Американцы и британцы взялись за отработку концепции межзвёздного корабля, способного достичь любого из полусотни ближних к Солнцу светил за время порядка 50-100 лет. Такой срок выбран, чтобы у тех, кто отправит аппарат в далёкий рейс, был хоть какой-то шанс при жизни успеть получить сигнал о достижении цели.
Проект «Икар» (Icarus) развивает американская некоммерческая группа учёных Tau Zero Foundation, одним из основателей и президентом которой является известный нам физик Марк Миллис (Marc G. Millis). Ранее он работал в NASA над концепциями передовых космических двигательных систем. Также в проекте принимают участие члены Британского межпланетного общества (British Interplanetary Society — BIS).
Прежде, чем рассказать об «Икаре», следует погрузиться в предысторию проекта. В качестве отправной точки команда Tau Zero выбрала другой межзвёздный корабль. В 1973-1978 годах группа учёных и инженеров, действовавших под эгидой BIS, разработала огромный беспилотный аппарат «Дедал» (Daedalus) с термоядерной двигательной установкой.

Более тридцати лет назад специалистам удалось на бумаге показать принципиальную работоспособность конструкции «Дедала» (здесь и на заглавном рисунке), хотя проект был признан очень трудным для реализации (иллюстрация Adrian Mann).

"Дедал" представлял собой двухступенчатую систему со стартовой массой в 54 тысячи тонн (из них 50 тысяч тонн приходилось на термоядерное горючее). В качестве топлива предполагалось использовать гранулы из смеси дейтерия и гелия-3. Последний авторы проекта замыслили добыть из атмосферы Юпитера за 20 лет с помощью автоматического завода — воздушного шара. В системе Юпитера можно было бы вести окончательную сборку колосса и оттуда он должен был стартовать к другой звезде.

Общий вид и схема «Дедала» (здесь вторая ступень — слева, первая — справа). 1 — щит; 2 — исследовательские зонды; 3 — летающие ремонтные роботы; 4 — баки с ядерным топливом; 5 — камера реакции; 6 — электронные пушки; 7 — телескопы; 8 — главный компьютер; 9 — система выброса топливных гранул; 10 — бак с жидким водородом; 11 — сверхпроводящие катушки; 12 — индукционная петля (иллюстрации Nick Stevens, Adrian Mann).

Импульсный термоядерный двигатель аппарата работал бы так. Топливные гранулы должны с большой частотой выбрасываться в центр камеры сгорания (она же — сопло). Там они попадут под удар множества мощных электронных лучей. После разогрева до огромной температуры в топливных гранулах начнётся термоядерная реакция.
Её раскалённые продукты удерживались бы от соприкосновения со стенками двигателя при помощи магнитных полей. Благодаря им должна происходить передача на конструкцию корабля тягового усилия от расширяющейся и выбрасываемой плазмы.

Схема импульсного термоядерного двигателя. 1 — пушка, выбрасывающая топливные капсулы; 2 — сверхпроводящие катушки; 3 — электронные пушки; 4 — плазменный выброс; 5 — магнитное поле; 6 — катушка-генератор; 7 — замороженная капсула с ядерным горючим; 8 — миниатюрный ядерный взрыв; 9 — камера реакции/сопло (иллюстрация Adrian Mann).

Предполагаемая цель «Дедала» — звезда Барнарда, удалённая от нас на шесть световых лет. Огромный исследовательский аппарат достиг бы её за полвека.
По проекту первая ступень «Дедала» должна была проработать два года, а вторая — 1,8 года. После этапа разгона аппарат должен был достичь 12% от скорости света (максималка составила бы 36 тысяч км/с). Далее последовал бы 46-летний полёт по инерции.

Сравнение «Дедала» с Эмпайр-стейт-билдинг и ракетой Сатурн-5. Общая длина термоядерного межзвёздного корабля должна была составить 190 метров (иллюстрации Adrian Mann).

Британцы продумали много тонкостей в проекте такого зонда. Так наиболее важные части конструкции «Дедала» были «нарисованы» из молибденового сплава, сохраняющего прочность при криогенных температурах. В роли щита, прикрывающего головную часть комплекса от скоростного потока межзвёздных пыли и газа, решено было использовать 50-тонный диск из бериллия толщиной 7 миллиметров.
Поскольку Daedalus не должен был тормозить у цели, в его недрах к звезде Барнарда предполагалось доставить 18 автономных зондов с ионными двигателями. Их следовало выпустить в свободный полёт за несколько лет до прибытия в чужую систему, которую они могли бы исследовать не торопясь.
А для того чтобы содержащиеся в ней пыль и микрометеориты не уничтожили технику немедленно, впереди зондов и корабля следовало бы выбросить большое облако мелких частиц, которые расчищали бы путь.

Сборка и отправление «Дедала» из окрестностей Юпитера (иллюстрации Adrian Mann).

