П.С. меня такой формат самому не нравиться но чтобы разгрузить голову и может в будущем посмотреть или кто то другой если прочитает из РФС сообщетсво)

Введение

Константа скорости света является одной из фундаментальных величин физики. Однако, в некоторых альтернативных космологических моделях предполагается, что скорость света могла изменяться на ранних стадиях эволюции Вселенной. Эта гипотеза получила название "Variable Speed of Light (VSL/VSTL) Theory". В данной статье рассмотрены основные идеи VSL, математические модели, их последствия для физики и космологии, а также анализ существующих исследований.

Обзор литературы

Теория изменяющейся скорости света имеет несколько версий, разработанных разными учеными. Впервые подобные идеи появлялись еще в начале XX века, но наибольшее развитие они получили в конце 1990-х годов. Основные исследования, связанные с VSL, включают работы Жуана Магейжу, Андрея Альбрехта и Джона Барроу. В этих работах рассматривается возможность временного изменения c и его влияние на инфляционные модели.

Некоторые статьи также связывают VSL с квантовой гравитацией и модификациями общей теории относительности (ОТО). В 2001 году Барроу предложил модель, в которой скорость света зависит от масштаба Вселенной, что позволило объяснить некоторые космологические аномалии без привлечения инфляции.

Математические модели VSL

Теория VSL и кривая галактической скорости

Объяснение кривых скоростей, которое дает теория VSL, очень простое. Это объяснение не требует какой-либо модификации ньютоновской механики и не требует существования темной материи.

При определении скорости вращения звезды вокруг центра галактики используется измерение сдвига частоты Δf/f сигналов, излучаемых звездой. Наблюдаемый сдвиг связан со скоростью вращения посредством |Δf/f| = v/c.

Отношение Δf/f принимается за абсолютное значение, поскольку его знак зависит от того, приближается источник или удаляется от него.

На самом деле наблюдаемый сдвиг не только измеряет скорость вращения звезды, но и измеряет замедление, которому подвергаются световые лучи, исходящие от звезды, из-за того, что момент te испускания сигнала и момент наблюдения t0 сильно отличаются друг от друга, и во всем этом интервале скорость света, испускаемого атомами в разное время, изменилась.

Важно отметить, что в теории VSLT скорость света не меняется на пути от источника к наблюдателю. Другими словами, пустое пространство на самом деле “пустое” и не оказывает никакого тормозящего действия на фотоны. Что меняется, так это скорость света, испускаемого атомами в разное время. Другими словами,

Тогда ускорение, соответствующее измеренному сдвигу Δf/f, равно сумме двух составляющих:

ag = GM/r2 из−за вращательного движения звезды вокруг ядра, и ac = -Hce из-за разницы в скорости светового сигнала, излучаемого звездой в момент времени t, по отношению к скорости сигнала, излучаемого идентичным источником в момент времени t0 приема. Последнее смещение также измеряется, если ускорение свободного падения равно нулю, а источники сигнала имеют постоянную скорость. Следовательно

Знак абсолютной величины используется потому, что направление ac совпадает с направлением GM/r2. Действительно, когда мы говорили об аномальном ускорении, было видно, что оно направлено в направлении земного наблюдателя, то есть соответствует ускорению свободного падения.

Подводя итог, можно сказать, что когда гравитационная сила пренебрежимо мала, поскольку расстояние до звезды таково, что GM/r2 равно 0, ускорение, приписываемое звезде из-за ее смещения, не равно нулю, а равно ac.

Соотношение между ускорением и скоростью звезды равно a = v2/r. Из этого следует

Эмпирическая зависимость Талли-Фишера

В отличие от случая, когда ac = 0, кривая скорости, представленная соотношением (1), имеет минимум.

После этого минимума тренд становится параболическим (ось параболы параллельна r), что согласуется с трендом, наблюдаемым для галактики на рисунке 1. Чтобы проверить это соотношение, мы используем данные, относящиеся к галактике Андромеды, представленные на диаграмме на рисунке 1. Из этой диаграммы мы можем вывести ускорение a = v2/r. Получен график на рисунке 2.

На графике видно, что модуль ускорения имеет максимум при критическом значении расстояния rcrit = 0,8 × 1020 м.

Чему соответствует это значение? Было сказано, что

Тогда расстояние r можно разделить на две полосы. Тот, в котором измеренное смещение обусловлено вращательным движением и, следовательно, термином GM/r, и следующий диапазон, в котором измеренное смещение обусловлено ускорением ac.

В первом диапазоне соотношение между скоростью и ускорением равно

и график зависимости v от r имеет отрицательный наклон. Во втором диапазоне

и тренд зависимости v от r имеет положительный наклон (тренд равен

параболический с горизонтальной осью и показан на рисунке 1).

Таким образом, ускорение обнуляется в точке разделения двух полос, которая получается при GM/r=r|ac|
Из этого

Тенденция ускорения (в м/с2) звезд в галактике Андромеды в зависимости от расстояния (в метрах) от центра галактики.

Космологические последствия VSL

1. Решение проблемы горизонта — VSL позволяет объяснить однородность космического микроволнового фона без инфляции.
2. Объяснение плоскостности Вселенной — изменяющаяся скорость света влияет на эволюцию кривизны.
3. Влияние на структуру Вселенной — модели VSL могут изменять формирование галактик и крупномасштабных структур.

