Posted on Автор: idb@kiwiarxiv

Другие новости 11:11 (окт/нояб ’24, часть 2 из 3)

Продолжение выпуска новостей – про универсальный язык воды для нашего другого будущего… (Начало см. тут: часть 1 )

Содержание выпуска:

0. Вольфганг Паули и универсальный язык воды
1. Десять книг для полезного чтения: список от WSJ
2. «Волны в море»: подмена слов вместо новой парадигмы
3. Возвращение квантовой теории к реальности и здравому смыслу
4. Локализация и фундаментальная физика Андерсона
5. Осциллоны, жонглирующие каплей, и при чём здесь Шеннон

11. Искусственный интеллект и беседы с китами
12. Разум животных и Новый язык
13. Притча о китах и духах природы
14. Книга о чудесах и загадках спина (и при чём здесь киты)
15. Книга о другой физике и хакинг теорем запрета (No-Go)

#

Дабы сквозная тема всего этого большого выпуска новостей – «про универсальный язык воды» – проступала как можно более отчётливо, имеет смысл для закрепления ещё раз повторить суть ключевой идеи.

Во-первых, благодаря опытам с жидкостями, предоставляющим наглядные аналогии для важнейших феноменов физики на всех масштабах природы, в современной науке постепенно удаётся выявлять единую – гидродинамическую – основу для всех четырёх «фундаментальных сил». То есть для электромагнетизма и гравитации, сильных и слабых ядерных взаимодействий.

Во-вторых, благодаря опытам с жидкостями и развитию соответствующего математического аппарата для моделей активной/живой материи, современная наука постепенно выявляет единую – гидродинамическую – основу у феноменов жизни и сознания.

И в-третьих, благодаря единой гидродинамической основе у всех этих феноменов природы, наука постепенно открывает истину главную. О том, что материя и пространство-время, жизнь и сознание – все они на самом деле постоянно и неразрывно связаны друг с другом. Потому что всё это – разные стороны Единого.

Или, выражаясь более предметно и доходчиво, когда в наглядных опытах с водой обнаруживается очередная интересная аналогия с явлениями электромагнетизма, ядерной физики и космоса, то эта же аналогия помогает отыскивать ключи к загадкам устройства психики и биологии…

#

Астрофизический Порфирион, археология и биология космоса

Обложку недавнего выпуска журнала Nature (от 19.09.24) украсила картина в высшей степени замечательного нового открытия учёных. Замечательного настолько, что его сразу можно считать образцово-показательным примером того, как может и должна на самом деле работать наука.

Об этой истории, богатой на знаковые события и яркие исторические реминисценции, вполне можно было бы написать целую книгу. Не исключено, что когда-нибудь такую книгу действительно кто-то сделает. Ну а пока её нет, наиболее важные особенности этого нового открытия вполне уместно отразить в новостях, рисующих нам черты наступления другого будущего…

Собственно научная работа, о которой пойдёт речь, носит название «Black hole jets on the scale of the cosmic web»  (Джеты чёрных дыр масштаба космической сети). Рассказывается там об открытии важных и совершенно неведомых прежде объектов космоса, а коллектив соавторов статьи насчитывает 13 человек из 8 научных институтов в разных концах планеты.

Однако, дабы отчётливее проявился революционный характер и яркий колорит этого достижения, рассказ следует сфокусировать на двух главных героях. Без которых этого открытия – под названием «гигантский джет Порфирион» – просто бы не было.


На илл.: Слева Мартин Оей, справа Эйвин Гэст около изваяния мифологического гиганта Порфириона

Вся эта история начиналась в 2018 году, когда Мартин Оей, молодой аспирант-астроном Лейденского университета, Нидерланды, решил выбрать в качестве темы диссертации выявление филаментов космической сети. То есть, как предполагается учёными, тонких и пока незримых для науки «нитей» материи, соединяющих галактики космоса в отчётливо наблюдаемую ячеистую структуру всеохватывающей сети космоса.

Однако, когда Оей получил и проанализировал интересовавший его комплект снимков от LOFAR (LOw Frequency ARray, большой массив радиотелескопов, распределённых по странам Европы), быстро стало понятно, что и в низкочастотном радиодиапазоне искомые филаменты сети не наблюдаются. Разочарование юноши, однако, длилось не более часа, поскольку на одном из снимков он разглядел смутную, но интригующе странную «двойную кляксу». По виду похожую на пару струй-джетов, испускаемых чёрными дырами, но только необычайно большого для таких объектов размера – в десятки раз больше, чем сама галактика, из центра которой они исходили.

Это почти случайное выявление аномалии, находившейся, фактически, перед глазами всех учёных, но никем прежде не замечавшейся, со временем и привело к реально большому открытию.

Чем внимательнее Оей всматривался в снимки радиотелескопа, тем больше таких гигантских «радио-галактик» он стал находить. Когда же стало ясно, что в одиночку столь масштабную задачу явно не осилить, то через интернет к участию в визуальном анализе снимков астроном пригласил всех желающих исследователей-волонтёров. Именно так в этот коллективный научный проект попал второй главный первооткрыватель – оксфордский студент-гуманитарий Эйвин Гэст.