Через три десятилетия после завершения проекта Daedalus специалисты решили, что пора посмотреть на него свежим взглядом и перекроить с учётом нынешних достижений техники. Выбор именно этой точки опоры диктовался рядом очевидных соображений.
Даже теперь «Дедал» всё ещё остаётся одной из самых проработанных концепций межпланетного корабля в истории. А двигательная установка «Дедала» по расчётам обеспечивала бы удельный импульс порядка миллиона секунд. Трудно представить технически удобоваримый вариант космического привода, который мог бы тягаться по этому параметру с описанным выше аппаратом. Именно потому у «Икара» должна быть аналогичная термоядерная двигательная установка.
Официально стартовавший 30 сентября 2009 года проект Icarus расчитан на пять лет. Он собрал под своё крыло двадцать учёных, инженеров и дизайнеров. Они считают, что человеку вполне по силам построить межзвёздный корабль, рассчитанный на крейсерскую скорость в 10-20% от скорости света.

Одна из целей предполагаемого вояжа — изучение межзвёздного пространства на пути к пункту назначения. На рисунке показано разделение ступеней после двух лет начального разгона звездолёта (иллюстрации Adrian Mann).

Хотя в целом новый межзвёздный странник должен быть нарисован по мотивам «Дедала», многие его части будут серьёзно пересмотрены. Пока исследователи провели несколько общих оценок и ввели ряд ограничений. Так что насколько «сын Икар пойдёт в отца», мы узнаем где-нибудь в конце 2014 года.
Кроме того, одно отличие проглядывает уже сейчас. Если Daedalus по прибытии в систему чужой звезды пересёк бы её на всех парах, то есть примерно за два дня, наследник должен суметь немного притормозить. Так он сможет растянуть период исследования планетарной системы — главного лакомства в таком грандиозном предприятии.
Тут пора сказать, что в центре внимания Tau Zero Foundation и BIS оказались не только переоценка конструкции межзвёздного колосса с позиции современных науки и техники, но и выбор потенциальных целей для такого корабля. А их список достаточно велик, поскольку инициаторы проекта заранее очертили для этого разведчика радиус действия в 15 световых лет.
На таком удалении от нас насчитывается 56 звёзд, входящих в 38 систем, но это число может немного варьироваться.
Как объясняет Discovery, на условной границе в 15 световых лет находится несколько звёзд, расстояние до которых определено с некой погрешностью. Так что это может быть и 14,9, и 15,1 световых года. Если окажется, что такая цель по научным соображениям привлекательна, вряд ли гипотетические организаторы первой межзвёздной беспилотной экспедиции будут торговаться из-за лишних 0,1-0,2 светового года.

Прибытие корабля к звезде и выпуск исследовательских зондов (иллюстрации Adrian Mann).

Очевидно, что предпочтительнее всего выбрать объект поближе, на расстоянии до десяти световых лет, а самое привлекательное — просто ближайший, то есть Альфу Центавра. Ведь полёт такого корабля можно сравнить с постройкой какого-нибудь средневекового готического собора, нередко затягивавшейся на очень долгий срок. Большинство учёных и конструкторов, отправивших «Икара» в космос, его прибытия к другой звезде, рискуют не застать.
Помимо расстояния, вторым важным фактором для определения цели является наличие у звезды планет. В идеале — земного типа или сверхземель, да ещё чтобы находились в обитаемой зоне. Пока из 56 ближних звёзд присутствие планет достоверно определено лишь у пары: Эпсилон Эридана (10,5 световых лет) и Глизе 674 (14,8 световых года).
И их планеты, увы, далеки от «комфортного» состояния. Они или слишком горячи или холодны. Однако, учитывая последние успехи в деле открытия экзопланет и оценку, гласящую, что примерно треть звёзд главной последовательности должна обладать мирами с массой менее 30 Земель, у упомянутых 56 звёзд планет должно быть порядка полутора десятка.
Таким образом, есть хороший шанс, что в ближайшие годы в этом ближнем окружении будут найдены объекты, притягательные с точки зрения детального изучения. Развитие техники позволяет даже надеяться, что у них можно будет заранее отснять спектры в поисках признаков жизни. Если такие «подписи» будут обнаружены, вопрос о том, куда посылать корабль «Икар» — не возникнет.

У Эпсилон Эридана — богатая семья. У звезды есть пояса астероидов и комет, плюс несколько планет (одна подтверждена точно, остальные предполагаются). Не исключено, что там найдутся и планеты, сходные с Землёй. Это солнце — один из самых вероятных кандидатов на визит земного аппарата (иллюстрация с сайта forgehub.com).

Осталось только прояснить выбор имени аппарата. Конечно, Икар — сын Дедала, так что имя новичка отражает преемственность. Но, с другой стороны, по древнему мифу Дедал благополучно перелетел море, а вот его сын сгинул в пучине. Не слишком оптимистичная ассоциация.
Возможно, дело в том, что Икар не просто воспользовался изобретением Дедала, но попробовал «выйти за пределы».
«Икар взлетел вверх к солнцу, воск, скрепляющий его крылья, расплавился и полёт закончился фиаско. ... я предпочитаю думать об Икаре, как о человеке, который выставил на свет серьёзные конструкционные дефекты летающих машин своего времени», — цитирует Discovery британского астрофизика Арутра Эддингтона (Arthur Eddington). Эти слова он написал в 1926 году.
Физики и дизайнеры, занятые в проекте Icarus, тоже попытаются хотя бы в теории определить — на что способна, а на что не способна современная техника применительно к столь амбициозной цели, как межзвёздный полёт. Проект рассчитывает подтолкнуть новые поколения учёных к разработке и постройке аппаратов, готовых выйти далеко за границы Солнечной системы.
Источник

