все о чем мечтал плавно превращаю в материю
Физики впервые увидели, как фотоны преобразуются в материю
«Мы живем на ничем не примечательной планете, которая вращается вокруг ничем не примечательной звезды. Но у нас есть шанс познать Вселенную», – так говорил один из величайших ученых нашего времени, британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Прекрасные слова, правда? Вселенная и мир, который нас окружает, удивительны. Атомы, которые зародились в ядрах сверхновых звезд теперь составляют нас самих и все живое на Земле. Но наше понимание Вселенной, увы, мало назвать неполным – мы видим лишь малую ее часть с помощью наших лучших инструментов, а разгадать ее величайшие загадки по-прежнему не в силах. Но, результаты нового исследования, кажется, могут изменить ситуацию. Авторы научной работы полагают, что материя во Вселенной создается путем столкновения фотонов. Если достаточно сильно столкнуть два фотона, то можно создать материю: электрон-позитронную пару, преобразование света в массу в соответствии со специальной теорией относительности Эйнштейна. Это явление называется процессом Брейта-Уилера и впервые было изложено в 1934 году.
С помощью процесса Брейта-Уилера чистый свет потенциально можно преобразовать в материю.
Что такое процесс Брейта-Уилера?
Процессом Брейта-Уилера исследователи называют простейшую реакцию, с помощью которой свет можно превратить в вещество. В 1934 году Грегори Брейт и Джон А. Уилер разработали теорию процесса электрон-позитронной пары при столкновении двух фотонов. Полученные выводы ученые опубликовали в научном журнале Physical Review.
Однако, несмотря на удивительные выводы исследователей, они не предполагали реальной демонстрации процесса. Все потому, что в те годы способа придать фотону необходимую энергию попросту не существовало.
Хотя процесс является одним из проявлений эквивалентности массы и энергии, в 2014 году команда исследователей пришла к выводу, что процесс Брейта-Уилера никогда не наблюдался на практике из-за сложности фокусировки встречных гамма-лучей.
Свет можно преобразовать в материю. Кто бы мог подумать?
Но прямое наблюдение чистого явления, включающего всего два фотона, оставалось неуловимым, главным образом потому, что фотоны должны быть чрезвычайно энергичными, а у ученых нет технологии для создания гамма-лазера. Но физики из Брукхейвенской национальной лаборатории говорят, что нашли способ обойти этот камень преткновения с помощью релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC) – он, в конечном итоге, позволил физикам наблюдать процесс Брейта-Уилера в действии.
Как фотоны преобразуются в материю?
Как следует из названия коллайдера, ускорение ионов – это ускорение атомных ядер, лишенных своих электронов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а протоны (внутри ядра) имеют заряд положительный, в результате процесса Брейта-Уилера остается ядро с положительным зарядом. Чем тяжелее элемент, тем больше в нем протонов и тем сильнее положительный заряд образующегося иона.
В ходе исследования команда использовала ионы золота, которые содержат 79 протонов, и мощный заряд. Когда ионы золота ускоряются до очень высоких скоростей, они генерируют круговое магнитное поле, которое может быть таким же мощным, как перпендикулярное электрическое поле в коллайдере. Там, где они пересекаются, эти равные поля могут создавать электромагнитные частицы, или фотоны.
Диаграмма, показывающая, как близкое попадание ионов золота приводит к столкновениям фотонов. (Изображение предоставлено исследователями Брукхейвенской лаборатории)
Когда ионы движутся со скоростью, близкой к скорости света, ядро золота окружает пучок фотонов, которые движутся вместе с ним, как облако, – объясняют авторы научной работы. В коллайдере RHIC ионы ускоряются до релятивистских скоростей – то есть тех, которые составляют значительный процент от скорости света. В этом эксперименте ионы золота были ускорены до 99,995 процента скорости света.
Хотите всегда быть в куре последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
Вот где происходит волшебство: когда два иона просто разминулись, два их облака фотонов могут взаимодействовать и сталкиваться. Сами столкновения обнаружить невозможно, но возникающие в результате электрон-позитронные пары поддаются наблюдению. «Однако одного обнаружения электрон-позитронной пары недостаточно», – пишут авторы исследования.
