XCOD.INFO

Модель чёрной дыры Койна и Чэна (иллюстрация Donald Coyne, D. C. Cheng).

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Круз (UC Santa Cruz) и исследовательского центра IBM в Сан-Хосе (Almaden Research Center) построили модель поведения чёрных дыр квантового масштаба и пришли к необычным выводам.

Ряд учёных предполагают, что на скандально известном БАК, то есть Большом адронном коллайдере могут быть получены так называемые квантовые чёрные дыры — микроскопических размеров и не вполне обычных параметров.

Авторы же новой работы Дональд Койн (Donald Coyne) и Д. Чэн (D. C. Cheng) подходят к такой возможности с другой стороны: по их расчётам получается, что все элементарные частицы можно вполне рассматривать как чёрные дыры определённых параметров, и, таким образом, мы буквально окружены этими необычными объектами и сами состоим из них.

В своей статье, опубликованной на arxiv.org, учёные поясняют, что по традиционным представлениям сила тяжести оказывает решающее влияние на материю только в космических масштабах, а в микромире она слишком слаба по сравнению с другими видами взаимодействия.

Однако Койн и Чэн полагают, что если углубиться в материю ещё сильнее, до величин порядка планковской длины, гравитация снова начинает играть гигантскую роль и сравнивается по влиянию с другими силами.

Свою модель исследователи назвали shielded strong gravity scenario (SSGS), то есть “Сценарий сильной экранировки гравитации”, подразумевая, что нечто в природе экранирует на самом-то деле очень даже сильное гравитационное взаимодействие так, что оно выглядит для нас “слабым”.

По расчётам физиков выходит, что на таких масштабах горизонт событий чёрной дыры может иметь куда более сложное строение, чем предсказывает общая теория относительности. Для формирования определённых состояний чёрным дырам требуются дополнительные степени свободы. И, что любопытно, моделирование испарения таких чёрных дыр даёт картину, удивительно сходную с картиной распада элементарных частиц.

Горизонты событий чёрных дыр такого размера могут допускать “утечку информации”, и вообще оказывается, что эти объекты ведут себя вовсе не так, как “должны” вести себя чёрные дыры.

Авторы работы составили модель чёрных дыр по сценарию SSGS, причём — чёрных дыр самых различных параметров, и увидели, что пока масса велика — объект действительно похож на “классическую” чёрную дыру, соответствующую современным представлениям, но если масса падает до уровня планковской или ниже — чёрная дыра начинает подчиняться законам традиционной теплофизики, а также принципу неопределённости Гейзенберга (что очень обрадовало авторов данного сценария) и вообще — подозрительно походит на обычную элементарную частицу.

Койн и Чэн вычислили, что квантование пространства на этой шкале позволяет чёрным дырам занимать одно из множеств уровней энергии. А это может фактически означать, что все элементарные частицы — суть чёрные дыры, находящиеся в разных энергетических состояниях.

Увы, с существующими моделями физикам будет трудно отделить новорождённые “планковские” чёрные дыры от новорождённых элементарных частиц в опытах на ускорителях вроде БАК, полагают авторы новой работы. То есть проверить новую версию строения материи — пока проблематично.

Зато, говорят учёные, эта модель может пролить свет и на процесс испарения больших (космических) чёрных дыр, который может оказаться идентичным известному физикам процессу распада элементарных частиц.

Строго говоря, это уж вторая презентация TGR-W1, первая состоялась в прошлом году, но тогда информации о роботе практически не было (фото ASCII).

Один из мировых лидеров в сфере компьютерной техники — тайваньская компания MSI (Micro-Star International) — представил на выставке Computex Taipei человекоподобного робота TGR-W1, который подаётся как интерактивный и интеллектуальный.

Высота машины 105 см, ширина – 60, а глубина 70 см. Вес – 42 кило. Максимальная скорость – 1 метр в секунду. Количество степеней свободы – 10. Два основных колеса по бокам плюс поддерживающие ролики спереди и сзади.

