← All posts tagged физика

Я имею широкий круг интересов, и я всегда хожу на конференции в областях науки за пределами моих собственных. Но только на конференциях по теории струн ко мне подходят люди и спрашивают: «Что вы здесь делаете?» Если я объясняю, что я работал в теории струн и хотел бы увидеть, что делали другие люди, они могут сказать, вопросительно наморщив брови: «Но разве вы не этот петлевой парень?» Ни один человек на конференциях по астрофизике, космологии, биофизике или постмодернизму никогда не спрашивал меня, что я там делаю.
Ли Смолин — Неприятности в физике

Сверхсветовое разбегание галактик и горизонты Вселенной: путаница в тонкостях
Не боги расширение Вселенной наблюдают

Космологи сейчас интерпретируют расширение Вселенной в духе ОТО, как геометрию пространства-времени.

Но напрашивается и другая гипотеза, а именно, что «истинная» картина мира — на самом деле на рисунке 1в. И вселенная не расширяется. Вместо этого действует некое поле (Хиггса?), придающее частицам энергию, массу и размеры. Частицы — как колебания натянутой струны. Струна постоянно натягивается. Амплитуда колебаний уменьшается, а частота — увеличивается. Совершаемая при этом работа переходит в энергию частиц, но не вся эта дополнительная энергия поддаётся извлечению, часть оседает в увеличившейся массе покоя.

То есть, можно смотреть на этот процесс, как сейчас, как на красное смещение далёких галактик, а можно перестать считать себя пупом Вселенной и сказать, что мы постоянно синеем, и своими посиневшими глазами и телами воспринимаем далёкие события как покрасневшие. Нас «на самом деле» жарит по полной реликтовое излучение, но мы с тех пор посинели в тысячу раз и еле чувствуем.

Целый год уже, получается, не публикуется Quantum Diaries. Пока эпопея с Хиггсом была, активно почитывал. Достаточно серьёзный, чтоб не быть введённым в заблуждение журналистами, но и достаточно доступный для не профессионального ядерного физика. На QD сейчас рекомендуют взамен читать Particle People.

Все нейтрино являются тем, что называется левоспиральными (это означает, что направление их спина всегда противоположно направлению их линейного импульса)
Так считалось, когда нейтрино считались безмассовыми частицами, летящими со скоростью света. Соответственно, как считалось, их нельзя было обогнать, чтоб посмотреть на них с другой стороны и увидеть другую спиральность.

7 августа 1894 года в Оксфорде, на собрании Британской ассоциации физиков, химиков и естествоиспытателей, было сделано сообщение об открытии нового элемента, который был назван аргоном. В своём докладе Рэлей утверждал, что в каждом кубическом метре воздуха присутствует около 15 г открытого газа (1,288 вес. %). Слишком невероятен был тот факт, что несколько поколений учёных не заметили составной части воздуха, да ещё и в количестве целого процента! В считанные дни десятки естествоиспытателей из разных стран проверили опыты Рамзая и Рэлея. Сомнений не оставалось: воздух содержит аргон.
Конец 19го века — это атмосфера «конца физики», который стал всего лишь концом механики, а в физике начались витки сначала двух теорий относительности, потом квантовой механики.

Современные 74% тёмной энергии и 22% тёмной материи — это повеселее, чем 1% аргона будет. А тоже ведь атмосфера конца науки иногда проскальзывает, как и 120 лет назад. Сциентизм. Что не открыто, то якобы не существует.

Впрочем, 95% субстанции, как неожиданно выясняется, всегда бывшей где-то вокруг, — это ещё оптимистично, всего лишь два порядка.

Проблема космологической постоянной — закрепившееся в современной астрофизике выражение, означающее грубую ошибку, которую дают предсказания значения космологической постоянной посредством применения двух фундаментальных физических теорий: общей теории относительности (ОТО) и квантовой физики. Предсказанная величина получается больше экспериментально измеренной на 120 порядков — «наихудшее предсказание, когда-либо сделанное научной теорией», по словам Ли Смолина.
Напрашивается неприятная мысль, что упускается что-то неизвестное, большее известного в секстиллион (10²¹) гуглов (10¹⁰⁰) раз.

