Постнагуализм
28 марта 2024, 20:18:32 *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

      Логин             Пароль
В разделе "Свободная территория" можно общаться без аккаунта!
"Тема для быстрой регистрации"
 
   Начало   Помощь Правила Поиск Войти Регистрация Чат Портал  
Страниц: 1 2 3 [4] 5 6 ... 105  Все
  Печать  
Автор Тема: Н.А.У.К.А.  (Прочитано 191950 раз)
0 Пользователей и 11 Гостей смотрят эту тему.
Dexter
Гость
« Ответ #45 : 10 апреля 2014, 22:05:05 »

Мне вот понравилась вот эта моделька от Boeing:

   А чиво будет, если у него один двигатель выйдет из строя? :)
Будет садиться по самолётному, а не вертикально. ;)
Записан
Dexter
Гость
« Ответ #46 : 14 апреля 2014, 21:38:36 »

Научные анекдоты
(http://www.rosbalt.ru/blogs/2014/04/10/1255448.html)



Несмотря на ощутимый и нарастающий научно-технологический прогресс, человеческое общество по-прежнему плавает в океане заблуждений и предрассудков. Наука и научный метод часто противоречат нашей интуиции и заставляют нас отказываться от того, что кажется очевидным. Долгое время противники идеи, что Земля вращается вокруг своей оси, задавали вопрос: "а почему мы все не слетаем с ее поверхности?" Аналогично, наш наивный повседневный опыт подсказывает нам, что поверхность Земли плоская, а не сферическая. Мы легко находим закономерности там, где их нет: некоторые суеверия связывают ритуальный танец с появлением дождя, молитву с успехом, черную кошку с несчастьем, гороскопы с чертами личности, а принятие гомеопатической пустышки с выздоровлением. Некоторые ошибки познания мы совершаем чаще, чем другие, и история человеческой культуры полна примерами заблуждений. Какие уроки можно извлечь из этих ошибок?

Некоторые люди говорят: “пока не увижу, не поверю”. Хотя эта позиция разумнее, чем вера в то, чего никто никогда не видел, даже эта позиция может быть слишком мягкой. Иногда даже увидеть что-то недостаточно: наше зрение слишком легко обмануть. Во-первых, существует огромное количество оптических иллюзий. Некоторые примеры таких иллюзий приведены ниже.



Первая картинка: нарисованная на улице пропасть. Вторая картинка: комната Эймса, оптическая иллюзия, создаваемая за счет того, что комната неправильной формы, воспринимается как прямоугольная, хотя справа потолки ниже, а ребенок стоит к нам ближе. На комнату Эймса можно посмотреть лично на первом этаже музея занимательных наук Экспериментаниума, посетить который я всем очень рекомендую, особенно если есть дети. А еще там читают научно-популярные лекции. Третья картинка: квадратики A и B на самом деле одного цвета.

Во-вторых, задумайтесь о том, как легко нас удивляют фокусники. Левитация, хождение по воде, превращение воды в вино, угадывание карт, разрезание человека, исчезновение предметов, сгибание ложек и даже оживление мертвых мух: все это входит в более-менее стандартный набор трюков, которые выполняются обученными людьми, а иногда даже любителями из разных уголков мира.

Мысль, которую я пытаюсь донести, хорошо отражена в следующем анекдоте. К Карапету пришло шесть гостей и сели за стол. Когда Карапет заглянул под стол, он насчитал только 11 ног. Как такое получилось? Можно придумывать разные объяснения: кто-то из гостей был одноногий, кто-то из гостей положил ногу на стол и так далее. Прежде чем читать дальше, можете подумать и предложить свой вариант ответа.

Но есть и более простое объяснение, которое часто ускользает из вида: Карапет ошибся. Когда мы сталкиваемся с чем-то загадочным, чаще всего мы просто ошибаемся, неверно представляем себе реальность.

Кроме ошибок восприятия есть и ошибки нашего мышления. Один лишь список классифицированных логических ошибок может занять целую статью, поэтому ограничимся перечислением наиболее интересных.

Argumentum ad populum (аргумент к народу) – вид ошибочной логической аргументации, основанной на идее, что большинство не ошибается. Согласно недавнему опросу ВЦИОМ, большинство россиян уверены, что радиоактивность — дело рук человеческих (55%). В действительности, практически вся радиоактивность естественного происхождения. Взять хотя бы урановую руду, содержащую радиоактивные элементы.

Argumentum ad antiquitatem (аргумент к античности) – вид ошибочной логической аргументации, очень распространенной в современной России, гласящий, что некоторое утверждение является верным, а некоторая практика является разумной лишь на том основании, что “так принято с давних времен”, “такова традиция”. Здесь поучительным примером является история венгерского врача Игнаца Земмельвейса, который в 1847 году показал, что если акушеры моют руки с антисептиком, это в несколько раз снижает частоту послеродовых инфекционных заболеваний у матерей и новорожденных детей. В те времена была распространена такая опасная практика: врачи после работы с тяжелобольными людьми или даже с умершими шли принимать роды, распространяя патогенные бактерии. Над идеей Земмельвейса долгое время смеялись: ведь он выступал против практики, которая была традиционной, а значит, по мнению коллег, приемлемой, естественной, выдержавшей испытание временем. Но Земмельвейс был прав, а промедление в признании эффективности мер санитарии стоило человеческих жизней.

Еще один пример ошибочной аргументации: Cum hoc ergo propter hoc – вместе с этим, значит по причине этого. Люди, которые спят в ботинках, часто просыпаются с головной болью. Значит ли это, что ношение ботинок во время сна вызывает головную боль? Скорее всего, причинно-следственная связь совсем другая: в ботинках чаще всего ложатся спать пьяные. Еще одна наглядная демонстрация абсурдности аргумента сum hoc ergo propter hoc приведена ниже в виде корреляции между числом убийств в США и доли Internet Explorer на рынке.



И напоследок самый интересный пример: post hot ergo propter hoc – после значит вследствие. Этот тип ошибки мышления свойственен не только людям. В знаменитых опытах на голубях ученый Беррес Скиннер показал, что если голубя кормить в случайный момент времени, независимо от его действия, голубь вырабатывает своеобразные ритуалы. Птица все чаще повторяет те действия, которые она делала перед получением еды. Голуби могут махать крыльями, биться головой об стенку, вращать шеей и так далее.Это явление получило название голубиных предрассудков: голубь ошибочно предполагает, что подобные действия приводят к появлению корма.

Аналогичными проявлениями в человеческой культуре являются вера в приметы, например, что черный кот, перешедший дорогу – это к несчастью. Это также вера в целительную силу молитвы или в то, что особый танец может вызывать дождь. Больной человек принял таблетку пустышку (гомеопатическое средство сверхмалых разбавлений) и вскоре выздоровел. Он не отдает себе отчета, что выздоровление могло быть связано с чем-то другим: прошло время и иммунная система, наконец, поборола недуг. Возможно, помогла смена образа жизни, количество выпитой воды или еще какой-то неучтенный фактор. Но люди судят по таким единичным примерам из своей жизни и приходят к ошибочным выводам.