Производитель особо подчёркивает “двойную аудиовизуальную навигацию”: робот ориентируется в пространстве благодаря инфракрасной и ультразвуковой системам обнаружения.

TGR-W1 способен картографировать окружающую среду и действовать автономно. Есть возможность дистанционного управления машиной через Интернет, а значит, с её помощью можно приглядывать за пожилыми людьми и детьми, оказывая им необходимую помощь на расстоянии. Интересные перспективы открываются в сферах “удалённого” образования и медицины, а также безопасности, не говоря уже о функции гида и зазывалы на выставках.

Жаль, но подробных технических характеристик пока нет, да и о коммерциализации и возможной цене TGR-W1 компания MSI пока ничего не сообщает. Хотя, по некоторым данным, стоит робот больше $30 тысяч. Так или иначе, но TGR-W1 удачно вписался в долгосрочную стратегию MSI, стало быть, у него есть шансы добраться до прилавков.

андроидах из Тайваня, которые замахнулись на Ллойда Уэббера (фото MSI).

Андроид PeopleBot – одно из “тел” для “прыгающего мозга”. Англичане работают в рамках европейского проекта “Жизнь с роботами и интерактивными компаньонами” (LIREC), целью которого является переход роботов из лабораторий в дома людей (фото Adaptive Systems Research Group, University of Hertfordshire).

Когда в домах людей будет с десяток роботов, выполняющих различные задачи, управлять и контролировать их станет сложно. Своё решение предлагают Керстин Дойтенхан (Kerstin Dautenhahn) и её коллеги из университета Хартфордшира: по их мнению, удобнее создать “искусственную личность” – компьютерный мозг, который будет “прыгать” с одного робота на другой.

Недавно британские исследователи открыли новый “дом роботов” (двухэтажный 10-комнатный Robot House), в котором “живут” пять машин. Контролирует их все единый интерфейс – графический компаньон по имени “Грета” (Greta).

Её анимированное 3D-изображение на разбросанных по всему дому дисплеях готово получить приказы от имени всех подчинённых роботов и ответить на вопросы хозяина.

“Грета”, по сути, и есть тот мозг, что “перескакивает” с машины на машину. Таким образом, владелец системы всегда имеет дело с одним и тем же знакомым ему виртуальным персонажем, накапливающим знания и опыт.

Правда, пока “искусственная личность” может находиться в определённый момент времени только в одном роботе, соответственно, все вместе машины работать одновременно не способны. И это, конечно, не единственная нерешённая проблема.

Так, остаётся открытым вопрос о переносе данных, необходимых, к примеру, пылесосу в посудомоечную машину, для которой они излишни. Не ясно и как быть с “перепрыгиванием” интерфейса, скажем, с андроида в робота-собаку, которая, возможно, будет пытаться стоять на двух ногах, и так далее. Всем этим Дойтенхан с коллегами и занимается.

Узнайте о таких роботах-компаньонах, как компьютеры QB1 и RoCo, лампа AUR кролик Lapinou и диалоговая система Smart Companion.

Инженеры из Массачусетского технологического института (США) разработали модель широкополосного аналогового спектроанализатора, структура которого соответствует строению улитки внутреннего уха человека. По заявлению ученых, созданная ими микросхема очень экономична и при этом работает быстрее, чем любой конкурирующий анализатор спектра радиодиапазона.

Спектроанализатор и антенна (фото Донны Ковени).

Звуковые колебания, воспринимаемые улиткой, вызывают колебания мембраны и возмущение жидкой среды внутреннего уха, которое передается волосковым клеткам; те в свою очередь выдают сигналы, поступающие в головной мозг. Как утверждают авторы, тщательно исследовавшие структуру биологического анализатора спектра, такая система очень эффективна: продолжительность анализа и «потребляемая мощность» демонстрируют линейную зависимость от N (числа элементов разрешения по частоте), в то время как в случае широко известного алгоритма быстрого преобразования Фурье они связаны уже с величиной Nlog(N).

