Живая физика сверхтекучести (и причем тут гравитация)

(Октябрь 2018, текст  idb )

Если анализировать новости науки методами OSINT, то есть разведки открытых источников информации, то происходит занятная вещь. Обнаруживается, что самое интересное в новых открытиях – это то, о чем упоминают мимоходом или вообще предпочитают умалчивать…

За последние три-четыре года учеными сделан целый ряд весьма примечательных открытий в пока еще совсем новой и малоизведанной области исследований, носящей название физика активной материи. Чуть иначе то же самое часто именуют «живая материя». [r1][r2]

Суть особо интересующих нас открытий заключается в том, что практически одновременно сразу на двух направлениях – экспериментально и теоретически – удалось продемонстрировать, каким образом живая материя при комнатной температуре воспроизводит феномен сверхтекучести. То есть давно известное, но по-прежнему во многом загадочное физическое явление, обычно наблюдаемое в квантовых жидкостях лишь при очень низких температурах около абсолютного нуля.

Жизнь и физика активной материи

Дабы лучше понимать, в чем именно заключаются особенности и важность нынешних открытий, прежде имеет смысл чуть поближе познакомиться с собственно новой областью исследований. Потому что живая или активная материя – это, во-первых, довольно специфическая форма существования вещества, в прежние времена для фундаментальной физики практически никакого интереса не представлявшая.

Во-вторых же, и это самое главное, активная или живая материя по сути дела во всех своих проявлениях демонстрирует такую физику, которая НЕ является ни классической-ньютоновой, ни квантово-механической. То же самое можно сформулировать и по-другому. Базовые элементы живой материи находятся полностью в области физики классической, но при этом демонстрируют в макро-масштабе разнообразные феномены микро-физики квантовой. Причем внешне феномены живой материи нередко выглядят как очевидное нарушение фундаментальных догм в основах физической науки – вроде законов сохранения или начал термодинамики…

Факты конфликтов с догмами, впрочем, ученые предпочитают не афишировать, дабы без помех продолжать занятия своей наукой, а не отбиваться от беспочвенных обвинений в ереси. Абсолютно беспочвенных обвинений, следует подчеркнуть, поскольку чуть более глубокий разбор подобных феноменов позволяет показать, что никаких посягательств «на святое» тут нет. Дабы не запутывать картину нюансами и деталями, исследователи живой материи просто предпочитают всегда заранее подчеркивать, что вовсе не занимаются антинаучными чудесами, а работают полностью в рамках общепринятых законов физики.

Что же включает в себя интересующая нас область исследований под общим названием «активная материя»? В первую очередь, это широкое разнообразие биологических систем – начиная от гелей-цитоскелетов живых клеток, смесей клеточных экстрактов или бактериальных растворов-суспензий, и вплоть до коллективного поведения роя пчел, косяков рыб или больших птичьих стай.

Другая обширная часть той же области – это «формально-не-живая» активная материя, характерные особенности которой стабильно отмечаются в следующих условиях. В подвергаемых регулярным вибрациям гранулированных материалах и вязких жидкостях. В коллоидных растворах, где наномасштабных размеров частицы способны самостоятельно двигаться сквозь жидкость из-за каталитических реакций, происходящих на их поверхности. В скоплениях роботов, наконец, где самопроизвольно порождаются взаимодействия типа роевого поведения насекомых или стаи животных.

Читать «Живая физика сверхтекучести (и причем тут гравитация)» далее

Природа самообмана в точных науках

(Июль 2018, сюжеты idb)

Золотой юбилей одной большой научной теории – как повод для рассказа об очень серьезной, хотя и не смертельной болезни фундаментальной физики.

Man Holding Ice Pack On Head.

«Теория Всего» без наблюдений, опытов и предсказаний

С 25 по 29 июня 2018 в Японии, в стенах Института науки и технологий на острове Окинава, проходила очередная научная конференция физиков-теоретиков Strings 2018 . Такого рода масштабные встречи ученых специалистов со всего мира проходят в самых разных местах планеты ежегодно, однако нынешний форум был весьма особенным. По той причине, прежде всего, что нынешний год – это дата «золотого юбилея» или 50-летия струнной теории.

Открывая конференцию, глава её оргкомитета Хироши Оогури характерно неудачно пошутил по поводу одной весьма болезненной для теории струн темы. Отметив, что организаторы весьма тщательно спланировали время проведения форума именно на такой период, когда сезон дождей уже закончился, Оогури тут же решил сострить: «И кто же теперь может говорить, будто струнные теоретики не делают никаких предсказаний?».

Неудача с шуткой стала очевидна очень скоро. Едва торжественная часть заседания сменилась перерывом на ланч-перекус, как тут же начался сильнейший тропический ливень. Природа и её погода опровергли даже такое предсказание ученых-физиков, которое вообще никак не опиралось на уравнения их струнной теории…

Для всех, кто смутно представляет себе особенности нынешней жизни большой теоретической науки, сразу же надо подчеркнуть такой факт. Теория струн – это в высшей степени примечательная, в некотором смысле даже уникальная разновидность фундаментальной физики.

