О первом прямом обнаружении гравитационных волн, как ожидают, будет заявлено 11 февраля учеными обсерватории LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Используя два гигантских детектора LIGO — один в Ливингстоне, штат Луизиана, а другой в Хэнфорде, штат Вашингтон — ученые измеряли рябь пространства-времени, которая рождается в процессе столкновения двух черных дыр и, похоже, наконец нашли, что искали.

Такое заявление подтвердило бы предсказанные еще Альбертом Эйнштейном гравитационные волны, которые он 100 лет назад сделал частью своей общей теории относительности, но на этом последствия не закончатся. Будучи вибрацией ткани пространства-времени, гравитационные волны часто сравниваются со звуком, их даже преобразовывали в звуковые дорожки. Гравитационно-волновые телескопы позволили бы ученым «слышать» явления так же, как световые телескопы их «видят».

Когда LIGO боролась за финансирование американским правительством в начале 1990-х, ее основными соперниками на слушаниях в Конгрессе были астрономы. «Тогда считали, что LIGO не имеет ничего общего с астрономией», — говорит Клиффорд Вилл, теоретик ОТО в Университете Флориды в Гейнсвилле, один из первых сторонников LIGO. Но с тех пор многое изменилось.

Добро пожаловать в область гравитационно-волновой астрономии. Давайте пройдемся по вопросам и явлениям, которые она могла бы раскрыть.

Существуют ли черные дыры на самом деле?

Сигнал, который ожидается от анонса LIGO, возможно, был произведен двумя сливающимися черными дырами. Подобные события — самые энергетические из известных; сила гравитационных волн, излучаемых ими, может ненадолго затмить все звезды наблюдаемой Вселенной в сумме. Сливающиеся черные дыры также весьма просто интерпретировать по весьма чистым гравитационным волнам.

Слияние черных дыр происходит, когда две черных дыр вращаются по спирали друг относительно друга, излучая энергию в виде гравитационных волн. Эти волны имеют характерный звук (ЛЧМ), который можно использовать для измерения массы двух этих объектов. После этого черные дыры обычно сливаются.

«Представьте два мыльных пузыря, которые подходят так близко, что образуют один пузырь. Деформируется более крупный пузырь», — говорит Тибальд Дамур, гравитационный теоретик из Института передовых научных исследований близ Парижа. Окончательная черная дыра будет идеально сферической формы, но предварительно должна испустить гравитационные волны предсказуемого типа.

Одним из важнейших научных последствий обнаружения слияния черных дыр будет подтверждение существования черных дыр — по крайней мере идеально круглых объектов, состоящих из чистого, пустого, искривленного пространства-времени, как предсказывает общая теория относительности. Другое последствие — слияние проходит так, как предсказывали ученые. У астрономов есть масса косвенных подтверждений этого феномена, но пока это были наблюдения звезд и перегретого газа на орбите черных дыр, а не самих черных дыр.

«Научное сообщество, включая меня, недолюбливает черные дыры. Мы принимаем их как должное, — говорит Франс Преториус, специалист по симуляциям ОТО в Принстонском университете в Нью-Джерси. — Но если задуматься о том, какое это удивительное предсказание, нам нужно воистину удивительное доказательство».

Движутся ли гравитационные волны со скоростью света?

Когда ученые начинают сравнивать наблюдения LIGO с наблюдениями других телескопов, первое, что они проверяют, это в одно ли время прибыл сигнал. Физики считают, что гравитация передается частицами-гравитонами, гравитационным аналогом фотонов. Если, как у фотонов, у этих частиц нет массы, то гравитационные волны будут двигаться со скоростью света, соответствуя предсказанию о скорости гравитационных волн в классической теории относительности. (На их скорость может влиять ускоряющееся расширение Вселенной, но это должно проявляться на дистанциях, значительно превосходящих те, что покрывает LIGO).

Вполне возможно, впрочем, что гравитоны обладают небольшой массой, а значит, гравитационные волны будут двигаться со скоростью меньше световой. Так что, например, если LIGO и Virgo обнаружат гравитационные волны и выяснят, что волны прибыли на Землю позже связанных с космическим событием гамма-лучей, это может иметь судьбоносные последствия для фундаментальной физики.

