Нейтрон

Научные теории, которые заставят вас по-новому взглянуть на реальность, наш мир и Вселенную.

Время влияет на каждый аспект нашей жизни. Мы ориентируемся на него, когда просыпаемся, идем на работу, приступаем к еде, ложимся спать. И несмотря на такие, казалось бы, «близкие отношения», вы едва ли ответите: что же такое время?

Тысячелетиями философы и ученые со всего мира строили собственные теории о времени, но лишь единицы из них привели к какому-либо консенсусу. И хотя до сих пор не существует полного общепринятого определения, грубо говоря, время — это единица измерения.

Мы используем его для описания событий или продолжительности между ними. И это определение работает как в повседневной жизни, так и в точных науках, например в математике. В разговорной речи мы часто употребляем обороты «время идет» и «время летит», когда речь идет о поступательном движении жизни. А физики называют этот опыт «стрелой времени».

Onedio

Однако истинная сущность этого явления по сей день остается противоречивой и загадочной. Несмотря на то что физики могут активно использовать единицы времени в своих уравнениях, вопрос «как работает время?» продолжает приводить в недоумение все научное сообщество.

 Buzzfeed.com

Действительно, за пределами поверхностных слоев времени здравый смысл и интуитивные идеи подвергаются сомнению, что затрудняет разговор о существовании, без упоминания о чем-то более метафизическом. В результате загадка времени фактически заставила некоторых философов и ученых переосмыслить всю модель нашей Вселенной.

Сегодня наша редакция решила рассказать вам о 14 научных теориях о времени, которые ставят под сомнение наше собственное восприятие реальности.

Возможно, нельзя узнать, что произошло до Большого взрыва, поскольку времени вовсе не существовало

Направляя свои телескопы в далекую Вселенную, космологи фактически имеют возможность заглянуть в прошлое. Дело в том, что свету требуется время, чтобы преодолевать большие расстояния, и когда он «доходит» до нас, проходит невообразимое количество лет.

Таким образом, свет открывает нам только то, что происходило в окружающей среде, когда он только начинал свой путь. И если современные астрономы могут заглянуть почти на 13,8 миллиарда лет назад, , чтобы увидеть Большой взрыв Вселенной.

Если однажды мы действительно сможем запечатлеть начало времени, маловероятно, что мы когда-нибудь узнаем, что было до этого. Одна из причин связана с нашими ограниченными методами исследования.

В основном они полагаются на известные законы физики, которые, предположительно, перестают работать за пределами нашей Вселенной. Другая причина — сама природа Вселенной.

Широкий круг ученых по всему миру признает, что Большой взрыв стал катализатором возникновения пространства-времени. В этом случае считается, что до него не было ни пространства, ни времени.

По крайней мере, не в том виде, который мы знаем и можем понять.

Открытие[править | править код]

Открытие нейтрона (27 февраля 1932) принадлежит физику Джеймсу Чедвику, который объяснил результаты опытов В. Боте и Г. Беккера (1930), в которых обнаружилось, что вылетающие при распаде полония α-частицы, воздействуя на лёгкие элементы, приводят к возникновению сильно проникающего излучения. Чедвик первый предположил, что новое проникающее излучение состоит из нейтронов, и определил их массу. За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году.

В 1930 году В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко показали, что атом не может, как считалось в то время, состоять только из протонов и электронов, что электроны, вылетающие из ядра при бета-распаде, рождаются в момент распада, и что кроме протонов, в ядре должны присутствовать некие нейтральные частицы.

В 1930 году Вальтер Боте и его студент Герберт Беккер, работавшие в Германии, обнаружили, что если высокоэнергетичные альфа-частицы, испускаемые полонием-210, попадают на некоторые лёгкие элементы, в особенности на бериллий или литий, образуется излучение с необычно большой проникающей способностью. Сначала считалось, что это — гамма-излучение, но выяснилось, что оно обладает гораздо большей проникающей способностью, чем все известные гамма-лучи, и результаты эксперимента не могут быть таким образом интерпретированы. Важный вклад сделали в 1932 году Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они показали, что если это неизвестное излучение попадает на парафин или любое другое соединение, богатое водородом, образуются протоны высоких энергий. Само по себе это ничему не противоречило, но численные результаты приводили к нестыковкам в теории. Позднее в том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвик провёл серию экспериментов, в которых он показал, что гамма-лучевая гипотеза несостоятельна. Он предположил, что это излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона, и провёл серию экспериментов, подтвердивших эту гипотезу. Эти незаряженные частицы были названы нейтронами от латинского корня neutral и обычного для частиц суффикса on (он). В том же 1932 году Д. Д. Иваненко и затем В. Гейзенберг предположили, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.

