Новые частицы возникают в графеновых трубках
Во Вселенной существует множество законов сохранения — энергии, импульса, заряда и так далее. Многие свойства физических систем сохраняются: они не могут быть просто созданы или уничтожены. Рациональное мышление говорит нам, что мы не можем получить что-то из ничего. Но в квантовой сфере это оказывается возможным.
Благодаря научному прогрессу, мы уже несколько лет как научились создавать даже саму материю, имитируя ситуацию через секунды после Большого взрыва. Для этого мы сталкиваем вместе два кванта в коллайдерах при настолько высоких энергиях, которые обеспечивают возникновение равных частей материи и антиматерии по формуле E = mc². А недавно человечеству впервые удалось создать реальные частицы материи вообще без столкновений и каких-то частиц-предшественников. С помощью сильных электромагнитных полей и эффекта Швингера впервые что-то возникло вообще из ничего.
Новые законы
Обычное рациональное мышление говорит нам, что мы не можем получить что-то из ничего. Так не бывает. Сюда же склоняет нас и первый закон термодинамики: «энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного состояния в другое». Но теория Большого взрыва, а потом и работы Лоуренса Краусса, Швингера и Казимира, постепенно разбивают эту парадигму.
Теперь, если кто-то говорит, что «вы не можете получить что-то из ничего», значит, он не знает квантовую физику. Первым законом термодинамики на микроуровне можно пренебречь за счет существования античастиц, которые позволяют играть с общим количеством энергии в системе. И теперь мы точно знаем, что если у вас есть пустое пространство — максимальное «ничто» в любом физическом смысле — им можно специальным образом манипулировать, и там неизбежно возникнет что-то.
Если с силой столкнуть две частицы в бездне пустого пространства, иногда появляются дополнительные пары частица-античастица. Или можно взять мезон и попытаться оторвать в нём кварк от антикварка, в результате чего из пустого пространства там тоже возникнет новая пара частица-античастица, чтобы заполнить возникшую брешь. А в теории достаточно сильное электромагнитное поле может вырывать частицы и античастицы из самого вакуума, даже вообще без каких-либо исходных рудиментарных кусочков материи.
Визуализация кварков в протоне
Раньше считалось, что для реализации таких эффектов нужны самые высокие возможные энергии — такие, которые можно получить только в коллайдерах или экстремальных астрофизических условиях. Но в начале 2022 года достаточные электрические поля были созданы в обычной лаборатории за счет использования уникальных свойств графена. Это позволило ученым спонтанно создавать пары частиц и античастиц из ничего. Из абсолютно пустого пространства.
Предсказание о том, что это должно быть возможно, было сделано 70 лет назад: оно восходит к одному из основателей квантовой теории поля Джулиану Швингеру. Эффект Швингера теперь однозначно подтвержден и он учит нас тому, как Вселенная действительно может возникнуть из ничего. Что, например, придает еще больше веса теории Большого взрыва, и вряд ли порадует креационистов.
Настоящая пустота
На самом деле, во Вселенной, в которой мы живем, очень сложно найти это самое «ничего». Все, что существует, можно разложить на отдельные фундаментальные сущности — кванты, которые не могут быть разбиты дальше. Эти элементарные частицы — это кварки, электроны, некоторых более тяжелых родственников электрона (мюоны и тау), нейтрино, а также все их аналоги из антиматерии. Плюс — фотоны, глюоны и тяжелые бозоны: W+, W-, Z0 и бозон Хиггса. Если мы возьмем любой фрагмент вакуума, всего этого там будет в избытке.
Но даже если нам как-то всё это удастся убрать, оставшееся «пустое пространство» будет совсем не пустым во многих физических смыслах.
Во-первых, даже в отсутствии частиц остаются квантовые поля. Точно так же, как мы не можем убрать законы физики из Вселенной, мы не можем убрать из нее квантовые поля, пронизывающие всю Вселенную.
Во-вторых, как бы далеко мы ни убирали какие-то источники материи, существуют две дальнодействующие силы: электромагнетизм и гравитация. Они достанут нас даже на другом конце Вселенной, гарантируя, что даже на наш изолированный кусочек пространства всё-таки что-то действует.
Мы научились делать хитрые установки, гарантирующие, что напряженность электромагнитного поля в отдельно взятой области равна нулю. Но мы не можем сделать этого для гравитации. В итоге, пока оно существует, пространство не может быть «полностью пустым» в этом смысле, на него всё равно будут действовать какие-то силы.
Это даже относительно легко проверить на практике — благодаря эффекту Казимира. Все, что вам нужно сделать, это разместить набор параллельных проводящих (но незаряженных) пластин в полном вакууме на расстоянии микрометров друг от друга. Если бы вакуум был пустым, можно было бы ожидать, что единственной силой, которая будет влиять на эти пластины, окажется гравитация, обусловленная их взаимным гравитационным притяжением. Но на деле оказывается, что плиты притягиваются куда сильнее, чем могла бы предсказать гравитация. На расстояниях порядка 10 нм — сотни размеров типичного атома — давление, создаваемое эффектом Казимира, оказывается сравнимым с атмосферным.
Это физическое явление было проверено и подтверждено на практике Стивом Ламоро в 1996 году, через 48 лет после того, как его рассчитал Хендрик Казимир. И все отлично знают причину этого явления: энергетические колебания вакуума из-за постоянного рождения и исчезновения в нём триллионов виртуальных частиц.
Явление отлично изучено, наличие виртуальных частиц — доказано, и мы уже давно изучаем мир с учетом этого знания. Например, ещё в 1975 году Стивен Хокинг выпустил свою работу по поводу того, что позже стали называть излучением Хокинга. О том, как мельчайшие виртуальные частицы, спонтанно возникающие в вакууме, со временем приводят к постепенному испарению чёрных дыр. 9 января 2019 года исследователи из Израиля подтвердили, что им удалось в лабораторных условиях симулировать излучение Хокинга.
