Как специфика строения атома водорода может повлиять на его функциональные свойства? Вот вам очень интересный пример из серии "почему нельзя остановиться просто на изучении структуры" и как я пришёл в итоге к теоретической физике. Энергетики обычно облицовывают ёмкости для хранения водорода под давлением специальными полимерными составами. И часто пара металл-чистый водород становится для специалистов кошмаром. И нет, ёмкости и резервуары не корродируют. Всё куда круче - если полимера не будет, то емкость просто... Развалится 😆 Выше показан излом, образовавшийся естественным путём. Виной всему строение атома водорода. Когда атом водорода входит в металл (а при постоянном контакте это происходит хотя бы из-за диффузии), он обычно отдает свой единственный электрон в зону проводимости материала. Большинство элементов сохраняют внутреннее электронное облако, создающее стерические препятствия, из-за которых электроны сильно отталкиваются друг от друга при слишком близком сближении. У протона водорода, не имеющего внутренней оболочки, такого электронного облака нет. Поскольку у него нет внутреннего электронного облака, которое могло бы оказывать сопротивление кристаллической решетке, он легко перемещается в межатомных пространствах. Способность водорода избегать столкновений не ограничивается только физическими факторами. Поскольку водород невероятно мал, на его поведение сильно влияет квантовая механика. Длина волны де Бройля протона достаточно велика, чтобы он мог квантово туннелировать сквозь физические энергетические барьеры между междоузлиями. Вместо того чтобы использовать тепловую энергию для преодоления барьера от одного пустого пространства в кристаллической решетке к другому, атом водорода может просто обойти эту преграду. Это позволяет водороду быстро диффундировать через твердые материалы даже при чрезвычайно низких температурах, где более тяжелые атомы прочно зафиксированы. Свободно перемещаясь по стальной решетке, эти протоны сталкиваются с микроскопическими дефектами, границами зерен или крошечными пустотами. Когда два протона водорода встречаются в одной из таких пустот, они забирают электроны и образуют связь, формируя газообразный водород. Это уже не полезно, так как вызывает колоссальные внутренние напряжения. Но помимо этого всё это ещё и реагировать химически начинает с образованием продуктов реакции. Это огромное внутреннее давление разрывает окружающий металл, вызывая катастрофическое разрушение структуры, известное как водородное охрупчивание. Металл разрушается изнутри наружу. И это под микроскопом выглядит так, как показано на картинке. Вот вам сразу три фактора в одно связке. и Два из них выходят за рамки механики. Чат канала теперь тут

💩Учёные всерьёз изучили форму эмодзи какашки Бывают исследования, после которых хочется уважительно снять шляпу. Физики из Амстердамского университета взяли и объяснили, почему всем знакомый эмодзи 💩 выглядит именно так — закрученной горкой, широкой у основания и заострённой кверху. Ни дать ни взять рожок мягкого шоколадного мороженого (приятного аппетита). Оказывается, виновата не биология, а гравитация. Большинство животных делает свои дела сверху вниз. Каждый новый виток «материала» падает с чуть меньшей высоты, чем предыдущий, — вот горка и сужается к макушке. Логично и даже элегантно. А чтобы доказать, что дело именно в физике, учёные нашли нарушителей конвенции: морские черви-пескожилы испражняются вверх, против гравитации. И форма у них совсем иная — ровная башенка с постоянным радиусом завитка, безо всякого сужения. Самое смешное, что над похожим вопросом ломал голову ещё Чарльз Дарвин. Разгадка нашлась в законах «упругого скручивания каната» — это серьёзная математика о том, как складываются в петли верёвки и прочие гибкие штуки. Радиус завитка, как выяснилось, задают диаметр, плотность и упругость, а они уже зависят от вида животного (и чуть-чуть от диеты). Поэтому у дарвиновских дождевых червей колечки крошечные, а у крупных пескожилов — размашистые. Вдохновившись, команда теперь собирается нарисовать второй, «правильный» эмодзи какашки и предложить его консорциуму Unicode. @droidergram