Давайте посмотрим, как теория относительности объясняет явление космологического красного смещения. Предположим, что источник испускает световой импульс в направлении r, которое соединяет источник и наблюдателя.

Простейшая релятивистская модель предсказывает однородную и изотропную вселенную с плоской геометрией. Эта модель называется плоской моделью FRW. Однородность и симметрия Вселенной в больших масштабах подтверждаются астрономическими наблюдениями. Плоскостность Вселенной является показателем ее кривизны. Существует три возможных типа кривизны, совместимых с допущением однородности и симметрии. То есть геометрия с нулевой, положительной или отрицательной кривизной. Эти три типа кривизны связаны с плотностью вещества, наблюдаемой во Вселенной. Если наблюдаемая плотность равна теоретической плотности

тогда геометрия Вселенной плоская, если она больше критической, то геометрия сферическая, и, наконец, если ρ < p крит. геометрия гиперболическая.

выводя формулы изначального выражения мы можем получить основу формулы VSL- dc/dt = -Hc

Эта формула продемонстрирована в работе Джеффа Ван Ройена [7], исходя из уравнения Фридмана для расширяющейся однородной и изотропной вселенной. В этой статье показано, как расстояние, пройденное лучом света в радиальном направлении, может быть получено путем присвоения свету изменяющейся во времени скорости, равной c(t) = (a0c0)/a(t). Это соотношение подставляется в уравнение Фридмана, и показано, что полученные решения идентичны решениям, полученным при постоянной гипотезе с. Ван Ройен показывает, как гипотеза VSL может решить важные проблемы, такие как горизонт или плоскостность, без необходимости прибегать к инфляционной гипотезе. Однако следует отметить, что гипотеза настоящей статьи существенно отличается от гипотезы VSL, выдвигаемой несколькими авторами [8], [9] для решения некоторых проблем в релятивистской космологии без необходимости прибегать к инфляции.

На самом деле в оптике VSL скорость света изменяется на пути от источника к наблюдателю, и это изменение связано с расширением пространства, как это происходит в релятивистской оптике.

И наоборот, теория VSLT предсказывает изменение c со временем. То есть она предполагает, что один и тот же источник, с изменением во времени, испускает фотоны с разной скоростью. Однажды испущенный фотон перемещается в пустом пространстве с той же скоростью, с которой он был испущен. Его частота во время полета от источника к наблюдателю не меняется. Поэтому нет необходимости предоставлять какой-либо механизм, объясняющий разницу между частотой излучения и наблюдаемой частотой, поскольку это изменение происходит не во время полета, а из-за разницы между временем излучения и временем наблюдения.

Гипотетические расчёты

Для количественной оценки последствий изменения скорости света можно ввести параметр изменения

и анализировать его влияние на космологические параметры. Графики зависимости H(t) при различных значениях могут показать, как изменяется расширение Вселенной. Были представлены доказательства в пользу гипотезы о том, что скорость света изменяется со временем в соответствии с соотношением dc/dt = -Hc, где H - постоянная Хаббла, которая считается универсальной постоянной.

1. Данные наблюдений свидетельствуют в пользу изменяющегося во времени

Эти космические аппараты были оснащены источниками электромагнитного излучения с частотой fe. Сравнивая частоту f0 принимаемого сигнала с частотой fe идентичного источника, размещенного в наземной лаборатории, удалось определить скорость самого космического аппарата с помощью формулы нерелятивистского эффекта Доплера, которая в случае удаляющегося источника дает: f0=fe(1−v/c)

Следовательно, (f0−fe)/fe=−v/c

Отрицательный знак указывает на то, что наблюдаемая частота меньше излучаемой.

Таким образом, было отмечено, что все космические аппараты, отправленные в космос и покинувшие Солнечную систему, вместо того чтобы двигаться с постоянной скоростью (поскольку на достигнутых расстояниях гравитационное притяжение со стороны Солнца ничтожно мало), по-видимому, подвергаются замедлению.=−(8±3)×10−10 м/с−2, в направлении стыковочного космического аппарата-Солнца и направленном на Солнце, которое остается постоянным в течение всего времени наблюдения и которое одинаково для всех наблюдаемых космических аппаратов.

Гипотеза VSL объясняет это замедление (называемое аномальным, поскольку для него не было найдено убедительных объяснений) тем, что изменение Δf/f0 связано не с замедлением космического аппарата, а с тем фактом, что сигнал, используемый для определения скорости, подвержен изменению dc/dt = −Hc, который отражается в идентичном изменении частоты.

Это объясняет, почему (кажущееся) замедление, наблюдаемое для всех космических аппаратов, всегда одинаково, и объясняет, почему это замедление не меняется с течением времени.

Второй эффект, который способна объяснить теория VSL theory, - это аномальная кривая вращения галактик.

Звезды галактики вращаются вокруг своего ядра (считается, что в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, в которой сосредоточена большая часть галактической массы), совершая движение, которое, согласно ньютоновской механике, приблизительно круговое.

Если m = масса звезды, M = масса ядра, мы можем уравнять гравитационную силу притяжения ядра F = GMm/r2 с центробежной силой, действующей на звезду F = mv2/r, получив v2 = GM/r.