Читать «Природа самообмана в точных науках» далее

Долгое возвращение «эмпэ» Бронштейна

(Март 2018, сюжеты НБКР)

Будущее наступает незаметно (как многие наслышаны, вероятно). Но услышать мимоходом от кого-то затертую до банальности народную мудрость – это одно, а вот осмысленно наблюдать собственными глазами, как именно происходят великие и в то же время незаметные перемены в науке – это совершенно другое.

В первых числах марта сразу на двух широко известных веб-сайтах – почти одновременно и абсолютно независимо друг от друга – появились публикации о разных новейших достижениях на передовых рубежах физической науки. Объединяет же статьи то, что центральным персонажем данных материалов является один и тот же человек из весьма отдаленного прошлого. Некто Матвей Петрович Бронштейн (для близких «Митя» и, как правило, просто «эм пэ» для остальных). Один из самых выдающихся, ярких и разносторонних теоретиков ранней советской науки, трагически погибший совсем молодым еще человеком в конце 1930-х годов…

Первая из публикаций этой пары – научно-популярная статья  на сайте солидного издания Quanta Magazine – посвящена новым идеям и затеям в области физики экспериментальной. Статья другая – сугубо теоретического прогнозно-обзорного характера – появилась на сайте научных препринтов Arxiv.org.

И если принять во внимание тот факт, что за всю четверть-вековую историю проекта Arxiv.org среди исчисляемых уже миллионами статей здесь появилось всего лишь три (не считая самую свежую) работы, посвященных освоению научного наследия Матвея Бронштейна, а в новостях мировых СМИ (согласно поисковику Google) за все последние годы имя этого ученого вообще нигде и никем не упоминалось ни разу (помимо нынешнего), то выявленное здесь совпадение выглядит по меньшей мере примечательным.

С учетом же того, что комплекс идей, выдвинутых и разрабатывавшихся Бронштейном свыше 80 лет назад, именно сейчас выходит в физике на самые передовые рубежи научных исследований, несложно сообразить, наверное, что синхронный дуплет нынешних публикаций – это событие вовсе на случайное. А отражающее дух времени, что называется. Или другими словами, событие, определенно достойное внимания и более тщательного рассмотрения.

Читать «Долгое возвращение «эмпэ» Бронштейна» далее

Новый канал связи «вода-воздух»

(Январь 2018, сюжеты НБКР)

Любопытная новость в развитие предыдущего материала – из области инструментальных транс-коммуникаций между средами с разными физическими свойствами.

Сконструированный учеными новый материал способен эффективно передавать звуки между водой и воздухом – причем в ту и другую сторону.

Вода имеет намного большую плотность, чем воздух, и передает звук с большей скоростью. Для физики распространения волн это несоответствие скоростей означает, что когда звук, проходящий в воде, достигает её границы с воздухом, то свыше 99,8% звуковой энергии отражается обратно интерфейсом между разными средами.

Дабы улучшить передачу звукового сигнала из одной среды в другую, коллективом корейских ученых из университета Yonsei в Сеуле создан особая «метаповерхность». То есть специфической структуры материал, состоящий из массива крошечных элементов, позволяющих изменять форму сигнала весьма особенным образом, чего обычные естественные материалы делать не могут.

Когда звуковые волны, приходящие из воды, достигают поверхности «приемопередатчика» из этого материала толщиной 4,8 миллиметра, то там они проходят по особым каналам–цилиндрам, каждый из которых содержит наполненную воздухом полость и латексные мембраны.

Благодаря такой конструкции «метаповерхности», звуковые волны, отражающиеся от различных частей структуры, взаимодействуют друг с другом так, чтобы сокращалось общее отражение энергии обратно в воду. Результатом же такого перераспределения энергии становится то, что сигнал вторичной волны, передаваемой в воздух, усиливается примерно в 160 раз, так что теперь в среду воздуха переходит 30% исходной энергии звука.

Среди потенциальных областей применения новой технологии авторы упоминают морскую биологию, поскольку теперь есть возможность применять уже имеющиеся чувствительные микрофоны, разработанные для работы воздухе, для выявления, записи и анализа звуков подводных.

#

Идейно похожая конструкция пассивного приемо-передатчика на основе цилиндрической полости и мембраны была изобретена Львом Терменом в 1940-е годы – для работы в качестве подслушивающего устройства. Технология весьма успешно применялась сначала советской разведкой, а затем и перенявшими её англо-американскими спецслужбами. Подробности см. в материалах «Крипто-акустика» и «Секреты дальночувствия».

Основной источник:
Metasurface for Water-to-Air Sound Transmission
Eun Bok, Jong Jin Park, Haejin Choi, Chung Kyu Han, Oliver B. Wright, and Sam H. Lee
Phys. Rev. Lett. 120, 044302 – Published 26 January 2018

Секретная гидрофония с открытым ключом

(Октябрь 2001)

Подводные коммуникации – дело крайне непростое. Инженеры многие десятилетия бьются над созданием надежных и дальнодействующих систем связи для подводников, однако вплоть до нынешнего времени для приема и передачи сообщений на глубине чаще всего продолжают использовать несложные устройства под названием гидрофоны.