Tweet

Россияне готовят новый луноход

 Отдельная премия в рамках конкурса назначена за обнаружение исторически ценных артефактов на Луне

 

В конкурсе Google Lunar X PRIZE, целью которого является стимулирование частных разработок для освоения космоса, участвует единственная российская команда. Каких успехов удалось достичь ее участникам и каковы их планы на будущее? Станет ли российский "Селеноход" единичным проектом или он сможет дать импульс для развития частной космонавтики в нашей стране?

 

Существует мнение, что космос должен быть только государственным – частным компаниям здесь делать нечего, потому что разрабатывать крупные проекты дорого, тяжело и сложно.
Но это не совсем так. Мировая частная космонавтика (на Западе ее называют private space или new space) уже добилась значительных успехов. Так, SpaceX первой из частных компаний создала линейку своих ракет, на которых осуществляет запуски спутников. А недавно она попала в список 50 лучших инновационных компаний по всему миру, и будет доставлять американских космонавтов на Международную космическую станцию. Кстати, на космическом корабле также собственной разработки.
 

Google Lunar X PRIZE

"Летим на Луну, чтобы остаться", - декларируют организаторы конкурса Google Lunar X PRIZE. Его называют второй эрой лунных исследований, "Луной 2.0", а саму Луну – дверью человечества в Солнечную систему. На сей раз космическая гонка должна вдохновить инженеров и предпринимателей на разработку недорогих и эффективных методов исследования космоса с помощью роботов. По существу, это конкурс на лучший частный луноход и технологии для изучения Луны.

Главный приз конкурса в размере 20 млн долл. достанется той команде, сформированной частными лицами, которая выполнит два основных задания конкурсной миссии. Первое – их мобильный робот должен пройти по лунной поверхности не менее 500 м, чтобы доказать возможность свободного перемещения в произвольном направлении. Второе – он должен передать на Землю заранее оговоренный объем информации: круговые цветные панорамы лунной поверхности с высоким разрешением, "автопортрет", сделанный после посадки и на маршруте, видеорепортаж о продвижении робота по поверхности в режиме, приближенном к реальному времени, HD-видеопередачу и предварительно записанный на борту пакет данных.
Кроме этого, пятью миллионами долларов премируется обнаружение и пересылка на Землю фото- и видеоизображений советских и американских аппаратов, посетивших Луну ранее. Претендентам на нее придется с особой тщательностью рассчитать и выбрать место посадки – скажем, на лунных полюсах человечество раньше не высаживалось, так что вряд ли там обнаружатся исторически ценные артефакты.
 
Отдельная премия выдается за обнаружение на Луне воды и за перемещение по поверхности Луны на расстояние более 5 км. Еще одно очень сложное задание, которое поощряется премией, – пережить лунную ночь. Во время ночи, которая на Луне длится 14 с лишним земных суток, температура может упасть с +170° до -170°. Поэтому аппарат должен не только не перегреться днем, но и не замерзнуть ночью. Таким образом, необходима система сохранения теплового режима, чтобы обеспечить поддержание определенной температуры в нужном диапазоне. Специалисты "Селенохода", в частности, разработали специальное программное обеспечение, позволяющее моделировать поведение техники при критических температурах. А проведенные криоиспытания, во время которых различные детали погружали в жидкий азот, показали, что производимая сегодня электроника вполне выдерживает очень низкие температуры.
В правилах конкурса Google Lunar X PRIZE также указано, что если полностью государственный лунный проект выполнит все требуемые условия раньше, чем то же сделает первый частный, конкурс не заканчивается, но уменьшается размер главного приза – с 20 до 15 млн долл. Это решение довольно неоднозначно, потому что фактически заставляет частные компании соревноваться с государственными, а силы здесь изначально не равны. Впрочем, по тем же правилам государство может поддерживать проект, и теперь это не 10, а 25% от общей стоимости проекта.
Конкурс продлится до конца 2015 года. 29 команд со всего мира сейчас соревнуются за приз Google Lunar X PRIZE, и это финальное число участников.
 

Единственная команда из России

Единственный российский коллектив, принимающий участие в Google Lunar X PRIZE, начал формироваться сразу же после объявления конкурса в сентябре 2007 г., но чтобы организовать настоящую команду и начать серьезную работу, понадобилось почти два года. С этого момента группа специалистов из различных областей, объединенных общим интересом к космической технике, обзавелась помещением и партнерами, создала несколько макетов и провела тестирование ряда своих технологий. И, наконец, официально зарегистрировалась в конкурсе.
"На этот проект можно взглянуть под множеством углов... – говорят создатели. - Кроме участия в конкурсе от России, мы хотели бы способствовать развитию отрасли, чтобы технические специальности входили в моду, хотим подать пример молодежи. Тем более, что космос – это круто, просто по определению".