Следовательно, тенденция изменения скорости вращения звезды должна стремиться к нулю по мере увеличения расстояния от центра галактики. На самом деле, с увеличением расстояния скорость звезд не уменьшается до нуля, но после определенного значения rcrit эта скорость остается почти постоянной.

Астрофизики пытались объяснить это явление, используя гипотезу о “темной материи” [3] или гипотезу о том, что каждая галактика окружена ореолом невидимой материи, который заставляет гравитационный потенциал иметь тенденцию, приводящую к наблюдаемой кривой скорости.

Характеристики темной материи должны быть очень специфичными, поскольку эта материя должна быть полностью прозрачной для излучения, но в то же время производить гравитационные эффекты.

Частицы, которые должны составлять темную материю (небарионную), были названы слабаками, и, хотя они исследовались в течение многих десятилетий, их так и не удалось обнаружить. Гипотеза о темной материи не была отвергнута, скорее она стала доминирующей. Основная причина заключается в том, что эта гипотеза позволяет дать ответ на очень серьезную космологическую проблему, поставленную Общей теорией относительности. То есть ОТО определяет так называемое критическое значение плотности вещества во Вселенной. Если бы Вселенная имела такую плотность, ее геометрия была бы плоской.

В настоящее время многие измерения (в том числе и те, которые проводятся для определения космического фонового излучения) показывают, что Вселенная имеет плоскую геометрию, однако плотность вещества, которая получается в результате сложения масс всех видимых галактик, намного ниже критического значения. Темная материя устраняет это расхождение между теоретическим значением плотности и экспериментальным.

Заключение

Гипотеза переменной скорости света предлагает альтернативное объяснение фундаментальных космологических проблем. Хотя на данный момент нет прямых экспериментальных подтверждений VSL, некоторые космологические наблюдения могут быть интерпретированы в рамках этих моделей. Дальнейшие исследования должны включать численные симуляции и анализ реликтового излучения для проверки теоретических предсказаний.

Оба варианта теоретически верны, поскольку научная теория верна, если она последовательна и если она способна делать правильные предсказания. Однако в первой гипотезе наблюдатель придет к выводу, что в точке P есть некоторая масса, которая вызывает вращение объекта вокруг P, и, поскольку он не наблюдает никакой массы в точке P, он придет к выводу, что объект состоит из “темной материи”.

Для полноты картины необходимо сказать, что упомянутые проблемы темной материи и ускоренного расширения Вселенной могут быть, в принципе, решены в рамках расширенной гравитации.

Список литературы

1. Albrecht, A., and Magueijo, J. A time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles. Physical Review
2. Barrow, J. D. Cosmologies with varying light speed. Physical Review
3. Moffat, J. W. Superluminary universe: A Possible solution to the initial value problem in cosmology. International Journal of Modern Physics
4. Magueijo, J. New varying speed of light theories. Reports on Progress in Physics,
5. Scientific Research An Acedemic Publisher: https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=108887
6. Cornell University Arxiv: https://arxiv.org/abs/astro-ph/9811022
7. Scientific Research An Acedemic Publisher: https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=2978300
8. Cornell University Arxiv:https://arxiv.org/abs/gr-qc/0211074
9. APS Physical Review Journals: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.59.043515

Гравитационные волны — изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс. Математически связаны с возмущением метрики пространства-времени и могут быть описаны как «рябь пространства-времени».рябь(мальенкие волны) в ткани пространства-времени, вызванная ускоренными массами, особенно при катастрофических космических событиях. Их существование было предсказано Альбертом Эйнштейном в 1916 году в рамках общей теории относительности, но их экспериментальное подтверждение стало возможным только в XXI веке.

Обнаружение гравитационных волн

Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности. Впервые они были непосредственно обнаружены в сентябре 2015 года двумя детекторами-близнецами обсерватории LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), на которых были зарегистрированы гравитационные волны, возникшие, вероятно, в результате слияния двух чёрных дыр и образования одной более массивной вращающейся чёрной дыры. Косвенные свидетельства их существования были известны с 1970-х годов общая теория отнасительности предсказывает совпадающие с наблюдениями темпы сближения тесных систем двойных звёзд за счёт потери энергии на излучение гравитационных волн. Прямая регистрация гравитационных волн и их использование для определения параметров астрофизических процессов является важной задачей современной физики и астрономии.

Свойства гравитационных волн

Гравитационные волны имеют несколько ключевых характеристик: слабое взаимодействие с материей – они проходят сквозь объекты, практически не изменяясь. длины волн варьируются от тысяч до миллионов километров; два поляризационных состояния – "плюс" и "крест"; амплитуда уменьшается с расстоянием от источника, что делает их детектирование сложным.

Источники гравитационных волн

Основные источники гравитационных волн включают слияние черных дыр, которые являются наиболее мощными событиями, порождающими сильные гравитационные волны, слияние нейтронных звезд, что может сопровождаться гамма-всплесками и приводить к образованию тяжелых элементов, сверхновые взрывы – коллапс массивной звезды также способен порождать гравитационные волны, и первичные гравитационные волны – возможные реликтовые волны, оставшиеся с эпохи Большого взрыва.