Состоит ли пространство-время из космических струн?

Еще более странное открытие может случиться, если всплески гравитационных волн будут обнаружены выходящими из «космических струн». Эти гипотетические дефекты кривизны пространства-времени, которые могут быть, а могут и не быть связаны с теорий струн, должны быть бесконечно тонкими, но растянутыми на космические расстояния. Ученые прогнозируют, что космические струны, если они существуют, могут случайно перегибаться; если струна перегнется, она вызовет гравитационный всплеск, который могли бы измерить детекторы вроде LIGO или Virgo.

Могут ли нейтронные звезды быть неровными?

Нейтронные звезды — это остатки больших звезд, которые коллапсировали под собственным весом и стали настолько плотными, что электроны и протоны начали плавиться в нейтроны. Ученые плохо понимают физику нейтронных дыр, но гравитационные волны могли бы многое о них рассказать. К примеру, интенсивная гравитация на их поверхности приводит к тому, что нейтронные звезды становятся почти идеально сферическими. Но некоторые ученые предположили, что на них могут быть также «горы» — высотой в несколько миллиметров — которые делают эти плотные объекты диаметром в 10 километров, не больше, слегка асимметричными. Нейтронные звезды обычно крутятся очень быстро, поэтому асимметричное распределение массы будет деформировать пространство-время и производить постоянный гравитационно-волновой сигнал в форме синусоиды, замедляя вращение звезды и излучая энергию.

Пары нейтронных звезд, которые вращаются друг вокруг друга, также производят постоянный сигнал. Подобно черным дырам, эти звезды движутся по спирали и в конечном счете сливаются с характерным звуком. Но его специфика отличается от специфики звука черных дыр.

Отчего взрываются звезды?

Черные дыры и нейтронные звезды образуются, когда массивные звезды перестают светить и коллапсируют сами в себя. Астрофизики думают, что этот процесс лежит в основе всех распространенных типов взрывов сверхновых типа II. Моделирование таких сверхновых пока не показало, отчего они зажигаются, но прослушивание гравитационно-волновых всплесков, испускаемых настоящей сверхновой, как полагают, может дать ответ. В зависимости от того, на что похожи волны всплесков, насколько они громкие, как часто происходят и как коррелируют со сверхновыми, за которыми следят электромагнитные телескопы, эти данные могут помочь исключить кучу существующих моделей.

Как быстро расширяется Вселенная?

Расширение Вселенной означает, что далекие объекты, которые удаляются от нашей галактики, выглядят более красными, чем являются в действительности, поскольку излучаемый ими свет растягивается по мере их движения. Космологи оценивают темпы расширения Вселенной, сравнивая красное смещение галактик с тем, как далеки они от нас. Но это расстояние обычно оценивается по яркости сверхновых типа Ia, и эта методика оставляет кучу неопределенностей.

Если несколько детекторов гравитационных волн по всему миру обнаружат сигналы от слияния одних и тех же нейтронных звезд, вместе они могут абсолютно точно оценить громкость сигнала, а вместе с тем и расстояние, на котором произошло слияние. Они также смогут оценить направление, а с ним и выявить галактику, в которой произошло событие. Сравнивая красное смещение этой галактики с расстоянием до сливающихся звезд, можно получить независимый темп космического расширения, возможно, более точный, чем позволяют современные методы.

Сходства между Вселенной и живым существом удивляют и поражают. Могут ли субъекты больше нас быть живыми? Аналогии преследуют нас с раннего детства: атомы напоминают солнечные системы, крупные структуры Вселенной — нейроны в мозге человека, и что особенно интересно, число звезд в галактике, галактик во Вселенной, атомов в клетке и клеток в живом существе примерно одинаково огромно (от 10¹¹ до 10¹⁴). Может ли сама Вселенная быть живой?

Что, если мы всего лишь клетки мозга у гигантского создания, которое должно обзавестись самосознанием? Как нам узнать это? Как проверить?

Верьте или нет, идея того, что сумма всего во Вселенной является разумным существом, существует уже давно и даже стала частью вселенной Marvel: персонажем Вечность.