Какое-то время не мог понять, как меняет кривизну окружающего пространства массивное тело. Вот время-то идёт медленнее. А объём? А кривизна пространства? Мысленный эксперимент поставить несколько сложно из-за принципиальных противоречий между ньютоновской механикой и релятивистской. По Ньютону, если взять два точечных объекта, развести на какое-то расстояние и отправить вперёд, то геодезики пересекутся. А если этот объект — гирька или любой протяжённый, сопротивляющийся сближению, то он будет чувствовать центростремительную силу в направлении к оси движения. Наоборот, в гиперболическом пространстве, прямые будут расходиться. Однако, если взять релятивистские модели де Ситтера и анти-де Ситтера, там кривизна пространства действует наоборот: в мире де Ситтера рвёт всё на части, хотя пространство с положительной кривизной, а в анти-де Ситтера всё ко всему притягивается и движется по орбитам, что совсем не похоже на гиперболическое пространство. Вот и угадай, что из этого применить к гравитации.

Если пытаться подсмотреть кривизну в формулах ОТО, то там всплывают тензор Риччи, гравитационный тензор и тензор кривизны, и как-то по простому, взяв положительную плотность вещества, не получается понять, а как это перетечёт именно в тензор кривизны. Тем более, кропотливо проследить, как меняется знак (у пространства и времени знаки-то разные) и что это значит. Надо быть натасканным на это студентом, чтобы корректно проследить вывод.

При попытке найти готовый ответ можно найти такие издевательские формулировки:
При высоте полёта спутника в 642 километра длина окружности его орбиты превышает 40 тыс. км. Полёт аппарата показал, что точное значение этой длины примерно на три сантиметра меньше, чем следует из евклидовой геометрии, то есть рассчитанное по известной любому школьнику формуле 2πR.
Оу, оу, оу, а это вы по линейке прямо из центра Земли откладывали R по кривому пространству или как-то из удалённых не сильно кривых областей пространства посмотрели, что вот если по кривому пространству издалека спуститься на такую высоту, то по идее должен получиться радиус R? А пока вы это делали, у вас погрешность 3 см не могла намотаться по радиус-вектору? Нет, есть ещё один вариант, самый простой, это измерить периметр, поделить на 2π и назвать это радиусом, но он же не может отличаться на 3 сантиметра по определению. В общем, если по радиус-вектору пространство ровное, то всё хорошо, но оно же как-то во все стороны кривое. С одной стороны посмотришь, площадь сферы не та, с другой стороны посмотришь, радиус-вектор не тот. Как это всё вместе работает? Нашёл ответ здесь:

Стоит напомнить, что угловые координаты Шварцшильда θ и φ полностью аналогичны полярному и азимутальному углам в обычных сферических координатах, однако величина радиальной координаты r отнюдь не равна длине радиус-вектора. В метрике Шварцшильда длина окружности с центром в начале координат выражается евклидовской формулой 2πr, однако расстояние между двумя точками с радиусами r1 и r2, находящимися на одном радиус-векторе, всегда превышает арифметическую разность r2−r1. Отсюда сразу видно, что шварцшильдовское пространство неевклидово — отношение длины окружности к длине её радиуса меньше, чем 2π.

Мне раньше казалось, что «гравитационная линза» — это такая метафора для слабо связанных явлений. Но при ближайшем рассмотрении оказывается, что законы в обоих случаях имеют одинаковый вид. Просто гравитационный потенциал не скачет резко на доли, а оптически неоднородную среду, напротив, сложно сконструировать, поэтому в первом случае для описания движения ускорение и потенциальная энергия, а во втором — закон синусов и оптическая плотность. Но одно в другое можно пересчитать, отождествив скорости. Кстати, так впервые решили задачу о брахистохроне, кривой скорейшего спуска.

Это с учётом того, что в ОТО время замедляется, но без учёта того, что и пространство искривляется. Я вот сходу не могу ответить на вопрос, становится больше или меньше объём вокруг массивного тела, но вроде что-то должно меняться.

В понимании обычного человека получить картинку из голограммы — значит, вот есть на входе узор, а на выходе 3D-изображение, однако, если читать литературу по этому вопросу, то там подход иной: делается перенос плоскости голограммы вглубь на указанную глубину, и если некий предмет, такой, как проволока, пересекает эту плоскость, он контрастно виден в месте пересечения, а то, что дальше и ближе, начинает плыть концентрическими окружностями, как это обычно и бывает на голограмме, но что важно, за счёт этого теряет резкость, оставляя на томограмме преимущественно то, что нужно. А уже потом есть программы, которые эти срезы могут объединить в 3D модель. Как-то по-простому объёмное электромагнитное поле в картинку не превращается, что странно.

Радиус сферы Хилла Юпитера всего лишь в три раза меньше радиуса орбиты Земли вокруг Солнца. 51,872 млн. км против 149,6 млн. км. Сфера Хилла — это граница пространства в системе двух тел, являющаяся пределом орбит спутников. Вдоль оси Солнце-Юпитер она упирается в точки Лагранжа L1 и L2, за которыми начинается обычное вращение вокруг Солнца, а вдоль орбиты Юпитера за границами сферы Хилла начинаются подковообразные орбиты квазиспутников, которые большей частью тоже вращение вокруг Солнца, только иногда Юпитер перекидывает их с ближнего радиуса на дальний и наоборот. А ещё дальше — отбиты-головастики вокруг L4 и L5, которые не сомкнулись в единую подковообразную.