В общем, даже если вы создадите идеальный вакуум, лишенный всех частиц и античастиц, где все электрические и магнитные поля равны нулю, в этой области всё равно что-то присутствует. И это «что-то» будет активно влиять на свое окружение.
Эффект Казимира исключает определенные электромагнитные проявления между проводящих пластин, но разрешает их вне пластин, что создает дополнительное давление от квантовых флуктуаций извне. В результате пластины притягиваются, как предсказал Казимир и экспериментально подтвердил Ламоро
Как создать что-то из ничего
В в 1951 году Джулиан Швингер, на то время уже один из основателей квантовой теории поля, описывающей электромагнитное взаимодействие, дал полное теоретическое описание того, как материя может быть создана из ничего. По его словам, для этого достаточно сильного электрического поля. Хотя другие предлагали эту идею еще в 1930-х годах, в том числе Фриц Заутер, Вернер Гейзенберг и Ганс Эйлер, сам Швингер проделал тяжелую работу, чтобы точно математически определить, при каких условиях должен проявиться такой эффект. И с тех пор он известен прежде всего как эффект Швингера.
Суть в том, что в любом пустом пространстве неизбежно будут возникать квантовые флуктуации: возбуждения различных квантовых полей. И если мы приложим достаточно сильное электрическое поле для этого объема пространства, некоторые из связей между виртуальными частицами и античастицами можно будет разорвать, получив в итоге пару реальных частиц с противоположным зарядом.
Принцип неопределенности Гейзенберга диктует, что определенные величины на квантовом уровне не могут быть известны одновременно. Это включает в себя такие вещи, как:
- энергия и время,
- положение и импульс,
- ориентация и угловой момент,
- напряжение и свободный электрический заряд,
- электрическое поле и плотность электрической поляризации.
Обычно люди фокусируются на первой паре величин — из неё можно получить много интересных научно-фантастических концептов. Но для нашего случая особенно важна последняя. Если квантовые поля есть везде, то, в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга, везде будет присутствовать неопределенное количество энергии. И чем короче период времени, в котором мы будем обозревать это пространство, тем больше будет неопределенность в количестве энергии, присутствующей в этом пространстве.
Применяя этот принцип ко всем допустимым квантовым состояниям, мы можем начать визуализировать флуктуирующие (постоянно меняющиеся) поля, а также флуктуирующие пары частица-античастица, которые появляются и исчезают из-за работы квантовых сил Вселенной. Это так называемые квантовые флуктуации.
На практике они выглядят так:
Даже в вакууме пустого пространства, лишенного масс, зарядов, искривления пространства и каких-либо внешних полей, все еще существуют законы природы и лежащие в их основе квантовые поля. Если рассчитать состояние с наименьшей энергией, можно обнаружить, что оно не совсем равно нулю; нулевая (или вакуумная) энергия в нашей Вселенной кажется положительной и конечной, хотя и небольшой.
Теперь давайте представим себе усиление напряженности электрического поля, действующего на такую точку пространства. Если усиливать его всё сильнее и сильнее, до триллионов и септиллионов вольт на метр, что произойдет?
Можно взять самый простой случай и представить, что в пространстве уже присутствует одна частица определенного типа: мезон. Мезон состоит из одного кварка и одного антикварка, которые связаны друг с другом сильным взаимодействием и обменом глюонами. Кварки бывают шести разных видов, а антикварки — это просто анти-версии каждого из них с противоположными электрическими зарядами.
Если приложить к мезону электрическое поле, положительно заряженная часть и отрицательно заряженная часть будут тянуться в противоположных направлениях. И если напряженность поля достаточно велика, кварк и антикварк можно оттянуть друг от друга настолько, что из пустого пространства между ними вырвутся новые пары частица-античастица. В результате мы получим два мезона вместо одного, а энергия, необходимая для создания этой дополнительной массы (через E = mc²) возьмется из энергии электрического поля, которое разорвало мезон на части. Напряженность внешнего электрического поля уменьшится на соответствующую величину.
Пары частица-античастица вырываются из квантового вакуума на очень короткое время из-за принципа неопределенности Гейзенберга. В присутствии достаточно сильного электрического поля эти пары могут быть разорваны в противоположных направлениях, что сделает их неспособными к мгновенной аннигиляции и вынудит их стать реальными частицами — за счет энергии прилагаемого электрического поля.
Вот что такое эффект Швингера, позволяющий образоваться материи. И неудивительно, что его никогда нигде не наблюдали. На самом деле, теоретически такое может произойти только в самых высокоэнергетических астрофизических местах во Вселенной: пространствах возле (или даже внутри) черных дыр и нейтронных звезд. От ближайших таких объектов нас отделяют огромные космические расстояния, поэтому мы не можем наблюдать ничего из того, что там происходит.
Самые сильные электрические поля, которые мы создали на Земле, находятся на лазерных установках, и даже с самыми интенсивными лазерами с самой короткой длительностью импульса мы все еще даже близко не подходим к нужному уровню энергии, чтобы создавать хотя бы мезоны и кварки.
Обычно, когда у вас есть проводящий материал, только «валентные», внешние электроны могут перемещаться по нему, создавая проводимость. Но если бы мы могли создать достаточно большие электрические поля, можно было бы заставить все электроны присоединиться к общему потоку. И в январе этого года ученые из Манчестерского университета смогли сконструировать для этого сложную и очень хитрую установку с использованием графена — крайне прочного материала, состоящего из атомов углерода, связанных вместе в геометрически оптимальных состояниях.
В результате у них получилось достичь максимального «участия» электронов и создать невероятной силы электрическое поле на относительно небольшой установки. Как результат, они впервые в истории смогли наблюдать эффект Швингера в действии: возникновение ряда электронно-позитронных пар из ниоткуда.