Можно ли отправиться в прошлое?

Первый намек на то, что человек может совершать путешествия во времени, появился в 1949 году, когда австрийский математик Курт Гедель нашел новое решение уравнений Эйнштейна. Или новую структуру пространства-времени, допустимую с точки зрения ОТО.

Вообще, говоря об уравнениях Эйнштейна, важно понимать, что они удовлетворяют множество разных математических моделей Вселенной. Эти модели различаются, например, начальными или граничными условиями

Кстати, если вы давно не пересматривали «Назад в будущее» – самое время)

Гедель, будучи математиком, прославился тем, что доказал – не все истинные утверждения можно доказать, даже если дело сводится к попытке доказать все истинные утверждения, например, с помощью простой арифметики. Таким образом, подобно принципу неопределенности, теорема Геделя о неполноте может быть фундаментальным ограничением нашей способности познавать и предсказывать Вселенную.

Интересно, что пространство-время Геделя имело любопытную особенность: Вселенная в его представлении вращалась как целое. А вот Эйнштейн был очень огорчен тем, что его уравнения допускают подобное решение. Общая теория относительности в его понимании не должна позволять путешествия во времени. Уравнение Геделя, однако, не соответствует Вселенной, в которой мы живем, но его труд позволил миру взглянуть на время (а заодно и на Вселенную) иначе.

Итак, пространство-время, как известно, тесно взаимосвязаны. Это означает, что вопрос о путешествиях во времени переплетается с проблемой перемещения на скоростях, превыщающих 300 000 км/с, то есть скорость света. А когда речь заходит о фотонах, общая теория относительности, увы, уходит на задний план, а ее место занимает квантовая механика.

Основные характеристики

• Масса (примерно на 0,1378 % больше, чем масса протона; приведены рекомендованные значения CODATA 2014 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение):
  • 939,565 420 52(54) МэВ;
  • 1,008 664 915 95(49) а. е. м.;
  • 1,674 927 498 04(95)⋅10−27 кг;
  • 1838,683 661 73(89) массы электрона.
• Электрический заряд: 0. Экспериментально измеренное значение совместимо с нулём: (−0,2 ± 0,8)⋅10−21элементарного электрического заряда.
• Спин: 1⁄₂ (фермион). Спин свободного нейтрона измеряется методом когерентного отражения от магнитных зеркал.
• Время жизни в свободном состоянии: τ = 880,0 ± 0,9 секунды (период полураспада T_1/2 = τ·ln 2 = 610,0 ± 0,6 секунды).
• Магнитный момент: −1,913 042 73(45) ядерного магнетона, или −9,662 365 1(23)×10−27Дж/Тл. Магнитный момент нейтрона измеряется с помощью резонансного метода молекулярных пучков.
• Внутренняя чётность: равна 1.

Электрический радиус нейтрона: -0.1149 фм (отрицательный).

Несмотря на нулевой электрический заряд, нейтрон не является истинно нейтральной частицей. Античастицей нейтрона является антинейтрон, который не совпадает с самим нейтроном. Нейтрон аннигилирует с антинейтроном и другими антиадронами (в частности, с антипротоном).

С нейтроном связаны несколько физических величин, имеющих размерность длины:

• комптоновская длина волны нейтрона λK=2πℏmc≈1,32⋅10−13{\displaystyle \lambda _{K}={\frac {2\pi \hbar }{mc}}\approx 1{,}32\cdot 10^{-13}} см;
• расстояние от центра нейтрона до максимума плотности отрицательного электрического заряда (зарядовый радиус) RE≈,75⋅10−13{\displaystyle R_{E}\approx 0{,}75\cdot 10^{-13}} см;
• отношение электрического дипольного момента нейтрона к элементарному заряду |dne|<2,9⋅10−26{\displaystyle \left|{\frac {d_{n}}{e}}\right|<2{,}9\cdot 10^{-26}} см;
• гравитационный радиус нейтрона RG=2Gmc2≈2,48⋅10−52{\displaystyle R_{G}={\frac {2Gm}{c^{2}}}\approx 2{,}48\cdot 10^{-52}} см.

