. Посему я намерен опубликовать эту работу в другом журнале". Эйнштейн поклялся больше никогда не посылать статьи в "Physical Review" и в самом деле сдержал слово и не прислал в "Physical Review" ни одной статьи. Позже Эйнштейн изменил своё мнение о гравитационных волнах и опубликовал сильно изменённую версию, "О гравитационных волнах", в менее известном журнале, "Journal of the Franklin Institute". Аннотация этой статьи довольно показательна, и из исторического интереса я приведу её здесь.
"В статье даётся строгое решение для цилиндрических гравитационных волн. Для удобства читателя в первой части статьи излагается уже известная в основном теория гравитационных волн и их излучения. После того как были получены соотношения, вызывающие сомнения в существовании строгих решений для волнообразных гравитационных полей, строго исследуется случай цилиндрических гравитационных волн. При этом оказывается, что строгие решения существуют и что задача сводится к обычным цилиндрическим волнам в евклидовом пространстве".
Хотя Эйнштейн признал реальность гравитационных волн, Натан Розен до самой смерти придерживался убеждения: гравитационные волны не существуют.
Сомнения в том, существуют ли гравитационные волны, сохранялись достаточно долго. В 1957 году, на конференции по теории относительности в Чапел-Хилле Ричард Фейнман представил аргумент в защиту гравитационных волн. Сейчас этот аргумент известен как "аргумент шершавой бусины". Это мысленный эксперимент. Представьте себе две бусины, нанизанные на прутик. Бусины могут свободно скользить. Если палочка расположена поперёк направления распространения волны, то волна создаст приливные силы, действующие на середину палочки. В материале палочки это породит попеременные продольные напряжения растяжения и сжатия, и бусины, так как могут свободно скользить, будут двигаться вперёд-назад в ответ на приливные силы. Если место соприкосновения бусины и палочки шероховатое, то вследствие трения бусина и прутик будут нагреваться. Согласно Фейнману, нагрев свидетельствует о том, что гравитационная волна действительно сообщает энергию системе палочки и бусин. Значит, она на самом деле должна переносить энергию.



Хотя аргумент Фейнмана показал реальность гравитационных волн, оставался вопрос измерения. Гравитационные волны заставляют расстояние между двумя пробными массами изменяться. Но как измерить это изменение? Представьте, что для измерения заданного расстояния у вас есть линейка, и оказалось, что это расстояние составляет 4 длины линейки. Гравитационная волна изменит заданное расстояние, но также изменит длину линейки. Поэтому расстояние всегда будет равно четырём длинам линейки, вне зависимости, есть гравитационная волна или нет. Гораздо позже выяснилось, что можно измерить изменение длины, вызванное гравитационной волной, если вместо самого расстояния измерять время, потребовавшееся свету, чтобы преодолеть это расстояние. Скорость света постоянна, и гравитационная волна на неё не влияет.

Как гравитационная волна воздействует на материальный объект?

Гравитационные волны — это волны возмущения метрики плоского пространства-времени. У этого возмущения 10 компонент, каждая из которых может распространяться как волна. При определённых условиях из десяти компонент выживают только две. Свойства любой из двух компонент гравитационной волны довольно примечательны. Она оказывает противоположное действие в двух направлениях, сжимая в одном направлении и расширяя в другом. Как показано на рисунке 4, если окружность из частиц лежит в плоскости экрана, а волна набегает сверху, то окружность будет попеременно сплющиваться и удлиняться. Волна изменяет расстояние между двумя пробными частицами. В эксперименте пытаются измерить это изменение. Но какого порядка изменение длины вследствие прохождения гравитационной волны мы ожидаем?



Любое движущееся с ускорением тело излучает гравитационные волны, однако зарегистрировать их можно, только если тело очень массивное. Двойная система нейтронных звёзд или две сталкивающиеся чёрные дыры — вот типичные источники гравитационных волн. Действительно, первое косвенное свидетельство существования гравитационных волн было получено при наблюдении двойной системы нейтронных звёзд. Нейтронные звёзды — это компактные объекты с массой порядка одной-двух солнечных и с радиусом порядка десяти километров. Насколько они плотные, можно понять, если заметить, что радиус Солнца — 695500 км. В двойной системе нейтронные звёзды вращаются вокруг общего центра масс. При вращении они излучают гравитационные волны, теряют энергию и всё больше и больше сближаются. Это называется "скатыванием по спирали". По мере сближения они излучают больше гравитационных волн и ещё сильнее сближаются, и в конечном итоге сталкиваются. Прямо перед столкновением они излучают мощные гравитационные волны. Учёные оценили силу гравитационных волн, излучаемых двойной системой нейтронных звёзд. Система двух звёзд, каждая массой в 1,4 массы Солнца, вращающихся по круговой орбите радиусом 20 км с частотой 1000 Гц, на расстоянии R = 15 Мпк (1 Мпк (мегапарсек) = 3,09*10^22 м) создаст возмущение метрики порядка h ~ 6*10^(-21). Таким образом, относительное изменение длины (амплитуда волны) крайне мало: ΔL/L ~ 10^(-21). Согласно расчётам, амплитуда гравитационной волны от слияния двух чёрных дыр имеет тот же порядок величины. Это объясняет, почему физики и астрономы считают порог в 10^(-21) таким важным. Приборы должны быть достаточно чувствительными, чтобы засечь столь незначительное относительное изменение длины.

Принципы регистрации гравитационных волн

Измерение амплитуды порядка 10^(-21) означает, что расстояние в 1 см надо измерить с точностью в 10^(-21) см. Можно понять, насколько это мало, если сравнить со средним размером атома или атомного ядра. Средний размер атома — 10^(-8) см, средний размер ядра — 10^(-15) см.
Коллаборация LIGO измерила амплитуду в 10^(-21) с помощью интерферометра Майкельсона. Принцип работы интерферометра Майкельсона основан на свойстве волны, называемом интерференцией. Если две волны накладываются друг на друга, их амплитуды складываются. Если гребни одной волны совпадают с гребнями другой, а впадины — с впадинами, то амплитуда суммарной волны увеличивается; это называется конструктивной интерференцией. Если гребни одной волны совпадают с впадинами другой, а впадины — с гребнями, то волны уничтожают друг друга, и это называется деструктивной интерференцией. Схематически это явление изображено на рисунке 5.