Значение для астрофизики

Гравитационные волны открывают новые возможности для изучения Вселенной. Теперь ученые могут исследовать объекты, невидимые в электромагнитном спектре. Их изучение позволяет проверять общую теорию относительности, измеряя параметры волн, а также исследовать свойства черных дыр и нейтронных звезд. Будущие детекторы, такие как LISA, могут выявить гравитационные волны, возникшие вскоре после Большого взрыва, что поможет изучать раннюю Вселенную.

Заключение

Обнаружение гравитационных волн стало одним из величайших достижений современной науки. Оно открыло новый метод исследования Вселенной и подтвердило фундаментальные физические теории. Дальнейшее развитие технологий детектирования гравитационных волн обещает революционные открытия в области астрофизики и космологии.

Источники:

1.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%8B

2. "Gravitational Waves: Theory and Experiments", https://inspirehep.net/literature/1475665

https://corsi.unica.it/fisica/files/2018/01/IntroGW.pdf

Квантовая гравитация — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия (и, в случае успеха, — объединение гравитации с остальными тремя фундаментальными взаимодействиями, описываемыми Стандартной моделью, то есть построение так называемой «теории всего»).Несмотря на значительные успехи в описании квантовых полей и сил электрослабых взаимодействий, гравитация остаётся особым вызовом из за её не регулярной природы при попытках стандартной квантовой обработки.

Петлевая квантовая гравитация

были преобразованы в протяжённые лентообразные объекты, называемые риббонами.Потенциально это могло бы объяснить причины самоорганизации элементарных частиц, приводящие к возникновению цветового заряда, в то время как в предыдущей преонной (ришонной) модели базовыми элементами являлись точечные частицы, а цветовой заряд постулировался. Бильсон-Томпсон называет свои протяжённые риббоны «гелонами», а модель — гелонной. Данная модель приводит к пониманию электрического заряда как топологической сущности, возникающей при перекручивании риббонов.

подход к петлевой квантовой гравитации через спиновую сеть показывает пространство-время как набор частей, соединенных друг с другом. Это можно представить в виде точек (или узлов), представляющих части пространства-времени, соединенные линиями. Иначе говоря, пространство-время можно рассматривать как сеть квантовых узлов. Гладкая структура пространства-времени, описываемая теорией отностиельности, становится такой, когда вы «отдаляетесь» от квантовых масштабов до достаточно крупных.

Проблемы создания

Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временную эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. В теорию внешнего пространства-времени нет — оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.

Исследования в этой области продолжаются, и дальнейшие теоретические разработки вместе с потенциальными экспериментальными наблюдениями (например, космологическими или астрономическими эффектами) могут дать новые подсказки к объединению двух фундаментальных столпов современной физики: квантовой механики и гравитации.

понятие, в зависимости от области применения используемое в различных разделах знаний.(А их ну очень много)

Сегодняя попробуем более живее и более интересне обсудить новую теорию как :

Пространство-время как квантовый конденсат: может ли Вселенная быть результатом фазового перехода?

Современная физика становиться все ближе и ближе в понимании фундаментальной природы пространства-времени. Стандартные модели космологии предполагают, что Вселенная возникла из сингулярности в результате Большого взрыва, однако квантовая теория гравитации предлагает альтернативные подходы. Одним из них является представление о пространстве-времени как квантовом конденсате, возникающем в результате фазового перехода в ранней Вселенной. Может ли такой механизм объяснить рождение и эволюцию нашего космоса? И насколько он будет верным как теория.

Фазовые переходы

В физике конденсатов хорошо известны явления, такие как бозе конденсация ,в которой частицы при низких температурах занимают одно квантовое состояние. Примером служит конденсат Бозе Эйнштейна(теория сверхтекщей вселенной), наблюдаемый в ультрахолодных газах. Похожая идея может быть применена к пространству времени, если рассматривать его как мальенкое проявление квантового обьяснение фундаментальных микроскопических свободных движений.

Фазовый переход играет ключевую роль в эволюции сложных систем. В классической термодинамике мы наблюдаем переходы между различными агрегатными состояниями вещества, такими как жидкость газ или твердый жидкость. В квантовой теории поля аналогичные процессы могут происходить на макро уровне, изменяя структуру вакуума и даже геометрию пространства времени ,тем самым будучи очень гибкой понятием разломления вселенной.

Пространство-время как конденсат

В рамках некоторых моделей квантовой гравитации пространство-время можно представить как результат конденсации фундаментальных квантовых объектов, таких как спин структуры или кванты геометрии. Один из таких подходов петлевая квантовая гравитация, в которой пространство время возникает как груповое явление множества сплетенных квантовых петель(что кстати связано с теорей струн , с сложными искрвлениями частиц и формы)

Другие теории, например, модели с эмергентной(наличие у системы качеств, не похожих её компонентам по отдельности) гравитацией, предполагают, что гравитация не является фундаментальной силой, а возникает в результате дружного поведения квантовых степеней свободы, аналогично тому, как гидродинамика возникает из хаотичного движения молекул в жидкости. В этом контексте Большой взрыв можно рассматривать как фазовый переход, связанный с рождением пространства времени из предшествующего квантового состояния.