Гэст в ту пору учился на факультете Классической археологии и древней истории, но из-за ковидной пандемии занятия в Оксфорде были приостановлены. В период карантина у студента появилось много свободного времени, которое он весьма плодотворно сумел использовать. Не просто познакомившись с совершенно новой для него областью радиоастрономии, но и сделав там реально большое открытие.

Когда выяснилось, что один из множества выявленных новичком джетов имеет фантастически гигантский размер – 23 миллиона световых лет, что в 140 раз превышает размер нашей галактики Млечный путь – Эйвину Гэсту было предоставлено почётное право дать и собственное имя столь выдающемуся объекту.

Хорошо знакомый с древнегреческой мифологией, Гэст выбрал имя Порфирион – в память о сильнейшем из древних гигантов, восставших против олимпийских богов…


На илл.:  Сравнительные размеры гигантского джета Порфирион и галактики Млечный путь

Самое же замечательное в данном событии – это вовсе не гигантский космологический размер объекта, прежде для науки неведомого, а многочисленные детали этого открытия, мощно подтверждающие давно известную истину: «Чем больше мы узнаём о природе, тем лучше понимаем, насколько мало мы ещё знаем…»

В представительную команду соавторов статьи в Nature о Порфирионе входит несколько весьма авторитетных профессоров из Нидерландов, США и Великобритании, знающих о предмете исследований намного больше, нежели аспиранты или студенты. И из комментариев этих сведущих специалистов вполне понятно, сколь великое множество проблем порождает новое открытие для той устоявшейся научной картины, которую принято именовать Стандартная космологическая модель.

Хотя собственно джеты, испускаемые чёрными дырами, известны науке уже около сотни лет, прежде их считали явлением довольно редким и локальным, размером примерно с галактику. Теперь же выяснилось, что в секторе с площадью порядка 15% небосвода обнаруживается свыше 10 тысяч гигантских джетов с размерами, в десятки раз превышающими диаметр галактик. Такие цифры пока что для науки совершенно необъяснимы и в корне меняют представления о механизмах распределения материи и формирования структур космоса в ранней вселенной.

Более того, гигантские размеры Порфириона свидетельствуют, что струи плазмы и прочих видов материи, образующих джеты, непрерывно испускаются чёрной дырой не менее 1 миллиарда лет. Каким образом пара пучков энергии, эвивалентной триллионам наших солнц, стабильно сохраняет всё это время не только узко сфокусированную, но и исключительно прямолинейную форму – для всех подобных вопросов у учёных астрофизиков пока нет ничего похожего на ответы.

Что же касается тех дальнейших направлений исследований, которые планирует первооткрыватель Мартин Оей (после блестящей защиты диссертации работающий ныне в США, постдоком в Калтехе), то его ныне больше всего интересуют магнитные поля, распространяемые по вселенной великим множеством гигантских джетов. Интуиция подсказывает учёному, что этот феномен космоса может быть напрямую связан с феноменом биологической жизни.

О загадках всепроникающего космического магнетизма (и о его связях – через плазму – с тайнами жизни) можно найти рассказы в текстах «От Ферми до Альвена и Зельдовича»  и «Додекаэдрон, СинХрон, Лохотрон» .

Ну а здесь – для подобающего гидродинамического фона – полезно напомнить об одном весьма древнем «археологическом феномене», имеющем прямое отношение к загадкам порождения стабильных космологических джетов. Подробности на данный счёт приведены в Книге Новостей, глава Формы музыки [kn:4D] , так что здесь достаточно лишь вкратце изложить суть.

Среди множества редкостей и диковин, обнаруживаемых исследователями в многотысячелетней истории народов Востока, иногда попадаются вещи, весьма занятные с точки зрения физики. Вроде, скажем, фонтанирующих бронзовых чаш или, иначе, тазиков с пляшущей водой, известных в древнем Китае со времён правления династии Хань (202 г. до н.э. – 9 г.н.э)

На первый взгляд, этот плоский металлический сосуд с двумя ручками по бокам ничем особенным не отличается от другой посуды своей эпохи, разве что украшающим дно тазика барельефом из четырёх рыб, испускающих фонтаны воды. Но если в чашу наливают воду, а мокрыми пальцами начинают ритмично тереть ручки, то таз откликается характерным гудением, а затем вода в нем приходит в заметное волнение, словно закипая. В итоге же, если тереть ручки умело, то из нескольких, обычно четырёх точек поверхности – как раз над головами рыб с барельефа – вверх начинают бить струйки воды, словно это не тазик, а небольшой фонтан.

Кто и когда придумал столь впечатляющий фокус в древнем Китае, историкам, ясное дело, неведомо. Ныне же эти необычные фонтаны в гудящей бронзовой чаше демонстрируют как очень эффектное, но в то же время и вполне понятное для науки следствие физики волн. Из-за трения мокрых пальцев в сосуде происходят ритмичные колебания его стенок, порождающие волны на поверхности воды. Прямые и отражённые от стенок волны складываются, из-за интерференции волн и формы сосуда амплитуда колебаний воды в определённых точках поверхности многократно возрастает. Образуются так называемые стоячие волны, в условиях тазика похожие на струйки небольших фонтанов.

