Как ученые связывают свет в воздухе, чтобы отправлять сообщения сквозь хаос

Свет может завязывать узлы — в буквальном смысле. Инженеры из Университета Дьюка сумели манипулировать лазерными лучами, чтобы формировать сложные трехмерные узоры, называемые оптическими узлами, используя специально разработанную оптику.

Эти скрученные лучи могли бы когда-нибудь переносить информацию или измерять турбулентность воздуха, но исследователи обнаружили, что реальные условия, такие как турбулентность воздуха, могут искажать их больше, чем ожидалось. Чтобы бороться с этим, они изменили форму узла, сделав его более устойчивым, открыв новые пути для использования света неожиданными способами.

Лучи света тоже могут завязывать узлы

Узлы обычно образуются путем скручивания длинных гибких материалов, таких как шнурки или веревки, что делает идею завязывания узла в луче света невозможной.

Но исследователи нашли способ сделать именно это.

Представьте себе, что вы бросаете в пруд сразу несколько камней. Рябь расходится и в конечном итоге сталкивается, создавая сложную интерференционную картину. Теперь представьте, что вы можете точно контролировать скорость и форму каждой ряби. При тщательной координации вы можете создавать сложные трехмерные узоры прямо там, где волны пересекаются.

Ученые применяют этот же принцип к свету. Накладывая друг на друга несколько лазерных лучей — каждый из которых тщательно настроен и сформирован — и направляя их через ряд линз, они могут генерировать интерференционные узоры, которые создают стабильную трехмерную структуру, известную как оптический узел. Эти узоры напоминают тонкие паутины или кольца дыма, подвешенные в пространстве

Голографическая полоса разделяет свет, чтобы плести узлы

В недавней работе, опубликованной в Nature Communications and Photonics Research , инженеры из Университета Дьюка развили эту концепцию дальше. 

Они разработали голографический элемент, который разделяет один лазерный луч на пять лучей индивидуальной формы, которые затем формируют строго контролируемый оптический узел. 

Эту технику можно будет однажды использовать для кодирования информации или измерения турбулентности в воздухе, что откроет новые возможности для коммуникации и экологического зондирования.

«Прежде чем мы сможем использовать оптические узлы для каких-либо целей, нам нужно по-настоящему изучить их и понять, как они себя ведут».

Наталья Личиницер Профессор кафедры электротехники и вычислительной техники

Так ли стабильны оптические узлы, как мы думали?

Команда смогла показать, что информация, заложенная в этих оптических узлах, может выдержать воздействие составляющих ее лазеров, проходящих через турбулентный воздух, но не так легко, как первоначально полагали ученые.

«Люди думали, что поскольку эти формы являются математически стабильными объектами, они должны передаваться через сложные среды без каких-либо осложнений», — сказала Наталия 

Личиницер, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Дьюка. «Как оказалось, они не гарантированно стабильны, но мы можем сделать их более стабильными».Испытания в настольной турбулентной камере

Чтобы получить этот результат, исследователям пришлось по сути использовать небольшую конвекционную печь. 

Хотя можно имитировать лазер, проходящий через турбулентность, с помощью волоконно-оптических устройств, команда хотела воспроизвести реальную вещь на большом расстоянии. 

Но в то время как их коллеги в Южной Африке имеют установку, охватывающую два отдельных здания, команда Дьюка была отнесена к одному столу размером со столовую.

«Мы использовали небольшое устройство размером с тостер с горячей плитой внизу и вентиляторами для создания турбулентности воздуха», — объяснил Данило Гомеш Пирес, ученый-постдокторант, работающий в лаборатории Личинитсера. 

«Затем мы уменьшили световой луч и отразили его от нескольких зеркал, чтобы имитировать его прохождение почти 1000 футов».Разрыв узла: что происходит в турбулентном воздухе

Если бы лазерные лучи не были возмущены своим путешествием, то полученный узел должен был бы выглядеть как одна непрерывная, текучая струна с тремя петлями. 

Но вместо этого исследователи обнаружили, что по мере того, как турбулентность становилась более интенсивной, узел с большей вероятностью распадался на два взаимосвязанных кольца или даже на одно кольцо, теряя всю содержащуюся в нем информацию.

Но они также обнаружили, что эта деградация не была неизбежной, и что они могли сделать узел стабильным дольше. Добавляя больше завитушек к его в остальном гладким особенностям — например, создавая сложную крутящуюся и поворачивающую водную горку вместо простого извилистого аттракциона — они создали больше контрольных точек для измерения в заданной плоскости.

Большой потенциал для крошечных узлов

Хотя завязывание оптических узлов все еще является технологией, находящейся в зачаточном состоянии (они были открыты всего около двух десятилетий назад), у нее есть несколько потенциальных применений.

 Информация может быть закодирована в их формах и передана на большие расстояния. Измерение того, насколько узел нарушается при его перемещении, также может привести к способам измерения количества турбулентности, через которую он прошел. Исследователи также полагают, что сложность полученных узлов может быть использована для захвата и манипулирования крошечными частицами в трехмерном пространстве.

«Прежде чем мы сможем использовать оптические узлы для любого вида применения, мы должны действительно изучить их и понять, как они себя ведут», — сказал Личиницер. «Наша первая демонстрация распространения через реальную турбулентность, поэтому отсюда мы можем сделать следующий шаг и масштабировать его, чтобы продолжить изучение того, как они работают в свободном пространстве».

https://scitechdaily.com/how-scientists-are-tying-light-in-midair-to-send-messages-through-chaos/

PRIME TARGET — РАЗБИРАЕМ СЕРИАЛ «ОПАСНЫЕ ЧИСЛА» ВМЕСТЕ С КРИПТОГРАФАМИ

PRIME TARGET — РАЗБИРАЕМ СЕРИАЛ «ОПАСНЫЕ ЧИСЛА» ВМЕСТЕ С КРИПТОГРАФАМИ

Теме криптографии посвящён сериал Prime Target (в русской локализации называется «Опасные числа»). Он включает в себя множество математических и криптографических отсылок, которые обогащают его сюжет и подчёркивают интеллектуальные вызовы, стоящие перед героями. В этой статье вместе с настоящими криптографами мы разберём, какие атрибуты были использованы в сериале, и что из них похоже на правду.

  — Коллеги, пожалуйста, представьтесь нашим читателям.— Иван Чижов, заместитель руководителя лаборатории криптографии по научной работе компании «Криптонит».

— Илья Герасимов. Я аспирант кафедры информационной безопасности ВМК МГУ и работаю специалистом-исследователем в лаборатории криптографии «Криптонита».

  — Интересно! Главный герой сериала — тоже аспирант.

— И тоже математик, но на этом наше сходство заканчивается [смеётся]. Скажем так, область научных интересов у него другая. Я занимаюсь криптографией на эллиптических кривых, а главный герой сериала ищет закономерности в числовых рядах.

  — В этом есть какой-то смысл?

— Да. Этим занимается теория чисел. Математика отражает законы природы и выявляет закономерности. Например, у главного героя на стене висит вырезка из газеты с фотографией раковины моллюска и заголовком «Primes of the Past».

➤ — И что это значит?

— Дословно: «простые числа прошлого», или даже «древности». Раковина моллюска Nautilus имеет структуру, которая описывается спиралью Фибоначчи. Однако отсылка к простым числам здесь не совсем верная. Это геометрический пример другой числовой последовательности, в которой каждый следующий член равен сумме двух предыдущих.

➤ — Какие ещё наглядные примеры есть в сериале?

— Пожалуй, самый любопытный — узор из спиралей. Он есть в заставке, а потом встречается в виде рисунка на доске у главного героя. Это схема расположения семян подсолнечника и отсылка к одной из последних работ Алана Тьюринга по математическим основам морфогенеза растений. Семена расположены по спиралям, которые снова дают последовательность Фибоначчи. Подробнее об этом расскажет Иван Чижов.

 — [Иван] Семена располагаются на спиралях, завернутых вправо и влево. Если подсчитать число спиралей, которые закручиваются влево и вправо, а потом поделить одно число на другое, то получится 1,617647... Это «золотое сечение». Очень известное отношение в природе и искусстве. Здесь «золотое сечение» обеспечивает наиболее равномерное распределение семян в корзинке за счёт лучшего его приближения рациональными числами и максимизации числа спиралей небольшого ранга, вдоль которых упорядочены семена.

➤ — Во время лекции мы видим доску, исписанную формулами. Они в фильме для антуража, или это что-то осмысленное?

— Это теорема о модулярности, которая использовалась для доказательства Великой теоремы Ферма. То есть, вполне осмысленная запись, которая действительно могла иметь отношение к лекции.

➤ — В кабинете профессора стоит доска поменьше, а на ней совсем непонятная запись.