Чудеса с графеном
Графен — во многих отношениях странный материал. Одна из его особенностей состоит в том, что его листы ведут себя, по сути, как двумерная структура. Уменьшается количество измерений, отсутствуют многие степени свободы. Поэтому для квантовых частиц внутри остается гораздо меньше вариантов конфигураций, плюс уменьшается набор доступных квантовых состояний. Поэтому ученые и решили использовать структуру на основе графена — так называемую «сверхрешетку». Это позволило им индуцировать то самое поведение: к потоку электронов присоединялись не только валентные электроны, но и электроны, расположенные внутри атома.
Исследователи заполнили смоделированный вакуум электронами и разогнали их до максимальной скорости, допускаемой вакуумом графена, которая составляет 1/300 скорости света. В этот момент произошло нечто, казалось бы, невозможное: электроны как бы стали сверхсветящимися, и обеспечили напряженность электрического поля мощнее, чем это допускается общими правилами квантовой физики.
Как только это произошло, в материале возникло множество экзотических явлений. Одно из них было замечено впервые: эффект Швингера. Вместо электронов и позитронов в графене возникали электроны и аналоги позитронов в конденсированном состоянии, «дырки», текущие в направлении, противоположном потоку электронов. Единственным способом объяснить конфигурацию наблюдаемых токов был этот дополнительный процесс самопроизвольного образования электронов и «дырок». Вся математика в точности сходилась с выводами Швингера еще в 1951 году.
Как выразился соавтор работы доктор Рошан Кришна Кумар:
Когда мы решили до максимума увеличить силу электрических полей, и впервые увидели показатели наших устройств на графеновых сверхрешетках, мы подумали: «Вау… может быть, это какая-то новая сверхпроводимость?». Но хотя реакция была похожа на ту, которую обычно можно наблюдать в сверхпроводниках, вскоре мы обнаружили, что загадочное поведение связано не со сверхпроводимостью, а скорее с чем-то из области астрофизики.
Мы просто хотели проверить, что может произойти в этих экстремальных условиях. К нашему удивлению, наша установка не загорелась, а вместо этого мы смогли наблюдать эффект Швингера.
С электронами и позитронами (или, в данном случае, «дырками»), созданными в прямом смысле из ничего, просто вырванными из квантового вакуума электрическими полями, Вселенная еще раз продемонстрировала нам, что даже невозможное возможно. Мы действительно теперь можем создавать что-то абсолютно из ничего! Великие квантовые предсказатели прошлого века могли бы нами гордиться.
Лучшие вакансии — в телеграм-боте getmatch. Просто указываете должность и желаемую зарплату, и бот выдает вам лучшие предложения, и помогает пройти интервью. Всё бесплатно.
| Подборки вакансий по локации |
Подборки вакансий по зарплате |
Комментарии (50)
pda0
07.11.2022 13:48+37Это не правильная, вводящая в заблуждение формулировка. Что-то здесь не создаётся из ничего, за создание платится энергией, вещью вполне материальной.
И платится строго по закону равноценного обмена. ;-)
PrinceKorwin
07.11.2022 13:55+7Можно сказать, что в этом эксперименте удалось из чистой энергии создать материю.
odins1969
07.11.2022 15:50+2разве чистая энергия не абстракция?? Все же если в квантовом вакууме потенцировано скалярное поле , не известной нам пока природы , и недоступное для измерения, это как мне представляется не то же самое что абсолютная пустота и ничего. Да и пространство можно в теории представить мнимым , возможно даже отрицательным . Но что физически должно значит пространство=0 ?
khch
09.11.2022 21:32А что такое энергия?? Ее же нет!!! Это некая характеристика, которая отражает взаимное движение (или потенциальную возможность изменить скорость дру друга).
Этой возможности удалось ( это неплохо) дать физическую величину, возможность мерять и оперировать.
А потом ее же и квантовали, а теперь сидят и думают...
Кванты энергии... что же это...
Polaris99
07.11.2022 16:38Если бы еще обратный процесс освоить...
LordDarklight
07.11.2022 17:02+8Так ведь уже освоили - аж целых два:
Ядерная энергетика
-
Квантовая аннигиляция
Проблема в обоих случаях только в добычи/хранении исходного материального топлива, и со сложностью управления процессом
ValeriyS
07.11.2022 18:07+1Я бы ещё акцентировал, что удалось из чистой потенциальной энергии создать материю.
Хотя к такой формулировке тоже легко придраться: электрическое поле есть слабое взаимодействие, переносимое лептонами. Как у них всё entangled в этой их квантовой физике :)
kuza2000
07.11.2022 22:33+1Тут виртуальное все. Реальных частиц, как я понял, они не создали.
Но, вообще энергию в материю уже превращают. Вот тут писали, например https://habr.com/ru/post/582282/
Но больше всего меня поражают эксперименты, когда в энергию превращают информацию. Много разных вариантов уже провели. Это когда извлекают энергию теплового движения, используя для этого информацию. С первого взгляда кажется, что нарушают закон термодинамики, создавая вечный двигатель второго рода. Но, на самом деле нет, энтропия не убывает, если учитывать информацию, поступающую в систему.
Создают демона Максвелла, и он работает)
Вот, например один вариант https://habr.com/ru/post/105296/
SilverHorse
07.11.2022 23:41когда в энергию превращают информацию
Мне кажется, у вас там таблеточки должны где-то лежать, добрым доктором выписанные, вы их принимать не забывайте...
Но, на самом деле нет, энтропия не убывает, если учитывать информацию, поступающую в систему.
При чем тут энтропия и информация вообще?
Вот, например один вариант
...открытой системы (которую формально можно считать закрытой, если включать в нее все внешние источники энергии и аппаратуру), работающей почти по тому же принципу, что и оптический молекулярный пинцет, просто молекулу не двигали непосредственно полем, а давали ползти под действием броуновского движения молекул только в одну сторону, искусственно отсекая внешним полем движение в "неправильную" сторону. Just for lulz скосплеили демона Максвелла, который в своих практических реализациях никаких начал термодинамики не нарушает. Где "превращение информации в энергию" вы тут увидели, кроме шизоидного желтого заголовка?
kuza2000
08.11.2022 09:38+1Эта статья с "шизоидным желтым заголовком" на очень интересную тему, которая интересует меня давно. Если есть желание, попробуйте разобраться в этих вопросах. могу подсказать направление.