В условиях же идейно похожих экспериментов учёных с большим бассейном воды удаётся порождать мощный водяной столб высотой несколько метров…

Источники:

Martijn Oei et al. «Black hole jets on the scale of the cosmic web«. Nature, 19 Sep 2024
Gargantuan black hole jets are biggest seen yet. By Whitney Clavin. Caltech News, 18 September 2024
Martijn Oei Earns Honours PhD on Black Holes as Gigantic Volcanoes. By Rianne Lindhout. Mirage News, 21 Dec 2023
Somerville Student Discovers Black Hole Jet Systems. Oxford News, 19 September 2024
Chinese Water Spouting Bowl. Colorado State University, Department of Physics. Resonance in Plates, Bars, Solids

Дополнительное чтение :

От Ферми до Альвена и Зельдовича, или Анатомия научного обмана
Додекаэдрон, СинХрон и Лохотрон
Формы музыки [kn:4D]

#

Волны, вихри, васцилляция Хайда: от ядерной физики до чёрных дыр

Как и почему это интересное совпадение произошло, никто нам, наверное, не объяснит. Но факты таковы, что в том же самом выпуске журнала Nature от 19 сентября 2024, где опубликован материал про гигантский джет Порфирион, по соседству напечатана статья учёных-экспериментаторов, открывших новые волновые феномены в парадоксальной и до сих пор плохо понимаемой физике жидкостей. Если же присмотреться повнимательней, то эти опыты с водой определённо помогают прояснить и многое другое. От загадок ядерных взаимодействий до удивительной природы космологических джетов.

Статья учёных-экспериментаторов носит краткое название «Трёхмерное обрушивание волны» . И чтобы столь же кратко, но информативно донести важность данной работы, полезно уточнить, сколь новые вещи эти три вроде бы хорошо знакомых по отдельности слова помогают открывать, если употребляются в совокупности.

Волны. Изучение физики волн здесь происходило на уникальной исследовательской установке FloWave Ocean Energy Research Facility в Эдинбургском университете, Шотландия. Конструктивно это круглый бассейн воды диаметром 25 метров и глубиной 2 м, который по всему периметру обрамляют 168 «волнопродукторов», позволяющих очень гибко порождать в бассейне волны и течения, распространяющиеся одновременно в любых направлениях.

Трёхмерность. Обычно подобные опытовые бассейны учёных порождают волны, распространяющиеся лишь в одном направлении, из-за чего волновая картина экспериментов оказывается по сути двухмерной. Аналогично, для теоретических расчётов этой гидродинамики используются двухмерные уравнения Навье-Стокса, поскольку трёхмерный их вариант сложен до такой степени, что решать их аналитически просто не умеют. Если же использовать трёхмерные возможности установки FloWave (2D по горизонтали и 1D по вертикали), то здесь в экспериментах порождаются такие «невозможные» прежде эффекты, которые не предсказывают решения уравнений и не воспроизводят традиционные – линейные – волнопродукторы.

Обрушивание, как принципиально важный эффект в динамике волн, порождающий резкий и мощный перенос энергии, не только вызывает особо пристальный интерес учёных, изучающих океан, но и остаётся таким природным явлением, физика которого до сих пор понята далеко не полностью. В частности, на протяжении многих десятилетий не удавалось удовлетворительно объяснить так называемые волны-убийцы, то есть экстремальной высоты волны, неожиданно возникающие при относительно малых волнениях моря. Ибо традиционные теоретические расчёты и опыты предсказывали обрушивание растущих волн до того, как они набирают столь опасную высоту.

Теперь же, в экспериментах с трёхмерным обрушиванием волн в условиях FloWave (более достоверно воспроизводящих реальную физику океана), было продемонстрировано, почему на самом деле в природе экстремальные волны оказываются вполне возможны. В условиях, когда волны сходятся и накладываются друг на друга с разных сторон, максимальная высота результирующей волны может оказываться в несколько раз выше той, которую предсказывает 2D-теория. Более того, даже после обрушивания верхушки, такого рода экстремальные волны могут не опадать (как принято обычно считать), а продолжают расти и дальше…

Исследовательская установка FloWave обеспечивает учёных интересными открытиями на протяжении уже около 10 лет. В многочисленных статьях, подготовленных на основе опытов с этим прибором, рассказывается о том, насколько важны такие эксперименты для лучшего понимания процессов переноса энергии в океане, для предотвращения аварий в открытом море, для предсказаний погоды и перемен климата.

О чём же в контексте FloWave не пишут практически никогда, так это о важной роли подобных гидродинамических экспериментов для лучшего понимания природы на всех её масштабах – от ядерной физики до феноменов космоса (в частности, загадочной физики чёрных дыр).

Если говорить, скажем, о слабых ядерных взаимодействиях, то ключевым феноменом в этой области является спонтанный бета-распад нейтрона на протон и электрон (плюс анти-нейтрино). Но если вы поинтересуетесь, как наука объясняет механизм этого важнейшего природного явления, то обнаружите, что картина с пониманием до сих пор остаётся тут весьма мутной и неудовлетворительной. И практически наверняка будет оставаться такой и дальше, пока для объяснений не начнут привлекать гидродинамику волн-осциллонов, жонглирующих каплями, и спонтанное порождение волн экстремальных.