предсказания

Если пространство время действительно является квантовым конденсатом, это должно привести к специфическим предсказаниям, которые можно проверить наблюдениями. Одним из возможных следствий является наличие квантовых флуктуаций(любое случайное отклонение какой-либо величины), оставивших след в космическом микроволновом фоне. Кроме того, в таких моделях гравитационные волны могут обладать нетривиальной направлений, что можно проверить с помощью современных гравитационно волновых детекторов.

Заключение

Идея пространства времени как квантового конденсата предлагает радикально новый взгляд на фундаментальную структуру реальности. Если Вселенная действительно возникла в результате фазового перехода, это открывает перспективу объединения квантовой механики и гравитации в единую теорию. Дальнейшие исследования в области квантовой гравитации и космологии помогут либо подтвердить, либо опровергнуть эту теорию, приблизив нас к пониманию природы самой Вселенной и все ее вопросы.

Квантовая суперхимия - это захватывающее новое направление в науке, которое может открыть множество интересных применений в нашей повседневной жизни.

Из курса квантовой механики известно, что электроны, протоны, α-частицы (атомы гелия) и некоторые другие микроскопические объекты, а также фотоны в зависимости условий эксперимента могут проявлять свойства частиц или свойства волн. В связи с этим возникает вопрос каким образом описывать подобные объекты?

С недавних пор ученые из университета "The University of Chicago" выявили новую область в квантовой химий - Суперхимия о котором и речь пойдет.

Основываясь на уравнениях Шрёдингера и Дирака, квантовая химия изучает микромир с помощью волновых функций и вероятностей. В то же время, суперхимия добавляет в эту смесь квантовую запутанность – явление, при котором частицы становятся настолько связанными, что изменение состояния одной мгновенно влияет на другую, независимо от расстояния между ними.

это явление, при котором атомы или молекулы в одном квантовом состоянии химически реагируют быстрее, чем атомы или молекулы, находящиеся в различных квантовых состояниях.(И чем больше атомов было задействовано , тем быстрее проходили химические реакции.)

Были проведены множество эксперементов при температурах, стремящихся к абсолютному нулю, атомы цезия были охлаждены до такой степени, что они начали действовать единым фронтом, образуя одно целостное квантовое состояние.

в таком состоянии атомы цезия способны были объединяться в молекулы Cs2 с удивительной однородностью и скоростью, превосходящей все ожидания классической химии. Это было как если б сами законы природы начали дирижировать химическим синтезом, превращая случайность в оркестровое представление.

Исследователи надеются, что прорыв станет началом новой эры. Хотя этот эксперимент был проведен с простыми двухатомными молекулами, они планируют перейти к работе с более крупными и сложными молекулами.

«То, что мы увидели, совпало с теоретическими предсказаниями», — сказал Ченг Чин. «Это была научная цель в течение 20 лет, так что это очень захватывающая эпоха».

Важно отметить, что все эти примеры находятся на стадии теоретического предположения и требуют дальнейших исследований для их реализации. Квантовая суперхимия - это совершенно новая область исследований, и многие аспекты этого явления еще предстоит изучить.

Плазменные технологии представляют собой обширную и перспективную область, основанную на использовании плазмы — четвёртого состояния вещества, где атомы или молекулы ионизированы, то есть состоят из свободных электронов и ионов. Благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая температура, электрическая проводимость и способность генерировать ультрафиолетовое излучение, плазма нашла применение в различных отраслях.

Поскольку заряженные частицы в плазме обладают подвижностью, плазма обладает способностью проводить электрический ток. В стационарном случае плазма экранирует постоянное внешнее по отношению к ней электрическое поле за счёт пространственного разделения зарядов. Однако из-за наличия ненулевой температуры заряженных частиц существует минимальный масштаб, на расстояниях меньше которого квазинейтральность нарушается.

Плазма нашла широкое применение в промышленности, ее используют для активации поверхности, очистки поверхности, осаждения тонких слоев металлов, снятия фоторезиста, травления и т. д. Преимущества плазмы заключаются в ее эффективности и минимальном воздействии на поверхность изделия в процессе обработки.

Теперь поговорим об приминения плазмы в разных областях по подробнее:

1. Термоядерный синтез

Плазма является основным компонентом термоядерного синтеза — процесса, в котором легкие атомные ядра соединяются, образуя более тяжёлые, с выделением огромного количества энергии.

Преимущества термоядерного синтеза:

• Практически неисчерпаемые ресурсы топлива (дейтрий и тритий, извлекаемые из воды и лития).
• Минимальное количество радиоактивных отходов.
• Экологическая безопасность и отсутствие выбросов парниковых газов.

2. Обработка материалов

Плазма активно используется для модификации поверхностей и обработки материалов благодаря её высокой энергии и химической активности.

Применения:

• Плазменное напыление: формирование тонких покрытий для защиты от коррозии, повышения износостойкости или изменения оптических свойств.
• Плазменное травление: широко применяется в микроэлектронике для формирования сложных структур на полупроводниках.
• Плазменная очистка: удаление загрязнений и оксидов с поверхностей материалов, особенно перед нанесением покрытий.
• Нанотехнологии: создание наноструктурированных материалов и покрытий.