 Пока что луноход существует только как проект

 

Название "Селеноход", которое они себе выбрали, подчеркивает связь с достижениями космонавтики СССР – программами "Луноход-1" и "Луноход-2". Эти дистанционно управляемые самоходные аппараты-планетоходы были доставлены на Луну в 1970 и 1973 годах. И связь тут прямая – к проекту присоединились один из конструкторов "Луноходов", а ныне первый вице-президент Петербургского отделения Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Михаил Маленков, и заслуженный испытатель космической техники, водитель второго экипажа "Луноходов" Вячеслав Довгань. Таким образом, проект "Селеноход" создается с учетом опыта советских лунных программ. Но члены российской команды имеют и свой космический опыт – это участие в таких проектах как "Ресурс-ДК", "Бауманец", Ikar, GlobalStar, "Ангара", KSLV и др. Руководит проектом Николай Дзись-Войнаровский.
 

"Селеноход" на пути к Луне

"Селеноход" планирует использовать на Луне один или два подвижных колесных робота, умеющих передвигаться по лунному реголиту, автоматически объезжать препятствия, снимать фото и видео высокой четкости, а также передавать информацию на посадочный модуль, который будет использоваться в качестве ретранслятора. Кроме основных требований конкурса, российская команда рассчитывает выполнить одно из дополнительных.
 

 Сейчас проект находится на стадии разработки технических предложений и утверждения общей концепции полета

 

Прикладные технологии, разработанные для конкурса, могут в дальнейшем пригодиться и на Земле. Минироверы могут служить роботами-разведчиками или поступить на службу МЧС. Свою перспективу имеют и отдельные технологии "Селенохода" – такие, как система технического зрения с лазерным наведением. Робот должен уметь видеть, для этого у него есть специальные камеры, система, которая с помощью лазера создает картинку окружающего пространства и ориентируется по ней.
Запуск ракеты с "Селеноходом" к Луне может быть осуществлен не раньше 2013 года – мало кто из команд может сейчас точнее назвать дату запуска, хотя о покупке пусковых услуг уже серьезно думают многие. Пока же только американская команда Astrobotic объявила, что заключила предварительный контракт с компанией SpaceX о доставке своего лунохода на ракете Falcon 9. "Селеноход" ориентируется на ракету "Днепр", а также рассматривает и другие варианты – "Союз" и "Протон". "Днепр", который считается ракетой легкого класса и имеет ограничения по массе груза, мог бы обеспечить прямой полет к Луне с "Селеноходом" в качестве единственной полезной нагрузки. При использовании других ракет "Селеноход" будет вторичной полезной нагрузкой.
Сейчас проект находится на стадии разработки технических предложений и утверждения общей концепции проекта. Также участники консультируются с рядом ученых, которым интересен этот проект, и выясняют, какие дополнительные эксперименты можно было бы провести в рамках выполнения конкурсных заданий.
 

Частная космонавтика в России

"Селеноход" до сих пор существует только на деньги своих основателей и продолжает поиски финансовых средств, необходимых для дальнейшего развития. В то же время NASA, в рамках американской программы ILDD (Innovative Lunar Demonstrative Data), выделило участникам конкурса 30 млн долл., разделив их между шестью командами, пять из которых чисто американские и одна международная. "Селеноход" же рассчитывает привлечь финансирование от российских спонсоров и инвесторов, заинтересованных во вложении средств в российские инновации.
Пока "Селеноход" не отправился на Луну, он участвует в различных конкурсах и проектах на Земле, в России - государство поддерживает инициативу команды. Так, уже год продолжается сотрудничество команды "Селенохода" с Росмолодежью. В прошлом году модель лунохода была представлена публике на форуме "Селигер-2010", где Зворыкинский проект собрал талантливую молодежь со всей России. Модель будущего покорителя Луны тогда вызвала большой интерес среди участников Форума.
В этом году "Селеноход" будет участвовать во Всероссийском космическом инновационном конвенте, который организован Федеральным агентством по делам молодежи, правительством Амурской области и Федеральным космическим агентством в честь 50-летия полета Юрия Гагарина.
Команда "Селенохода" считает, что частная космонавтика в России может и должна развиваться, как это происходит в развитых странах, и что для коммерческих компаний, создающих высокотехнологичные разработки, есть ниша. Они предпочитают рассматривать себя не как разовый коллектив, сформировавшийся только для участия в конкурсе, но как долгосрочный проект, специализирующийся на космической робототехнике.
Источник

Tweet

Антропологи представили новую реконструкцию Отци

Первым новый облик человека из Эцтальских Альп представил мартовский номер журнала National Geographic Germany (фото South Tyrol Museum of Archaeology).

 

За 20 лет с момента обнаружения в Альпах мумии Отци вокруг неё вырос целый культ. К юбилею учёные и художники создали новый более реалистичный внешний облик человека, жившего на Земле 5300 лет назад.
Отци (Ötzi), он же Эци, он же Симилаунский или Тирольский ледяной человек, теперь выглядит куда как старше: покрытое морщинами лицо и всклокоченная борода и волосы, впалые щёки, тёмная кожа, глубоко посаженные карие глаза. Раньше считалось, что они были голубыми, но новые данные показали, что это не так (расшифровка ДНК помогла).
 

