Квантовые технологии – Революция в науке и ИТ

Один из самых загадочных аспектов термодинамики, сохранявшийся нерешённым более века, наконец получил строгое и элегантное объяснение, изменяющее наш взгляд на фундаментальные законы природы. Профессор Хосе Мария Мартин-Олалла из Севильского университета предложил новую трактовку знаменитой теоремы Нернста, показав, что она не требует отдельного «третьего закона» термодинамики, как считалось со времён Эйнштейна, а естественным образом вытекает из второго закона — закона роста энтропии. Его работа даёт ключ к пониманию поведения материи вблизи абсолютного нуля и устраняет концептуальные противоречия, мешавшие физикам на протяжении 120 лет.

В научно-популярном пространстве вновь разгорелась дискуссия о соотношении интеллекта, науки и религиозной веры после публичных заявлений южнокорейского исследователя Ёнхун Ким, которому приписывается один из самых высоких в мире показателей IQ — 276, признанный Всемирным советом интеллектуальных видов спорта. Для сравнения, значения IQ выше 140 традиционно относят к уровню гениальности, а предполагаемые показатели Альберт Эйнштейн и Стивен Хокинг оцениваются примерно в 160.

Что останется от галактики, если убрать из нее почти все звезды? Обычно мы представляем галактики по сияющим спиралям, звездным скоплениям и светящимся ядрам. Но объект Cloud-9 практически невозможно увидеть обычным способом: в нем обнаружен газ, однако даже чрезвычайно глубокие новые наблюдения не выявили заметного звездного света. Если дальнейшие исследования подтвердят его природу, астрономы могут получить редчайший пример галактики, которая существует почти без звезд.

Спиральные галактики выглядят как гигантские космические водовороты. Звезды, газ и темная материя движутся вокруг их общего центра, а вся система обладает огромным угловым моментом. Но откуда первоначально взялось это вращение? Новое исследование показывает, что часть ответа может быть скрыта в эпохе, когда самих галактик еще не существовало.

История науки полна открытий, значение которых становится очевидным лишь спустя десятилетия. Именно так произошло с трудами ирландского математика и физика Уильяма Роуэна Гамильтона, родившегося более двух веков назад. Ещё в 1820–1830-е годы он разработал методы, которые позволяли описывать движение частиц и поведение световых лучей в рамках единой математической модели. По сути, Гамильтон выстроил мост между оптикой и механикой, задолго до того, как физика осознала корпускулярно-волновую двойственность света и материи.

Одни из самых загадочных и мощных явлений во Вселенной вновь заставили учёных пересмотреть существующие теории. Новое исследование показало, что некоторые длительные гамма-всплески, которые ранее связывали со слиянием нейтронных звёзд, могут иметь совершенно иное происхождение. Согласно результатам моделирования и анализа наблюдательных данных, источником этих колоссальных выбросов энергии, вероятно, являются коллапсары — массивные быстро вращающиеся звёзды, которые завершают свою жизнь катастрофическим коллапсом с образованием чёрной дыры.

Исследователи из Университета Колорадо в Денвере совершили технологический прорыв, который может изменить не только медицину и физику, но и само понимание устройства Вселенной. Команда под руководством Аакаша Сахаи разработала компактную квантовую систему, позволяющую в лабораторных условиях создавать сверхинтенсивные электромагнитные поля — ранее доступные только в установках масштаба Большого адронного коллайдера. Новая технология позволяет интегрировать поведение коллайдерного уровня в структуру чипа размером с ноготь. Это открывает принципиально новые возможности — от точечной терапии онкологических заболеваний с помощью гамма-лазеров до экспериментальной верификации космологических гипотез, включая теорию мультивселенной.

На протяжении десятилетий ученые пытались разгадать тайну самых тяжелых элементов в периодической таблице. Где заканчивается этот химический каталог, и есть ли предел для существования новых элементов? Недавние исследования международной команды физиков проливают свет на структуру и поведение тяжелых элементов, таких как фермий (элемент 100), изучая их ядерную стабильность и влияние квантово-механических эффектов.

Топологические свойства физических систем, остающиеся неизменными при деформациях вроде растяжения или изгиба, давно привлекают внимание физиков благодаря способности порождать устойчивые и нетривиальные эффекты. В последние годы особый интерес вызывает топология неэрмитовых систем — открытых сред, в которых происходит обмен энергией с окружающей средой, что приводит к усилению, потерям и нереципрокному переносу возбуждений.