3. Энергетика

Кроме термоядерного синтеза, плазма используется в других энергетических приложениях:

Кроме термоядерного синтеза, плазма используется в других энергетических приложениях:

• Плазменные газификаторы: превращение отходов в энергию путём высокотемпературного разложения органического сырья.
• Плазменные дуговые системы: используются для разрушения опасных отходов, включая химические вещества и радиоактивные материалы.

4. Аэрокосмическая промышленность

Исолзьуеться в основном для защиты от эксртимальных условий на пространстве космоса.

• Ионные и плазменные двигатели: перспективные технологии для космических аппаратов. Они обеспечивают высокую эффективность использования топлива, что особенно важно для дальних миссий. Пример: двигатель Холла.
• Тепловые щиты: плазма применяется для моделирования экстремальных температур, которым подвергаются космические аппараты при входе в атмосферу.

5. Медицина

Плазменные технологии нашли своё применение и в медицине:

• Стерилизация: плазма используется для уничтожения бактерий, вирусов и спор без повреждения обрабатываемых материалов.
• Хирургические инструменты: плазменные скальпели обеспечивают минимальное кровотечение и быстрый заживляющий эффект.
• Терапия ран: низкотемпературная плазма способствует заживлению сложных ран и борьбе с инфекциями.

6. Экология

Плазма также октивна ищет приминения для очищения разных растворов и газов.

• Очистка воздуха и воды: плазма эффективно разрушает органические загрязнители, бактерии и вирусы.
• Утилизация отходов: высокотемпературная плазма используется для переработки отходов в безопасные вещества.

7. Освещение и электроника

• Люминесцентные лампы: работают на основе низкотемпературной плазмы.
• Плазменные дисплеи: хотя уступают место OLED и LED технологиям, плазменные экраны оставили заметный след в истории электроники.

Плазменные технологии продолжают развиваться, открывая новые горизонты в науке и промышленности. Их многообразие приложений делает плазму важным инструментом для решения глобальных вызовов современности, таких как энергетическая безопасность, экология и здоровье.Так что скорее всего как только Плазма получит более легкие пути содержания она будет более активно использоваться в разных сферах нашей жизни!

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция, квантовая запутанность) для передачи и обработки данных.

это машина, использующая уникальные квантово-механические эффекты (в частности интерференцию) для выполнения особых видов вычислений, которые даже в принципе невозможно выполнить ни на каком классическом компьютере.

принципе на языке квантовых вычислений можно объяснить всю квантовую механику, если рассматривать состояние элементарной частицы как кубит, а любое физическое взаимодействие как операцию по обработке квантовой информации. Тогда квантовым компьютером можно назвать любую достаточно изолированную систему, в которой частицы взаимодействуют друг с другом, но оказывают минимальное воздействие на окружающую среду.

Кубит (сокращение от "квантовый бит") — это базовый элемент квантовых вычислений, аналог классического бита в традиционных вычислениях. В отличие от классического бита, который может находиться в одном из двух состояний (0 или 1), кубит может быть в состоянии, которое представляет собой суперпозицию этих двух состояний. То есть он может одновременно быть в состоянии 0 и 1 с некоторыми вероятностями.

это двумерный вектор состояния в гильбертовом(Преобразование Гильберта упрощает формирование аналитического сигнала) пространстве. Чтобы не усложнять объяснение математикой, можно условно представлять кубиты как волны вероятностей. Но если в классической теории вероятностей вероятность любого случайного события всегда положительна, то в квантовой физике амплитуда волновой функции является комплексной величиной и может быть как положительной, так и отрицательной.

Отличие от обичных компьютеров

В классическом компьютере единицей информации является бит, принимающий дискретные значения 0 или 1. У квантового компьютера это кубит, который может находиться в суперпозиции состояний 0 и 1. Суперпозицию часто ошибочно понимают как «0 и 1 одновременно» или как одно из множество действительных чисел между 0 и 1. На самом деле это не «и» и не «или», а соотношение вероятностей получить один из этих результатов, в сумме равное 1. Например, фотон с вероятностью 30% принимает верхний спин и с вероятностью 70% - нижний. Но кроме амплитуды (вероятности) кубит имеет ещё и фазу, поэтому правильнее представлять и рисовать кубит не одномерной шкалой и не циферблатом, а в виде двумерной сферы Блоха, южный полюс которой соответствует 1, северный – 0, стрелка-радиус может указывать на любую точку на поверхности сферы, соответствующую чистому состоянию, а точки внутри сферы представляют смешанные (запутанные) состояния.

Соединение. В классическом компьютере транзисторы связаны между собой локально полупроводниковым чипом – интегральной схемой. В квантовом компьютере кубиты запутываются между собой с помощью нелокальных корреляций. Запутанность лежит в основе квантового сверхплотного кодирования, позволяющего с помощью одного кубита передавать два бита классической информации. Кубиты можно запутать друг с другом разными способами, причём количество этих способов растёт экспоненциально по мере увеличения количества самих кубитов.