Меня давно интересовал вопрос, почему демон Максвелла невозможен. Объяснения типа "он потребит больше энергии, чем произведет" меня не устраивали. Почему больше? Где доказательства?
Со временем, из различных источников, я узнал ответ.
В принципе, сам демон возможен. Нет никаких фундаментальных ограничений, что бы ему работать, и производить энергию. Весь вопрос именно в подводимой к нему информации, на основании которой он открывает и закрывает дверцу.
Так же есть формулы, четкие обоснованные формулы по минимальной энергии, требуемой для создания бита информации. Выведены, если мне не изменяет память, на основе законов термодинамики. Есть даже точная величина минимальной стоимости бита информации в джоулях.
В общем, демон Максвелла не выгоден именно из-за того, что энергетическая стоимость подводимой к нему информации будет не меньше, чем он произведет энергии. Именно это пытаются проверить в том эксперименте, который описывает статья. Если получается произвести энергии больше, чем потрачено на исполнительный механизм, кроме учета подводимой информации, значит, те формулы верны. И похоже, что у них получилось. Я встречал другие варианты этого эксперимента, например, с микролопастями в жидкости, которые колебались из-за броуновского движения.
Советую еще почитать "храповик и шестеренка" из лекций Фейнмана по физике. Не совсем на эту тему, но близко.
SilverHorse
08.11.2022 16:50Если есть желание, попробуйте разобраться в этих вопросах.
Слава Судзумии и пресветлой богине Нагато, мне не нужно в этом разбираться, ибо теорию информации я знаю, как и основы термодинамики.
Меня давно интересовал вопрос, почему демон Максвелла невозможен. Объяснения типа "он потребит больше энергии, чем произведет" меня не устраивали.
Парадокс Демона Максвелла описан даже в Википедии, но прочитать и понять его суть вы, похоже, не смогли, хотя там даже разбор метода разрешения этого парадокса приводится... Изначальный "парадокс" заключается в том, что демон не рассматривается как часть системы, совершающая работу, несмотря на то, что он осуществляет фильтрацию молекул. При рассмотрении системы, включающей в себя демона и его источник энергии, парадокс разрешается однозначно, и полная энтропия системы всегда неубывает.
kuza2000
08.11.2022 09:54+1Вообще, законы термодинамики это очень интересная тема. Некоторые вещи просто потрясают воображение. И что поразительно, начало всех этих вещей лежит в обычном паровом двигателе. Кто-то захотел просто улучшить его работу и потянулись вещи, которые лежат в основе нашего мира.
Если кто-то скажет, что термодинамика это ерунда, а важнее фундаментальные законы физики, то предлагаю такой мысленный эксперимент.
Снимем на камеру различные физические явления на микро уровне. Вот летят две молекулы газа, столкнулись, полетели дальше. Вот атом испустил квант света. Вот произошло деление ядра урана, оно разлетелось на части.
А теперь посмотрим все эти явления, включив видео задом наперед. И окажется, что все эти явления происходят верно, независимо от направления воспроизведения. Молекулы газа просто летят в другую сторону. Атом поглотил квнт света. А на последнем видео - синтез ядра урана, это происходит в звездах.
Все фундаментальные законы физики симметричны во времени.
Тогда можно сделать стрынный вывод. Меняем все векторы движения, и время начнет двигаться в обратную сторону. Звезды начнут поглащать излучение и расщеплять гелий. Люди молодеть, уменьшаться, и "рождаться обратно" :))) Фундаментальные законы физики не запрещают этого!!!
Так почему же этого не происходит? А ответ дают именно законы термодинамики. Именно они, фактически, определяют направление движения времени.
SilverHorse
08.11.2022 16:59Все фундаментальные законы физики симметричны во времени.
Нарушение Т-симметрии в слабых взаимодействиях передает вам пламенный привет. Проясните сначала для себя основы квантовой и ядерной физики.
А ответ дают именно законы термодинамики.
Вот атом испустил квант света. Вот произошло деление ядра урана, оно разлетелось на части.
Я фигею с того, как у вас ядерные процессы начинают объясняться законами термодинамики...
А на последнем видео - синтез ядра урана, это происходит в звездах.
Угумс, ядра урана у нас из осколков собираются, всасывая в себя нейтрино и гамма-кванты... Хоть чуть-чуть-то соображайте, прежде чем подобную чушь писать.
kuza2000
08.11.2022 11:29https://ru.wikipedia.org/wiki/Принцип_Ландауэра
Сколько энергии в бите информации. Зависит от температуры окружающей среды. В принципе, логично. Демон максвелла, его выхлоп тоже зависит от температуры окружающей среды.При комнатной температуре в одном бите примерно 0,017 эВ ≈ 2,7×10−21 Дж
SilverHorse
08.11.2022 16:32-2Ваша писанина это просто идеальный пример того, как можно строить бредовые теории на чем-то, просто ни капли не понимая суть этого чего-то.
Принцип Ландауэра - он не про то, что информацию какой-то черной магией можно преобразовать в энергию, или что энергия вообще содержится в информации. Если вы реально так считаете, мое предложение о таблеточках от доброго доктора все еще в силе. Он про то, что есть фундаментально минимальное количество энергии, которое надо затратить в физической системе на то, чтобы обработать (создать или стереть) один бит информации. Никакая энергия "из информации" не получается, энергия внутри системы переходит из одной формы в другую, и за счет этого перехода осуществляется обработка информации системой. Это по сути энергетический аналог теоремы Шеннона, только применительно не к передаче информации в канале, а к ее обработке в системе.
kuza2000
08.11.2022 17:28Где я утверждал, что информацию можно преобразовать в энергию?