Дело в том, что фотоны, образующиеся в результате электромагнитного взаимодействия, являются виртуальными фотонами, ненадолго появляющимися и исчезающими, и не имеют той же массы, что и их «реальные» аналоги. А для наблюдения процесса Брейта-Уилера должны столкнуться два реальных фотона, а не виртуальных.
Интересный факт
Частицы материи и антиматерии – пары электронов и позитронов – можно создать, столкнув высокоэнергичные фотоны, представляющие собой квантовые «пакеты» света. Фотоны преобразуются в материю, и это – следствие формулы Эйнштейна E = mc², которая показывает взаимозаменяемость энергии и материи.
Но при релятивистских скоростях виртуальные частицы могут вести себя как настоящие фотоны. К счастью, теперь физики могут определить, какие пары электрон-позитрон образуются в процессе Брейта-Уилера: они проанализировали 6000 пар электронов и позитронов, которые образовались в ходе столкновения ядер атомов золота на коллайдере (RHIC). Также физики измерили все распределения энергии, массы и квантовые числа систем.
Они согласуются с теоретическими расчетами того, что произойдет с реальными фотонами, – сказал физик Даниэль Бранденбург из Брукхейвенской лаборатории. Наши результаты дают четкие доказательства прямого одноэтапного создания пар материя-антиматерия в результате столкновений света, как первоначально предсказывали Брейт и Уилер».
Следует также отметить, что работа команды в высшей степени убедительна – по крайней мере, она показывает, что исследователи идут по правильному пути. Ну а пока они будут продолжать наблюдения за созданием материи, мы смело можем ожидать дальнейших и удивительных открытий.
Свет можно превратить в материю
Без малого сто лет назад физики Грегори Брайт и Джон Уилер теоретически доказали, что из чистого света можно получить материю. Звучит как фантастика, но это вполне согласуется со знаменитой эйнштейновской формулой E = mc². Другое дело, что на практике получить из света (фотонов) материю очень и очень сложно. Но теперь такое явление обнаружено и экспериментально подтверждено.
Согласно теории Брайта и Уилера, которая впоследствии стала называться эффектом Брайта-Уиллера, при взаимодействии двух квантов света (фотонов) возникают две частицы: электрон и позитрон (античастица электрона). Электрон — это вполне себе материя, тогда как позитрон — тоже материя, но с противоположным знаком, то есть антиматерия, как принято говорить.
В природе вокруг себя и даже глубоко во Вселенной мы не наблюдаем антиматерию, что говорит об исключительной редкости столкновений фотонов. Но процессы аннигиляции — самоуничтожение электронов и позитронов при столкновении с выделением двух квантов света в экспериментальных установках наблюдаются давно. Учёные из коллаборации STAR, исследующие подобные явления на коллайдере в Брукхейвенской национальной лаборатории, решили поискать в массиве данных по экспериментам подтверждения эффекта Брайта-Уиллера и нашли их.
Выяснилось, что разгон ядер (ионов) золота до релятивистских скоростей (до 99,99 % от скорости света) и соударение их приводит к эффекту, предсказанному в 1934 году Грегори Брайтом и Джоном Уилером. Разогнанные до таких скоростей частицы сжимаются по оси движения и генерируют сильнейшие электромагнитные поля перпендикулярно оси полёта. Эти электромагнитные поля представляют собой ни что иное, как реальные фотоны — фактически облако фотонов вокруг ядер. Столкновение таких частиц часто сопровождалось столкновением реальных фотонов с фиксацией электронов и позитронов после столкновения.
После изучения массива полученных на коллайдере RHIC данных обнаружились свыше 6 тыс. фактов соударения фотонов с последующим синтезом материи (электронов и их античастиц позитронов), о чём в издании Physical Review Letters некоторое время назад вышла научная статья. Первый шаг к синтезатору материи сделан, как бы фантастически это ни звучало. Но камнем преткновения, как всегда, будет проблема высочайших энергозатрат.
Я просто оставлю это здесь (цитата из Википедии):
Рождение электрон-позитронных пар гамма-квантами (в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле для разделения треков электрона и позитрона) впервые наблюдали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1933, а также Патрик Блэкетт, получивший в 1948 за это и другие открытия Нобелевскую премию по физике.