Иные свойства

Изоспины нейтрона и протона одинаковы (1⁄₂), но их проекции противоположны по знаку. Проекция изоспина нейтрона по соглашению в физике элементарных частиц принимается равной −1⁄₂, в ядерной физике +1⁄₂ (поскольку в большинстве ядер нейтронов больше, чем протонов, это соглашение позволяет избегать отрицательных суммарных проекций изоспина).

Нейтрон и протон вместе с Λ,Σ,Ξ{\displaystyle \Lambda ,\Sigma ,\Xi } — барионами входят в состав октета барионов со спином 12{\displaystyle {\tfrac {1}{2}}} и барионным зарядом 1{\displaystyle 1}.

Нейтрон — единственная из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие — искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка ультрахолодных нейтронов. Измеренное гравитационное ускорение нейтронов в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел.

При огромном давлении внутри нейтронной звезды нейтроны могут деформироваться вплоть до того, что приобретают форму куба.

Слепые тесты

В 2017 и 2018 годах команда UCNtau провела два эксперимента с бутылками в Национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL). В бутылочном методе свободные нейтроны улавливаются в ультрахолодной намагниченной бутылке размером с ванну, где они начинают распадаться на протоны. Используя сложные методы анализа данных, исследователи могут подсчитать, сколько нейтронов осталось в течение долгого времени. (В методе пучка пучок нейтронов распадается на протоны, и протоны считаются, а не нейтроны.)

За время экспериментов коллаборация UCNtau насчитала 40 миллионов нейтронов.

Чтобы устранить любые возможные предубеждения в измерениях, вызванные сознательным или бессознательным искажением результатов исследователями, чтобы они соответствовали ожидаемым результатам, участники сотрудничества разделились на три группы, которые работали вслепую. Одну команду возглавлял Калифорнийский технологический институт, другой — Университет Индианы, а еще одну — ЛАНЛ. Каждой команде выдали поддельные часы, чтобы исследователи не знали, сколько времени прошло.

«Мы намеренно сделали наши часы немного отклоненными на величину, о которой кто-то знал, но затем держали в секрете до конца эксперимента», — говорит соавтор Эрик Фрайс (доктор философии ’22), который возглавлял команду Калифорнийского технологического института и выполнил исследования в рамках его докторской степени. Тезис.

«Это делает эксперимент более надежным, потому что нет никаких шансов сознательной или бессознательной предвзятости при подборе результатов, чтобы они соответствовали ожидаемому времени жизни нейтрона», — добавляет Филиппоне. «Таким образом, мы не знаем фактического срока службы до тех пор, пока не исправим это в самом конце во время« снятия ослепления »».

Ход времени

Наше понятие времени восходит к картине, описанной Исааком Ньютоном: стрела времени движется только вперед, лишая нас всякой возможности вернуться назад, в прошлое. В то же самое время ОТО гласит, что ход времени различен для наблюдателей в разных гравитационных полях.

Это означает, что у поверхности Земли время течет медленнее, так как сила гравитации на планете сильнее, чем на орбите. И чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Подробнее о том, почему время на вершине горы и на пляже течет по-разному, можно прочитать здесь.

Выходит, законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения времени в пространстве, а теория относительности и вовсе поставила на этой идее крест. Более того, как пишут в своей книге «Кратчайшая история времени» физики Стивен Хокинг и Леонард Млодинов, путешествия во времени возможны.

Обложка замечательной книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова, настоятельно рекомендуем к прочтению

Теория относительности показывает, что создание машины времени, способной переместить нас в будущее действительно возможно. Все, что нужно сделать после ее создания – войти внутрь, подождать некоторое время, а затем выйти – и обнаружить, что на Земле время шло иначе, нежели для вас. То есть намного быстрее. Безусловно, никто на планете не обладает подобными технологиями, но их появление – вопрос времени. Ведь если хорошенько подумать, то что нужно для изобретения такой машины?