Основной принцип устройства интерферометра Майкельсона объясняется на рисунке 6. Свет от лазера с известной длиной волны падает на светоделитель (полупрозрачное зеркало), который пропускает 50% луча, а остальные 50% отражает на 90 градусов. Прошедший и отражённый лучи движутся по двум плечам интерферометра, отражаются от зеркал M1 и M2 и падают на светоделитель. Затем светоделитель направляет луч на детектор, например, фотодиод. Соединяясь, два луча накладываются друг на друга. В зависимости от пути, который прошли лучи — фактически, в зависимости от расстояния от светоделителя до зеркал M1 и M2 — детектор покажет разные интерференционные картины. Небольшая разница расстояний приведёт к возникновению интерференционной картины в виде чередующихся светлых и тёмных колец. Расстояние между кольцами зависит от длины волны и разницы длин плеч интерферометра. Если известна длина волны, по интерференционной картине можно узнать разницу путей, пройденных лучами света.



Обратившись к рисунку 4, можно понять действие гравитационной волны на интерферометр Майкельсона. Оно показано на рисунке 7. Пусть два зеркала, M1 и M2, находятся на расстоянии L от светоделителя. Пусть гравитационная волна распространяется вдоль оси z. Как показано на рисунке 7, гравитационная волна заставит зеркала колебаться, и расстояние будет меняться от L до L+ΔL и L-ΔL. Разница длин ΔL приведёт к возникновению интерференционной картины, из которой можно измерить ΔL.



Но разве гравитационная волна не влияет на лазерный луч так же, как и на длины плеч? Да, влияет. Но нигде в интерферометре Майкельсона луч лазера не используется для измерения расстояний. Мы измеряем время, которое потребовалось лазерному лучу, чтобы пройти по плечу интерферометра. Волна не влияет на это время. Скорость света постоянна, и синий и красный лучи света пройдут заданное расстояние за одно и то же время.

LIGO: экспериментальное чудо

LIGO — это огромный эксперимент, в котором около тысячи учёных со всего света объединились, чтобы построить гигантскую экспериментальную установку стоимостью примерно 1 миллиард долларов США. В конце 1960-х гг. и начале 1970-х гг. группа учёных из Массачусетского технологического института (МТИ) и Калифорнийского технологического института (Калтех) начали обсуждать организацию эксперимента по регистрации гравитационных волн. В 1980 году Национальный научный фонд США выделил деньги на строительство двух пробных интерферометров: одного в Калтехе и одного в МТИ. Также он потребовал провести техническую и стоимостную оценку интерферометра размером в несколько километров. Продемонстрировав возможность создания больших интерферометров и успешность пробных интерферометров, в 1984 году Калтех и МТИ объединились для проектирования и строительства LIGO, а в 1990 году Национальный научный фонд профинансировал проект. Коллаборация решила простроить два одинаковых интерферометра Майкельсона в двух местах: в Хэнфорде, штат Вашингтон, и в Ливингстоне, штат Луизиана, удалённых друг от друга на 3002 км. Было чрезвычайно важно построить два детектора на большом расстоянии друг от друга. По существу, LIGO измеряет разницу путей, пройденных светом в двух плечах интерферометра. Локальная вибрация, вызванная слабым землетрясением, может вызвать сильное возмущение в изменении длины пути. Имея два интерферометра, разделённых большим расстоянием, можно исключить случайные возмущения, вызванные сейсмическими колебаниями. Первоначальные детекторы LIGO, проработавшие с 2002 по 2010 год, не зарегистрировали гравитационные волны. Однако они позволили понять, как увеличить чувствительность нового детектора, Продвинутого LIGO (aLIGO).



Схема интерферометра Майкельсона aLIGO представлена на рисунке 8. В LIGO зеркала называются пробными массами. Для измерения малой амплитуды волны зеркала находятся на расстоянии в 4 км от светоделителя. Но даже четырёх километров недостаточно. Коллаборация LIGO многократно увеличила чувствительность интерферометра Майкельсона, включив в конструкцию интерферометра резонаторы Фабри-Перо, представляющие собой дополнительные зеркала возле светоделителя. В резонаторе Фабри-Перо лазерный луч колеблется между двумя зеркалами, и таким образом его путь эффективно увеличивается до 1120 км. В этом смысле зеркала в интерферометре Майкельсона LIGO находятся на расстоянии в 1120 км. Зеркала LIGO настроены таким образом, что в отсутствие гравитационной волны на детектор не падает свет.
Поиски, начавшиеся в конце 1960-х, завершились 14 сентября 2015 года, в 9:50 UTC (всемирного координированного времени). Детекторы-близнецы в Ливингстоне, штат Луизиана, и в Хэнфорде, штат Вашингтон, засекли кратковременный сигнал от гравитационной волны. Частота сигнала возрастала с 35 Гц до 250 Гц, максимальная амплитуда составила 1,0*10^(-21). По форме он соответствует волне, предсказанной общей теорией относительности для скатывания по спирали и слияния пары чёрных дыр массами в 29 и 36 солнечных масс, находящихся на расстоянии в 410 Мпк. Это первая прямая регистрация гравитационных волн и первое наблюдение слияния двойной системы чёрных дыр.
Честно говоря, регистрация гравитационных волн была в большей степени инженерной задачей, чем научной. Лежащая в основе физика была известна на протяжении ста лет, принципы регистрации тоже были известны. Сложность была в беспрецедентной точности (10^(-21)), требовавшейся для измерений. В некотором смысле, эксперимент LIGO — это пример современного инженерного чуда. Некоторые технологические достижения LIGO перечислены ниже.

Сейсмоизоляция

LIGO, созданный для регистрации амплитуды волны порядка 10^(-21), крайне чувствителен ко всем видам вибрации, например, от проезжающих рядом грузовиков, землетрясений. Были приняты исключительные меры для изоляции зеркал от подобных случайных колебаний. К зеркалам были подключены сенсоры, способные засечь слабейшие колебания почвы. С помощью системы обратной связи, зеркала подталкивались в противоположном направлении, чтобы они остались на своих местах. Кроме того, зеркала были соединены с маятником, подавляющим любое движение, не скомпенсированное вышеописанным методом.

