что такое виртуальная частица
Виртуальная частица
Виртуальная частица — некоторый абстрактный объект в квантовой теории поля, обладающий квантовыми числами одной из реальных элементарных частиц (с массой 
), для которого, однако, не выполняется обычная связь между энергией и импульсом (то есть 
). Виртуальные частицы не могут «улететь на бесконечность»; они рождаются и обязаны либо поглотиться какой-либо частицей, либо распасться. Можно сказать, что виртуальные частицы — это и есть то, как происходит взаимодействие.
Виртуальность частицы характеризуется релятивистски-инвариантной величиной 
, причём 
может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Область значений E и p, при которых виртуальность равна нулю, называется массовой поверхностью или массовой оболочкой частицы.
Хотя масса и энергия виртуальных частиц не ограничены, их существование не нарушает закон сохранения энергии, поскольку время существования виртуальных частиц ограничено принципом неопределённости:
,
то есть чем больше энергия 
виртуальной частицы, тем меньшее время 
она может существовать. Поэтому в природе могут существовать такие поля, как поле Хиггса и поле слабого взаимодействия, хотя их частицы очень массивны. Однако, радиус действия массивных полей ограничен. Напротив, у безмассовых полей, таких как электромагнитное и гравитационное, время существования виртуальных частиц, а следовательно, и радиус действия, не ограничены.
Эффекты, объясняемые при помощи виртуальных частиц
Часто наличием виртуальных частиц объясняются следующие эффекты:
Физический смысл
Впрочем, несмотря на некоторую фиктивность понятия «виртуальная частица», во многих случаях это крайне удобный язык для описания взаимодействия. В частности, громоздкость вычисления процессов резко снижается, если предварительно составить правила рождения, уничтожения и распространения этих виртуальных частиц (правила Фейнмана) и изобразить процесс графически, с помощью фейнмановских диаграмм.
Иногда, в целях наглядности, концепцию «виртуальных частиц» поясняют несколько иначе. А именно, говорят, что в процессе взаимодействия закон сохранения энергии выполняется с некоторой погрешностью. Это не противоречит квантовой механике: согласно соотношению неопределённостей, событие, длящееся конечный промежуток времени, не позволяет зафиксировать энергию с точностью выше некоторого предела. Грубо говоря, промежуточные частицы «берут энергию взаймы» на некоторое небольшое время. В этом случае в процессе взаимодействия могут рождаться и исчезать обычные частицы, только с небольшим нарушением закона сохранения энергии.
Виртуальные частицы
Полезное
Смотреть что такое «Виртуальные частицы» в других словарях:
ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ — ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ, частицы, которые непосредственно не наблюдаются, поскольку существуют чрезвычайно короткое время в процессе взаимодействия между наблюдаемыми частицами. Согласно ПРИНЦИПУ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ Гейзенберга, они не подчиняются… … Научно-технический энциклопедический словарь
ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ — в квантовой теории, частицы, к рые имеют такие же квант. числа (спин, электрич. и барионный заряды и др.), что и соответствующие реальные ч цы, но для к рых не выполняется обычная (справедливая для реальных ч ц) связь между энергией (?),… … Физическая энциклопедия
Виртуальные частицы — Виртуальная частица некоторый абстрактный объект в квантовой теории поля, обладающий квантовыми числами одной из реальных элементарных частиц (с массой m), для которого, однако, не выполняется обычная связь между энергией и импульсом (т.е. ).… … Википедия
виртуальные частицы — в квантовой теории поля (КТП), частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время Δt, которое связано с их энергией Е соотношением неопределённостей Δtвиртуальные частицыħ/E, где ħ Планка постоянная. Согласно КТП, взаимодействие… … Энциклопедический словарь
ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ — в квантовой теории поля (КТП), частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время дельта t, к рое связано с их энергией Е соотношением неопределённостей дельта t h/Е, где h Планка постоянная. Согласно КТП, взаимодействие частиц… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Виртуальные частицы — теоретически возможные элементарные частицы, непрерывно возникающие и исчезающие в очень короткие, экспериментально не наблюдаемые, промежутки времени (во временно энергетической формулировке в согласии с принципом неопределенности Гейзенберга… … Начала современного естествознания
ВИРТУАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ — в квантовой теории, короткоживущие промежуточные состояния микросистемы, в к рых нарушается обычная связь между энергией, импульсом и массой системы (см. ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ). В. с. обычно возникают при столкновениях микрочастиц. Напр.,… … Физическая энциклопедия
Виртуальные переходы — в квантовой теории, переходы физической микросистемы из одного состояния в другое, связанные с рождением или уничтожением виртуальных частиц (См. Виртуальные частицы), т. е. частиц, существующих лишь в промежуточных, имеющих малое время… … Большая советская энциклопедия
Виртуальные состояния — в квантовой теории, короткоживущие промежуточные состояния микросистемы, в которых нарушается обычная связь между энергией, импульсом и массой системы. Среднее время жизни В. с. порядка ћ/∆E, где ∆E отклонение энергии E от её значения,… … Большая советская энциклопедия
Виртуальных частиц не существует
И бесконечного количества пар «частица-античастица» в вакууме тоже нет.
Выражение «виртуальная частица» часто попадается в физике и в научно-популярных объяснениях квантовой теории поля. Но на самом деле виртуальных частиц как таковых не существует. Сегодня мы поговорим о том, зачем (и в каком виде) нужны виртуальные частицы, и почему их не существует.