В разработанной учеными микросхеме свойства жидкости, в которой распространяется радиоволна, моделируются на основе катушек индуктивности, жесткость мембраны представляется с помощью конденсаторов, а активные элементы — транзисторы — выполняют роль волосковых клеток. Микросхема выполнена по КМОП-технологии в соответствии с нормами 130-нанометрового техпроцесса; ее размеры — 3х1,5 мм. Характеристики спектроанализатора таковы: динамический диапазон — 70 дБ, рабочий диапазон частот — от 600 МГц до 8 ГГц, потребляемая мощность — 300 мВт. Рабочий диапазон частот анализатора, таким образом, охватывает телевизионные сигналы, Wi-Fi, сотовую связь и радиовещание.

Полную версию отчета ученых опубликовало издание IEEE Journal of Solid-State Circuits.

Подготовлено по материалам Массачусетского технологического института.

Цветными линиями показаны пути движения лейкоцитов, которые появились в раненом хвосте рыбы лишь спустя несколько минут после появления пероксида водорода. Масштабная линейка – 100 микрометров (иллюстрация Nature).

Иногда, чтобы остановить кровотечение и обеззаразить рану, врачи заливают её раствором пероксида водорода (H₂O₂). В ходе исследования подобных ему соединений выяснилось, что его вырабатывает и сам организм, вероятно, запуская таким образом процесс появления в ране клеток иммунной системы.

Долгое время учёные ломали голову над тем, как белые кровяные тельца (они же лимфоциты) находят дорогу к ране. У клеток даже нашли ноги, с помощью которых они перемещаются по сосудам. Но как они определяют, куда им надо двигаться, до сих пор оставалась неизвестным.

Некоторые особенности процесса вскрылись совершенно случайно, в ходе исследования, которое должно было помочь разработать способы наблюдения за перемещениями активных форм кислорода (reactive oxygen species или ROS) в организме.

Учёные из медицинской школы Гарварда (Harvard Medical School) и Института рака Даны Фарбера (Dana Farber Cancer Institute) использовали в качестве биологической модели рыбок данио. Они внедрили в эмбрионы ген, который начинает светиться в присутствие пероксида водорода (также относится к ROS). В процессе развития он распространился по всего организму рыб.

Как увидеть, есть ли реакция гена? Биологам было известно, что пероксид водорода вырабатывают лейкоциты, появляющиеся на месте ранения. Поэтому они надрезали хвост данио и проследили за происходящими при этом процессами с помощью микроскопа.

Каково же было их удивление, когда они обнаружили, что H₂O₂ появился на месте незамедлительно и тут же распространился по всем соседним тканям, в то время как лейкоциты “подползли” лишь через некоторое время.

Чтобы проверить свои догадки, биологи повторили эксперимент, только на этот раз они блокировали работу белка рыбки данио, который отвечает за производство пероксида водорода (в организме человека он выполняет ту же функцию). Когда они снова надрезали хвост рыбы, выяснилось, что на место ранения не прибыл не только H₂O₂, но и белые кровяные тельца.

“Это было просто моментом истины! – восхищается один из авторов Филипп Нитхаммер (Philipp Niethammer). — Понятно, что мы в любом случае не увидели бы пероксид, но отсутствие лейкоцитов говорило о том, что они потеряли свою сигнальную систему оповещения”.

Конечно, рыбки данио – не люди, но всё же они делят с нами массу генетической информации, потому то их и используют в качестве моделей. Не ясно, сохранился ли тот же процесс в организме человека, однако полученные данные подтолкнут учёных на новые исследования.

Статья авторов открытия опубликована в журнале Nature.

