Физика – Основы устройства мира

Впервые в истории науки учёным удалось воспроизвести на квантовом компьютере фундаментальное явление — спонтанное нарушение симметрии (SSB) при нулевой температуре. Этот результат стал важной вехой как для квантовой теории, так и для физики конденсированного состояния. Эксперимент провели исследователи из Китая, Дании, Испании и Бразилии. Работа была опубликована в престижном журнале Nature Communications.

Правило Байеса на протяжении двух с половиной веков служит одним из краеугольных камней вероятностного мышления. Оно позволяет корректировать наши убеждения в свете новых фактов, минимизируя изменения в исходной системе оценок. Но если в классической статистике вероятность понимается как мера веры или степени уверенности, то в квантовой физике она приобретает совершенно иной характер, напрямую связанный с состояниями микрочастиц и фундаментальными законами природы. Именно здесь появляется новая версия правила Байеса, выведенная международной группой исследователей из Национального университета Сингапура, Гонконгского университета науки и технологий и Нагойского университета.

Квантовая запутанность, когда-то названная Эйнштейном «жутким действием на расстоянии», сегодня становится фундаментальным инструментом для развития квантовых технологий. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, физики продемонстрировали достижение запутанности между двумя атомными ядрами фосфора, находящимися в кремниевой матрице на расстоянии около 20 нанометров. Это событие имеет огромное значение для будущего квантовых вычислений, так как открывает возможности для масштабируемых систем, способных хранить и обрабатывать информацию с высокой точностью и устойчивостью к шуму.

Квантовая физика продолжает делать огромные шаги в развитии технологий, и новое исследование, проведённое учёными Кембриджского университета, стало важным прорывом на пути к созданию масштабируемых квантовых сетей. Физики сумели запутать 13 000 ядерных спинов в «тёмное состояние», создав стабильный и точный квантовый регистр. Эта технология может радикально изменить сферу квантовой связи, хранилищ данных и распределённых вычислений.

В мире, где данные становятся новой валютой, а цифровая безопасность — критически важным элементом инфраструктуры, надежность случайных чисел приобретает фундаментальное значение. Большинство компьютерных систем — от шифрования и блокчейнов до статистического моделирования и честных выборов — полагаются на генераторы случайных чисел. Однако традиционные алгоритмы, даже самые сложные, могут быть предсказуемыми или подверженными вмешательству. Ответ на этот вызов современности дала фундаментальная физика: ученые впервые в истории запустили публичный генератор случайных чисел, основанный не на программном коде, а на самой природе квантовой реальности.

Инженеры из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее совершили важный шаг в развитии квантовых технологий. Они смогли создать состояние квантовой запутанности между двумя атомными ядрами, разделёнными значительным расстоянием, используя электроны в качестве посредников. Запутанные состояния считаются ключевым ресурсом для квантовых вычислений, ведь именно они обеспечивают вычислительное преимущество над традиционными компьютерами. Исследование опубликовано в журнале Science и уже называют одним из самых перспективных направлений в разработке масштабируемых квантовых процессоров.

Спустя два столетия после формулировки второго закона термодинамики Сади Карно, физики предложили его квантовый аналог — закон, описывающий возможность обратимой манипуляции квантовой запутанностью. Это открытие устраняет одно из фундаментальных ограничений в квантовой информатике, где до недавнего времени считалось, что запутанность, в отличие от тепла, не может быть преобразована без потерь между различными квантовыми состояниями.

Одним из важнейших направлений современной космологии остаётся поиск универсальных методов описания ранней Вселенной. На протяжении десятилетий основным инструментом были уравнения, учитывающие временную эволюцию полей и частиц, однако такой подход сталкивается с трудностями: слишком много неизвестных параметров и слишком большая зависимость от начальных условий. Концепция «кинематического потока» меняет перспективу — она описывает корреляции через их пространственную структуру, что позволяет обходиться без прямого моделирования течения времени.

Термоядерная энергетика на протяжении десятилетий оставалась одной из самых сложных и амбициозных целей современной физики, и новый результат, полученный в Китае, заметно приблизил её к практической реализации. Ученые, работающие с экспериментальным сверхпроводящим токамаком EAST, смогли достичь режима, который долгое время существовал лишь в теоретических моделях. Речь идет о так называемом режиме без плотностного предела, при котором плазма сохраняет устойчивость даже при значениях плотности, значительно превышающих классические ограничения, принятые в физике токамаков.

Китайский экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак (EAST), широко известный как «искусственное солнце», достиг нового мирового рекорда, удерживая плазму с высокой степенью стабильности в течение 1066 секунд. Этот прорыв в области термоядерной энергетики знаменует собой важный шаг на пути к созданию безопасного и неисчерпаемого источника чистой энергии, имитирующего процессы, происходящие в недрах настоящего Солнца.

Физики из Венского технического университета обнаружили, что время может вести себя как вещество, образуя своеобразные кристаллы. Это открытие меняет представление о квантовой реальности и добавляет новый штрих в понимание природы времени. Ранее считалось, что для формирования временных кристаллов необходим внешний ритм — например, лазерное воздействие. Однако новое исследование показало, что временная упорядоченность может возникнуть спонтанно, исключительно за счёт взаимодействия квантовых частиц.

