Предложена новая математическая модель “Пинбол” для предсказания землетрясений с использованием представления о скольжении разлома

Новая математическая модель «Пинбол», которая учитывает скольжение разлома заимствует приёмы из математики лавин. Повторные толчки сотрясали центр Тайваня много дней и недель после землетрясения магнитудой 7,7 баллов, произошедшего там в 1999-м. Новая модель землетрясений смогла объяснить различающуюся мощность этих толчков. Когда соскальзывает разлом, он порождает целую последовательность различных сейсмических волн. Длинные волны низкой частоты могут распространяться на большое расстояние от источника и шатать высокие строения типа небоскрёбов. Высокочастотные волны отлично трясут дома и мосты, а иногда и полностью их разрушают. Большую часть последних пятидесяти лет сейсмологи предполагали, что весь набор этих волн генерирует трение, происходящее при соскальзывании разлома. Теперь же парочка геологов из Брауновского университета выдала собственную историю происхождения волн.

Читать далее

Современные представления о геометрии нашей вселенной: от догадок и гипотез к теории

Облачные решения хороши тем, что позволяют создавать проекты любой сложности, вплоть до виртуального дата-центра. Если попробовать визуализировать эти структуры, то получится этакая мини-вселенная. Давайте поиграем с геометрией, попробовав визуализировать разные модели нашей вселенной. В нашем сознании вселенная кажется бесконечной. Но с помощью геометрии мы можем рассмотреть различные трехмерные формы, которые предлагают альтернативу «обычному» бесконечному пространству. Когда смотришь на ночное небо, кажется, будто пространство расширяется во всех направлениях. Такова наша ментальная модель вселенной, но она не всегда является верной. В конце концов, было время, когда все думали, что Земля плоская, потому что изгибы нашей планеты было чрезвычайно трудно заметить, а уж про сферическую форму Земли и вовсе не думали. Сегодня мы знаем, что Земля имеет форму сферы. Но мало кто задумывается о форме Вселенной. Подобно тому, как сфера стала альтернативой плоской Земле, другие трехмерные формы предлагают альтернативу «обычному» бесконечному пространству.

Читать далее

Математическое моделирование приоткрыло тайну происхождения астероида Оумуамуа

Предлагаемый вольный перевод (с небольшими добавлениями) очень хорошей статьи за авторством Nadia Drake. Возможно, вы уже слышали про астероид Оумуамуа (1I/2017 U1), который называли то инопланетным кораблём, то космической «щепкой». С того момента, как только он впервые показался в Солнечной системе, астрономы пытаются определить его происхождение. В новой работе учёные из Национальной астрономической обсерватории Китая и Калифорнийского университета в Санта-Круз, США, показали, что первый из известных науке межзвёздных объектов, пришедший из-за пределов Солнечной системы, мог получить свою продолговатую форму, когда планета была разорвана далёкой звездой. Необычный посетитель совершил своё путешествие по Солнечной системе в конце 2017 года. Это маленький каменистый объект, который родился в звёздной системе, расположенной где-то далеко-далеко от нас. Своё необычное имя Оумуамуа получил благодаря астрономам, работавшим в обсерватории Халеакала на Мауи (Гавайи). В переводе с гавайского название астероида означает «первый посланник издалека». И этот посланник загадал сразу несколько интересных загадок.

Читать далее

Биомеханика рецептора кожного покрова человека с точки зрения науки: как это работает

Не секрет, что самым большим органом человеческого тела является его кожа. Помимо защиты тела от внешних раздражителей, кожа выполняет еще и функцию датчика, собирающего информацию, наряду с глазами, ушами, языком и носом. Информация, получаемая кожей, позволяет человеку оценивать окружающую среду, лучше понимать ситуацию, в которой он находится и действовать в соответствии с ней. Несмотря на огромную важность тактильной информации, о том как именно все работает мы пока знаем не особо много. Посему ученые из Калифорнийского университета (США) решили рассмотреть кожу человека под математическим углом, дабы понять механизм возникновения и передачи тактильных ощущений. Что происходит, когда мы берем что-то в руки, как наша кожа обрабатывает получаемую информацию, и как данное исследование применить на практике? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали. Основа исследования. У взрослого человека площадь его кожи может достигать 2.3 м2, что делает ее самым большим органом. Однако габариты ничто, если за ними нет никакого функционала. Кожа выполняет достаточно много функций: защитная, дыхательная, экскреторная, терморегуляторная, иммунная, метаболическая и т.д. Другими словами, пытаясь оценивать разные органы по их важности, ставить кожу на последнее место было бы ошибочно.

