Open Source Content Management

Новорожденное будущее

Подробности

Создано 17.08.2012 15:47

Политический консультант Анатолий Вассерман — о том, в чем выгода фундаментальной науки.

4 июля исследователи Европейского совета ядерных исследований (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire — CERN) объявили: на Большом адронном коллайдере (БАК) выявлены доказательства существования частицы, по массе соответствующей предсказанию Питёра Уэйра Хиггса. Правда, прочие свойства этой частицы предстоит изучать ещё долго, но по первому впечатлению она вполне укладывается в теорию.

Уже похоже, что частица — бозон, то есть имеет целочисленный спин. Эта квантовая характеристика, примерно соответствующая моменту количества вращения, всегда кратна 1/2 некоторой константы, важной для всех теорий, опирающихся на квантовую механику. Поведение частиц со спином, кратным чётному (бозоны) и нечётному (фермионы) числу «половинок», столь сильно различается, что описывается разными статистическими закономерностями (частицы и названы по фамилиям основных разработчиков соответствующих статистик — Шатьендраната Сурьендранатовича Бозе и Энрико Альбертовича Ферми) и позволяет им играть в природе совершенно разные роли. В частности, только бозоны могут обеспечивать взаимодействие других частиц.

Для самой теории фундаментальных взаимодействий открытие очень значимо. Достаточно напомнить: бозон Хиггса — ключевое звено простейшего объяснения происхождения массы всех частиц. Если бы этого бозона не было, то в рамках нынешней теории (неплохо описывающей практически все наблюдения физиков) частицы вовсе не имели бы массы покоя, а могли существовать только в движении со скоростью света. То есть теоретикам пришлось бы разработать другое — куда более сложное — объяснение их массы.

Но к чему нам беспокоиться о проблемах теоретиков? Физика элементарных частиц соприкасается с нашей повседневностью, на первый взгляд, разве что в реакторах атомных электростанций. Да и там уже подробно проработаны не только общефизические, но и почти все инженерные проблемы. Не лучше ли вовсе забыть о дальнейшем усложнении этой теории? Особенно если учесть, сколько потрачено на строительство БАКа и многолетние эксперименты на нём.

Для ответа на столь серьёзный вопрос надо отойти достаточно далеко в прошлое. Дабы увидеть весь размах решаемой задачи.

В 1831‑м Майкл Джэймсович Фарадей открыл электромагнитную индукцию — возникновение разности электрических потенциалов между частями проводника, движущегося в магнитном поле. В те давние времена великосветское общество считало одной из своих обязанностей интерес к развивающейся науке. Фарадей регулярно выступал с публичными лекциями — благо ему хватало своих открытий для выступлений. Слушатели задавали ему немало вопросов, доказывающих внимание и понимание. В частности, не раз спрашивали о возможной пользе от электромагнитной индукции. История донесла два ответа: светской даме — «Мадам, а какова польза от новорождённого младенца?» и министру финансов — «Когда-нибудь Вы сможете обложить это налогом».

Правда, налога пришлось ждать долго. Первые работоспособные генераторы электрического тока, работающие на принципе электромагнитной индукции, появились через пару десятилетий после открытия. Первые генераторы, пригодные для промышленного — долгого и непрерывного — применения, возникли ещё через пару десятилетий. Примерно столько же времени отняло создание первых общедоступных сетей электропередачи, питающейся от больших генераторов, установленных в отдельных зданиях. Затем началась повсеместная — от станков на заводах до бытовой техники — установка электромоторов, питающихся от этих генераторов. Возможности нового оборудования оказались столь велики, что Владимир Ильич Ульянов восторженно сказал: «Коммунизм есть советская власть плюс электрификация всей страны». Электрифицированное производство настолько производительнее прежнего (с приводом большей части станков от общецеховой или даже общезаводской паровой машины через длинные механические передачи), что основной экономический выигрыш получился не от прямого налогообложения электрогенераторов, действующих благодаря открытию Фарадея, а от роста производства в целом.