Квантовая теория поля
Наша история начинается с квантовой теории поля.
Поле Хиггса
Выше схематично показано поле Хиггса. Его можно трактовать так: каждой точке в пространстве и времени мы присваиваем случайное свойство. Это может быть число, вектор, тензор, что хотите. Затем пытаемся понять, как это свойство изменяется с течением времени и при взаимодействии с другими сущностями. Вот вся суть теории поля.
В квантовой теории мы первым делом присваиваем поле каждой точке в пространстве. Это поле может быть описано простыми числами, которые называются скалярами, а может быть описано и более сложными сущностями – векторами.
Если в квантовой теории поля сообщить полю некоторую энергию, то поле изменяется: оно начинает колебаться между конкретными значениями. Такое колебание (осцилляция) напоминает частицу.
Если такая картинка кажется вам слишком обобщенной – ничего страшного, много деталей нам и не нужно. Достаточно помнить, что существуют поля, а осцилляции таких полей – это частицы.
Диаграммы Фейнмана, и как отображаются взаимодействия на них
Выше показана обычная диаграмма Фейнмана. Такая схема описывает взаимодействия между двумя или более частицами.
Например, на вышеприведенной диаграмме показано, как отталкиваются два электрона. Как известно, одинаковые заряды отталкиваются под действием электромагнитной силы, но на самом деле все несколько тоньше. Когда два электрона слишком приближаются друг к другу, они обмениваются фотоном: частицей света.
Этот процесс можно с тем же успехом описать и следующим образом, но такая трактовка будет немного строже (можете ее пропустить, если вам не нравится разбираться в полях): два источника осцилляций в поле электронов слишком сближаются, настолько, что немного перекрывают друг друга.
В результате возникают осцилляции в другом поле: электромагнитном. Из-за электромагнитных осцилляций две осцилляции электронного поля отдаляются друг от друга.
Другие примеры фейнмановских диаграмм
Небольшая загвоздка, которая просматривается в вышеприведенных диаграммах – есть множество вариантов взаимного отталкивания для двух электронов. Мы не будем вдаваться в специфику всевозможных диаграмм Фейнмана, это тема для отдельной статьи.
А следующий пункт давайте разберем внимательнее и докопаемся до некоторых деталей.
Теория возмущений
Представьте, что вам нужно решить алгебраическую задачу. Вам известна формула (x +a)² = x² + 2ax + a². Но задача сложнее. Что же делать? Вы попытаетесь решить задачу при помощи формулы, которую знаете. Если это не сработает, то вы попытаетесь выкрутиться при помощи сложения и вычитания, а затем применить формулу.
Примерно так и работает теория возмущений. Нам нужно каким-то образом решать задачи, которые слишком сложны; например, описывая такие взаимодействия, как показаны выше.
Может показаться, а что сложного в двух отталкивающихся электронах; но это взаимодействие связано со множеством сложных (и довольно запутанных) расчетов. Итак, чтобы было легче, возьмем очень простой случай (весьма, весьма далекий от того, что происходит на самом деле – как самая первая диаграмма Фейнмана из этой статьи) и посчитаем.
Затем разберем чуть более сложный случай (сложнее первого, но все равно очень далекий от реальности) и посчитаем его. Возьмем результаты двух приблизительных вычислений, а затем суммируем их, чтобы получить другое хорошее приближение.
Суммирование множества решений на диаграммах Фейнмана
Может показаться, что на этой картинке мы складываем диаграммы, но на самом деле – нет; мы складываем интегральные уравнения, представленные этими диаграммами.
В каждом из этих приближений содержатся различные конфигурации электромагнитного поля (того, что порождает фотон). Эти конфигурации соответствуют различным осцилляциям поля, но, при сложении осцилляций, с большой точностью воспроизводится то, что действительно происходит в реальности.
Виртуальные частицы
Держим в уме, что различные осцилляции, аппроксимирующие реальность – это просто придуманные нами ухищрения, призванные найти более простые решения для стоящей перед нами задачи. На самом деле этих осцилляций не существует. Если хотите, это «формальные» осцилляции, математический трюк.
Для них прижилось название «виртуальные частицы». Считается, что они «возникают и сразу исчезают», но «на настолько краткое время, что можно не считать их реальными».
Да, осциллирующие поля ассоциированы с частицами, но эти осцилляции (и, следовательно, соответствующие частицы) не существуют. Они изобретены, чтобы упростить довольно сложную (реальную) осцилляцию. Они вообще не существуют, в течение даже кратчайших интервалов времени.
Принцип неопределенности Гейзенберга
Возможно, ранее вам уже встречалась эта формула:
Принцип неопределенности Гейзенберга
Это знаменитый Принцип неопределенности Гейзенберга: в любой момент невозможно узнать для конкретного поля и энергию, и время. Именно поэтому и появилась концепция виртуальных частиц: поскольку при сколь угодно малых значениях времени энергию узнать невозможно, поле должно «бурлить» от виртуальных частиц.
Пусть я и не отрицаю справедливости принципа Гейзенберга, он никоим образом не свидетельствует о существовании виртуальных частиц. Согласно этому принципу, в вакууме существует небольшая неопределенность относительно того, какова может быть энергия поля. И все.