Установка сверхвысокого вакуума

Для эксперимента понадобилось создать и поддерживать одну из самых чистых вакуумных установок на Земле. Два зеркала находятся на расстоянии 4 км от светоделителя. Для них потребовалось сконструировать L-образную вакуумную камеру объёмом 10000 кубических метров. Объём вакуумного сегмента LIGO уступает только Большому адронному коллайдеру в CERN, в Швейцарии, объём вакуумной трубы которого составляет 15000 кубических метров. Чтобы достичь в L-образной камере желаемый вакуум в 10^(-9) мм рт. ст., понадобилось откачивать воздух в течение 1100 часов. Высокий вакуум абсолютно необходим для сверхточного эксперимента. Он предотвращает распространение звуковых волн (звук не может распространяться в вакууме), колеблющих зеркала. Также он предотвращает любые температурные колебания внутри камеры и влияет на качество лазерного луча.

Зеркала LIGO

Каждое весом 40 кг, зеркала LIGO особенные. Изготовленные из кварцевого стекла, каждое отполировано до шероховатостей размером не больше нанометра (то есть атомного масштаба). Каждый лазерный луч в каждом плече проходит около 1120 км, прежде чем объединиться со своим партнёром. Идеальное качество полировки требуется, чтобы поддерживать качество и стабильность лазерного луча. Главные зеркала LIGO — лучшие из когда-либо созданных. Они поглощают только один из 3,3 миллионов фотонов, остальные отражаются или проходят.

Лазер LIGO

Лазер, использовавшийся в LIGO, тоже особенный. Начальный луч мощностью 4 ватта и с длиной волны 808 нанометров усиливается несколько раз в Nd:YAG лазере (лазер на алюмо-иттриевом гранате, легированном ионами неодима), и на выходе получается лазерный луч мощностью 700 ватт и с длиной волны в 1064 нанометра, который запускается в интерферометр. Внутри интерферометра луч циркулирует между зеркалами, и его мощность возрастает до 100 киловатт. Лазер LIGO невероятно стабилен. При помощи механизма обратной связи лазер становится в 100 миллионов раз стабильнее по сравнению со своей первоначальной конструкцией.

Точная заливка и выравнивание бетона

Длинные плечи интерферометра создают сложность: должна учитываться кривизна Земли. На расстоянии в 4 км Земля искривляется на 1 метр. Кривизна учитывалась с помощью самой точной заливки и выравнивания бетона, которую можно представить. Если её не учитывать, то лазерный луч, пройдя 4 км, не попадёт в зеркало.

Быстродействующие компьютеры и система сбора данных

LIGO выдаёт огромные объёмы данных. За день работы он производит терабайты (1000 гигабайтов) данных, которые нужно хранить и обрабатывать. Для хранения и обработки такого внушительного объёма данных требуются огромные ресурсы. LIGO использует вычислительную мощность, эквивалентную тысяче лет работы современного четырёхядерного ноутбука!

Заключение

LIGO – самый чувствительный детектор, когда-либо построенный для регистрации гравитационных волн. Что же дальше? Сейчас LIGO состоит из двух одинаковых детекторов. Планируется установить ещё один детектор в Индии. Индийское правительство формально согласилось нести затраты на строительство третьего детектора. С тремя согласованными детекторами LIGO сможет определять положение источника гравитационных волн с большей точностью.
Каковы способы применения этого детектора? Самый первый эксперимент дал яркое подтверждение существования чёрных дыр и их слияния. Что ждёт нас впереди — неизвестно. Регистрация гравитационных волн открыла для человечества окно в прежде неизвестную Вселенную. Я закончу эту статью высказыванием доктора Кипа Торна, известного американского физика и одного из основателей LIGO:
"С этим открытием для нас, людей, начинается новое великолепное приключение: поиски и исследования искажённой стороны Вселенной, предметов и явлений, которые построены из искривлённого пространства-времени. Сталкивающиеся черные дыры и гравитационные волны — наши первые прекрасные образцы".

@темы: новый ПЧ, волшебный мир физики, космоса глубины, я у мамы переводчик

---

Как Терра ходила на ЗФБ-2018. Эпизод 4

Заявки мои, правда, не выполнили, но одна мечта точно сбылась.
Тупые гугл-запросы я увидела в группе Ask the Witcher и подумала, что надо сделать такое же по "Саге о Форкосиганах". И вот, на этой Битве предоставилась такая возможность. Я нашла цитаты (почти все), а чтобы сделать картинки, пришлось просить LikeIason и jetta-e (дизайнер из меня так себе, да и Фотошопа у меня нет), они большие молодцы.

17 персонажей

Айвен Форпатрил.



Грегор Форбарра.



Дув Галени.



Екатерина Форсуассон.



Константин Ботари.



Корделия Нейсмит-Форкосиган.



Майлз Форкосиган.



Марк Форкосиган.



Николь.



Пётр Форкосиган.



Райан Дегтиар.



Саймон Иллиан.



Таура.



Терренс Си.



Эйрел Форкосиган.



Элис Форпатрил.



Элли Куинн.

@темы: Майлз и все-все-все, psyker time

---

Как Терра ходила на ЗФБ-2018. Эпизод 3

Последний раз я красила ногти 6 лет назад, на выпускной (точнее, меня заставили). Ногти длиннее пары миллиметров меня раздражают. Поэтому моё участие в этом проекте было совершенно неожиданным.
Когда я поняла, почему в командном сообществе постят маникюр, в мою голову начали приходить образы. Вскоре их стало так много, что они начали давить изнутри на черепную коробку, и с этим надо было что-то делать. Пришлось достать карандаши и бумагу и всё зарисовать. Пару идей я приберегла для себя (ну, вы понимаете, надеяться можно только на себя).

От всего сердца благодарю подругу, которая делала маникюр и фотографровала (её на diary.ru нет, но она меня читает, я знаю это). Восхищаюсь её талантом и добротой. Ещё хочу сказать спасибо jetta-e, которая собрала коллажи.

