За последние два столетия наука ответила на множество вопросов о природе и законах, которым она подчиняется. Мы смогли исследовать галактики и атомы, составляющие материю. Мы построили машины, которые могут считать и решать проблемы, неподвластные решению силами человека. Мы решили вековые математические задачи и создали теории, которые дали математике новые проблемы. В 1900 году британский физик Лорд Кельвин, как говорят, заявил: “В физике больше нет ничего нового для открытия. Все, что остается, – это все более точные измерения”. В течение трех десятилетий квантовая механика и теория относительности Эйнштейна революционизировали эту область. Сегодня ни один физик не осмелился бы утверждать, что наши физические знания о Вселенной близки к завершению. Напротив, каждое новое открытие, кажется, открывает ящик Пандоры еще более глубоких вопросов в физике. Ниже представлена выборка наиболее глубоких открытых вопросов.
Архив рубрики: Наука
Отечественные разработки в области физики полупроводников и их практическое применение: задел Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН
На фото: Александр Леонидович Асеев. Фото: Николай Малахин / «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/). До последнего времени Россия жила в «супермаркете технологий и готовых научных решений». На это летом обращали внимание и глава государства В.В. Путин, выступая на заседании Форума будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир», и президент Российской академии наук Г.Я. Красников на площадке Петербургского международного экономического форума. Теперь «супермаркет» закрыт, нужны собственные решения, а в контексте внешнеполитической ситуации особенно важны разработки и научная продукция в области электроники и полупроводников: в частности информационные и телекоммуникационые технологии, компьютеры и системы связи различного назначения, составляющие основу оборонного производства.
Скрытые закономерности окружающего мира глазами математики: симметрия форм реальности
Знание геометрии позволяет не только решать задачки с фигурами, но и разобраться в некоторых явлениях из реальной жизни. Например понять, что общего у машинного обучения и альпинизма и почему нужно с осторожностью экстраполировать данные, прогнозируя количество смертей от ковида. В книге «Форма реальности. Скрытая геометрия стратегии, информации, общества, биологии и всего остального» (издательство «Манн, Иванов и Фербер»), переведенной на русский язык Евгением Поникаровым, математик Джордан Элленберг рассказывает о геометрии, которую не проходят в школе, и о том, как можно ее применять. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным тому, какая разная бывает симметрия. Симметрия — это основа современного понимания геометрии. Более того, то, что мы решаем считать симметрией, определяет, с какой геометрией мы имеем дело.
Метаматериал из сферических слоев магнитооптического вещества может помочь в исследовании эмерджентной аксионной электродинамики
Иллюстрация: N + 1; Leon Shaposhnikov et al. / Physical Review B, 2023. Физики из ИТМО при участии нобелевского лауреата Франка Вильчека численно нашли параметры метаматериала, чей магнитооптический отклик повторяет отклик гипотетических аксионов, если бы они существовали в реальности. Работа ученых открывает дорогу к экспериментам с эмерджентной аксионной электродинамикой. Исследование опубликовано в Physical Review B. Термин «аксион» для новых гипотетических частиц ввел впервые нобелевский лауреат Франк Вильчек (Frank Wilczek), назвав их так в честь стирального порошка — он предполагал, что эти частицы помогут «очистить» квантовую хромодинамику от трудностей, связанных с нарушением CP-симметрии. Сегодня аксионы остаются одними их главных кандидатов на темную материю, и их активно ищут как по астрофизическим данным, так и в наземных экспериментах.
Предложен механический вариант сопоставления степени поляризации и меры квантовой запутанности света
Иллюстрация: Xiao-Feng Qian & Misagh Izadi / Physical Review Research, 2023. Физики научились сопоставлять электромагнитным волнам системы материальных точек, механические параметры которых численно совпадают с характеристиками исходной волны: степенью поляризации и мерой квантовой запутанности. При этом соотношение, которое связывает эти две величины, на языке механической аналогии сводится к теореме Пифагора. Статья опубликована в Physical Review Research. Аналогии между физическими системами упрощают жизнь ученых, даже если системы имеют разную природу и похожи только их математические описания. Например, стандартный прием в квантовой теории поля при конечной температуре — формальная замена обратной температуры на фиктивное время (которое изначально отсутствует как переменная).
Предложены многослойные цветные пленки, охлаждающие поверхность до двух градусов Цельсия по сравнению с температурой окружающей среды
На иллюстрации: Охлаждающая цветная пленка, созданная по образцу крыла Morpho menelaus. Слева: фотография, изображение с электронного микроскопа и схема структуры крыльев бабочки M.M.; справа: схема многослойной пленки, созданной по образцу крыла бабочки. Wanlin Wang et al. / Optica, 2023; N + 1. Китайские ученые разработали многослойные цветные пленки, которые могут охлаждать поверхность до двух градусов Цельсия по сравнению с температурой окружающей среды. Высоко-насыщенный цвет этих пленок — до 100 процентов цветопередачи — виден в широком диапазоне углов (± 60 градусов). На создание такой структуры физиков вдохновили бабочки вида Morpho menelaus. Статья опубликована в журнале Optica. Большинство искусственно созданных красок работают из-за поглощения части диапазона видимого света, что может приводить к существенному нагреву окрашенных ими предметов.