Что будет, если Солнечная система окажется не такой стабильной, как мы привыкли считать? Новое исследование учёных из Института планетологии и Университета Бордо ставит под сомнение прежние представления об устойчивости орбит планет, включая Землю. Проведя тысячи компьютерных симуляций, команда пришла к неожиданному выводу: на горизонте в пределах следующих пяти миллиардов лет существует маловероятный, но потенциально катастрофический сценарий, при котором Земля может быть выброшена за пределы Солнечной системы в результате гравитационного взаимодействия с проходящей звездой.

Квантовая механика — это фундамент физики, описывающий мир на уровне атомов и элементарных частиц. Именно в этой сфере проявляются самые загадочные и противоречивые явления природы: суперпозиция, запутанность, туннелирование. Долгое время считалось, что эти эффекты не могут быть замечены напрямую в привычном для нас мире, где действуют законы классической физики. Однако в 2025 году трое учёных — Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис — доказали, что граница между квантовой и макроскопической реальностью тоньше, чем принято думать. Их работа, удостоенная Нобелевской премии по физике, впервые позволила наблюдать квантовое туннелирование в электрической цепи — системе, видимой невооружённым глазом.

Удаление информации — процесс, кажущийся нам обыденным: стирание файла, очистка памяти, сброс устройства. Но в физике, особенно квантовой, стирание данных — это не просто логическая операция. Это термодинамический процесс, связанный с потерей энергии и ростом энтропии. Именно это предсказал Рольф Ландауэр в 1961 году, сформулировав один из важнейших физических принципов современной информационной науки: любое удаление информации связано с выделением тепла. Этот принцип, на первый взгляд парадоксальный, теперь получил свое первое количественное подтверждение в квантовом эксперименте.

Почти два столетия предел Карно считался непреложным фундаментом термодинамики. Он определял максимальную эффективность любого теплового двигателя и служил ориентиром для инженеров, физиков и технологов, от эпохи паровых машин до современных электростанций. Этот принцип утверждает, что никакой двигатель не может преобразовать тепло в работу эффективнее, чем это позволяет разница температур между горячим и холодным резервуарами. Однако новое исследование показывает, что в мире атомов и молекул это правило больше не является универсальным.

Общая теория относительности давно изменила наше представление о гравитации, заменив привычную силу искривлением самой ткани пространства-времени. Однако многие её предсказания десятилетиями оставались недоступными для прямых наблюдений из-за своей тонкости и экстремальных условий, в которых они проявляются. Одним из таких эффектов является увлечение инерциальных систем отсчёта — явление, при котором вращающийся массивный объект буквально «закручивает» пространство-время вокруг себя. Теперь астрономам впервые удалось увидеть этот процесс вблизи вращающейся чёрной дыры.

Когда комета 3I/ATLAS прошла через внутренние области Солнечной системы в конце 2025 года, астрономы сразу поняли, что имеют дело с крайне редким явлением. Это был лишь третий достоверно подтверждённый межзвёздный объект, обнаруженный за всю историю наблюдений, и уже одно это делало его исключительным. Однако дальнейшие данные показали, что 3I/ATLAS не просто «очередной» межзвёздный гость, а объект, поведение которого систематически выходит за рамки привычных моделей кометной физики.

Будущее Вселенной, её возможный конец и окончательная судьба — вопросы, которые волнуют человечество на протяжении веков. Новое исследование, проведенное международной группой физиков из Корнелльского университета и Шанхайского университета Цзяо Тун, представляет одну из самых амбициозных и конкретных моделей космологической эволюции. Согласно их расчётам, наша Вселенная достигнет максимального размера примерно через 7 миллиардов лет, после чего начнёт сжиматься, завершив своё существование в Большом сжатии спустя около 33,3 миллиарда лет с момента своего рождения.

Вопрос о том, насколько звезды способны формировать судьбу своих планет, остается одним из ключевых в современной астрофизике. Помимо света и тепла, звезды непрерывно воздействуют на окружающее пространство потоками заряженных частиц, магнитными полями и вспышками высокой энергии. Эта так называемая космическая погода играет решающую роль в эволюции планетных атмосфер, защите поверхности от радиации и, в конечном итоге, в возможности существования жизни. Однако наблюдать такие процессы вокруг далеких звезд чрезвычайно сложно, поскольку они практически невидимы традиционными методами астрономии.

В центре далёкой галактики, известной как Космическая Подкова, астрономы выявили одну из самых массивных чёрных дыр, когда-либо обнаруженных. Её масса оценивается примерно в 36 миллиардов солнечных масс — величина, близкая к теоретическому пределу существования чёрных дыр во Вселенной. Для сравнения, центральная чёрная дыра Млечного Пути, Стрелец A\*, имеет массу около 4 миллионов Солнц, а этот объект тяжелее её почти в 10 тысяч раз.