В современной астрофизике крайне редко удается наблюдать звезды в момент их быстрых и драматических изменений, однако именно такой случай, по всей видимости, происходит с объектом WOH G64. Эта звезда, одна из крупнейших из известных, демонстрирует признаки стремительной эволюции, которые могут свидетельствовать о приближении одного из самых мощных событий во Вселенной — взрыва сверхновой.

Современные наблюдения гравитационных волн постепенно меняют представление о происхождении самых массивных чёрных дыр во Вселенной. Новое исследование показывает, что многие из них не образуются напрямую при коллапсе массивных звёзд, а являются результатом сложной и длительной эволюции, происходящей в плотных звёздных скоплениях. В таких экстремальных условиях чёрные дыры могут многократно сталкиваться и сливаться, формируя всё более массивные объекты, чья история буквально «записана» в гравитационных волнах.

Международная команда исследователей из Университета Сент-Эндрюс совершила прорыв в изучении квантовых материалов, обнаружив необычайно сильный магнитоупругий эффект в оксидах переходных металлов. Это явление, при котором материал изменяет свои размеры или форму под воздействием магнитного поля, обычно проявляется крайне слабо. Однако новые измерения показали, что в определенных условиях эффект может быть в разы сильнее предсказанного, что подтверждает теоретическую кривую Бете-Слейтера, предложенную еще в 1930-х годах.

Одна из самых известных математических загадок человечества неожиданно приблизилась к экспериментальной физике. Международная группа исследователей представила новый подход, который связывает гипотезу Римана с поведением квантовых систем во времени. Хотя речь пока не идет о доказательстве знаменитой гипотезы, работа показывает, что сложнейшая математическая проблема может проявляться в реальных физических процессах, которые уже сегодня способны исследовать квантовые процессоры.

Протоны и нейтроны составляют практически всю обычную материю вокруг нас, однако даже устройство этих фундаментальных строительных блоков природы продолжает преподносить сюрпризы. Новые результаты эксперимента STAR на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов RHIC указывают, что глюоны могут играть значительно более важную роль в сохранении одного из фундаментальных свойств материи — барионного числа.

История голографического принципа началась не с попыток построить теорию всего, а с изучения термодинамики чёрных дыр. В начале 1970-х годов стало ясно, что классическая общая теория относительности сталкивается с глубокими противоречиями при описании горизонтов событий и квантовых эффектов. Одним из первых исследователей, понявших фундаментальность этой проблемы, стал Jacob Bekenstein. Он предположил, что чёрные дыры должны обладать энтропией, несмотря на то что в классической теории они описываются всего несколькими параметрами: массой, зарядом и угловым моментом.

Гравитация — одна из фундаментальных сил природы, определяющая движение планет, формирование галактик и структуру Вселенной. Её количественная мера задаётся универсальной гравитационной постоянной, известной как гравитационная постоянная. Несмотря на ключевую роль в физике, эта величина остаётся одной из наименее точно измеренных среди всех фундаментальных констант.

Темная материя остается одной из самых загадочных субстанций во Вселенной. Астрономы уверены, что именно она составляет большую часть всей материи космоса, однако обнаружить ее напрямую до сих пор не удалось. Она не излучает свет, не отражает электромагнитные волны и практически не взаимодействует с обычным веществом. Единственное, что выдает ее существование, — гравитация. Теперь ученые предложили новый способ поиска темной материи, используя гравитационные волны, возникающие при столкновениях черных дыр.

Гравитационные волны обычно представляют как рябь пространства-времени, которая рождается при движении массивных объектов и затем распространяется по Вселенной со скоростью света. Именно такие возмущения регистрируют современные обсерватории, наблюдая слияния черных дыр и нейтронных звезд. Однако новая теоретическая работа предлагает гораздо более необычную возможность: при определенных условиях гравитационное возмущение может не улетать от источника, а оставаться локализованным в ограниченной области пространства.

С момента первого обнаружения гравитационных волн в 2015 году астрономия переживает настоящую революцию. Благодаря обсерваториям LIGO, Virgo и KAGRA ученые получили возможность не просто наблюдать черные дыры косвенными методами, а буквально «слушать» их столкновения через возникающие колебания пространства-времени. За прошедшие годы были зарегистрированы сотни подобных событий, однако главный вопрос до сих пор оставался открытым: каким образом возникают черные дыры, которые затем сливаются друг с другом?

Представьте совершенно пустое пространство. Затем в нем на некоторое время возникает мощное гравитационное поле. Через некоторое время оно исчезает, и пространство снова становится таким же, каким было первоначально. Казалось бы, после этого ничего не должно измениться. Однако математическая модель показывает удивительный результат: гравитации уже нет, а реальные частицы остались.