Суть этих экспериментов в том, что можно получить полезную энергию из теплового движения, используя информацию.
Дупускаю, что в чем то могу быть не прав и с удовольствием выслушаю другие точки зрения. Подумаю над ними. Но мне кажется, что таблеточки стоит начать принимать вам, иначе вы мгновенно переходите на личности, и какая-либо дискуссия становится невозможной.
SilverHorse
08.11.2022 19:20-1Где я утверждал, что информацию можно преобразовать в энергию?
Эм... в четырех предыдущих комментах?
Но больше всего меня поражают эксперименты, когда в энергию превращают информацию.
С первого взгляда кажется, что нарушают закон термодинамики, создавая вечный двигатель второго рода. Но, на самом деле нет, энтропия не убывает, если учитывать информацию, поступающую в систему.
Нет никаких фундаментальных ограничений, что бы ему работать, и производить энергию. Весь вопрос именно в подводимой к нему информации, на основании которой он открывает и закрывает дверцу.
Это вообще шедевр - утверждать, что демон Максвелла производит энергию потому что получает информацию... Нобелевка, не меньше.
Сколько энергии в бите информации.
Только не пытайтесь сейчас переобуться и начать утверждать, что вы имели в ввиду совсем другое, и вас неправильно понимают, и все такое... Ваш коммент выше про "...что термодинамика это ерунда, а важнее фундаментальные законы физики..." выдает в вас типичного научного фрика из категории "термодинамщиков", которых я видел десятки на просторах интернета, которые игнорируют все, кроме термодинамики, которая якобы объясняет все на свете (только в их собственной трактовке, не имеющей отношения к реальности). Дискуссию с вами вести бесполезно, это пустая трата времени - объяснять что-то человеку, не понимающему сути физических явлений и верящему только своей бредовой интерпретации. Комменты я оставил только для иллюстрации. А вот осаждать вас очень даже надо, чтобы вы своей "убедительной" околонаучной писаниной не плодили себе подобных.
kuza2000
08.11.2022 21:31В термодинамщики меня еще никто не записывал, спасибо)) прямо подарили положительные эмоции))
Конечно, я нигде не имел ввиду реального превращения информации в энергию. Если где-то не достаточно четко то это моя вина.
Но вы зря на хабре ищете термодинамщиков, нет их здесь. Тут народ достаточно грамотный, выметают сразу. И я даже подумать не мог, что кто-то мои не совсем четкие формулировки может так воспринять.
kuza2000
08.11.2022 21:34Кстати, не могу в википедии про демона Масвелла понять вот этот абзац:
С развитием теории информации было установлено, что процесс измерения может и не приводить к увеличению энтропии при условии, что он является термодинамически обратимым. Однако в этом случае демон должен запоминать результаты измерения скоростей (стирание их из памяти демона делает процесс необратимым). Поскольку память конечна, в определённый момент демон вынужден стирать старые результаты, что и приводит в конечном итоге к увеличению энтропии всей системы в целом[2][3][4].
Раз вы так хорошо разбираетесь в физике, может поможете понять смысл этого абзаца? Я серьезно, без сарказма.
LordDarklight
07.11.2022 14:24+7Ну это всё тонкости восприятия. Здесь, как и в процессах столкновений частиц на коллайдерах - энергия - это лишь способ осуществления процесса. И да - конечный баланс энергии сохраняется. Но по сути - энергия тратится на работу - и сама энергия в обоих случаях не становится материей - хотя нет вру - кинетическая энергия частично переходит в энергию фотонов электромагнетизма - которые далее либо так и остаются фотонами, либо поглощаются другими частицами.
Но если на коллайдере - частицы разбиваются - перекомбилируются их кванты и возникают новые частицы (хотя это я слишком всё упростил - там тоже ещё полно квантовых эффектов и эффектов неопределённости). Тут не происходит прироста массы , за счёт перехода в неё кинетической энергии (наоборот - общая масса обычно становится меньше - за счёт рассеивания исходной массв в энергию фотонов) - меняется лишь природа частиц этой массы (хотя не всё тут так просто - т.к. есть ещё и эффект появления новых квантов (зачарованных кварков и антикварков) внутри протонов с ростом скорости их движения - а значит - уже от этого масса протона увеличивается уже до столкновения (но этот эффект, кстати, может той же природы, что и эффект Швингера т.е. всё дело в движении резе квантовый суп и захват частиц из него) - но это исследовать экспериментально пока крайне затруднительно.
То в новом эксперименте происходит эффект захвата новых частиц из энергии вакуума т.е. из вакуума изымается энергия, равная затраченной на работу по этому извлечениию - балан энергии сохраняется. Но тут уже нет рекомбинации имеющихся квантов - тут именно добавление к имеющимся квантам новых квантов, порождённых вакуумом. Кстати, т.е. энергия напрямую переходит в массу - вернее не сама энергия переходит, а её приложение затаскивает в систему новые частицы - это как краном поднять пачку кирпичей, которые случайно попали на крючок "проплывая мимо" - работа по подъёму - затраченная энергия, но сами кирпичи краном не созданы).
Тут другой вопрос - мы в итоге получаем два дополнительных кварка (один из них антикварк) - и вместо одной исходной частицы-мезона - две копии, как я полагаю полностью одинаковые - а вот если таким образом получать разные копии - мезон и антимезон то можно было бы потом их с аннигилировать - то можно было бы в результате получить больше энергии, чем затрачено? Ведь в итоге в расход пойдёт исходный мезон - т.е. общий баланс энергии не изменится - мы просто преобразуем энергию одного мезона в энергию двух мезона приложив энергию одного мезона - но на выходе у нас минус мезон и плюс энергия этого мезона т.е. мезон стал топливо, а общие энергетические затраты системы условно нулевые - т.е. есть прибавка энергии за счёт массы.