Возможно также, что в будущем это исследование поможет побороть такие недуги, как астма, хроническая обструктивная болезнь лёгких и некоторые воспалительные заболевания кишечника. Всем им свойственна слишком большая выработка лейкоцитов, в таком случае больным может помочь блокировка выработки H₂O₂.

Узнайте также о том, как биологи создали прозрачных данио, как с их помощью рассказали о борьбе полушарий мозга за нейроны, развитии эмбриона и появлении первой крови.

Свет от галактик (как, например “Сомбреро”) частично теряется по дороге к нам, что может быть объяснено рождением частиц тёмной энергии (фото NASA).

Явление, которое вполне может оказаться первым доказательством существования частиц, отвечающих за таинственную тёмную энергию, зафиксировано при наблюдении галактик. О результатах своего расследования рассказал Дуглас Шоу (Douglas Shaw) из университета Королевы Марии в Лондоне (Queen Mary, University of London).

Шоу сравнил свет (на самых разных длинах волн), приходящий к нам от 77 активных галактик. Вычисления показали, — повествует Softpedia, — что поток излучения от этих объектов чуть более слабый, чем должен быть по теории, с учётом всех известных факторов. То есть, часть фотонов “необъяснимо” потерялась по дороге.

Однако эта потеря хорошо укладывается в теорию, выдвинутую несколько лет назад и объясняющую, что же это такое — тёмная энергия, которая ответственна за ускоренное разбегание галактик во Вселенной.

Большой разрыв, в котором будут “развеяны по ветру” не только галактики, но все звёзды и планеты, и даже – все атомные ядра во Вселенной (иллюстрация NASA).

Эти наблюдения, рассуждает Шоу, возможно, являются первым свидетельством существования так называемых частиц-хамелеонов (Chameleon particle), которые отличаются от других, прежде всего, тем, что масса их зависит от присутствия других полей, а упрощённо — от плотности вещества в близлежащем пространстве. На Земле такая частица обладала бы большой массой, а в межгалактическом пространстве — намного меньшей. И именно взаимодействие хамелеонов в космических масштабах создаёт силу, способную объяснить наблюдаемое разбегание, — гласит предположение учёных.

Частицы-хамелеоны придумал физик из университета Пенсильвании Джастин Хоери (Justin Khoury) в 2003 году. По его теории (выдвинутой вместе с рядом соавторов), именно они являются воплощением той самой тёмной энергии, которую пытаются “поймать за хвост” исследователи.

При этом учёные предполагают, что в присутствии магнитных полей (особенно — если они сильные) фотоны могут обращаться в хамелеоны, и наоборот.

И вот как раз первый процесс, не исключено, и является объяснением явления, тщательно изученного ныне Дугласом: по пути от далёких галактик к Земле свет не раз проходит через сильные магнитные поля массивных звёзд, чёрных дыр и так далее. При этом некоторые фотоны обращаются в хамелеоны, которые мы фиксировать ещё не умеем (но физики уже вовсю ставят опыты в попытке уловить присутствие хамелеонов и на Земле).

Сам Хоери, конечно, был обрадован появлением такого яркого подтверждения его теории. В то же время он, как сообщает Popular Science, предостерёг всех от преждевременных выводов и преувеличения важности данного открытия. Мол, всё ещё предстоит проверить и перепроверить. И говорить о 100-процентном доказательстве версии “хамелеонов” — слишком рано.

Читайте также о догадке Эйнштейна.

AFP сообщает о разработке французских физиков: ученые работали сверхбыстрые лазеры, способные ускорить процесс записи и чтения информации с жестких дисков и аналогичных носителей почти в 100 000 раз, что позволит создавать принципиально новые системы хранения цифровых данных. Новые разработки базируются на исследованиях, за которые в 2007 году Альберту Ферту (Франция) и Питеру Грюнбергу (Германия) была вручена Нобелевская премия по физике.