Если же говорить о природе сильных ядерных взаимодействий, то здесь доминирующая теория по давней традиции выстроена на концепции принципиально ненаблюдаемых частиц, кварков и глюонов, придуманных для объяснения разлёта осколков в ускорителях. О том, что данная теория совершенно не способна объяснить силы притяжения, обеспечивающие целостность и стабильность атомных ядер, все, в общем-то в курсе, но данный возмутительный факт почему-то принято считать несущественным.

Совершенно иной взгляд на природу сильных ядерных взаимодействий предоставляют известные феномены гидродинамики, начиная с парадокса Бернулли и заканчивая васцилляцией Хайда. Этот иной взгляд не только выводит науку на естественное объяснение для ядерных сил притяжения, но и вполне позволяет сохранить ценности уже наработанного математического инструментария теоретиков.

Потому что в терминах васцилляции Хайда (а также известных результатов Эйлера — Арнольда) кварки и глюоны оказываются вовсе не частицами с никогда не наблюдаемыми в природе свойствами, а специфическими особенностями вращения жидкости. Которая в подходящих условиях порождает сменяющие друг друга фазы микровихрей (кварков) и регулярных волн (глюонов).


На илл.: Сменяющие друг друга формы вихрей – как фазы васцилляции (качания) – во вращающейся жидкости

А поскольку универсальный феномен васцилляции Хайда наблюдается на всех масштабах природы – от устройства частиц до атмосферы планет и физики звёзд – вряд ли удивительно, что характерные признаки этого феномена можно увидеть и на снимках чёрных дыр. Так, уже самая первая фотография чёрной дыры в центре нашей галактики предоставила вполне различимую структуру вращающегося объекта с тремя яркими вихрями-уплотнениями…

Пока что, правда, привлекать для объяснения этой картины васцилляцию Хайда совершенно не принято. Ибо любое упоминание данного феномена находится под запретом очень строгого научного табу. Наложенного неизвестно кем, но почему-то послушно в мире учёных соблюдаемого.

Для того, однако, чтобы наука могла двигаться дальше – в наше другое будущее – табу на васцилляцию Хайда придётся отменить. Если учёные не считают себя людьми религиозными, то сделать это совсем несложно – просто перестав обращать на запрет внимание. Трактуя его как прочие суеверия и предрассудки прошлого.

(Попутно же никак нельзя не отметить великую космическую иронию в том, что на протяжении многих лет единственным, фактически, содержательным источником информации о васцилляции Хайда в интернете были Доклады Папской академии наук в Ватикане… )

Источники:  

Mark McAllister et al, Three-dimensional wave breaking. Nature, 19 Sep 2024
M.L. McAllister et al, Wave breaking and jet formation on axisymmetric surface gravity waves, Journal of Fluid Mechanics (2022)
Raymond Hide. Geomagnetism, vacillation, atmospheric predictability and deterministic chaos. In ”Paths of Discovery”, Pontifical Academy of Sciences, Acta 18, Vatican 2006
First image of black hole at the heart of Milky Way. By Juan Siliezar. Harvard News, May 12, 2022

Дополнительное чтение:

Парадоксальный принцип Бернулли: Как это действует? [kn:55]
Васцилляция Хайда: Похоже на атмосферу [kn:46] ; Васцилляция Х, научные табу и просто совпадения
Математика Арнольда и кварки из уравнений Эйлера: Живая материя как дуальность частица-вихрь

 

#

Язык воды для для астрофизики и живая киматика Ханса Йенни

Историю идеи о том, что физика жидкостей предоставляет богатые и интересные аналогии для загадочной природы чёрных дыр, обычно принято отсчитывать с 1981 года. Ибо в тот год канадский теоретик Уильям Унру обнаружил и показал, что внешнее сходство между черной дырой и воронкой воды, вытекающей из резервуара через отверстие — это больше, чем просто наглядная картинка.

Несколько упростив задачу, Унру продемонстрировал, что уравнения, описывающие распространение волн квантовых полей вблизи чёрной дыры, идентичны тем уравнениям, которые описывают распространение волн в воде, вытекающей через отверстие. Эта работа, можно сказать, предоставила научное обоснование для большой серии последующих теоретических и экспериментальных исследований, привлекающих гидродинамические процессы для изучения и лучшего понимания феноменов чёрных дыр.

Но хотя собственно идее скоро будет уже полстолетия, реально заметный рост интереса учёных к изучению симуляторов чёрных дыр в резервуарах с жидкостью отчётливо обозначился лишь сравнительно недавно, во втором десятилетии нынешнего века. Оборудование для подобных экспериментов обычно выглядит как небольшой бассейн размером с теннисный стол, где вода вытекает через отверстие по центру и тут же подаётся обратно в резервуар. Иначе говоря, система находится в состоянии динамического равновесия, поскольку воды подаётся столько же, сколько вытекает, ну а физика «симулятора чёрной дыры», находящегося в центре бассейна, устроена следующим образом.

