Загадка жизни во вселенной или что мы знаем о том как зарождается жизнь на экзопланетах

Экзопланета Kepler-452b (справа) по сравнению с Землёй (слева). Изучать планеты, похожие на Землю, имеет смысл. Но может оказаться, что они не будут самыми вероятными кандидатами на обнаружение жизни в нашей Галактике или во Вселенной вообще. Одна из наиболее захватывающей целей из тех, что поставило перед собой человечество – найти внеземную жизнь. Биологическую активность, появившуюся и не прекращающуюся на каком-нибудь мире за пределами Земли. Эту возможность подпитывает не только наше воображение. У нас полно непрямых свидетельств, определяющих другие потенциальные места, где могла бы появиться жизнь. Появиться в результате процессов, похожих на те, что происходили в прошлом Земли. Если сравнить существующие условия с тем, что, по нашему мнению, требуется жизни, предположения становятся осмысленными. Рассуждать о том, сколько вообще может быть «потенциально обитаемых» планет – в Солнечной системе, в Млечном пути, в местной группе галактик, или даже в обозримой Вселенной – занятие интересное. Однако нужно честно описать предположения, используемые для получения этих оценок.

Читать далее

Можно ли считать искривление пространства-времени реальностью или это всего лишь иллюзорная концепция?

На иллюстрации: Схема сильного искривления пространства-времени вблизи горизонта событий чёрной дыры. Чем ближе вы приближаетесь к массивному телу, тем сильнее искривляется пространство. В итоге вы оказываетесь в таком месте, откуда не может убежать даже свет: внутри горизонта событий. Большинство людей, думая о Вселенной, представляют себе материальные объекты, находящиеся на огромных космических расстояниях друг от друга. Под действием собственной гравитации материя схлопывается, формируя такие космические структуры, как галактики. Газовые облака, сжимаясь, порождают звёзды и планеты. Звёзды испускают свет, сжигая топливо в реакциях ядерного синтеза. Этот свет проходит по всей Вселенной, подсвечивая всё, на что натолкнётся. Однако Вселенная – это не только объекты внутри неё. Есть ещё и ткань пространства-времени, играющая по своим правилам – по правилам общей теории относительности (ОТО). Ткань пространства-времени искривляется в присутствии материи и энергии, при этом само искривление ткани пространства-времени диктует материи и энергии, как им двигаться.

Читать далее

История 13-ой задачи Гильберта: удивительная математическая задача, к которой решение и есть и нет

Вопрос Давида Гильберта о многочленах седьмой степени, долгое время считавшийся решённым, открыл исследователям новую сеть математических связей. Успех в математике достигается редко. Спросите хотя бы Бенсона Фарба. «Проблема математики в том, что в 90% случаев вас ждёт неудача, и вам нужно быть человеком, умеющим это принимать», — сказал однажды Фарб за ужином с друзьями. Когда один из гостей, также математик, удивился тому, что Фарбу удаётся достигать успеха в целых 10% случаев, Фарб признал: «Нет, нет, я сильно преувеличил процент своих успехов». Фарб, тополог из Чикагского университета, с радостью встретил последнюю свою неудачу – хотя, честно говоря, это не только его заслуга. Вопрос связан с задачей, парадоксальным образом одновременно решённой и нерешённой, открытой и закрытой. Задача – это 13-я из 23 математических проблем, которые не были решены в начале XX века. Тогда немецкий математик Давид Гильберт составил этот список, который, по его мнению, определял будущее математики. Задача связана с решением полиномиальных уравнений седьмой степени.

Читать далее

Жизнь на кубической планете или как найти кратчайший путь в кубическом мире: интересные примеры для любознательных

Представьте, что мы живём на кубической планете. Как бы вы искали кратчайший путь для кругосветного путешествия? Задумывались ли вы над тем, какой могла бы быть жизнь, если бы форма Земли не была бы похожа на сферу? Плавное движение по Солнечной системе и проходящие без запинок закаты, возможные благодаря вращательной симметрии Земли, мы принимаем как должное. Также на круглой Земле очень легко найти самый короткий путь из точки А в точку В – нужно просто двигаться по окружности, проходящей через две эти точки, и разрезающей сферу на две равные части. Такие кратчайшие пути, геодезические кривые, используются для прокладки маршрутов самолётов и орбит спутников. Но что, если бы мы жили на кубе? Наш мир колебался бы, наши горизонты были бы кривыми, а кратчайший путь было бы гораздо сложнее найти. Возможно, вы не тратите много времени на фантазии о жизни на кубе – однако математики занимаются этим довольно часто. Они изучают вопрос перемещения по поверхностям различных фигур. А недавнее открытие способа прокладки путей по додекаэдру изменило наше представление об объекте, который мы изучали не одну тысячу лет.

Читать далее

Технологическая загадка кварцевого скелета тихоокеанской губки противостоять сжатию и сгибанию

На фото: Морская губка «Венерина цветочная корзина». В 1841 английский биолог Ричард Оуэн с изумлением изучал замысловатый скелет недавно открытой морской губки, обитающей вблизи Филиппин. Он писал, что её скелет «напоминает изысканный рог изобилия», сотканный из «жёстких, блестящих эластичных нитей, чего-то вроде тончайших волосков кручёного стекла». Скелет и правда был стеклянным – это животное, Euplectella aspergillum, прозванное «венериной цветочной корзинкой», изготавливает его при помощи кислоты, извлекаемой из морской воды. 180 лет спустя учёные всё ещё изумляются этой губке. Среди её интересных свойств есть потрясающе долгая продолжительность жизни. Считается, что некоторые стеклянные губки живут многие тысячи лет, что делает их одними из самых долгоживущих животных. Кроме того, губка умеет проводить свет через свои кварцевые нити, как оптоволокно. В последние два десятилетия группа биологов, материаловедов и инженеров из Гарвардского университета сконцентрировались на той особенности губки, которая изначально заинтересовала Оуэна – замысловатой схеме строения её скелета.