Реактор, который сам себе топливо Термояд обещают «через 25 лет» уже несколько десятилетий подряд (это уже стало анекдотом). И загвоздка вовсе не в том, чтобы запустить реакцию. Слить два ядра водорода умеет даже приличная физическая лаборатория. Настоящая задача — построить коммерческий реактор, который отдаёт больше энергии, чем потребляет, да ещё и выдерживает чудовищные магнитные поля, жар и поток нейтронов. Компания General Atomics получила финансирование от штата Калифорния, чтобы вплотную заняться одним из самых хитрых узлов такого реактора. Речь про «бридинговое одеяло» (breeding blanket) — оболочку из сплава лития, которой изнутри выкладывают камеру токамака с плазмой. У неё две работы сразу. Во-первых, она ловит энергию вылетающих нейтронов и превращает её в тепло, а тепло — в электричество. Во-вторых, и это самое интересное, она нарабатывает топливо прямо на ходу. А топливо для термояда — отдельная головная боль. Реакция идёт на смеси двух изотопов водорода: дейтерия и трития. Дейтерий добывают из обычной воды, а вот тритий радиоактивен и живёт недолго. Из-за распада его на всей Земле одномоментно около 4 килограммов. Поэтому тритий приходится нарабатывать искусственно, бомбардируя литий нейтронами. Ровно это и происходит в «одеяле»: нейтрон попадает в ядро лития, раскалывает его на гелий и тритий и попутно отдаёт солидную порцию тепла. Поэтому General Atomics строит в Сан-Диего целый испытательный стенд. На нём будут прогонять полноразмерные «одеяла» в условиях, близких к боевым, и замерять, сколько тепла и трития те выдают. Возможно, именно из таких неприметных узлов однажды и сложится рабочий термояд. @vselennayaplus

В физике есть очень странная идея. Все частицы должны быть безмассовыми. Но это прямо противоречит наблюдаемой реальности. В реальном мире почти всё имеет массу. Электроны, кварки, W- и Z-бозоны. Если бы масса действительно отсутствовала, атомы не смогли бы существовать в привычной форме, потому что электроны не удерживались бы вокруг ядер - всё бы разлеталось и не образовывало стабильную материю. Почему же тогда теория говорит, что масса не должна существовать? Дело в том, что в фундаментальных уравнениях есть строгие симметрии, и эти симметрии математически запрещают просто так вставить массу в систему. Масса ломает красивую симметрию уравнений, поэтому в идеальной версии теории её нет вообще. Масса появляется не в самих уравнениях, а в вакууме Вселенной. Получается парадокс. Самые базовые законы природы выглядят так, будто мир должен состоять только из безмассовых частиц, но при этом мы живём в мире, где масса есть повсюду. Решение этого противоречия - не в том, что уравнения неправильные, а в том, что природа обходит запрет. Масса появляется не напрямую, а через механизм, при котором симметрия уравнений сохраняется, но реальное состояние Вселенной её скрыто нарушает. Именно поэтому частицы начинают вести себя так, как будто у них есть масса, хотя исходные законы этого не разрешают. И если говорить совсем просто, то фундаментальная физика устроена так, что масса - это не базовое свойство (да, увы и ах), а эффект, который возникает вопреки строгим правилам симметрии, как будто Вселенная нашла способ обмануть собственные ограничения. Ну а проблему формирования массы как таковой мы уже обсуждали. ⚠️  Дебри.Физика #масса

Итак... Вопрос сингулярности должен был быть давно решён, а чёрных дыр не должно существовать. Ведь есть метод перенормализации, который решит все проблемы, связанные с бесконечными плотностями материи и т.п.

Перенормализация - это математический метод в физике, который позволяет получать конечные и осмысленные результаты там, где расчеты сначала приводят к бесконечностям. Для физики это довольно частая история и вы точно о таком слышали. Но почему тогда мы до сих пор, говорим, например, про сингулярность? Ведь это по сути тоже очередная бесконечность, которая стала единорогом? И что это за такой лайфхак? Есть ли там место физике или это цифры? Метод работает не всегда. И там, где мы его применяем, он вполне физичен. Скажем, применительно к частицам. В квантовой теории поля частицы не существуют изолированно. Даже в вакууме вокруг них постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы. Электрон непрерывно взаимодействует с этим «кипящим» вакуумом. Если учитывать все возможные процессы, некоторые математические выражения действительно оказываются бесконечными. Потому по сути мы берем какие-то "граничные условия" и перенормализуем по ним. То есть считаем "голый электрон или любую частицу" в отрыве от всего. И тут это вполне физично. Экспериментально подтверждено, например, что электрический заряд электрона немного меняется в зависимости от расстояния или, что эквивалентно, энергии эксперимента. Это реальный, измеряемый эффект. А вот применить подход к сингулярности не получится. При перенормализации бесконечности там появляются в промежуточных вычислениях, а наблюдаемые величины остаются... тоже бесконечными. Это другая ситуация. И физически, и математически. Так что не надо следующий раз ссылаться на эту методику, когда увидите очередного единорога в физике 😃 ⚠️  Дебри.Физика #единороги