— Это определение нормы, математического механизма, обобщающего такие понятия, как длина и модуль на произвольные векторные пространства. Оно тоже вполне корректное и уместное по сюжету. Однако в нём не хватает пункта про однородность нормы: норма вектора, умноженного на число, равна норме самого вектора, умноженного на модуль числа.

➤ — Что вы скажете о сцене со скатертью, на которой главный герой что-то увлечённо пишет?

— Нам специально показывают лишь кусочки записи, оставляя другие вне зоны резкости. Скорее всего, там подразумевалось доказательство теоремы Вильсона, так как расписывается критерий простоты через факториал (n-1)!.

➤ — Вы заметили ещё какие-то нестыковки?

— Я отношусь к сериалу как к художественному произведению и не стремлюсь обнаружить несоответствия, но кое-что всё-таки бросается в глаза. Например, следующая сцена, в которой профессор переписывает со скатерти в тетрадь. Первое сравнение там и есть теорема Вильсона, а второе является тавтологией: натуральное число всегда делится на само себя без остатка. Также не к месту упоминание простых чисел близнецов: доказательство теоремы Вильсона является строгим и не требует гипотезы о числах близнецах.

➤ — В чём особенность простых чисел и какова их роль в криптографии?

— В соответствии с основной теоремой арифметики, каждое натуральное число имеет единственное разложение на простые числа. В результате простые числа являются основой арифметики, они позволяют раскладывать (факторизовывать) числа. Многие механизмы криптографии опираются на задачи, сложность которых может быть сильно уменьшена в случае, если для простых чисел будет получена формула их быстрого вычисления. К ним относят задачу факторизации, дискретного логарифмирования в мультипликативной группе по модулю и другие задачи, которые можно свести к решению упомянутых.

➤ — Могут ли существовать какие-то скрытые закономерности у простых чисел?

— Да, могут. Их поиск лежит в области теории чисел. Например, согласно гипотезе Римана можно уточнить строение функции распределения простых чисел. Однако эта гипотеза ещё не доказана.

— По словам сценаристов обнаружение неизвестной закономерности в простых числах «положит конец криптографии» и «откроет доступ ко всем компьютерам мира». Неужели так и есть?

— Нет, конечно. Это гипербола для драматизма. Если мы научимся эффективно вычислять простые числа, мы сможем понизить стойкость определённых задач, лежащих в основе конкретных алгоритмов шифрования (например, RSA). Однако существуют принципиально иные алгоритмы, которые базируются на доказуемой сложности математических задач других классов. Например, наша лаборатория занимается криптографическим анализом и построением постквантовых алгоритмов шифрования и электронной подписи. Их стойкость не пострадает при открытии гипотетически возможных закономерностей в простых числах.

➤ — Илья, что вы думаете о сериале Prime Target в целом?

— Думаю, в нём хотели показать доказанные теоремы из теории чисел и сделать предположение, что задача факторизации имеет эффективное решение. В этом есть здравый смысл. Решение задачи факторизации действительно позволяет нарушить стойкость некоторых криптографических механизмов. Самым ярким примером является RSA. Соответственно если будет построен эффективный алгоритм факторизации, то всё, что было зашифровано с помощью RSA, можно будет дешифровать (провести атаку вида «сохранить сейчас, дешифровать потом»). Однако это не запрещает использовать другие криптографические механизмы, не опирающиеся на задачу факторизации.

— Иван, а вы как считаете? — Стойкость всех криптографических алгоритмов базируется на вычислительной сложности той или иной математической задачи. На сегодня нет эффективного алгоритма факторизации за исключением алгоритма Шора. При этом он требует достаточно мощного квантового компьютера, который пока не создан. Однако математика и физика развиваются. Возможно, какие-то отдельные подклассы задач в будущем удастся решать быстрее. Соответственно, потребуются принципиально другие криптографические алгоритмы, которые останутся стойкими даже после появления квантового компьютера. Мы как раз изучаем такие алгоритмы, работаем на упреждение.

➤ — Коллеги, насколько точно в сериале используют формулы и другие математические атрибуты?

— [Илья] С одной стороны, в нём пытаются изобразить некоторые вещи реалистично. Видно, что их консультировал математик. С другой стороны, буквально в следующей сцене могут показать что-то общеизвестное и не оптимизирующее поставленную перед героями задачу просто ради антуража.— [Иван] Всё так, однако это и не документальный фильм. Если сериал показал вам красоту математики и заинтересовал криптографией, значит, вы не зря его смотрели!

Источник: Хабр

https://m.vk.com/wall-144877773_114109

Голливудские студии перенаправили монетизацию фейковых трейлеров на YouTube себе в карман

 Крупные голливудские студии, включая Warner Bros. Discovery, Paramount и Sony Pictures, приняли решение не пресекать распространение видеороликов, созданных с помощью генеративного ИИ и опубликованных на YouTube, несмотря на наличие признаков нарушения авторских прав. Вместо подачи жалоб на удаление такого контента студии потребовали от видеохостинга перенаправить рекламную выручку с этих видео в свою пользу, фактически узаконив присутствие несанкционированного контента на площадке.

Гильдия киноактеров и Американская федерация артистов телевидения и радио (SAG-AFTRA) осудила действия студий, подчеркнув, что видео используют цифровые образы актёров без их согласия. Это происходит на фоне усилий гильдии, добивающейся включения положений об использовании ИИ в договоры. Видео представляют собой пример эксплуатации внешности и голоса актёров без правового основания, что нарушает как этические нормы, так и интересы членов объединения.

Контент YouTube-каналов Screen Culture и KH Studio включает фальшивые трейлеры, которые имитируют анонсы новых фильмов или продолжений популярных франшиз. Screen Culture насчитывает 1,4 млн подписчиков и около 1,4 млрд просмотров. KH Studio имеет 683 тысячи подписчиков и более 560 млн просмотров. Видеоролики строятся по типовой схеме: монтаж реальных фрагментов из существующих фильмов и сериалов дополняется кадрами, сгенерированными ИИ. Некоторые видео создаются на основе реальных фильмов, чьи официальные трейлеры уже доступны, например «Супермен» (Superman) и «Мир Юрского периода: Возрождение» (Jurassic World: Rebirth), тогда как другие полностью вымышлены.

Через два дня после публикации расследования изданием Deadline, YouTube прекратил монетизацию обоих каналов. Согласно официальной позиции платформы, упомянутые YouTube-каналы были удалены из партнёрской программы за нарушение политики монетизации. Правила YouTube запрещают создавать дублирующий или повторяющийся контент, а также видео, сделанные исключительно ради получения просмотров. Авторы обязаны вносить значительные изменения в заимствованные материалы и избегать публикации контента, способного ввести зрителя в заблуждение.

Согласно политике YouTube в отношении дезинформации, авторам запрещено публиковать видео, которые могут быть восприняты как официальные, если они таковыми не являются. В случае с этими YouTube-каналами, поддельные трейлеры были оформлены таким образом, что зрители могли принять их за реальную продукцию киностудий. Оба канала могут обжаловать приостановку рекламных отчислений. После блокировки партнёрской программы KH Studio изменил заголовки последних трёх видео, указав в них термин «concept trailer» вместо ранее использовавшегося «first trailer».

В своём заявлении SAG-AFTRA сообщила, что рассчитывает на активные действия со стороны студий по защите прав своих участников. Организация подчеркнула, что монетизация несанкционированного, нежелательного и низкокачественного использования интеллектуальной собственности подрывает индустрию. По мнению гильдии, подобная практика стимулирует краткосрочные интересы технологических компаний в ущерб системной защите результатов человеческого труда.

https://3dnews.ru/1120568/kruptnye-gollivudskie-studi..

В Швеции попугай сбежал из дома, забрался на дерево и начал всех посылать матом

 В среду вечером Спасательной службе Гётеборга пришлось спасать попугая, забравшегося высоко на дерево. Однако птица не была особенно благодарна и выкрикивала ругательства в адрес пожарных. В конце концов хозяину удалось заманить попугая пачкой сигарет.

В Спасательную службу Гётеборга пришло сообщение о попугае, попавшем в беду. Он сидел на самой высокой ветке и не решался пошевелиться или улететь. Прибывшие на место происшествия спасатели начали спасательную операцию.

Один их пожарных попытался добраться на подъёмнике к птице, но красочный попугай, похоже, не был особенно благодарен своим спасителям и кричал им «fuck you».

Несмотря на наглость терпящей бедствие птицы, спасатели попытались её поймать. Но всё было тщетно.

Ближе к вечеру спасатели узнали от хозяина попугая, который также находился на месте происшествия, что попугаи боятся темноты, и поэтому попугай не проявлял особого желания ни двигаться, ни спускаться с дерева. Но у хозяина птицы был туз в рукаве: пачка сигарет, с помощью которой птицу удалось привлечь и поймать.