Во-первых, она должна разгонятся до околосветовых скоростей (напомню, что скорость света достигает 300 000 км/с), а во-вторых, следует вспомнить знаменитый парадокс близнецов, при помощи которого физики пытаются доказать противоречивость специальной теории относительности, которая гласит, что с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются.

Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности 106 лет назад.

Немного проясним – данный способ предполагает, что машина времени, в которую вы вошли, взлетает, разгоняется до околосветовой скорости, движется так какое-то время (в зависимости от того, как далеко вперед во времени вы направляетесь) и затем возвращается назад. Когда путешествие заканчивается, покинув машину времени вы понимаете, что для вас прошло намного меньше времени, чем для всех жителей Земли – вы совершили путешествие в будущее. Но если отныне мы воспринимаем время по-другому, быть может, законы физики подскажут, как путешествовать в прошлое?

Время повторяется

youtube.com

Фраза «Время — это плоский круг», которая обрела особую популярность благодаря персонажу Мэттью МакКонахи из «Настоящего детектива», своим происхождением обязана ницшеанской философии. Однако Фридрих Ницше не высказывал идеи о постоянно повторяющихся жизни и существовании.

Обнаруженная во многих мировых религиозных текстах, концепция вечного возвращения является популярной и древней по своему существу.

Подобно цикличной теории Вселенной, приверженцы вечного возвращения предполагают, что каждый момент бытия может повториться бесконечное число раз, поскольку его время бесконечно, а число элементов ограничено.

Хотя научных доказательств такой идеи недостаточно, некоторые ученые считают, что в достаточно большой вселенной с ограниченным числом возможностей точные молекулярные конфигурации и даже точные моменты все же могут повторяться.

Переход на квантовый уровень

Не так давно команда физиков из Университетов Вены, Бристоля, Балеарских островов и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Вена) показала, как квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным временным стрелкам (вперед и назад во времени). Иными словами, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени.

Квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени

Ранее, чтобы понять почему, ученые установили, что время знает только одно направление — вперед. Так что нам с вами придется вспомнить второй закон термодинамики. Он гласит, что в замкнутой системе энтропия системы (то есть мера беспорядка и случайности внутри системы) остается постоянной или увеличивается.

Если наша Вселенная представляет собой замкнутый цикл, свернутый в клубок, ее энтропия никогда не может уменьшиться, а это означает, что Вселенная никогда не вернется в более раннюю точку. Но что, если бы стрела времени «посмотрела» на явления, где изменения энтропии невелики?

Вот что говорит об этом Джулия Рубино, научный сотрудник Университета Бристоля и ведущий автор новой статьи: «Давайте предположим, что в начале газ в сосуде занимает только его половину. Затем представьте, что мы удаляем клапан, который удерживал его в пределах половины сосуда, так что газ теперь может свободно расширяться по всему сосуду».

Термодинамика хранит в себе множество тайн о нашем мире и Вселенной

В результате мы увидим, что частицы начнут свободно перемещаться по всему объему сосуда. Со временем газ займет весь сосуд. «В принципе, существует ненулевая вероятность того, что в какой-то момент газ естественным образом вернется, чтобы занять половину сосуда, только эта вероятность становится меньше, чем больше становится количество частиц, составляющих газ», – объясняет Рубино.

Если бы существовало только три частицы газа вместо огромного количества газа (состоящего из миллиардов частиц), эти несколько частиц могли бы снова оказаться в той части сосуда, откуда они первоначально стартовали. Вот такая физика.

ОТО допускает путешествия во времени в будущее. С прошлым все намного сложнее

Далее, как вы могли догадаться, следует второй закон термодинамики – так называемый статистический закон, который является верным в среднем для макроскопической системы. «В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционирует в сторону ситуаций с более низкой энтропией», – отмечают исследователи.

Время не имеет настоящего

 Кадр из фильма «Назад в Будущее»

Наиболее распространенные представления о времени связаны с тем, как человеческий вид, то есть мы, его испытываем. Мы пребываем в настоящем моменте. Этот момент проходит, становится прошлым, а будущее становится нашим новым настоящим.