Склонность находить закономерности в случайных данных и придавать им особое значение получило название апофении. Подробная статья про это явление доступна по ссылке. Люди находят связь между гороскопом и чертами личности, скрытые послания в древних текстах и даже следы древней русской письменности на снимках поверхности солнца.

Наше восприятие тоже склонно находит закономерности там, где их нет. Например, мы отчетливо можем разглядеть лица на некоторых гренках. Стоит нарисовать две точки и скобочку и мы видим, что это лицо, причем даже знаем, какую эмоцию это лицо выражает.

В истории науки тоже есть интересные примеры апофении. Когда микроскопы были еще не очень хороши, некоторые ученые видели и даже зарисовывали внутри сперматозоида маленького человечка, который, по существовавшим ошибочным представлениям, попадая внутрь матери, начинал расти. В условиях низкой точности изображений люди видели то, что ожидали увидеть. Разумеется, более качественные микроскопические анализы не подтвердили эти ранние представления, которые сегодня кажутся абсурдными любому образованному человеку.

Замечательным примером апофении является наша способность слышать знакомые нам слова в шуме или вместо незнакомых или плохо различимых слов. На этом принципе основан "феномен электронного голоса", когда люди слышат в статическом шуме радио сообщения от духов. Похожий принцип работает во всевозможных видео так называемых "misheard lyrics", где зрителю дают послушать песню с ложными субтитрами, и человек начинает отчетливо слышать те слова, которые видит на экране, хотя в песне поется совсем другое.

Но проблема заключается не столько в апофении, сколько в том, что мы некритически относимся к тем закономерностям, которые обнаруживаем. Чаще всего мы совершенно упускаем из вида возможность, что некоторая закономерность получена по случайным причинам, а это, в свою очередь, возникает из-за контр-интуитивности представлений человека о вероятности. Какая вероятность встретить динозавра на улице? 50% на 50% — либо встретишь, либо не встретишь. Абсурдно, но в многих вопросах люди именно так и рассуждают.

Возьмем три шестигранных кости и бросим их. Что более вероятно: выпадение суммы, равной трем, или суммы, равной четырем? До XIII века выпадение этих сумм считалось равновероятным: ведь сумма равная трем получается только комбинацией трех единиц, а сумма равная четырем получается только комбинацией двух единиц и одной двойки. Ришар Де Фурниваль понял, что на самом деле сумме, равной четырем, соответствует три возможные комбинации бросков костей. Двойка может выпасть на первой кости, на второй или на третьей. Поэтому и вероятность выпадения суммы, равной четырем, в три раза больше. Удивительно, но очень долгое время теория вероятности была экспериментальной наукой. Потребовались столетия исследований с участием величайших умов, чтобы вывести довольно простые законы вероятности, которыми сегодня пользуются исследователи по всему миру. Между тем знание теории вероятности очень помогает распознавать шарлатанов.

Представьте себе, что женщина обратилась к магу или экстрасенсу, чтобы тот заставил ее загулявшего мужа вернуться к ней (с помощью сверхъестественной силы). Экстрасенс говорит, что плату возьмет только в том случае, если желаемый результат будет получен. Казалось бы, честное предложение? В действительности, это хитрая уловка. Есть ненулевая вероятность того, что желаемый результат будет получен без какой-либо посторонней помощи. Даже если муж вернется к жене, это не значит, что в этом заслуга экстрасенса, но свое вознаграждение он получит. Если к экстрасенсу придет множество клиентов с подобными просьбами, то хотя большинство людей разочаруются в экстрасенсе, небольшая доля будет весьма удивлена его “силе”. Аналогично, если человек обратится к множеству экстрасенсов, то хотя большинство экстрасенсов его разочаруют, некоторые из них могут случайно попасть в точку. Действительно, даже самые ярые сторонники существования паранормального соглашаются с тем, что большинство экстрасенсов – шарлатаны. Просто они добавляют к этому, что “есть ведь настоящие”! Существование таких “настоящих” экстрасенсов с точки зрения отдельных их клиентов объясняется описанным статистическим эффектом. Экстрасенсов и клиентов так много, что на любого экстрасенса найдется “его” клиент и на любого клиента найдется “настоящий” экстрасенс, даже если настоящих экстрасенсов в природе не существует. Но мало кому приходит в голову такая идея.

Сама наука тоже довольно контр-интуитивна. Одна из самых поучительных историй – история про открытие телепатии у крыс. В одном институте провели следующий эксперимент. Брали крыс и сажали их парами в клетки, давали им познакомиться. Через некоторые время клетки делили на две группы: экспериментальную и контрольную.

Крысы из каждой пары изолировались друг от друга так, чтобы они не могли обмениваться звуками, запахами, не видели друг друга. В экспериментальной группе одну крысу из пары морили голодом, а за второй крысой наблюдали – сколько она ест в условиях, когда еды неограниченное количество. В контрольной группе обеим крысам давали неограниченное количество еды, за одной из крыс наблюдали: сколько она будет есть. Оказалось, что напарница голодающей крысы ела больше, чем напарница сытой крысы будто чувство голода каким-то волшебным образом передалось от одной крысы к другой. Неужели это настоящая телепатия?

Этими экспериментами заинтересовался один подкованный в математике человек, который приехал в этот институт и попросил принять участие в очередной серии опытов. Его взяли в команду, но он оказался очень дотошным: он попросил, чтобы на каждом этапе эксперимента крысы выбирались не экспериментатором, а жребием. Какая крыса окажется с какой в одной клетке? Определим жребием. Какая пара крыс попадет в экспериментальную группу, а какая в контрольную? Решит жребий. За какой из двух крыс будет вестись наблюдение на предмет количества съеденной еды? Тоже жребий. Все эти изменения протокола исследований были приняты.

Предложенная математиком процедура называется рандомизация, и эта процедура полностью устранила весь эффект телепатии у крыс. Простое объяснение: сами того не зная, экспериментаторы помещали в экспериментальную группу под наблюдение более активную или более толстую крысу, которая больше ела, что и приводило к столь потрясающему эффекту. Но никому в голову не приходило, что в эксперименте может быть вот такой изъян. На самом деле есть масса исследований, в том числе и в приличных научных журналах, где подобные эффекты не исключены. Это не значит, что в подобных исследованиях все заведомо не верно, но возможность такой ошибки нужно осознавать.

