Physiker haben in das „völlige Nichts“ geschaut und bewiesen, dass etwas dran ist. Physiker stellen Rekord auf, um die Realität zu brechen Neue Entdeckungen in der Quantenphysik

Schweizer Physiker haben erstmals das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon (EPR-Paradoxon) an einem Quantensystem aus 600 Rubidium-Atomen nachgewiesen. Wissenschaftlern gelang es, den lokalen Realismus zu brechen, indem sie sich zwischen zwei Teilen einer Wolke aus unterkühltem Gas verschränkten und die Möglichkeit der Lenkung bewiesen, wenn der Zustand eines Teils eines Quantensystems aus dem Zustand des zweiten vorhergesagt werden kann. Der Artikel der Wissenschaftler wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht, berichtet Science Alert.

Gemäß dem 1935 vorgeschlagenen EPR-Paradoxon können zwei Teilchen so miteinander wechselwirken, dass ihre Position und ihr Impuls mit einer Genauigkeit gemessen werden können, die größer ist als die von Heisenbergs Unschärferelation erlaubte. Zum Beispiel sollte der Gesamtimpuls von zwei Teilchen (A und B), die durch den Zerfall des dritten entstanden sind, gleich dem Anfangsimpuls des letzten sein, also können Sie den Impuls von Teilchen A messen Finden Sie den Impuls von Teilchen B, während keine Störungen in die Bewegung des zweiten Teilchens eingeführt werden. Die Koordinaten von Teilchen B können dann genau bestimmt werden, wodurch die Heisenbergsche Unschärferelation verletzt wird.

Da die Unschärferelation in jedem Fall gewahrt bleibt, stört die Messung des Impulses von Teilchen A unweigerlich die Koordinaten von Teilchen B und macht sie ungewiss, egal wie weit das erste Teilchen vom letzten entfernt ist. Einstein glaubte, dass dies den Realismus der Welt verletzte und physikalische Objekte im Rahmen der Quantenmechanik aufhörten, objektiv zu existieren. Er glaubte, dass eine solche Interpretation falsch ist und dass die probabilistische Natur des Verhaltens von Teilchen tatsächlich durch die Existenz einiger verborgener Parameter erklärt wird. Im Moment hat die Theorie der verborgenen Variablen jedoch keine experimentelle Bestätigung erhalten.

Wissenschaftler haben ein Bose-Einstein-Kondensat aus etwa 600 Rubidium-87-Atomen hergestellt. Das Kondensat ist ein auf ultratiefe Temperaturen abgekühltes Gas, in dem alle Atome möglichst niedrige Quantenzustände einnehmen, also kaum noch voneinander zu unterscheiden sind. Mit Hilfe eines Lasers wurden die Atome in einen komprimierten Zustand gebracht, in dem die Schwankungen einer Variablen (in diesem Fall einer der Komponenten des Spins, also der "Rotationsachse") sehr klein werden, und der andere - groß. So entstand eine Quantenbindung zwischen den Atomen.

Den Forschern gelang es, die Wolke in zwei verschiedene Regionen zu unterteilen – A und B. Mit Lasern wurden der kollektive Spin von Atomen im Kondensat und die Komponenten der „Rotationsachse“ gemessen. Gleichzeitig wurde auf der Grundlage von Ungleichungen, die diese Parameter berücksichtigen, die Verschränkung zwischen Atomen für einen komprimierten Zustand und einen gegebenen kollektiven Spin nachgewiesen. Die Korrelation erwies sich als so stark, dass ein EPR-Paradoxon entstand und es möglich war, den Quantenzustand von Atomen in Region B durch Messung des Spins in Region A vorherzusagen (Vorhersage ist nur in einer Richtung möglich).

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    Carbon-Spin-Transistor entwickelt

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    Astronomen haben eine ganze „Brut“ von Schwarzen Löchern entdeckt, die gegen die Gesetze der Physik verstoßen

    Astronomen haben im frühen Universum drei supermassive Schwarze Löcher entdeckt, die in nur 100.000 Jahren eine Milliarde Mal so massereich wie die Sonne wurden, was laut einem im Astrophysical Journal veröffentlichten Artikel aus Sicht der aktuellen astronomischen Theorien unmöglich ist. Quasar 3C 273, dargestellt von einem ESO/M-Künstler. Kornmesser Kein aktuelles theoretisches Modell kann die Existenz dieser Objekte erklären. Ihre Entdeckung im frühen Universum stellt die aktuellen Theorien über die Entstehung von Schwarzen Löchern in Frage, und jetzt müssen wir neue erschaffen.

    Wenn es um Weltraumhaltesysteme geht, denkt man normalerweise an Weltraumaufzüge und andere zyklopische Strukturen, die, wenn sie gebaut werden, in sehr ferner Zukunft sein werden. Aber nur wenige wissen, dass Experimente mit der Verlegung von Kabeln im Weltraum wiederholt mit unterschiedlichen Zielen durchgeführt wurden und das letzte Anfang Februar dieses Jahres mit einem Misserfolg endete. Gemini 11 angebunden an das Agena-Ziel, NASA-Foto. Wie das Kabel im Laderaum beim HTV-KITE-Experiment HTV-KITE abgehackt wurde, präsentiert vom Künstler, Foto von JAXA am 27. Januar aus

    19:26 27.01.2017

    Der Menschheit ist es gelungen, ein völlig neues Material zu „erschaffen“.