Я, таким образом, насчитал следующие возможные гравитационные сферы и орбиты:
Сфера Хилла
Сфера действия
Сфера тяготения
Синхронная орбита
Предел Роша для жёстких спутников
Предел Роша для жидких спутников
Фотонная сфера
Предел статичности (внешняя граница эргосферы)
Сфера Шварцшильда (внешний горизонт событий, внутренняя граница эргосферы, гравитационный радиус)
Горизонт Коши (внутренний горизонт событий)
Радиус сингулярности

Попытался помоделировать двойную планету с общей атмосферой. Нет, понятно, что если бы такое было возможно, мы бы об этом, скорее всего, знали, но было не понятно, а что мешает тогда. Поверхность планеты моделируется как некий предел гравитационного потенциала, создаваемого двумя центрами тяжести, дальше которого всё засыпается землёй. Раз планеты вращаются вокруг общего центра, а атмосфера увлекается ими, добавил фиктивный центробежный потенциал, и тут я начал понимать. Проблемы возникают с обратных сторон планет. Если планеты слишком близко, то поверхность предельного потенциала начинает выглядеть как цилиндр, стенки которого в двух местах сужаются, образуя спиленные конусы. Если раздвигать дальше и дальше, эти спиленные конусы округляются, оставаясь связанными с цилиндром перешейком, а потом и вовсе становятся самостоятельными. Понятно, что цилинр, внешность которого засыпана до бесконечности — это нереально, а вот если разнести планеты так, чтобы не осталось перешейка, цилиндр исключить, то земле с планеты некуда будет обсыпаться (впрочем, с учётом стабильности методы электростатики к гравитации могут быть неприменимы). На рисунке — предельная конфигурация, когда перешеек вырожден. Положение перешейка получается как единственный действительный корень уравнения пятого порядка. Однако, в подобных уравнениях можно сократить всё до отношения масс небесных тел, и если оно 1:1, как у меня, то это 1.7786928798933903216 радиусов орбит от общего центра масс. А противоположные полюса — соответственно, 0.58737093968461894118 радиусов орбит от общего центра масс. Как аккуратно избавиться от цилиндра, я не знаю. Ведь вне поверхности планеты потенциал мне нужен, чтобы моделировать атмосферу, но в этой среде нечему увлекать газ на более высокие скорости. Линейная скорость не может быть больше, чем линейная скорость вещества на дальних полюсах, а с учётом гравитации она ещё должна и падать, и это всё влияет на фиктивный потенциал так, как если бы гравитационный потенциал изменялся в 2 раза быстрее обычного. Попробовал, некрасиво получается, спиленно как–то. В общем, без более правдободобной модели атмосферы изобразить её у дальних полюсов не получится, поэтому сделал, чтоб хоть как–то смотрелось. Наступление полной черноты снаружи планет условно соответствует 200км в атмосфере Земли. Посмотрел ещё, как устроены тесные двойные звёздные системы. Наверное, для планет такое тоже возможно, но соотношение масс должно быть другим, чтобы перешеек между планетами образовывался раньше, чем внешние перешейки.

Один из способов потестировать дискретность пространства — это разогнать что–нибудь до высокой скорости. Объект претерпевает релятивистское сжатие, и так его можно сжимать теоретически неограниченно, хоть до планковской длины, хоть дальше. Если пространство дискретно, то объект на определённых скоростях будет ломаться. Может быть, если повторять этот эксперимент в разных направлениях, получится определить скорость относительно решётки и направления осей.