Принцип работы. Классический компьютер является цифровым устройством (обрабатывает информацию в дискретной форме, как строку из нулей и единиц) и работает по детерминированному принципу: если мы задали какое-то начальное состояние системы и пропустили его через заданный алгоритм, то результат вычислений будет один и тот же, сколько бы раз мы это вычисление не запускали. Исключения возможны, но они рассматриваются как сбои в программе. Квантовый компьютер – аналоговая машина (использует континуум значений), которая работает по вероятностному принципу. Результат работы заданного алгоритма на заданном начальном состоянии представляет собой выборку из вероятностного распределения конечных реализаций алгоритма плюс возможные ошибки. Да, квантовый компьютер редко выдаёт правильный ответ с вероятностью 100%. Вероятность ошибки во многом зависит от внешних шумов – декогеренции компьютера со средой. Для исправления ошибок требуются дополнительные кубиты, поэтому количество логических кубитов, задействованных непосредственно в вычислении, всегда меньше количества физических кубитов.

Кватновые приборы

Если вы мечтаете в скором времени поменять свой классический компьютер или смартфон на квантовый, придётся вас немного расстроить. Дело в том, что для работы квантового компьютера необходимы особые условия. Чтобы добиться состояния когерентной суперпозиции, нужно полностью изолировать систему кубитов от окружающего мира и охладить её до сверхнизкой температуры.

Пока что это невозможно уместить в мальенкие устройства смартфонов.

Приминения компьютеров

• Квантовое моделирование сложных систем: например, моделирование (но не предсказание) погоды, решение квантовой проблемы трёх тел, анализ социальной динамики;
• Квантовая химия и фармакология: вычисление свойств молекул без необходимости их синтеза и моделирование химических реакций без необходимости их запуска;
• Квантовая метрология: задачи по обеспечению высокой точности измерений квантовых свойств объектов;
• Квантовое машинное обучение: моделирование нейросетей (как искусственных, так и биологических), обработка и структурирование больших данных при помощи квантовой версии метода главных компонент (QPCA), поиск аномалий, защита от мошенничества, составление алгоритмов для систем рекомендаций;
• Финансы: поиск оптимальных решений для инвесторов, составление портфелей ценных бумаг, предсказания стоимости акций и курсов валют;
• Логистика: поиск самых коротких маршрутов (задача коммивояжёра);
• Квантовая криптография: факторизация, надёжная защита от перехвата сообщения.

Итак, можно сделать вывод, что квантовый компьютер никогда полностью не заменит классический. Он практически бесполезен для большинства вычислений, которые может выполнять обычный компьютер. Но он эффективен тогда, когда нужно перебрать множество вариантов и выбрать один правильный. Пока заявления о достижении квантового превосходства ничем не обоснованы, поскольку квантовый компьютер способен выполнять лишь строго определённые вычисления. На текущем уровне технологий он не сможет стать универсальным и превзойти классический компьютер по ряду параметров. Скорее он будет использоваться как дополнение к обычному компьютеру, подключаемое при необходимости. Дальнейшее развитие технологии предсказать практически невозможно, поскольку сфера её применимости расширяется по мере возникновения новых проблем и вычислительных задач. Но значимость квантового компьютера для понимания фундаментальных законов физики трудно переоценить. В конце концов, всю нашу Вселенную можно рассматривать как гигантский квантовый компьютер, вычисляющий сам себя.

Информация была взята с - https://habr.com/ru/articles/761440/

отличный сайт с многими интересными статьями , всем спасибо и удачи.

Она пытается ответить на вопрос, который волнует ученых уже десятилетиями: как объединить четыре фундаментальных взаимодействия природы в единую теорию?

Ожидалось, что в ближайшее время на основе теории струн будет сформулирована так называемая «единая теория», или «теория всего», поискам которой Эйнштейн безуспешно посвятил десятилетия. Но, несмотря на математическую строгость и целостность теории, пока не найдены варианты экспериментального подтверждения теории струн.

Что такое теория струн?

В основе теории струн лежит идея, что все элементарные частицы (например, электроны, кварки) — это не точки, как мы привыкли думать, а крошечные одномерные объекты, похожие на струны.В зависимости от их искажения струн меняется и внешний вид этого мира .Эти струны могут:

• Колебаться: Разные способы их вибрации соответствуют разным частицам (например, фотонам или гравитонам).
• Растягиваться и замыкаться в петли, что приводит к сложному поведению.

Размер этих струн настолько мал, что они на 10⁻³⁵ метра меньше, чем атомное ядро — их невозможно наблюдать напрямую с помощью современных технологий.

Почему теория струн так важна?

Современная физика базируется на двух гигантах:

• Квантовая механика объясняет микромир (электроны, атомы, фотоны).

• Общая теория относительности описывает макромир (планеты, звезды, гравитацию).

Проблема в том, что эти две теории противоречат друг другу в экстремальных условиях, таких как черные дыры или Большой взрыв. Теория струн стремится их объединить, предложив единую теорию всего, которая охватывает все четыре фундаментальные силы:

• Электромагнитное взаимодействие.
• Сильное взаимодействие
• Слабое взаимодействие
• Гравитацию

Единственное проблема в этой теории заключается в последнем пункте о гравитации. Она не объясняет силы гравитации и тем самым ещё не полностью функционирует. Для квантового мира , ее силы запредельно малы для элементарных частиц.

Гравитация — это одна из фундаментальных сил, но её описание через общую теорию относительности (ОТО) работает только в макромире. Попытка применить ОТО в микромире (например, внутри черных дыр или при изучении Большого взрыва) приводит к парадоксам и бесконечностям.