Несмотря на то, что попугай грязно ругался, по словам спасателей, он всё равно был обаятельным и безобидным. Однако был немного зол на своего хозяина, которого несколько раз укусил.

За исключением случайных укусов и нескольких оскорблений, в результате инцидента ни один человек или птица не пострадали.

Создан гибридный материал из бислоя висмута и магнитной подложки, который может изменить электронику

 Российские ученые совместно с коллегами из Международного физического центра Доностии (DIPC) совершили значительный прорыв в области материалов с топологическими свойствами. Им удалось создать новый гибридный материал на основе бислоя висмута и семейства материалов MnBi₂Te₄, который обладает уникальными электронными и магнитными свойствами.

Результаты исследования открывают новые перспективы для создания электронных устройств нового поколения. Работа опубликована в журнале Materials Today Advances.

«Мы создали новый материал, в котором свойства бислоя висмута и магнитной подложки взаимодействуют особым образом. Это позволяет тонко настраивать электронные свойства материала и создавать новые квантовые состояния», — говорит Александр Фролов, заведующий лаборатории фотоэлектронной спектроскопии квантовых функциональных материалов Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.

Топологические изоляторы — это материалы, которые ведут себя как изоляторы внутри, но проводят электрический ток по поверхности. Сверхтонкие пленки висмута представляют собой один из наиболее перспективных 2D топологических материалов. Однако добавление к нему магнитных свойств подложки из MnBi₂Te₄ продемонстрировало уникальные эффекты. Подложка, в свою очередь, является магнитным топологическим изолятором. Такие гетероструктуры открывают новые возможности для создания квантовых устройств. Например, они могут послужить основой для создания стабильных и эффективных кубитов, спинтронных устройств.

Соединения на основе MnBi₂Te₄ являются объектом пристального внимания исследователей в области топологических материалов. В настоящей работе международный коллектив ученых исследовал гетероструктуры на основе бислоя висмута и соединений MnBi₂Te₄. Применение фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением позволило детально изучить электронную структуру полученных образцов и раскрыть новые аспекты взаимодействия между бислоем висмута и топологическим изолятором в качестве подложки.

Одним из ключевых результатов работы стало обнаружение новых электронных состояний на границе раздела между бислоем висмута и магнитной подложкой. В частности, ученые смогли предсказать состояния с высоким числом Черна. Это значит, что ученые могут получить волновую функцию, описывающую топологический изолятор.

Исследование является важным шагом в развитии области топологических материалов. Полученные результаты могут привести к созданию новых устройств с высокой энергоэффективностью и устойчивостью к внешним воздействиям.

Работа выполнена большим коллективом ученых из Международного физического центра Доностии (DIPC, Испания), Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, Хиросимского университета (Япония), Института катализа имени Г. К. Борескова, СО РАН, Института геологии и минералогии имени С. Л. Соболева СО РАН, МГУ им. М. В. Ломоносова, Центра передовых лазерных технологий Института физики (Хорватия), ELETTRA (Италия), ALBA (Испания), Университета Страны Басков (Испания), Новосибирского государственного университета и Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.

Исследование OpenAI: наказания ИИ не работают — он начинает обманывать еще больше

 Искусственный интеллект связан со многими проблемами — галлюцинации, обман и непредсказуемое поведение. Новое исследование OpenAI показало, что самые продвинутые «рассуждающие» модели способны находить лазейки в системе вознаграждений и скрывать свои истинные намерения. Хотя у ученых есть доступ к их «цепочке мыслей», напрямую контролировать модели все равно не получится — ИИ быстро учится «заметать следы». А наказания работают лишь короткое время, после чего модель возвращается к «плохому поведению».

В отличие от традиционных моделей, «рассуждающий» ИИ тратит больше времени на анализ запросов, что позволяет ему выдавать более обдуманные и точные ответы. В качестве бонуса — исследователи получают возможность отслеживать «цепочку мыслей» (CoT) модели.

Обучение с подкреплением, когда ИИ вознаграждается за правильные ответы, подвержено риску «взлома вознаграждения». Модели могут манипулировать системой и нарушать правила, чтобы получить награду. Исследователи OpenAI проанализировали «цепочку мыслей» своей неопубликованной модели, чтобы выявить лазейки и понять поведение ИИ.

Оказалось, что попытки оптимизировать цепочку рассуждений, то есть напрямую запретить обход инструкций, дают лишь кратковременный эффект. При строгом контроле «рассуждений» ИИ-системы не отказываются от нежелательных действий, а просто учатся скрывать их, чтобы получить вознаграждение. Это делает процесс мониторинга ненадежным — модели старательно «заметают следы», оставляя исследователей в неведении.

Для наблюдения за моделью при выполнении задач по программированию использовалась коммерческая версия GPT-4o. Подопытная модель сознательно шла на обман — пропускала этапы решения и преждевременно завершала программы, чтобы быстрее получить вознаграждение.

Более того, в своей цепочке рассуждений она открыто призналась в «взломе системы вознаграждений». После попыток наказать модель, она исправилась ненадолго — следы попыток обойти систему и дать неверные ответы оставались в CoT. Это говорит о способности скрывать намерения от контролирующего ИИ.

Результаты заставляют задуматься, готов ли мир к появлению ИИ, сравнимого по уровню с человеком. Особенно если системы продолжат находить лазейки в правилах, а люди потеряют возможность их контролировать. Ученые предлагают вместо жестких запретов, которые провоцируют ИИ на обман, разрабатывать более гибкие методы управления. Например, научиться мягко корректировать ход мыслей ИИ, не заставляя его скрывать свои действия.

https://hightech.plus/2025/03/27/issledovanie-openai-..

УЧЁНЫЕ УТВЕРЖДАЮТ, ЧТО НАШЛИ ПЕРВОЕ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО, ПОДТВЕРЖДАЮЩЕЕ ТЕОРИЮ СТРУН

УЧЁНЫЕ УТВЕРЖДАЮТ, ЧТО НАШЛИ ПЕРВОЕ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО, ПОДТВЕРЖДАЮЩЕЕ ТЕОРИЮ СТРУН

Физики утверждают, что, возможно, нашли долгожданное объяснение тёмной энергии — таинственной силы, которая движет ускоренным расширением Вселенной, — так говорится в новом исследовании, препринт которого был опубликован недавно.

Их расчёты показывают, что на самых малых масштабах пространство-время ведёт себя глубоко квантовым образом, резко отличаясь от гладкой, непрерывной структуры, которую мы наблюдаем в повседневной жизни. Согласно их выводам, координаты пространства-времени не «коммутируют» — это означает, что порядок их появления в уравнениях влияет на результат. Это похоже на то, как ведут себя положение и скорость частицы в квантовой механике.

Одним из самых поразительных последствий такого квантового пространства-времени, предсказанного теорией струн, является то, что оно естественным образом приводит к космическому расширению. Более того, исследователи обнаружили, что скорость, с которой это ускорение уменьшается с течением времени, удивительно хорошо согласуется с последними наблюдениями, полученными с помощью спектроскопического прибора тёмной энергии (DESI).

«Если посмотреть на результат DESI через призму нашей работы, то можно считать его первым наблюдательным свидетельством, подтверждающим теорию струн, и, возможно, первым наблюдаемым следствием теории струн и квантовой гравитации», — сказал Live Science по электронной почте соавтор исследования Майкл Кавич, профессор университета SUNY Old Westbury.

➤ Тайна расширения Вселенной

В 1998 году две независимые группы — проект «Космология сверхновых» и группа поиска сверхновых High-Z — обнаружили, что расширение Вселенной не замедляется, как считалось ранее, а наоборот, ускоряется. К такому выводу они пришли, изучая далёкие сверхновые, которые оказались тусклее, чем ожидалось. Это ускорение предполагало наличие таинственной сущности, пронизывающей пространство, которую позже окрестили тёмной энергией.

Однако происхождение тёмной энергии до сих пор остаётся неуловимым. Согласно популярной гипотезе, она возникает из-за квантовых флуктуаций в вакууме, аналогичных тем, что наблюдаются в электромагнитном поле. Однако, когда физики попытались рассчитать скорость расширения на основе этой идеи, они получили значение, которое было на 120 порядков больше наблюдаемого, что является ошеломляющим расхождением.

Недавние наблюдения DESI ещё больше усложнили картину. Согласно Стандартной модели элементарных частиц, если бы тёмная энергия была просто энергией вакуума, её плотность должна была бы оставаться постоянной с течением времени. Однако данные DESI показывают, что скорость ускорения не постоянна, а уменьшается со временем — то, что Стандартная модель не предсказывает.