    Amerikanische Wissenschaftler präsentierten der Öffentlichkeit einen Bericht über die Arbeiten zur Gewinnung von metallischem Wasserstoff. Durch die Simulation von Hochdruckbedingungen, die um ein Vielfaches höher waren als im Erdkern, war es möglich, so wenig Materie zu erzeugen. Zusätzlich zu dieser Bedingung wurden auch ultratiefe Temperaturen aufrechterhalten. Wasserstoff wurde zwischen zwei Diamanten eingeschlossen. Wissenschaftler müssen das Druckniveau noch verringern, um zu sehen, ob Wasserstoff seinen Zustand beibehalten kann. Derzeit bestehen alle Möglichkeiten, den etablierten Phasenzustand von Wasserstoff beizubehalten

    22:43 19.01.2017

    Das letzte große Projekt der sowjetischen Wissenschaft: der Protvino-Collider

    Hundert Kilometer von Moskau entfernt, in der Nähe der Wissenschaftsstadt Protvino, wurde in den Wäldern der Region Moskau ein Schatz im Wert von mehreren zehn Milliarden Rubel vergraben. Es kann nicht ausgegraben und für immer im Boden versteckt gestohlen werden, es ist nur für die Wissenschaftsgeschichte von Wert. Wir sprechen über den Beschleuniger-Speicher-Komplex (UNK) des Protvino-Instituts für Hochenergiephysik, eine eingemottete unterirdische Anlage, die fast so groß ist wie der Large Hadron Collider. Die Länge des unterirdischen Beschleunigerrings beträgt 21 km. Der Haupttunnel mit einem Durchmesser von 5 Metern wurde in einer Tiefe von 20 bis 60 Metern (je nach Gelände) verlegt.

Da sich ein weiteres Jahr dem Ende zuneigt, ist es wieder an der Zeit, sich hinzusetzen, unsere Hände zusammenzulegen, tief durchzuatmen und uns einige der wissenschaftlichen Schlagzeilen anzusehen, denen wir zuvor vielleicht keine Aufmerksamkeit geschenkt haben. Auf verschiedenen Gebieten wie der Nanotechnologie, der Gentherapie oder der Quantenphysik schaffen Wissenschaftler ständig neue Entwicklungen, die immer wieder neue Horizonte eröffnen.

Die Titel wissenschaftlicher Artikel erinnern zunehmend an die Titel von Kurzgeschichten aus Science-Fiction-Magazinen. Angesichts dessen, was uns das Jahr 2017 gebracht hat, können wir uns nur auf das freuen, was das neue Jahr 2018 bringen wird.

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Quelle: muz4in.net

Wissenschaftler haben zeitliche Kristalle geschaffen, für die die Gesetze der Zeitsymmetrie nicht gelten

Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist es unmöglich, ein Perpetuum Mobile zu bauen, das ohne zusätzliche Energiequelle funktioniert. Anfang dieses Jahres gelang es Physikern jedoch, Strukturen namens Zeitkristalle zu schaffen, die diese These in Frage stellen.

Temporale Kristalle sind die ersten echten Beispiele für einen neuen Materiezustand, der als „Nichtgleichgewicht“ bezeichnet wird und in dem Atome eine variable Temperatur haben und niemals im thermischen Gleichgewicht miteinander stehen. Zeitkristalle haben eine atomare Struktur, die sich nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit wiederholt, wodurch sie konstante Schwingungen aufrechterhalten können, ohne Energie zu gewinnen. Dies geschieht sogar im stationären Zustand, dem niedrigsten Energiezustand, wenn eine Bewegung theoretisch unmöglich ist, weil sie Energie erfordert.

Brechen Zeitkristalle also die Gesetze der Physik? Genau genommen nein. Der Energieerhaltungssatz funktioniert nur in zeitlich symmetrischen Systemen, was bedeutet, dass die Gesetze der Physik überall und immer gleich sind. Temporale Kristalle verletzen jedoch die Gesetze der Symmetrie von Zeit und Raum. Und nicht nur sie. Magnete werden manchmal auch als natürliche asymmetrische Objekte betrachtet, weil sie Nord- und Südpole haben.

Ein weiterer Grund, warum Zeitkristalle nicht gegen die Gesetze der Thermodynamik verstoßen, ist, dass sie nicht vollständig isoliert sind. Manchmal müssen sie "gepusht" werden - das heißt, um einen externen Impuls zu geben, wonach sie bereits beginnen, ihren Zustand immer wieder zu ändern. Möglicherweise finden diese Kristalle in Zukunft breite Anwendung im Bereich der Übertragung und Speicherung von Informationen in Quantensystemen. Sie können beim Quantencomputing eine entscheidende Rolle spielen.