Ферт и Грюнберг обнаружили, что совсем незначительные изменения в магнитных полях способны генерировать значительные электрические заряды. Именно данный принцип был положен в основу новых систем считывания информации. Новая система позволит считывать головке жесткого диска единовременно в тысячи раз больше данных.

Сами ученые говорят, что их разработка открывает путь к спинтронике - одному из видов исследований в области электрических полей, которое учитывает не только электрический заряд, но и спин электронов и индивидуальных атомах. Такая технология позволяет обеспечивать куда более компактное и плотное размещение данных на жестких дисках.

Вместе с тем, считывание и запись данных с использованием метода спинтроники значительно затруднено из-за сравнительной медлительности обычных магнитных сенсоров в жестких дисках.

Группа исследователей под руководством Жана-Ива Биго из Института прикладной физики и хими в Страсбурге решила эту проблему за счет применения супербыстрых лазеров, так называемых фемтосекундных лазеров, которые помогут изменить и зафиксировать спин электрона, чтобы его положение можно было толковать как логический ноль или единицу. “Наш метод называется фотоника спина, так как он использует фотоны света для изменения электронной магнетизации на поверхности жестких дисков”, - рассказал в интервью AFP Жан-Ив Биго.

На данный момент, говорит Биго, создать новое поколение жестких дисков не получится, так как установки для фемтосекундных лазеров имеют размеры не менее 30х10 см, что делает их слишком большими для использования в жестких дисках. Но современные подходы к миниатюризации электроники наверняка сделают такие установки пригодными для использования в накопителях еще до 2019 года.

Также разработчик отметил, что компании Hitachi и IBM уже заинтересовались данной разработкой.

Ученый предположил, что мозг, как и компьютер, при работе выделяет тепло. Нарушить работу может излишняя теплота, поскольку нейроны мозга нормально функционируют только в узком диапазоне температур.

Сопоставив полученные теоретические данные с экспериментальными значениями, автор работы пришел к выводу, что мозг – термодинамически стабилен.  Это означает, что его структура обеспечивает нужный температурный баланс, и мозг сам может достигать сколь угодно больших размеров.

Прямой связи между размером мозга и интеллектуальными способностями его обладателя нет. Наиболее крупный мозг, который весит девять килограммов, принадлежит кашалоту.

Главным показателем мощности мозга, как компьютера, является его структура.

Материал подготовлен редакцией rian.ru на основе информации открытых источников

Недавно выведенный на орбиту рентгеновский телескоп Ферми, принадлежащий НАСА, уже порадовал ученых новым открытием. Аппарат обнаружил новый класс активных галактик, обладающих мощнейшим природным ускорителем элементарных частиц. Новая галактика, удаленная от нас на 5,5 млрд световых лет, способна разгонять частицы почти до скорости света, последние при этом начинают активно выбрасывать гамма-лучи.

Астрономы рассказывают, что до сих пор науке было известно всего два типа активных галактик, генерирующих гамма-излучение, - это блазары и радио-галактики. “Сейчас был обнаружен третий класс подобных объектов. Можно предположить, что во Вселенной есть и новые природные ускорители частиц, о которых пока ничего не известно”, - говорит Луиджи Фочини из итальянского Национального института астрофизики в городе Мерате.

Активные галактики представляют собой крупные галактические образования с чрезвычайно ярким центром, где скорость вращения вещества достигает скорости света. В 1943 году астроном Карл Сейферт описал первые два типа активных галактик, каждый из которых различался по типу излучения, длине радиоволн и скорости вращения газа в центре галактик. Сейчас у двух классов галактик есть несколько подклассов, но теперь специалисты уверены, что Ферми обнаружил совершенно новый тип.

В центре каждой активной галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая по массе в миллионы раз превышает Солнце. Процессы формирования сверхмассивных черных дыр на сегодня не изучены, но все дыры подобного масштаба раскручивают за счет своей гигантской гравитации вокруг себя триллионы тонн газа и пыли, которые в итоге разогреваются до миллионов градусов и выбрасываются в виде гамма-лучей несколькими направлениями или, говоря иначе, струями.