➤ Разгадка тайны с помощью теории струн

Чтобы разобраться с этими несоответствиями, исследователи обратились к теории струн — одному из ведущих кандидатов на создание квантовой теории гравитации. В отличие от Стандартной модели, в которой элементарные частицы рассматриваются как точечные, теория струн предполагает, что на самом деле они представляют собой крошечные, вибрирующие, одномерные объекты, называемые струнами. Эти струны, в зависимости от их режимов вибрации, порождают различные частицы — в том числе гравитон, гипотетический квантовый носитель гравитации.

В новой работе, которая была опубликована в базе данных препринтов arXiv, но не прошла рецензирование, физики Сунхенг Хур, Джордже Минич, Тацу Такеучи (Virginia Tech), Вишну Джеджала (University of the Witwatersrand) и Майкл Кавич применили теорию струн для анализа пространства-времени на квантовом уровне.

Заменив описание частиц в Стандартной модели на основы теории струн, исследователи обнаружили, что пространство-время само по себе является квантовым и некоммутативным, то есть порядок появления координат в уравнениях имеет значение.

Этот радикальный отход от классической физики позволил им вывести свойства тёмной энергии не просто из экспериментальных данных, а непосредственно из фундаментальной физической теории. Их модель не только дала плотность тёмной энергии, близко соответствующую данным наблюдений, но и правильно предсказала, что эта энергия должна уменьшаться со временем, что согласуется с выводами DESI.

Один из самых поразительных аспектов их результатов заключается в том, что величина тёмной энергии зависит от двух совершенно разных масштабов длины: длины Планка, фундаментального масштаба квантовой гравитации, который составляет около 10^-33 сантиметров, и размера Вселенной, который составляет миллиарды световых лет. Такая связь между самыми маленькими и самыми большими масштабами космоса весьма необычна для физики и позволяет предположить, что тёмная энергия глубоко связана с квантовой природой самого пространства-времени.

«Это намекает на более глубокую связь между квантовой гравитацией и динамическими свойствами природы, которые считались постоянными», — говорит Кавич. «Может оказаться, что фундаментальное заблуждение, к которому мы привыкли, заключается в том, что основные определяющие свойства нашей Вселенной статичны, в то время как на самом деле это не так».

➤ Экспериментальные проверки и будущие перспективы

Хотя предложенное командой объяснение ускоренного расширения Вселенной является значительным теоретическим прорывом, для подтверждения их модели необходимы независимые экспериментальные проверки. Исследователи предложили конкретные способы проверки своих идей.

Одна из линий доказательств «включает в себя обнаружение сложных квантовых интерференционных паттернов, что невозможно в стандартной квантовой физике, но должно происходить в квантовой гравитации», — добавил Минич.

Интерференция возникает, когда волны, например световые или волны материи, накладываются друг на друга и либо усиливают, либо отменяют друг друга, создавая характерные картины. В обычной квантовой механике интерференция подчиняется хорошо понятным правилам и обычно включает в себя два или более возможных квантовых путей. Однако интерференция более высокого порядка, предсказываемая некоторыми моделями квантовой гравитации, предполагает более сложные взаимодействия, выходящие за рамки этих стандартных закономерностей. Обнаружение таких эффектов в лаборатории стало бы подтверждением верности теории квантовой гравитации.

«Это настольные эксперименты, которые получится провести в ближайшем будущем — в течение трёх-четырёх лет».

«Наш подход к квантовой гравитации имеет множество последствий», — сказал Джордже Минич, физик из Вирджинского технологического института и соавтор работы, в своём электронном письме. Одна из линий доказательств «включает обнаружение сложных квантовых интерференционных паттернов, что невозможно в стандартной квантовой физике, но должно происходить в квантовой гравитации», — добавил Минич.

Тем временем исследователи не ждут экспериментальных подтверждений. Они продолжают совершенствовать своё понимание квантового пространства-времени, а также изучают дополнительные возможности для проверки своей теории.

Если их выводы подтвердятся, это станет большим прорывом не только в объяснении тёмной энергии, но и первым ощутимым доказательством теории струн — цели, которую давно стремятся достичь в фундаментальной физике.

Источник: Хабр

АСТРОФИЗИКИ ИДЕНТИФИЦИРОВАЛИ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ОБЪЕКТЫ С ПОМОЩЬЮ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ 🌠

 Алгоритм спектральной кластеризации определил направление спина на 50 процентов точнее, чем классический метод.

Физики предложили способ маркировки парных гравитационных объектов с помощью контролируемого машинного обучения. Алгоритм спектральной кластеризации повысил точность на 50 процентов для определения спина и на 10 процентов для скорости вращения одного из компонентов. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.

Компактные объекты, которые изучает гравитационно-волновая астрономия, всегда идут парами: например, две черные дыры или черная дыра и нейтронная звезда. В то же время сигнал гравитационной волны содержит в себе информацию о двух элементах одновременно, поэтому ученым необходимо их как-то различать между собой. И, на первый взгляд, идентификация компонентов таких бинарных систем простая задача: обычно астрономы маркируют объекты согласно их массе — объект с наибольшей массой получает метку «1», а с наименьшей, соответственно, «2».

Однако если один из объектов обладает массой равной примерно десяти солнечным, второй — девяти, а погрешность измерений составляет две солнечных массы, то в таком случае различить составляющие невозможно. Тогда исследователи используют спин: тот объект, что вращается быстрее, становится «первым». Но и этот способ не стал для астрофизиков универсальным, поскольку спины также могут оказаться близкими по величине (тем более, что скорость вращения объекта заметно слабее влияет на форму гравитационной волны, чем масса).

Давиде Героса (Davide Gerosa) из Миланского университета Бикокка совместно с коллегами из Великобритании, Италии и США предложил использовать машинное обучение для более точной идентификации парных объектов, испускающих гравитационные волны. Обученная физиками модель на 50 процентов точнее определила направление оси вращения компонентов.

Ученые использовали алгоритм кластеризации, чтобы разделить данные, принадлежащие разным компонентам. В то же время авторы работы учли, что без внешнего контроля два объекта из одной и той же апостериорной выборки могут оказаться в одном кластере. Поэтому астрофизики добавили в сформулированную задачу кластеризации ограничения, сделав ее несвязной: при таком подходе человек осуществлял контроль за обучением модели, обладая некоторыми знаниями о целевой структуре, но не мог маркировать отдельные точки данных. В итоге исследователи реализовали алгоритм спектральной кластеризации, подобрав метод регуляризации на основе визуального анализа.

Для проверки модели физики использовали два синтетических сигнала с соотношением сигнал-шум около 45 единиц. Первый сигнал — гравитационная волна от слияния двух черных дыр с массами 40 и 39,5 солнечных масс и с отличными по величине и направлению спинами, а второй — от системы, состоящей из черной дыры и нейтронной звезды с массами 2,24 и 2,20 масс Солнца, соответственно. Также ученые задействовали реальные данные о 70 двойных черных дырах и 2 двойных нейтронных звездах, обнаруженных во время первых трех запусков LIGO/Virgo. В результате обученная модель увеличила точность идентификации объектов по скорости вращения примерно на 20 процентов, а по направлению — на 50 процентов.

Авторы исследования отметили, что в отличие от масс и спинов, эффективная приливная деформация объектов осталась инвариантной относительно смены меток при перемаркировке.

Источник: N+1

В СИСТЕМЕ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ РОБОСОБАКИ UNITREE GO1 НАШЛИ БЭКДОР ДЛЯ ВНЕШНЕГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ

 Исследователи из немецкого стартапа thinkAwesome GmbH обнаружили в робособаке Go1 китайской компании Unitree Robotics предустановленный и недокументированный бэкдор для удалённого доступа.

Он позволяет человеку с ключом API и стандартными учётными данными pi/123 удалённо управлять роботом и получать доступ к его камерам.

Unitree Go1 представили в 2021 году. Задача робота — выступать компаньоном. Go1 оснащён интеллектуальной системой следования за человеком и умеет обходить препятствия. Для этого в конструкции предусмотрено более 10 камер и датчиков.

Робособаки Go1 относительно дёшевы по сравнению с конкурентами, их цена начинается от $2500 за модель Air до $8500 за версию Edu для университетов и исследователей. При этом программная начинка роботов практически не отличается. SDK более дорогих моделей позволяет разработчикам получать доступ как к высокоуровневым, так и низкоуровневым командам.

Исследователи обнаружили, что робособаками управляет Raspberry Pi, и при старте он запускает несколько проприетарных сервисов, а также туннельный сервис CloudSail (Zhexi). Это сервис для удалённого доступа, разработанный компанией Zhexi Technology и ориентированный в первую очередь на китайский рынок. Он предназначен для обхода NAT и удалённого доступа к IoT-устройствам, промышленному оборудованию и другим сетевым системам. Таким образом, сервис может использоваться для установления соединения и эффективного обхода ограничений брандмауэра и NAT, даже если локальная сеть блокирует входящие соединения и не имеет проброса портов. Теоретически это позволяет вторгаться в частные сети.