С первого марта очень реалистичную реконструкцию внешнего вида Отци можно увидеть на специально организованной выставке в Археологическом музее южного Тироля (South Tyrol Museum of Archaeology) в Больцано. Она продлится до 15 января 2012 года (фото South Tyrol Museum of Archaeology).

 

Умер Отци примерно в 45 лет. Его рост составлял 160 сантиметров, а вес – 50 килограммов.
Новый облик древнему человеку придали голландские братья-художники Альфонс и Адри Кеннис (Alfons, Adrie Kennis). Они провели рентгеновское сканирование и компьютерную томографию мумии, создали её трёхмерное изображение.
 

Братья-близнецы Кеннисы уже много лет занимаются реконструкцией образов древних людей (фото Heike Engel, 21Lux).

 

"Мы хотели, чтобы реконструкция показывала человека, двигающегося через горы, возможно, напуганного и преследуемого кем-то, хотели отразить напряжение на его лице", — говорят Кеннисы.

Ранняя реконструкция показывала Отци как относительно молодого человека – в 90-х годах никто не ограничивал фантазию художника. Теперь же антропологи требовали максимальной достоверности образа (иллюстрации Vienna Report Agency/Sygma/Corbis, Kenneth Garrett/National Geographic).

 

Долгое время считалось, что Отци либо замёрз в горах, либо погиб от чьей-то стрелы (об этом косвенно свидетельствует след от наконечника, обнаруженный в плече мумии). Правда, в 2010 году последнюю версию попытались опровергнуть учёные из Италии и США.
Кеннисы и их коллеги никак не поясняют, почему не была учтена новая версия гибели ледяного человека. Как бы то ни было, нынешний Отци выглядит не таким уверенным и счастливым, каким его изображали раньше.
 

В апреле учёные обещают выпустить статью, в которой будет проанализирована генетическая информация Отци. В публикации они должны рассказать о происхождении ледяного человека, его группе крови, предрасположенности к болезням и прочих чертах (фото South Tyrol Museum of Archaeology).

 

Чтобы добиться поразительного реализма, художники использовали силикон, резину, глину, смолу, железные проводки, а также шерсть скота из горных областей Шотландии.
Источник

Tweet

Модель машины времени показала отсутствие парадоксов

Учёные на опыте обосновали непротиворечивость перемещений в прошлое. Эксперимент с частицами был обставлен так, что в плане возникновения возможных противоречий ситуация была полностью идентична путешествию во времени. Оказалось, природа способна обороняться от попыток переписать историю.
Профессор Сет Ллойд (Seth Lloyd) из Массачусетского технологического института и его коллеги из США, Италии, Японии и Канады опубликовали статью в Physical Review Letters. Данный труд явился развитием прошлогодней работы, о которой мы рассказывали детально.
Вкратце напомним: Ллойд со товарищи при помощи квантовой механики показали, как природа может защищаться от парадоксов, возникающих при путешествиях во времени. Это так называемый «парадокс дедушки» (grandfather paradox) или идентичный парадокс «убийства самого себя в прошлом» (autoinfanticide).
Если последнее произойдёт, некому позже будет отправиться в прошлое, чтобы совершить это убийство, и потому оно не случится, но тогда путешественник выживет и отправится в прошлое, чтобы попытаться убить себя...

Познакомьтесь с человеком, который с формулами в руках и результатами опытов доказывает, что путешествия в прошлое Вселенную ничуть не смущают. У Ллойда получилось, что телепортироваться назад может только объект, который потом не нарушит ход истории (фото с сайта cipher3d.wordpress.com).
 

Не так уж важно, что в исследовании Ллойда речь всё время идёт о квантовых частицах (а именно фотонах): учёным интересно рассмотреть сами принципы удивительных перемещений. А уж затем выводы и найденные закономерности можно попробовать перенести на классические объекты.
Итак, в своей новой статье Сет рассказывает, как в опыте с частицами воспроизвести машину времени и притом благополучно миновать возникновение «парадокса дедушки».
Для начала он рассматривает замкнутую времениподобную кривую (closed timelike curve — CTC) в качестве канала для квантовой телепортации.
CTC — это мировая линия частицы в пространстве-времени, которая возвращает её к исходной точке. А квантовую телепортацию Ллойд и его коллеги скорректировали так, чтобы состояние частицы передавалось не в пространстве, а назад во времени.
Представьте: вам нужно передать неизвестное квантовое состояние |ψ> между двумя сторонами (Алиса
и Боб), используя пару запутанных частиц, переправку классической информации, и унитарное преобразование на стороне Боба.
Любопытно, рассуждают авторы работы, что если измерение Алисы (над частицей |ψ> и половинкой от пары квантово сцепленных частиц) даёт тот же результат, какой был бы получен, вздумай мы определить начальное состояние (запутанной пары), Бобу не нужно выполнять какие-либо преобразования, чтобы получить состояние Алисы |ψ>.
Выходит, в некотором смысле, что Боб обладает частицей с неизвестным (телепортируемым) состоянием ещё до того, как Алиса проводит телепортацию. Причинность при этом не нарушается, поскольку Боб не может предсказать результат измерения Алисы, тот ведь случаен.
Если из массы результатов такого повторяющегося опыта можно было бы выбирать только описанные выше случаи, такая квантовая телепортация позволила бы информации распространяться в обратном направлении по постселективной времениподобной линии (Р-CTC). Можно ведь с некой условностью сказать, что частица Боба из запутанной пары — это есть сама частица |ψ>, вернувшаяся назад во времени.
Приведённые выше рассуждения приоткрывают теоретическую возможность путешествия в прошлое хотя бы частиц. На этой логической базе можно поставить интересующий нас эксперимент, который мы опишем, опуская детали и с некоторыми упрощениями.
Роль путешественника играет фотон, представляющий кубит. До измерения он обладает неким неизвестным квантовым состоянием, а после измерения оказывается с одним из возможных значений поляризации (1 и 0). Причём единичка условно означает, что наш незадачливый путешественник жив, а ноль — мёртв.
Пистолет путешественника — это квантовый вентиль, устройство, влияющее на состояние фотона (то есть обращающее состояние кубита, превращающее 1 в 0).