"Lebende" Libellenflügel

Die Merriam-Webster-Enzyklopädie besagt, dass ein Flügel ein beweglicher Feder- oder Membrananhang ist, der von Vögeln, Insekten und Fledermäusen zum Fliegen verwendet wird. Sie sollte nicht leben, aber Entomologen der Universität Kiel in Deutschland haben einige überraschende Entdeckungen gemacht, die etwas anderes vermuten lassen – zumindest für einige Libellen.

Insekten atmen durch das Trachealsystem. Luft dringt durch Öffnungen, die Stigmen genannt werden, in den Körper ein. Es passiert dann ein komplexes Netzwerk von Luftröhren, die alle Zellen im Körper mit Luft versorgen. Die Flügel selbst bestehen jedoch fast ausschließlich aus abgestorbenem Gewebe, das austrocknet und durchscheinend oder mit farbigen Mustern bedeckt wird. Bereiche aus abgestorbenem Gewebe verlaufen durch die Venen und sind die einzigen Bestandteile des Flügels, die Teil des Atmungssystems sind.

Als der Entomologe Reiner Guillermo Ferreira jedoch den Flügel einer männlichen Zenithoptera-Libelle durch ein Elektronenmikroskop betrachtete, sah er winzige verzweigte Luftröhren. Dies war das erste Mal, dass so etwas in einem Insektenflügel gesehen wurde. Es wird viel Forschung erfordern, um festzustellen, ob dieses physiologische Merkmal einzigartig für diese Art ist oder vielleicht bei anderen Libellen oder sogar anderen Insekten vorkommt. Es ist sogar möglich, dass es sich um eine einzelne Mutation handelt. Das Vorhandensein einer reichlichen Sauerstoffversorgung kann die hellen, komplexen blauen Muster erklären, die auf den Flügeln der Libelle Zenithoptera zu finden sind, die kein blaues Pigment enthalten.

Uralte Zecke mit Dinosaurierblut im Inneren

Natürlich dachten die Leute sofort an das Jurassic-Park-Szenario und die Möglichkeit, mit Blut Dinosaurier nachzubilden. Leider wird dies in naher Zukunft nicht geschehen, da es unmöglich ist, DNA-Proben aus den gefundenen Bernsteinstücken zu extrahieren. Die Debatte darüber, wie lange ein DNA-Molekül halten kann, ist noch nicht abgeschlossen, aber selbst nach den optimistischsten Schätzungen und unter den optimalsten Bedingungen beträgt ihre Lebensdauer nicht mehr als ein paar Millionen Jahre.

Aber obwohl die Zecke mit dem Namen Deinocrotondraculi ("Schrecklicher Dracula") nicht zur Wiederherstellung der Dinosaurier beigetragen hat, bleibt sie dennoch ein höchst ungewöhnlicher Fund. Wir wissen jetzt nicht nur, dass gefiederte Dinosaurier alte Milben hatten, sondern dass sie sogar Dinosauriernester befallen haben.

Modifikation erwachsener menschlicher Gene

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats oder CRISPR sind heute die Spitze der Gentherapie. Die Familie von DNA-Sequenzen, die derzeit die Grundlage der CRISPR-Cas9-Technologie bilden, könnte theoretisch die menschliche DNA für immer verändern.

Im Jahr 2017 machte die Gentechnik einen entscheidenden Sprung nach vorne, nachdem ein Team des Proteomics Research Center in Peking bekannt gab, dass es CRISPR-Cas9 erfolgreich eingesetzt hatte, um krankheitsverursachende Mutationen in lebensfähigen menschlichen Embryonen zu eliminieren. Ein anderes Team vom Francis Crick Institute in London ging den umgekehrten Weg und nutzte diese Technologie zum ersten Mal, um gezielt Mutationen in menschlichen Embryonen zu erzeugen. Insbesondere haben sie ein Gen "ausgeschaltet", das die Entwicklung von Embryonen zu Blastozysten fördert.

Studien haben gezeigt, dass die CRISPR-Cas9-Technologie funktioniert – und das ziemlich erfolgreich. Dies hat jedoch eine aktive ethische Debatte darüber ausgelöst, wie weit man bei der Verwendung dieser Technologie gehen kann. Theoretisch könnte dies zu „Designerkindern“ führen, die möglicherweise die intellektuellen, sportlichen und körperlichen Eigenschaften aufweisen, die den von den Eltern festgelegten Eigenschaften entsprechen.

Abgesehen von der Ethik ging die Forschung diesen November noch weiter, als CRISPR-Cas9 erstmals an einem Erwachsenen getestet wurde. Brad Maddu, 44, aus Kalifornien, leidet am Hunter-Syndrom, einer unheilbaren Krankheit, die ihn schließlich in den Rollstuhl führen könnte. Ihm wurden Milliarden Kopien des Korrekturgens injiziert. Es wird mehrere Monate dauern, bis festgestellt werden kann, ob das Verfahren erfolgreich war.

Was war zuerst da – Schwämme oder Rippenquallen?

Ein neuer wissenschaftlicher Bericht, der 2017 veröffentlicht wurde, soll die langjährige Debatte um die Herkunft der Tiere ein für alle Mal beenden. Schwämme sind der Studie zufolge die „Schwestern“ aller Tiere auf der Welt. Dies liegt daran, dass Schwämme die erste Gruppe waren, die sich im Laufe der Evolution vom primitiven gemeinsamen Vorfahren aller Tiere trennte. Dies geschah vor etwa 750 Millionen Jahren.