Косплей Вечности: в центре

Сложновато ответить на такой вопрос, поскольку мы не знаем на 100%, что такое сознание и самосознание. Но мы знаем несколько физических моментов, которые могли бы дать нам лучший из возможных ответов, а именно:

• сколько лет Вселенной;
• сколько нужно времени разным объектам, чтобы обменяться сигналами;
• насколько большие самые крупные гравитационно связанные структуры;
• как много сигналов должны послать связанные и несвязанные структуры различных размеров, чтобы обменяться информацией любого типа.

Если мы проделаем эти расчеты и затем сравним их с тем, что происходит в самой простой структуре типа мозга, мы сможем по крайней мере хотя бы приблизительно ответить, могут ли крупные в космических масштабах структуры во Вселенной быть живыми.

Вселенная существует 13,8 миллиарда лет с момента Большого Взрыва и расширяется весьма быстрыми (хотя и уменьшающимися) темпами с тех пор. Она состоит на 68% из темной энергии, 27% темной материи, 4,9% обычной материи, 0,1% нейтрино и примерно 0,01% фотонов. Когда-то это процентное соотношение было другим, когда материя и радиация были более важными. Поскольку свет всегда движется со скоростью света — через расширяющуюся Вселенную — мы можем определить, как много «сеансов связи» могло произойти между двумя объектами, которые оказались связаны в процессе этого расширения. Если мы определим «сеанс связи» как время, необходимое для передачи и приема информации в один конец, вот что мы получим из расчета на 13,8 миллиарда лет:

• 1 сеанс связи: до 46 миллиардов световых лет, вся наблюдаемая Вселенная
• 10 сеансов связи: до 2 миллиардов световых лет, порядка 0,001% Вселенной: ближайшие 10 миллионов галактик
• 100 сеансов связи: почти 300 миллионов световых лет, почти дистанция до скопления Волос Вероники, содержащего порядка 100 000 галактик
• 1000 сеансов связи: 44 миллиона световых лет, почти до скопления Девы, в котором порядка 400 галактик
• 100 000 сеансов связи: 138 000 световых лет, протяженность Млечного Пути, но на этом все
• 1 миллиард сеансов связи: 14 световых лет, в пределах ближайших 35 звезд и коричневых карликов; это число меняется по мере движения звезд через галактику

Наша местная группа гравитационно связана — она состоит из нас, Андромеды, галактики Треугольника и, возможно, 50 других карликов поменьше — и в конечном итоге сольется с образованием единой связанной структуры в несколько сотен тысяч световых лет в поперечнике. Большинство групп и скоплений встретят такую судьбу: поскольку все связанные галактики в них сливаются вместе с образованием гигантской эллиптической галактики в несколько сотен тысяч лет, и эта структура продержится порядка 10¹⁵ лет. Через это время, в 100 000 раз превышающее текущий возраст Вселенной, последние звезды выжгут свое топливо и канут во тьму, останутся лишь случайные столкновения, вспышки и зажигания, пока и эти объекты сами по себе не распадутся гравитационно через 10¹⁷–10²² лет.

Но эти отдельные крупные группы будут разлетаться, благодаря темной энергии, и поэтому никогда не смогут столкнуться друг с другом или общаться между собой очень долго. К примеру, если бы мы послали сигналы сегодня, из нашего места, на скорости света, мы смогли бы связаться лишь с 3% галактик нашей наблюдаемой Вселенной сегодня; остальные навсегда оказались бы вне поля нашей досягаемости. Поэтому мы можем рассчитывать лишь на небольшие связанные группы или скопления, небольшие (содержащие порядка триллиона звезд, 10¹²) и побольше (вроде будущего скопления Волос Вероники), содержащих порядка 10¹⁵ звезд.

Между тем, если нам нужно самосознание, лучшим примером, который у нас есть, будет человеческий мозг, в котором примерно 100 миллиардов (10¹¹) нейронов и минимум 100 триллионов (10¹⁴) нейронных связей, и каждый нейрон загорается 200 раз в секунду. Учитывая среднюю продолжительность жизни человека в 2-3 миллиарда секунд, за это время отправляется много сигналов. Потребуется сеть из триллионов звезд, ограниченных пространством в миллион световых лет и существующих в течение 10¹⁵ лет, чтобы получилось нечто сопоставимое с числом нейронов, нейронные связей и числом переданных сигналов в человеческом мозге. Впрочем, в целом эти числа — для мозга и для крупных, полностью сформировавшихся галактик — вполне сопоставимы.