По мере того, как вода при вытекании приближается к отверстию слива, скорость её течения увеличивается. Когда же на поверхности воды порождаются волны, то можно говорить о двух важных скоростях: скорость распространения волны и скорость течения воды. Вдали от стока скорость волны намного больше, чем скорость жидкости, так что там волны могут распространяться в любом направлении. Но вот около отверстия стока, однако, ситуация радикально меняется. Здесь скорость жидкости намного больше скорости волны, так что волны увлекаются течением воды в отверстие, даже если они имели направление распространения в противоположную сторону.

Именно так, собственно, и воспроизводится аналог космической чёрной дыры в скромных условиях настольного опыта. В реальных чёрных дырах астрофизики гравитация устроена как сильное искривление пространства-времени, захватывающее материю и не позволяющее покинуть дыру волнам любого рода, включая и волны света. В гидродинамическом симуляторе аналог чёрной дыры устроен так, что волны на поверхности жидкости не могут покинуть вихревую воронку, формирующуюся вокруг слива…

В течение последнего десятка лет с опорой на подобные эксперименты-аналогии учёным удалось подтвердить целый ряд интересных феноменов, предсказывавшихся для физики чёрных дыр сугубо теоретически. Главной же претензией оппонентов к такого рода опытам была и остаётся бесспорно классическая природа этих гидродинамических симуляторов. Что же касается реальных чёрных дыр, то они привлекают обострённый интерес учёных прежде всего как объекты, уникально соединяющие в себе эффекты квантовой физики и гравитации.

Формулируя то же самое чуть иначе, особый интерес для науки представляли бы такие гидродинамические симуляторы чёрных дыр, которые устроены на основе квантовой, а не классической физики. Именно такого рода аппараты и начинают появляться прямо сейчас.

В частности, в апреле 2024 журнал Nature (Issue 8006) опубликовал статью под названием «Сигнатуры вращающегося сильно искривлённого пространства-времени у гигантского квантового вихря» .


На илл.: Криогенная установка для формирования стабильного гигантского квантового вихря

Для понимания значимости этого достижения экспериментаторов, работающих с криогенной техникой, прежде всего следует пояснить, что означают слова «гигантский квантовый вихрь». Ибо все сверхтекучие вещества, отчётливо демонстрирующие квантовые свойства материи в условиях охлаждения до супер-низких температур, при их закручивании в контейнере специальной «мешалкой» обычно никогда не формируют единый – гигантский – вихрь. Вместо этого порождая великое множество «квантов циркуляции» или точечных вихрей. И даже если удаётся собрать эти микровихри в один большой, он оказывается крайне неустойчивым – как в теории, так и в экспериментах.

Нынешнее же достижение именно тем и замечательно, что здесь учёным удалось сконструировать такую хитроумную установку, где сверхтекучий гелий при температуре полтора Кельвина формирует стабильный гигантский вихрь, собранный из многих тысяч квантовых микровихрей. В опытах с этой установкой уже обнаружены весьма замысловатые взаимодействия между волнами и вихрями, что открывает новые перспективы для исследования переходов системы между квантовыми и классическими вихревыми состояниями. Не говоря уже об очевидно новой и интересной роли у сверхтекучего гелия – в качестве наглядного симулятора для квантовой физики вращающегося и сильно искривлённого пространства-времени.

Практически во всех опытах с вихревыми воронками жидкости принято по умолчанию предполагать, что для начала жидкость следует принудительно закрутить той или иной «мешалкой». Ибо, согласно базовым уравнениям гидродинамики, само по себе вихревое движение образоваться в системе без вращения не может.

Природа, однако, устроена во многом иначе, нежели наши базовые уравнения. Множество достоверных фактов на данный счёт собрано в большом материале «Чудеса инженерии Флоке» . Здесь же, однако, полезно напомнить о других фактах – давным-давно полученных и собранных даже не учёным-физиком, а врачом и художником по имени Ханс Йенни (1904-1972).

Яркие и впечатляющие эксперименты этого исследователя-дилетанта, демонстрировавшего поразительное многообразие свойств и форм вибрирующих материалов (порошков, пудр, паст, жидкостей и т.д), с огромным энтузиазмом были восприняты в творческой среде музыкантов, художников и дизайнеров. Но не вызвали, однако, абсолютно никакого интереса у «настоящих учёных».

В главе Книги Новостей «Формы музыки» можно найти подробности этой поучительной истории. О непосредственных взаимосвязях науки Киматики (от греческого «кима» – волна), созданной Хансом Йенни, с «фигурами Хладни» и прочими уникальными исследованиями учёного-самородка XVIII века. Об очевидных соответствиях между формами, порождаемыми вибрациями звуков, и формами разнообразных объектов природы – от электронных оболочек атомов до растений и других живых организмов.

Лишь одни картины того, как под действием вибраций на мембране сами собой формируются замысловатые симметричные фигуры, напоминающие живую природу, производят на зрителей сильнейшее впечатление. Но при этом Йенни обнаружил и другой интереснейший факт. Хотя в большинстве случаев такие фигуры имеют устойчиво статичный характер, при определённых сочетаниях из собственных свойств материала и частоты / амплитуды колебаний мембраны происходит ещё одно «научное чудо». В этих особо подобранных условиях порождаемые вибрацией формы могут изменяться и находиться в движении непрерывно – несмотря на постоянные параметры системы.