Исследователи смогли получить API-ключ для сервиса CloudSail и обнаружить в общей сложности 1919 уязвимых устройств. При этом только два из них были активны на момент проведения анализа.

В итоге эксперты успешно получили удалённый доступ к собственной робособаке. 

«Большинство машин находятся в Китае, но, как и ожидалось, есть устройства и за пределами страны. Помимо нескольких IP-адресов в жилых домах, мы смогли выявить несколько IP-адресов, принадлежащих университетам и корпоративным сетям по всему миру», — отмечают они.

Исследователи обнаружили более десятка университетов из США, Канады, Германии, Новой Зеландии, Австралии и Японии, которые проводят эксперименты с Unitree Go1.

При этом они сомневаются, что бэкдор был создан намеренно. Скорее, присутствие CloudSail (Zhexi) говорит о плохой очистке кода и недостаточных проверках в Unitree.

«Мы настоятельно рекомендуем всем, у кого есть такой робот, навсегда отключить его от сети, а также изучить все доступные логи и убедиться, что сеть не была скомпрометирована. Любой человек, имеющий доступ к API‑ключу, может получить свободный доступ к любым роботам‑собакам в туннельной сети, удалённо управлять ими, использовать камеры, чтобы „видеть“ их глазами, или даже подключаться к RPI через SSH», — рекомендуют эксперты.

Отдельную угрозу представляет и то, что Unitree Go1 используются для поисково-спасательных и военных операций.

thinkAwesome GmbH не анализировал более новую модель робособаки Go2 и другие устройства производителя, но допускает, что подобные бэкдоры могут встречаться и там.

В декабре Unitree показала возможности робота-собаки B2-W с колёсами на лапах для более быстрого передвижения. Робот может прыгать, спускаться со склонов, перевозить грузы и передвигаться практически по любой поверхности.

Источник: Хабр

ФИЗИКИ СОЗДАЛИ «ГОРЯЧИЕ» СОСТОЯНИЯ КОТА ШРЕДИНГЕРА ⚛

 Квантовые суперпозиции больше не требуют температур, близких к абсолютному нулю. Ученые из Австрии впервые получили «горячие» состояния кота Шредингера при температурах, в десятки раз превышающих стандартные условия для подобных экспериментов.

Кот Шредингера — мысленный эксперимент, в котором квантовый объект одновременно находится в двух состояниях: фигурально он и жив, и мертв. В реальных опытах аналоги таких состояний создают в атомах, молекулах или электромагнитных резонаторах.

До сих пор для этого требовалось охлаждать систему почти до абсолютного нуля, чтобы минимизировать помехи. Однако многие системы — от наномеханических осцилляторов до частиц в ловушках — сложно охладить до таких температур. Новая научная работа, опубликованная в журнале Science Advances, показала, что квантовые явления возможны и без экстремального охлаждения.

Группа исследователей провела эксперимент с использованием сверхпроводящего кубита и микроволнового резонатора. Ученые создали «горячие» состояния кота Шредингера — квантовые суперпозиции смещенных тепловых состояний — при температуре резонатора до 1,8 кельвина. Это в 60 раз выше температуры окружающей среды в установке.

Квантовые суперпозиции смещенных тепловых состояний упрощенно можно сравнить с гитарной струной. Если ее нагреть, она начнет вибрировать случайным образом из-за тепловых колебаний — это тепловое состояние. Теперь допустим, струну резко дернули в двух противоположных направлениях одновременно. Она начнет колебаться влево и вправо в один момент — это квантовая суперпозиция.

Сверхпроводящий кубит в такой системе играл роль миниатюрного переключателя для управления микроволновым резонатором. Специальными импульсами физики «толкали» фотоны в резонаторе в два противоположных направления, создавая два смещенных состояния.

Для их генерации применили два протокола: echoed conditional displacement (ECD) и qcMAP. Оба метода ранее использовали для создания «холодных» котов Шредингера из основного состояния системы. В новом эксперименте протоколы адаптировали для работы с тепловыми состояниями.

Ключевым шагом стало разделение фоковских распределений (состояния с заданным числом фотонов) исходного теплового состояния и смещенного состояния с помощью управляющих импульсов. Это разделило тепловой «фон» и смещенные состояния, что критически важно для наблюдения интерференции. Без такого разделения тепловые фотоны «замылили» бы квантовые эффекты.

Измерения функции Вигнера — инструмента для визуализации квантовых состояний — подтвердили наличие интерференционных паттернов с отрицательными значениями. Это прямое доказательство квантовой суперпозиции. Даже при начальной чистоте состояния всего 6%, что соответствует 7,6 тепловому фотону в резонаторе, интерференция сохранялась.

Интересно, что протоколы ECD и qcMAP, которые для «холодных» состояний дают идентичные результаты, при работе с тепловыми состояниями сгенерировали разные интерференционные картины. Например, в случае ECD амплитуда колебаний уменьшалась с ростом температуры, а в qcMAP сохранялась дольше, несмотря на увеличение тепловых возбуждений.

Температура перестает быть препятствием, если в системе есть нужные взаимодействия. Раньше считалось, что квантовые эффекты «тонут» в тепловом шуме. Авторы новой работы показали, что даже в «шумной» системе можно выделить суперпозицию — как различить два голоса в кричащей толпе.

Это открывает путь к использованию квантовых эффектов в системах, где достижение основного состояния технически невозможно. Например, в наномеханических осцилляторах или левитирующих частицах.

Источник: Naked Science

Компания 1Х протестирует андроидов в сотнях домов в этом году

 Генеральный директор 1X Берн Бёрних честно признает, что Neo Gamma пока далек от серийного производства и автономной работы. Хотя робот использует ИИ для ходьбы и балансировки, выполнять движения полностью самостоятельно он не может. Для домашних испытаний компания будет использовать гибридный подход, при котором операторы удаленно контролируют Neo Gamma через его камеры и сенсоры и при необходимости берут управление конечностями робота на себя.

Домашние тесты помогут 1X собрать данные о работе Neo Gamma в реальных условиях. Это поможет в обучении ИИ-моделей и развитии навыков робота. Компания в основном самостоятельно обучает искусственный интеллект, но иногда сотрудничает с партнерами OpenAI и NVIDIA.

Сбор данных через камеры и микрофоны робота в домах пользователей закономерно вызывает опасения о приватности. В 1X заявили, что владельцы Neo Gamma смогут сами решать, когда разрешать сотрудникам доступ к данным — будь то для проверки работы системы или удалённого управления.

Neo Gamma представили в феврале. Робот получил усовершенствованную ИИ-модель и нейлоновый костюм для безопасного взаимодействия с людьми. Это отличает его от предыдущей модели Neo Beta.

На конференции GTC Neo Gamma выполнил базовые бытовые задачи: пылесосил, поливал растения и ходил по комнате, не натыкаясь на людей или мебель. Его действиями частично управлял оператор. Однако демонстрация прошла не идеально — в какой-то момент робот начал дрожать и упал в руки Бёрниха. В компании объяснили это помехами в Wi-Fi и низким зарядом батареи.

Хотя на сайте 1X уже открыт лист ожидания, конкретная стратегия вывода продукта на рынок остаётся неясной. Неизвестно, как Neo Gamma будет работать в домашних условиях без оператора. Даже если несколько сотен пользователей получат управляемую версию робота в этом году, до полностью автономных андроидов массового производства еще далеко. Figure, конкурент 1X, ранее тоже заявил о планах начать домашние испытания своих гуманоидных роботов в 2025 году.

https://hightech.plus/2025/03/24/kompaniya-1h-protest..

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ: ФАНТАЗИЯ ИЛИ СКОРОЕ БУДУЩЕЕ? 💡

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ: ФАНТАЗИЯ ИЛИ СКОРОЕ БУДУЩЕЕ? 💡

➤ Что это такое и зачем они нужны?

Квантовые компьютеры — это необычные устройства, которые строятся на принципах квантовой механики. Они отличаются от привычных нам компьютеров тем, что не работают с обычными битами (0 и 1), а с кубитами, которые обладают способностью "быть одновременно и там, и тут", благодаря суперпозиции. Это открывает перед такими компьютерами огромные возможности — задачи, которые классические компьютеры решали бы веками, квантовым под силу осилить за считанные минуты.

Но, увы, пока это чудо инженерной мысли все еще на уровне "подросткового возраста". Это не значит, что таких компьютеров не существует. Они вполне реальны. Например, в 2023 году IBM представила свой квантовый компьютер с 433 кубитами под названием Quantum Condor. Однако такие машины далеки от того, чтобы стоять у вас дома в рабочем кабинете.