"Бетанский АЭК"

Эмблема Бетанского Астроэкспедиционного корпуса, скачковый корабль, вид Колонии Бета из космоса и, конечно, П-В туннель.

Исходные фото

Материалы и инструменты.



Эскиз.



"Цветы и птицы"

Женщины из клана Дюрона носят имена цветов, а мужчины — птиц.

Исходные фото

Материалы и инструменты.



Эскиз (рисовала подруга).



"Джунгли Сергияра"

Ногти принадлежат *Крысенок*, маникюр сделан по моему эскизу.



Эскиз.




А вот эскизы, оставшиеся невостребованными.

"Звёздные ясли".



"Комарра".



"Тритон".



"Таура".

@темы: Майлз и все-все-все, Мои рисунки

---

Как Терра ходила на ЗФБ-2018. Эпизод 2

Идея написать эту аналитику пришла мне в голову довольно давно. Ибо кто, если не я, расскажет о П-В туннелях и о том, что по этому поводу думает современная наука? Это был мой первый опыт написания статей, и в процессе я ощутила все прелести творческих качелей.



Хочу сказать спасибо своей бете, Lake62, она давала полезные советы, и с ней было приятно общаться.

Ну, хватит болтовни, вперёд и с песней! Например, с такой:

В варпе буря разыгралась — не видать вокруг ни зги!
У навигатора из глаз текут сгоревшие мозги,
Техножрец бинарным кодом заклинает Дух Машины:
«Вот вам, б ть, гиперпространство! Вот вам космоса глубины!»

О сверхсветовых перемещениях в мире «Саги о Форкосиганах»

Тема полётов к далёким звёздам и планетам давно будоражит умы любителей научной фантастики. Но в реальности любой желающий отправиться в межзвёздное путешествие столкнётся с двумя серьёзными препятствиями: существованием максимальной достижимой скорости, равной скорости света, и большими космическими расстояниями. Из-за этого полёт может занять сотни, а то и тысячи лет, что превышает продолжительность человеческой жизни. Авторы научной фантастики предложили множество способов справиться с этими проблемами. Технологии доставки космонавтов к месту назначения можно разделить на две группы. В произведениях «твёрдой» НФ реализуются методы, признанные современной наукой реалистичными: анабиоз (фильм «Пассажиры»), замедление времени в корабле, движущемся с околосветовой скоростью («Возвращение со звёзд» С. Лема) или находящемся в сильном гравитационном поле («Фиаско» С. Лема), «корабли поколений» («Пасынки Вселенной» Р. Хайнлайна). Авторы же «мягкой» НФ и космоопер, описывая способы перемещения со скоростями выше скорости света, не ограничивают свою фантазию только научными концепциями.
Основные встречающиеся в фантастике технологии сверхсветового перемещения перечислены ниже.
1) Варп-двигатель. Это устройство сжимает пространство-время перед кораблём и растягивает позади. Относительно получившегося «пузыря» звездолёт фактически неподвижен, а сама область искривлённого пространства-времени движется быстрее света (что не запрещено теорией относительности). Данная технология показана в сериале «Звёздный путь». С точки зрения физики варп-двигатель – наиболее реалистичный способ сверхсветового перемещения (опустим вопрос об энергопотреблении такого двигателя: это инженерная проблема).
2) Телепортация. Данная технология позволяет мгновенно перемещать материальные объекты (не обязательно только космические корабли). В основе телепортации могут лежать разные физические принципы, но их, как правило, не описывают. Телепорты могут быть созданы людьми (как в Мире Полудня братьев Стругацких) или могущественной древней цивилизацией (как в сериале «Звёздные врата»).
3) Гиперпространство. В ряде произведений выход в некую «параллельную Вселенную» с особыми законами позволяет значительно сократить время межзвёздного перелёта. Физическая природа гиперпространства, как и принцип сокращения времени пути, могут быть различными: например, в гиперпространстве расстояние между объектами может быть меньше, чем в обычном пространстве, или предельная скорость может быть выше, чем скорость света. Для выхода в гиперпространство и перемещения в нём чаще всего используют гипердвигатели и гиперпространственные туннели.
a) Гипердвигатель. Звездолёт, оснащённый гипердвигателем, может выходить в гиперпространство в любой точке обычного пространства и двигаться по любой траектории (возможно, с некоторыми ограничениями). Данная технология наглядно показана в серии фильмов «Звёздные войны» и произведениях А. Азимова.
b) Гиперпространственные туннели. Данные объекты позволяют путешествовать между фиксированными точками пространства-времени. Перемещение по туннелю занимает конечное время – в этом его отличие от портала. Гиперпространственные туннели играют важную роль в цикле о Хонор Харрингтон Д. Веббера. В «Саге о Форкосиганах» Л. М. Буджолд (далее – Сага) для межзвёздных путешествий также используется сеть туннелей. Рассмотрим представленную в этой книжной серии технологию сверхсветового перемещения более подробно.

