Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физики переписали правила для сингулярностей пространства-времени
Ученые из МФТИ и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» создали первую в своем роде полную классификацию конических сингулярностей в геометрии Минковского. Это фундаментальное достижение в математической физике заполняет пробел, существовавший в общей теории относительности более 60 лет.
Результаты исследования, меняющие взгляд на структуру реальности на самом глубоком уровне, опубликованы в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» (ЖЭТФ).
Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как проявление кривизны пространства-времени, которое представляется гладким и непрерывным, подобно натянутому резиновому листу. Однако для расчетов, особенно в области квантовой гравитации, физики часто используют приближенный метод, известный как исчисление Редже. Этот подход, предложенный еще в 1961 году, предлагает рассматривать искривленное пространство как мозаику, склеенную из множества маленьких плоских «кусочков» — симплексов. В такой «скелетной» геометрии вся кривизна концентрируется не в объеме, а на «швах» и «стыках» этой мозаики. Эти стыки, где сходятся несколько плоских фрагментов, и есть конические сингулярности. Простейший пример такой сингулярности — вершина обычного бумажного конуса. Если вырезать из листа бумаги сектор и склеить края, в центре образуется точка, где кривизна бесконечна. Угол вырезанного сектора, так называемый дефицит угла, и будет мерой этой сконцентрированной кривизны.
Этот элегантный подход прекрасно работает для обычного пространства. Но пространство-время Эйнштейна — это нечто более сложное. В нем, помимо трех пространственных, есть и временная координата, что кардинально меняет его геометрию. Здесь «расстояние» между событиями может быть не только пространственноподобным, но и времениподобным, и даже светоподобным (нулевым). Из-за этой сложной структуры полная классификация конических сингулярностей в пространстве-времени Минковского оставалась нерешенной задачей. Ученые знали, как описывать простые, времениподобные сингулярности, аналогом которых служат гипотетические космические струны, но избегали более сложных случаев, считая их слишком неоднозначными.
Коллектив физиков в составе Михаила Иванова и Захара Хайдукова решил взяться за эту задачу. Их целью было построить исчерпывающую «периодическую таблицу» всех возможных типов конических сингулярностей, которые могут возникнуть на «швах» пространства-времени Минковского, не ограничиваясь лишь простейшими случаями. Для этого они рассмотрели процесс «склейки» плоских фрагментов пространства-времени не как простое вращение, а как преобразование Лоренца — симметрия, лежащая в основе специальной теории относительности и описывающий, как меняются пространство и время для движущихся наблюдателей. Ученые систематически проанализировали, как можно соединять друг с другом различные секторы плоскости Минковского, разделенные световыми лучами.
Исследователи обнаружили целый «зоопарк» сингулярностей, кардинально отличающихся от ранее известных. Помимо уже знакомых «стандартных» конусов, ученые построили классификацию, включающую «исключительные», «четные» и «нечетные» типы. Самым поразительным открытием стало то, что многие из этих новых, «нестандартных» сингулярностей оказались не просто математическим артефактом приближенного метода. В отличие от стандартных, они не исчезают при переходе к пределу, когда размеры плоских «кусочков» стремятся к нулю. Это означает, что такие сингулярности могут представлять собой фундаментальные, неустранимые особенности самой ткани пространства-времени, которые классическая теория Эйнштейна просто не в состоянии описать.
Михаил Иванов, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, прокомментировал: «Исчисление Редже — очень мощный инструмент, но традиционно его применяли как приближенное описание для гладкого пространства-времени. При этом не рассматривались случаи, которые не могут возникнуть при описании гладких поверхностей. Мы решили подойти к проблеме систематически и посмотреть, какие вообще возможны склейки многомерных пирамидок (симплексов) и не отбрасывать «лишние» склейки как нефизические, а попробовать придать им физический смысл. По сути, мы создаем алфавит, с помощью которого можно будет описывать гораздо более широкий класс геометрических конфигураций. Появление комплексного действия — это прямой намек на то, что мы вышли за рамки классической теории гравитации. Эти «нестандартные» конусы могут описывать чисто квантовые явления, например, ветвление пространства-времени, когда из одной точки истории возникает несколько альтернативных будущих, или даже рождение нашей Вселенной из ничего, как в модели Хартла-Хокинга. Наша работа дает математический инструмент для расчета вероятностей таких процессов. Например, мы описали геометрию, при которой частица, двигаясь вдоль замкнутого пути вокруг «нечетного» конуса, может развернуться и начать двигаться вспять по времени. Это не означает, что такое возможно физически, просто мы пока составляем каталог возможных особенностей и смотрим какие из них могут быть полезны как строительные блоки новой теории».