Но потенциал открытия — даже столь фундаментального — не безграничен. К концу 1920‑х годов взрывной рост электрификации сменился в большей части промышленно развитых стран плавным ростом в темпе развития прочих звеньев экономики. Есть немалые основания считать это относительное замедление одной из причин разразившейся в октябре 1929‑го Первой Великой депрессии.

Нынешняя — Вторая — Великая депрессия началась через восемь десятилетий после первой. Как мне представляется, в числе её причин — исчерпание потенциала другого фундаментального открытия. В 1900‑м началось формирование квантовой механики. К 1927‑му сформулированы её основные законы, разработана технология её применения ко многим конкретным физическим задачам. Через два десятилетия квантово-механическое объяснение получила физика твёрдого тела. На её основе началось систематическое исследование полупроводников, до того изучаемых только на опыте, без особой теории. Сразу же появился транзистор — полупроводниковый аналог электронной лампы. Ещё через два десятилетия началось бурное развитие интегральных схем, где множество транзисторов (и других элементов) выращивается на одном кристалле. К концу 1980‑х интегральные схемы, насчитывающие уже сотни тысяч и даже миллионы элементов, подешевели настолько, что их стали включать в бытовые приборы (как электромоторы в начале века). Ещё через пару десятилетий число бытовых приборов на интегральных схемах (уже порою с миллиардами элементов на одном кристалле) стало расти всего лишь в меру общего роста экономики. И этот рост сразу же приостановился, ибо твердотельная электроника уже не тянет за собою прочие отрасли.

Фундаментальные открытия случаются не часто. К сожалению, ни в 1929‑м, ни в 2008‑м не нашлось открытия, чьи прикладные плоды могли бы перенять эстафету и стать новыми локомотивами непрерывного развития. Может быть, именно поэтому обе депрессии стали Великими.

Тем важнее не упускать ни единой возможности открыть нечто способное — пусть и в отдалённом будущем (как видно из приведенных примеров — через восемь десятилетий, или два так называемых кондратьевских цикла развития инфраструктуры хозяйства) — подхватить эстафету и предотвратить обвал мира в новую Великую депрессию. Наше собственное развитие и благополучие обеспечено достижениями многих поколений предков. Соответственно и мы обязаны достичь чего-то способного обеспечить развитие и благополучие наших потомков. Не знаю, какую именно отрасль грядущего хозяйства создаст свежеоткрытый бозон Хиггса. Но уверен: деньги, истраченные на строительство БАКа (и на деятельность CERN в целом) не выброшены на ветер. Они вложены в наше будущее. Как деньги, потраченные на эксперименты Фарадея в XIX веке и теоретические разработки под руководством Нильса Хенрика Давида Христиановича Бора в XX, вложены в нас нынешних.

Оплачивайте будущее — это всегда окупится.

Источник  

Ученые обнаружили феноменальную галактику

Подробности

Создано 17.08.2012 23:02

Феномен был обнаружен при помощи космической рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра"

Команда ученых из американских университетов обнаружила галактику, которая рождает по две звезды в день, то есть, больше, чем наша галактика - Млечный путь за год, - передает канал Вести.

Найденная галактика находится от Земли на расстоянии 5,7 миллиарда световых лет и входит в скопление других звездных систем. Астрономы подчеркивают, что некоторые галактики другого типа и возраста способны производить большее количество небесных светил. Однако та, что была открыта, к таковым не относится и, по существующим на сегодня теориям, не может порождать столько звезд.

Но не только это поразило ученых. Возраст "находки" - приблизительно шесть миллиардов лет. Обычно на этом этапе галактики вообще не производят ничего. Специалисты называют их "красными и мертвыми" (потому что в них преобладают так называемые красные, давно сформировавшиеся холодные звезды). Но эта, по словам руководителя исследования, ученого из Массачусетского технологического института Майкла Макдональда, каким-то образом вернулась к жизни.

Как это произошло, только предстоит выяснить. Пока за такие способности этому скоплению галактик было присвоено имя Феникс в честь птицы, которая возрождается из пепла. "Это чрезвычайная новость. Это раздвигает границы нашего понимания", - заявил журналу Nature один из участников проекта Райан Фоули.

