Физика – Основы устройства мира

В современной космологии почти 95% содержимого Вселенной приходится на две загадочные составляющие — тёмную материю и тёмную энергию. Первая, как считается, удерживает галактики от разрушения, вторая отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Несмотря на десятилетия поисков, природа обеих остается неизвестной. Новая работа, опубликованная в 2026 году в журнале Journal of Experimental and Theoretical Physics, предлагает неожиданную альтернативу: возможно, обе эти сущности вообще не являются отдельными формами материи или энергии, а представляют собой разные проявления единого энтропийного поля вакуума.

Второй закон термодинамики считается одним из самых фундаментальных законов природы. Еще Альберт Эйнштейн называл его уникальным среди всех физических законов, полагая, что он вряд ли когда-либо будет опровергнут. Согласно этому принципу, энтропия — физическая величина, характеризующая количество возможных состояний системы и часто связываемая с ростом беспорядка, — в замкнутой системе со временем может только увеличиваться. Именно этот закон определяет направление течения времени и объясняет необратимость большинства процессов, происходящих в природе.

Эрвин Шрёдингер занимает особое место в истории науки. Его имя известно даже людям, далёким от физики, благодаря знаменитому мысленному эксперименту с котом, однако реальное значение его работ намного глубже. Именно Шрёдингер создал волновую механику — одну из фундаментальных формулировок квантовой теории, вывел уравнение, ставшее основой современной атомной, молекулярной и твердотельной физики, а также внес огромный вклад в философское осмысление природы материи и жизни. Многие технологии XXI века, от полупроводников до квантовых компьютеров, так или иначе опираются на математический аппарат, созданный австрийским ученым почти сто лет назад.

Современная астрономия продолжает открывать новые страницы истории ранней Вселенной. Недавно международная группа исследователей опубликовала результаты анализа галактики SMILES-GS-191748, которую они назвали Эриду в честь одного из древнейших шумерских городов. Такое название отражает как предполагаемый ранний возраст объекта, так и его спокойный характер. Наблюдения, выполненные с помощью космических телескопов имени Джеймса Уэбба и «Хаббла», показали, что Эриду представляет собой массивную, но уже давно «успокоившуюся» систему, сформировавшуюся на рубеже космической истории, когда возраст Вселенной составлял всего около 2,5 миллиарда лет.

9 октября 2022 года Землю достиг свет от одного из самых необычных космических взрывов, когда-либо зарегистрированных человечеством. Гамма-всплеск GRB 221009A оказался настолько мощным, что астрономы дали ему неофициальное прозвище BOAT — Brightest Of All Time, то есть самый яркий за все время наблюдений. Источник находился более чем в двух миллиардах световых лет от нас. Но спустя некоторое время появилась деталь, способная сделать эту историю еще более странной: был зарегистрирован сигнал, соответствующий фотону с энергией около 300 тераэлектронвольт.

Казалось бы, чем может удивить астрономов галактика, которую наблюдают уже десятилетиями? NGC 1068, известная также как Мессье 77, относится к наиболее изученным активным галактикам поблизости от Млечного Пути. Однако космический телескоп James Webb показал: прямо перед глазами исследователей все это время скрывалась значительная часть бурной деятельности ее центральной черной дыры. Маскировкой служила обычная космическая пыль.

В физике существует немало явлений, которые противоречат здравому смыслу, однако эффект Ааронова — Бома занимает среди них особое место. Этот феномен заставил ученых пересмотреть представления о том, какие физические величины действительно являются фундаментальными. Он показал, что квантовая частица способна реагировать на магнитное поле даже тогда, когда в той области пространства, где она движется, никакого магнитного поля нет.

В космосе можно наблюдать явления, которые на Земле кажутся почти невозможными. Одно из самых известных связано с неожиданными переворотами вращающихся предметов. Это явление получило название эффект Джанибекова и стало одним из самых наглядных примеров того, как фундаментальные законы механики способны удивлять даже опытных космонавтов. История началась в 1985 году на борту орбитальной станции «Салют-7». Советский космонавт Владимир Джанибеков выполнял обычную работу с крепежными элементами и обратил внимание на странное поведение барашка крепления груза. После того как деталь была закручена и отпущена в невесомости, она начала вращаться в полете. Однако вместо стабильного вращения вокруг одной оси барашек через равные промежутки времени неожиданно переворачивался примерно на 180 градусов, после чего продолжал вращение и снова совершал такой же переворот.

Когда мы представляем себе пустоту, обычно возникает образ абсолютного ничто — пространства, в котором нет вещества, света и каких-либо физических процессов. Однако современная физика рисует совершенно иную картину. Согласно квантовой теории поля, вакуум вовсе не является пустым. Даже в идеальной пустоте непрерывно происходят микроскопические процессы: рождаются и исчезают пары частиц и античастиц, возникают квантовые колебания полей, появляются и исчезают виртуальные частицы. Вместо безжизненного пространства физики видят своеобразный бурлящий океан квантовых флуктуаций.

Одним из самых удивительных открытий современной космологии стало осознание того, что Вселенная хранит собственную фотографию младенческого возраста. Речь идет о реликтовом космическом микроволновом фоне — древнейшем свете, который возник спустя примерно 380 тысяч лет после Большого взрыва и до сих пор пронизывает все пространство. Именно благодаря изучению этого излучения ученые смогли проследить путь от едва заметных неоднородностей ранней Вселенной до гигантской космической сети галактик, скоплений и пустот, наблюдаемой сегодня.

Существует ли абсолютная пустота во Вселенной или даже вакуум зависит от того, кто и как на него смотрит? Этот вопрос долгое время казался скорее философским, чем физическим. Однако современная квантовая теория поля дает неожиданный ответ: пустота не является универсальным понятием. То, что один наблюдатель считает идеальным вакуумом, для другого может оказаться наполненным тепловым излучением.

Почти столетие физики по всему миру пытаются разгадать загадку тёмной материи — невидимой субстанции, которая, по современным оценкам, составляет около 80% массы Вселенной. Несмотря на десятки экспериментов, попытки зафиксировать её в лабораторных условиях пока не увенчались успехом. Тёмная материя не взаимодействует со светом, поэтому напрямую её «увидеть» невозможно, однако она оказывает тонкое гравитационное воздействие на звёзды, галактики и космические структуры. Главная трудность заключается в том, что это воздействие настолько мало, что существующие методы измерений его не улавливают.

Яков Борисович Зельдович — один из тех советских учёных, чья биография одновременно отражает историю науки XX века и формирует её. Он прошёл путь от химической кинетики до космологии, оставив фундаментальные результаты в областях, которые кажутся несовместимыми между собой. Его считали универсальным теоретиком, способным одинаково проникновенно рассматривать физику взрывов, процессы горения, квантовые явления, астрофизику и происхождение Вселенной.

Планетарная защита постепенно превращается из научной фантастики в одно из наиболее перспективных направлений современной космонавтики. Если еще несколько десятилетий назад идеи изменения траектории астероидов существовали лишь в теоретических исследованиях, то сегодня ведущие космические агентства проводят реальные эксперименты, позволяющие подготовиться к возможной угрозе столкновения Земли с опасными космическими объектами. Очередным важным шагом в этом направлении стала миссия японского космического аппарата Hayabusa2, который успешно выполнил сверхточный пролет рядом с околоземным астероидом Торифуне.