Напоследок хочется сказать, что умение признавать ошибки и адекватно реагировать на критику является, пожалуй, одним из важнейших качеств ученого. Любопытным обстоятельством истории про телепатию крыс является то, что в конце концов исследователи ошибку признали. Планируя научные эксперименты или анализируя чужие исследования не забывайте, что нельзя верить всему, что видишь, что многое может быть объяснено случайностью, что в экспериментах должна быть контрольная группа, и что даже самый честный исследователь может, сам того не осознавая, повлиять на результаты экспериментов и исказить их, если не будут приняты необходимые меры предосторожности (например, рандомизация, слепой метод).

Александр Панчин
Записан
violet drum
Ветеран
*****
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 17078


Абстрактные концепции на конкретной шкуре...)


« Ответ #47 : 14 апреля 2014, 23:23:55 »

Одна из самых поучительных историй – история про открытие телепатии у крыс. В одном институте провели следующий эксперимент. Брали крыс и сажали их парами в клетки, давали им познакомиться. Через некоторые время клетки делили на две группы: экспериментальную и контрольную.


Ссылки на этот "эксперимент" нету случаем?))))))))
Записан

Вам никогда не приходило в голову ... копьё?
Dexter
Гость
« Ответ #48 : 14 апреля 2014, 23:26:41 »

Одна из самых поучительных историй – история про открытие телепатии у крыс. В одном институте провели следующий эксперимент. Брали крыс и сажали их парами в клетки, давали им познакомиться. Через некоторые время клетки делили на две группы: экспериментальную и контрольную.


Ссылки на этот "эксперимент" нету случаем?))))))))
Нет, это из статьи, сам я в первый раз про такой эксперимент читаю. :-\
Записан
Dexter
Гость
« Ответ #49 : 15 апреля 2014, 12:09:58 »

ЧАЙНИК ПОД ТЕПЛОВИЗОРОМ
<a href="https://www.youtube.com/v/8yYv7227Xj8" target="_blank">https://www.youtube.com/v/8yYv7227Xj8</a>


Записан
Pipa
Техник
Ветеран
*
Offline Offline

Пол: Женский
Сообщений: 12166



Email
« Ответ #50 : 15 апреля 2014, 22:10:47 »

Создана карта нейронных связей мышиного мозга
http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2014/04/15/568260

Ученые из Института наук о мозге им. Аллена создали новую карту нейронной активности мозга мыши. Четырехлетняя работа завершилась созданием атласа связей между 75 млн нейронов мозга мыши.

Масштаб этой работы сложно переоценить. Картографирование связей между нейронами мозга – это огромная работа. В отличие от человеческого мозга со 100 млрд нейронов, мозг мыши имеет менее 100 млн нейронов, но все равно даже грубая карта связей этих нейронов заняла на жестких дисках более 1,8 петабайт. Полная карта мозга человека займет не менее 98 000 петабайт.

Чтобы отследить работу 75 млн нейронов мозга мыши, ученые ввели грызунам флуоресцентные вирусы, что обеспечило разрешение менее 1 микрона. Для данного исследования пришлось использовать более 1700 подопытных мышей – также своеобразный рекорд.

<a href="https://www.youtube.com/v/3CvY-y2IPdg" target="_blank">https://www.youtube.com/v/3CvY-y2IPdg</a>

Карта мозга мышей дала много интересных данных о работе мозга. В частности, ученые смогли определить силу взаимодействий между нейронами. Оказалось, что самые слабые и самые сильные взаимодействия различаются на пять порядков. При этом нейроны в мозге – это не просто две соединенные точки, а непрерывно меняющая свою структуру вычислительная сеть. Она по-разному реагирует на различные раздражители и непрерывно меняет свою структуру. Карта поможет ученым понять, как мозг обрабатывает различную информацию. С помощью компьютерного моделирования исследователи смогут выделить шаблоны, соответствующие определенной реакции мозга. Эти шаблоны могут использоваться, в том числе, и для стимуляции мозга.

Менее года назад разрешение в 20 микрон было большим достижением в деле составления карты нейронных связей. Сегодня же ученые все ближе подходят к главной цели – работе по созданию полной карты нейронов человеческого мозга. Эта работа займет не один год и будет грандиозна по своим масштабам, но одновременно она позволит многое узнать о принципе работы самого сложного органа и явлениях, лежащих в основе нашего разума.
http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2014/04/15/568260
Записан
mishel
Ветеран
*****
Offline Offline

Сообщений: 4827



« Ответ #51 : 15 апреля 2014, 22:13:46 »

Как страшно жить :)
Записан

азм есмь сознание.
Dexter
Гость
« Ответ #52 : 15 апреля 2014, 22:14:57 »

Чтобы отследить работу 75 млн нейронов мозга мыши
Я когда прочитал это, то пришла смешная мысля: так много нейронов, а разговаривать не умеют. ;D
Записан
Ртуть
Гость
« Ответ #53 : 15 апреля 2014, 22:26:56 »

Pipa, чем эти бездельники только не занимаются, сначала синдром побеждают, потом частицу открывают, теперь вот распознавая телевизор они используя тестер и отвертку, пытаются воздействовать на редакцию телепередач.
Записан
Pipa
Техник
Ветеран
*
Offline Offline

Пол: Женский
Сообщений: 12166



Email
« Ответ #54 : 15 апреля 2014, 22:41:56 »

Кто решит задачку на пропорции?

У мыши:       100 млн  нейронов, пришлось использовать более 1700 подопытных мышей.
У человека: 100 млрд нейронов, придется использовать более   ?   подопытных человек.

:)
Записан
mishel
Ветеран
*****
Offline Offline

Сообщений: 4827



« Ответ #55 : 15 апреля 2014, 22:45:13 »

Уже доиспользовались :)   Карлоса они конечно сожрали , зато другим наука :)
Записан

азм есмь сознание.
violet drum
Ветеран
*****
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 17078


Абстрактные концепции на конкретной шкуре...)


« Ответ #56 : 16 апреля 2014, 00:21:21 »

Ученые из Института наук о мозге им. Аллена создали новую карту нейронной активности мозга мыши. Четырехлетняя работа завершилась созданием атласа связей между 75 млн нейронов мозга мыши.

http://www.youtube.com/watch?v=D2l6l2uuFns
Записан

Вам никогда не приходило в голову ... копьё?
Dexter
Гость
« Ответ #57 : 20 апреля 2014, 19:55:01 »

Ученые впервые обнаружили похожую на Землю планету
(http://novostinauki.ru/news/91103/)

Астрономы обнаружили планету, которая похожа на Землю больше любой другой известной науке планеты.



Обнаруженная планета получила кодовое обозначение Kepler-186f и входит в так называемую «обитаемую зону». Другими словами, она настолько отдалена от своей звезды, что на ней потенциально существуют благоприятные для возникновения жизни условия.