Масса Феникса превышает предполагаемую массу Млечного пути в две тысячи раз. По скорости производства звезд данная галактика превзошла предыдущего рекордсмена - Абеля 1835, который производил до 100 звезд в год. Кроме этого, ученые поразились тем, как быстро в скоплении охлаждается газ, а также яркостью свечения галактики в инфракрасном спектре.

Данные с "Чандры" также указывают на то, что в центре Феникса находится черная дыра, чья масса уже в 20 миллиардов раз больше массы Солнца, при этом она очень быстро растет. По заверениям специалистов, этот рост не может продолжаться более 100 миллионов лет.

Источник

Земля находится в начале нового ледникового периода

Подробности

Создано 18.08.2012 16:09

Возможно, Земля находится в начале нового ледникового периода: активность Солнца в 2012 году так и не увеличилась, хотя ее расчетный максимум приходился как раз на этот год. 

 График зависимости солнечной активности с момента начала постоянных наблюдений. Видны все 23 солнечных цикла // spaceweather.com

 Максимум 23-го цикла пришелся на 2001 год, и нетрудно заметить, что следующего максимума можно было ожидать в 2012 году. Расчетный минимум (то есть окончание 23-го цикла и начало 24-го) приходился на 2006–2007 годы, после чего должен был начаться плавный подъем. Но на деле этого не произошло. Вместо плавного подъема наблюдался совершенно непонятный плавный спад, а в 2008–2009 году был глубочайший минимум активности Солнца, когда она буквально ушла в ноль. Обычно минимум проходит повыше нулевой отметки, а тут наблюдался очень редкий минимум. Со второй половины 2009 года на Солнце начал регистрироваться новый рост активности.

Но к 15 августа 2012 года она перестала расти и опустилась ниже уровня прошлого года.

Текущий вид Солнца (слева; снимок получен обсерваторией SDO 14 августа 2012 года) и вид Солнца вблизи максимума предыдущего солнечного цикла (справа; снимок получен обсерваторией SOHO 15 июля 2000 года) // tesis.lebedev.ru

 Текущий уровень активности в четыре раза ниже максимальных значений, зафиксированных за 260 лет непрерывных наблюдений Солнца, и всего лишь на несколько процентов выше, чем во время последнего сбоя солнечной активности – минимума Дальтона в 1790–1830 годах. Такие выводы следуют из вспышечной активности Солнца и анализа чисел Вольфа – основного способа измерения и описания циклов солнечной активности.

 Неожиданное затишье Солнца в 2008–2009 годах породило целый ряд прогнозов о характеристиках будущего солнечного максимума, среди которых можно было выделить как минимум два противоположных сценария.

 Согласно первому сценарию, Солнце должно высвобождать в каждом цикле примерно равное суммарное количество энергии. Соответственно, если активность Солнца была подавлена на несколько лет, то в последующие годы темп энерговыделения должен компенсировать это отставание, то есть быть заметно выше среднего. Исходя из этого, можно было ожидать, что фаза роста нового цикла будет необычно быстрой; при этом, «разогнавшись», Солнце на пике могло достигнуть исключительно высоких значений активности.

 Второй сценарий основан на наблюдениях, согласно которым за всю историю исследования Солнца на нем ни разу не регистрировалось предельно высоких максимумов.

 При этом, однако, было зарегистрировано как минимум два исключительно глубоких спада активности. Первый из них был измерен непосредственно: это уже упоминавшийся так называемый минимум Дальтона, в котором Солнце находилось во время своего пятого и шестого циклов (с 1784-го по 1810 годы). Второй минимум известен из косвенных данных (из ранних наблюдений астрономов-любителей и методов радиоуглеродного анализа) и является наиболее известным из всех.

Это так называемый минимум Маундера, продолжавшийся с 1645-го по 1715 год, то есть более полувека, и совпавший с наиболее холодной фазой так называемого малого ледникового периода (отметим, что достоверная связь между этими двумя событиями все же не установлена).