In der Vergangenheit gab es eine hitzige Debatte, die auf zwei Hauptkandidaten hinauslief: die oben erwähnten Schwämme und wirbellose Meerestiere, die Rippenquallen genannt werden. Während Schwämme die einfachsten Kreaturen sind, die auf dem Grund des Ozeans sitzen und sich ernähren, indem sie Wasser durch ihren Körper leiten und filtern, sind Rippenquallen komplexer. Sie ähneln einer Qualle, können sich im Wasser bewegen, Lichtmuster erzeugen und haben ein einfaches Nervensystem. Die Frage, wer von ihnen zuerst war, ist die Frage, wie unser gemeinsamer Vorfahr aussah. Dies gilt als der wichtigste Moment bei der Verfolgung der Geschichte unserer Evolution.

Während die Ergebnisse der Studie kühn verkünden, dass das Problem gelöst ist, wurde nur wenige Monate zuvor eine andere Studie veröffentlicht, die besagt, dass unsere evolutionären „Schwestern“ Rippenquallen sind. Daher ist es noch zu früh, um zu sagen, dass die neuesten Ergebnisse als zuverlässig genug angesehen werden können, um Zweifel auszuräumen.

Waschbären bestehen den alten Intelligenztest

Im 6. Jahrhundert v. Chr. schrieb oder sammelte der antike griechische Schriftsteller Äsop viele Fabeln, die in unserer Zeit als „Äsops Fabeln“ bekannt sind. Darunter war eine Fabel namens „Die Krähe und der Krug“, die beschreibt, wie eine durstige Krähe Steine ​​in einen Krug warf, um den Wasserspiegel zu erhöhen und sich schließlich zu betrinken.

Mehrere tausend Jahre später erkannten Wissenschaftler, dass diese Fabel eine gute Möglichkeit beschreibt, die Intelligenz von Tieren zu testen. Experimente zeigten, dass die Versuchstiere Ursache und Wirkung verstanden. Raben, wie ihre Verwandten, Türme und Eichelhäher, bestätigten die Wahrheit der Fabel. Auch Affen haben diesen Test bestanden, und auch Waschbären wurden dieses Jahr in die Liste aufgenommen.

Während des Aesop-Fabeltests erhielten acht Waschbären Wasserbehälter, auf denen Marshmallows schwammen. Der Wasserstand war zu niedrig, um ihn zu erreichen. Zwei der Probanden warfen erfolgreich Steine ​​in den Tank, um den Wasserstand zu erhöhen und zu bekommen, was sie wollten.

Andere Testpersonen fanden ihre eigenen kreativen Lösungen, mit denen die Forscher nicht gerechnet hatten. Anstatt Steine ​​in den Behälter zu werfen, kletterte einer der Waschbären auf den Behälter und begann, ihn von einer Seite zur anderen zu schwingen, bis er umkippte. In einem weiteren Test mit schwimmenden und sinkenden Bällen anstelle von Steinen hofften die Experten, dass die Waschbären sinkende Bälle verwenden und die schwimmenden wegwerfen würden. Stattdessen begannen einige Tiere, den schwimmenden Ball wiederholt ins Wasser zu tauchen, bis die aufsteigende Welle die Marshmallow-Stücke an das Brett nagelte, was ihre Extraktion erleichterte.

Physiker haben den ersten topologischen Laser geschaffen

Physiker der University of California San Diego behaupten, einen neuen Lasertyp geschaffen zu haben – einen „topologischen“ Laser, dessen Strahl ohne Lichtstreuung jede komplexe Form annehmen kann. Das Gerät arbeitet auf der Grundlage des Konzepts der topologischen Isolatoren (Materialien, die in ihrem Volumen Isolatoren sind, aber an der Oberfläche Strom leiten), das 2016 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.

Typischerweise verwenden Laser Ringresonatoren, um Licht zu verstärken. Sie sind effizienter als scharfwinklige Resonatoren. Diesmal hat das Forschungsteam jedoch einen topologischen Hohlraum mit einem photonischen Kristall als Spiegel geschaffen. Insbesondere wurden zwei photonische Kristalle mit unterschiedlichen Topologien verwendet, von denen einer eine sternförmige Zelle in einem quadratischen Gitter und der andere ein dreieckiges Gitter mit zylindrischen Luftlöchern war. Teammitglied Boubacar Kante verglich sie mit einem Bagel und einer Brezel: Obwohl beide Brote mit Löchern sind, unterscheiden sie sich durch die unterschiedliche Anzahl von Löchern.

Sobald die Kristalle an der richtigen Stelle auftreffen, nimmt der Strahl die gewünschte Form an. Dieses System wird durch ein Magnetfeld gesteuert. Es ermöglicht Ihnen, die Richtung zu ändern, in die das Licht emittiert wird, wodurch ein Lichtstrom erzeugt wird. Die direkte praktische Anwendung davon kann die Geschwindigkeit der optischen Kommunikation erhöhen. Für die Zukunft wird dies jedoch als Fortschritt bei der Entwicklung optischer Computer angesehen.