Это не вечный двигатель, чисто черпающий энергию из вакуума - но как новый источник энергии (на принципах аннигиляции вещества и антивещества) может быть очень интересным.
Если трудности в создании мезона и антимезона их одного мезона, то может быть будет легче с созанием двух антимезоновмезонов из одного антимезона, с последующей аннигиляцией уже двух антимезонов с двумя дополнительными мезонами. Тога можно как бы клонировать антимезоны, затрачивая на это энергию = энергии мезона (баланс энергии не нарушаем) - просто антимезонов у наст становится больше - и это позволяет более эффективно генерировать антиматерию, затрачивая энергию, которую потом можно будет компенсировать за счёт процесса аннигиляции с обычными мезонами и высвобождать дополнительную энергию за счёт расхода обычных мезонов (баланс энергии по прежнему соблюдается - меняется лишь её форма из менее эффективной в более эффективную)
leok
08.11.2022 12:24Большинство ученых, занимающиеся физикой высоких энергий не делает принципиального различия в видах материи таких как частицы или электромагнитное поле. В стандартной модели вообще все является полями - и электромагнитное поле и фермионное поле электронов, и т.д. Это одно из ее сильных достоинств.
LordDarklight
08.11.2022 13:42Так и я не делаю. Но есть различия в частицах с массой и без массы покоя
Tiriet
07.11.2022 14:19+11Вместо электронов и позитронов в графене возникали электроны и аналоги позитронов в конденсированном состоянии, «дырки»
Вот щас непонятно. одно дело- это рождение из вакуума электронно-позитронной пары (это именно появление двух новых элементарных частиц), и совершенно другое- это отрыв от атома электрона с появлением свободного электрона проводимости и положительного иона-дырки (которая "квазичастица"- ведет себя как частица, но таковой на самом деле не является), электрон проводимости не появляется из вакуума, это просто электрон, который был "привязан" к ядру, и вдруг оторвался. Так что там наблюдали физики- рождение частиц, или рождение псевдочастиц?
LordDarklight
07.11.2022 15:11+1Вроде как был один мезон - а стало два - значит родилась частица - но это слишком упрощённом - там по факту деление мезона и рекомбинация с виртуальными частицами произошла
masscry
07.11.2022 18:02+3Да, такая же мысль пришла. Позитрон - это всё-таки совсем не дырка.
Меня сразу смутило как-то вообще регистрация этого события могла произойти. Рождение позитрона должно было бы еще идти вместе с его аннигиляцией с какой-то вероятностью с другими электронами и мы бы имели вспышки фотонов с энергией ~ энергии суммы масс.
Или что-то с переводом, или изнасиловали журналиста.
Потом конечно забавно читать про квантовые реакции в контексте твердотельной физики, до конца ждал какого-то подвоха и вот он.
В итоге, имеем эффект когда в сильном поле электроны внутри графена вместо того чтобы лететь в сторону направления поля начинают лететь в случайную сторону, ну и по закону сохранения импульса, надо в обратную сторону что-то тоже пульнуть, а нечего - из-за чего пуляется кучка других электронов, которые в сумме выглядят как улетающая дырка.
Если очень сильно неправ, буду рад, если кто-нибудь пояснит более доступных терминах.
rombell
07.11.2022 19:22Свободный электрон всё равно летит в сторону направления поля; а «дырка» — это последовательность связанных электронов кристаллической решётки, последовательно перескакивающих на образовавшуюся пустоту от предыдущего скакнувшего, в ту же сторону по полю (таким образом дырка плывёт в противоположную)
Sap_ru
07.11.2022 19:51+7Они зарегистрировали ток, больший чем возможен в системе. У них в проводнике задействованы все доступные носители, которые движутся с максимальной возможной для этого проводника скоростью. При повышении напряжённости поля, должно было начаться разрушение проводника, из-за того, что носители стали бы двигаться быстрее, чем позволяет физическая структура проводника. А по факту зарегистрировали ток заметно превышающий максимальной возможный для этого проводника без изменения его физической структуры, что говорит о появлении новых носителей заряда. Так как материал проводника не изменился, то электроны не могли быть оторваны от атомов, это изменило бы связи между атомами и структуру вещества, а этого не наблюдалось. Т.е. дополнительные носители взялись "из неоткуда".
Поэтому говорятся, что ожидали, что проводник "сгорит", а когда несгорел, то сначала подумали на новый вид свехрпрводимости.
Я это так вижу.
Но там, вроде, написано лишь об одном из объяснений. Совершенно не факт, что реальные физические процессы именно такие - мало ли откуда могут носители взяться.
Askalite
07.11.2022 14:39+21К нашему удивлению, наша установка не загорелась, а вместо этого мы смогли наблюдать эффект Швингера.
— А если бахнет?
— Не должно.
barabanus
07.11.2022 15:22+5Что, например, придает еще больше веса теории Большого взрыва, и вряд ли порадует креационистов
На креационистов это никак не повлияет, потому что как именно был создан мир - это вопрос технический, вопрос в другом - что является источником самих физических законов (делающих возможными квантовые поля).
Креационисты начнут удивляться, когда учёные смогут поменять постоянную Планка или введут произвольную новую фундаментальную силу взаимодействия элементарных частиц.
LordDarklight
07.11.2022 16:10+3А я думал - раз "как был создан мир" - это вопрос технический - то вопрос креационизма остаётся в поиске того техника, который запустил сей процесс ;-)
barabanus
07.11.2022 19:59"Источник физических законов"
LordDarklight
08.11.2022 09:37Техник не обязан создавать физические законы! Но... в принципе, при определённых допущениях, техник может регулировать некоторые (даже почти все, но вряд ли 100% все) физические законы внутри такой хитрой технической установки как генератор вселенной.
Простой пример - создание миров виртуальной реальности - по сути там можно настраивать физическое поведение как будет угодно (хотя некоторые ограничения, всё-таки останутся - не готов, правда, пока сформулировать какие, но они будут - как вытекающие из некоторых ограничений технической части исходной системы, но не зная её устройства невозможно чётко формулировать и эти ограничения).
