Теоретические и эмпирические достижения физиков за 2017 год можно свести к семи ключевым направлениям. При этом некоторые результаты, к которым пришла наука, противоречат друг другу. Но это нормально: процесс познания продолжается.
Водород превратился в металл
Год начался с обретения святого Грааля — физикам удалось превратить водород в металл. Эксперимент подтвердил теоретические разработки первой половины прошлого века. Исследователи из Гарвардского университета охладили элемент до −267 градусов Цельсия и подвергли давлению в 495 гигапаскалей, что больше чем в центре Земли.
Экспериментаторы сами сравнили получение первого на планете металлического водорода с обретением священной чаши — главной цели легендарных рыцарей. Но остался открытым вопрос, сохранит ли водород свои свойства, когда ослабнет давление. Физики надеются, что нет.
Путешествия во времени возможны
Пересмотреть концепцию времени предложили теоретики из Университета Вены и Австрийской академии наук. По законам квантовой механики, чем точнее часы, тем скорее они подвергают поток времени эффекту квантовой неопределенности. И это ограничивает возможность наших измерительных приборов, независимо от того, насколько они хорошо сделаны.
Измерить время невозможно. Зато в нем можно путешествовать, используя искривления, утверждает ученый из Университета Британской Колумбии (Канада). Правда, пока это только теоретический допуск. Для создания реальной машины времени нет необходимых материалов.
Зато перемещаться в прошлое способны квантовые частицы, точнее влиять на другие частицы во времени. Эту теорию в 2017 году подтвердили ученые из Чепменского университета (США) и Института теоретической физики Периметр (Канада). Их теоретические изыскания привели к любопытному выводу: либо физические явления способны распространяться в прошлое, либо наука столкнулась с нематериальным способом взаимодействия частиц.
Темной энергии не существует. Но это не точно
Споры о темной энергии — гипотетической константе, объясняющей расширение Вселенной — не прекращаются с начала тысячелетия. В этом году физики пришли к выводу, что темной энергии все-таки не существует.
Ученые из Будапештского университета и их коллеги из США предположили, что ошибка кроется в понимании структуры Вселенной. Сторонники концепции темной энергии исходили из того, что материя однородна по плотности, а это не так. Компьютерная модель показала, что Вселенная состоит как бы из пузырей, и это снимает противоречия. Темная энергия больше не нужна для того, чтобы объяснить необъяснимые явления.
Впрочем, модель, построенная на суперкомпьютере Даремского университета (Британия) привела астрофизиков к прямо противоположным выводам. И данные магнитного альфа-спектрометра с Международной космической станции подтвердили, что темная энергия все-таки существуют. Это независимо друг от друга констатировали две группы исследователей: из Германии и из Китая.
А главное, XENON1T, самый чувствительный в мире детектор темной материи, дал первые данные. Правда, положительных результатов пока нет. Но ученые довольны, что система вообще работает и демонстрирует минимальные погрешности.
Гравитация — ключ к другим измерениям
Физики давно мечтают построить теорию всего — систему, которая исчерпывающе описывала бы реальность. Не позволяет одно из четырех фундаментальных взаимодействий — гравитация. Частицы, которые переносили бы гравитационное взаимодействие, не обнаружены. А значит, в соответствии с законами квантовой механики, нет и волн.
Остроумное решение проблемы предложили ученые из института Макса Планка. По их мнению, гравитационное поле возникает именно в тот момент, когда квантовая волна становится частицей.
Еще одно препятствие к построению теории всего — отсутствие действия обратного силе притяжения, этот фактор тоже нарушает симметрию идеальных формул. Впрочем, ученые из Университета штата Вашингтон в апреле 2017 создали вещество, которое ведет себя так, будто у него отрицательная масса. Эффект достигался и ранее, но никогда результат не был таким точным и определенным.
Интерес к изучению гравитации увеличивает теория, согласно которой тяготение подвержено влиянию из других измерений. Физики из Института Макса Планка (Германия) намерены, применив самые современные детекторы гравитационных волн, подтвердить или опровергнуть существование других измерений уже через год. В конце 2018-го или самое позднее — в начале 2019 года.
Квантовая механика обречена
Нетрудно заметить, что большинство открытий современной физики связано с изучением квантовой механики. Тем не менее, ученые заявляют, что квантовая теория в современном виде долго не продержится. И ключом к пониманию мира станет новая математика.
В свете таких высказываний непонятно как воспринимать новость о том, что экспериментаторам из Института Нильса Бора впервые в истории науки удалось заставить кубиты вращаться в обратную сторону. Или о том, что второй закон термодинамики при определенных обстоятельствах неприменим в квантовом мире, как утверждают физики из МФТИ. Возможно, все это стоит воспринимать как подтверждение действующей теории. Возможно, — как шаг в сторону новой физики, которая еще точнее опишет реальность.
А пока ученые продолжают искать явления, которые примирят миры Эйнштейна и Ньютона. Возможно, в этом поможет экситон — новая форма материи. Кстати, он оказался конденсатом, хотя до сих пор теоретики много спорили об его природе.
Управление светом
Замечательные результаты в 2017 году были достигнуты в оптике — одном из самых востребованных разделов физики. Именно он заставляет все эффективнее работать беспроводные сети, мобильные устройства и компьютерную память.
В этой области физики из России, Швеции и США добились, казалось бы, невозможного: прозрачный материал полностью поглотил свет. Ученые получили парадоксальный результат, меняя интенсивность падающего луча.
И еще один невероятный эксперимент. Оптики из Гарвардского университета создали волновод с нулевым преломлением. В нем свет перестал быть волной — повел себя как бесконечная длинная фаза. Для достижения такого эффекта исследователи применили метаматериалы, причем использовали не форму призмы, как в предыдущих опытах, а сделали подобие прямого провода. Но самой сложной задачей оказалось не создание прибора, а доказательство его эффективности.
Мы не в матрице
И еще одно важное открытие, сделанное в 2017 году. Мир реален, мы все-таки живем не в матрице, что бы ни утверждали философы и фантасты. Для кого-то это хорошая новость, для кого-то плохая. Физики просто констатируют факт. Точнее, приводят систему доказательств, которую в будущем можно опровергнуть. Или дополнить так, что от изначального утверждения ничего не останется.