представляю моЩЪ микроволновки световолновки, которая сможет напечатать еду из света, и какие последствия будут от её поломки.
Стесняюсь спросить, с каких пор бозоны, в частности фотоны, и электромагнитное поле в целом перестали быть материей))) фермионы экспроприировали это звание?
И что фантастического в том, что результатом столкновения элементарных частиц являются другие элементарные частицы, разве не для этого строятся коллайдеры? Разве не на этом основана позитронно-эмиссионная томография и прочие приблуды?
Но камнем преткновения, как всегда, будет проблема высочайших энергозатрат.
А разве этого в школе не проходили?
E=дMC^2 => дM=E/C^2
Чтобы получить один грамм массы нужно затратить 90 000 000 000 000 000 Джоулей.
В природе вокруг себя и даже глубоко во Вселенной мы не наблюдаем антиматерию
Наблюдаем, как недавно оказалось
Средневековая кухня.
Итак, представьте, что на календаре — дата в промежутке между 500 и 1500 годом. Привычного нам трехразового питания тогда еще не существовало. У простых людей день начинался очень рано. Трудяги не могли уделять много времени завтраку, поэтому ограничивались глотком воды (пива, кто побогаче — вина) и куском хлеба. Обед, принимаемый около полудня, также был скуден: простое питье и легкая закуска, хотя для аристократов понятие «легкая» было весьма условным.
Ужин, проводившийся, в зависимости от конкретного региона и периода средневековья, в очень широком диапазоне времени (от 3 часов дня до полуночи), при наличии финансовых возможностей становился настоящей «обжираловкой». Причем это было не привычное нам «первое-второе-чай», а многократные перемены блюд, когда на стол выставлялись десятки тарелок с самой различной снедью.
Жар от дров старались использовать как можно экономнее: рядом с котлом ставили дичь на вертелах. Работал даже теплый воздух — в хитроумном механизме их автоматического вращения.
Если ужин богачей приходился на праздник, то масштабы пиршества выходили за все разумные пределы. Здесь оживали греческие и римские традиции застолий, благодаря которым гостей с хроническими желудочными болезнями могли выносить из-за стола ногами вперед. В связи с этим некоторые монархи законодательно ограничивали состав и количество кушаний, выносимых к столу во время ужина. Русский обычай подавать по одному блюду за раз пришел в Европу лишь в 18 веке.
Естественно, церковь относилась к чревоугодию крайне отрицательно. Плотный завтрак считался проявлением плотской слабости, а обильный ужин — аморальным поступком. Однако даже «нормальная» вечерняя трапеза сегодня считалась бы избыточной. Людям, живущим по, фактически, одноразовому режиму питания, приходилось наедаться на сутки вперед.
Церковь делала некоторые послабления для больных, стариков и детей. В течение дня они могли питаться более основательно. Кроме того, работники, занятые тяжелым физическим трудом, устраивали регулярные «перекусы». Это также считалось чревоугодием, но здравый смысл подсказывал духовенству, что после одной миски похлебки человек не сможет весь день махать топором.
Мелких животных (в этом случае — зайца размером с овчарку) свежевали прямо на кухне.
Самые строгие ограничения в распорядке питания накладывал пост: Великий, рождественский, двенадцатидневный (у католиков и в англиканской церкви — по три дня четыре раза в год), по средам (предательство Иуды), по пятницам (распятие Христа), иногда даже по субботам (чти день субботний и святи его). Если сложить все это вместе, то получается, что житель средневековой Европы должен был поститься около 1/3 года.
Обойти строгие правила поста пытались не только миряне, но и само духовенство. «Порося, обратись в карася!» — взмолился монах, решивший оправдать свое обжорство «божьим чудом». Но настоящие чудеса творили повара, изготавливая фальшивых цыплят и яйца из икры, миндального молока и филе рыбы.
Как выглядела кухня.
Заходите, гости из будущего, не стесняйтесь. Вот наша кухня: самая крупная жилая комната, в центре которой (либо у стены, если она каменная) устроен очаг. Дым выходит через дыру в потолке. Выглядит довольно примитивно, однако такая конструкция позволяет максимально эффективно использовать тепло очага для обогрева помещения.