Энергетические флуктуации в вакууме
Если резюмировать: нам точно не известно, какова именно энергия поля в очень малые промежутки времени. От пикосекунды к пикосекунде эта энергия может колебаться, и не существует способа совершенно точно измерить и спрогнозировать энергию любого поля. Вот стандартная модель и полный список реально существующих частиц:
Разумеется, не исключено, что в будущем будет найдено и множество новых частиц, но пока, как с теоретической, так и с экспериментальной точки зрения могут существовать только эти частицы. Нереальные частицы из пустоты? Это научная фантастика или математика.
Откуда весь сыр-бор?
Может показаться, что теоретизировать о виртуальных частицах неправильно. Нет, это не так.
Виртуальные частицы полезны: они упрощают нам математику, помогают наглядно представить теорию возмущений, могут использоваться для новых прогнозов и помочь открыть новую физику. Да, это удобный и полезный конструкт, никаких сомнений.
Но важно различать, где математика, а где реальность. Возьмем, к примеру, Хокинговское излучение.
Считается, что хокинговское излучение возникает при образовании пары виртуальных частиц, когда одна из этих частиц падает в черную дыру, а другой удается ускользнуть. Наглядно и понятно.
Строго говоря, Хокинговское излучение никак не связано с виртуальными частицами. Оно связано с осцилляциями, о которых шла речь выше, и с тем, как их видят разные люди, расположенные кто ближе, кто дальше от черной дыры.
Притом, что виртуальные частицы помогают понять феномен, это отнюдь не означает, что они дают полную картину. Хокинговское излучение – один из тех феноменов, где математика воспринимается практически буквально, чтобы упростить описание явления.
Что же в этом плохого? Пока мои методы позволяют мне приходить к верным результатам, я вправе упрощать, верно?
Да, верно. Пока мы не путаем реальность с математическими упрощениями и четко понимаем, какова реальная картина. Именно об этом и была статья.
Думаю заключить ее словами Фейнмана:
Главный принцип – не дурачить самого себя. А себя как раз легче всего одурачить.
Виртуальные частицы
Дабы у нас не было недопониманий с самого начала хотелось бы сказать, что здесь речь не пойдет о гипотезе виртуальности нашего мира в том плане, что мы живем в матрице, симуляции о тому подобному. Речь не идет о значение слова виртуальный, значащее имитацию реальной обстановки с помощью компьютерных устройств.
Виртуальные частицы являются переносчиками электромагнитного взаимодействия. Называются виртуальными, так как это короткоживущие ненаблюдаемые частицы, возникающие в вакууме во время различных взаимодействий частиц. Например при их столкновение или распаде. Такие частицы не удовлетворяют релятивистский закон, который связывает энергию и импульс реальной частицы: E^2 = m^2c^4 + p^2c^2
Это основное их отличие от реальных частиц, хотя и не последнее. Счётчик Гейгера не способен установить их существование.
Исходя из этого видно, что это характеристика количества вращательного движения. Момент импульса определяется количеством массы, вращающейся вокруг выбранной неподвижной оси вращения, а также скоростью.
Итак, второе различие имеет место быть при проекции спина, например реального фотона, на направление его движения. У реальных частиц оно может быть равно +-1, тогда как у виртуального фотона оно может равняться 0. Что это значит? Это значит, что виртуальному фотону присущ спин скалярных частиц, что не соответствует спину векторных частиц. Это дает также понять, что, исходя из определения спина, собственный импульс частицы равен 0. Частица находиться в покое, что исключено для реальных частиц.
В квантовой механике существует неравенство, называемое соотношением неопределенностей.
ΔЕΔt > ћ (ћ = h/2π, h – постоянная Планка)
В момент появления виртуальной частицы, нарушается закон сохранения энергии, выше описанный, на величину ΔЕ в промежуток времени Δt. Когда Δt меньше, чем частное ћ и ΔЕ, такие нарушение не наблюдаются, как и сами частицы. Из-за нарушения закона сохранения энергии считают, что виртуальные частицы переносят импульс, но не энергию. В таком случаи говорят, что сам закон сохранения энергии не нарушается, а исполняется с некоторыми погрешностями. Это хорошо тем, что не противоречит квантовой механике.
Тогда спрашивается, как можно утверждать и принимать их существование, если, фактически, этого нельзя доказать?
Как всегда, есть две стороны медали. С одной стороны виртуальные частицы воспринимают, как математическое явление. С помощью него описывается упрощение точного выражения теории возмущения, разложив по параметрам, определяющие силу взаимодействия частиц (или поле), возникает цепь последовательных появляющихся и исчезающих слагаемых. Также стоит отметить, что понятие о виртуальных частицах было выведено из математических формул квантовой физики, хотя сама квантовая теория поля для процессов описание взаимодействия реальных частиц виртуальных вовсе не требует.
С другой стороны имеется ряд физических доводов, описывающие влияние виртуальных частиц на реальные частицы. Например: виртуальные пионы, окружающие нуклоны, отклоняют быстрые электроны, виртуальные частицы могут превратиться в действительные за счёт внешних (например, при ускорении электрона виртуальные фотоны превращаются в реальные), виртуальные частицы порождают вполне действительные поля.
Спасибо за внимание
Вспомним, что такое момент импульса. Он описывается не сложным уравнением L= r × p(p=m/v)
Они улетели и не вернутся никогда. Вояджеры
Проект «Вояджер» – один из самых масштабных и успешных космических проектов, созданных человечеством. Ученые до сих пор изучают данные, собранные в рамках миссии, а аппарат «Вояджер-1» является самым отдаленным объектом, который создал человек.