Эта серия временных отрезков продолжается и продолжается без задержек и сбоев. Однако с опорой на теорию относительности предполагает, что мы обитаем в «блок-вселенной», где течения времени вовсе не существует.

С этой точки зрения прошлое, настоящее и будущее являются частью единого, статичного блока «пространства-времени».

Строение и распад[править | править код]

Кварковая структура нейтрона

Считается надёжно установленным, что нейтрон является связанным состоянием трёх кварков: одного «верхнего» (u) и двух «нижних» (d) кварков (кварковая структура udd). Близость значений масс протона и нейтрона обусловлена свойством приближённой изотопической инвариантности: в протоне (кварковая структура uud) один d-кварк заменяется на u-кварк, но поскольку массы этих кварков очень близки, такая замена слабо сказывается на массе составной частицы.

Поскольку нейтрон тяжелее протона (на 1,293 332 36(46) МэВ, или 0,001 388 449 33(49) а.е.м.), то он может распадаться в свободном состоянии. Единственным каналом распада, разрешённым законом сохранения энергии и законами сохранения электрического заряда, барионного и лептонного квантовых чисел, является бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино (а также, возможно, гамма-квант). Поскольку этот распад идёт с образованием лептонов и изменением аромата кварков, то он обязан происходить только за счёт слабого взаимодействия. Однако ввиду специфических свойств слабого взаимодействия, скорость этой реакции аномально мала из-за крайне малого энерговыделения (разности масс начальных и конечных частиц). Именно этим объясняется тот факт, что нейтрон является настоящим долгожителем среди элементарных частиц: его время жизни, приблизительно равное 15 минутам, это примерно в миллиард раз больше времени жизни мюона — следующей за нейтроном метастабильной частицы по времени жизни.

Кроме того, разница масс между протоном и нейтроном, составляющая около 1,3 МэВ, невелика по меркам ядерной физики. Вследствие этого в ядрах нейтрон может находиться в более глубокой потенциальной яме, чем протон, и потому бета-распад нейтрона оказывается энергетически невыгодным. Это приводит к тому, что в ядрах нейтрон может быть стабильным. Более того, в нейтроно-дефицитных ядрах происходит бета-распад протона в нейтрон (с захватом орбитального электрона или вылетом позитрона); этот процесс энергетически запрещён для свободного протона.

На кварковом уровне бета-распад нейтрона может быть описан как превращение одного из d-кварков в u-кварк с испусканием виртуального W−-бозона, который немедленно распадается на электрон и электронное антинейтрино.

Изучение распада свободного нейтрона важно для уточнения свойств слабого взаимодействия, а также поиска нарушений временно́й инвариантности, нейтрон-антинейтронных осцилляций и т. п. Внутренняя структура нейтрона впервые была экспериментально исследована Р

Хофштадтером путём изучения столкновений пучка электронов высоких энергий (2 ГэВ) с нейтронами, входящими в состав дейтрона (Нобелевская премия по физике 1961 г.). Нейтрон состоит из тяжёлой сердцевины (керна) радиусом ≈ 0,25·10−13 см, с высокой плотностью массы и заряда, которая имеет общий заряд ≈ +0,35 e, и окружающей его относительно разреженной оболочки («мезонной шубы»). На расстоянии от ≈ 0,25·10−13 до ≈ 1,4·10−13 см эта оболочка состоит в основном из виртуальных ρ- и π-мезонов и обладает общим зарядом ≈ −0,50 e. Дальше расстояния ≈ 2,5·10−13 см от центра простирается оболочка из виртуальных ω- и π-мезонов, несущих суммарный заряд около +0,15 e

Внутренняя структура нейтрона впервые была экспериментально исследована Р. Хофштадтером путём изучения столкновений пучка электронов высоких энергий (2 ГэВ) с нейтронами, входящими в состав дейтрона (Нобелевская премия по физике 1961 г.). Нейтрон состоит из тяжёлой сердцевины (керна) радиусом ≈ 0,25·10−13 см, с высокой плотностью массы и заряда, которая имеет общий заряд ≈ +0,35 e, и окружающей его относительно разреженной оболочки («мезонной шубы»). На расстоянии от ≈ 0,25·10−13 до ≈ 1,4·10−13 см эта оболочка состоит в основном из виртуальных ρ- и π-мезонов и обладает общим зарядом ≈ −0,50 e. Дальше расстояния ≈ 2,5·10−13 см от центра простирается оболочка из виртуальных ω- и π-мезонов, несущих суммарный заряд около +0,15 e.