Гиперпространственные туннели в Саге называются "wormholes", в разных русских изданиях – «червоточины» или «П-В туннели» (далее будем использовать этот термин). Хотя в современной астрофизике слово "wormhole" обозначает объект, по-русски именуемый «кротовая нора», кротовые норы не похожи на туннели из мира Саги. П-В туннели пролегают в пространстве с двумя дополнительными измерениями (по отношению к трём пространственным и одному временному, в которых мы живём). Свойства этого многомерного пространства описываются пятимерной математикой. П-В туннели – естественные образования, их поиск и исследование – важная задача, которой занимается, в частности, Бетанский Астроэкспедиционный корпус. В локальном пространстве каждой обитаемой планеты находится по меньшей мере один вход в П-В туннель; максимальное количество туннелей, описанное в Саге, – шесть – контролируют Комарра и Станция Клайн (в локальном пространстве Комарры находится гораздо больше П-В туннелей, но только шесть из них ведут в заселённые области космоса). Две планеты обычно соединяет не один туннель, а целая цепочка туннелей, находящихся друг от друга на расстоянии субсветового перелёта (например, Барраяр и Комарру соединяют пять П-В туннелей, а Эскобар и Единение Джексона – девять). Если учесть, что в тексте Саги упоминается около пятидесяти обитаемых планет и космических станций, выходит, что П-В туннели довольно широко распространены для столь экзотического объекта. П-В туннели в целом стабильны, но могут «схлопываться» по естественным причинам; именно это произошло с туннелем, по которому на Барраяр прибыли первые колонисты, из-за чего колония оказалась отрезана от остальной цивилизации на шесть веков.
Известна попытка создания технологии свёртывания П-В туннелей: она была основана на том, что туннели колеблются в пятимерном пространстве с низкой амплитудой и частотой. Предлагалось направить на туннель излучатель пятимерного переменного поля, имеющего ту же частоту, и таким образом резонансно усилить колебания туннеля, из-за чего туннель необратимо схлопнулся бы. Проект оказался неудачным: выяснилось, что при достижении определённой амплитуды колебаний туннель переходит в основное состояние, излучая избыток энергии в виде гравитационных волн. Тот факт, что П-В туннель может излучать гравитационные волны, говорит о том, что он гравитационно взаимодействует с трёхмерными объектами; это может объяснить, почему П-В туннели часто встречаются в окрестности звёзд. Иногда военные временно блокируют П-В туннель, аннигилируя корабль в средней точке между выходами; возбуждаемые таким образом колебания на несколько недель делают туннель непроходимым.
Корабли, способные проходить через П-В туннели, называются скачковыми ("jumpships"), а процесс перехода через туннель, соответственно, скачком. Неотъемлемая часть любого скачкового корабля – двигатели Неклина, имеющие вид двух стержней, тянущихся вдоль всего корабля; предел их отклонения от прямой составляет одну миллионную градуса. Двигатели Неклина генерируют два вращающихся в противофазе пятимерных поля, окружающих корабль и позволяющих ему войти в П-В туннель. Для того чтобы управлять скачковым кораблём, недостаточно просто обладать специальной подготовкой. В мозг каждого скачкового пилота вживлены имплантаты, позволяющие своему обладателю подключаться к нейроинтерфейсу корабля и управлять им, образно говоря, «силой мысли». Каждому классу кораблей соответствует свой тип пилотских имплантатов.
В системе отсчёта корабля скачок длится несколько секунд и для большинства людей сопровождается неприятными ощущениями: головокружением, тошнотой, дрожью и другими индивидуальными симптомами. Некоторые люди во время скачка испытывают галлюцинации и чувство замедления времени – это значит, что у них есть задатки к тому, чтобы стать скачковыми пилотами. В восприятии самого пилота скачок продолжается несколько часов, и пилот переживает в это время необычайно красочные видения. Cкачковый пилот Ард Мейхью описывает свои ощущения так:
«Красный. Красный цвет. Однажды я был чистым светом — во время скачка в какую-то дыру под названием Геспари-2. Ничего похожего на скачок в обычной жизни нет. Если ты никогда не проносился сквозь радугу в мозгу — цвета, которым и имени-то нет в человеческом языке, — представить это невозможно. Это лучше всего на свете — женщин, еды, выпивки и сна». («Ученик воина»)
Одновременно через один П-В туннель может совершить скачок только один корабль, минимальный интервал между скачками составляет чуть меньше тридцати секунд.
«Если два корабля попытаются материализоваться в одном и том же месте в одно и то же время, то в результате ни одного корабля не будет, а будет большой взрыв». («Игра форов»)
Величина интервала может объясняться тем, что именно столько длится скачок в системе отсчёта неподвижного наблюдателя. Несмотря на то, что скачок по времени очень короток, путешествие от одной планеты к другой может длиться от нескольких дней до нескольких недель (самый длинный описанный маршрут – от Станции Клайн до Афона – занимает два месяца); всё это время уходит на полёт в обычном пространстве от выхода из одного туннеля до входа в другой.
Используемый в Саге способ межзвёздных полётов вполне надёжен, однако один из десяти тысяч скачков заканчивается тем, что корабль и всё находящееся на борту разрывает на элементарные частицы; происходит это из-за дефектов в двигателе Неклина или имплантатах пилота.
Говоря о сверхсветовых перемещениях космических кораблей, стоит упомянуть о сверхсветовой передаче информации. Человечество в Саге не владеет технологией передачи сигналов через П-В туннель. В локальном пространстве сообщения передаются в закодированном виде с помощью узконаправленной электромагнитной волны, затем на скачковой станции записываются на физический носитель и передаются на скачковый корабль-курьер. Таким образом, скорость передачи данных определяется тем, насколько часто корабли-курьеры совершают перелёт.

Технология сверхсветовых перемещений в «Саге о Форкосиганах» основана на факте существования дополнительных пространственных измерений. На первый взгляд Вселенная с таким устройством не имеет никакого отношения к нашему миру. Однако физики всерьёз рассматривают теории, допускающие, что наше пространство-время на самом деле имеет больше четырёх измерений. Первую такую теорию построили Калуца и Клейн ещё в 20-х годах XX века, и сейчас существует целый ряд подобных моделей. Все их объединяет то, что дополнительные измерения так или иначе скрыты от четырёхмерного наблюдателя (иначе мы бы давно знали об их существовании). Во многих теориях лишние измерения компактны, то есть вдоль новых координат можно двигаться лишь в ограниченных пределах (как правило, сравнимых с радиусом протона или много меньших). Однако есть и теории с бесконечными дополнительными измерениями; именно такая модель имеет отношение к тексту Саги (раз в пятимерном пространстве могут летать корабли). Можно представить себе, что наш четырёхмерный мир вложен в многомерное пространство-время таким же образом, как плоскость или прямая лежит в трёхмерном объёме. В теориях с дополнительными измерениями у некоторых четырёхмерных полей и частиц (гравитационное поле обязательно к ним относится) есть бесконечный набор многомерных «партнёров» (то есть, например, помимо обычного электрона есть бесконечное количество многомерных электронов). Четырёхмерные частицы не могут выходить в дополнительные измерения, а многомерные существуют во всём многомерном пространстве-времени. Обычные и многомерные поля и частицы могут взаимодействовать, хоть и слабо. Таким образом, существование в мире Саги различных генераторов пятимерных полей представляется разумным (но, скорее всего, такие генераторы должны потреблять очень много энергии). Не понятно, почему люди в этой Вселенной не могут передавать сообщения через П-В туннели. Казалось, можно закодировать информацию в пятимерном поле, передать его через туннель, принять на другом конце и расшифровать. Возможно, с этим связаны инженерные трудности. Как было сказано выше, частицы, из которых состоит всё, что нас окружает (и мы сами), не могут покинуть четырёхмерный мир. Очевидно, во Вселенной Саги поле Неклина помогает преодолеть это препятствие, хотя и неясно, каким образом. Что касается теоретического обоснования П-В туннелей, то похожие конструкции рассматривались в многомерных пространствах, но, насколько знает автор данной статьи, они не описывают аналог П-В туннеля из Саги. Необходимо отметить, что не одна из существующих на сегодняшний день теорий с дополнительными измерениями не имеет экспериментальных подтверждений.