Успехи и трудности

Плюсы: Теория струн дала первые шаги к созданию квантовой теории гравитации, а также объяснила поведение частиц, которые невозможно было описать в других теориях.

Минусы: Основная проблема теории струн — её пока невозможно проверить экспериментально. Струны слишком малы, чтобы их можно было обнаружить даже с помощью самых мощных ускорителей частиц.

Несмотря на сложности, теория струн остаётся одним из главных кандидатов на звание "теории всего". Её конкурентом считается петлевая квантовая гравитация, которая предлагает другой подход к объединению законов физики.

Сейчас теория струн — это больше, чем просто физика. Она вдохновляет философов, писателей и художников, а также остаётся символом того, как далеко может зайти человеческое стремление понять Вселенную.

Также стоит отметить о многомерности теории струн

Один из самых необычных аспектов теории струн — это идея о дополнительных измерениях. Наша реальность привычно кажется четырёхмерной (три пространственных измерения + время). Но теория струн утверждает, что существует 10 или даже 11 измерений, где дополнительные измерения свернуты в невероятно маленькие пространства, называемые калибическими многообразиями.

Сверхпроводимость — свойство некоторых материалов проводить электрический ток без затухания(переход части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте — в теплоту), сопровождающееся одновременным полным или частичным вытеснением магнитного поля из объёма сверхпроводника

Существование этого эффекта показывает, что сверхпроводимость не может быть описана просто как идеальная проводимость в классическом понимании. Выталкивание магнитного поля также отличает сверхпроводимость и от других мезоскопических (раздел физики конденсированных сред, в котором рассматриваются свойства систем на масштабах промежуточных между макроскопическим и микроскопическим.) явлений, протекающих без диссипации энергии,

Виды

1.Сверхпроводники I рода

• Полностью вытесняют магнитное поле.
• Обычно это простые металлы (например, ртуть).

в основом во всем контексте будет упомянута информация об 1 типе сверхпроводников.

2.Сверхпроводники II рода

• Допускают проникновение магнитного поля в виде вихрей (вихревое состояние).
• Высокотемпературные сверхпроводники (например, купраты).

Однако в связи с тем, что магнитное поле разрушает состояние сверхпроводимости, для получения сильных магнитных полей применяются так называемых сверхпроводники II рода, в которых возможно сосуществование сверхпроводимости и магнитного поля.

В таких сверхпроводниках магнитное поле вызывает появление тонких нитей нормального металла, пронизывающих образец, каждая из которых несёт квант магнитного потока.

Причины

Сверхпроводники обладают нулевым электрическим сопротивлением при температурах ниже определённого значения критической температуры. Известны несколько сотен соединений, чистых элементов, сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние.

Эффект Мейснера

Даже более важным свойством сверхпроводника, чем нулевое электрическое сопротивление, является так называемый эффект Мейснера, заключающийся в вытеснении постоянного магнитного поля из сверхпроводника. Из этого экспериментального наблюдения делается вывод о существовании незатухающих токов вблизи поверхности сверхпроводника, которые создают внутреннее магнитное поле, противоположно направленное внешнему, приложенному магнитному полю и компенсирующее его.

Это свойство делает возможным магнитную левитацию.

Теоритический

стало очевидно, что сверхпроводимость является следствием объединения макроскопического числа электронов проводимости в единое квантовомеханическое состояние(любое возможное состояние, в котором может находиться квантовая систем). Особенностью связанных в такой ансамбль электронов является то, что они не могут обмениваться энергией с решёткой малыми порциями, меньшими, чем их энергия связи в ансамбле. Это означает, что при движении электронов в кристаллической решётке не изменяется энергия электронов, и вещество ведёт себя как сверхпроводник с нулевым сопротивлением.

Применение

На базе металлокерамики, например, состава YBa2Cu3Ox, получены вещества, для которых температура Тc перехода в сверхпроводящее состояние превышает 77 К

К сожалению, практически все высокотемпературные сверхпроводники не технологичны (хрупки, не обладают стабильностью свойств и т. д.), вследствие чего в технике до сих пор применяются в основном сверхпроводники на основе сплавов ниобия.

Явление сверхпроводимости используется для получения сильных магнитных полей , поскольку при прохождении по сверхпроводнику сильных токов, создающих сильные магнитные поля, отсутствуют тепловые потери

Отсутствие потерь на нагревание при прохождении постоянного тока через сверхпроводник делает привлекательным применение сверхпроводящих кабелей для доставки электричества, так как один тонкий подземный кабель способен передавать мощность, которая традиционным методом требует создания цепи линии электропередач с несколькими кабелями много большей толщины.

Проблемами, препятствующими широкому использованию, является стоимость кабелей и их обслуживания — через сверхпроводящие линии необходимо постоянно прокачивать жидкий азот.

Также приминаеться в:

• МРТ (Магнитно-резонансная томография)
• Энергетика
• Транспорт (по типу поездов на магнитных подушках)
• Адронные колайдеры
• Квантовые компьютеры

Сверхпроводимость остаётся одной из наиболее активных и перспективных областей исследований в физике. Учёные работают над поиском новых материалов, которые могли бы становиться сверхпроводящими при комнатной температуре, что могло бы привести к революции в технологиях.