Модифицированная ньютоновская динамика
Наблюдения скорости вращения спиральных галактик начались в 1978 году. В начале 1980-х было ясно, что галактики не демонстрируют ту же картину снижения орбитальной скорости с увеличением расстояния от центра масс, которая наблюдается в Солнечной системе. Спиральная галактика состоит из утолщения из звёзд в центре и огромного диска из звёзд, вращающихся вокруг этой центральной группы. Если орбиты звёзд подчиняются исключительно силе тяготения от наблюдаемого распределения обычного вещества, как предполагалось, то звезды на внешнем крае диска должны были иметь значительно более низкую среднюю орбитальную скорость, чем звёзды в середине. В наблюдаемых галактиках эта закономерность не прослеживается. Звезды около внешнего края вращаются вокруг центра галактики с той же скоростью, что и звезды ближе к середине.
Вторая интерпретация — изменение закона гравитации, требует, чтобы ускорение за счёт силы тяжести зависело не просто от массы m, а от mμ(a/a0), где μ — некоторая функция, величина которой стремится к единице для больших аргументов и к a/a0 для малых аргументов, где a — ускорение, обусловленное силой тяжести, а a0 является константой, примерно равной 10**−10м/с². Центростремительное ускорение звёзд и газовых облаков на окраине спиральных галактик, как правило, будет ниже a0.
Чтобы объяснить значение этой константы, Милгром сказал: «…Это приблизительно то ускорение, которое нужно объекту, чтобы разогнаться от состояния покоя до скорости света за время существования Вселенной. Также оно близко к недавно обнаруженному ускорению Вселенной»
Напрашивается связь с EmDrive:
Идея Маккаллоха в том, что инерция возникает в следствие излучения Унру, эффекта предсказанного общей теорией относительности. Он заключается в том, что ускоряющийся объект излучает как чёрное тело. Другими словами, вселенная нагревается, когда вы ускоряетесь.
По Маккалоху, инерция это просто давление, которе излучение Унру оказывает на ускоряющееся тело.
Это сложно заметить в условиях ускорений, обычных для поверхности Земли. Однако при уменьшении величины ускорений и соответствующего увеличения длины волны излучения Унру всё становится интереснее.
И при длинах волн больше видимого размера Вселенной (то есть, когда упираемся в Большой Взрыв) излучение Унру обрубается и создаёт ассимметрию в импульсе.

Вебкамера на международной космической станции
Размеры МКС поражают: длина — 51 метр, ширина — 109 метров, высота — 20 метров, а вес — 417,3 тонныЯ посчитал, при радиусе 10 метров притяжение МКС 0,28 мкм/сек2, а вторая космическая получилась 2,36 мм/сек. Уже не каждая пылинка улетит.
А если искать массу МКС, всплывают данные из прошлого, когда она весила только 183 тонны или 208 тонн. Так дальше натаскать можно, что своя гравитация ощутима будет.

Из старых мыслей по поводу того, как может идти энергоинформационный обмен. Есть условно два стакана воды и излучение между ними. Если подобрать какие–то функции от состояния воды в стаканах и излучения, то эти разложения могут показать соответствие, ну как, например, голограмма соответствует фронту электромагнитной волны. Особенно толстая голограмма. Тонкая (двумерная) голограмма нормально ведёт себя только с конкретной длиной волны, а толстая — со спектром волн.
Электроны вокруг атома могут быть разложены по шаровым функциям, и s1 — это состояние с минимальной энергией, а за ним — s2, p2, s3, p3, d3, …, причём, p2 уже в трёх разных вариациях, d3 — в пяти и т. д. У атома энергетический колодец для электронов одной формы, а если взять сферическую полость с электромагнитными волнами, то электромагнитное поле внутри неё тоже можно разлагать на стоячие волны, и там тоже будет какая–то своя структура разложения на собственные вектора.
Это был пример пространственного разложения, аналогичное разложение может быть неким образом применено к состоянию вещества в стаканах с водой. А излучение между стаканами условно двумерно, но имеет спектр, и, может быть, этот спектр можно использовать как третью координату, чтобы тоже сделать разложение.
Состояние s1 — это, логичнее всего предположить, излучение абсолютно чёрного тела. Посредством излучения температуры стаканов уравниваются. От этого излучения отклонения могут быть как в плоскости излучения (диполи, квадруполи), так и в спектре, они соответствуют состояниям s2, p2 и т. д., и они могли бы тоже уравниваться каким–то аналогичным механизмом. Физику я знаю достаточно плохо, чтобы уметь получать сферические функции для энергетических состояний в атоме или стоячие волны в полостях, так что как может выглядеть хотя бы вторая гармоника, если считать первой излучение абсолютно чёрного тела, мне сложно представить.
Наверное, сначала надо вычислить такой потенциал, для которого спектр излучения абсолютно чёрного тела, если его как–то разложить по координатам, был бы описанием нулевого колебания, и тогда просто получать следующие гармоники. Как разложить — вопрос открытый, можно по частотам, можно по длинам волн, можно по логарифму от того или другого. Может быть, надо спектр ещё размазать по сферам соответствующего радиуса, и только потом вычислять потенциал.
Может быть, просто взять и подсмотреть у природы реальные спектрограммы, но с этим есть сложности. Всякие комиссии по борьбе с лженаукой агрятся на ключевые слова «вода» и «информация» в одном контексте вне зависимости от результатов. Преподаватели рассказывали. Впрочем, некоторые работы пробиваются.