Wissenschaftler entdecken Excitonium

Physiker auf der ganzen Welt waren sehr begeistert von der Entdeckung einer neuen Form von Materie namens Excitonium. Diese Form ist ein Kondensat aus Quasiteilchen, Exzitonen, die der gebundene Zustand eines freien Elektrons und eines Elektronenlochs sind, das als Ergebnis des Molekülverlusts eines Elektrons gebildet wird. Darüber hinaus sagte der theoretische Physiker Bert Halperin aus Harvard bereits in den 1960er Jahren die Existenz von Exzitonium voraus, und seitdem versuchen Wissenschaftler, ihm Recht (oder Unrecht) zu beweisen.

Wie bei vielen großen wissenschaftlichen Entdeckungen gab es bei dieser Entdeckung eine Menge Zufall. Das Forscherteam der University of Illinois, das Exzitonium entdeckte, beherrschte tatsächlich eine neue Technologie namens Elektronenstrahl-Energieverlustspektroskopie (M-EELS), die speziell zur Identifizierung von Exzitonen entwickelt wurde. Die Entdeckung fand jedoch statt, als die Forscher nur Kalibrierungstests durchführten. Ein Teammitglied betrat den Raum, während alle anderen die Bildschirme beobachteten. Sie sagten, sie hätten ein „leichtes Plasmon“ entdeckt, einen Vorläufer der Exzitonenkondensation.

Studienleiter Professor Peter Abbamont verglich die Entdeckung mit dem Higgs-Boson – es wird im wirklichen Leben nicht sofort von Nutzen sein, zeigt aber, dass unser aktuelles Verständnis der Quantenmechanik auf dem richtigen Weg ist.

Wissenschaftler haben Nanoroboter entwickelt, die Krebs töten

Forscher der University of Durham behaupten, Nanoroboter entwickelt zu haben, die Krebszellen erkennen und in nur 60 Sekunden töten können. In einem erfolgreichen Universitätsversuch brauchten die winzigen Roboter ein bis drei Minuten, um die äußere Membran einer Prostatakrebszelle zu durchdringen und sie sofort zu zerstören.

Nanoroboter sind 50.000 Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Sie werden durch Licht aktiviert und rotieren mit einer Geschwindigkeit von zwei bis drei Millionen Umdrehungen pro Sekunde, um die Zellmembran durchdringen zu können. Wenn sie ihr Ziel erreichen, können sie es entweder zerstören oder ihm ein nützliches therapeutisches Mittel injizieren.

Bisher wurden Nanoroboter nur an einzelnen Zellen getestet, aber die ermutigenden Ergebnisse haben die Wissenschaftler veranlasst, zu Experimenten mit Mikroorganismen und kleinen Fischen überzugehen. Das nächste Ziel ist es, zu Nagetieren und dann zu Menschen überzugehen.

Der interstellare Asteroid könnte ein außerirdisches Raumschiff sein

Es ist erst ein paar Monate her, seit Astronomen voller Freude die Entdeckung des ersten interstellaren Objekts bekannt gegeben haben, das durch das Sonnensystem geflogen ist, ein Asteroid namens 'Oumuamua. Seitdem haben sie viele seltsame Dinge beobachtet, die mit diesem Himmelskörper geschehen. Manchmal verhielt es sich so ungewöhnlich, dass Wissenschaftler glauben, dass das Objekt ein außerirdisches Raumschiff sein könnte.

Zunächst einmal ist seine Form alarmierend. 'Oumuamua hat die Form einer Zigarre mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von zehn zu eins, etwas, das noch nie bei einem der beobachteten Asteroiden beobachtet wurde. Zuerst dachten die Wissenschaftler, es sei ein Komet, stellten dann aber fest, dass dies nicht der Fall war, weil das Objekt keinen Schweif hinterließ, als es sich der Sonne näherte. Darüber hinaus argumentieren einige Experten, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Objekts jeden normalen Asteroiden hätte zerbrechen müssen. Man hat den Eindruck, dass es speziell für interstellare Reisen geschaffen wurde.

Aber wenn es künstlich erzeugt wird, was könnte es dann sein? Einige sagen, es sei eine außerirdische Sonde, andere sagen, es könnte sich um ein Raumschiff handeln, dessen Triebwerke ausgefallen sind und das jetzt durch den Weltraum schwebt. Auf jeden Fall glauben Teilnehmer an Programmen wie SETI und BreakthroughListen, dass 'Oumuamua weiter untersucht werden muss, also richten sie ihre Teleskope darauf und lauschen auf Funksignale.

Während die Hypothese von Außerirdischen in keiner Weise bestätigt wurde, haben die anfänglichen Beobachtungen von SETI nirgendwohin geführt. Viele Forscher sind immer noch pessimistisch in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit, dass das Objekt von Außerirdischen geschaffen werden könnte, aber auf jeden Fall wird die Forschung fortgesetzt.

Dezember ist die Zeit für eine Bestandsaufnahme. Die Redakteure des Vesti.Science-Projekts (nauka.site) haben für Sie die zehn interessantesten Neuigkeiten ausgewählt, mit denen uns Physiker im vergangenen Jahr erfreut haben.