Обязана ли природа подчиняться законам? Куда бы мы ни посмотрели, гравитация действует одинаково, атомы дают те же квантовые переходы, константы держатся неизменными. Атомные часы ограничили отклонения примерно одной частью на квинтиллион, а стабильность Солнечной системы за четыре с половиной миллиарда лет почти не оставляет гравитации свободы меняться. Изменись хоть немного электромагнитное взаимодействие, и каждая молекула во Вселенной перестроилась бы, а жизнь на Земле прекратилась бы мгновенно. Кажется, будто постоянство законов зашито в саму реальность. Но больше ста лет назад теорема Нётер показала, что оно вытекает из симметрий, и стоит нарушить одну из них, как соответствующая величина перестаёт сохраняться. А одну симметрию расширяющаяся Вселенная нарушает прямо сейчас. Выясним, почему из-за расширения космоса перестаёт сохраняться даже такая фундаментальная величина.

Квантовый компьютер размером с монету Физики из Венского университета сделали реальный шаг к миниатюризации квантовых компьютеров. Чтобы понять, в чём прорыв, придётся познакомиться с героем истории — магноном. Что это такое. Представьте магнитный материал, по которому, словно круги по воде от брошенного камня, бегут волны намагниченности. Вот такая «волна-рябь» и есть магнон. В отличие от фотонов, что летят хоть через пустоту, хоть по оптоволокну, магноны существуют только внутри твёрдого магнитного вещества. Зато их длину волны можно ужать до нанометров — а значит, магнонные схемы поместятся на чип не крупнее тех, что уже стоят в смартфонах. Была одна беда. Магноны гасли почти мгновенно, за считаные сотни наносекунд. Для квантовых вычислений это смехотворно мало: носитель информации обязан жить достаточно долго. Венская команда под руководством Андрия Чумака продлила жизнь магнонов почти в сто раз — до 18 микросекунд. На таком масштабе они превращаются из мимолётных вспышек в надёжных хранителей квантовой информации, почти как сверхпроводящие кубиты в сегодняшних процессорах. Но как получилось этого добиться? Во-первых, взяли не обычные, а коротковолновые магноны — их слабее «царапают» дефекты на поверхности кристалла. Во-вторых, сверхчистые шарики из железо-иттриевого граната (YIG) охладили до 30 милликельвинов, самую малость выше абсолютного нуля, где убивающие магноны тепловые процессы попросту вымерзают. Сравнили три шарика разной чистоты — чем чище, тем дольше жил магнон, и даже худший образец побил все прежние рекорды. Значит, дело за качеством материала, а не за новой физикой. Долгоживущие магноны способны стать «квантовой шиной», связывающей сотни кубитов в один канал, — недостающей деталью для по-настоящему масштабируемых и компактных квантовых компьютеров. @vselennayaplus

Что такое парадокс изогнутой трубы и почему интуиция нас подводит Вода течёт по U-образной трубе, и интуиция подсказывает, что на внешнем обводе путь длиннее, значит, там частица ускоряется, а на внутреннем, где короче, замедляется. На деле всё выходит ровно наоборот, и внутренняя частица разгоняется, сильно обгоняя внешнюю. При соотношении радиусов обводов один к трём скорости относятся как три к одному, и это не игра ума на бумаге: живой эксперимент с U-образным коленом, манометром и обычным пылесосом качнул столбики именно туда, куда предсказала теория, а разность давлений на двух обводах составила 500 Па. Узнаем, откуда в повороте берётся эта разность давлений.

Международная команда физиков при участии НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге разработала микролазеры диаметром всего 2 микрометра, работающие в диапазоне глубокого ультрафиолета с длиной волны 255 нанометров. Такие устройства способны заменить громоздкие и токсичные ртутные лампы или газовые лазеры. Новинка функционирует при комнатной температуре и потребляет в разы меньше энергии, что упрощает ее интеграцию в компактные биосенсоры, газоанализаторы и фотонные чипы. Основой для лазера послужила подложка из доступного в производстве сапфира. На ней вырастили тонкие полупроводниковые слои, из которых вытравили микродиски. Свет внутри такой конструкции удерживается без зеркал за счет эффекта шепчущей галереи, многократно отражаясь от краев диска и усиливаясь в квантовых ямах. Пороговая плотность мощности для самого маленького образца составила 280 кВт/см², что соответствует лучшим мировым результатам. Пока прибор запускается оптическим методом от внешнего источника, но следующим этапом инженеры называют переход на стандартную электрическую накачку.