На деревянную балку обычно вешается большой котел, однако у нас его нет. Глиняные горшки мы ставим прямо на угли или разогретые камни очага. Рыба и мелкая дичь (белки и ежи, считавшиеся разновидностью свиней) обмазывается глиной и запекается прямо в очаге. Зерно можно отнести к мельнику, но нам дешевле перемолоть его самим — в каменных ступках. Да, вы правы — мы бедны.
Кулинария часто совмещалась с физкультурой — крупные котлы приходилось двигать именно так.
В домах побогаче есть печи с дымоходами. Они почти всегда сложены у стены, а кухня отделена от обеденного зала (и уж тем более от жилых комнат). Чуть в стороне стоит маслобойка и миска для створаживания молока. Здесь лежат решетки для жарки, а тут — вертела разных размеров.
Кухонный стол только один — но очень большой. Кастрюли тяжелые, с длинными ручками (чтобы удобнее было вынимать их из печи). То же самое касается сковород и вафельниц. Еще здесь есть металлические треноги с крюками для крупной дичи и полный набор инструментов: ножи для свежевания, ножи для резки, деревянные ложки, черпаки, терки, соусницы… Зачем нужны решето и ступа? В наше темное время модно есть перетертую пищу.
Для сохранения продуктов их обычно провяливали на ветру, просушивали на солнце, либо изолировали от воздуха при помощи меда или жира. Копчение применялось реже — к рыбе и колбасам. Молоко ферментировали в сыр, масло сильно солили; яйца, рыбу и овощи закатывали в горшки с солью и уксусной кислотой.
Женщин на кухне вы не увидите. Около отдельной печи, где жарится туша быка, суетятся поварята. Вот идет кладовщик. Там работают пекари, здесь машут топорами мясники, а тут гремят тарелками мальчики-посудомойки. Слуги неустанно таскают дрова — для господской кухни их нужно очень много.
На кухне (начало 16 века). Под большой посудой разводился сильный огонь, поэтому основными травмами повара были не порезы, а ожоги.
Может показаться, что всем им повезло постоянно быть около пищи? Действительно, звание королевского шеф-повара в средние века было очень престижным. В подчинении у него находилось от нескольких сотен до тысячи человек. Однако «низшее звено» средневековой кулинарии влачило жалкое существование. Поварята с обслугой редко покидали кухню, жили прямо там и спали на полу.
В Молитве Господней люди просят Бога: «Хлеб наш насущный даждь нам днесь». На Руси издревле говорили: «Хлеб всему голова». Почему такое внимание к хлебу? Потому что он, без преувеличения, был главным пищевым продуктом средневековья. В Европе один человек употреблял приблизительно около 1,5 кг хлеба в день.
Мука самого тонкого помола шла на белый хлеб для богачей. Тесто попроще делали из смеси пшеничной и ржаной муки. На севере был распространен хлеб из ячменя или овса. Самое низкое качество выпечки предполагало добавку отрубей, гороха, бобов и даже желудей.
Зажиточные граждане использовали черный хлеб в качестве тарелок — «тренчеров»: в центре крупного ломтя зачерствевшего хлеба делалось углубление, и туда выкладывалась еда. Хлебом вытирали столовые приборы, а слуги пользовались им в качестве «прокладок», чтобы не обжечь руки о горячие подносы с едой.
Жарка птицы у камина. Поддон снизу собирает жир (иллюстрация к «Декамерону» Боккаччо, 15 век).
Популярны были «сопы» — кусочки хлеба, вымоченные в каких-либо жидкостях (молоке, бульоне, вине). Хлебные крошки использовались в качестве загустителей соусов. Даже праздничные пироги, по сути, представляли собой все тот же хлеб — но подслащенный и сдобренный специями. Овсянка в то время не ассоциировалась с аристократией, а вафли, напротив, имели статус «делюкс».
В конце 13 века Марко Поло познакомил Европу с «нитями из теста» — макаронными изделиями. Немедленной популярности они не получили, ведь качественной муки зачастую не хватало даже для хлеба, но благодаря крестоносцам и купцам лапша вскоре перестала считаться экзотикой.