Но в целом да техник и его машина - источники физических законов моделируемого мира
HackcatDev
08.11.2022 00:02+2Ну почему же, искать его как раз не надо - всё уже давно найдено и известно.
Вопрос скорее в том, какие ещё законы были созданы этим техником, но ещё не открыты нами. Ведь по сути учёные в этих исследованиях ничего нового не изобретают и никаких новых законов физики не вводят, а открывают уже существующие. И чем больше такие законов открывают и чем сложнее эти законы - тем труднее поверить, что они вообще могли получиться случайно
LordDarklight
08.11.2022 09:50Вы так уверены, что всё давно найдено и известно? Вот тот же квантовый суп - пока никто не смог разобраться как он функционирует и по каким законам? Или та же гравитация - тоже пока не ясно как физически происходит образование данной силы или почему она влияет на ход времени? Или квантовая запутанность - тоже так и не смогли объяснить как переносится/синхронизируется состояние со скоростью, выше скорости свет? Или как устроена сингулярность чёрной дыры и каким физическим законам она подчиняется? И так далее и тому подобное. Думаю физика пока находится ещё только в самом начале своего пути... и чтобы постичь хотя бы половину бытия физикам понадобятся ещё миллионы и миллиарды лет экстенсивного развития! Ну или им это расскажут те, кто это уже давно постиг.
То что учёные не изобретают, то дело не в этом. А в том, что ученые экспериментально подтверждают ранее разложенные модели - что делает их более достоверными чем ранее. Ведь та же, например, Ньютоновская теория тяготения прекрасно работала и была экспериментально подтверждена сразу. Но пришёл Эйнштейн - внёс модель, которые позже были подтверждены новыми экспериментами. Но бывает и наоборот - сначала эксперименты показывают, что что-то работает не совсем так, как в теории, и лишь позже приходит теоретическое обновление. Кстати, та же модель Ньютона, кажется, плохо предсказывала орбиту Меркурия (при Ньютоне этого ещё не замечали, т.к. там отклонения очень небольшие), но в начале XX века это уже было проблемой. Но модель Эйнштейна позволила уточнить расчёты - и всё встало на свои места - но именно практические исследования сначала показали, что прошлая модель не работает.
Но не всегда новые эксперименты опровергают старые модели. Порой новые эксперименты позволяют не только подтвердить или опровергнуть старую модель, но и выдвинуть новые гипотезы, основанные на новых знаниях, полученных в результате подготовки или проведения эксперимента. Наука пока не стоит на месте. Просто не всегда научный прогресс движется быстрее человеческой жизни!
А насчёт случайности появления законов - тут хорошо объясняет антропоморфный принцип и квантовые вероятности: последние утверждают что раз в "миллион лет стальной шарик проходит через бетонную стену" (физические параметры и время тут не имеют значения - всё калибруется - важен сам факт реальности такого события; на малых размерах это всё экспериментально подтверждено) - это как выиграть в лотерею. и сор; а первый закон говорит - "мы здесь такие какие есть, потому что мир у нас такой какой есть", но не значит, что не может быть и совсем по другому. Но суть не в том. Это опять же - как выиграть в лотерею. То есть - когда есть бесконечное время - то в какой-то момент все параметры сложатся так, что получится мир, который мы и наблюдаем. Когда-нибудь этот мир прекратит своё существование. И потом, когда-нибудь всё сложится так, что возникнет новый мир, с другими параметрами, но в котором будут ставиться такие же вопросы о происхождении бытия (т.е. мир будет стабилен и пригоден для образования разумной высокоразвитой жизни). Сколько между этими мирами возникнет других миров и сколько они просуществуют - не имеет значение - у нас же бесконечное время. Соответственно когда-нибудь возникнет мир - точная копия нашего, и который даже с учётом всех неопределённостей бытия будет развиваться один в один как наш. Всё это возможно, когда время бесконечно. А если добавить сюда и бесконечность пространства - то можно утверждать что всё это происходит одновременно - все эти миры существуют одновременно и копий одного и того же мира бесконечно много. И если хорошо задуматься - то кажется и не может быть никак иначе - ведь иначе всё давно бы уже закончилось, так и не успев начаться!
Но обратное из этого не следует:
Число возможных миров не бесконечно - как не бесконечно число возможных комбинаций параметров. Так как не все из них вообще способны что-либо породить.
Это не исключает и процесса создания изолированных ограниченных миров внутри других миров. Но они лишь частный случай обычных миров - подчиняющиеся основополагающим законам мироздания, но, допускающие наложение дополнительных ограничивающих правил. И мы не можем изнутри (по крайней мере пока нет такого способа) узнать - ограничен ли наш мир, или бесконечен
alyor
09.11.2022 21:38-1Креационисты разные бывают. Те, кто представляют себе Большой Взрыв как мановение волшебной палочки Большого Волшебника расстроились бы, однако статьи, пусть даже популярные на тему квантовой физики проходят мимо этой категории людей, как правило, мимо. Если вдуматься, то «виртуальность» материального мира на квантовом уровне — сильный аргумент в пользу креационизма.
VPryadchenko
07.11.2022 16:06Обычно, когда у вас есть проводящий материал, только «валентные», внешние электроны могут перемещаться по нему, создавая проводимость.
Так электроны проводимости свободно перемещаются, а не валентные.
screwer
07.11.2022 16:09+6электроны как бы стали сверхсветящимися
Яма, наполненная бромом, может хлорироваться только четырьмя молекулами углерода. В простонародье это известно как закон Майкельсона-Шварца.
SilverHorse
07.11.2022 17:17+18Святая Судзумия... я давно не видел научпоп-статьи, где вроде бы излагаются правильные вещи, но делается это настолько безграмотно, что рука просто срастается с лицом... Гравитация, поля, частицы, "материя из ничего", все смешано в такую дикую кашу, что поневоле тянешься за черенком от лопаты. Потому что после таких "статей" и всплывают всякие фрики, которые строят на подобных бредовых формулировках свои еще более бредовые теории.