Квантовая машина времени.
Пояснения в тексте (иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
 

На рисунке выше показано путешествие в прошлое (замкнутый овал) в терминах квантовой механики (t – стрела времени). σ_x – это пистолет, убивающий частицу (элемент оптической схемы меняющий состояние кубита). Точки и крестики на линиях – два момента мониторинга бита-путешественника (до и после пистолета) при помощи вентилей CNOT и проверочных (пробных) кубитов.
Для сохранения согласованности частица, вступающая в петлю как 0 (мёртвая), должна выйти из неё как 1 (живая), чтобы выстрелить сама в себя. И наоборот, входящий в петлю живой путешественник (1) должен выйти из петли как 0 (чтобы не стрелять и оставить себя в живых).
В любом случае, реализация выстрела, возникновение парадокса (одна и та же частица – ни жива, ни мертва), для проверочных битов (изначально «нулевых») означает, что их найдут в противоположных состояниях (01 или 10).

В версии квантовой машины времени по Ллойду стрелок путешествует в прошлое, но пистолет не срабатывает. А потому обе измеренные контрольные частицы должны обладать одним значением: 1 и 1, либо 0 и 0. Убить самого себя (или дедушку) путешественнику в прошлое не удаётся.
«В реальном мире операция σ_x не идеальна», — пишут авторы работы. Для усиления этого эффекта пистолет (на деле — один из элементов оптической схемы) сделали вращающимся на угол от 0 (фотон-путешественник промахивается) до 180 градусов (точное попадание).
Было приготовлено два квантово сцепленных однофотонных кубита (представляющих путешественника, идущего вперёд и назад вдоль стрелы времени).
Состояние путешественника измерялось пробными кубитами в целой серии опытов, в которых учёные ещё и вращали «квантовый пистолет» (меняя вероятность точного выстрела). И получился интересный результат.

Верхняя часть рисунка (a) – диаграмма квантовой схемы, где Forward и Backward, соответственно, кубиты, путешествующие вперёд и назад во времени, Probe – пробные кубиты. Розовым выделен «квантовый пистолет», синим – участок подготовки состояния Белла (запутанного) и участок «постселекции», в котором, условно говоря, получаются только результаты, которые не нарушают «ткань истории». Ниже (b) – схема самой установки с поляризаторами, делителями, охлаждаемой ПЗС-матрицей и прочими элементами (иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
 

"«Обратный» кубит может телепортироваться через квантовый канал Р-CTC только если петля завершается проецированием пары в то же состояние. — объясняет PhysOrg.com. — Результаты эксперимента показали, что состояния кубитов почти всегда были равны, демонстрируя, что кубит не может убить своё прошлое «я»".

Результаты опыта с «убийством дедушки»
(или самого себя), на примере квантовых состояний фотонов.
Пояснения в тексте (иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
 

На рисунке выше по вертикали отмерена вероятность того, что путешествие во времени успешно прошло и при этом пробные кубиты находятся в одном и том же состоянии (00 либо 11, красные круги), что говорит об осечке пистолета, или в противоположном состоянии (01 или 10, синие ромбики, выстрел был убийственен).
По мере того, как точность настройки пистолета увеличивается (по горизонтали, градусы от нуля до 180), вероятность телепортации уменьшается.
Вероятность же того, что пара пробных кубитов найдена в состоянии 10 или 01 составляет в районе 0,01. Это свидетельствует о том, что фотоны никогда не добьются успеха в путешествии назад во времени с убийством самих себя. Сплошные кривые соответствуют теоретическим предсказаниям. Отклонение от них объясняется несовершенством аппаратуры.
Учёные пока не могут проверить – подчиняются ли фактические CTC в природе данной теории. Для дальнейшего изучения этого вопроса физики во главе с Ллойдом намерены поставить опыт, который моделировал бы парадокс о недоказанной теореме.
В ней человек читает доказательство некой теоремы в учебнике, потом отправляется в прошлое и показывает доказательство математику, написавшему этот учебник.
Математик включает доказательство в книгу, которую в будущем прочтёт путешественник во времени. Вопрос – откуда взялось доказательство? По Ллойду всё дело в том, что сама петля времени (в которой роль путешественника и математика исполняют опять фотоны) выглядит, как показано на рисунке ниже.