Время может существовать в другом месте

Все больше ученых считают, что наша Вселенная является лишь одной из множества. Так гласит теория Мультивселенной. Одни ученые предсказывают, что эти вселенные могут быть идентичными или лишь слегка отличаться от нашей, в то время как другие представляют их совершенно уникальными.

В первом случае время, скорее всего, существует и ведет себя так же, как и в нашей Вселенной. Но если вселенная радикально отличается от той, в которой живем мы с вами, в ней может существовать нечто подобное времени или, быть может, что-то еще более ошеломляющее и экзотическое. При таком раскладе почти невозможно представить, как будет функционировать подобная вселенная.

Основные характеристики

• Масса (b) (примерно на 0,1378 % больше, чем масса протона (b) ; приведены рекомендованные значения CODATA (b) 2014 года, в скобках указана погрешность (b) величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение (b) ):
  • 939,565 420 52(54) МэВ;
  • 1,008 664 915 95(49) а. е. м. (b) ;
  • 1,674 927 498 04(95)⋅10−27 кг;
  • 1838,683 661 73(89) массы электрона (b) .
• Электрический заряд (b) : 0. Экспериментально измеренное значение совместимо с нулём: (−0,2 ± 0,8)⋅10−21элементарного электрического заряда (b) .
• Спин (b) : 1⁄₂ (фермион (b) ). Спин свободного нейтрона измеряется методом когерентного отражения от магнитных зеркал.
• Время жизни (b) в свободном состоянии: τ = 880,0 ± 0,9 секунды (период полураспада (b) T_1/2 = τ·ln 2 = 610,0 ± 0,6 секунды).
• Магнитный момент (b) : −1,913 042 73(45) ядерного магнетона (b) , или −9,662 365 1(23)×10−27Дж (b) /Тл (b) . Магнитный момент нейтрона измеряется с помощью резонансного метода молекулярных пучков.
• Внутренняя чётность (b) : равна 1.

Электрический радиус нейтрона: -0.1149 фм (отрицательный).

Несмотря на нулевой электрический заряд (b) , нейтрон не является истинно нейтральной частицей (b) . Античастицей (b) нейтрона является антинейтрон (b) , который не совпадает с самим нейтроном. Нейтрон аннигилирует с антинейтроном и другими антиадронами (в частности, с антипротоном).

С нейтроном связаны несколько физических величин, имеющих размерность длины:

Физика против полетов со скоростью света

Итак, давайте попробуем разобраться, отчего же так разошелся выпускник технического ВУЗа. И прав ли он, когда утверждает, что путешествия со скоростью света невозможно?

Людям, немного знающим физику, известно, что чем сильнее ускоряется любой материальный объект, тем больше энергии требуется для этого ускорения. И чтобы разогнать любое тело до скорости света, или даже близко к ней, у нас просто не хватит топлива!

Но предположим, что мы нашли какой-то неисчерпаемый источник энергии. И прикрутили его к задней части нашего космического корабля. Ближайшая к нам звезда – Альфа Центавра. Если бы мы полетели туда со скоростью света, нам бы потребовалось более четырех лет, чтобы добраться до точки назначения!

Возможно, это не так страшно для беспилотных миссий. Но как быть с людьми? Смогут ли они выдержать четыре года в крошечном космическом корабле, предоставленные сами себе? Ответ очевиден. Даже если ученым удастся построить сверхбыстрые космические корабли (что несомненно потребует использования революционных новых технологий), люди пока не готовы обитать в замкнутых пространствах такие интервалы времени.

К тому же, все что нужно человеку для выживания, занимает много места. И много весит. Если бы мы смогли производить новые материалы, которые были бы намного легче, чем сегодня, возможно люди из далекого будущего могли бы достигать других звезд со скоростью, близкой к скорости света. Но это точно нельзя сделать в наши дни.