Но обо всем по порядку:
В середине 60-х годов в своей работе о гравитационных маневрах и полетах к дальним планетам один никому не известный студент-интерн указал на удачное сближение сразу четырех планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Таким событием, конечно же, заинтересовались ученые из NASA, и уже в 1969 году был готов проект по запуску 4 автономных космических аппаратов, которые смогли бы максимально близко подлететь к планетам и изучить все их разом. Но финансирование урезали – денег хватило только на 2. Аппараты отправили в космос 20 августа и 5 сентября 1977 года, назвав проект «Вояджер» (с англ. «Путешественник») буквально за несколько дней до старта.
Чего только не было на борту Вояджеров: и камеры в высоком разрешении с разным углом обзора, и спектрометры с многочисленными настройками, детекторы плазмы, космических лучей, волн всяческих… В общем, вооружили их до зубов и на все случаи жизни.
К борту каждого из аппаратов был прикреплен диск с посланием внеземным цивилизациям. На пластинке записаны приветствия на разных языках, звуки Земли, классическая музыка, изображения земных пейзажей и многое другое. До сих пор не утихают споры о целесообразности и безопасности таких посланий. Делались они с твердой верой во внеземной разум или чтобы «увековечить» себя во Вселенной – не ясно. На эту тему у меня есть отдельный пост «Золотое послание Вояджера».
В чем же значимость проекта?
Программа «Вояджер» создавалась для исследования Юпитера и Сатурна, о которых в то время было известно очень мало, а так же для исследования спутников этих планет. Но миссия не ограничилась только этим. Сбор данных начался уже через несколько дней после старта. Выйдя в открытый космос и встав на свой курс, «Вояджер-1» передал на Землю первую свою фотографию: Земля и Луна с расстояния 11 млн км.
К концу года оба аппарата вошли в Пояс астероидов и там, в бескрайней космической пустыне, «Вояджер-1» обогнал своего собрата, навсегда взяв лидер ство в этой гонке. Ученые знали, что это произойдет, из-за этого «Вояджер-2» нарекли вторым номером, несмотря на то, что запустили его первым. В январе 1979 года «Вояджер-1» стал сближаться с Юпитером. Каждый день в одно и то же время аппарат делал несколько фотографий планеты, а ученые сложили из них занимательный «кинофильм». На нем видно как дуют ветра в атмосфере, как рождаются смерчи-воронки и как крутится Большое красное пятно. На фото Юпитер с расстояния 33 млн км.
Пролетая мимо Юпитера, «Вояджер-1» сделал примерно 19 тысяч снимков гигантской планеты и ее спутников, большинство из которых были удачными и четкими. Американский физик Эдвард Стоун сказал: «У нас набралось открытий почти на десятилетие вперед, за этот короткий двухнедельный период». Уже улетая от Юпитера, аппарат сделал финальные фото одного из спутников (Ио). Фильтр постобработки удалил белое пятно около поверхности, распознав в нем бесполезный шум, а вот ученые увидели совершенно иное – облако вулканического пепла. Это открытие просто взорвало научный мир! Впервые ученые увидели извержение вулкана вне Земли.
«Вояджер-2» тоже не отставал. Вслед за своим «напарником» он продолжил изучать атмосферу Сатурна, систему его колец, а так же пролетел на бреющем полете мимо Энцелада – спутника Сатурна. На этом месте пути двух «братьев» разошлись. В 1981 году «Вояджер-2» круто поменял траекторию, направившись к Урану и Нептуну. Уже в 1986 году аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана. Кстати, для этого на Земле пришлось модернизировать принимающие антенны, ведь расстояние до аппарата стремительно увеличивалось.
До 1986 года ученые знали про Уран лишь то, что он вращается на боку, у него есть 9 колец и 5 спутников. Уже первые снимки аппарата позволили открыть еще 2 кольца, а количество известных спутников увеличилось в 3 раза. При этом кольца были значительно моложе самой планеты. Вероятнее всего, Уран разрушил часть своих спутников приливными силами.
На очереди был Нептун и пока «Вояджер-2» летел к этой далекой планете, на нашей Земле вовсю проходила подготовка для приема слабеющего с каждым днем сигнала. Ранее модернизированные антенны приходилось дорабатывать вновь, причем существенно. Для лучшего приема антенны в разных частях света (Калифорния, Испания, Автралия) связали в одну единую сеть, а их диаметр расширили.
Нептун был последней планетой, с которой должен был встретиться Вояджер-2. Было решено пройти невероятно близко рядом с планетой — всего в 5 тыс. км от его поверхности (это было менее трех минут полета при скорости аппарата). Ювелирная работа, что сказать. Все маневры были заложены в аппарат заранее, ведь сигнал от Нептуна до Земли идет больше 4 часов! За это время «Вояджер-2» преодолеет свыше 200 тысяч километров и любая команда, направленная учеными, станет бесполезной. В декабре 1989 года камеры «Вояджера-2» были отключены навсегда. Позже были произведены несколько корректировок курса. На сегодняшний день часть приборов находится в рабочем состоянии. Ученые прогнозируют, что энергии батареи хватит до 2025 года.
В это же время «Вояджер-1», закончивший свою миссию, удалялся прочь от Солнца со скоростью 17 км/с. В феврале 1990 года Вояджер делает совместное фото всех планет Солнечной системы, среди которых есть и Земля. Фото, сделанное с расстояния 6 миллиардов километров, до сих пор остается самым удаленным снимком нашей планеты. Астрофизик и популяризатор науки Карл Саган много лет просил руководство проекта сделать это фото. С его легкой руки оно получило название «Бледно-голубая точка» (Pale Blue Dot). Снимок облетел весь мир и стал философским символом хрупкости нашего мира. Мира, который мы называем домом.