➤ Персональные квантовые компьютеры: когда появятся?

Идея квантового компьютера для всех звучит захватывающе. Вы могли бы использовать его для обучения, игр, защиты информации и многого другого. Но на сегодняшний день такие устройства доступны только ученым в лабораториях (да и то, в специально охлаждаемых до почти абсолютного нуля комнатах).

Почему же это так сложно? Во-первых, кубиты отличаются крайней капризностью. Они теряют свои свойства при малейшем воздействии извне. Поддерживать их стабильность — все равно что держать кусочек льда в вулкане. Во-вторых, пока нет универсальных стандартов, которые упрощали бы программирование под квантовые компьютеры. Например, разные производители создают машины на совершенно разных физических принципах (ионные, сверхпроводящие, фотонные, и т.д.).

Так что, к сожалению, сделать квантовый компьютер "карманного" размера пока так же сложно, как объяснить коту дифференциальные уравнения.

➤ Почему все так помешаны на квантовых компьютерах?

Наука и технологии открывают перед квантовыми компьютерами неограниченные перспективы. Они обещают революцию в химии, биологии, медицине, финансах, искусственном интеллекте и других областях. Например, можно будет моделировать поведение сложных молекул, искать новые лекарства или разгадывать закодированные данные, которые сейчас считаются не поддающимися взлому.

Однако никто не говорит, что путь создания таких машин легок и прост. Придется решить множество проблем: справиться с шумом, ошибками, декогеренцией и создать алгоритмы, чтобы заставить эти компьютеры работать эффективно. Не зря ведущие умы, инженеры и программисты со всего мира бьются сейчас над этой задачей.

➤ Современные достижения

В последние годы мы наблюдаем настоящий квантовый рывок. Вот некоторые яркие моменты:

- В 2021 году Google заявил, что его 53-кубитный процессор Sycamore решил задачу, потребовавшую бы от суперкомпьютера десятки тысяч лет (но IBM посчитала, что хватило бы и двух дней).

- В 2023 году IBM увлек всех своим Quantum Condor с 433 кубитами и амбициозными планами довести число кубитов до миллиона к 2030 году.

- Microsoft, Intel, Amazon и другие тоже не дремлют, разрабатывая свои квантовые процессоры, облачные сервисы и языки программирования.

➤ Облака и квантовый доступ

Сегодня квантовый компьютер можно "пощупать", но только виртуально. Благодаря облачным технологиям компании вроде IBM и Google позволяют исследователям и разработчикам работать с квантовыми процессорами через интернет. Это как взять Ferrari на тест-драйв, но только на картинке. Такое решение снижает стоимость и делает квантовые технологии доступнее для экспериментов.

➤ Где уже используют квантовые компьютеры?

Квантовые машины еще не стали массовыми, но уже находят применение в исследованиях:

- Google использовал свой Sycamore для изучения химических реакций.

- IBM помогала ExxonMobil искать оптимальные маршруты для транспортировки грузов.

- Microsoft с университетом лечат медицинские снимки с помощью квантового машинного обучения.

- D-Wave вместе с Volkswagen оптимизировали маршруты такси (ведь кто не любит доехать быстрее?).

➤ Какие они, эти квантовые компьютеры?

Квантовый компьютер, во-первых, определяется числом кубитов. Чем больше — тем мощнее. Кроме того, важны такие параметры, как скорость, точность операций и то, как долго кубиты могут сохранять свои состояния.

Как показано в примерах:

- IBM с его сверхпроводниками властвует с 433 кубитами.

- IonQ (основанный на атомах) более скромен с 32 кубитами, но впечатляет стабильностью.

- Xanadu использует свет (фотоны), что уже звучит как из фантастики.

➤ Кто в авангарде?

Технологические гиганты вроде IBM, Google и Microsoft, конечно, ведущие герои этой квантовой эпопеи. Однако их активно догоняют стартапы вроде IonQ и Xanadu, а также китайские компании, которые также стремительно наращивают мощности.

➤ Что ждет нас дальше?

В будущем квантовые компьютеры могут стать привычным инструментом для решения задач в науке, медицине и даже безопасности. Вообразите лекарства, создаваемые за считанные часы, или хакеров, которые наконец уйдут в историю благодаря квантовой защите данных!

Но сначала нужно справиться с огромным количеством проблем: от технической сложности до нехватки специалистов. И, конечно, человечеству придется подождать, пока эти компьютеры из капризных "гениев" превратятся в надежных работников.

➤ Итог

Квантовые компьютеры — это фантастика, которая потихоньку становится реальностью. Сегодня они во многом еще проекты для лабораторий и высоких технологий. Но темп их развития впечатляет, и кто знает, возможно, через пару десятилетий ваш кофе-машина будет поддерживать квантовую суперпозицию для выбора идеального рецепта американо.

1/137: ПОСТОЯННАЯ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ И ПОПЫТКИ ЗАЛЕЗТЬ В НАСТРОЙКИ ВСЕЛЕННОЙ

1/137: ПОСТОЯННАЯ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ И ПОПЫТКИ ЗАЛЕЗТЬ В НАСТРОЙКИ ВСЕЛЕННОЙ 🎯

Время от времени на Хабре вспыхивает обсуждение того, является ли Вселенная компьютерной симуляцией, а в незапамятном 2010 году уважаемый @alizar даже упоминал об эксперименте, призванном это проверить. Если вас интересует подробный разбор гипотезы о голографической Вселенной – вы можете почитать знаменитую книгу Майкла Талбота об этой концепции или краткое изложение голографического принципа. Однако я хотел бы остановиться на поиске явных багов или необъяснимых « жёстко подставленных» значений в структуре реальности, которые могли бы указывать на не вполне спонтанное происхождение Вселенной. Поиск таких значений то и дело стимулирует учёных присматриваться к значениям фундаментальных физических констант, и одна из наиболее известных величин такого рода – это постоянная тонкой структуры, равная почти 1/137. Не так давно уважаемый @SLY_G публиковал на Хабре перевод о ней, и сегодня я хочу вернуться к разбору этой странной величины.

Постоянная тонкой структуры — одна из фундаментальных физических констант. Она является безразмерным коэффициентом, и её значение впервые определил в 1916 году Арнольд Зоммерфельд. В десятичной записи она равна 0,0072992701, а в качестве обыкновенной дроби очень близка к 1/137. Постоянная тонкой структуры характеризует силу электромагнитного взаимодействия — то есть, контакта между протонами и электронами. От неё зависит, насколько крепко атомы удерживают вокруг себя электроны. Поскольку число 1/137 очень невелико, электромагнитное взаимодействие также довольно слабое. Если бы это значение было хотя бы на 4% меньше, то, согласно имеющимся расчётам, в ходе звёздного нуклеосинтеза не мог бы образовываться углерод. Следовательно, известная нам белковая жизнь не могла бы сформироваться.

Постоянная тонкой структуры, также именуемая «альфа», вычисляется по этой формуле и складывается из четырёх других фундаментальных констант: скорости света (c), заряда электрона (e), постоянной Планка (ħ) и электрической постоянной ( ε0). Соответственно, если в каких-то условиях любая из этих констант изменится, то и постоянная тонкой структуры будет варьироваться. Предпринимались попытки проверить возможность такого изменения как в ходе наблюдения крупномасштабных космических объектов, так и путём постановки опытов, о чём ниже я расскажу подробнее.

Измерять постоянную тонкой структуры на астрономических расстояниях очень удобно, поскольку от неё зависят свойства атомов, связанные с излучением и поглощением фотонов. Спектры поглощения — как раз та величина, которую мы хорошо умеем измерять как в космосе, так и в лабораторных условиях. Как я уже упоминал в некоторых статьях, например, здесь, космические измерения важны ещё и потому, что позволяют сравнивать свойства объектов, удалённых от нас не только в пространстве, но и во времени. Соответственно, если когда-то или где-то значение постоянной тонкой структуры было или является иным, то это можно зафиксировать при помощи спектрометра. Кроме того, спектры излучения различных атомов хорошо изучены, и их удобно сравнивать в разных регионах космоса.

Вкратце вспомним важнейшие свойства Вселенной, на которые прямо влияет постоянная тонкой структуры

• Возможность возникновения жизни : как я упоминал выше, при уменьшении постоянной тонкой структуры хотя бы до 1/138, коренным образом изменилась бы стабильность атомов и их химические свойства. Вероятно, в таком случае во Вселенной не сформировалось бы достаточного количества углерода, а углерод — это элемент, на котором основана вся органическая химия и известная нам жизнь.