Читать далее

Загадка двойного пузыря галактики “Млечный путь”: след гигантской катастрофы от взрыва черной дыры или группы галактик?

На иллюстрации: Рентгеновская карта, где чётко видны огромные пузыри, идущие вверх и вниз от диска Млечного Пути. Скорее всего, их породила сверхмассивная чёрная дыра в центре Галактики. Десятилетия астрономы спорили о том, является ли пятно на фотографиях космоса близко расположенным объектом небольшого размера, или чем-то огромным и далёким. Новая рентгеновская карта звёздного неба поддерживает второй вариант. Когда Питер Предель, астрофизик из немецкого Института внеземной физики Общества Макса Планка, впервые обратил внимание на новую карту самых горячих объектов Вселенной, он сразу же распознал на ней последствия галактической катастрофы. Ярко-жёлтое облако вздымалось на десятки тысяч световых лет в одну сторону от плоского диска Млечного Пути, а его чуть более бледный двойник отражением простирался в противоположную сторону. Структура была настолько очевидной, что её вроде бы излишне было подробно описывать в письменном виде. «Однако журнал Nature не принял бы от нас публикацию в виде одной картинки, а редактор не сказал бы что-то вроде ’Ага, вижу’, — сказал Предель. — Поэтому нам пришлось провести кое-какой анализ».

Читать далее

Предложен новый метод изучения нелинейных систем на квантовых компьютерах через их маскировку под линейные

Две команды исследователей нашли разные способы обсчёта нелинейных систем на квантовых компьютерах посредством их маскировки под линейные. Иногда компьютерам просто предсказать будущее. Простой процесс, типа течения сока растения по древесному стволу, довольно просто реализовать в несколько строк кода при помощи того, что математики называют линейными дифференциальными  уравнениями. Однако в нелинейных системах взаимодействия влияют сами на себя: воздух, обтекающий крылья самолёта, влияет на взаимодействие молекул, которое влияет на поток воздуха, и так далее. Петля обратной связи порождает хаос, при котором малое изменение начальных условий приводит к радикальному изменению поведения впоследствии, из-за чего предсказать поведение системы практически невозможно – какой бы мощный компьютер вы бы ни использовали. «В частности, поэтому сложно предсказывать погоду или изучать сложные течения жидкости», — сказал Эндрю Чайлдс, исследователь в области квантовой информации из Мэрилендского университета. «Можно было бы решать очень сложные вычислительные задачи, если бы получилось разобраться в этой нелинейной динамике».

Читать далее

Загадка асимметрии между материей и антиматерией: разделение частиц и нестабильность свободных нейтронов

Чем меньшие масштабы мы изучаем, тем более фундаментальные знания о природе нам открываются. Если бы мы могли понять и описать самые мелкие из существующих объектов, мы могли бы построить на этой основе понимание крупных. Однако мы не знаем, существует ли предел минимизации пространства. В нашей Вселенной существуют правила, нарушения которых мы ещё ни разу не наблюдали. Мы ожидаем, что некоторые из них никогда не нарушались. Ничто не может двигаться быстрее света. При взаимодействии двух квантов энергия всегда сохраняется. Нельзя создать или уничтожить импульс и угловой момент. И так далее. Но некоторые из этих правил, хотя мы этого и не видели, в какой-то момент прошлого должны были нарушиться. Одно из них – симметрия материи и антиматерии. Каждое взаимодействие, в котором рождаются или уничтожаются частицы материи, уничтожает или порождает равное количество их двойников из мира антиматерии – античастицы. Учитывая, что наша Вселенная почти полностью состоит из материи, и почти не содержит антиматерии (нет никаких звёзд, галактик или стабильных космических структур, состоящих из антиматерии), эта симметрия, очевидно, была нарушена в прошлом. Однако как именно это произошло, остаётся тайной.

Читать далее

По неизвестным причинам вселенная расширяется быстрее, чем мы думали: новые сверхточные измерения

Вселенная, судя по всему, расширяется быстрее, чем должна. И никто не знает, почему — а новые сверхточные измерения расстояний только усугубили эту проблему. 3 декабря у человечества вдруг оказалась на руках информация, которую мы хотели получить с незапамятных времён: точное расстояние до звёзд. «Вводите название звезды или её местоположение, и через секунду получаете ответ», — сказал Бэрри Мэдор, космолог из Чикагского университета и Обсерваторий Карнеги, во время видеозвонка. «В общем…» – он умолк. «Мы просто завалены этими данными», — сказала Венди Фридман, космолог из тех же университетов, жена и коллега Мэдора. «Невозможно преувеличить мой восторг по этому поводу», — сказал по телефону Адам Рисс из университета Джонса Хопкинса, получивший в 2011 году нобелевскую премию за участие в открытии тёмной энергии. «Давайте я переключусь на видео, чтобы показать вам, что меня так восхитило?» Мы перешли в Zoom, чтобы он смог поделиться своим экраном, где расположились красивые графики, описывающие новые данные по местоположениям звёзд.

Читать далее