Физика – Основы устройства мира

В стремлении понять, как выглядела Вселенная в первые доли секунды после Большого взрыва, учёные обратились к самым тяжёлым частицам — адронам, содержащим очарованные и нижние кварки. Исследование, недавно опубликованное в Physics Reports, предлагает обширный обзор того, как эти частицы взаимодействуют в чрезвычайно горячей и плотной среде — адронной материи, которая возникает на заключительном этапе ядерных столкновений на ускорителях, таких как БАК (LHC) и RHIC.

На первый взгляд вращение тела и его магнитные свойства кажутся совершенно разными явлениями. Одно относится к механике, другое — к электромагнетизму. Однако физика начала XX века показала, что между ними существует глубокая связь. Оказалось, что механический момент импульса может превращаться в магнитный момент, а изменение намагниченности способно вызывать вращение вещества. Эти удивительные эффекты получили названия эффекта Эйнштейна — де Хааса и эффекта Барнетта.

Магнитное поле Земли — один из важнейших щитов, защищающих нашу планету от разрушительного солнечного излучения и космических частиц. Однако сегодня оно ослабевает, и причины этого процесса остаются загадкой. Учёные всё чаще обращаются к древним артефактам, в которых сохранились крошечные магнитные следы, чтобы реконструировать историю земного магнетизма и понять, как и почему происходят его колебания. Этот подход известен как археомагнетизм, и он открывает совершенно новую страницу в изучении геодинамики Земли.

Вращение Земли замедляется уже миллиарды лет, и это фундаментальное явление, как показало исследование 2021 года, может быть связано с ключевым событием в истории планеты — насыщением атмосферы кислородом. Это открытие проливает свет на то, как изменения в продолжительности дня могли повлиять на фотосинтетическую активность цианобактерий, которая создала условия для развития сложной жизни.

Земля в начале своего существования представляла собой кипящий хаос из лавы, газа и бесконечных ударов метеоритов. Около 4,54 миллиарда лет назад планета вступила в период Гадея — самую раннюю и самую враждебную эпоху в своей истории. Этот период был назван в честь греческого бога подземного мира из-за его крайне неблагоприятных условий. Температура поверхности оставалась настолько высокой, что породы плавились, создавая океаны магмы. Атмосфера состояла в основном из углекислого газа, метана и водяного пара, а постоянные извержения вулканов выбрасывали огромные количества газа и пепла в воздух.

Золото — один из самых ценных и загадочных металлов на Земле. Его месторождения, особенно те, что связаны с вулканической активностью в зонах субдукции, долгое время оставались предметом обсуждений в научном сообществе. Теперь, благодаря новой термодинамической модели, учёные получили более чёткое понимание процессов, которые способствуют подъёму золота из мантии Земли на её поверхность.

Наука сделала прорыв в изучении поведения наночастиц, благодаря сочетанию искусственного интеллекта и передовых технологий электронной микроскопии. Впервые исследователи смогли не просто зафиксировать движение атомов в режиме реального времени, но и устранить шум, который мешал точному анализу на протяжении десятилетий. Это открытие открывает новые перспективы в материаловедении, фармацевтике, электронике и химической промышленности, позволяя детально изучать механизмы, происходящие на фундаментальном уровне.

Связь с космосом, которую человечество ведёт через мощные антенны и межпланетные аппараты, может оказаться нашей самой заметной визитной карточкой для внеземных цивилизаций. Новое исследование, выполненное учёными из Университета штата Пенсильвания и Лаборатории реактивного движения НАСА, показало, какие области Вселенной наиболее вероятны для обнаружения нашими космическими соседями.

Математика и физика опираются на дифференциальные уравнения для описания природы — от распространения волн и турбулентности до космологических моделей в рамках общей теории относительности. Эти уравнения позволяют предсказывать, как развивается система во времени и пространстве, но их решение зачастую требует огромных вычислительных ресурсов. Особенно трудно работать с жёсткими уравнениями, которые включают параметры с резкими изменениями или разные масштабы, а также с обратными задачами, где необходимо восстановить законы по косвенным данным.

Новые данные с релятивистского коллайдера тяжелых ионов RHIC открывают уникальное представление о том, как ведет себя кварк-глюонная плазма (КГП) — состояние материи, существовавшее в первые микросекунды после Большого взрыва. Используя фотонно-коррелированные струи частиц, физики впервые зафиксировали эффект «всплеска», когда КГП откликается на пролетающую через неё струю, подобно тому как вода разбрызгивается от проходящего сквозь неё объекта.