На открытой планете не слишком жарко, но и не слишком холодно, что является главной подоплекой для существования воды в жидком виде. В таком агрегатном состоянии вода может стать благоприятной средой для жизнедеятельности живых организмов.

Kepler-186f вращается вокруг своей звезды, как и Земля. Судя по имеющимся данным, новая планета отдалена от нас на расстоянии около 500 световых лет. Светило Kepler-186 немного меньше и холоднее нашего Солнца, а ее размеры, напротив, немного превышают размеры нашей Земли.

Первые межпланетные путешествия землян уже перестали быть научной фантастикой, и мы через несколько десятилетий будем наблюдать за ними, как сегодня можем смотреть онлайн фильмы.

Астрономы предполагают, что поверхность Kepler-186f покрыта скалами. Название обнаруженной планеты недвусмысленно указывает, что она открыта с помощью телескопа Kepler.

Кеплер обнаружил землеподобную планету в обитаемой зоне
(http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2014/04/18/568864)

Космический телескоп Кеплер обнаружил первую подтвержденную экзопланету размером с Землю и находящуюся в обитаемой зоне.

Планета, названная Кеплер-186F, находится в звездной системе с пятью планетами на расстоянии 500 световых лет от Солнца по направлению на созвездие Лебедя. Планета вращается вокруг карлика М-класса, в 2 раза меньшего, чем наше Солнце. Это довольно распространенный тип звезды, так что обнаружение землеподобной планеты у подобной звезды повышает вероятность существования большого количества обитаемых миров в нашей галактике.


Рисунок художника отражает возможный облик первой потенциально обитаемой экзопланеты сравнимой по размеру с Землей

 До сих пор все планеты, найденные в обитаемой зоне, по размеру превосходили землю минимум на 40%. Кеплер-186F – это первая потенциально обитаемая экзопланета, размер который сравним с размером Земли. Правда масса экзопланеты и ее состав пока неизвестны, но ученые полагают, что это обычная скалистая планета.

Год на планете Кеплер-186F длится всего 130 дней, но из-за малой яркости родительской звезды, планета получает всего треть солнечной энергии, в сравнении с Землей. В полдень солнце Кеплер-186F по яркости сравнимо с земным Солнцем за час до заката. Тем не менее, на планете достаточно тепло для поддержания воды в жидком виде на поверхности.


Экзопланета Кеплер-186F в сравнении с Землей. Орбита планеты Кеплер-186F.

 «Обнаружение планеты Кеплер-186F является значительным шагом к нахождению копии нашей Земли, - отмечает директор управления НАСА по астрофизике Пол Герц. - Будущие миссии НАСА, такие как Transiting Exoplanet Survey Satellite и космический телескоп James Webb, помогут найти ближайшие к Земле планеты и определить их состав и климат. Человечество продолжит поиски планет, похожих на Землю».

Поиск землеподобных планет, фактически, является поиском внеземного разума, так как единственная известная обитаемая нам планета - это Земля. К сожалению, Кеплер-186F находится слишком далеко от Земли, чтобы всерьез говорить о тщательном изучении ее поверхности и атмосферы с помощью телескопов и, тем более, об отправке беспилотной миссии к данной планете. Тем не менее, 70% звезд в нашей галактике - это карлики класса М. Обнаружение землеподобной Кеплер-186F у такой звезды дает нам надежду отыскать копию Земли неподалеку от нашей планеты.

Планетная система Kepler-186

(http://spacetimes.ru/exoplanets/kepler_186-f)
Записан
Dexter
Гость
« Ответ #58 : 23 апреля 2014, 23:04:33 »

Гм, случайно наткнулся на одно открытие, которое произошло в 2001 году и лично мне оно было совсем неизвестно. :o :-\ Это существование "квантовых состояний нейтрона в гравитационном поле Земли". С тех пор народ интенсивно изучает это явление и, судя по всему, перспективы у данного открытия довольно радужные, учитывая что появилось такое направление как "спектроскопия квантовых уровней нейтронов в гравитационном поле Земли". Всё потому, что спектроскопия - это довольно точный инструмент, ну по-крайней мере электромагнитная спектроскопия. Лично я надеюсь что это позволит наконец-то обнаружить гравитационные волны, хотя приложений этого феномена итак уже много придумали. Короче, к сути открытия.

Цитата: Википедия
Нейтрон — единственная из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие — искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка ультрахолодных нейтронов. Измеренное гравитационное ускорение нейтронов в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел.


КВАНТОВЫЕ СОСТОЯНИЯ НЕЙТРОНА В ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
(http://nrd.pnpi.spb.ru/2002pnpi/p6.htm)

Г.Бернер1, В.Несвижевский1, А.Петухов, Х.Абеле2, С.Баслер2, Ф.Рюэс2, Т.Стоферл2, А.Гагарский, Г.Петров, А.Стрелков3, А.Вестфаль2

1) ИЛЛ, Гренобль, Франция
2) Университет г. Гейдельберг, Германия
3) ОИЯИ, Дубна, Россия

1. Ведение

В соответствии с принципом неопределенности квантовые явления для частицы с массой m становятся важными для расстояний Dz и скоростей Dv, связанных соотношением DzDv ~ h/m (Dv<<<с), где h - постоянная Планка. Отсюда следует, в частности, что чем меньше m и Dv, тем больше Dz. При этом для частицы, находящейся в потенциальной яме в течение времени большем, чем Dt ~ h/DЕ, ее квантовые состояния с разницей в энергиях ~DЕ могут быть наблюдаемы. Для того чтобы иметь возможность наблюдать такие состояния частицы в гравитационном поле, все другие взаимодействия частицы должны быть настолько малы, чтобы их интерференция с гравитационным полем была пренебрежимо мала. Выбор нейтрона, нейтральной достаточно долго живущей частицы, удовлетворяет всем вышеупомянутым условиям. Насколько известно, постоянная Планка и гравитационное ускорение нейтрона в гравитационном поле упоминались совместно только в очень немногих работах (см., например, [1, 2 и 3]). Возможность наблюдения квантовых состояний нейтрона в гравитационном поле отмечалась в работе [4]. Еще ранее аналитическое решение задачи о квантовых состояниях частицы в гравитационном поле приводилось в учебниках по квантовой механике (см., например, [5 и 6]). Ультрахолодные нейтроны [7, 8] представляют собой весьма удобный объект для таких исследований. В течение последних 30 лет была развита и соответствующая экспериментальная техника работы с такими нейтронами. Недавно в ИЛЛ [9] был создан однокомпонентный гравитационный спектрометр высокого разрешения. Первые измерения на этом спектрометре с ультрахолодными нейтронами (УХН) [10] не только позволили получить указание на существование нижайшего квантового состояния в гравитационном поле, но и открыли новые возможности для проведения дальнейших исследований [11].