Но большая разница в том, что нейроны в пределах мозга имеют связанную, определенную структуру, а звезды в пределах связанной галактики или группы быстро движутся относительно друг друга, будучи под влиянием всех других звезд и масс внутри галактики.

Мы считаем, что такого рода рандомизация источников и ориентаций препятствует образованию последовательной сигнальной структуры любого рода, но это может быть не так. Это допущение зависит от того, что мы знаем о возникновении самосознания, и, по нашему мнению, просто недостаточно одного последовательного движения туда и обратно между различными объектами, чтобы сделать его возможным. Но общее число сигналов, которые могут переданы в галактических масштабах за время существования звезд, весьма интересно и впечатляет. И все же важно отметить, что даже если собрать все воедино, наша галактика будет не особо яркой — примерно как ребенок возрастом в 6 часов. Если и существует более крупное сознание, оно пока не появилось.

Кроме того, понятие «Вечности», которое охватывает все звезды и галактики во Вселенной, вероятно, чересчур большое, учитывая существование темной энергии и то, что мы знаем о судьбе Вселенной. Единственный способ проверить это, к сожалению, это обратиться к симуляциям (которые имеют собственные недостатки) или сидеть и ждать у моря погоды. Пока сознание Вселенной не попытается с нами связаться, нам остается только ждать.

Каждый школьник знает базовое строение Земли: тонкая кора, толстая мантия и ядро размером с Марс. Однако является ли подобное строение универсальным? Будут ли каменные экзопланеты, вращающиеся вокруг других звёзд, состоять из тех же трёх слоёв? Результаты нового исследования дают положительный ответ на этот вопрос.

«Мы хотели понять, насколько похожи на Землю эти каменные планеты. Выходит, они очень похожи на нашу планету», — говорит ведущий автор исследования Ли Зенг.

Чтобы прийти к такому выводу, Зенг и его коллеги использовали компьютерную модель PREM, являющуюся стандартной моделью внутреннего строения Земли. Они добавили в неё возможность изменять массу и состав планеты и смоделировали шесть известных каменных экзопланет с известными массой и размером.

Выяснилось, что другие планеты, несмотря на их отличия от Земли, все должны иметь никель-железное ядро, составляющее порядка 30 процентов массы планеты. Для сравнения: около трети массы Земли сосредоточено в её ядре. Оставшаяся часть каждой планеты составит её мантию и кору, совсем как у Земли.

«Мы поняли внутреннее строение Земли всего несколько сот лет назад. Теперь же мы можем изучать структуру планет, вращающихся вокруг других звёзд, хотя и не можем посетить их», — добавил Зенг.

Новую компьютерную модель можно также применять для изучения небольших холодных миров, таких как спутники и карликовые планеты Внешней Солнечной системы. К примеру, введя в систему массу и размер Плутона, учёные определили, что он на треть состоит изо льда (главным образом водного, а также аммиачного и метанового).

Модель предполагает, что экзопланеты имеют сходный с Землёй химический состав. Это допущение основано на анализе содержания ключевых химических элементов, таких как железо, магний, кремний и кислород, в соседних звёздных системах. Тем не менее планеты, сформировавшиеся в более или менее богатых на металлы частях галактики, будут обладать другой внутренней структурой. Учёные собираются обратить внимание на подобные миры в своих следующих исследованиях.

Учёные пытались определить, как бактерии воспринимают свет, с момента начала использования микроскопов 300 лет назад. Международной команде исследователей под руководством биолога Аннегрет Вайлд удалось решить эту загадку: внимательно изучив цианобактерии, исследователи обнаружили, что эти крошечные организмы длиной в пару микрометров двигаются в направлении источника света, используя тот же принцип, по которому работает хрусталик в человеческом глазу.