Исследование космоса будет постоянно бросать вызов ученым. Потому что этот процесс требует от нас преодоления множества препятствий. Однако это не значит, что мы должны перестать мечтать о путешествиях со скоростью света! Ведь кто знает! Возможно, в далеком будущем люди все же смогут это сделать.

Однако в наши дни теоретически невозможно путешествовать со скоростью света. Но почему?

На этом первая часть статьи окончена. Дальше будет физика и математика.

Время — это измерение

Мы все понимаем основную концепцию трехмерного пространства. Технически это значит, что каждая точка в нашей Вселенной имеет физический адрес, который можно определить по координате вдоль трех перпендикулярных плоскостей (X, Y и Z). Это просто одна из многих интересных вещей о космосе. Но действительно ли точка в пространстве «существует» без времени, в которое это можно сделать?

Нет такого физического закона, который бы требовал, чтобы время было измерением. Однако привела именно к этому утверждению. Называя его четвертым измерением, широкий круг современных ученых признает, что время плавно переплетается с трехмерным пространством в континууме «».

Время — это иллюзия

Возможно, вы когда-нибудь слышали от вашего учителя физики, преподавателя естественных наук или энергичного гостя на «модном» официальном приеме, что время нереально. И хотя это утверждение по своей природе необязательно неверно, основной принцип, который лежит в его основе (и порой называется B-теорией времени), .

Говоря более конкретно, наш опыт времени (прошлого, настоящего и будущего) больше связан с нашими собственными субъективными ощущениями, чем с какой-либо фундаментальной особенностью существования.

Большинство современных физиков поддерживают эту точку зрения, утверждая, что время, которое мы воспринимаем нашим человеческим разумом на местном уровне, значительно отличается от изначального поведения времени в масштабе Вселенной.

Физика[ | код]

Нейтроны | код

Отсутствие у нейтрона электрического заряда приводит к тому, что они в основном взаимодействуют непосредственно с атомными ядрами, либо вызывая ядерные реакции, либо рассеиваясь на ядрах. Характеристика и интенсивность нейтронно-ядерного взаимодействия (нейтронные сечения) существенно зависят от энергии нейтронов. В нейтронной физике главным образом используются нейтроны с энергиями от 107 до 10−7 эВ (длины волн де Бройля от 10−12 до 10−5 см). Соответственно этому диапазону энергий и длин волн исследуются объекты с размерами от 10−12 см и характерными энергиями возбуждения 106 — 107 эВ (атомного ядра) до видимых в оптический микроскоп объектов размерами 10−4 см (например, макромолекулы биополимеров).

Нейтронное излучение условно разделяют на энергетические диапазоны, отличающиеся методами получения и регистрации нейтронов, а также направлениями их использования:

Нейтроны	Энергия Ε, эВ	Скорость v, см/с	Ср. длина волны λ, см	Средняя температура Τср, К
Быстрые	> 105	> 1,4⋅109	< 10−12	1010
Медленные
промежуточные	104−103	1,4⋅108	3⋅10−11	108
резонансные	0,5−104	1,4⋅107	3⋅10−10	106
Тепловые	0,5−5⋅10−3	2⋅105	2⋅10−8	300
Холодные	5⋅10−3−10−7	4,4⋅104	9⋅10−8	10
Ультрахолодные	10−7	4,4⋅102	9⋅10−6	10−3

Нейтроны с кинетической энергией E > 100 кэВ названы быстрыми. Они способны испытывать на ядрах неупругое рассеяние и вызывать эндотермические ядерные реакции, например (n, α), (n, 2n), (n, pn). Сечения этих реакций сравнительно плавно зависят от E (выше характерного для них энергетического порога), и их исследование позволяет изучать механизм распределения энергии возбуждения между нуклонами, составляющими ядро.

Нейтроны с энергией E < 100 кэВ часто называется медленными, они в свою очередь делятся на резонансные и промежуточные. Медленные нейтроны в основном упруго рассеиваются на ядрах или вызывают экзотермические ядерные реакции, в первую очередь радиационный захват (n, γ), реакции типа (n, p), (n, α) и деление ядер. Реакции 3He(n, p)3H; 10B(n, α)7Li используются для регистрации нейтронов; вторая из них — также для защиты от нейтронного излучения.