2. Эксперимент

При наличии гравитационных уровней нейтроны с очень малой энергией, падающие на отражающее горизонтально расположенное зеркало, не двигаются непрерывно вдоль вертикальной линии, а скорее, перепрыгивают с одного гравитационного уровня на другой. Очевидно, что само по себе гравитационное поле не может создать потенциальную яму, для этого необходима еще отражающая поверхность зеркала. Описание взаимодействия нейтронов с отражающей поверхностью можно найти в любом учебнике по нейтронной физике (см., например, [12, 13]). Поскольку в такой задаче нет сил, действующих в горизонтальной плоскости, квантовые состояния нейтрона могут наблюдаться только в вертикальном направлении. Картина возможных квантовых состояний нейтрона в гравитационном поле Земли представлена на рис.1.

Падающая на зеркало нейтронная волна отражается от него и интерферирует сама с собой. В результате может возникать стоячая волна нейтронной плотности. Таким образом, при прохождении над зеркальной поверхностью нейтронного пучка, имеющего вертикальную расходимость, в нем возникают своеобразные горизонтальные "струи" с плотностью, зависящей от высоты. Если такие нейтроны пропускать через щель, образованную горизонтальным зеркалом и параллельной ему поглощающей нейтроны пластиной, то в зависимости от ее ширины должна наблюдаться ступенчатая зависимость потока нейтронов на выходе щели.


Рисунок 1. Квантовые состояния нейтрона, возникающие в потенциальной яме, образованной гравитационным полем Земли и отражающим горизонтальным зеркалом. Вероятность обнаружить нейтрон на высоте Z, соответствующей n-ому квантовому состоянию, пропорциональна квадрату волновой функции y2(Z).

При ширине щели, меньшей пространственной ширины первого квантового состояния, нейтронный поток на выходе должен вообще отсутствовать. При увеличении ширины щели будет наблюдаться первая ступенька плотности нейтронного потока с высотой, определяемой заселенностью нижайшего квантового состояния. Дальнейшее увеличение ширины щели не должно изменять интенсивность прошедшего нейтронного пучка до тех пор, пока не будет заселяться и второе квантовое состояние. По мере увеличения ширины щели ступенчатый рост интенсивности должен "замываться", а кривая пропускания приближаться по форме к классическому пределу.

3. Результаты

На рис. 2 и 3 представлены экспериментальные результаты измерений интенсивности пучка УХН, проходящего через щель. Полученные данные показали существенное отличие зависимости интенсивности прошедшего через щель нейтронного пучка (средняя длина волны ~ 0,01 мкм) от классической картины зависимости интенсивности светового луча (длина волны ~ 0,4 мкм), прошедшего через ту же щель [11]. До тех пор пока ширина щели меньше чем ~ 15 мкм, нейтроны вообще не пропускаются. При дальнейшем увеличении ширины щели интенсивность прошедших нейтронов возрастает примерно пропорционально ~ DZ1,5 с некоторыми указаниями на ступенчатое поведение зависимости.


Рисунок 2. Зависимость скорости счета УХН на выходе щели от её ширины. Экспериментальные точки - интенсивность нейтронов при разной ширине щели. Сплошная кривая - классическая зависимость интенсивности от ширины щели, N ~ DZ1,5 . Горизонтальная линия - фон детектора нейтронов, штриховые линии - коридор погрешностей фона.

Тщательный анализ всех условий проведения эксперимента не обнаруживает влияния каких-либо систематических ошибок и позволяет надежно констатировать отсутствие пропускания УХН узкой щелью с шириной до ~ 15 мкм. Форма кривой пропускания щели в пределах достигнутой точности измерений не зависит от величины горизонтальной составляющей скорости нейтрона. Такое поведение интенсивности прошедших через щель нейтронов находит естественное объяснение в предположении существования квантовых уровней нейтрона в гравитационном поле Земли с шириной нижайшего квантового состояния около 15 мкм.


Рисунок 3. Зависимость скорости счета нейтронов на выходе щели. Экспериментальные точки - интенсивность нейтронов, просуммированная по интервалам шириной 2 мкм. Штриховая ступенчатая кривая - подгонка теоретически ожидаемой зависимости в предположении существования всех возможных квантовых состояний; пунктир - подгонка в предположении существования только одного нижайшего состояния. Остальные обозначения - см. рисунок 2.

4. Заключение

Полученное нами первое экспериментальное указание на существование квантовых состояний нейтронов(v Ј 10 м/с) в гравитационном поле еще раз свидетельствует об универсальности квантовых свойств вещества. Поскольку параметры квантовых состояний в такой системе определяются, главным образом, взаимодействием нейтрона с гравитационным полем, наблюдаемое явление может рассматриваться как возможный новый путь исследований фундаментальных свойств материи.

[1]. R.A.Colella, W.Overhauser and W.A.Werner // Phys. Rev. Lett., 1975. V.34. P.1472.
[2] V.G. Baryshevskii, S.V.Chererepitza and A.I.Frank // Phys. Lett., 1991. V.153A. P.229.
[3] A.I. Frank // Sov. Phys. Usp., 1991. V.34(11). P.980.
[4] V.I. Luschikov and A.I. Frank // JETP Lett., 1978. V. 28(9). P.559.
[5] L.D. Landau and E.M. Lifshitz // Quantum Mechanics, ed. Pergamon, Oxford, 1963. P.164. [6] S.Flugge // Practical Quantum Mechanics, ed. MIR, Moscow, 1974. P.164
[7] V.I. Luschikov et al. // JETP Lett.,1968. V.9. P.40
[8] A.Steyerl // Phys. Lett., 1969. V.29B. P.33.
[9] V.V. Nesvizhevsky et al // NIM, 2000. V.440(3). P.754
[10] A.Steyerl et al. // Phys. Lett., 1986. V.116A. P.374.
[11] V.V. Nesvizhevsky et al. // Submitted to Physics Letters, Also: Proc., ed. JINR Dubna, 2000. P.200.
[12] V.K. Ignatovich // Physics of Ultracold neutrons, ed. Nauka, 1986.
[13] R. Golub, D.J.Richardson and Lamoreaux // Ultracold neutrons, ed. by Adam Higler, Bristol, 1991.