Цианобактерии населяют Землю уже более двух с половиной миллиардов лет, и найти их можно везде, где есть свет: во льду, в пустынях, реках, озёрах, на стенах зданий и в аквариумах. Они преобразовывают свет в энергию посредством процесса кислородного фотосинтеза. В океанах, покрывающих около 70 процентов площади Земли, производящие кислород цианобактерии являются центральным компонентом биосферы. Группа Вайлд обнаружила, что цианобактерии, которые способны двигаться строго в направлении источника света, используют свои микрооптические свойства для определения, откуда исходит свет. Свет попадает на поверхность этих круглых одноклеточных организмов, после чего фокусируется на противоположной стенке клетки, как если бы она была крошечной линзой. После этого цианобактерии начинают двигаться от этой точки сфокусированного света, что заставляет их перемещаться строго в направлении источника света.

Все предыдущие попытки объяснить бактериальный фототаксис (процесс, когда бактерии движутся навстречу свету) проваливались, поскольку эти организмы, длина которых всего в несколько раз больше длины световой волны, считались слишком маленькими, чтобы ощущать разницу в свете между передней и задней частью клетки. Поскольку теперь выяснилось, что вся бактерия действует подобно линзе, организмы могут концентрировать свет, создавая различимый световой градиент внутри клетки.

«Сам физический принцип почти не отличается от того, как свет фокусируется хрусталиком нашего глаза, — объясняет Вайлд. — Теперь мы хотим изучить концентрацию света в микроскопических организмах, имеющих отличную от круглой форму — возможно, они могут концентрировать свет подобно оптоволокну».

Лучшее понимание микрооптических свойств клеток может пролить свет на степень влияния структуры и формы клеток на процесс сбора света. Это позволит создать в будущем искусственные фотобиореакторы или новые, более эффективные типы солнечных батарей.

Портал Archive.org собирает и хранит информацию со всего мира. Здесь вы можете найти сотни тысяч различных цифровых книг, отсканированных микрофильмов, оцифрованных видео- и аудиозаписей, классических видеоигр, а с недавнего времени посетителям сайта стал доступен новый раздел, посвящённый вредоносному программному обеспечению, то есть компьютерным вирусам. В этот раздел сотрудники архива помещают старые компьютерные вирусы, которые были популярными в 80-е и 90-е годы прошлого века. Пока музей насчитывает всего 79 экспонатов, но коллекция продолжает расти.

В данный момент особый упор музея делается на создание коллекции вредоносных программ, которые после заражения компьютера сообщают об этом его владельцу. Некоторые из них пытались шантажировать пользователя или даже играли с ним в различные игры, проигрыш в которых мог стоить удаления всех файлов на компьютере. Одним из таких вирусов является знаменитый Q QASINO.COM, который играет с пользователем в «однорукого бандита» до тех пор, пока на табло не выпадет одна из обозначенных комбинаций. Пользователь может попытаться спасти свои файлы или лишиться их, а может даже выиграть телефонный номер автора вирусной программы. Разумеется, все обещания создателя вируса – это чистой воды обман, и в итоге спасти файловую систему не удастся при любом раскладе.

Приятным моментом данной коллекции является тот факт, что все представленные в музее вирусы сегодня абсолютно безопасны. Сотрудники архива извлекли из них все «вредоносные элементы», оставив лишь визуальную оболочку для спокойствия пользователей. Компьютеры и виртуальные машины, под которые затачивались все эти вирусы изначально, остались в далёком прошлом, да и большую часть лазеек и уязвимостей в коде операционных систем такие крупные разработчики, как Microsoft, давно прикрыли. Музей вирусов позволит вам без страха взглянуть в глаза вредоносным программам, которые портили людям жизнь в конце прошлого века. Перейти в музей можно по этой ссылке.

В Китае прошли успешные испытания реактора термоядерного синтеза. В рамках эксперимента внутри реактора плазму разогрели до 50 миллионов градусов Цельсия (выше температуры ядра Солнца). Время удержания плазмы составило более полутора минут.

Эксперименты проходили внутри Экспериментального сверхпроводящего токамака (EAST). Внутри камеры находится большой кольцевой реактор (в виде гигантского пончика), внутри которого циркулирует разогретая до невероятных температур плазма. Удерживает плазму внутри реактора особая система магнитных полей. Благодаря им горячая плазма никогда не касается стенок реактора.