Сам Карл Саган сказал про этот снимок:
«Взгляните еще раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюбленная пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребенок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая «суперзвезда», каждый «величайший лидер », каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче».
На сегодняшний день оба Вояджера удаляются прочь из Солнечной системы. Они уже пересекли гелиопаузу и вышли в межзвездное пространство. «Вояджер-1» остается самым удаленным рукотворным объектом. Расстояние до него 23 млрд километров (154 расстояния между Землей и Солнцем) и оно увеличивается каждую секунду! В 2027 году он должен удалиться от нас на один световой день. После 2030 года оба аппарата перейдут в режим радиомаяков из-за нехватки мощности, а к 2040 году умолкнут навсегда. Через 300 лет они приблизятся к внутренней границе облака Оорта, а после этого отправятся вечно странствовать по галактике Млечный путь.
Посмотреть за Вояджерами в реальном времени можно здесь.
Понравилась статья? Ставьте лайк и подписывайтесь, если еще не с нами.
Космос – это интересно!
Иррациональные число «Пи»
Вы знали, что математика, это не просто мир постоянных чисел, непонятных выражений и формул? Что это не однотонное полотно серых, или черных букв, которые сливаются в предложения и тексты?
Наука, это интересно! Как-то раз, я залез в пучины интернета, в поисках чего-нибудь интересного, я не знал куда движусь, и каждый шаг удивлял меня. В результате путешествия стало греческое иррациональное число «Пи» (π).
В следующей визуализации процесс был очень похож на предыдущий, просто цифры, или точки, были изображены на краях изображения у виде кругов. Чем больше точка, тем более большой диаметр у круга.
Фиолетовые большие круги представляют собой девятки, которые в одном десятичном ряду повторяются шесть (6) раз. Это как раз те точки именуемые «точками Фейнмана», которые говорят, что: повторение происходит намного раньше, чем предсказывает вероятность.
Так-же это число, можно сказать «вхоже» в любую формулу, ведь хоть при описании окружности, хоть при повторении биения сердца, или орбиты Земли вокруг солнца, оно работает! Это удивительно!
Последовательность цифр числа Пи (π) кажется случайной, но это и обозначает, что любая цифра начиная от 0, до 9, имеет равные шансы появится в одном десятичном ряду.. но действительно ли это так?
На иллюстрации выше, Вы можете видеть ещё одну из визуализаций этого загадочного числа. И вроде как исходя из работ астронома и аналитика Надие Бремера, где он изобразил, как число Пи (π) преодолевает барьеры 100, 1000, 10 000 и 100 000 тысяч цифр, можна сделать вывод, что оно случайно.
Но что скажет человек, глядя на эту же мозаику но уже с другого расстояния? Допустим метров 100. То же самое, ведь число бесконечно. Куда двигаться как увидеть то, что заполняет собой всё, и субъект, находящийся даже в любой точке этого пространства, всё время в объекте, и ничего не видит?
Если сходу показать эти картинки, для многих людей они будут, и останутся просто картинками, но на самом деле, это визуализация того, как цифры могут «поместится» в графическом пространстве, и мощный инструмент для понимания математических закономерностей, правил.
Наблюдателя убери
Отбор эмбрионов, направленный на обеспечение интеллекта детей. Реальная услуга с сомнительными результатами
В специальном отчете, опубликованном в New England Journal of Medicine, возникают серьезные вопросы о преимуществах, рисках и этичности новой услуги, которую авторы называют «отбор эмбрионов на основе полигенных оценок» или ESPS. Услуга позволяет пациентам с экстракорпоральным оплодотворением отбирать эмбрионы с целью выбора более здоровых и даже более умных детей.
В отчете под названием «Проблемы с использованием полигенных оценок для отбора эмбрионов» многонациональная группа исследователей описывает ограничения услуги. Они также предупреждают, что пациенты и даже клиницисты по экстракорпоральному оплодотворению могут подумать, что эта услуга более эффективна и менее рискованна, чем она есть на самом деле.
Авторы подчеркивают, что, поскольку один и тот же ген часто влияет на множество разных признаков, выбор одного признака может привести к непреднамеренному отбору неблагоприятных признаков. Они также предупреждают, что использование сервиса может изменить демографические характеристики населения, усугубить социально-экономическое неравенство и обесценить определенные черты характера.
Если ESPS по-прежнему будет доступен для пациентов с ЭКО, исследователи призывают Федеральную торговую комиссию США разработать и обеспечить соблюдение стандартов ответственного обмена информацией об услуге. Авторы также призывают к общественному обсуждению этичного использования технологии и необходимости ее регулирования.
Несовершенный способ обеспечить здоровых детей
Полигенные оценки – это прогнозы индивидуального здоровья и других признаков, полученных в результате исследований генома. Было показано, что у взрослых полигенные оценки частично предсказывают эти исходы. Однако их предсказательная сила значительно снижается при сравнении эмбрионов друг с другом, поясняют авторы отчета.
«Полигенные оценки являются лишь слабыми предикторами большинства индивидуальных результатов у взрослых, особенно социальных и поведенческих черт, и есть несколько факторов, которые еще больше снижают их предсказательную силу в контексте отбора эмбрионов», – сказал соавтор отчета Патрик Терли. «Полигенные оценки предназначены для работы в иных условиях, чем клиника ЭКО. Эти слабые предикторы будут работать еще хуже при выборе эмбрионов».