Способ перемещений со сверхсветовой скоростью, используемый человечеством в «Саге о Форкосиганах», во многом определяет устройство этого мира. С точки зрения современной физики, маловероятно, что такая технология путешествий может быть воплощена в жизнь: теории, рассматривающие многомерные пространства, относятся скорее к экзотике и не имеют экспериментальных или наблюдательных подтверждений. Впрочем, было бы ошибкой считать, что если сейчас наука не имеет доказательств существования некого явления, то его не существует на самом деле. Может случиться так, что некоторые идеи Буджолд в будущем станут реальностью.

@темы: волшебный мир физики, космоса глубины, Майлз и все-все-все

---

Как Терра ходила на ЗФБ-2018. Эпизод 1

Команда выложила деанон, и настало время рассказать всё.
Мысль пойти на ЗФБ пришла, когда я только зарегистрировалась. Играть хотелось, конечно же, за команду Барраяра. Если бы не барраярофэндом, фиг бы вы меня сейчас читали. Однако проситься в команду боялась до последнего, ибо представляла себе наш с капитаном диалог:



В конце концов, я решилась, рассказала капитану две идеи, и они ей понравились. Так я и попала на Битву.

Начиная с этого поста, я буду выкладывать свои работы.

Правда, не знаю, насколько на совесть я рукоделю, ибо за эту работу никто не проголосовал.

Тритона со станции Клайн я сделала ещё летом, но решила приберечь его для ЗФБ (вдруг возьмут). Чтобы не стыдно было выкладывать, надо было постараться с фотографиями. Из литровой банки, пластиковых водорослей и камней я соорудила для зверушки аквариум. Результат можете видеть ниже.









Behind the scenes.

@темы: Мои поделки, Майлз и все-все-все

---

Научный сотрудник ИЯФа Андрей Шошин поясняет за НЛО...



...и рассказывает про радиацию.



Александр Кузнецов (тоже сотрудник ИЯФа) о лечении рака.

@темы: ИЯФ, Новосибирск, волшебный мир физики, what Terra cees

---

Заметка про то, почему кварки называются "кварками". Стырено из одной книги.

В своей статье, где вводилось понятие кварков (quark), Мюррей Гелл-Манн сослался на роман ирландского писателя Джеймса Джойса "Поминки по Финнегану". В 1964 г. думали, что кварков только три (u, d, s), а в романе Джойса в одном-единственном месте есть фраза "Three quarks for Master Mark!" ("Три кварка для мастера Марка!"). По мнению Гелл-Манна, она и соответствовала смыслу понятия "кварк". Дело здесь не только в непосредственном упоминании числа "три". За этой фразой в романе кроется многое...
Джойс писал роман 17 лет. Роман целиком построен на словотворчестве, и читать его чрезвычайно трудно даже англичанам. Тем более невозможен его перевод на другие языки. В Англии существуют общества любителей книги "Поминки по Финнегану", которые получают особое удовольствие, расшифровывая содержащиеся в ней бесчисленные словесные ребусы и спрятанный в них юмор. Объём комментариев к книге намного превышает объём самого романа, и в них скрупулёзно рассматривается возможный смысл каждого слова. Одним из ребусов является песенка, где упоминаются кварки.
Своё название роман получил благодаря вошедшей в ирландский фольклор шуточной истории о том, как некий пьяница Финнеган свалился с лестницы. Друзья сочли его мёртвым, собрались вокруг него и стали поминать. Кто-то из друзей сбрызнул Финнегана виски, после чего тот ожил, и вся компания снова начала веселиться.
Таким образом, уже в этой истории звучит мотив возрождения, перерождения, который становится основным в книге. Главный герой романа Хемфри по ходу действия перевоплощается во множество лиц. Приведённое начало песенки относится к тому месту романа, где главный герой засыпает, и ему чудится, что он — король Марк, пославший за своей невестой Изольдой свадебный корабль, на борту которого находился его племянник — рыцарь Тристан. Тристан и Изольда полюбили друг друга. Чайки, вьющиеся над кораблём, издеваются над обманутым королём Марком, поют шуточную и довольно двусмысленную песенку. Судя по дальнейшим её строкам, слова "три кварка" означают, что король Марк был обманут на корабле трижды.
На самом деле в английском языке слова quark нет, но оно есть в немецком , в котором означает буквально "творог", а в переносном смысле — "чепуха", "ерунда". Конечно, сейчас многие уже забыли, откуда взялось слово "кварк". Этот термин стал совершенно привычным, вошёл в обиход физиков всего мира, упоминается в школьных учебниках. Однако и в настоящее время кварки ещё таят много загадок, что вполне соответствует таинственности слова, придуманного Джойсом и столь удачно использованного Гелл-Манном.

@темы: волшебный мир физики

---

От galax_om мне достались следующие фэндомы: ПЛИО, "Звездные войны", "Махабхарата", "Лунная радуга","Сага о Форкосиганах". Теперь я должна написать, кем вижу себя в этих вселенных. Что ж, приступим.

"Песнь льда и пламени": в этом мире хотела бы быть драконьей всадницей древней Валирии. Очень интригующая страна, и драконы — милашки, кто бы что ни говорил. Мне даже периодически снится, что я летаю на драконе.