Читать далее

Оптико-механический резонатор впервые позволил измерить частоту колебаний единичной бактерии

Биомеханики измерили низкочастотные колебания бактерии с помощью оптико-механического резонатора. Также ученые построили теоретическую модель связанных затухающих гармонических осцилляторов и определили, каким образом колеблется бактерия на поверхности резонатора. Статья  опубликована в журнале Nature Nanotechnology. Ученые измеряют колебательные свойства молекул методами оптического неупругого рассеяния и оптического поглощения для определения их химического строения, что особенно интересно для биологических молекул и структур. Давно существуют теоретические предсказания существования низкочастотных колебательных мод в нуклеиновых кислотах, белках, вирусах и бактериях. С помощью этих мод физики могут получать информацию о гибкости биологических объектов, которая чувствительна к конформационным изменениям, комплексообразованию и изменению условий окружающей среды. Известно, например, что многие болезни напрямую связаны с гибкостью молекул и биологических структур.

Читать далее

Наноколлайдеры позволили впервые получить доказательство существования энионов

Французские физики продемонстрировали энионную статистику при столкновении квазичастиц в двумерном электронном газе с помощью крошечных коллайдеров. Для этого исследователи изучили корреляции тока на квантовом точечном контакте, на который излучались два потока квазичастиц. Представленный эксперимент является первым прямым доказательством существования энионов. Работа опубликована в журнале ScienceВ знакомом нам трехмерном пространстве все элементарные взаимодействия можно разделить на две категории, в зависимости от изменения свойств системы при перестановке двух частиц: бозонные и фермионные. В то время как волновая функция бозонной системы не меняет свою фазу при перестановке частиц, волновая функция фермионной системы изменяет фазу на π. Динамика фаз приводит к тому, что бозоны группируются в одном состоянии, а фермионы, напротив, стараются разгруппироваться. Например, эффект Хонга-У-Манделя, который имеет важное значение для работ по созданию квантового компьютера и сетей связи с квантовой криптографией, основывается на бозонных свойствах света группироваться, а принцип запрета Паули, наоборот, базируется на фермионных антигруппировочных свойствах электронов.

Читать далее

Создана суспензия гидрофобного активированного восстановленного оксида графена для высокоэффективных суперконденсаторов

Физики впервые сделали уникальную водную суспензию из гидрофобного активированного восстановленного оксида графена с добавками для простой и безопасной технологии производства суперконденсаторов. Для этого они добавили в воду коллоидальный оксид кремния, оксид графена и углеродные нанотрубки. Емкость гибких конденсаторов, полученных из водной суспензии, составила 180 фарад на грамм. Статья опубликована в The Journal of Physical Chemistry LettersСуперконденсаторы или ионисторы — устройства для запасания энергии с высокой емкостью, в котором классическими обкладками служит двойной электрический слой между электродом и электролитом. Их начинают применять во многих областях техники, в которых требуется накопление и высвобождение большого количества электроэнергии за короткое время, например, в дефибрилляторах или вспышках камер. Графен обладает высокой проводимостью и высокой площадью поверхности 2630 квадратных метров на грамм и считается перспективным материалом для использования в суперконденсаторах.

Читать далее

Удалось впервые охладить ансамбль молекул до температуры 220 нанокельвин с помощью испарительного охлаждения

Иллюстрация: Hyungmok Son, et al. / Nature, 2020. Группа физиков из США охладила молекулы натрий-литий до температуры 220 нанокельвин за счет столкновений с ультрахолодными атомами натрия.  Работа опубликована в известном журнале Nature. Испарительное  охлаждение используется как для понижения температуры нашего тела, когда мы потеем, так и для охлаждения помещений и приборов. Природа этого феномена заключается в том, что горячие частицы охлаждаемой системы сталкиваются с частицами охладителя, передавая им свой импульс, а последние, в свою очередь, покидают систему. В атомной физике испарительное охлаждение применяется для снижения энергии колебаний ансамбля атомов. Технология использует электромагнитное поле для улавливания атомов в оптическую ловушку. С течением времени атомы сталкиваются друг с другом и некоторые из них становятся подвижнее, чем другие. Такие высокоэнергетичные атомы покидают ловушку, понижая тем самым энергию всей системы и снижая температуру оставшихся атомов.

Читать далее

Демона Максвелла впервые поместили между двумя квантовыми точками

Физики смоделировали систему двух квантовых точек с одноэлектронными переходами для теоретической оценки термодинамических характеристик демона Максвелла с учетом информации и возвратного действия измерений. Они продемонстрировали возможность преобразования тепла в работу за счет информации и получили кривые зависимостей тепла и мощности от запирающего напряжения и степени туннелирования. Статья опубликована в журнале Physical Review B. Максвелл поставил свой знаменитый мысленный эксперимент с участием демона Максвелла в 1867 году. Сформулировал он его так: герметичный сосуд, заполненный молекулами, разделен перегородкой с дверцей. Этой дверцей управляет демон — он измеряет скорости молекул и избирательно пропускает в один отсек быстрые молекулы, а в другой — медленные, что в конечном итоге разделит все молекулы сосуда на две части относительно средней скорости изначального газа. В разных отсеках после разделения частиц будут разные средние скорости. Температура напрямую зависит от средней скорости частиц, а значит демон создаст разницу температур между двумя частями сосуда.

Читать далее