Терли, который является директором Центра поведенческой и медицинской геномики в Центра экономических и социальных исследований Дорнсайф при Университете Южной Калифорнии, и его коллеги по исследованию изучали, является ли ESPS более эффективным для обеспечения здоровья в будущем, чем случайный отбор эмбрионов. Для этого они смоделировали ожидаемую разницу в риске будущего человека для нескольких заболеваний, сравнивая использование ESPS для выбора эмбриона с выбором одного жизнеспособного эмбриона случайным образом из 10. Они обнаружили, что в большинстве случаев снижение риска заболеваемости, который предлагает услуга, очень мал и весьма неопределенен.
В настоящее время несколько компаний работают с клиниками ЭКО, чтобы предложить услуги пациентам, которые хотят выбрать эмбрион с меньшими рисками развития диабета, рака, сердечных заболеваний, болезни Альцгеймера, воспалительного заболевания кишечника и шизофрении. Одна компания также предлагает услугу по отбору эмбрионов в соответствии с их прогнозируемым уровнем образования, семейным доходом и когнитивными способностями.
Недостатки службы подбора
Чтобы ESPS работал, полигенные оценки должны давать, по крайней мере, умеренно точные прогнозы относительно того, разовьются ли у выбранных эмбрионов определенный признак или нет. Исследования, в которых генерируются полигенные оценки, иногда предполагают умеренные или даже большие различия в фактических результатах между людьми с высокими и низкими оценками, но эти различия основаны на выборке людей из разных семей. Как отмечают Терли и его коллеги, ESPS обычно включает в себя сравнение членов одной семьи, что значительно снижает его прогностическую способность.
Кроме того, в исследованиях, которые производят полигенные оценки, участвуют люди со схожим происхождением и в основном европейские предки. В результате большинство построенных сегодня полигенных оценок будут менее предсказуемыми для людей других предков.
Наконец, оценки предсказательной силы полигенных показателей обычно предполагают очень похожие среды для поколения, включенного в исходное исследование, и поколения, которое родится в результате ESPS. Но к тому времени, когда эмбрион, выбранный службой, станет взрослым, человек может оказаться в совершенно ином окружении.
Широкое использование ESPS сопряжено и с другими рисками. Например, исследователи предупреждают, что использование услуги может усугубить существующие проблемы со здоровьем и другие диспропорции, поскольку она в основном доступна только относительно богатым и в настоящее время лучше всего работает среди тех, кто имеет европейское происхождение. Это также может усилить предрассудки и дискриминацию, сигнализируя о том, что существующие люди с чертами, против которых делают отбор родители, менее ценны.
«В некоторых странах есть органы власти, которые решают, на какие признаки эмбрионов можно тестировать», – сказала Мишель Н. Мейер, доцент кафедры биоэтики и юрист Geisinger Health System и соавтор специального доклада. «Но в США существует сильная юридическая и этическая традиция рассматривать репродуктивные решения как вопрос личного индивидуального выбора. В краткосрочной перспективе FTC должна помочь установить, что считается адекватным доказательством в поддержку заявлений об ожидаемых преимуществах ESPS и что считается адекватным раскрытием информации в данном контексте».
Исследователи также призывают профессиональные медицинские сообщества разработать политику и рекомендации, а сами компании – продемонстрировать, что информация, которую они предоставляют различным клиентам, является полной, точной и понятной.
Они также говорят, что в обществе необходимо обсудить, могут ли существующие правовые рамки адекватно обеспечивать точную информацию о ESPS, и следует ли принять ограничения на использование услуги.
«Многие индивидуальные репродуктивные решения, принимаемые на протяжении поколений, могут иметь глубокие социальные последствия», – сказал соавтор отчета Дэниел Дж. Бенджамин,. «В совокупности эти решения могут изменить демографические характеристики населения, усугубить неравенство и обесценить черты, против которых отбираются».
Больше околонаучного на канале t.me/everScience.
Все страны на планете занимают меньше трети поверхности нашей планеты
Поверхность Земли — это более 510 миллионов квадратных километров, но менее 30% из них, скажем так, является поверхностью в привычном нам понимании. Остальное — вода.
Крупнейшими странами по площади являются Россия (3,35%), Канада (1,96%) и Китай (1,88%). Вместе они занимают примерно 7,2% всей поверхности Земли.
С помощью этой инфографики вы сможете наглядно оценить эти и другие данные о поверхности нашей планеты. Больше околонаучного на канале t.me/everScience.
Трехмерная реконструкция синапса
а — Срез через синаптическое окончание. Изображение содержит 60 белков, которые расположены в количестве копий и местоположениях, определенных с помощью микроскопии. б — Белки, указанные на реконструкции синапса. в — Увеличенное изображение активной зоны.
Credits: B. G. Wilhelm, S. Mandad, S. Truckenbrodt, K. Krohnert, C. Schafer, et. al.. (2014). Composition of isolated synaptic boutons reveals the amounts of vesicle trafficking proteins.
Больше околонаучного на канале t.me/everScience.
Умный мозг не только большой, но и жаждущий крови
Мозгу нужно много крови, чтобы быть умным.
Нынешняя парадигма состоит в том, что человеческий интеллект становился все более сложным, когда наш мозг становился больше. Однако австралийские и южноафриканские исследователи утверждают, что это только одна сторона медали. Их исследование показало, что увеличение притока крови к мозгу может быть связано с улучшением когнитивных функций.