"Звёздные войны": пошла бы в джедаи. Импонирует их образ жизни и философия. Ну и махать мечом — бесценно.

"Махабхарата": я знаю, что это древнеиндийский эпос про махач двух групп двоюродных братьев. И даже в детстве прочитала из неё пару глав (или как они правильно называются), что произвело на меня глубокое впечатление . В целом, индийская культура мне не близка, поэтому никем себя не вижу.

"Лунная радуга": впервые слышу про этот роман, пришлось читать краткое содержание. Что-то не хотелось бы мне жить в тамошнем мире.

"Сага о Форкосиганах": здесь я была бы специалистом по пятимерной математике и работала в уютном кабинете на Земле. Кстати, ещё квадди — неплохие ребята. Мне нравится их отношение к труду. Но по жизни я Энрике Боргос.

@темы: флешмоб, в далёкой-далёкой галактике..., Иные и драконы, Майлз и все-все-все

---

Сегодня 8 марта, а это значит, что надо поздравить читательниц (и себя тоже).
Желаю, чтобы рядом были хорошие люди, с которыми интересно общаться и которые всегда поддержат и помогут. Чтобы всегда было вдохновение, время и силы на воплощение замыслов. Чтобы на работе было интересно и весело. Ну, и по традиции, счастья, здоровья, денег побольше.

И вот вам для поднятия настроения симпатичная девчуля.

@темы: век победившего пара, праздник к нам приходит

---

Прихожу сегодня в ИЯФ, а там такое.

Картины, смотри скорее!

Новый корпус НГУ.



Старый корпус НГУ.



НГУшная общага.



ИЯФ летом...



...и зимой.



Проспект Академика Лаврентьева.





Сквер Победы.



Морской проспект.

@темы: картинная галерея, ИЯФ, Новосибирск, What a time to be alive!, НГУ

---

Цай Гоцян

Обычно картины рисуют красками, карандашами, тушью, иногда — песком, нитками, цветами... Художник из Гуанчжоу Цай Гоцян для создания своих картин использует старинное китайское изобретение — порох.

"Проект по удлинению Великой китайской стены на 10000 метров" — его первая работа.



"Мимолётная радуга".



"Опавшие цветы".



"Лестница на небеса" — подарок Цая Гоцяна бабушке на столетие.



Инсталляция "У Земли есть своя чёрная дыра" посвящена атомной бомбардировке Хиросимы.



Пиротехническая инсталляция "Элегия".

Первая глава, "Элегия".



Вторая глава, "Воспоминание".



Третья глава, "Утешение".

@темы: жизнь замечательных людей

---

Таблица Менделеева в весёлых картинках от американской художницы Kaycie D.











Остальные картинки можно посмотреть тут.

@темы: я у мамы переводчик, стопами Менделеева

---

Джордж Штейнмец

Джордж Штейнмец, геофизик по образованию, увлёкся фотографией во время путешествия в Африку, длившегося 28 месяцев. Сейчас он — лауреат множества премий и постоянный сотрудник National Geographic. Больше всего Штейнмец известен аэрофотосъёмкой.

Увидеть мир с высоты птичьего полёта

Крепость Бам в провинции Керман, в Иране за две недели до разрушившего её землетрясения.



Промёрзший грунт на берегу пролива Мак-Мёрдо, Антарктида.



Вид с мачты яхты на затонувший в Соломоновом море японский самолёт времён Второй Мировой войны.



Юг национального парка Ленсойс-Мараньенсис в Бразилии.



Луна освещает кактусы на на острове Инкахуази.



Красный перец, разложенный на просушку, в пустыне возле Байчэна, Китай.



Две жительницы Кирибати собирают гигантских тридакн.



Соляной промысел, Тегидда Н'тесум, Нигер.



Земляная дамба, отделяющая водоём для выпаривания соли вдоль израильского берега Мёртвого моря.



Парковка такси, международный аэропорт имени Джона Кеннеди, Нью-Йорк.



Чёрная игуана за обедом, остров Сан Эстебан, Мексика.



Последние лучи заходящего солнца освещают маленький монастырь в долине Рангудум, Индия.



Сайт фотографа (на английском): georgesteinmetz.com/

@темы: жизнь замечательных людей, чудеса природы, морская душа

---

Это видео изображает нашу Галактику в инфракрасном диапазоне. Для его создания понадобилось 400000 снимков телескопа "Спитцер" и пять месяцев работы.



А здесь вы можете посмотреть на солнечную корону, снятую с помощью коронографа LASCO C3, находящегося на космическом аппарате SOHO (и послушать классную музыку). Синий круг посередине — специальный диск, закрывающий Солнце.

@темы: космоса глубины, what Terra cees

---

Про пингвинов и квантовую физику

Этот пост создан по просьбе LikeIason. В нём будут физика, пингвины и игра в дартс. Но прежде чем перейти к интересностям, придётся вооружиться кое-какими знаниями.

Диаграммы Фейнмана и для чего они нужны

Элементарные частицы — мельчайшие кирпичики мироздания, не имеющие внутренней структуры (по крайней мере, мы пока таковую не обнаружили). Все частицы делятся на две большие группы: фермионы и бозоны.
Фермионы — строительный материал, из которого состоит вещество. К ним относятся:
1) Электрон и его более тяжёлые и нестабильные "версии" — мюон и тау.
2) Нейтрино, почти безмассовые частицы, очень слабо взаимодействующие в веществом. Бывают трёх сортов: электронное, мюонное и тау.
3) Кварки шести сортов, различающихся массой. У кварков много необычных свойств, одно из них заключается в том, что кварки не существуют поодиночке. Все кварки живут внутри адронов. Адрон, состоящий из кварка и антикварка, называется мезоном, из трёх кварков — барионом. Протон и нейтрон — барионы, в их состав входят легчайшие кварки.
Взаимодействие фермионов в квантовой теории поля описывается как испускание и поглощение бозонов. Нам известно 4 фундаментальных взаимодействия, каждому соответствуют свои бозоны.
1) Электромагнитное взаимодействие. Ему соответствует фотон — безмассовая частица, не имеющая заряда. Обмениваться фотонами могут только электрически заряженные частицы.
2) Сильное взаимодействие. Удерживает кварки внутри адронов. Ему соответствуют глюоны (от английского glue — "клей". Особенность глюонов в том, что один глюон может самопроизвольно превратиться в два глюона. Поэтому сильное взаимодействие не ослабевает с увеличением расстояния, а наоборот, усиливается.
3) Слабое взаимодействие. Называется так, потому что его бозоны — заряженные W-бозоны и нейтральный Z-бозон — очень тяжёлые (как атом рубидия), и родить их не каждая частица сможет. Испустив W-бозон, мюон может распасться на электрон и два нейтрино, а кварк может превратиться в другой кварк.
4) Гравитационное взаимодействие. Все без исключения частицы участвуют в нём. Проблема в том, что до сих пор не существует адекватной квантовой теории гравитации. Хорошо, что гравитация — самое слабое из всех взаимодействий, поэтому для таких маленьких предметов, как элементарные частицы, им можно пренебречь.
У каждой частиц есть античастица с противоположным зарядом.

Человек так устроен, что лучше понимает то, что может представить. Но элементарные частицы невозможно увидеть, как же тогда быть? Американский физик Ричард Фейнман придумал способ изобразить взаимодействие частиц с помощью картинок, названных фейнмановскими диаграммами. Сейчас мы увидим, как они работают.

Представим себе два электрона, летящих друг навстречу другу. Электроны одноимённо заряжены, значит, должны отталкиваться. Таким образом, после сближения электроны полетят в других направлениях. Физик может задать вопрос: "С какой вероятностью электрон отклонится на 40 градусов от первоначального направления движения?" Для вычисления этой вероятности он нарисует фейнмановскую диаграмму этого процесса.



В простейшем случае взаимодействие электронов можно описать как испускание и поглощение одного фотона. На диаграмме электроны изображены линиями со стрелками, фотон — волнистой линией. Глядя на диаграмму, физик уже знает, как ему рассчитать вероятность.
Теперь давайте усложним процесс. Предположим, электрон излучил фотон, провзаимодействовал с другим электроном и поглотил фотон (почему бы и нет?). Тогда диаграмма будет выглядеть так:



На ней появилась петля. Диаграммы без петель называют древесными, а с петлями, очевидно, петлевыми. В данном случае процесс с петлёй гораздо менее вероятен, чем без петли, поэтому его можно не учитывать. Но если физик хочет рассчитать вероятность процесса с высокой точностью, то ему придётся учитывать все диаграммы с петлёй. Например, такие:



Здесь фотон превратился в пару b-кварк и анти-b-кварк, которая аннигилировала опять в фотон. Сейчас с помощью компьютеров могут рассчитывать диаграммы с пятью-шестью петлями.

Теперь, пожалуй, можно перейти к сути. Представим себе мезон, состоящий из s-кварка и анти-b-кварка. Анти-b-кварк испускает W-бозон и превращается в анти-t-кварк. Этот кварк испускает глюон, который поглощает s-кварк. Потом анти-t-кварк поглощает W-бозон и становится анти-s-кварком. Так один мезон превратился в другой. А теперь давайте нарисуем фейнмановскую диаграмму, изображающую этот процесс.



Хмм, кого-то она мне напоминает... Может, пингвина? Действительно, подобные диаграммы называют пингвинными. Вышеописанный процесс впервые был изучен А. И. Вайнштейном и М. А. Шифманом, сотрудниками ИЯФа, но название "пингвинная диаграмма" придумал Джон Эллис. Вот что он рассказывал об этом:

"Весной 1977 г. Майк Чановиц, Мэри К. и я написали статью по теории Великого объединения, предсказывающую массу b-кварка до его открытия. Когда несколько недель спустя он был обнаружен, мы с Мэри К., Дмитрием и Сержем Рудазом немедленно принялись работать над его феноменологией. Тем летом в ЦЕРНе была студентка, Мелисса Франклин, сейчас она физик-экспериментатор в Гарварде. Однажды вечером она, я и Серж пошли в паб, где я и она решили сыграть в дартс. Мы поспорили, что если я проиграю, то должен буду включить слово "пингвин" в мою следующую статью. Правда, Мелисса покинула игру до её конца, её заменил Серж, который меня победил. Тем не менее, я считал себя обязанным выполнить условие спора.
В течение некоторого времени я не понимал, как включить слово "пингвин" в статью про b-кварк, которую мы в то время писали. Однако, однажды вечером, после работы в ЦЕРНе я остановился по дороге домой у друзей, живущих в Мерене, где употребил некое запрещённое вещество . Потом, когда я пришёл домой и продолжил работать над статьёй, меня осенило, что знаменитые диаграммы похожи на пингвинов. Так мы вписали это слово в статью, а что было дальше, вы сами знаете".

Однако не всем это название понравилось. Существует рассказ о том, как во время одного из семинаров Фейнман стал активно протестовать против названия "пингвин", говоря, что соответствующие диаграммы не похожи на пингвинов. Присутствующий на семинаре Валентин Телегди возразил, что фейнмановские диаграммы не похожи на Фейнмана. Такая вот история.

@темы: новый ПЧ, ИЯФ, cool story, CERN, волшебный мир физики, я у мамы переводчик

---

Это качели из Ботанического сада.



У меня всё.

@темы: минутка поэзии, Новосибирск

---

Вряд ли кто-то из здесь присутствующих играл в Papers, please (я сама не играла, смотрела прохождение на Ютубе). Всё равно посмотрите эту короткометражку по мотивам игры. Она очень атмосферная.

@темы: what Terra cees

---

Профессор Евгений Иванович Пальчиков работает в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева и преподаёт в НГУ. Нам он на первом курсе читал лекции про технику физического эксперимента. Рассказывал про способы измерения времени, длины, температуры, характеристик электрического тока, разбирал ошибки из фильмов и показывал классные опыты.

Вот его лекция (примерно то же он и нам рассказывал):



А вот видео покороче, про жидкий азот:



И не повторяйте эти опыты, ладно?

@темы: жизнь замечательных людей, Новосибирск, волшебный мир физики, what Terra cees, НГУ