Для случая жидкостей, в частности, вибрации порождают вихревое движение – спирали и волнообразные структуры в состоянии непрерывной циркуляции.


На илл.: Вихревое движение жидкости, порождаемое исключительно вибрацией

Один из активных последователей Ханса Йенни, неустанно занимающихся продвижением данных результатов в коллективное сознание народа, описывает эти впечатляющие опыты так:

Всего несколько секунд наблюдая эксперименты Йенни, где слышимые для уха звуковые частоты оживляют прежде инертные порошки, пасты и жидкости, превращая их в похожие на живые перетекающие формы, предоставляют редкую возможность своими глазами увидеть скрытую динамику природы.

Отчётливое подобие этих паттернов стоячих волн формам цветов, растений, животных указывает нам на универсальность механизмов творения. Непосредственно наблюдая процессы, приводящие эти формы к существованию, получаешь мощную идею о том, как продвинутая сеть вибраций работает для создания того мира, который мы воспринимаем в ощущениях…

Источники:

W. G. Unruh, Experimental black-hole evaporation?, Phys. Rev. Lett. 46, 1351–1353 (1981)
C. Barceló et al. Analogue gravity, Living Rev. Relativ. 14, 3 (2011)
Patrik Švančara et al. Rotating curved spacetime signatures from a giant quantum vortex. Nature volume 628 Issue 8006, 4 April 2024, pp 66–70
Hans Jenny. Cymatics: A Study of Wave Phenomena and Vibration, 2001 MACROmedia Publishing, NH USA
Jeff Volk. Cymatics: Insights into the Invisible World of Sound. The Quester, Summer 2009 issue

Дополнительное чтение:

Формы музыки [kn:4D]
Чудеса инженерии Флоке: часть 1, часть 2, часть 3

 

#

Мегаструктуры космоса, ячейки Бенара и космологическая сцепленность квазаров

Идеи о мощном творческом начале в основах природы и о вселенной как живом сверхразумном организме практически идеально сочетаются с одним красивым, но возмутительно еретическим и строго табуированным в науке открытием. Суть которого в том, что космос имеет компактную и многосвязную топологию с признаками характерной ячеистой структуры – как у додекаэдрического пространства Пуанкаре.

Причину табу, естественно, никто не объясняет. Но и без того совершенно ясно, что додекаэдр Пуанкаре, замыкающий 3-мерное пространство в компактную форму типа ленты Мёбиуса или «зала зеркал» Шеннона, довольно плохо (точнее, абсолютно никак не) сочетается с теми взглядами на устройство космоса, что доминируют в современной науке.

Ибо все утвердившиеся научные теории о вселенной в качестве своего фундамента имеют так называемый «космологический принцип». Который никто и никогда не доказывал, поскольку по традиции его принято считать самоочевидным. И согласно которому Космос, выражаясь попроще, при взглядах во все стороны должен выглядеть одинаково. То есть быть однородным и не иметь в своей структуре никаких особых мест, принципиально отличающихся от прочих.

Выражаясь аккуратнее, космологический принцип допускает, конечно же, существование индивидуальных особенностей типа звёздных систем, галактик и галактических кластеров – но только для относительно «небольших» масштабов порядка одного миллиарда световых лет. На всех же более далёких расстояниях космологический принцип очень жёстко требует однородности пространства и равномерного распределения материи – без каких-либо отчётливых структур и пустот.

На основе этого принципа и эйнштейновой теории гравитации (ОТО) для описания природы и истории вселенной в её наиболее крупных масштабах теоретиками разработана сравнительно простая и очень гибкая «стандартная космологическая модель», способная математически подогнать и обосновать по сути дела любые из имеющихся экспериментальных данных и наблюдений астрофизиков.

Согласно этой «стандартной» модели, всё, что есть в мире, появилось из ничего в результате Большого Взрыва и с тех пор разлетается всё быстрее в разные стороны. В итоге же, на самых крупных масштабах, распределение материи во вселенной почти однородно, а геометрия пространства является плоской – как в школьных учебниках со времён Евклида…

Так, в самых общих чертах, принято представлять публике достижения современной науки в области космологии. Большая проблема, однако, заключается в том, что вместе с прогрессом технологий и увеличением наблюдательных возможностей у астрономов ныне набирается всё больше и больше фактов, доказывающих прямо противоположное. Такого рода фактами, в частности, являются отчётливые наблюдения гигантских мегаструктур, имеющих размеры порядка и двух миллиардов, и четырёх миллиардов световых лет и даже более того.

Гигантская пустая область-супервойд в сети галактических кластеров, заполняющих космос. Колоссальных размеров цепочка квазаров, протяжённостью в несколько миллиардов световых лет. Кольцо, образованное вспышками гамма-излучения высокой энергии, и растянувшееся на 6 процентов всей наблюдаемой человеком вселенной. Если верить теории, то ничего подобного в небе быть не должно. Однако, это определённо есть. И главное, это ещё далеко не всё…

Весной 2023 года научный журнал Classical and Quantum Gravity опубликовал большущую, почти на сотню страниц обзорную статью под деликатно вопросительным названием «Согласуется ли наблюдаемая Вселенная с космологическим принципом?» . Большой коллектив авторов статьи насчитывает свыше двух десятков учёных из 25 институтов Европы, Азии и Америки, а общий вывод их большой работы, анализирующей новейшие данные астрономических наблюдений, сформулирован хоть и предельно вежливо, но смысл имеет вполне отчётливый: НЕТ, не согласуется.