Что же происходит на самом деле, когда мы наблюдаем Лоренцово сжатие? Ну, ответов-то много, но изначально физики упёрлись в то же восприятие реальности, которое видится, когда мы впервые слышим про такой странный механизм. То есть всё сводится к попытке представить механическое сжатие. Лоренц и Фицджеральд в конце XIX века вполне серьезно искали конкретные силы, вызывающие физическую деформацию твердого объекта. Твердая линейка представляет собой решетку атомов, удерживаемых в равновесии электромагнитными силами. Неподвижный электрический заряд создает сферическое электрическое поле. По мере приближения заряда к скорости света классический электромагнетизм диктует, что поле сжимается в сплющенную форму — эллипсоид Хевисайда. Поскольку поля, удерживающие атомы вместе, сжимаются в направлении движения, равновесное расстояние между атомами должно уменьшаться. Линейка физически сжимается, потому что силы, управляющие ее структурой, меняют свою форму. Подход казался разумным. Но Эйнштейн в 1905 году продемонстрировал, что знание конкретных сил не является обязательным. Эйнштейн применил подход «сверху вниз», исходя из принципа постоянства скорости света для всех наблюдателей. Из этого правила следует, что сокращение длины происходит как вращение координат в пространстве-времени. Независимо от того, удерживается ли объект вместе электромагнетизмом, сильным ядерным взаимодействием или гравитацией, он будет подвергаться одному и тому же сокращению. Подход «сверху вниз» является универсально верным и не требует знания лежащей в его основе материи. В учебниках используется кинематический подход Эйнштейна, поскольку он универсален, позволяя избежать сложных вычислений электромагнитных деформаций. Однако эта эффективность имеет свою цену. Физики позже утверждали, что отказ от конструктивного подхода приводит к тому, что студенты начинают воспринимать сокращение длины как абстрактный математический трюк, а не как реальное физическое напряжение, воздействующее на материю, движущуюся в пространстве. А что же на самом деле? А на самом деле объекты правда уменьшаются, но это не так линейно, как хочется видеть. Они уменьшаются вместе с параметрами пространства. Потому самый простой ответ - ссылаться на поведение параметров пространства, которое незаметно в собственной системе отсчёта (по сути это и есть кинематическое описание Эйнштейна). А вот все эти усложнения - это скорее попытка вникнуть в сам механизм этого реального уменьшения и единой точки зрения, кстати, тут нет. Однако полезно отметить, что мысли про силы и структуры вполне уместны даже по меркам современной науки.