Neuer Zustand der Materie

Die Technologie zwingt die Moleküle dazu, sich selbst zu den gewünschten Strukturen zusammenzufügen.

Ein Materiezustand namens Exzitonium wurde schon vor fast einem halben Jahrhundert theoretisch vorhergesagt, aber erst jetzt ist es gelungen, ihn in einem Experiment zu erhalten.

Dieser Zustand ist mit der Bildung eines Bose-Kondensats aus Exziton-Quasiteilchen verbunden, die ein Paar aus einem Elektron und einem Loch sind. Wir sind das, was all diese kniffligen Worte bedeuten.

Polariton-Computer


Der neue Computer verwendet Polariton-Quasiteilchen.

Diese Nachricht kam aus Skolkovo. Skoltech-Wissenschaftler haben ein grundlegend neues Computerbetriebsschema implementiert. Es kann mit folgender Methode verglichen werden, den tiefsten Punkt der Oberfläche zu finden: Beschäftige dich nicht mit umständlichen Berechnungen, sondern kippe ein Glas Wasser darüber. Nur anstelle der Oberfläche gab es ein Feld der erforderlichen Konfiguration und anstelle von Wasser Polariton-Quasiteilchen. Unser Material in dieser Quantenweisheit.

Quantenteleportation "Erde-Satellit"


Der Quantenzustand eines Photons wurde zunächst von der Erde zu einem Satelliten „gesendet“.

Und auch hier kam der Large Hadron Collider den Physikern zu Hilfe. "News. Science", was den Forschern gelungen ist und was die Bleiatome damit zu tun haben.

Wechselwirkung von Photonen bei Raumtemperatur


Das Phänomen wurde erstmals bei Raumtemperatur beobachtet.

Photonen haben viele verschiedene Möglichkeiten, miteinander zu interagieren, und werden in einer Wissenschaft namens nichtlineare Optik behandelt. Und wenn die Streuung von Licht an Licht erst seit kurzem beobachtet wird, ist der Kerr-Effekt den Experimentatoren schon lange vertraut.

2017 wurde es jedoch erstmals für einzelne Photonen bei Raumtemperatur reproduziert. Die Rede ist von diesem interessanten Phänomen, das man in gewissem Sinne auch als „Kollision von Lichtteilchen“ bezeichnen kann, und von den technologischen Perspektiven, die sich damit verbinden.

Kristall der Zeit


Die Erschaffung von Experimentatoren demonstriert "kristalline" Ordnung nicht im Raum, sondern in der Zeit.

Im leeren Raum unterscheidet sich kein Punkt vom anderen. In einem Kristall ist alles anders: Es gibt eine sich wiederholende Struktur, die als Kristallgitter bezeichnet wird. Sind ähnliche Strukturen möglich, die sich nicht räumlich, sondern zeitlich ohne Energieaufwand wiederholen?

"Stern" thermonukleare Reaktionen auf der Erde


Physiker haben in einem thermonuklearen Reaktor Bedingungen im Darm von Sternen nachgestellt.

Ein industrieller thermonuklearer Reaktor ist der gehegte Traum der Menschheit. Aber die Experimente laufen seit mehr als einem halben Jahrhundert, und die begehrte praktisch kostenlose Energie ist nicht da.

Und doch wurde 2017 ein wichtiger Schritt in diese Richtung getan. Erstmals haben Forscher die Bedingungen in den Tiefen der Sterne nahezu exakt nachgestellt. wie sie es gemacht haben.

Hoffen wir, dass 2018 genauso reich an interessanten Experimenten und unerwarteten Entdeckungen sein wird. Folgen Sie den Nachrichten. Übrigens haben wir für Sie auch einen Rückblick auf das ablaufende Jahr gemacht.

Nach Einsteins spezieller Relativitätstheorie ist die Lichtgeschwindigkeit konstant – und beträgt unabhängig vom Beobachter etwa 300.000.000 Meter pro Sekunde. Das ist an sich schon unglaublich, wenn man bedenkt, dass sich nichts schneller als das Licht fortbewegen kann, aber immer noch rein theoretisch. Es gibt einen interessanten Teil der speziellen Relativitätstheorie namens "Zeitdilatation", der besagt, dass die Zeit für Sie im Gegensatz zu Ihrer Umgebung umso langsamer vergeht, je schneller Sie sich bewegen. Wenn Sie eine Stunde Auto fahren, altern Sie etwas weniger, als wenn Sie nur zu Hause am Computer sitzen würden. Es ist unwahrscheinlich, dass zusätzliche Nanosekunden Ihr Leben wesentlich verändern, aber die Tatsache bleibt bestehen.

Es stellt sich heraus, dass die Zeit im Allgemeinen an Ort und Stelle einfriert, wenn Sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen? Ist das so. Aber bevor Sie versuchen, unsterblich zu werden, denken Sie daran, dass es unmöglich ist, sich mit Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen, wenn Sie nicht das Glück haben, als Licht geboren zu werden. Aus technischer Sicht würde eine Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit unendlich viel Energie erfordern.