Основная задача ученых заключается в том, чтобы время удержания плазмы было практически перманентным, благодаря чему термоядерные реакторы можно было бы использовать в качестве источника чистой и возобновляемой энергии. Однако управлять такими невероятными температурами пока видится для ученых очень сложной задачей, так как при реакции происходит огромный и нестабильный выброс пока неконтролируемой энергии. Поэтому успешность эксперимента по удержанию состояния плазмы в течение 102 секунд является очень положительным шагом в развитии данной технологии.

Следует отметить, что новость об успешном испытании реактора термоядерного синтеза в Китае пришла вскоре после того, как в Институте Макса Планка прошли не менее успешные испытания другой тестовой термоядерной установки — стелларатора Wendelstein 7-X.

Кроме того, хотелось бы указать на то, что температуры, достигнутые двумя термоядерными реакторами (в Германии и Китае), не являются самыми высокими температурами, достигнутыми на Земле. Этим может похвастаться Большой адронный коллайдер, внутри которого ученые создали плазму из субатомных глюонов и кварков, температура которой приблизительно составляла 10 триллионов градусов по Фаренгейту. Это примерно в 250 000 раз выше, чем температура внутри Солнца. Однако это состояние ученым удалось удержать всего лишь на миг, что, в свою очередь, совершенно бесполезно для фактического производства энергии.

Большинство ученых соглашается во мнении, что средняя температура постоянного термоядерного синтеза при производстве энергии будет составлять около 100 миллионов градусов Цельсия, поэтому науке еще есть куда двигаться. Научное сообщество соглашается с тем, что для создания функционирующего термоядерного реактора и фактического производства энергии на его базе потребуется еще как минимум десяток лет.

Игровые консоли и аркадные автоматы производства американской компании Atari в нашей стране практически неизвестны. Зато во всём остальном мире их помнят и любят, даже спустя десятилетия. Atari оказала огромное влияние на зарождение индустрии видеоигр в 70-е годы прошлого века. А сейчас у вас есть замечательная возможность вспомнить или же впервые познакомиться с наиболее популярными аркадными играми этой компании при помощи обычного интернет-браузера.

Компания Atari была основана инженером Ноланом Бушнеллом в 1972 году, после чего быстро завоевала лидирующее место на рынке видеоигр. Аркадные автоматы с незатейливой игрой Pong, написанной программистом Алланом Алкорном, были настолько популярными, что было решено выпустить её домашнюю версию. Так родилась целая серия игровых приставок, которая успешно продавалась в период с 1975 по 1977 год. В 1977 году на свет появилась консоль Atari 2600, ставшая для компании огромным успехом. В те годы в Atari мечтали работать все без исключения гики и компьютерные энтузиасты. Следует ли напоминать вам, что даже Стив Джобс некоторое время являлся сотрудником этой компании?

Чтобы вспомнить самые известные игры Atari, вам не придётся искать на eBay уцелевшую до наших дней приставку. Перенестись назад во времени можно с помощью обычного компьютерного браузера. При этом все игры обзавелись современной графической составляющей, что делает их куда более привлекательными и доступными для широкой аудитории. Среди доступных игр в «виртуальном аркадном зале» вы сможете найти такие бессмертные хиты, как Pong, Missile Command, Super Breakout, Centipede, Asteroids и другие. Чтобы сыграть во все эти игры, вам всего лишь нужно перейти по этой ссылке на официальную страницу компании. Давайте вспомним историю игровой индустрии вместе.

В начале февраля созданная Джейем Флэтлендом и Полом Роузом машина по сборке кубика Рубика, о которой мы писали еще в конце января, установила новый мировой рекорд. На сборку кубика у машины ушло 0,9 секунды. Однако буквально за 2 дня до этого побороться за звание конструктора машины, которая быстрее всего собирает популярную головоломку, решил Адам Бир со своим роботом Sub1. Машине удалось собрать кубик всего за 0,887 секунды.

Машине Бира требуется произвести всего 20 движения для того, чтобы собрать кубик Рубика. Выполнить эту задачу позволяет специальный написанный компьютерный алгоритм. Однако в отличие от машины Флэтленда и Роуза, робот Бира не занесен в Книгу рекордов Гиннесса, так как при сборке кубика не присутствовали официальные представители этой организации. Другими словами, Биру потребуется доказать рекорд своей машины публично, чтобы цифры самой быстрой сборки кубика Рубика были записаны официально.