dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Некоторые странные заблуждения из области “научпопа” очень долговечны. Например, если заглянуть в статью про Галилея в русскоязычной “Википедии”, то нетрудно обнаружить типовые суждения в стиле “Галилей опроверг (мета)физику Аристотеля”. “Википедия”, конечно, здесь выступает лишь фольклорным зеркалом истории физики, но тем рельефнее выглядит цитата: “В частности, Аристотель утверждал: скорость падения пропорциональна весу тела; движение происходит, пока действует «побудительная причина» (сила), и в отсутствие силы прекращается”.

Да, Аристотель подобное утверждал, но с очень важной оговоркой, которая полностью меняет ситуацию. Аристотель изучал падение тел в среде и рассуждал о максимальной скорости падающего тела. Утверждения Аристотеля, процитированные выше, хорошо соответствуют эксперименту. Действительно, в воздухе свинцовый шарик и клочок ваты, сравнимого размера, будут падать с разной максимальной скоростью, потому что у них различный вес. Конечно, другое дело – вакуум. Однако Аристотель изучал падение не в вакууме. Понятно, что то же самое относится и к “побудительной силе”, если учитывать реальные условия. Поэтому хорошо бы и формулировать иначе: Аристотель утверждал, что при падении в среде, – например, в воздухе, – максимальная скорость, которой может достичь тело, пропорциональна его весу. Но при такой формулировке исчезает вся сенсационность. Получается, что Галилей не “опровергал физику”, а всего лишь обобщил ограничивающие свойства, обусловленные наличием среды, и предложил другую модель, в чём-то более универсальную. Кроме того, всё это знали другие естествоиспытатели, раньше Галилея. Надо заметить, такая интерпретация сильно богаче с точки зрения философии науки, но менее литературна. Поэтому в “Википедии” читаем: “Галилей сформулировал правильные законы падения: скорость нарастает пропорционально времени”. Занятно выглядит слово “правильные”. Как можно понять, что какие-то законы физики – правильные? А если вы сравниваете разные модели при различных “граничных условиях”? Физика, вообще говоря, не претендует на “правильность законов”.

Ссылка по теме: Aristotle’s Physics: a Physicist’s Look, Carlo Rovelli.

Довольно давно возникла идея использовать потоки нейтрино (или антинейтрино – отличия тут чисто технические) для обнаружения и классификации ядерных реакторов. У нейтрино есть очень удобное для решения данной задачи свойство: они могут без проблем улетать очень далеко от активной зоны реактора, так как практически не взаимодействуют с веществом.

Соответственно, детектор, расположенный где-нибудь под Москвой, может принимать нейтрино, испускаемые реактором в Антарктиде (например). Надо заметить, что спектр потоков нейтрино/антинейтрино, рождающихся в результате процессов внутри реактора, зависит от типа топлива и, в меньшей степени, от типа и режима работы самого реактора. То есть, инструмент, в теории, идеальный. Идее этой около сорока лет. Она, между прочим, сыграла значительную роль в обосновании необходимости всех этих гигантских и, нередко, весьма дорогостоящих, экспериментов по детектированию нейтрино (как минимум – в СССР, но Штаты вряд ли выдумывали какую-то другую мотивацию).

Основные препятствия на пути к практической реализации, как это обычно бывает, создаёт то самое полезное свойство нейтрино, которое и делает инструмент привлекательным: детектировать нейтрино крайне сложно, соответственно, разрешающая способность системы (и во времени, и в пространстве) будет плохой. Тем не менее, с ростом качества детекторов, к теме постоянно возвращаются. Вот свежее предложение от физиков: компактный, – в размере стандартного транспортного контейнера, – детектор, пригодный для инспектирования иранского реактора (не только иранского, конечно). Впрочем, предлагаемая в статье по ссылке схема подразумевает размещение детектора в непосредственной близости от реактора (указан несколько странный показатель – “около 19 метров от активной зоны”). Это нужно для того, чтобы быстрее накопить данные для измерений.

Неплохим развитием являлось бы наблюдение за реакторами, находящимися на подводных лодках: следить за ними можно было бы с другого конца планеты, а местоположение определять при помощи взятия пеленга по потоку нейтрино. Но это, конечно, пока что чистая фантастика. Хоть и вполне научная.

(На фото – часть детектора нейтрино обсерватории IceCube.)

Помните про “сверхсветовые” нейтрино, которые обсуждались осенью? На сайте ЦЕРНа вчера появилось обновление, касающееся этого эксперимента. Сообщают о том, что дополнительные проверки-перепроверки выявили два возможных направления, которые могли привести к ошибке измерений (а могли и не привести к ошибке, да; более того, там разные оценки есть: ошибка могла быть как в сторону увеличения измеренной величины, так и в сторону уменьшения). Насколько можно понять из краткого сообщения, речь идёт о контуре, связанном с обработкой отметок времени GPS – обе потенциальных проблемы кроются в нём. Измерять уровень возможных искажений планируют только в мае. Ждём, в общем, что там “лазеры покажут”.