Новый подход не избегает сложностей, а погружается в них. Авторы показали, что предыдущие работы описывали лишь один, самый простой тип конуса из бесконечного разнообразия. Новая классификация впервые дает физикам полный набор «кирпичиков» для построения моделей пространства-времени в рамках дискретного подхода. Более того, исследование показало, что некоторые из этих новых сингулярностей приводят к появлению комплексных чисел в выражении для действия — величины, которая в физике определяет динамику системы. В классической физике действие всегда вещественно, а его мнимая часть указывает на квантовые эффекты, такие как туннелирование или процессы, запрещенные классическими законами.
Это исследование может иметь большое значение для фундаментальной наук. Предложенная классификация открывает дорогу к построению более полных и реалистичных моделей квантовой гравитации. Она позволяет описывать конфигурации с меняющейся топологией и даже с изменением сигнатуры метрики — переходом между евклидовым пространством и пространством Минковского, что важно для теорий, описывающих рождение Вселенной.
В будущем ученые планируют применить разработанный формализм для анализа конкретных физических сценариев, включая квантовые флуктуации ранней Вселенной и поведение материи вблизи экзотических гравитационных объектов. Их работа предоставляет мощный язык для описания мира, в котором сама геометрия пространства и времени подчиняется вероятностным законам квантовой механики.
Telegram 
Дзен 
VK Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Во время нейроанатомического исследования тканей полового члена ученые выявили высокую плотность нервных окончаний в области, которую анатомы и хирурги долгое время оставляли без должного внимания. Авторы научной работы предположили, что эта зона может играть важную роль в формировании сексуальных ощущений, и допустили, что именно там у мужчин находится аналог так называемой «точки G».
В последние годы на маркетплейсах появилось множество «домашних ультразвуковых скейлеров», которые обещают удалить зубной камень, налет и даже отбелить зубы без посещения стоматолога. На первый взгляд это выглядит удобно и выгодно. Однако с профессиональной точки зрения такие устройства могут быть не просто неэффективными, но и опасными для здоровья полости рта. По словам заведующей стоматологическим отделением №1 Консультативной стоматологической поликлиники СГМУ им. В.И. Разумовского Регины Бирюковой, в стоматологии ультразвуковой скейлер (или скалер) — это профессиональный аппарат, который используется для удаления зубного камня. Он работает за счет высокочастотных колебаний и обязательно применяется с подачей воды (для охлаждения и защиты тканей), с точной настройкой мощности и в руках специалиста, который понимает анатомию зубов и десен.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Ученые из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ и Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН с коллегами представили метод получения и очистки трансмембранного домена шиповидного белка коронавируса SARS-CoV-2 (SARStm) дикого типа. Этот «якорь» не только удерживает шип, которым вирус «атакует» клетки, в его оболочке, но и участвует в процессе слияния вирусной и клеточной оболочек. В новом протоколе используется бесклеточная экспрессия — синтез белка в очищенном бактериальном экстракте, что позволяет получать его в течение нескольких часов вместо дней и значительно упрощает очистку. Метод открывает возможность для детального изучения структуры белка с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Во время нейроанатомического исследования тканей полового члена ученые выявили высокую плотность нервных окончаний в области, которую анатомы и хирурги долгое время оставляли без должного внимания. Авторы научной работы предположили, что эта зона может играть важную роль в формировании сексуальных ощущений, и допустили, что именно там у мужчин находится аналог так называемой «точки G».
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно