Интересные факты о физике

Интересные факты о физике, естественной школьной науке, позволят вам узнать самые обычные, на первый взгляд, процессы с необычной стороны.

1. Температура молнии в пять раз выше температуры на поверхности Солнца и составляет 30 000К.

2. Капля дождя весит больше, чем комар. Но волоски, которые размещены на поверхности тела насекомого, практически, не передают импульс от капли к  комару. Поэтому насекомое выживает даже под проливным дождем. Этому способствует еще один фактор. Столкновение воды с комаром происходит на незакрепленной поверхности. Поэтому если удар прНиходится в центр насекомого, оно некоторое время падает с каплей, а потом быстро освобождается. Если дождь попадает не в центр, траектория движения комара немного  отклоняется.

3. Сила вытаскивания ноги с зыбучих песков со скоростью 0,1 м/с равна силе поднятия легкового автомобиля. Интересный факт: зыбучие пески – это ньютоновская жидкость, которая не может поглотить человека полностью. Поэтому увязшие в песках люди умирают от обезвоживания, солнечного облучения или по другим причинам. Если вы попали в такую ситуацию, лучше не делайте резких движений. Попытайтесь опрокинуться на спину, раскинуть широко руки и ждать помощь.

4. Вы слышали щелчок после резкого взмаха кнутом? Это происходит из-за того, что его кончик движется со сверхзвуковой скоростью. Кстати, кнут – это первое изобретение, которое преодолело сверхзвуковой барьер.  И то же происходит с самолетом, который летит со скоростью, больше звуковой. Щелчок, похожий на взрыв, происходит из-за созданной самолетом ударной волны.

5. Интересные факты о физике касаются также живых существ.  К примеру, все насекомые во время полета ориентируются на свет Солнца или Луны. Они сохраняют такой угол, при котором освещение всегда с одной стороны. Если же насекомое летит на свет лампы, то движется по спирали, поскольку ее лучи расходятся не параллельно, а радиально.

6. Лучи Солнца, которые проходят через капельки в воздухе, образуют спектр. А его разные оттенки преломляются под разными углами. В результате такого явления образуется радуга – окружность, часть от которой люди видят с земли. Центр радуги всегда находится на прямой, проведенной от глаза наблюдателя до Солнца. Вторичную радугу можно увидеть тогда, когда свет в капельке отражается именно два раза.

7. Для льда больших ледников характерна деформация, то есть текучесть, обусловленная напряжением. По этой причине гималайские ледники сдвигаются со скоростью в два-три метра в сутки.

8. Вы знаете, что такое эффект Мпембы? Данное явление в 1963 году обнаружил танзанийский школьник по имени Эрасто Мпемба. Мальчик заметил, что горячая вода подвержена замерзанию в морозильнике быстрее, чем холодная. И поныне ученые не могут дать однозначного объяснения этого феномена.

9. В прозрачной среде свет распространяется медленнее, нежели в вакуумной.

10. Ученые полагают, что двух одинаковых по узору снежинок не бывает. Вариантов их дизайна даже больше, чем атомов у Вселенной.

Источник: Интересные факты

Поздравляю с Днем российской науки!

Поздравляю с днем российской науки! Желаю всем получать самые заветные и желанные знания. Иметь возможности реализовывать свой потенциал. Быть в курсе всех новшеств и открытий. Пусть научный труд будет оценен по достоинству и всегда мог воплотится в жизнь. Учитесь, анализируйте, мечтайте и достигайте желанного!

Топологические изоляторы

В последние несколько лет неоднократно выдвигались предположения, что Нобелевская премия по физике будет вручена за открытие топологических изоляторов – особого типа материала, представляющего собой изолятор внутри и проводящий электрический ток на поверхности. Такие изоляторы, например, можно будет использовать в оптоволоконных линиях связи и квантовых компьютерах. В этом году ученые Дэвид Таулесс из Университета Вашингтона, Дункан Халдейн из Принстона и Майкл Костерлитц из Брауна, получили Нобелевскую премию за открытие топологических переходов и топологических фаз материи.

Теоретическое предсказание и последующее экспериментальное обнаружение топологических изоляторов, как нового класса диэлектрических трехмерных или двумерных кристаллических систем, имеющих устойчивые проводящие поверхностные или краевые состояния, является одним из наиболее ярких открытий физики конденсированного состояния XXI века.

Топологические изоляторы были предсказаны в 1980-х годах, впервые обнаружены в 2005 году и с тех пор активно изучаются. Состоящие из сотен элементов, эти материалы могут демонстрировать квантовые свойства, которые обычно проявляются только на микроскопическом уровне, но при этом остаются видимыми невооруженному глазу. Это материалы, в объеме которых существует так называемая «запрещенная зона», где они не могут проводить электрический ток: он может идти только по особым проводящим состояниям, которые распространяются по поверхности материала без рассеяния на примесях и дефектах.