В сентябре очень шумно обсуждалось сообщение о наблюдении нейтрино, летящих со сверхсветовой скоростью. Как обычно, столь странный результат потребовал от физиков-экспериментаторов дополнительной проверки всего оборудования, в том числе, перепроверки “тайминга” для всех электрических цепей и устройств, участвовавших в измерениях. Ну и вообще сообщество физиков ищет самые разные возможные ошибки, связанные с тем нашумевшим экспериментом OPERA.

Появилась и работа (Ronald A.J. van Elburg – arXiv:1110.2685v3), примечательная тем, что там ошибка в измерениях скорости нейтрино объясняется неверной интерпретацией релятивистских эффектов, связанных с работой GPS. Как известно, GPS – это такое живое подтверждение того, что специальная теория относительности работает. А “сверхсветовые нейтрино”, как бы спорят с этой же теорией (хотя, это и не так).

При помощи GPS в исходном эксперименте (давшем “сверхсветовую скорость нейтрино”) синхронизировались часы на разных точках, задействованных в схеме измерений. Экспериментальные данные оперируют масштабами времени в десятки наносекунд, так что задача синхронизации тут технически непростая. И при этом, – если прав автор упомянутой статьи, – выходит, что набралось примерно 60 наносекунд ошибки, причиной которой послужило взаимное движение орбитальных часов (то есть, электроники спутников GPS) и экспериментального оборудования.

Естественно, при подготовке исходного эксперимента релятивистские эффекты учитывались, и сам спор (если так можно выразиться) идёт вокруг того, правильно ли эти эффекты учли. Кроме того, пока что не ясно, кто там вообще прав.

(Via Physics arXiv Blog)

Сейчас СМИ рассказывают о том, что “открыта частица, движущаяся со сверхсветовой скоростью” и тому подобные громкие штуки. Речь идёт об эксперименте OPERA в ЦЕРНе. А вот на “Элементах” есть внятное объяснение Игоря Иванова про “сверхсветовые нейтрино”, в котором подробно рассказывается, что же там физики измеряли, что за результаты получили и что эти результаты означают.

Продолжаем выпускать блог dxdt.ru. Тема маскировки объектов, достижения невидимости – очень популярное направление теоретических и экспериментальных научных исследований. Сейчас направление развивается в сторону “динамической маскировки”, если только можно так сказать. Вот пишут в Physicsworld.com о работе, в которой физики показывают, как с помощью специальной конструкции корпуса судна (там речь о передвижении по поверхности воды) и использования материалов с особыми свойствами можно полностью избавиться от спутного следа, возникающего в результате возмущения среды. Причём, в перспективе, технология работает не только на воде (под водой), но и в воздухе. Основная идея та же, что и в прочих схемах с “невидимостью”: “обтекание” объекта волнами происходит таким образом, что из точек, находящихся на некотором удалении от движущегося объекта, всё выглядит так, как будто никакого объекта и нет.

Очевидно, что военных применений у маскировки спутного следа больше, чем гражданских. Из последних напрашивается только одно – снижение сопротивления движению для быстроходных судов, экономия топлива. А вот для военных – тут очень важно то, что спутный след находится среди важнейших демаскирующих признаков. Не только для надводных кораблей, но и для подводных. А равно и для летательных аппаратов. Дело вовсе не в звуке, связанном с образованием следа, а в том, что именно след оказывается проще обнаруживать с помощью и пассивных, и активных средств наблюдения. Например, известно, что с воздуха с помощью специальных радаров можно наблюдать волны на поверхности, вызванные идущим под водой ракетным крейсером (этот “волновой” след мало того, что возникает на поверхности океана, так он ещё и длиннее, чем сама подводная лодка). Аналогичная ситуация и с наблюдением за лодкой из космоса.

Малозаметные летательные аппараты – та же история: сам аппарат может быть полностью “прозрачен” для радара, но изменения в атмосфере, вызванные его полётом, можно наблюдать. Особенно это касается сверхзвуковых аппаратов. Впрочем, для сверхзвукового полёта создать маскировочную схему, которая удалит спутный след, намного сложнее. Если вообще возможно.

Занимательно, что исследовательская мысль, как обычно, движется с опережением. Пока что нет практических систем для придания технике невидимости (в световом диапазоне, например). Но уже есть множество идей (вполне реализуемых на практике прямо сейчас) о том, как подобных невидимок обнаруживать, в том числе и с помощью детектирования изменений в среде, внутри которой невидимка передвигается. Логичный ответ: а мы придумаем, как и эти изменения спрятать. Вот только итоговое универсальное устройство пока, даже теоретически, получается уж слишком сложным, одним плащом не отделаешься.

У Игоря Иванова заметка “Бурная жизнь позитронов” – очень занимательно, про физику на масштабах времени в наносекунды.

Игорь Иванов пишет в блоге про столкновение планет с Землёй. Такое возможно на масштабах в миллиарды лет, при этом существенным “вредителем”, вносящим неблагоприятные изменения в орбиты планет, оказывается Меркурий.

Интересное про электромагнитные шапки-невидимки в блоге Игоря Иванова. Речь, естественно, не о сказочном артефакте, а об оболочках, позволяющих делать объекты невидимыми (в теории, пока что):

Казалось бы, для того, чтобы шапка-невидимка работала, надо тело обязательно помещать внутрь шапки. Оказывается, нет, не обязательно.