Тут китайцы поставили рекорд по скорости интернета — 1,2 Тбит/с на одну длину волны (одна нитка тёмной оптики). С мультиплексированием по длине волны итоговый канал у них получился 51,3 Тбит/с (рекорд в этом). Это без ретрансляторов на 206 километров. Самое интересное не то, что это быстрее камаза с DVD-болванками, а то, что всё это гоняется через новое оптоволокно с воздушным зазором. Если что, полое волокно — это будущее технологий связи. Там деньги за продажу красиво упакованного воздуха! В обычном волокне сигнал идёт через стекло. Стекло твёрдое, свету тяжело через него пролезать, поэтому скорость падает примерно на треть от доступной в вакууме. А вот в воздухе она не очень сильно отличается от скорости в вакууме. Очевидная проблема в переотражениях, и сейчас расскажем, как они это решили. Основная работа 2019 года говорит, что технологию SMF (это наша обычная оптика) за десятилетия так хорошо научились делать, что упёрлись в физические пределы. 1. Волокно, грубо говоря, греется от света. На самом деле всё сложнее, это эффект Керра. Когда в стекло запускают мощный сигнал, само стекло немного меняет свои оптические свойства в зависимости от яркости света. Грубо говоря, сильный свет сам себе портит дорогу: разные части сигнала начинают искажать друг друга. Чем больше мощность, тем сильнее искажения. 2. Свет в стекле медленнее, и биржевики давно уже хотели гонять через воздух, но не было технической возможности. Операторы дата-центров уже требуют, чтобы сигнал туда-обратно между двумя площадками шёл меньше 2 миллисекунд для синхронных репликаций. Чтобы выжать задержку, прокладывают кабели как можно прямее между точками — это дорого и не всегда возможно. Особенно если там по пути торговый центр и памятник Ленину. Ответ вы уже знаете. Но чтобы сделать дырку в волокне, надо подумать, как удерживать там свет. Нужны зеркальные стены вокруг дырки. В итоге свет удерживается отражением от тонких стеклянных трубчатых стенок-мембран. Каждая мембрана работает как зеркало (по принципу резонатора Фабри-Перо): на одних длинах волн она пропускает свет (резонанс), а в широких промежутках между этими длинами волн — почти полностью отражает (антирезонанс). Внутри такого антирезонансного окна свет падает на стенку под очень скользящим углом, отражается почти идеально и остаётся в пустой сердцевине. У такой технологии очень хорошие показатели по пропускной способности, возможности ставить DWDM (мультиплексоры) и низким шумам. Но есть одна проблема — цена — в основном, это цена R&D. Как вы можете догадаться, проблемой это было только поначалу. В эксперименте частота ошибок коррекции от 2,7% до 3,5%. Если что, там дополнительное кодирование (FEC) с запасом 17 процентов. В камазе с болванками FEC может быть 13% и больше. Передача через полое волокно не ухудшила сигнал вообще никак. Слабое место работы — они не могли прокладывать трассу по городу, поэтому она получилась короткой. Но вот в реальных условиях, как видите, уже подтвердили. Вторая более ранняя работа — как раз про один из способов делать такое нанозеркало на стенку кабеля. В обычном кристалле электроны не могут иметь некоторые энергии: периодическая решётка атомов их «не пропускает». Это называется запрещённая зона. Точно так же можно сделать решётку для света — фотонный кристалл. Это материал с периодической структурой (например, стекло с регулярными дырками). Для определённых длин волн и углов свет просто не может распространяться внутри такой структуры — это запрещено интерференцией. Такой свет структура отражает обратно. Интересен у них способ изготовления в гараже: несколько сотен стеклянных соломинок складывают руками, а потом всю стопку растягивают и сжимают в 10 тысяч раз. Получается дамасское нановолокно! И вот ещё базовая работа откуда взялось полое волокно вообще. Основное оттуда вы уже знаете. Но как показала практика, только на облачные хранилища рассчитывать не стоит, болванки пока не выкидывайте. -- Вступайте в ряды Фурье! | Лучшие посты Подключайтесь к Интернету через железнодорожные рельсы! Толщина рельса гарантирует скорость и стабильность соединения!

5-мегаваттный термоядерный реактор Texatron от American Fusion готов к независимому тестированию Американская компания American Fusion закончила разрабатывать протокол тестов для своего предсерийного термоядерного реактора Texatron на 5 МВт. Теперь они готовятся к независимой проверке своей компактной анейтронной технологии — то есть без потока нейтронов, как в классическом термояде. Если проверки пройдут успешно, это может сильно упростить создание более безопасных и компактных реакторов. Сам Texatron уже засветился на Международной конференции IEEE по плазменной науке ICOPS-2026. #термоядерныйреактор #термоядерныйсинтез #americanfusion #texatron 📎Подробнее 🔖 3DNews в TG | MAX | VK

Самое распространенное заблуждение о математическом анализе заключается в том, что это непреодолимая стена сложной математики. Нет, правда. Порой человек даже отмахивается и говорит что-то из серии - да куда уж мне, я тут ничего не понимаю и не пойму. Но в действительности математический анализ основан на одной простой иллюзии: если достаточно сильно увеличить масштаб, каждая кривая превратится в прямую линию. И всё. А дальше надо придумать, как провернуть это через формализм. Это нужно было, поскольку алгебра и геометрия идеально подходят для статичной Вселенной. Они работают с идеально прямыми линиями, идеальными окружностями и постоянными скоростями. Если автомобиль движется со скоростью ровно 60 км/ч, алгебра может сказать вам, где он окажется через два часа. Но реальный мир не статичен. Скорость автомобиля меняется на протяжении пути. Математический анализ был изобретен потому, что математикам нужен был способ измерять параметры постоянно меняющегося мира. И основы этого заложил Ньютон. Сутью была лишь математика приближения. Если достаточно сильно приблизить кривую. то она станет прямой. Логика основана на двух принципах: Дифференциальное исчисление, позволяющее точно определить крутизну кривой в одной микроскопической точке. При бесконечном увеличении масштаба изогнутая траектория превращается в прямую рампу, что позволяет рассчитать точную скорость изменения в данный момент времени. Интегральное исчисление, позволяющее разбить криволинейную фигуру на миллионы бесконечно тонких прямоугольников с прямыми краями. Мы знаем, как найти площадь прямоугольника. Если сложить площади этих микроскопических срезов, получится площадь всей сложной фигуры целиком. Это всего лишь обходной путь. И в физике мы постоянно это используем. А других вариантов-то и нет. ⚠️  Дебри.Физика #математика