Основы топологии

Термин «топология» в их названии как раз отражает те особенности материалов, благодаря которым проводящие состояния устойчивы к рассеянию. Топология отвечает на вопрос: можно ли непрерывно преобразовать один объект в другой?

Одна из основных идей топологии:
1. найти математическую (топологическую) характеристику объекта (топологический инвариант)
2. если объекты А и Б имеют разный топологический инвариант, то их нельзя непрерывно перевести друг в друга. Если одинаковый — неизвестно (ищите другой инвариант или доказывайте что их можно перевести).

Материал, существующий между классическим и квантовым мирами

«Мы обнаружили конкретный материал, который находится между этими двумя режимами», говорит Питер Армитаж, доцент физики в Университете Джона Хопкинса, опубликовавший свою работу в журнале Nature. Шесть ученых из Джона Хопкинса и Университета Рутгерса работали над материалами под названием топологические изоляторы, которые могут проводить электричество на своей поверхности толщиной в атом, но не внутри.

В ходе экспериментов материалы находились в таком состояние когда вещество, «проявляет макроскопические квантово-механические эффекты», говорит Армитаж. «Обычно мы считаем квантовую механику как теорию малых вещей, но в этой системе квантовая механика проявляется на макроскопических масштабах длин. Эксперименты стали возможны благодаря уникальной аппаратуре, разработанной в моей лаборатории».

В рамках экспериментов образцы темно-серого материала, изготовленные из элементов висмута и сеена — каждый несколько миллиметров в длину и разной толщины — поражались терагерцевыми световыми лучами, которые не видны невооруженным глазом. Исследователи измеряли отраженный свет по мере его перемещения через материальные образцы и обнаружили отпечатки квантового состояния материи.

В частности, они обнаружили, что, когда свет пропускался через материал, волна демонстрировала характеристики, связанные с физическими константами, которые обычно измеряются только в экспериментах атомного масштаба. Эти свойства соответствовали прогнозам, которые делались для квантового состояния.

Эти результаты углубляют понимание топологических изоляторов, а также могут способствовать развитию другой области, которую Армитаж называет «центральным вопросом современной физики». Какая связь есть между макроскопическим классическим миром и микроскопическим квантовым миром, из которого вытекает первый?

На эти вопросы еще предстоит ответить, но топологические изоляторы могут быть частью решения.

Фермион Майораны и квантовый компьютер

Одно из очень заманчивых применений топологических изоляторов связывают с созданием квантового компьютера. Предполагается конструкция так называемого топологического квантового компьютера на основе фермионов Майораны.

Загадочные майорановские частицы, как и судьба их автора, сами по себе составляют одну из наиболее таинственных историй в физике XX века. Необычные по своим свойствам фермионы были впервые предсказаны выдающимся итальянским физиком Этторе Майораной в 1937 году.

Интересно, что Майорановские фермионы являются своими собственными античастицами, согласно расчетам, они должны быть чрезвычайно устойчивыми к шумам и воздействиям окружающей среды. Майорановские частицы, например, можно использовать для надежного хранения и передачи квантовой информации.

Теоретики рассчитали, что квазичастицы, которые ведут себя как фермионы Майораны, могут появляться при манипуляциях с топологическим изолятором. Они должны существовать на границе таких областей, где топологический изолятор размещен рядом с обычным сверхпроводником.

В 2014 году команда исследователей из Принстонского и Техасского университетов (США) обнаружила новую элементарную частицу (фермион Майораны), которой удавалось «выскальзывать» от экспериментаторов в течение почти 80 лет.

Из-за внутренней противоречивой природы фермионы редко взаимодействуют с окружающей средой. Поэтому их так сложно зафиксировать. Чтобы зафиксировать неуловимые частицы, понадобился огромный туннельный сканирующий микроскоп. Его высота составляла два этажа.

В 2015 году голландские физики еще на шаг приблизились к созданию устойчивого квантового компьютера — они смогли создать фермионы Майораны с помощью обычных сверхпроводящих материалов, причем они сохраняли нужное состояние около 1 минуты. Был сделан важный шаг в сторону практического применения майорановских квазичастиц в роли кубитов. Такие кубиты отличаются от кубитов, «сделанных» из обычных атомов или частиц, большей устойчивостью, они значительно дольше сохраняют нужное квантовое состояние.


Важно понимать, что подобные работы в изучении топологических изоляторов имеют не только важное теоретическое значение. Данные открытия могут ускорить разработку сверхмощных квантовых компьютеров в недалеком будущем.