Средневековая каша конкурировала по популярности с хлебом, однако мало походила на современную. Она была твердой настолько, что ее можно было резать. Состав каши значения не имел — в нее зачастую шло все, что имелось в доме. Бедняки ели овсянку, богачи — кашу из пшеничной муки, молока и меда. Такое положение дел сохранялось до тех пор, пока в Европе не был разведен картофель (17—18 век).
Похожим образом обстояли дела и с похлебками. На Руси говорили — «Щи да каша — пища наша». В котелок кидали все подряд (по крайней мере, рецептура допускала очень большие изменения). Супы вываривались до густоты, успешно заменяя собой первое и второе блюдо. Наиболее распространенными были молочный, луковый и травяной (петрушечный). Салаты были не очень популярны в силу их низкокалорийности. Обычно их делали из трав, корнеплодов и цветов.
За столом господ мясо сервировал резчик. Каждое животное разделывалось по-своему. Чем опытнее был резчик, тем быстрее он работал.
Если бы современный рыбак попал в средние века, то он захотел бы там остаться навсегда. Рыбы было много. Северная сельдь добывалась и коптилась в таких огромных количествах, что ее можно было купить даже на рынках Константинополя. В Темзе водились осетры, знать кушала лобстеров, а моллюски вполне могли стать закуской бедняка, живущего около моря. С удалением от берега доля морепродуктов на столе существенно уменьшалась. Среди речной рыбы особенно популярны были карп, лосось, форель, хариус, лещ, линь.
Домашняя скотина в те времена была мельче размером и давала гораздо меньше мяса, чем сегодня. Впрочем, после того как «черная смерть» выкосила половину Европы, мясо стало более доступным. Этому способствовали высвободившиеся рабочие места и превращение заброшенных полей в пастбища.
Изобилие дичи в лесах (от зайцев до диких быков, истребленных лишь к 17 веку) вовсе не предполагало ее изобилие на столах. Феодалы ограничивали бедняков в охоте, да и сами они баловались жареными кабанами далеко не так часто, как это можно представить из красочных описаний пиров.
Языки фламинго, верблюжьи пятки, мясо свиньи, откормленной сушеными фигами и утопленной в медовом вине, молоки мурен, мозги павлинов, гребни живых петухов, пироги, из которых вылетали живые птицы и выпрыгивали карлики с цветами… Подобные блюда остались во временах Римской империи. На средневековых пирах могло подаваться нечто похожее (например, лебеди в оперении, или жареные петухи, одетые в миниатюрные рыцарские доспехи и посаженные на поросят), однако это было не едой, а пусканием пыли в глаза гостям. Обычно же к столу подавали кур, гусей и коз. При этом следует иметь в виду, что жареные цапли, дрофы, дрозды и чибисы экзотикой не считались.
Говядина была жесткой и невкусной (коровы — ценный источник молока, забивались лишь в старости). Гораздо проще было разводить овец, коз и свиней (последние питались чем ни попадя и по комплекции мало чем отличались от диких). Скотину выращивали до зимы, а осенью отправляли на убой. Главнейшим видом приготовления мяса была жарка. Зачастую жареное мясо доваривали в бульоне.
Сад с фонтаном. Судя по всему, здесь выращивали цветы, груши и разводили пчел.
Если вспомнить об уровне развития стоматологии того времени, то можно понять, с какими проблемами сталкивались повара. Их кариозные клиенты попросту не могли жевать мясо. Из положения выходили просто — измельчали мясо, набивали им шкуру, и показательно жарили это «чучело» на глазах у беззубых гурманов. Иногда мясное пюре загущалось мукой, после чего из него вылеплялись «утки», «барашки» и прочая живность.
Молоко (в основном коровье, так как коз содержать было хлопотнее, их разводили на мясо) и молочные продукты назывались «белым мясом», они с лихвой компенсировали бедную животными белками диету. При всей дешевизне молока сливки, творог, масло и мягкий сыр обычно были лакомствами знати. Сыр бедняков получался таким твердым, что его приходилось размачивать или разбивать молотком. Из молока делали различные «коктейли»: створоженный поссет (горячее молоко, пряности, вино), кодл (молоко, яйца, вино или пиво), а также хорошо известные сегодня чизкейки, подаваемые к мясу.