Здесь, конечно же, не место для подробного рассказа об этой весьма объёмной и плотно насыщенной данными работе. Однако про один из особо интересных разделов – о крайне загадочной согласованности осей квазаров, находящихся друг от друга на гигантских космологических расстояниях – рассказать, хотя бы вкратце, будет полезно.

Но прежде, для лучшего понимания взаимосвязей этой темы с «универсальным языком воды», надо рассказать о гидродинамическом феномене под названием Ячейки Бенара. Собственно феномен был экспериментально открыт молодым французским физиком Анри Бенаром (1874-1939) свыше столетия тому назад – в 1900 году.

Обнаруженное Бенаром явление можно продемонстрировать с помощью совсем нехитрого оборудования, вроде сковородки с плоским дном и масла, налитого на её дно тонким слоем. При подогреве дна сковороды в однородном поначалу слое жидкости образуются конвективные потоки хаотически-беспорядочного вида. Однако, как установил Бенар, при определённых соотношениях параметров системы – толщины слоя, площади поверхности, вязкости жидкости – конвективные потоки вдруг самоупорядочиваются и образуют регулярную, похожую на пчелиные соты структуру из ячеек правильной шестиугольной формы.

Внутри каждой такой ячейки жидкость поднимается по центру и опускается по граням, так что в целом поведение ячейки аналогично вихревому кольцу. Сегодня этот эксперимент чаще всего приводят в качестве одной из наиболее ярких иллюстраций феноменов самоорганизации в природе. Но при этом, несмотря на столь солидный возраст открытия и срок изучения, научная общественность до сих пор так и не сумела выработать общепринятый взгляд на природу этого интересного явления.

Яркие примеры того, сколь серьёзно расходятся тут во взглядах разные учёные, дают соответствующие статьи Википедии на разных языках планеты. Начать надо с того, что так как есть – в статье «ячейки Бенара» – рассказывается о феномене лишь в половине вики-статей, начиная с французскоой Cellules de Bénard .

В другой половине Википедии, начиная с крупнейшего англоязычного раздела, про то же самое рассказывает вики-статья «Конвекция Рэлея-Бенара». В русском же разделе, хотя статья на французский манер называется «Ячейки Бенара», однако о «вторичности» эффекта и о его «подлинной природе» рассказывается с опорой на текст английской Википедии в следующем пассаже:

Ячейки Бенара или Рэлея-Бенара — возникновение упорядоченности в виде конвективных ячеек <…> правильной гексагональной формы, внутри которых жидкость поднимается по центру и опускается по граням ячейки. Такая постановка эксперимента исторически была первой, однако на самом деле здесь наблюдается конвекция Марангони, возникающая за счёт действия сил поверхностного натяжения и зависимости их от температуры жидкости.

Наконец, в вики-статье на немецком языке, где о ячейках Бенара рассказывает статья Rayleigh-Benard-Konvektion, в первых же строках подчёркивается в корне иная интерпретация:

Конвекция Рэлея-Бенара является примером самоорганизующихся структур и теории хаоса. Это не следует путать с эффектом Марангони, который основан на поверхностном натяжении.

Из этой неразберихи с существенно разными трактовками одного и того же давно известного феномена несложно понять, что Ячейки Бенара как наглядный пример гидродинамической самоорганизации в природе кому-то сильно хочется трактовать как-нибудь по-другому. Не ячейки, а эффект конвекции, и не Бенара, а Марангони…

Не будем гадать, кому и почему так хочется. Вместо этого просто отметим, что в упомянутом выше критическом отчёте астрофизиков (где о табуированном додекаэдрическом пространстве Пуанкаре нет ни слова) признаки Cellular Structure, то есть «ячеистой структуры» Вселенной упоминаются лишь единственный раз – в контексте загадочной согласованности в ориентации квазаров.

Статья об открытии «Согласованности поляризации квазаров с крупномасштабной структурой вселенной» была опубликована в 2014 году. И рассказывала о новых результатах наблюдений ESO, Европейской Южной обсерватории в Чили, позволивших выявить такую крайне загадочную согласованность в ориентации квазаров, которая в совокупности cформировала структуру, превосходившую по размерам все прочие, из когда-либо обнаруженных во Вселенной.

Квазары (в современном понимани термина наукой) — это галактики с очень активными супермассивными чёрными дырами в своих центрах. Квазары могут светить более ярко, чем все остальные вместе взятые звёзды в галактике.

Астрономы изучили комплекс 93 квазаров, в совокупности образующих структуру протяжённостью в несколько миллиардов световых лет. Но несмотря на то, что эти квазары разделяют расстояния в миллиарды световых лет, направления их осей вращения каким-то неясным пока образом согласованы друг с другом так, что спины квазаров оказываются параллельны друг другу.