• Эволюция космоса : пока нет общего мнения о том, существовала ли измеримая разница между значениями постоянной тонкой структуры сейчас и в эпоху рекомбинации, но можно полагать, что эта константа оставалась неизменной на протяжении последних трёх миллиардов лет. Но значение постоянной тонкой структуры вполне может отличаться от актуального в такой Вселенной (или некоторой её части), где средний уровень энергии выше, чем в окружающем нас мире. Например, в области электрослабого взаимодействия, где в вакууме могут спонтанно образовываться тяжёлые частицы — бозоны W и Z, бозон Хиггса и верхний кварк, значение постоянной тонкой структуры будет ближе к 1/128. Вероятно, в таких условиях измерения показывали бы значительное усиление заряда электрона.

• Химические связи : изменения постоянной тонкой структуры влияли бы на образование атомов и молекул. Чем выше значение — тем более стабильны (и инертны) атомы, а при снижении этого значения атомы становятся рыхлыми.

• Энергия и фотоны : константа α регулирует энергию, необходимую для преодоления электростатического отталкивания между электронами, а также энергию фотонов. Таким образом, от неё зависят как взаимодействия элементарных частиц, так и свойства электромагнитного излучения.

• Скорость электрона и скорость света : в соответствии с постоянной тонкой структуры, скорость электрона на первой орбитали атома в модели Бора (или скорость единственного электрона в атоме водорода) равна 1/137 скорости света. Скорость каждого последующего крайнего электрона в более крупных атомах увеличивается, и именно поэтому, как полагал Ричард Фейнман, химических элементов может быть не более 137.

• Константы связи : α выступает в качестве константы связи для электромагнитного взаимодействия.

➤ Измерение и уточнение

Поэтому настолько интересны и одновременно сложны опыты, которые позволили бы определить актуальную α, а также показать, может ли её значение меняться. Наиболее точное значение константы было вычислено в 2020 году и составляет 1/137.035999206(11), причём, в последней цифре нет полной уверенности. Неточность этого значения — не выше 81 части на триллион. Это значение было получено группой физиков из парижской лаборатории Кастлера-Бросселя под руководством Сейды Геллати-Хелифы. Опыт был поставлен путём перемешивания атомов рубидия, охлаждённых почти до абсолютного нуля и доведённых до состояния конденсата Эйнштейна-Бозе. В таких условиях атомы рубидия бомбардировали фотонами и фиксировали, как происходит поглощение фотонов атомами. На Хабре ранее был перевод статьи об этом опыте от уважаемого @SLY_G. При всей точности такого измерения, оно является косвенным.  

Измерить постоянную тонкой структуры напрямую в 2022 году попытались учёные под руководством Андрея Пименова из Венского технологического университета при участии коллег из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Исследование было опубликовано в журнале Applied Physics Letters. Учёные воспользовались топологическим изолятором с формулой (Cr0.12Bi0.26Sb0.62)2Te3, через который пропускали тетрагерцовое излучение и наблюдали, как меняется поляризация света. Изолятор представляет собой тонкую плёнку. Процесс схематически выглядит так (источник света находится слева)

Фотоны взаимодействуют с электромагнитными полями и, если поместить плёнку в электромагнитное поле, то поляризованный свет как будто вращается. Но опыт Пименова проводился в сильном магнитном поле и при очень низких температурах, благодаря чему изменение поляризации происходило скачкообразно — то есть, поляризационные сдвиги удалось квантовать. В основе этого явления лежит квантовый эффект Холла. В данном случае квантовые переходы поляризованного света пропорциональны постоянной тонкой структуры, и согласно этому опыту, даже в сильном магнитном поле её величина очень близка к 1/137. Этот опыт привлекателен потому, что квантовый эффект Холла хорошо изучен и характерен для многих материалов, например, для двухслойного графена.

➤ Квантовый спиновый лёд

Интерес к постоянной тонкой структуры и её возможному варьированию подстегнул поиск таких материалов, в которых величина α сильно отличалась бы от 1/137. Условно гипотетическим классом веществ с такими свойствами являются квантовые спиновые льды. Это могут быть кристаллы или жидкости, состоящие из частиц с разнонаправленными спинами. Из-за такой рассогласованности спинов квантовый спиновый лёд приобретает магнитные свойства. Если обычный материал остудить до определённой температуры, то спины его частиц либо выстроятся в одном направлении, либо в противоположных — и во втором случае в материале образуется два магнитных полюса. В квантовом спиновом льду такого не происходит даже при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Как видите, такое рассогласование связано с геометрией материала. Частицы располагаются в углах пирамидальной решётки, и отдельные пирамиды в ней стыкуются вершинами. Возникает мозаика из встречных и разнонаправленных спинов, что должно придавать материалу магнитные свойства. В материале образуются квазичастицы, именуемые спинионами.

Фактически, спинионы — это возмущения в материале, которые распространяются и взаимодействуют в кристалле подобно элементарным частицам.

В настоящее время не получено материалов, которые полностью соответствовали бы по свойствам квантовому спиновому льду, хотя достаточно близки к нему ферромагнитные жидкости из класса пирохлоров с содержанием редкоземельных металлов, в частности, церия, тербия и празеодима. Химические формулы таких веществ — Pr2Hf2O7, Ce2Sn2O7, Tb2Ti2O7и тому подобные. По данным опытов, проведённых в швейцарском центре изучения мюонов и нейтронов им. Пауля Шерера, при температурах около 0,05 кельвина эти материалы приобретают достаточную эластичность, и в них фиксируются искомые квазичастицы, похожие по свойствам на описанные выше.

Но рассчитать значение постоянной тонкой структуры в «полноценном» квантовом спиновом льду пока можно только теоретически. Именно это попытались сделать в 2021 году учёные под руководством Криса Лауманна из Бостонского университета. Теоретический материал был смоделирован на основе пирохлоров и, искусственно корректируя его свойства, исследователям удалось подобрать конфигурацию, в которой постоянная тонкой структуры составляет 1/10, а не 1/137. Вероятно, если бы такой материал удалось получить и стабилизировать, то были бы получены магниты с совершенно новыми свойствами, ионы в которых приобретают заданную конфигурацию. Возможно, это был бы материал, напоминающий магнит с несколькими (переключаемыми) полюсами. Пока исследования такого рода не выходят за рамки теоретической физики.  

➤ Астрономический подход к изучению постоянной тонкой структуры

В заключение этой статьи подробнее расскажу об астрономическом подходе к измерению постоянной тонкой структуры. Согласно исследованию, проведённому в 2020 году под руководством Майкла Вильчински из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии, постоянная тонкой структуры не менялась как минимум на протяжении последних 13 миллиардов лет. Поскольку эта константа характеризует интенсивность поглощения фотонов атомами и выражается в соответствующих изменениях их спектра, её можно измерить, исследовав свет от далёкого источника, проходящий на пути к нам через газопылевые облака с известным химическим составом. При этом источник света у нас будет один, а измерений можно сделать несколько, выбирая облака, расположенные на разном расстоянии от этой «свечи».

В качестве такой «свечи» учёные выбрали квазар J1120+0641, образовавшийся всего через 750 миллионов лет после Большого Взрыва. Для вычисления постоянной тонкой структуры они применили пошаговый эволюционный алгоритм, позволивший постепенно исключить интерференцию от других, более близких источников света. Для сравнения использовались данные из более чем 300 более ранних измерений, затрагивающих источники света, расположенные в диапазоне от 1 до 12 миллиардов световых лет от нас. Никаких измеримых изменений α такой анализ не показал, а значит, во все времена атомы во Вселенной обладали примерно такой же стабильностью и прочностью, как сейчас. Пока остаётся нерешённым вопрос о пространственной вариативности этой константы (есть ли во Вселенной такие изолированные области, где её значение отличается от 1/137). Анизотропия (неравномерность) реликтового излучения позволяет предположить, что в инфляционную эпоху это значение, как минимум, варьировалось. К такому выводу в 2010 году пришли учёные под руководством Джона Уэбба из университета Нового Южного Уэльса, проанализировавшие данные от телескопов VLT в Чили и Keck на Гавайских островах. Они получили примерно такую картину распределения аномалий постоянной тонкой структуры (слева — упрощённая схема, справа - детализированная).

Эти данные не следует считать окончательными, но сейчас значение α в природе следует считать не только постоянным, но и удивительно устойчивым. Интересно будет увидеть, к чему могут привести попытки изменить её искусственно в контролируемых условиях и экзотических материалах.

Источник: Хабр

СКОРОСТЬ ПРОГРЕССА — ОНО НАМ НАДО?

СКОРОСТЬ ПРОГРЕССА — ОНО НАМ НАДО?

Про людей, технологический прогресс, новый гедонизм и медленную экономику.