Проведена спектроскопия квантовых уровней нейтронов в гравитационном поле Земли
(http://elementy.ru/news/431611)


Рис. 1. Графики квадратов модулей волновых функций нейтрона, находящегося в гравитационном поле Земли (вектор g указывает направление силовых линий этого поля) над гладким, горизонтальным, упруго отражающим частицы зеркалом. Эти функции соответствуют вероятности обнаружить нейтрон на определенной высоте z над зеркалом. По оси абсцисс (пунктирные линии) отложена вероятность нахождения частицы на данной высоте. Боковые пики на графиках означают наиболее вероятное положение нейтрона на оси z (рассматривается одномерная геометрия), они же определяют высоту расположения уровней энергии. Каждому уровню энергии соответствует свой вид волновой функции (или квадрат ее модуля, как здесь показано). Например, 4-й (n = 4) энергетический уровень нейтрона находится на высоте 37 мкм над зеркалом, при этом его энергия в этом квантовом состоянии составляет 4,1 пэВ (пикоэлектрон-вольт, 10–12 эВ). Аналогичная картина имеет место для других уровней. Рисунок из статьи V. Nesvizhevsky et al. Quantum states of neutrons in the Earth's gravitational field

Характерным отличием квантовой частицы от ее классического аналога является то, что, находясь в зоне действия какого-либо поля, она может принимать дискретный (а не непрерывный) набор значений энергии. Этот эффект называется квантованием уровней энергии. Наиболее известное его проявление — состояния электронов в атоме, возникающие в электромагнитном поле ядра. Квантовые уровни энергии частицы могут образовываться и в гравитационном поле, однако из-за его чрезвычайной слабости экспериментально доказать их существование получилось лишь в 2001 году. Теперь команде ученых из Австрии, Франции и Германии удалось провести еще и спектроскопию квантовых уровней энергии частицы в гравитационном поле — они индуцировали и детектировали переходы ультрахолодных нейтронов с одного уровня на другой.

Движение какой-либо частицы (объекта, тела) в макроскопическом, привычном для нас, мире описывается уравнениями классической физики, которые следуют из второго закона Ньютона. Решения этих уравнений задают местоположение частицы и энергию, которой она обладает в определенной точке пространства. Сама же траектория движения определяется характеристиками частицы (масса, заряд и т. п. — в зависимости от того, в каком поле частица движется) и потенциалом поля, в котором она находится. Потенциал поля — это энергетическая характеристика, показывающая степень его воздействия на частицу, находящуюся в области влияния этого поля. Источником поля может быть другая частица (или группа частиц, объектов, тел), воздействующая на данную частицу посредством одного или нескольких из четырех известных видов фундаментальных взаимодействий — гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого.

Решения уравнений показывают, что в процессе движения частицы ее энергия меняется непрерывным образом, то есть для частицы не существует каких-либо запрещенных значений. Энергия зависит лишь от конкретных характеристик частицы и от того, насколько близко она располагается к источнику поля.

Поясним вышесказанное на примере планет Солнечной системы. Их движение управляется гравитационным полем Солнца (если не принимать во внимание возмущающее воздействие других планет). Солнце — это источник поля. Чем ближе планета расположена к Солнцу, тем меньшее значение энергии она имеет. Если начать гипотетически сдвигать планеты с орбит, удаляя их от Солнца или, наоборот, приближая, то энергия небесного тела будет меняться непрерывным, континуальным образом.

Совсем по-другому дела обстоят в микроскопическом мире, где большинство законов классической физики уже не действует, а в игру вступают уравнения квантовой механики. Здесь аналогом второго закона Ньютона будет уравнение Шрёдингера. Если характеристики движения макроскопической частицы рассчитываются через их координату, то для микроскопических (квантовых) объектов главным параметром является так называемая комплексная величина — волновая функция. Ее физический смысл отражает различия между классической и квантовой физикой. Если в первом случае координата частицы строго определена, то в микроскопическом мире квадрат модуля волновой функции показывает лишь вероятность ее нахождения в пространстве с некой заранее предопределенной координатой. Решение уравнение Шрёдингера для заданного потенциала поля позволяет найти волновую функцию частицы и рассчитать энергию, которую она будет иметь в данной точке пространства.

И вот здесь возникает еще одно различие между макроскопическим и микроскопическим мирами. Энергия частицы при перемещении в пространстве меняется не непрерывным образом, а носит дискретный характер. Иными словами, частица может принимать лишь строго определенный набор значений энергии, или, что то же самое, находиться на строго определенных энергетических уровнях — то есть наблюдается квантование уровней энергии частицы. Каждый уровень имеет свой порядковый номер, свое значение энергии и свою волновую функцию, причем максимум квадрата модуля этой функции (наибольшая вероятность) задает положение энергетического уровня в пространстве. Зависимость энергии уровня от его номера определяется характеристиками частицы (масса, заряд и т. п.) и потенциалом поля, влияющим на нее.

Возьмем для примера микроскопический объект — атом. В школьном курсе физики говорится о том, что электроны в атоме могут находиться лишь на определенных орбитах или уровнях, энергия которых обратно пропорциональна квадрату их номера. Такую зависимость можно получить как раз из уравнения Шрёдингера, если предварительно вспомнить, что отрицательно заряженные электроны в атоме удерживаются благодаря электростатическому взаимодействию между ними и положительно заряженным ядром, то есть движение электронов в атоме управляется потенциалом электростатического поля. Берем теперь потенциал этого поля, подставляем в уравнение Шрёдингера, решаем его и находим распределение энергий по уровням вместе с волновыми функциями, квадрат модуля которых будет давать информацию о местоположении этих самых уровней.

Чтобы найти, как будут квантоваться уровни энергии электрона в однородном магнитном поле, надо тоже взять его потенциал и решить уравнение Шрёдингера. Таким образом получаются хорошо известные в физике твердого тела уровни Ландау. Аналогичным образом можно объяснить, почему отдельные ядра атомов, в состав которых входит «магическое число» нейтронов или протонов (это числа 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126), являются наиболее стабильными. Для этого необходимо подставить в уравнение Шрёдингера так называемый потенциал Вудса—Саксона.

Квантование уровней энергии в вышеперечисленных системах представляет собой давно доказанный многочисленными экспериментами факт. Например, наличие энергетических уровней в атоме подтверждается спектральными линиями, отражающими факт перехода электронов с нижележащего уровня (уровня с меньшим номером) на вышележащий (с большим номером), если он поглотит извне необходимую для этого прыжка энергию либо, наоборот, совершит обратное движение, избавляясь от избытка энергии в виде фотона. Область физики, которая детектирует эти переходы в различных системах с дискретным набором энергетических уровней, называют спектроскопией.

Итак для любого потенциала квантовая частица может иметь дискретный набор уровней и эта дискретность может быть проверена на практике. Правда, поскольку гравитационное взаимодействие намного слабее сильного и тем более электромагнитного взаимодействия, энергия этих уровней очень мала (равно как и расстояние между ними). Поэтому длительное время наличие уровней у частицы в гравитационном поле декларировалось лишь на бумаге.

Отсутствие экспериментальной верификации объясняется также сложностью выбора объекта для наблюдения квантования энергии в гравитационном поле. Прежде всего, этот объект должен быть незаряженным, чтобы не подвергаться влиянию электрического или магнитного полей и не получать от них «паразитное» квантование уровней энергии. Наконец, чтобы энергетические уровни имели место, необходимо ограничить движение объекта снизу, поскольку гравитация неизбежно будет тянуть его вниз и не позволять энергии квантоваться.

