Учени във Финландия създадоха квантов материал, който досега съществуваше само като теоретична прогноза. Вълнуващото е, че тези „топологични" материали може би ще захранват компютрите на бъдещето — и точно този може би дори ще работи при стайна температура.

Физици от Хайделбергски университет току-що решиха гатанка в квантовата физика, която учените си блъскаха главите десетилетия наред. Те показаха, че две теории за най-малките частици, които изглеждат напълно противоположни, в действителност разказват една и съща история. Тяхната работа се фокусира върху нещо, което звучи противоречиво: частица толкова тежка, че би трябвало почти да не мърда, но въпреки това създава вълнички в квантовото пространство — нещо, което учените се опитват да обяснят вече повече от 50 години.

От повече от 400 години моряци виждат нещо наистина вълшебно в открития океан — огромно петно вода, което свети в призрачно бяло, сякаш някой е пуснал космическо нощно лампче под вълните. Въпреки вековните наблюдения и съвременните сателитни технологии, учените все още не могат напълно да обяснят какво точно се случва. И честно казано? Точно тази загадка прави океаните толкова безкрайно fascinателни за мен.

Физик създаде миниатюрна вселена в лабораторията, в която времето се появява без часовник

А физиците мислят, че ключът може да е хаосът — или по-конкретно, ентропията.

Сигурно и ти си гледал звездите и си си задавал този въпрос: какво всъщност е времето? Не говоря за това кой ден е или колко остава до почивката. Говоря за истинската, фундаменталната същност на времето. Ами ако ти кажа, че някои от най-умните хора на планетата смятат, че времето изобщо не е вградена характеристика на вселената?

Точно това изследва един физик от Университета в Бирмингам. И неговият последен експеримент е наистина впечатляващ. Той създаде малка, запечатана вселена в лабораторията си и зададе въпроса: можем ли да проследим времето тук, без да поглеждаме към нито един часовник? Споразумял се: отговорът изглежда да е да — но не по причините, които може би очакваш.

Проблемът с вселена без часовник

Ето нещо, което постоянно ме изумява: повечето фундаментални закони на физиката изобщо не се интересуват от посоката на времето. Пусни ги напред, пусни ги назад — уравненията работят по един и същи начин. Но в реалния живот ние ясно усещаме времето да тече в една посока. Оstarяваме. Яйца се чупят, но не се чупят обратно. Горещото кафе изстива, но никога не се загрява само от себе си.

Тази разлика между физиката, която използваме да опишем реалността, и нашия действителен живял опит се нарича проблемът със „стрелата на времето". И вече повече от век тормози физиците.

Става още по-странно. Някои от най-амбициозните теории във физиката — включително опитите да се съчетаят квантовата механика с общата теория на относителността (това, което наричаме „квантова гравитация") — предполагат, че вселената може изобщо да няма вграден часовник. Прочутото уравнение на Уилър-ДеУит описва цялата вселена като едно замразено квантово състояние, без никакъв външен хронометър. Така че ако няма космически часовник, който тиктака на заден план, откъде идва познатото ни течение на времето?

Изграждане на вселена в кутия

Точно това реши да проучи професор Джовани Баротини с експеримент, който е едновременно гениален и доста странен. Той създаде това, което нарича „мини вселена", използвайки 24 000 ултрастудени атома — атоми, охладени до температури толкова близо до абсолютната нула, че започват да се държат по начини, които изглеждат невъзможни в нашия ежедневен свят.

Тези атоми бяха запечатани в изолиран контейнер и разделени на две области от бариера, създадена с лазерни лъчи. Едната област той нарече „светла" (където се правят измервания), а другата — „тъмна" (която остава ненаблюдавана). Цялата система беше напълно изолирана от външния свят — без външни часовници, без намеса, просто едно малко джобче от квантова странност, плаващо в лаборатория.

И тогава се случи нещо красиво.

Наблюдавайки мини Голям взрив (и свиване)

Вътре в тази миниатюрна вселена светлата област започна да прави нещо забележително: тя се разширяваше и свиваше многократно, като малка, циклична версия на Големия взрив, последван от хипотетично Голямо свиване — сценарият, при който разширението на вселената най-накрая се обръща и всичко се срива обратно заедно.

