Как квантовые физики ищут жизнь на экзопланетах
Мир, который квантовые физики изучают натренированным глазом, — это тот же самый мир, в котором мы, неученые, блуждаем каждый день. Единственная разница в том, что он был увеличен до непостижимо малых и больших масштабов. Тем не менее, квантовая физика остается во многом темной темой — даже для проницательных в науке читателей. News@Northeast побеседовал с Грегори Фиете, профессором физики Северо-Восточного университета, о некоторых широких применениях квантовых исследований, от разработки возобновляемых источников энергии и создания более мощных компьютеров до продвижения человечества в поисках жизни за пределами Солнечной системы. Комментарии Fiete были отредактированы для краткости и ясности.
Для начала давайте познакомим нашу аудиторию с характером вашей работы, заглянув в бесконечно малый мир. Каковы некоторые неправильные представления о работе квантовых физиков, таких как вы, и почему это важно?
Вы упомянули квант и мир малого. Это то, о чем думает большинство людей, когда они думают о квантовой механике и о том, как развивались некоторые из ранних основ квантовой теории, которые рассматривали атом водорода и его дискретные энергетические уровни, которые вы можете наблюдать экспериментально, глядя на спектры. или как он поглощает и излучает свет, например.
[Атом водорода] поглощает и излучает на определенных частотах, и теперь мы понимаем, что это происходит из-за квантовой природы атома — существуют только определенные разрешенные орбиты электрона вокруг ядра. Таким образом, мы склонны думать о квантовой механике с точки зрения этого очень важного раннего примера атома водорода, и поэтому мы предвзято думаем, что квантовая механика связана с малым. Но на самом деле дело вовсе не в малом.
Возьмем, к примеру, солнце. Солнце очень большое — это самый большой объект в нашей Солнечной системе; наши планеты вращаются вокруг него по орбитам из-за его гравитационного притяжения.
Принцип работы Солнца заключается в сжигании водорода. Его гравитационное притяжение настолько велико, что он превращает водород в гелий, а затем гелий в другие элементы. Это сплав атомов вместе, и этот процесс синтеза является квантовым явлением, и он стоит за одной из больших энергетических задач, решаемых здесь, на Земле, известной как устойчивый синтез. Это просто взять водород и скомбинировать его в гелий — если мы сможем сделать это на Земле в магнитном удержании, тогда у нас будет чистый и возобновляемый источник энергии.
Существует практически неограниченное количество водорода, которое можно комбинировать, а гелий не радиоактивен. Таким образом, мы могли бы производить много энергии из вещей, которых более или менее бесконечно много, не производя отходов в виде радиоактивных материалов. Это мечта, над которой работают физики. Итак, некоторые из самых больших вещей во Вселенной, безусловно, являются квантово-механическими, включая сверхмассивные черные дыры, которые могут терять энергию из-за квантового явления, известного как излучение Хокинга.
Во-вторых, часто думают, что квантовая теория имеет дело с очень низкими температурами. Опять же, возьмем в качестве примера наше Солнце — оно очень горячее, но это квантовая механика. Низкая температура не служит требованием для кванта. Этот пример звезды и квантовость процесса синтеза и связанные с этим высокие температуры — я просто хочу расширить представление о том, что такое квантовая механика и насколько она вездесуща.
Когда мы пишем о работе, которую делаете вы и ваши коллеги, всегда есть реальные приложения. Можете ли вы рассказать о некоторых способах, которыми квантовые физики стимулируют технологические достижения за пределами своей области?
Я назову несколько моих любимых технологий. Одна из вещей, которая действительно волнует меня в квантовой физике, — это ее использование для того, что я называю «криминалистикой» или квантовой криминалистикой, если хотите.
Поскольку такие вещи, как атомы, имеют связанные с ними дискретные энергетические уровни, оказывается, что это можно использовать для идентификации атомов. Если вы сравните уровни энергии, разрешенные для водорода, и уровни энергии, разрешенные для гелия или любого другого элемента, они будут разными. Если бы у вас был какой-нибудь газ, вы могли бы определить, какие атомы входят в этот газ, по тому, как он поглощает и излучает свет. Это имеет большое практическое значение, если вас интересует что-то далекое, например, планета, вращающаяся вокруг звезды, которая не принадлежит нам.
Есть фантастическое поле экзопланет, которые мы открываем с помощью мощных телескопов, обнаруживая эти планеты, движущиеся между звездами и нашей Землей. Наши телескопы — некоторые из них подключены к спутникам с невероятным частотным разрешением и чувствительностью — настолько мощны, что мы можем наблюдать за тонким слоем атмосферы вокруг этих планет и за тем, как через него проходит свет от звезды. Затем мы используем технику спектроскопии и видим, как свет от звезды позади поглощается атмосферой этой планеты, которая может быть в тысячах световых лет от нас. Таким образом, мы можем определить, какие атомы находятся в атмосфере.
Это довольно интересно. Но это идет дальше. Мы также можем определить, какие там молекулы. Например, два атома водорода присоединены к одному атому кислорода? Другими словами, есть ли вода в атмосфере? Молекулы имеют свою собственную спектроскопическую сигнатуру. Таким образом, мы действительно можем определить, есть ли вода в атмосфере некоторых из этих планет, и это действительно захватывающе.
Тем не менее, мы можем сделать еще один шаг вперед. Когда речь идет о температурах, тогда эти спектральные линии, как их называют, эти специфические частоты уширяются. Есть что-то вроде диапазона частот, где вы видите поглощение и излучение. А величина расширения говорит вам о температуре молекулы — другими словами, о температуре атмосферы этих планет.