Парадокс с недоказанной теоремой по Ллойду
(иллюстрация Seth Lloyd, et al. /American Physical Society).
 

Фотон-путешественник, вступающий в петлю, забирает информацию из будущего через верхний вентиль CNOT, отвозит её в прошлое и передаёт её (через нижний CNOT) другой частице, у которой позже опять и заберёт. Бит, означающий «доказательство теоремы», тут максимально запутан с тем, что пробежался по петле.
И это означает, что данный кубит имеет смешанное значение, а вся схема не выказывает никакой предрасположенности к какому-то одному доказательству (применительно к фотонам – к одному квантовому состоянию), но несёт в себе смесь всех возможных доказательств.
О том, как эти построения можно перенести на более сложные случаи путешествий во времени, можно ещё рассуждать. Главное, что природа, похоже, не видит в путешествиях в прошлое ничего парадоксального. В рамках квантовой механики во всяком случае.
Источник

Tweet

Российский спутник обнаружил возле Солнечной системы объекты неизвестной природы

По соседству с Солнечной системой обнаружены несколько объектов неизвестной природы - это источники космических лучей, которые "обстреливают" нашу планету протонами, альфа-частицами и ядрами более тяжелых элементов. О загадочном открытии сообщили участники российско-итальянского проекта PAMELA в статье, опубликованной в журнале Science.
 
Проект PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Аstrophysics - "Научная аппаратура для поиска антиматерии и изучения астрофизики легких ядер") стартовал в июне 2006 года, когда на борту российского спутника "Ресурс-ДК1", предназначенного для фотосъемки Земли, на орбиту отправился cпектрометр, который способен регистрировать космические античастицы и частицы в широком диапазоне энергий, рассказывает РИА "Новости".
 
В 2008 году данные PAMELA позволили ученым обнаружить избыток позитронов в космических лучах - потоках элементарных частиц, попадающих на Землю из космического пространства. Одним из возможных объяснений обнаруженного превышения количества позитронов над теоретически ожидаемым является аннигиляция частиц темной материи.

Однако это оказалось не единственным новым фактом. Анализ данных о протонах и альфа-частицах (ионах гелия) в галактических космических лучах, полученных спектрометром с 2006 по 2009 годы, показал, что распределения по энергиям этих частиц или их энергетические спектры не соответствуют теоретическим предсказаниям.
 
"Принято считать, что основными источниками космических лучей (протонов и альфа-частиц и других ядер) являются взрывы сверхновых. Диффузионный процесс ответственен за распространение космических лучей в нашей Галактике, которая формирует гладкий энергетический спектр космических частиц с постоянным степенным показателем", - объясняет один из авторов статьи профессор Юрий Стожков, сотрудник Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН).
 
По его словам, спектрометр PAMELA за четыре года на орбите зарегистрировал огромное число галактических протонов и альфа-частиц в широком диапазоне энергий - от 1 гигаэлектронвольта до 1,2 тысячи гигаэлектронвольт. Уникальные данные позволили получить очень точные энергетические спектры этих частиц. Однако полученные спектры оказались совсем не такими "гладкими", как ожидалось.
 
Во-первых, выяснилось, что спектры этих протонов и альфа-частиц отличаются друг от друга: протоны имеют более "мягкий" спектр, чем альфа-частицы. Во-вторых, и тот, и другой спектры имеют различные степенные показатели в разных интервалах энергий, говорит Стожков.
 
Карликовые звезды
"Вывод: скорее всего мы имеем дело с несколькими популяциями источников космических лучей, которые находятся сравнительно недалеко от Солнечной системы. Если бы источники находились на больших расстояниях от Солнечной системы, то за счет диффузии все эти особенности спектров сгладились бы. Так как мы видим, что разные энергетические интервалы имеют разные показатели спектров, то это говорит о том, что существуют источники близкие, каждый свой спектр генерирует", - говорит ученый.
 
Эти источники, по словам Стожкова, находятся на расстояниях десятков или сотен парсек - очень близко к Земле в сравнении с размерами нашей Галактики (около 30 тысяч парсек). "Наша гипотеза состоит в том, что в нашей Галактике, наряду со сверхновыми, источниками космических лучей в области тех энергий, где работает PAMELA, являются так называемые карликовые звезды", - говорит ученый.
 
Он уточнил, что карликовые звезды относятся к тому же типу, что наше Солнце, не обладают большой светимостью, имеют примерно такие же массы, как Солнце. "Мы знаем, что на Солнце происходят вспышки, которые становятся источниками частиц. Многие карликовые звезды гораздо более активны, чем наше Солнце, и могут ускорять частицы до энергий в тысячи и более гигаэлектронвольт", - сказал Стожков.
 