Впервые учёные предоставили доказательства, что массивные звезды могут превращаться в черные дыры без взрывов сверхновых, традиционно связанных с концом звёздной жизни. Исследование двойной системы VFTS 243, расположенной в туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке, показало, что процесс образования черных дыр может происходить через прямой гравитационный коллапс. Это открытие меняет наше понимание эволюции звёзд и формирования компактных объектов.

Наука и религия часто рассматриваются как противоположные концепции, но некоторые открытия в фундаментальной физике позволяют взглянуть на этот вопрос иначе. Одна из самых интригующих тем — математическая элегантность законов природы, которая привела ученых к гипотезам о преднамеренности Вселенной. Физики уже давно обсуждают аргумент тонкой настройки, согласно которому фундаментальные константы и законы физики оказались идеально сбалансированными для существования жизни.

Квантовая механика — это увлекательный, но сложный мир, где повседневная реальность кажется совсем иной. Как же мы переходим от загадочного состояния квантовой суперпозиции, где частицы одновременно существуют в нескольких состояниях, к привычному классическому миру, который мы наблюдаем? Этот вопрос уже давно волнует учёных, и теперь численное моделирование даёт важные ответы.

Еще недавно поиск редчайших событий в физике элементарных частиц требовал десятилетий кропотливой работы исследователей. Сегодня эту задачу все чаще берет на себя искусственный интеллект. Международная группа ученых под руководством японского института RIKEN при участии специалистов GSI/FAIR в Дармштадте впервые в истории обнаружила двойное лямбда-гиперядро с помощью технологий глубокого обучения. Открытие стало первым однозначным наблюдением такого объекта за последние 25 лет и лишь вторым подтвержденным случаем за всю историю исследований после знаменитого события Nagara, зарегистрированного в 2001 году.

Нобелевская премия по физике 2025 года, присужденная Джону Кларку, Мишелю Деворе и Джону Мартинису, стала признанием открытия, которое радикально изменило представления о границе между квантовым и привычным нам макроскопическим миром. Лауреаты были отмечены за открытие макроскопического квантового туннелирования и квантования энергии в электрической цепи. Их эксперименты показали, что законы квантовой механики действуют не только для отдельных атомов и элементарных частиц, но и для объектов, состоящих из миллиардов куперовских пар электронов, объединенных в единое коллективное квантовое состояние. Именно эта работа, начавшаяся еще в середине 1980-х годов, стала фундаментом современной квантовой инженерии и сверхпроводящих квантовых компьютеров.

Наблюдение далёких миров долгое время ограничивалось представлением, что густые облачные слои скрывают от телескопов поверхность и мешают обнаружению признаков жизни. Новое исследование учёных Корнелльского университета опровергает это распространённое предположение. Команда впервые получила детализированные спектры отражения — своеобразные цветовые «отпечатки» — для разнообразных микроорганизмов, которые обитают в облаках атмосферы Земли. Эти данные формируют своего рода ключ, позволяющий астрономам сравнивать спектры экзопланет с известными образцами и оценивать, может ли в их облачных слоях скрываться жизнь.

Когда звезда, подобная нашему Солнцу, исчерпывает топливо, она сбрасывает внешние оболочки и превращается в белого карлика — компактное, сверхплотное ядро размером с Землю, но с массой, близкой к солнечной. Несмотря на тусклый свет и малую энергию, такие звёзды остаются горячими ещё миллиарды лет. Около них, как выяснили астрономы, действительно могут вращаться планеты. Но вопрос, способны ли эти миры поддерживать жизнь, долгое время казался закрытым. Новое исследование из Висконсинского университета в Мадисоне демонстрирует, что законы Эйнштейна — в частности, общая теория относительности — могут изменить это представление.

Новая работа физиков-ядерщиков предлагает наиболее точное на сегодня представление о том, как именно движутся кварки внутри протона. Хотя сами кварки невозможно наблюдать напрямую — они никогда не существуют в свободном состоянии — их движение определяет массу, структуру и спин всей адронной материи. Чтобы приблизиться к ответу на давний вопрос о том, что происходит в недрах каждого протона, учёные разработали теоретический подход, позволяющий вычислить ключевую величину, связанную с поперечным импульсом кварков.

Недавние открытия, сделанные благодаря космической обсерватории Gaia, дали ученым новое представление о динамике и эволюции Млечного Пути. Внимание исследователей привлекло звездное скопление Palomar 5, которое оказалось не просто «окаменелостью» ранней Вселенной, но и домом для удивительного явления — роя черных дыр.

Новое исследование ученых из Осакского столичного университета выявило ранее неизвестный механизм влияния света на рост растений, который меняет традиционное представление о роли освещения в развитии растительных организмов. Долгое время считалось, что свет исключительно стимулирует рост за счет фотосинтеза, однако новые данные показывают более сложную картину, включающую структурные ограничения роста.