Воображаем многомерные измерения

Что вы знаете про измерения? Мы живём в мире, где все привыкли к трём измерениям — трехмерный мир (длина, ширина и высота)! Чаще всего мы рисуем двухмерные картины и чертим двухмерные схемы, что будет вполне понятно и наглядно для любого человека. Но физики предполагают о том, что существуют миры, где измерения четыре, пять и более. А представляли ли вы себе 4-ое измерение?

Однако, некоторые физики скажут, что в мире из четырех измерений мы и живем, ведь время — наше четвертое измерение. Время, что это на самом деле? А сколько всего существует измерений во вселенной? Способны ли мы на такой уровень абстракции? Об этом рассказывается в этих роликах, посвященным исключительно измерениям и их восприятию человеком.

Одним из основных направлений развития современной теоретической физики является «теория суперструн».

Данная теория, которая претендует на главную теорию физики, может объяснить если не все, то большинство физических явлений происходящих во Вселенной. Из данной теория выдвигается гипотеза, что измерений одиннадцать!

122Одна из предполагаемых форм дополнительных закрученных измерений. Внутри каждой из таких форм вибрирует и движется струна – основной компонент Вселенной. Каждая форма шестимерна – по числу шести дополнительных измерений.

О стоимости колонизации Марса

По мнению Илона Маска (основатель Space X), для того, чтобы достичь Марса, понадобятся желание и способ. Однако не все так просто, как кажется.

Сейчас у человечества есть возможность долететь на Марс за огромную денежную сумму. Но способа колонизировать Марс до сих пор нет. Если допустить, что Марс стоит дешевле, чем сейчас, то гораздо больше желающих изъявило бы желание туда отправиться. Но пока все это очень и очень маловероятно.

Вообще, Марс всегда был на слуху у людей. Многие фильмы, игры и онлайн приложения этому конечно поспособствовали. Даже игровые слоты про эту планету, в онлайн казино tvoj-wulcan, весьма актуальны и всегда полны желающих испытать удачу именно там. Теперь же дело дошло до полетов на Марс.

В модели Маска полет на Марс оплачивается пассажирами точно так же, как работает на Земле общественный транспорт. Задача состоит в том, чтобы люди получили возможность купить достаточно дешевые билеты, которые разберет примерно один миллион человек. По мнению Маска, необходимо, чтобы люди, желающие полететь на Марс и люди, которые не только желают, но и могут позволить себе полететь на Марс, пересеклись. И если в данное пересечение попадет нужное количество людей, то колонизация состоится.

Логика Маска такова, что с течением времени воля людей будет расти и укрепляться и единственная проблемой станет такой критический ограничивающий фактор как аномально высокая стоимость межпланетных путешествий.

Ключом к решению этой нетривиальной проблемы является создание эффективных недорогих ракет.

Но почему расходы так высоки? Маск называет две причины.

Во-первых, те немногие компании, которые есть в аэрокосмической отрасли, огромны. И эти огромные компании отказываются рисковать. Они пытаются не делать этого понапрасну и оптимизировать риски. Даже при доступности более качественных технологий, компании продолжают использовать компоненты, которые давно устарели. Многие из этих компонентов были разработаны еще в далекие 60-е годы и они не годятся для столь амбициозной цели.

Во-вторых, сказывается недооценка эффективности вертикальной интеграции. Вертикальная интеграция и всеобъемлющий контроль позволяют самому Маску не только управлять SpaceX, но и снижать расходы. Поэтому бизнесмен активно критикует аэрокосмическую отрасль за отказ от использования этой структуры. Предпочтение компаниями аутсорсинга, когда чтобы создать что-то полезное, нужно пройти пять этапов подрядчиков, становится накладным в той же степени.

Уже тринадцать лет SpaceX работает согласно плану, состоящему из трех этапов.

На первом этапе цель заключается в том, чтобы научиться доставлять вещи в космос. Путем проб и ошибок нужно вывести на орбиту хоть что-нибудь. Начиная со второго этапа начинается вполне себе налаженный бизнес по доставке в космос. На этом этапе важно произвести революцию в стоимости космических путешествий. Со временем стоимость билетов на Марс опустится до пятисот тысяч долларов и тогда можно будет начать активную колонизацию Марса. На третьем этапе примерно один миллион землян будет осваивать новое место жительства.

Сегодня у Маска есть клиенты и многообещающее будущее. Но пока до конца неизвестно, сможет ли он добиться своей амбициозной мечты. В любом случае, она достойна того, чтобы ее добиваться.

Илон Маск представил план по колонизации Марса:

Источник: Научный портал