Тъй като системата беше напълно изолирана, професор Баротини и екипът му можеха да проследяват какво се случва само като използват информация от самата система. Не можеха да надникнат към никакъв външен лабораторен часовник. Трябваше да реконструират последователността на събитията единствено от вътрешните процеси на мини вселената.

Ето най-невероятната част: проработи. Успяха да подреддат събитията във времето без никаква външна референтна точка.

Истинската тайна: всичко е свързано с ентропията

Така че какво поддържаше времето в това малко космосче? Според изследването отговорът е ентропията — по същество мярка за безпорядъка или разпределението в една система. Докато атомите се движеха между светлата и тъмната област, ентропията (безпорядъкът, разпределението) непрекъснато се променяше. Когато разпределението на частиците в светлата област се увеличаваше или намаляваше, системата ефективно се движеше напред във времето.

И ето тук идва най-интересното: когато разпределението на частиците спря да се променя, времето само по себе си ефективно спря.

Професор Баротини нарича това „ентропийно време" и то не е просто философска идея — експериментът показа, че тази форма на време:

• Тече в една последователна посока (произвеждайки онази позната стрела на времето)
• Правилно подрежда събитията дори когато вселената преминава през разширение и свиване
• Може да се ускори или забави в зависимост от това как се преразпределя ентропията

Помисли за това така: вместо времето да е сцената, на която се случват събитията, ентропията става времето. Промените в безпорядъка СА тикането на часовника.

Защо това има значение (и то голямо)

Ето защо съм искрено развълнуван от това изследване. Отдавна знаем, че времето се държи различно в квантовата механика в сравнение с нашия ежедневен опит, но тестването на тези идеи е било почти невъзможно, защото не можем точно да провеждаме експерименти върху цялата вселена. Тази мини вселена променя това. За първи път учените имат контролирана лабораторна настройка, в която могат да тестват идеи за природата на времето, които преди бяха заклещени в теоретични спекулации.

Екипът също показа, че прочутото уравнение на Шрьодингер — фундаменталното уравнение на квантовата механика — може да бъде преформулирано с помощта на концепцията за ентропийното време. Това означава, че учените все още могат да предвиждат как квантовите системи се развиват дори когато времето е дефинирано чисто чрез вътрешни промени, а не чрез външен часовник.

По-голямата картина

Да бъда честен с теб: част от мен намира цялата тази концепция едновременно за вълнуваща и леко плашеща. Ако времето се появява от нещо толкова привидно обикновено като разпределението на частиците в система, какво означава това за нашето разбиране на реалността? Реални ли са моментите във времето, или са просто полезни илюзии, създадени от променящата се ентропия?

Професор Баротини сам го каза прекрасно: „В ежедневието времето тече от минало към бъдеще — защо е така, когато повечето основни закони на физиката работят по един и същи начин напред и назад?"

Все още нямаме пълен отговор на този въпрос. Но експерименти като този бавно, внимателно осветяват краищата на нашето невежество.

Какво следва?

Екипът сега гледа да разшири този подход към по-сложни квантови системи. С течение на времето това може да отвори вратата към лабораторни експерименти, изследващи физиката на реалния Голям взрив, симулирани черни дупки и конкуриращи се теории за това как времето работи в цялата вселена.

Това е невероятно амбициозна материя. Но това е и онова, което прави физиката толкова прекрасна — готовността да задаваш въпроси, които изглеждат почти твърде фундаментални, за да бъдат зададени, и после наистина да проектираш експерименти, за да ги проучиш.

Засега ще седна тук и ще мисля за факта, че в една малка кутия в Бирмингам, Англия, 24 000 атома са заети да създават собствено усещане за време, едно ентропийно изменение наведнъж. И по някакъв начин това ме кара да се чувствам малко по-свързан с мистерията на всичко това.

Източник: ScienceDaily

Астрономите вече имат нови начини да засекат една от най-лудите идеи на научната фантастика: масивни конструкции, изградени от извънземни цивилизации, чиято цел е да черпят енергия от звезди. Ново проучване показва как тези т.нар. „сфери на Дайсънов" биха изглеждали през нашите телескопи — и защо точно един тип звезда се очертава като най-обещаващата цел.

Оказва се, че бактериите са много повече от обикновени микроскопични машинки. Учените установиха, че те могат да се учат от опита, да помнят какво им се е случвало и дори да предават тези спомени на потомството си. За нас хората това е малко удар върху егото — вече не можем да се хвалим толкова много със способността си да помним миналото.

Учените откриха квазари, създадени само 670 милиона години след Големия взрив. И тук идва най-интересното – тези космически гиганти не би трябвало да съществуват толкова рано. Тяхното откритие принуждава учените да преосмислят всичко, което знаем за растежа на черните дупки.

Инженерите от Харвард успяха да превърнат същата силициева технология, която захранва лаптопа ти, в машина за запис на ДНК. Това е пробив, който може да промени всичко — от медицинската диагностика до начините, по които съхраняваме данни завинаги.

Учените направиха нещо невероятно — заснеха за първи път живи морски дяволи в естественото им местообитание в дълбоките води. И да си кажем честно, съществото изглежда като от филм на ужасите. Това откритие не просто добавя към знанията ни за тези „живи фосили" — то може напълно да промени начина, по който ги защитаваме.

Представи си планета, на която едната страна е горящ ад, а другата – толкова замръзнала, че Антарктида изглежда като морски курорт. Звучи като научна фантастика, нали? Но ето я работата – учените вече смятат, че животът може би вирее точно в тази луда среда. Нека ти обясня.

Какво ще стане, ако можеш да насочиш топлината точно където искаш и тя да си остане там дори като изключиш уреда? Учени от Осакский университет са успели да направят точно това с нов програмируем материал, който контролира топлинното лъчение.

Учени откриха нещо наистина странно на малко шведско островище — останки от вълци, които не би трябвало да съществуват там. Но нещата стават още по-интересни: тези вълци не са били диви. Доказателствата сочат, че древни хора са ги отглеждали, хранили са ги с риба и тюлени и може би са ги управлявали по начини, за които дори не сме подозирали. Това откритие кара изследователите да поставят под въпрос една от най-старите човешки истории: как за пръв път сме се сприятелили с вълците.

Астрономите направиха нещо невероятно — те наблюдаваха магнетар да се ражда в реално време. Този космически детективски разказ не само реши 20-годишна мистерия за свръхярките свръхнови, но и ни даде реални доказателства, че предсказанията на Айнщайн за относителността работят по начини, които не сме очаквали.

Представи си, че живееш в неолитен град, в който под краката ти се крие цяла система от подземни пътища, а не само стени и порти. Това точно откриха археолозите в Северна Китай, и сега всички в научната общност напълно преосмислят какво са способни да направят хората от древността.

Учени откриха квантово заплитане в кристал, достатъчно голям да го държиш в шепата си. Това поставя под съмнение всичко, което знаехме за това къде изобщо може да се прояви квантовата странност. Откритието може най-накрая да обясни защо така наречените „странни метали" се държат толкова необичайно — а цялата работа опира до мравките.

Учени откриха протеин с прякор „Mitch", който действа като вид командир върху това как тялото ни съхранява или гори мазнини. Когато изследователите „изключиха" този протеин, клетките започнаха да горят мазнини много по-интензивно. Същевременно се блокираше и образуването на нови мазнинни клетки. Това откритие може да промени из основи подхода към лечението на затлъстяването.

Изследователи от UCLA са открили изненадваща уязвимост в някои от най-агресивните ракови заболявания. И това, което прави откритието наистина вълнуващо: лекарства, които да я атакуват, вече съществуват. Резултатите могат най-накрая да дадат на лекарите ново оръжие срещу ракове, които остават практически нелечими повече от 50 години.

Учените от десетилетия мечтаят за свръхпроводник, който да работи при стайна температура. Такъв материал би могъл да промени всичко — от смартфоните ни до цели електропреносни мрежи. Сега изкуственият интелект дава на изследователите мощен нов инструмент, с който тази мечта може да стане реалност много по-бързо — с години, дори с десетилетия.