Ведущее место в меню того времени занимали овощи: капуста, морковь (обычно зеленовато-желтая, поскольку привычная нам оранжевая появилась лишь в 17 веке), свекла, лук, чеснок. Помидоров в Европе не было, а когда их привезли из Америки, они долгое время считались ядовитой разновидностью яблок. Также бытовало мнение, что сырые овощи вызывают лихорадку, поэтому их, как правило, варили.
С фруктами в средневековье дела обстояли плохо. На севере ассортимент ограничивался яблоками, грушами, сливами и земляникой. На юге были известны лимоны, горькие апельсины (называемые «севильскими» по месту их произрастания, сладкие же появились гораздо позже), гранаты и виноград. Они, равно как и импортные яства — инжир, финики, чернослив, — были доступны лишь немногим.
Подобный «клокпанк» был, скорее, исключением из правил. Обычно жаркое поворачивали вручную.
Мед, получаемый из тростника, — иначе говоря, сахар — был необыкновенно дорог. Чаще всего он поставлялся с Востока в нерафинированном виде — крупными бурыми «головами». Вначале сахар считался лекарством, затем — «специей» и добавлялся к самым неожиданным блюдам — например, к ракам.
Соль и перец были гораздо более популярными приправами. Первая добывалась в Европе с древнейших времен, второй завозился такими огромными партиями, что был сравнительно доступен (например, шафран продавался гораздо дороже). Соль добавляли в блюда щедро — настолько, что по современным меркам некоторые считались бы пересоленными. Использовались и другие приправы — гвоздика, имбирь, корица, анис, мускатный орех. Мнение о том, что средневековые повара щедро перчили блюда, чтобы замаскировать их несвежесть, ошибочно. Дешевле было найти свежие продукты, чем расходовать ценные специи. Избыточное количество последних было призвано свидетельствовать о достатке хозяина.
Среди всех напитков наибольшее предпочтение отдавалось не воде (чистота которой была сомнительна), а алкоголю — более питательному и «полезному». Жители Средиземноморья активно налегали на вино, которое было принято сильно разбавлять водой. Дешевое вино второго или третьего отжима имело настолько паршивый вкус, что в него часто добавляли специи. Северяне уважали пиво (эль), производимое без хмеля, менее «пьяное» и более мутное по сравнению с современным. Также в почете были соки, в том числе забродившие (яблочный сидр) и мед — особенно у славян. Свежее молоко пили только больные и дети, к тому же хранилось оно очень недолго.
В отношении средневековых застольных манер есть множество заблуждений. Да, простолюдины могли вести себя «по-свински», однако у знати существовал сложный этикет. Перед взятием еды из общей тарелки запрещалось засовывать пальцы в уши, вытирать их об голову, чесать срамные части тела. Ногти должны быть чистыми. Запрещалось залезать руками глубоко в блюдо, пить с набитым ртом из общего кубка, ковырять в зубах ножом, шумно глотать, вытирать губы скатертью, дуть на горячую пищу, рвать мясо зубами или пальцами, оставлять столовые приборы грязными.
Средневековые повара охотно и часто использовали пищевые красители. Луковая шелуха давала коричневый цвет, свекла — красный, яичный желток или шафран — желтый, петрушка — зеленый, перетертая гвоздика — черный. Недобросовестные пекари продавали ржаной хлеб под видом более дорогого белого, осветляя его с помощью мела, извести или даже хлора (последний, наряду с зеленым красителем — уксусно-медной солью — часто становился причиной смертельных отравлений). Вместо изюма иногда добавлялись мухи. В Швейцарии таких «кулинаров» вешали в клетке над ямой с навозом. Вылезти было можно — но только вниз, в самое оно.
Мы не приводим рецептов средневековых блюд, ведь воссоздать их вкус практически невозможно. Специи упаковывались негерметично и транспортировались так долго что меняли свой аромат. В говядину впору было забивать гвозди, цыплята годились разве что на декорации к фильму «Кладбище домашних животных», а свиньи были тощими, хитрыми и злыми.
Тем не менее, экстравагантные пиры, закатываемые богачами, двигали кулинарию вперед. В позднее средневековье соусы уже не напоминали оконную замазку. Блюда перестали перегружать специями, они сделались легкими и изысканными, а десерты — разнообразными. Мореплаватели привезли картофель, какао, ваниль, острый перец, маис…