А так ли нам нужна эта головокружительная скорость изменений, которая неминуемо накрывает нас с развитием ИИ-технологий? И способны ли мы здесь что-то изменить?

➤ Логика ускорения

Известный исследователь ИИ и CEO Anthropic Дарио Амодеи утверждает: «По умолчанию природа такова, что все движется на максимальной скорости». Это мнение отражает господствующее в технологической сфере представление о том, что стремительное развитие это нечто естественное и неизбежное.

Однако, как отмечает мой коллега, стратегический консультант и футурист Джон Руссо: «Такое мнение оправдывает ускорение как "естественное", хотя на самом деле это искусственное следствие капиталистической логики и веры в технологический прогресс».

Иными словами, мы приняли парадигму непрерывного ускорения не потому, что это единственный возможный путь, а потому что она хорошо сочетается с существующей экономической системой и укоренившимися культурными установками.

➤ Доминирующий нарратив: без видения

В современном технологическом дискурсе преобладает оптимистичный нарратив: ИИ решит глобальные проблемы человечества: победит болезни, остановит климатический кризис, устранит бедность. Однако при ближайшем рассмотрении это будущее выглядит скорее как "ускорение без видения", то есть мы стремимся вперед на максимальной скорости, не имея четкого понимания, куда именно движемся и зачем.

Развитие ИИ-технологий часто оправдывается прогрессом ради прогресса, технологическими возможностями ради самих возможностей. Но редко задаются фундаментальные вопросы: служат ли эти инновации подлинному улучшению человеческой жизни или просто создают иллюзию движения вперед, одновременно усиливая существующие проблемы неравенства, отчуждения и экологического кризиса?

В то время как механизмы усиления неравенства и экологических кризисов достаточно очевидны, понятие отчуждения требует пояснения в силу своей многогранности. Под отчуждением я подразумеваю комплексный феномен, который включает:

• Отчуждение человека от результатов своего труда – в условиях автоматизации и использования ИИ люди всё меньше видят прямую связь между своими усилиями и конечным результатом, что может приводить к потере смысла в работе.

• Социальное отчуждение – технологии, особенно социальные медиа и цифровые коммуникации, несмотря на кажущуюся связанность, часто приводят к изоляции и ослаблению живых человеческих связей.

• Отчуждение от процессов принятия решений – когда всё больше решений делегируется автоматизированным системам и алгоритмам, люди могут чувствовать себя лишенными контроля над собственной жизнью и обстоятельствами.

• Отчуждение от природы – нарастающая технологическая экспансия часто усиливает разрыв между человеком и естественной средой, ослабляя наше ощущение связи с природными системами.

• Отчуждение от собственных потребностей – в ускоряющемся мире люди часто теряют контакт с собственными подлинными потребностями, следуя навязанным извне моделям потребления и успеха.

➤ Альтернативное видение: новый гедонизм и медленная экономика

Философ Кейт Сопер предлагает радикально иной подход:

Нам нужен новый гедонизм – удовольствие от неспешной, менее потребительской жизни.

Она бросает вызов нашему представлению о том, что счастье и удовлетворение должны быть связаны с постоянным ускорением и увеличением материального потребления.

Сопер задается важным вопросом: можно ли вообразить медленную экономику?

Экономику, где:

• ИИ помогает не в бесконечной погоне за продуктивностью, а в усилении подлинного человеческого благополучия.

• Технологические инновации направлены на решение насущных проблем планеты, а не на обслуживание интересов стартапов и увеличение прибыли корпораций.

Как по мне, так одно не противоречит другому, но такая перспектива однозначно требует переосмысления самих основ нашего отношения к технологиям.

Вместо того чтобы спрашивать: «Как быстро мы можем развивать ИИ?», возможно нам следует задаться вопросами: «Какие ценности должны направлять это развитие?» и «Как обеспечить, чтобы технологии служили благополучию всего человечества и планеты?»

➤ Переосмысление прогресса

Идея медленной экономики не означает отказ от технологического развития или возврат к доиндустриальной эпохе. Скорее, это призыв к более осознанному, целенаправленному подходу к инновациям, который учитывает их долгосрочные последствия для общества и окружающей среды.

В таком видении прогресс измеряется не скоростью технологических изменений или ростом ВВП, а улучшением качества жизни, сокращением неравенства, устойчивостью экосистем и расширением человеческих возможностей в самом глубоком смысле.

➤ Возможно ли замедление?

Вопрос о том, способны ли мы изменить нынешнюю траекторию ускорения, остается открытым. Мощные экономические и политические силы заинтересованы в сохранении статус-кво. Кроме того, глобальная конкуренция в области ИИ создает стимулы для гонки технологий, когда замедление воспринимается как риск отставания и потери конкурентных преимуществ.

И все это запускает немыслимую технологическую гонку, в которой корпорации и государства стремятся обогнать друг друга, пренебрегая вопросами безопасности, этики и долгосрочных последствий для общества.

Однако история показывает, что социальные и экономические парадигмы могут меняться, особенно когда существующие модели начинают демонстрировать свою несостоятельность перед лицом нарастающих кризисов, и экологических, и особенно социальных. Возможно, нынешний экологический кризис, усиливающееся неравенство и растущее ощущение отчуждения создадут условия для фундаментального пересмотра нашего отношения к скорости технологических изменений.

Ускорение развития ИИ и других технологий не является неизбежной силой природы. Это результат конкретных экономических структур, культурных ценностей и политических решений. А значит, мы способны выбирать другие пути.

Представление о медленной экономике, где технологии служат подлинному благополучию людей и планеты, может показаться утопическим. Однако в мире, где доминирующая парадигма "ускорения без видения" ведет к взаимосвязанным кризисам, такая утопия может оказаться более реалистичной, чем продолжение движения по текущей траектории.

Возможно, настало время задуматься не только о том, что технологии могут делать, но и о том, что они должны делать. И осмелиться представить мир, где скорость не самоцель, а средство для достижения более глубоких и значимых целей человечества.

Источник: Хабр

КЬЮРИОСИТИ» НАШЕЛ КРУПНЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ НА МАРСЕ

 Это декан, ундекан и додекан.

Планетологи, работающие с марсоходом «Кьюриосити», объявили об обнаружении в осадочных породах на дне кратера Гейл рекордно крупных для Марса органических молекул. Это три вида длинноцепочечных алканов, которые могли возникнуть при пиролизе ундекановой, додекановой и тридекановой кислот. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Вопросы о том, существовали ли в далеком прошлом на Марсе формы жизни и могли ли они дожить до наших дней, остаются одними из ключевых проблем в деле исследования планеты. Большую роль в поисках ответов на эти вопросы играют действующие марсоходы «Кьюриосити» и «Персеверанс», которые ищут в марсианских породах следы минералов, которые могли образоваться в присутствии жидкой воды, и органических молекул, которые могут быть биосигнатурами.

«Кьюриосити», чья основная цель заключается в оценке прошлой и текущей потенциальной обитаемости Марса, уже обнаружил ряд органических веществ в газах. Они выделились при высокотемпературном пиролизе нескольких образцов осадочных пород (аргиллита) в приборе SAM (Sample Analysis at Mars), установленном на борту марсохода, использующего для анализа газовой смеси метод газовой хроматографии—масс-спектрометрии. Эти образцы пород были добыты буровым устройством ровера в регионе «Залив Йеллоунайф» на дне кратера Гейл, который также продемонстрировал наличие глинистых минералов и мог быть в древности дном озера.

Группа планетологов во главе с Кэролайн Фрейссине (Caroline Freissinet) из Французского национального центра научных исследований сообщила о новых результатах анализа аргиллитов из «Залива Йеллоунайф». Исследователи при помощи прибора SAM обнаружили в породах молекулы декана (C10H22), ундекана (C11H24) и додекана (C12H26), которые стали наиболее крупными органическими соединениями, найденными на текущий день на Марсе.

Концентрации декана, ундекана и додекана составили 37, 41 и 19 пикомоль соответственно. Для установления природы молекул исследователи провели лабораторные эксперименты по пиролизу ундециловой кислоты, смешанной с монтмориллонитом, и пришли к выводу, что в образце пород до пиролиза могли присутствовать первичные карбоновые кислоты с прямой цепью (C11—C13), в частности, ундекановая кислота, додекановая кислота и тридекановая кислота, которые являются примерами жирных кислот. Присутствие декана, ундекана и додекана также совместимо с деградацией насыщенных или ненасыщенных жирных кислот с более длинной цепью, таких как пальмитиновая, стеариновая или олеиновая кислоты, которые можно считать биосигнатурами при некоторых условиях. Подобные кислоты могут рождаться абиотическими путями, но на Земле они считаются обычными продуктами биохимии, что делает их весьма интересными с точки зрения поиска биосигнатур на Марсе.