Как оказалось, для данной цели лучше всего подходят нейтроны с очень малым значением кинетической энергии (так называемые ультрахолодные нейтроны). Сверхнизкая температура частиц позволяет им успеть во время движения «прочувствовать» дискретность уровней энергии, а экспериментаторам — наблюдать явление квантования, не отвлекаясь на эффекты, связанные с тепловыми флуктуациями.

На рис. 1 показан квадрат модуля волновой функции (вероятность нахождения) нейтрона в гравитационном поле Земли над упруго отражающим зеркалом в случае, когда частица имеет один уровень, два уровня и т. п. Можно сказать, что график функций задает пространственное распределение горизонтального нейтронного потока с большим количеством частиц.

Первый эксперимент, в котором удалось обнаружить квантовые состояния нейтронов в гравитационном поле, был проведен в 2002 году в Институте Лауэ–Ланжевена (Гренобль, Франция). На рис. 2 приведена схема установки, благодаря которой это стало возможным. Эксперимент заключался в следующем: пучок ультрахолодных нейтронов, летящих со скоростью приблизительно 10 м/с, пропускался через коллиматор, цель которого была выпрямить поток частиц, заставив их двигаться только в горизонтальном направлении. Далее нейтроны попадали в узкий зазор между гладким зеркалом снизу и шероховатой поверхностью рассеивателя сверху. Поскольку гравитация заставляет горизонтальный пучок падать, то для ограничения движения было использовано гладкое зеркало, упруго отражающее нейтроны обратно в зазор и тем самым приводя к появлению дискретного набора уровней энергии, то есть их квантования.


Рис. 2. Схематический рисунок экспериментальной установки по обнаружению квантовых состояний нейтронов в гравитационном поле. Поток ультрахолодных нейтронов, проходя через коллиматор (collimator), двигается в строго горизонтальном направлении. Воздействие гравитации превращает горизонтальные траектории частиц в параболические (они показаны сплошными линиями). Благодаря узкому зазору между гладким зеркалом (bottom mirrors) и шершавым рассеивателем (absorber), движение нейтронов помимо классических траекторий приобретает и квантовую составляющую (пунктирные траектории). В зависимости от величины зазора, размер которого регулируется, распределение нейтронов по вертикали описывается функциями, графики которых показаны на рис. 1. Детектор регистрирует это распределение. Это доказывает факт наличия квантовых состояний нейтрона. Рисунок из статьи V. Nesvizhevsky et al. Quantum states of neutrons in the Earth's gravitational field

Так как число уровней растет с увеличением высоты при одновременном их сближении, то движение нейтронов также нуждается и в ограничении сверху. С этой целью в эксперименте над зеркалом устанавливается еще и рассеиватель — тело с шершавой поверхностью, которое будет поглощать стремящиеся вверх нейтроны. На выходе из системы детектор измеряет пространственное распределение нейтронов. Если теоретические предсказания верны, то детектор должен «увидеть» распределение частиц согласно графику на рис. 1. Вид самого распределения определяется высотой расположения рассеивателя. Факт наблюдения этого распределения и его совпадение с теоретическими предсказаниями и доказал, что у нейтронов есть квантовые состояния (более точное описание этого эксперимента и его методологию можно почитать в статье В. Несвижевского «Исследование квантовых состояний нейтронов в гравитационном поле Земли над зеркалом» в журнале УФН).

Теперь группа ученых из Австрии, Франции и Германии осуществила всё в том же Институте Лауэ–Ланжевена серию экспериментов, в которых наблюдала и детектировала переходы между энергетическими уровнями нейтронов в гравитационном поле. Результаты их наблюдений изложены в статье Realization of a gravity-resonance-spectroscopy technique, недавно опубликованной в журнале Nature Physics. Фактически, они провели спектроскопию квантовых состояний ультрахолодных нейтронов. Принципиальная схема эксперимента не отличалась от первого исследования по наблюдению самих состояний (рис. 3).

Изначально высота рассеивателя над зеркалом составляла приблизительно 25 мкм. До начала колебаний детектор зафиксировал, что 57% от общего числа ультрахолодных нейтронов (горизонтальная составляющая их скорости ограничена диапазоном от 5,7 м/с до 7 м/с) находились на первом уровне, 37% — на втором и 6% — на более высоких уровнях. Главное новшество исследования заключалось в том, что зеркало теперь могло совершать вертикальное колебательное движение. Размах осцилляций подбирался такой, что наиболее вероятным состоянием нейтронов всё равно оставался первый уровень.

Чтобы индуцировать переход, частота колебаний зеркала должна быть пропорциональна разности энергий третьего и первого уровней. В этом случае будет наблюдаться резонанс — перемещение нейтронов с первого уровня на третий. Детектор, находящийся на выходе из экспериментальной установки, чтобы регистрировать нейтроны на наиболее вероятной высоте первого уровня, естественно, обнаружит уменьшение их количества. Соответственно, коэффициент прохождения нейтронов для него уменьшится (рис. 3).


Рис. 3. Зависимость коэффициента прохождения ультрахолодных нейтронов через экспериментальную установку (см. рис. 2) от частоты колебаний гладкого зеркала. Для частоты приблизительно 705±6 Гц наблюдается резонанс, означающий, что большинство нейтронов перебралось с первого квантового уровня на третий, в связи с чем детектор фиксирует уменьшившееся количество нейтронов (резкое падение коэффициента прохождения нейтронов через установку). Вертикальные линии с чертой посередине означают статистический разброс данных по измеренному в эксперименте коэффициенту прохождения. Сплошные линии — это зависимость коэффициента прохождения нейтронов от частоты колеблющегося зеркала согласно теоретическим расчетам. Синяя и красная кривая и линии отвечают умеренным (ускорение а, с которым колеблется зеркало меняется в пределах 1,5 < a < 4,0 м/с2) и сильным (4,9 < a < 7,7 м/с2) осцилляциям. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Physics

Иными словами, поскольку резонансная частота колебаний зеркала стимулирует нейтроны перебираться на верхний третий уровень, то для детектора эти частицы будут «невидимыми».

Таким образом, данная работа представляет собой первый эксперимент, в ходе которого была проведена спектроскопия квантовых состояний частицы в гравитационном поле. Примечательным фактом здесь еще является и то, что, в отличие от других квантовых систем (например, того же атома), переходы между уровнями индуцируются простыми механическими колебаниями и никак не электромагнитным (поглощением фотонов как в атоме).