Если бы вакуум был пустым, можно было бы ожидать, что единственной силой, которая будет влиять на эти пластины, окажется гравитация, обусловленная их взаимным гравитационным притяжением. Но на деле оказывается, что плиты притягиваются куда сильнее, чем могла бы предсказать гравитация.
Корректора наймите, чтобы хотя бы plates из оригинала не переводили несколькими способами в одном абзаце.
Многие свойства физических систем сохраняются: они не могут быть просто созданы или уничтожены.
"Они" это кто? Свойства? Как можно создать или уничтожить свойство? Или речь о системе? Тогда в каком контексте? А, это у нас переводчик не смог в русский язык при переводе довольно абстрактной фразы:
Many properties of all physical systems are conserved: where things cannot be created or destroyed.
Дальше - лучше, начинаем вместо перевода художественный пересказ с безграмотными авторскими вставками от самого переводчика:
Благодаря научному прогрессу, мы уже несколько лет как научились создавать даже саму материю, имитируя ситуацию через секунды после Большого взрыва. Для этого мы сталкиваем вместе два кванта в коллайдерах при настолько высоких энергиях, которые обеспечивают возникновение равных частей материи и антиматерии по формуле E = mc².
We've learned how to create matter under specific, explicit conditions: by colliding two quanta together at high enough energies so that equal amounts of matter and antimatter can emerge, so long as E = mc² allows it to happen.
Найдите 10 отличий. К слову, ситуацию "через секунды после Большого взрыва" мы не имитируем - вся материя тогда уже была создана, шла эпоха рекомбинации и остывания этой самой материи.
Рациональное мышление говорит нам, что мы не можем получить что-то из ничего.
Обычное рациональное мышление говорит нам, что мы не можем получить что-то из ничего.
У переводчика ментальное заикание и он повторяет фразы по два раза через абзац. Непонятно, почему, но он повторяет фразы по два раза через абзац.
Предсказание о том, что это должно быть возможно, было сделано 70 лет назад: оно восходит к одному из основателей квантовой теории поля Джулиану Швингеру.
Восходит солнце над горизонтом. Или какие-то учения, культуры, которые развиваются во времени и связанные с ними сущности "восходят к такому-то веку до нашей эры". Предсказания совершаются кем-то или относятся к кому-то или чему-то. Не можете нормально перевести dating back - не мучайтесь.
Сюда же склоняет нас и первый закон термодинамики: «энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного состояния в другое».
Энергию вообще нельзя "создать" или "уничтожить", потому что она не материальный объект, ее можно "получить". Русский язык? Не, не слышали? Про саму столь оригинальную формулировку первого начала и его приплетание сюда я промолчу.
Первым законом термодинамики на микроуровне можно пренебречь за счет существования античастиц, которые позволяют играть с общим количеством энергии в системе.
Начинаем вписывать в текст откровенный бред, которого нет даже в оригинале. Пренебречь? Законом сохранения энергии? При чем тут вообще термодинамика кстати, когда речь о сохранении энергии при квантовых преобразованиях? Вся статья по сути о том, что научились провоцировать рождение электрон-позитронных пар, перекачивая энергию поля в материю. И то если вчитаться внимательно, возникает вопрос, а точно ли рождение, или же создание пар квазичастиц, аналогичное предсказываемому эффекту, так же, как научились "моделировать" черные дыры фононами?
Это я даже дальше первых абзацев не зашел. Дальше писать не буду, в каждом абзаце половина фактических ошибок из оригинала, а вторая половина - шиза переводчика. Вычитайте это хотя бы в присутствии человека, имеющего степень по физике, а потом - в присутствии корректора, знающего русский язык, чтобы не было настолько позорно.
lain8dono
08.11.2022 09:00Святая Судзумия
Я просто хочу порадоваться, что нашёл в статье и этих комментариях что-то простое и понятное. Не обращайте на меня внимания.
Revertis
07.11.2022 17:23+1А в теории достаточно сильное электромагнитное поле может вырывать частицы и античастицы из самого вакуума, даже вообще без каких-либо исходных рудиментарных кусочков материи.
Zero Point Module
K_Chicago
07.11.2022 22:04на минуточку, вот это цитата:
пространство не может быть «полностью пустым» в этом смысле, на него всё равно будут действовать какие-то силы
Что хотел сказать аффтар? С первого взгляда мне кажется, что силы будут действовать В пространстве, а не НА пространство?
Это какие-то "трудности с переводом"?
akinava
08.11.2022 18:19То есть, теоретически можно намайнить кучу вещества, вопрос будет только - куда утилизировать антивещество?
netch80
09.11.2022 07:45В энергию. Из которой и «намайнили» — в чём и проблема.
LordDarklight
09.11.2022 10:54Выше я привёл схемы - где, теоретически, можно было бы получить больше энергии, чем затрачено на добычу (за счёт расхода вещества) - но, возможно, я ошибся в рассуждениях
YMA
09.11.2022 09:36+1Зачем утилизировать? Научиться хранить антивещество - и вот вам идеальный аккумулятор, при зарядке генерируется вещество + антивещество, при разрядке - аннигиляция с выделением энергии. Вот только есть некоторые технические сложности... ;)
LordDarklight
09.11.2022 10:52Утилизировать антивещество? Скорее наоборот - добыча антивещества и его хранение - это передовые задачи будущего.
Антивещество (в сочетании с обычным веществом) - отличный источник энергии, как и отличное топливо для космических кораблей будущего! Грамм антивещества сейчас стоит баснословных денег!
Pyhesty
вспоминается, что у ученых есть замечательная традиция: раз в 13 миллиардов лет строить самый большой адронный коллайдер, в котором моделировать условия аналогичные большому взрыву =)
DOOM999
Гораздо чаще.