Достоверно установив факт согласованной ориентации квазаров, команда исследователей углубила поиски, чтобы выяснить, можно ли оси вращения квазаров каким-то образом связать со структурой крупномасштабной космической сети.

Новые результаты наблюдений показали, что спины квазаров действительно имеют отчётливую тенденцию быть параллельными тем филаментам космической сети, в которых они расположены. Иначе говоря, если квазары находятся в составе длинной нити сети, то спины чёрных дыр в их центрах сориентированы вдоль этих филаментов. Согласно статистическим оценкам исследователей, вероятность того, что такая согласованность является случайным совпадением, оказывается меньше 1 процента…

Для учёных вполне понятно, что такого рода факты и структуры никак не вписываются в общепринятую космологическую модель. И требуют объяснений на основе каких-то существенно новых подходов.

Гидродинамическую концепцию ячеек Бенара, насколько можно судить, пока что в научном мире не предлагает для этого никто. Однако, именно этот феномен предоставляет пусть и не объяснение, но весьма полезную наглядную аналогию для лучшего понимания целого множества загадочных вещей на всех масштабах природы. Включая не только мегаструктуры космоса или загадки квантовой сцепленности частиц, но и механизмы в основах синхроний или телепатии.

Источники:

Pavan Kumar Aluri et al. Is the observable Universe consistent with the cosmological principle? (2023) Classical and Quantum Gravity, Volume 40, Number 9, 094001
D. Hutsemékers et al. Alignment of quasar polarizations with large-scale structures. Astronomy & Astrophysics, 19 November 2014
Spooky Alignment of Quasars Across Billions of Light-years. ESO Press Release, 19 November 2014

Дополнительное чтение:

Про красивое открытие и поспешное закрытие додекаэдрического пространства Пуанкаре в основах топологической структуры вселенной:
Загадка додекаэдра [kn:60]  ; Аномальные факты и структуры [kn:63] ; Додекаэдрон и Лохотрон
Про ячейки Бенара и ячеистую структуру вселенной:
Супержидкий кристалл [kn:65];
Конвективная геометрия [kn:6D]

#

Биологическая сцепленность китов на расстоянии сотни километров

В одном из недавних выпусков научного журнала физиков Physical Review Research опубликована не совсем обычная для подобных изданий статья экологов-океанологов «Синхронизация гренландских китов» . Точнее говоря, людям несведущим на первый взгляд может показаться, что тема о важности изучения этих огромных животных для экологии океана и об особенностях длительных погружений китов в поисках планктона выглядит как-то далековато от исследований физики.

На самом деле, однако, и сугубо физических интересных проблем в этой теме немало, о чём во вступлении к статье сказано так:

Колебательные системы являются основным предметом нелинейной динамики. Кита можно эффективно рассматривать как хаотичный самоподдерживающийся генератор колебаний (т.е. непериодичный и колеблющийся без внешнего воздействия), который балансирует в своём поведении между потребностью в кислороде (на поверхности) и потребностью в пище (на глубине).

Пометив 12 гренландских китов маячками спутниковой связи, учёные Японии и Дании использовали методы исследований систем динамического хаоса для того, чтобы выявить закономерности в коллективном поведении животных. Обычно представляющемся не только совершенно беспорядочным, но и происходящем на очень больших дистанциях, поскольку усатые киты практически всегда плавают поодиночке.

Самым замечательным, бесспорно, из тех результатов учёных, что описаны в данной работе, стало открытие поразительно синхронного поведения китов в их глубоководных ныряниях и всплытиях, когда они разделены друг с другом огромными расстояниями порядка сотни километров.

В частности, для одной из пар китов было установлено, что животные отчётливо синхронно ныряли на глубину в течение семи дней подряд. Поскольку столь впечатляющая синхронизация поведения происходила в пределах диапазона акустической связи между китами, учёные делают вывод, что именно звуковые сигналы и обеспечивают их столь согласованные действия.

С другой стороны, исследователи признают, что никаких акустических записей они не производили, поскольку технически это остаётся и сегодня чрезвычайно сложной задачей. Ибо требуется не только фиксировать издаваемые китами звуки на огромной акватории, но и понимать, что именно они означают и кому именно они обращены…

Иначе говоря, реальный механизм, обеспечивающий столь согласованные действия китов на озадачивающе больших расстояниях, пока что представляется для науки загадкой. Примерно такого же порядка загадкой, как, скажем, удивительный феномен мурмурации птичьих стай. Которые согласованно выстраивают в небе не только впечатляющие динамические картины, но и, что особо поразительно, нередко могут собираться в форму одной гигантской птицы. С древних времён известной в народе как царь птиц Симург.

Источники:

E. Podolskiy, J. Teilmann, M. Heide-Jørgensen. Synchronization of bowhead whales. Physical Review Research 6, 033174 (2024)
Long-distance relationship revealed in the seemingly random behavior of bowhead whales. Hokkaido University Press Release, August 09, 2024
How Did Two Bowhead Whales That Were 60 Miles Apart Sync Their Diving? By Joanna Thompson, Smithsonian Magazine, October 2, 2024

Дополнительное чтение:

Мифический Симург, язык птиц и логика науки
Значимые совпадения, они же синхроничности

#  Окончание следует  #