Используя размеры двух отверстий в основании черепа, которые позволяют артериям проходить к мозгу, исследователи смогли подсчитать, сколько крови использовалось для прохождения через мозг у 11 видов предков гоминида, от австралопитеков до архаичных Homo sapiens. Это охватывает последние 3,5 миллиона лет.
Они обнаружили, что приток крови к мозгу непропорционально увеличивается с объемом мозга. Они выяснили, что показатель притока крови к объему мозга составляет 1.4, как сообщается в исследовании, опубликованном в Royal Society Open Science.
«Размер мозга увеличился примерно на 350% на протяжении эволюции человека, но мы обнаружили, что приток крови к мозгу увеличился на удивительные 600%», – говорит руководитель исследования, профессор Роджер Сеймур из Университета Аделаиды. «Мы полагаем, что это, возможно, связано с потребностью мозга удовлетворять все более энергичные связи между нервными клетками, которые способствовали эволюции сложного мышления и обучения. Чтобы наш мозг был таким умным, он должен постоянно получать кислород и питательные вещества из крови».
Конечно, чем более метаболически активен мозг, тем больше крови требуется, но новое исследование показывает, что кровоток и объем мозга не увеличиваются согласованно. Опять же, человеческий мозг несколько особенный в том смысле, что он также очень хорошо упакован. А именно, мозг складывается в привычной морщинистой форме ореха, что позволяет формировать больше нервных связей в меньшем объеме. Это может объяснить, почему артерии, направляющие кровь в мозг, увеличиваются в размерах непропорционально размеру мозга.
Используя отверстия в черепе, исследователи определили интенсивность мозговой активности у предков, которые жили миллионы лет назад.
«На протяжении всей эволюции развитие функции нашего мозга, по-видимому, связано с тем, что нам требуется больше времени, чтобы вырасти из детства. Это также связано с семейным сотрудничеством в охоте, защите территории и уходе за молодыми», – сказал соавтор Ваня Бозиочич. «Появление этих признаков, похоже, хорошо следует за увеличением потребности мозга в крови и энергии».
Больше околонаучного у нас на канале t.me/everScience.
О современной физике в одном абзаце
Больше околонаучного на канале https://t.me/everScience
Отец и сын
В 1906 году Джозеф Джон Томсон получил Нобелевскую премию по физике за демонстрацию того, что электрон является элементарной частицей, а в 1937 году его сын Джордж Паджет Томсон получил Нобелевскую премию за то, что показал, что электрон может быть волной.
Больше околонаучного на канале https://t.me/everScience.
ПОЧЕМУ ИНОПЛАНЕТЯНЕ — ЭТО БОЛЬШЕГОЛОВЫЕ ГУМАНОИДЫ С БОЛЬШИМИ ГЛАЗАМИ?
Автор: создатель сообщества Фанерозой, научный популяризатор, Александр Яскин.
При упоминании слова «инопланетянин» многие из нас вспомнят образ серого высокого гуманоида с огромными чёрными глазами. Даже если сделать поисковой запрос в Яндексе или в Google, то там тоже в первую очередь вы увидите изображение таких инопланетян. Почему именно этот образ так нравится нашему мозгу?
Уфологи сразу ответят, что это самый популярный образ, потому что именно такие инопланетяне посещали нашу планету. Я надеюсь, что для вас разоблачать этот миф не надо. Да и пусть лучше его разоблачают мои коллеги, популяризирующие астрономию, космонавтику и иные смежные специальности.
Тем более, что ответ, гораздо менее будоражащий фантазию, на этот вопрос есть в журнале Skeptic [1]. И сейчас я расскажу вам об этом ответе.
Начать стоит с того, что многие животные имеют т.н. врождённый шаблон распознавания образов. Так, птенцы с самого рождения опасаются тени, которую оставляют хищные птицы. А вот тень птиц, не представляющих опасность, чувства тревоги не вызывает.
Новорождённый человеческий детёныш в возрасте до двух месяцев не умеет различать лица. Единственное, что распознаёт младенец, так это глаза. После рождения зрительные возможности новорождённого достаточно ограничены. Он видит объекты в пределах одного метра, не различает цвета и видит вокруг лишь оттенки серого. Также самой важной в этой истории особенностью зрения младенца является младенческий астигматизм. В следствие этих характеристик младенец воспринимает лицо матери, которое является первым визуальным впечатлением у ребёнка, в сильно искажённом виде.
А теперь давайте посмотрим на самих инопланетян. На картинке ниже мы видим компьютерную модель чубика.
А вот посмотрите на рисунки, сделанные людьми, утверждающими, что их похищали инопланетяне.
Далее учёные взяли фотографию женщины и попробовали исказить её до такой степени, в которой её могут увидеть младенцы. Они учли и астигматизм и иные параметры зрения новорождённых.
После обработки получилось изображение, которое вы можете увидеть на пятой картинке. На этом изображении мы можем различить только глаза. Специалисты предполагают, что именно этот образ сохраняется в нашем мозгу, и в некоторых случаях может всплывать во снах или в галлюцинациях с большими глазами и трактоваться, как лицо инопланетянина.
Вероятнее всего, образ инопланетянина тесно связан с нашими младенческими впечатлениями. А если наложить сверху образ и то, что многие вещи нам навязала культура, то природа таких видений становится простой и понятной.