Но звуковые волны в океане имеют тенденцию разбегаться во всех направлениях, многократно отражаясь от дна и поверхности воды, плюс активно интерферируя с собственными отражениями. Поэтому даже на сравнительно небольших расстояниях акустический сигнал от одного гидрофона до другого доходит зачастую в чудовищно искаженном виде, слабо поддающемся восстановлению и пониманию.

Так что более-менее приличные результаты связи эта техника дает лишь на больших глубинах, а для дальней связи с берегом или другими кораблями подлодкам приходится либо всплывать, либо использовать плавающую на поверхности антенну. И тот, и другой метод, ясное дело, плохо подходят для тайных операций, которые так любят возлагать на субмарины.

Новая оригинальная идея недавно пришла в голову Джефу Эдельману (www.geoffreyedelmann.com) и его коллегам по Институту океанографии в Сан-Диего. Они решили воспользоваться для связи специфической методикой эхолокации, обычно применяемой на флоте при поиске вражеских подводных лодок и именуемой «акустическое обращение времени».

Читать «Секретная гидрофония с открытым ключом» далее

BackDoor, или нелинейная магия ультразвука

(Август 2017)

В области электроники для обработки акустических сигналов открыта новая примечательная технология. Одновременно у новинки обнаруживается множество корней, уходящих вглубь тысячелетий – но об этом стараются не говорить…

Новый взгляд на известные вещи

В последних числах июня 2017 среди ландшафтов Ниагарского водопада проходила очередная международная конференция MobiSys 2017, на которую ежегодно собираются представители науки и индустрии, занимающиеся развитием обширной области под названием «системы мобильных коммуникаций».

По завершении данного мероприятия, как это здесь заведено, специальное жюри критически оценило все сделанные на конференции доклады и выбрало среди них самый лучший, отметив работу почетным призом. В нынешнем году победителем конкурса стала работа под названием «БэкДор: заставляя микрофоны слышать неслышные звуки» («BackDoor: Making Microphones Hear Inaudible Sounds«, by Nirupam Roy, Haitham Hassanieh, Romit Roy Choudhury, PDF ).

Самую замечательную особенность этого исследования, проведенного учеными Университета Иллинойса в Шампань-Урбана, можно охарактеризовать, по мнению коллег, как существенно новый и оригинальный взгляд на нелинейные свойства аппаратуры для обработки аудиосигналов.

Согласно общепринятым воззрениям, линейность акустического сигнала – то есть возможность принимать его очень слабым, а затем усиливать и передавать без каких-либо искажений – является важнейшим условием для качественной работы всякой аудиоаппаратуры. Нелинейное же поведение таких сигналов, соответственно, с давних пор принято рассматривать как крайне нежелательный эффект, порождающий разного рода искажения и мешающий чистой передаче звука. Отчего с нелинейностью в акустике обычно принято бороться и всячески её подавлять.

Теперь же учеными разработана особая методика и сконструированы устройства, которые позволяют смотреть на проблему в корне иначе, предоставляя массу возможностей для извлечения из нелинейности всяческой пользы. Аккуратно формируя специфические ультразвуковые сигналы, исследователи продемонстрировали неожиданный феномен: генерируемые подобным образом звуки совершенно не слышны для людей, но при этом хорошо регистрируются и записываются никак не модифицированными обычными микрофонами.

Столь интересная особенность новой нелинейной акустики – всегда оставаться за пределами слышимости для людей, но отчетливо и громко появляться в аудиозаписях – при творческом или коммерческом подходе к делу может воплощаться во множество новых приложений. Начиная от акустических «водяных знаков» или неслышных аудио-коммуникаций между устройствами «интернета вещей» и заканчивая ультразвуковой защитой конфиденциальных переговоров с помощью неслышного глушения всех подслушивающих устройств.

Но особенно интересные аспекты новой технологии – это такие, о которых ее разработчики не говорят ни слова. Однако и с данными гранями новшества разбираться тоже надо обязательно. Ибо концептуально близких и просто очевидно родственных технологий-предшественников здесь на самом деле имеется довольно много.

Самое же главное, что слои непроявленных взаимосвязей здесь необычайно богаты и уходят вглубь тысячелетий. Ну а надлежащее освоение всех этих вещей позволяет сильно иначе смотреть не только на загадки истории или тайны устройства нашего организма, но и на куда более масштабную тему – о смертности тела и бессмертии сознания человеческого…

Читать «BackDoor, или нелинейная магия ультразвука» далее

Вопрос, конечно, интересный…

(Июль 2017)

Публикация про «обратный разбрызгиватель Фейнмана» вызвала не только заметное оживление среди читателей, но и породила естественные вопросы — главным образом, из-за видео-демонстраций на YouTube, наглядно как бы «опровергающих» глубину проблемы.

Если напомнить суть проблемы совсем вкратце, то очередное обращение к теме весьма странной физики, которую демонстрирует Reverse Sprinkler или простой разбрызгиватель воды для лужаек, работающий в обратную сторону, заключалось вот в чем.

Читать «Вопрос, конечно, интересный…» далее