Название «резонансные нейтроны» обусловлено наличием резонансных максимумов (нейтронных резонансов) в энергетической зависимости эффективного сечения σ(E) взаимодействия нейтронов с веществом. Исследования с резонансными нейтронами дают возможность изучать спектр возбуждения ядер. В области энергии промежуточных нейтронов резонансная структура нейтронов сечения сглаживается из-за перекрытия соседних резонансов. Сечение любой ядерной реакции, вызываемое достаточно медленными нейтронами, обратно пропорционально их скорости. Это соотношение называется «законом 1/v». Отклонение от этого закона наблюдается, когда E становится сравнимой с энергией первого резонансного уровня.

Получение | код

Практически во всех нейтронно-физических исследованиях используются пучки моноэнергетических нейтронов со степенью монохроматизации ~10−2. Интенсивные пучки быстрых нейтронов получаются на ускорителях заряженных частиц в ядерных реакциях (p, n) и (d, pn). Энергия нейтронов Е изменяется при варьировании энергии первичных заряженных частиц, падающих на мишень.

Медленные нейтроны также могут быть получены на всех типах ускорителей, в том числе на электронных ускорителях в результате реакций (γ, n) при облучении мишеней на тяжелых элементах γ-квантами тормозного излучения электронов. Получающиеся быстрые нейтроны могут быть замедлены. Обычно для этого используется водородсодержащие вещества (вода, парафин и другие), в которых нейтроны теряют свою энергию, рассеиваясь на ядрах водорода. Однако после замедления нейтроны не моноэнергетичны.

Для получения моноэнергетических нейтронов применяют метод времени пролёта, для которого необходимы импульсные источники нейтронов. В каждый момент времени t после импульса нейтронов на детектор, удаленный от источника на расстояние L, приходят нейтроны с энергией, определяемой соотношением

E=5227(Lt)2,{\displaystyle E=5227({\frac {L}{t}})^{2},}

где энергия выражена в электронвольтах, расстояние — в метрах, время — в микросекундах.

Мощные источники тепловых нейтронов — ядерные реакторы создают внутри замедлителей потоки тепловых нейтронов до 1015 нейтронов/(см2×с). Моноэнергетические тепловые нейтроны получают на монокристаллах. Для получения холодных нейтронов используются замедлители, охлаждаемые до температуры жидкого азота и даже жидкого водорода (20 К). Ультрахолодные нейтроны выводятся из замедлителя резко изогнутыми вакуумными нейтроноводами.

Выводы

Однако не все согласны с тем, что различие между макроскопическим и микроскопическим является четким. Как пишет Popular Mechanics, Рамакришна Подила, доцент кафедры физики и астрономии Университета Клемсона в Южной Каролине, говорит, что статистика многих частиц по сравнению со статистикой отдельных частиц является более точным способом описания вещей.

Связывание стрелы времени с энтропией или коллапсом квантово-механической системы (как указано в статье) – это не формальные утверждения, а популярные методы, которые просты в использовании. Даже то, что время движется вперед, само по себе не аксиома, а теория, которую астрофизик Артур Эддингтон придумал и популяризировал в 1927 году.

Время и пространство неразрывно связаны, но правильно ли мы их понимаем?

Так что, возможно, идея о том, что пространство и время сливаются в один переплетенный континуум, имеет право на жизнь. С тех пор как Альберт Эйнштейн сформулировал теорию относительности, мы перестали воспринимать пространство как трехмерную фигуру, а время — как одномерное.

В заключение же хочу не только поблагодарить читателя за внимание, но и вновь процитировать ученых: «Хотя время часто рассматривается как непрерывно увеличивающийся параметр, наше исследование показывает, что законы, управляющие его течением в квантово-механических контекстах, намного сложнее. Это может означать, что нам нужно переосмыслить то, как мы представляем эту величину во всех тех контекстах, где квантовые законы играют решающую роль»

Из-за квантовой суперпозиции ход времени в микромире не имеет определенного направления — исчезает грань между причиной и следствием.