Поскольку минимумы Маундера и Дальтона весьма близки (их разделяет менее ста лет), часто считается, что более поздний минимум Дальтона является как бы эхом (второй волной) от минимума Маундера. После этого на протяжении следующих 200 лет наблюдений Солнце работало как часы. Второй сценарий развития солнечной активности в новом цикле как раз предполагал, что исключительно глубокий провал солнечной активности в 2006–2009 годах может быть предвестником нового крупного сбоя продолжительностью не менее нескольких солнечных циклов, то есть от 25 до 100 лет.

Несмотря на апокалиптические сообщения различных СМИ о предстоящем в 2012 году конце света, который настанет после того, как «Солнце в сентябре–декабре 2012 года сожжет Землю», анализ вспышечной активности и количества пятен показывают, что сценарий экстремально высокого солнечного цикла на Солнце не реализовался.

 Зато все более вероятным становится второй сценарий – экстремально слабого солнечного цикла, сравнимого по уровню с минимумом Дальтона.

 Так, максимальное месячное число Вольфа (показатель, характеризующий количество пятен на Солнце), зарегистрированное в этом году, составляет всего W=69,0 – оно было достигнуто в мае 2012. Во время рекордного за последние 260 лет солнечного цикла № 19 в его максимуме было достигнуто почти в четыре раза большее значение W=253,8. Таким образом, до рекордной активности Солнцу еще очень далеко, тогда как до уникально низких значений активности, напротив, осталось совсем немного. Во время цикла № 5 (начало минимума Дальтона) наивысший уровень активности равнялся W=62,3, а во время следующего цикла максимум был зафиксирован на уровне W=96,2. Это всего на несколько процентов ниже (а для цикла № 6 даже выше), чем текущий уровень, регистрируемый на Солнце.

 Более же низких солнечных циклов за 260 лет не наблюдалось.

 По мнению специалистов лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, решающей для понимания того, куда же движется наша звезда, станет вторая половина текущего года. В течение ее станет ясно, появился ли у Солнца восходящий тренд или наша звезда застыла на текущем уровне, либо даже начала падать к еще более низким значениям. «Если текущий уровень активности не будет существенно (в полтора-два раза) повышен уже в ближайшие 6–12 месяцев, это будет означать, что Солнце проходит через один из самых низких в истории солнечных циклов, которые до этого регистрировались лишь во время длительных сбоев активности, почти неизбежно сопровождавшихся резкими изменениями климата Земли», – считают ученые.

Таким образом, Солнце хотя еще и не перешло в состояние нового глобального сбоя активности (такой вывод нельзя делать на основе только трех лет наблюдений), но очень близко к этому. К тому же с 2011 года солнечная активность перестала расти. Пик чисел Вольфа был достигнут не в текущем году (когда ожидался максимум), а в ноябре 2011 года (W=96). Таким образом, активность Солнца в этом году почти на 50% ниже, чем в предыдущем, притом что с марта солнечная активность уже почти полгода стабилизирована на уровне W=64–69, равном уровню минимума Дальтона.

 Говоря о последних новостях, связанных с Солнцем, нельзя не отметить интересную структуру, которая наблюдалась в последние несколько дней: это тонкая темная структура с неровными краями, на первый взгляд очень похожая на трещину.

  Собственно, эта структура стала лишним поводом некоторым СМИ написать очередную пугалку про конец света и озаглавить ее страшным названием в стиле «Солнце треснуло».

О том, что Солнце не является твердым телом и, будучи газовым объектом, не может потрескаться, почему-то никто из авторов сенсационных публикаций не подумал.

 Природа трещины не представляет загадки для астрофизики. Это темное «волокно», состоящее из очень холодного (для звезды) газа – с температурой менее 10 тысяч градусов. Такие структуры лежат не на поверхности Солнца, а приподняты над ней на несколько тысяч километров; при этом поддерживаются они линиями магнитного поля, образующими как бы постамент. Фактически такие волокна – это гигантские солнечные облака. Благодаря низкой температуре (а она более чем в 100 раз ниже температуры окружающей короны) волокна не создают собственного излучения, а из-за своей высокой плотности не пропускают свет от поверхности Солнца. В итоге на диске возникает темная структура, иногда довольно причудливой конфигурации, при низком разрешении очень похожая на трещину.

Источник