Wir sind gerade zu dem Schluss gekommen, dass sich nichts schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Nun ... ja und nein. Während dies technisch wahr bleibt, gibt es eine Lücke in der Theorie, die im unglaublichsten Zweig der Physik, der Quantenmechanik, gefunden wurde.

Quantenmechanik ist im Wesentlichen das Studium der Physik auf mikroskopischer Ebene, wie beispielsweise das Verhalten subatomarer Teilchen. Diese Arten von Teilchen sind unglaublich klein, aber extrem wichtig, da sie die Bausteine ​​von allem im Universum sind. Sie können sie sich als winzige, sich drehende, elektrisch geladene Kugeln vorstellen. Ohne unnötige Komplikationen.

Wir haben also zwei Elektronen (subatomare Teilchen mit negativer Ladung). ist ein spezieller Prozess, der diese Teilchen so bindet, dass sie identisch werden (gleichen Spin und gleiche Ladung haben). Wenn dies geschieht, werden die Elektronen ab diesem Zeitpunkt identisch. Das bedeutet, wenn Sie einen von ihnen ändern - beispielsweise den Spin ändern -, reagiert der zweite sofort. Egal wo er ist. Auch wenn du es nicht anfasst. Die Auswirkungen dieses Prozesses sind erstaunlich - Sie verstehen, dass diese Information (in diesem Fall die Richtung des Spins) theoretisch überall im Universum teleportiert werden kann.

Die Schwerkraft beeinflusst das Licht


Gehen wir zurück zum Licht und sprechen über die allgemeine Relativitätstheorie (auch von Einstein). In dieser Theorie ist ein Konzept enthalten, das als Lichtablenkung bekannt ist – der Lichtweg ist möglicherweise nicht immer gerade.

So seltsam es klingen mag, dies wurde immer wieder bewiesen. Während Licht keine Masse hat, hängt sein Weg von Dingen ab, die diese Masse haben, wie die Sonne. Wenn also Licht von einem entfernten Stern nahe genug an einem anderen Stern vorbeigeht, wird es ihn umrunden. Wie wirkt sich das auf uns aus? Ganz einfach: Vielleicht befinden sich die Sterne, die wir sehen, an ganz anderen Orten. Denken Sie daran, wenn Sie das nächste Mal in die Sterne schauen, könnte alles nur ein Trick des Lichts sein.


Dank einiger der Theorien, die wir bereits besprochen haben, haben Physiker ziemlich genaue Möglichkeiten, die im Universum vorhandene Gesamtmasse zu messen. Sie haben auch ziemlich genaue Möglichkeiten, die Gesamtmasse zu messen, die wir beobachten können - aber Pech, diese beiden Zahlen stimmen nicht überein.

Tatsächlich ist das Volumen der Gesamtmasse im Universum viel größer als die Gesamtmasse, die wir berechnen können. Physiker mussten dafür nach einer Erklärung suchen, und das Ergebnis war eine Theorie, die dunkle Materie einschloss – eine mysteriöse Substanz, die kein Licht aussendet und ungefähr 95 % der Masse im Universum einnimmt. Obwohl die Existenz von dunkler Materie nicht offiziell bewiesen wurde (weil wir sie nicht beobachten können), gibt es viele Beweise für dunkle Materie, und sie muss in der einen oder anderen Form existieren.

Unser Universum dehnt sich rasant aus


Die Konzepte werden immer komplizierter, und um zu verstehen, warum, müssen wir zur Urknalltheorie zurückkehren. Bevor sie zu einer beliebten Fernsehsendung wurde, war die Urknalltheorie eine wichtige Erklärung für den Ursprung unseres Universums. Einfach gesagt: Unser Universum begann mit einer Explosion. Trümmer (Planeten, Sterne usw.) breiteten sich in alle Richtungen aus, angetrieben von der enormen Energie der Explosion. Da die Trümmer ziemlich schwer sind, erwarteten wir, dass sich diese explosive Ausbreitung mit der Zeit verlangsamen würde.

Aber dazu kam es nicht. Tatsächlich erfolgt die Expansion unseres Universums im Laufe der Zeit immer schneller. Und es ist seltsam. Das bedeutet, dass der Raum ständig wächst. Das lässt sich nur mit Dunkler Materie bzw. Dunkler Energie erklären, die diese ständige Beschleunigung verursacht. Was ist dunkle Energie? Für dich .

Alle Materie ist Energie.


Materie und Energie sind nur zwei Seiten derselben Medaille. Tatsächlich wussten Sie das immer, wenn Sie jemals die Formel E = mc 2 gesehen haben. E ist Energie und m ist Masse. Die in einer bestimmten Masse enthaltene Energiemenge wird durch Multiplikation der Masse mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit bestimmt.

Die Erklärung für dieses Phänomen ist ziemlich spannend und beruht auf der Tatsache, dass die Masse eines Objekts zunimmt, wenn es sich der Lichtgeschwindigkeit nähert (auch wenn die Zeit langsamer wird). Der Beweis ist ziemlich kompliziert, also kannst du mich einfach beim Wort nehmen. Schauen Sie sich Atombomben an, die ziemlich kleine Mengen Materie in starke Energiestöße umwandeln.