Он пояснил, что такие звезды в нашей Галактике составляют основное население, их более 90% от всех звезд. Однако из-за их слабой светимости мы можем их видеть лишь на небольших расстояниях.
Источник

Tweet

Американцы обнаружили в России бабочку-вампира

К сожалению, учёные ни слова не сказали о последствиях «укуса» бабочек (фото Sharon Hill).

 

Ранее неизвестная популяция бабочек-вампиров была найдена и описана учёными в Сибири. Энтомологи из университета Флориды (University of Florida – UF) считают, что кровожадные насекомые эволюционировали от обычных «фрутоядных» сородичей.
Судя по незначительным различиям в рисунке на крыльях, маленькие любители крови являются близкими родственниками совки василистниковой (Calyptra thalictri), бабочки, распространённой в Центральной и Южной Европе и некоторых других частях мира.
В ходе эксперимента учёные пожертвовали бабочкам свои руки. Насекомые садились на ладони и пальцы, словно комары, погружали свои хоботки в человеческую плоть и начинали пить кровь.

Фотографии Дженнифер за работой.
Тема открытия как раз соответствуют грядущему празднику – Хеллоуину (фото UF).

 

Энтомолог Дженнифер Заспел (Jennifer Zaspel) считает, что бабочки, не имеющие пока официального латинского названия, являются «эволюционным ответвлением» совок. Это уже вторая популяция, обнаруженная Заспел и её коллегами в России (предыдущая была выявлена в июле 2006 года).
В дальнейших планах учёных сопоставление ДНК особей найдёнышей, а также других видов. Это необходимо для более точного установления их родства и подтверждения выдвинутых гипотез.
«На данный момент, судя по географическому расположению обнаруженных насекомых, по поведению и окраске крыльев мы можем предположить, что перед нами новый вид», — говорит Дженнифер.

Вот так бабочки кусают людей!
Справа: хоботок Calyptra thalictri с шипами на конце (фото UF).

 

Если выяснится, что перед энтомологами действительно травоядная бабочка, которая переквалифицировалась в хищницу, то данный вид позволит выяснить, как именно это произошло.
Крис Найс (Chris Nice), изучающий бабочек в университете Техаса (Texas State University), отмечает, что изначально хоботок насекомых был предназначен для прокалывания кожуры фруктов.
У группы Заспель также есть предположение относительно причины появления такого нестандартного поведения. Учёные считают, что всё может быть обусловлено стремлением передать личинкам бабочек соль, которая содержится в крови человека и животных.
Кровь употребляют только мужские особи совок-вампиров. Вероятно, они передают её самкам во время спаривания.
«Мы не обнаружили свидетельств того, что вампиризм продлевает жизнь самцов, потому решили, что они „дарят“ полученное самкам», — говорит Дженнифер.
Такой «сексуальный подарок» обеспечивает солью личинки, сидящие на лиственной диете (а, как известно, в листве почти нет натрия).
Источник

Tweet

Теоретики связали звёзды "кротовыми норами"

Кротовыми норами вовсю пользуются для путешествий герои фантастических книг и фильмов, но о возможности существования таких природных объектов учёные ещё спорят (иллюстрация Randall Klopping).

Учёные показали принципиальную возможность существования компактных астрофизических объектов типа «кротовая нора плюс звезда». В отличие от ранее рассмотренных моделей, такая топологическая особенность в пространстве-времени соединяет «коротким путём» не две пустые точки космоса, а центры двух массивных тел, удалённых друг от друга.
Для предсказания поведения червоточины (кротовой норы), «гнездящейся» внутри массивного объекта (нормальной звезды либо нейтронной звезды), Владимир Джунушалиев из Евразийского национального университета в Казахстане (ENU) и его коллеги из Ольденбургского университета (Universitäat Oldenburg) построили оригинальную модель.
С помощью уравнений они описали проходимую кротовую нору, «стенки» которой укреплены экзотической материей, а входы в такую червоточину представляют собой две звезды.
Авторы исследования показали, что червоточина эта может быть стабильной и что через неё может свободно перемещаться обычная материя (то есть содержимое звезды). Подробности расчётов авторы опубликовали на сервере препринтов arXiv.org.
Они сообщают, что их работа носит предварительный характер и необходимы дальнейшие исследования, чтобы детальнее и точнее проанализировать такие экзотические системы. Зато потом можно будет выстраивать предположения — по каким признакам искать такие образования в космосе.
PhysOrg.com объясняет: «С расстояния эти объекты будут очень похожи на нормальные звёзды или нормальные нейтронные звёзды, но могут иметь некоторые обнаружимые различия».
В частности, пара таких связанных червоточиной тел может выглядеть как две звезды с очень близкими параметрами (пусть не вполне ясно, как наверняка определять принадлежность звёзд к паре). Кроме того, движение материи через горловину кротовой норы может иметь колебательный (квазипериодический) характер и при этом регулярно влиять на параметры излучения связанных между собой светил.
Если догадки Джунушалиева со товарищи окажутся верными, астрономические наблюдения помогут найти подтверждение самой теории о кротовых норах. Ведь до сих пор их существование не доказано, а известные законы природы лишь не запрещают формирование таких «проколов в пространстве».
Источник

Tweet