В заключении важно отметить еще одну фундаментальную значимость исследований подобного рода. Дело в том, что существуют теории, согласно которым предполагается наличие дополнительного слагаемого в законе всемирного тяготения, учитывающего появление «новой физики» в гравитационном взаимодействия на коротких (1 нм — 10 мкм) расстояниях (см. заметку в блоге Игоря Иванова). Если такая короткодействующая поправка реально существует, то уровни энергии нейтрона должны быть сдвинуты, а соответствующие им волновые функции искажены. Поэтому очень точные эксперименты по наблюдению квантования уровней энергий наряду с повышением точности описанного спектроскопического метода могли бы проверить справедливость данной гипотезы.

Источник: Tobias Jenke, Peter Geltenbort, Hartmut Lemmel, Hartmut Abele. Realization of a gravity-resonance-spectroscopy technique // Nature Physics (2011). V. 7. P. 468–472.
Записан
Dexter
Гость
« Ответ #59 : 23 апреля 2014, 23:14:09 »

В продолжение темы о "квантовых состояниях нейтрона в гравитационном поле Земли"...

Нейтроны голосуют за ньютоновский закон гравитации
(http://www.nkj.ru/news/24183/)

Сверхточный нейтронный эксперимент подтвердил справедливость закона гравитации Ньютона на микроуровне и ограничил возможные характеристики частиц темной материи и энергии.

Закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном в 1687 году, сейчас знает каждый школьник: «два тела притягиваются друг к другу с силой, которая прямо пропорциональна массам этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними».  Но, с другой стороны, гравитационные силы – это силы больших тел, а справедлив ли такой закон в микромире? Ответ на этот вопрос получила  международная команда ученых, в составе которой есть и российские ученые, работающие в настоящее время за рубежом.

Полет брошенного камня кажется гладким, но это всего лишь иллюзия. Гравитационная энергия квантована, то есть имеет множество квантовых состояний. Так как она зависит от высоты, то это означает, что тело может находиться не на любой высоте, а только на определенных уровнях. Камень при движении перескакивает с одного уровня энергии на другой, словно с одной ступеньки на другую. Но разница между уровнями очень мала, и переход происходит настолько быстро, что траектория кажется гладкой. Квантование энергии невозможно заметить для макроскопических тел, но, используя ультрахолодные нейтроны, переходы между уровнями энергии можно увидеть и измерить.


Гравитационный резонансный спектрометр в Венском техническом университете.https://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/8740/

Физики, открывшие несколько лет тому назад квантование гравитационной энергии у нейтронов, теперь использовали этот эффект для проверки законов гравитации на микроуровне, на таких масштабах, на которых ранее никто гравитацию не изучал. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. Эксперименты проводили в Институте Лауэ-Ланжевена в Гренобле, Франция.


Высокопоточный реактор в Институте Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция), производящий нейтроны, используемые в эксперименте.

Для получения нейтронов с квантованными гравитационными энергетическими состояниями ученые использовали метод гравитационной резонансной спектроскопии, впервые описанный ими в 2011 году. Ядерный реактор производит нейтроны, движущиеся со скоростью 2200 метров в секунду. Затем они замедляются до менее 7 метров в секунду, охлаждаются до долей градуса выше абсолютного нуля и направляются между двумя горизонтальными пластинами.


Нейтроны между двумя пластинами в гравитационном поле Земли могут занимать различные квантовые состояния. Вибрация нижней пластины переводит их из одного состояния в другое, что позволяет провести чрезвычайно точные энергетические измерения.http://www.tuw

Нейтроны отскакивают от нижней пластины, представляющей собой идеально гладкое зеркало, в то время как верхняя пластина является поглотителем, который захватывает нейтроны с высокими энергиями, оставляя только частицы в нижнем квантовом состоянии. Нейтроны идеально подходят для такой процедуры, поскольку не имеют электрического заряда. Они «чувствуют» только гравитацию. Пьезоэлектрический кристалл заставлял дрожать зеркало, давая нейтронам энергию, чтобы достигнуть более высокого уровня. Необходимый для этого удар зависит от разницы между уровнями энергии, которые в свою очередь зависят от силы тяжести и, соответственно, от высоты. Измеряя частоту вибрации, физики определяли силу гравитации диапазоне от микрометров до миллиметров с очень высокой точностью. По словам экспериментаторов, их результаты имеют в 100 000 раз большую точность, чем было достигнуто ранее.

Нейтронная турбина PF2 в Институте Лауэ-Ланжевена – механическое устройство, замедляющее (охлаждающее) нейтроны тем же способом, как теннисисты замедляют мяч.https://www.ill.eu/news-events/press-room/press-releases/dark-matter-and-string-theory/

В результате установлено, что в пределах измеряемого диапазона и точности ньютоновский закон обратных квадратов для гравитации справедлив. Важность этого экспериментального факта заключается не собственно в подтверждении закона – это хотя и интересно, но было ожидаемо. Важность эксперимента в том, что он ставит ограничения на существование дополнительных «экзотических» сил, которые в соответствии с некоторыми предсказаниями можно было бы увидеть на этих масштабах. Проще говоря, эти силы не были обнаружены, что скажется на развитии теории, например, темной энергии, которая отвечает за ускоренное расширение вселенной.

Дело в том, что некоторые гипотезы, связанные с темной энергией, предсказывали существование особой пятой силы, названной «хамелеон» (гипотетическая частица –  носитель темной энергии). Такое название она получила за то, что диапазон, в котором она действует, резко уменьшается для плотных объектов, «маскируя» ее. Это позволяет объяснить, почему мы не видим ее при наблюдениях Солнечной системы. Однако для микроскопических нейтронов она должна быть существенной и приводить к отличию существующих энергетических уровней от тех уровней, которые связаны только с гравитацией.

В данном эксперименте «хамелеон» обнаружен не был. Это не исключает объяснение темной энергии на основе теории «хамелеона», но ограничивает предел величины этой силы. Чтобы окончательно отказаться от этой гипотезы, надо увеличить точность еще на семь порядков, что представляет очень сложную задачу.

Результаты эксперимента ограничили возможные свойства и кандидата на темную материю, которая по современным представлениям составляет 85% вещества Вселенной, но кажется незаметной, кроме случая гравитационного притяжения на космических масштабах. Полагаемые очень легкими гипотетические частицы аксионы тем не менее должны вызывать отклонение от обычного закона всемирного тяготения на малых расстояниях. Отсутствие этого эффекта в данном эксперименте ограничивает величину взаимодействия.
По материалам Nature

Автор: Алексей Понятов

Источник: www.nkj.ru
Записан
Страниц: 1 2 3 [4] 5 6 ... 105  Все
  Печать  
 
Перейти в:        Главная

Postnagualism © 2010. Все права защищены и охраняются законом.
Материалы, размещенные на сайте, принадлежат их владельцам.
При использовании любого материала с данного сайта в печатных или интернет изданиях, ссылка на оригинал обязательна.
Powered by SMF 1.1.11 | SMF © 2006-2009, Simple Machines LLC