Welle-Teilchen-Dualität


Manche Dinge sind nicht so eindeutig, wie sie scheinen. Auf den ersten Blick scheinen Teilchen (z. B. ein Elektron) und Wellen (z. B. Licht) völlig verschieden zu sein. Die ersten sind feste Materiestücke, die zweiten sind Strahlen ausgestrahlter Energie oder so etwas. Wie Äpfel und Orangen. Es stellt sich heraus, dass Dinge wie Licht und Elektronen nicht auf nur einen Zustand beschränkt sind – sie können gleichzeitig sowohl Teilchen als auch Wellen sein, je nachdem, wer sie betrachtet.

Ernsthaft. Es klingt lächerlich, aber es gibt konkrete Beweise dafür, dass Licht eine Welle und Licht ein Teilchen ist. Licht ist beides. Gleichzeitig. Nicht irgendein Vermittler zwischen zwei Staaten, nämlich beiden. Wir sind auf das Gebiet der Quantenmechanik zurückgekehrt, und in der Quantenmechanik liebt das Universum auf diese Weise und nicht anders.

Alle Gegenstände fallen mit der gleichen Geschwindigkeit


Vielen mag es vorkommen, dass schwere Gegenstände schneller fallen als leichte – das klingt vernünftig. Sicherlich fällt eine Bowlingkugel schneller als eine Feder. Das stimmt, aber es liegt nicht an der Schwerkraft – der einzige Grund dafür ist, dass die Erdatmosphäre Widerstand leistet. Schon vor 400 Jahren erkannte Galileo erstmals, dass die Schwerkraft auf alle Objekte gleich wirkt, unabhängig von ihrer Masse. Wenn Sie mit einer Bowlingkugel und einer Feder auf dem Mond wären (der keine Atmosphäre hat), würden sie gleichzeitig fallen.


Nun, alles. An diesem Punkt können Sie den Geist bewegen.

Du denkst, der Raum selbst ist leer. Diese Annahme ist durchaus vernünftig - deshalb ist es Raum, Raum. Aber das Universum toleriert keine Leere, deshalb werden im Weltraum, im Weltraum, in der Leere ständig Teilchen geboren und sterben. Sie werden virtuell genannt, aber tatsächlich sind sie real, und das wurde bewiesen. Sie existieren für den Bruchteil einer Sekunde, aber das ist lang genug, um einige der grundlegenden Gesetze der Physik zu brechen. Wissenschaftler nennen dieses Phänomen "Quantenschaum", weil es den Gasblasen in einem Erfrischungsgetränk schrecklich ähnlich sieht.

Doppelspaltexperiment


Wir haben oben angemerkt, dass alles gleichzeitig Teilchen und Welle sein kann. Aber hier ist der Haken: Wenn ein Apfel in der Hand ist, wissen wir genau, welche Form er hat. Das ist ein Apfel, keine Apfelwelle. Was bestimmt den Zustand eines Teilchens? Antwort: wir.

Das Doppelspaltexperiment ist nur ein unglaublich einfaches und mysteriöses Experiment. Das ist es. Wissenschaftler platzieren einen Bildschirm mit zwei Schlitzen an einer Wand und schießen einen Lichtstrahl durch den Schlitz, damit wir sehen können, wo er auf die Wand treffen wird. Da Licht eine Welle ist, erzeugt es ein bestimmtes Beugungsmuster und Sie werden Lichtstreifen sehen, die über die ganze Wand verstreut sind. Obwohl es zwei Slots gab.

Aber die Partikel sollten anders reagieren - wenn sie durch zwei Schlitze fliegen, sollten sie zwei Streifen an der Wand direkt gegenüber den Schlitzen hinterlassen. Und wenn Licht ein Teilchen ist, warum zeigt es dieses Verhalten nicht? Die Antwort ist, dass Licht dieses Verhalten zeigt – aber nur, wenn wir uns dafür entscheiden. Als Welle passiert Licht beide Schlitze gleichzeitig, als Teilchen aber nur einen. Alles, was wir brauchen, um Licht in ein Teilchen umzuwandeln, ist, jedes Lichtteilchen (Photon) zu messen, das den Schlitz passiert. Stellen Sie sich eine Kamera vor, die ein Bild von jedem Photon aufnimmt, das den Spalt passiert. Dasselbe Photon kann keinen anderen Schlitz passieren, ohne eine Welle zu sein. Das Interferenzmuster an der Wand ist einfach: zwei Lichtstreifen. Wir verändern die Ergebnisse eines Ereignisses physikalisch, indem wir sie einfach messen und beobachten.

Dies wird als „Beobachtereffekt“ bezeichnet. Und obwohl es ein guter Weg ist, diesen Artikel zu beenden, kratzt es nicht einmal an der Oberfläche der absolut unglaublichen Dinge, die Physiker finden. Es gibt unzählige Variationen des Doppelspaltexperiments, die noch verrückter und interessanter sind. Sie können sie nur suchen, wenn Sie keine Angst haben, dass die Quantenmechanik Sie mit Ihrem Kopf einsaugt.