P.S. Прежде чем писать нецензурные комментарии, ознакомьтесь с правилами нашего сообщества.
Квантовая теория поля: визуализация от ScienceClic
Как согласовать теорию относительности с квантовой механикой? Что такое спин? Откуда берётся электрический заряд?
25 часов в сутки
Вес человека на разных планетах
Ну что, очередное закрытие ресторанов, театров и границ вступило в силу. Пока все мы сидим дома без возможности путешествовать, давайте хоть по планетам полетам. Кстати, а сколько мы там будем весить?😉
О ЯДОВИТОЙ ЛАПШЕ НА УШИ
Пришла пора опубликовать здесь свою заметку, писанную в 2010 году или раньше. Потому что актуальности она не утратила.
Илья Ильф при полной поддержке Евгения Петрова не церемонился со скудоумными соотечественниками. Достаточно вспомнить Эллочку Щукину, которую он сравнивал по уровню развития с людоедами племени мумбо-юмбо, или её подругу Фиму Собак, знавшую богатое слово гомосексуализм. Была в записных книжках Ильфа и шутка про человека такого некультурного, что бактерия ему снилась в виде большой собаки.
Это я к тому, что на днях многочисленные интернет-леди сделали перепост одного и того же текста с проникновенным заголовком «Для всех, кто дорожит здоровьем близких. ».
Привожу его полностью, с авторской орфографией и пунктуацией.
1. Никакой пластиковой посуды в микроволновых печках.
2. Никаких пластиковых бутылок с водой в морозильных камерах.
3. Никаких пластиковых упаковок в микроволновых печах.
Эта информация была опубликована в газете, выпускаемой больницей им. Джона Хопкинса (Johns Hopkins Hospital), а также распространена Медицинским центром Walter Reed Army.
Диоксин вызывает раковые заболевания, особенно рак груди.
Диоксин является высоко ядовитым веществом для клеток человеческого организма.
Не замораживайте пластиковые бутылки с водой, так как это приводит к освобождению дииоксина, входящего в состав пластика.
Особое внимание следует уделить недопустимости использования пластиковой посуды для нагревания пищи в микроволновках. Особо это касается жирной пищи. Сочетание жира, высокой температуры и пластика вызывает освобождение диоксина и его проникновения в пищу, а, соответственно, в конечном счете, в клетки человеческого организма.
Вместо пластика, медики рекомендуют для подогрева пищи использовать стеклянную или керамическую посуду. Результат будет тот же, но без диоксина в пище!
Поэтому продукты быстрого приготовления, такие как растворимые супы, каши и т.д. вначале необходимо переложить из пластиковой упаковки в стеклянную посуду, а затем лишь ставить в микроволновку или любую другую печь.
Также недопустимо использование пластиковых крышек, покрытий во время приготовления пищи в микроволновой печи. Это также опасно, как и использовать пластиковую посуду. Высокая температура приводит к тому, что диоксин практически «растаивает и стекает» с такой крышки в пищу. Намного безопаснее использовать бумажные салфетки.
Конец пространной цитаты…
…которая представляет собой классический образец белиберды, рассчитанной на впечатлительного идиота – или идиотку, да простят меня дамы. Потому что образ диоксина, «освободившегося» из пищевой посуды благодаря «сочетанию жира, высокой температуры и пластика», или диоксина, который «растаивает и стекает» в пищу – это штука посильнее «Фауста» Гёте, как сказал бы один Отец Народов. И очень напоминает ту самую бактерию в виде большой собаки.
Фрэнк Заппа язвил: современная журналистика – это когда тот, кто не умеет писать, берёт интервью у того, кто не умеет говорить, для того, кто не умеет читать. Я бы добавил, что зачастую разговор идёт на тему, в которой ни бельмеса не смыслят все трое.
Пожалуй, в процитированной статейке верно лишь одно: диоксины (их много разных) действительно представляют смертельную опасность. Кроме рака, они вызывают многие болезни, а ядовиты примерно в тысячу раз сильнее, чем боевые отравляющие вещества.
Но вот незадача: в состав любого диоксина входит хлор. Которого нет и быть не может в полиэтилене, состоящем только из углерода с водородом – это проходят в средней школе.
Хлор есть в ПВХ – поливинилхлориде, из которого не посуду делают, а лепят, например, дешёвую напольную плитку. Если такую плитку сжигать (не нагревать в микроволновке, а именно сжигать!), в самом деле можно получить диоксин. И если отбеливать хлором целлюлозную пульпу – тоже. И если производить гербициды хлорфенольного ряда… Но какое, интересно, отношение это имеет к кулинарии?
Есть соблазн поглумиться над каждой строчкой безграмотных авторов, у которых одинаково плохо и с русским языком, и с физикой-химией. Им для начала не худо бы усвоить, что термическая деформация – это физический процесс, а горение – химический. При окислении появляются новые вещества, а при плавлении – нет.
Есть соблазн, и всё же я не стану тратить время. Ограничусь предложением «для всех, кто дорожит здоровьем близких»: если выуживаете в сети заметки на жизненно важную тему – не почтите за труд освежить в памяти школьную программу, наведите пару справок, ведь интернет как раз под рукой!
И не спешите верить всему, что публикуют доброхоты-двоечники. Особенно если они пугают вас подслушанным где-то непонятным словечком диоксин и ссылаются на американскую клинику имени Хопкинса. Очень может быть, что это как раз пациенты клиники резвятся в отсутствие санитаров.