В случае с новой галактикой, получившей номер PMN J0948+0022, скорость вращения вещества значительно меньше, чем в блазарах и радио-галактиках, но характерные гамма-струи здесь также есть. “В дополнение к этому, PMN J0948+0022 струи выбрасываемого излучения значительно меньше, чем в остальных активных галактиках, но они сопровождаются мощным радиоизлучением”, - говорит Джино Тости, один из группы итальянских исследователей.

Американские физики впервые продемонстрировали загадочное явление квантового запутывания, наблюдавшееся ранее только на квантовых величинах элементарных частиц, в классической механической системе колеблющихся ионов металлов. Открытие является большим шагом на пути к созданию нового поколения вычислительных машин - квантовых компьютеров, считают авторы исследования, опубликованного в журнале Nature.

Квантовое запутывание - это особое состояние материи, наблюдавшееся до сих пор только у элементарных частиц, поведение которых описывается законами квантовой механики отличными от классических законов движения, выведенных Ньютоном. Основным отличием квантовой механики от классической является изменение скорости и энергии движения квантовых частиц не монотонно как у движущихся макроскопических тел, а дискретно - на фиксированные значения.

В состоянии квантового запутывания могут находиться две и более частиц. Запутывание проявляется в том, что будучи разделенными большими расстояниями на которых никакие физические силы их уже не связывают, частицы ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит к закономерному изменению состояния другой.

Как именно и с какой скоростью происходит передача информации о состоянии одной частицы к другой, ученым пока неизвестно.

До сих пор квантовое запутывание ученые могли наблюдать только изучая квантовые состояния элементарных частиц, однако группе ученых под руководством Дэвида Вайнленда (David Wineland) впервые удалось показать, что квантовое запутывание может проявиться и в системах, описываемых законами классической ньютоновской механики.

В своем исследовании физики из Института стандартов и технологий США использовали так называемую ловушку Пауля, позволяющую с помощью комбинации постоянного и переменного электрического полей удерживать и манипулировать отдельными заряженными атомами - ионами.

С помощью этой ловушки ученые зафиксировали на одном из электродов ловушки две пары положительно заряженных атомов металлов - магния и бериллия - колеблющихся в направлении друг друга подобно двум грузам, соединенным пружиной. После этого с помощью лазера исследователи перевели ионы бериллия в запутанное состояние, в котором их внутренняя энергия оказалась взаимосвязанной. Затем с помощью манипуляций с ионной ловушкой ученые разделили две пары колеблющихся ионов на разных электродах расстояние в 240 микрон, на котором пары ионов считаются колеблющимися независимо.

Авторы статьи с удивлением обнаружили, что воздействуя с помощью лазера на один из атомов бериллия им удается не только изменить его внутреннюю энергию, но и повлиять на его совместные с ионом магния колебания. При этом колебания второй пары ионов оказались зависимыми от изменения характера колебаний первой.

“Где именно проходит грань между миром квантовой механики и классической ученым пока не известно. Вероятно, наша работа позволит нащупать эту границу и показать, какие величины могут быть квантово запутанными, а какие нет. Нам удалось впервые запутать механическую систему, похожую на груз, колеблющийся на пружине, только имеющую гораздо меньшие размеры”, - сказал молодой сотрудник лаборатории Джон Джост (John Jost), являющийся ведущим автром публикации.

Работа ученых, вероятно, может позволить в будущем создавать квантовые компьютеры на основе сотен пар колеблющихся и квантово запутанных ионов, способных за считанные секунды решать вычислительные задачи, на которые даже у современных суперкомпьютеров уйдет несколько десятилетий. Кроме того, методики работы с квантово запутанными механическими системами, разработанные командой Вайнленда наверняка найдут применения во многих ведущих мировых научных лабораториях.