Удивительно, что мы можем определить, что находится в атмосферах этих планет — планет, которые люди никогда не смогут посетить. Это, и мы можем искать признаки жизни, например, есть ли молекулы, которые мы связываем с жизнью, плавающей вокруг этих планет, по крайней мере, если это земная жизнь; тогда мы могли бы с некоторой вероятностью определить, что какая-то планета далеко от нас, которую никогда не сможет посетить ни один человек, содержит жизнь. Или, может быть, мы могли бы обнаружить другие формы жизни-кандидаты. Это очень вдохновляющий пример, и он в конечном счете опирается на квантовую физику и технику спектроскопии.
Еще один пример, который, как мне кажется, также представляет большой интерес, заключается в том, что квантовая физика создает источники энергии, недоступные солнечной энергии. Поэтому, когда вы отправляете зонд в глубокий космос, чтобы посмотреть на внешние планеты нашей Солнечной системы, скажем, на Плутон (технически он больше не считается планетой). Если вы хотите посмотреть на Плутон, вы отправляете зонд в дальний космос — на то, чтобы добраться туда, уходят годы. Вы можете спросить, какой источник питания у вас может быть для компьютеров на этом зонде, чтобы вы могли отправлять обратно красивые изображения, которые мы видим? Ну, можно поставить аккумулятор. Чтобы добраться туда, потребуются годы, в космосе много радиации, и батареи могут выйти из строя; они могут не функционировать должным образом, когда их запускают через все тепловые вариации, исходящие из атмосферы, холод космоса и т. д. Это не очень практично. Недостаточно солнечного света, который можно собрать с помощью солнечных батарей, чтобы запустить компьютерные системы и отправить изображения обратно.
Так как же питают компьютеры этих космических зондов? Они используют радиацию. Они используют радиоактивный материал, а радиоактивность — это еще один квантовый процесс, при котором тяжелые элементы распадаются на более легкие; когда они это делают, они выбрасывают части своего ядра. Но эти выброшенные части ядра несут энергию, которую можно захватить.
Есть материалы, некоторые из которых очень близки к вещам, над которыми я работаю, которые называются термоэлектрическими материалами. Они берут регионы с высокими температурами и связывают их с регионами с низкими температурами, преобразуя эту разницу температур между высокими и низкими температурами в напряжение, которое затем действует как батарея. Если у вас есть напряжение в электрической системе, теперь вы можете перемещать токи и управлять компьютером или электрическими цепями более или менее обычным способом.
Это все очень интересно. Похоже, что квантовая физика действительно является фундаментальной работой, которая, помимо других технологий, направлена на преобразование нашей энергетической инфраструктуры. Это правильный способ думать об этом?
Да все верно. Это отличный момент — подумать об изменении климата и возобновляемых источниках энергии, а также о технологиях, которые не загрязняют окружающую среду.
Если мы на мгновение задумаемся об энергии, как, например, когда мы обсуждали пример термоядерного синтеза, который является зеленой технологией, при условии, что мы сможем заставить его работать. Если мы отойдем от термоядерного синтеза, прямо сейчас есть другие зеленые технологии. Возьмем ветряки. Какое отношение ветряные турбины имеют к квантовой физике? Принцип работы ветряных турбин заключается в том, что в них есть магнит, прикрепленный к гребным винтам, когда ветер их вращает, а вращение магнита генерирует электрический ток. Вот как вы производите электричество: вы крутите магнит внутри катушки проводов.
Но вопрос в том, какой магнит использовать? Так вот где фундаментальные исследования — на самом деле исследования, в которых я в какой-то степени участвую в Северо-Восточном университете — вступают в игру: размышления о магнитных системах, которые могли бы иметь желаемые свойства для приложений, таких как ветряные турбины.
Вам нужен очень прочный магнит, который должен выдерживать высокие температуры, то есть намного выше комнатной температуры, потому что он может нагреваться там, где на него светит солнце. Он также должен обладать свойствами, достаточно прочными, чтобы выдерживать любые деформации и напряжения, когда он вращается в этой турбинной системе. Это так называемые жесткие магниты. Так как же разработать лучшие магниты? Это квантовый вопрос.
В качестве последней мысли, мне интересно, каковы ваши большие надежды на ваши исследования и на поле. Что бы вы хотели, чтобы произошло в вашей жизни, и есть ли какие-то достижения, к которым мы приближаемся?
Это сложный вопрос, который задают все в этой области: какие достижения мы действительно находимся на пороге? Хорошо цитируемый пример — квантовые вычисления. Наличие квантового компьютера не решит все вычислительные проблемы, о которых можно только мечтать. Оказывается, квантовые компьютеры особенно хорошо справляются с определенными классами задач, где они могут обеспечить то, что называется «квантовым преимуществом». Есть некоторые конкретные проблемы, для решения которых квантовые компьютеры более полезны; но другие проблемы могут быть лучше решены обычными суперкомпьютерами.
Таким образом, один из вопросов в этой области заключается в попытке дать немного более четкое решение о том, какие конкретные проблемы помогут нам решить квантовые компьютеры. Это развивающаяся область, как и проблема истинной ниши для квантового компьютера. Я думаю, что все мы, работающие в этой области, чувствуем, что будут определенные приложения, в которых квантовые компьютеры просто превосходят все остальное — и все хотят участвовать в этом; каждый означает каждую развитую нацию. Каждый хочет стать частью этой следующей квантовой революции, которая заключается не только в развитии квантовой механики как новой науки, но и в превращении квантовой механики в очень широкое приложение. И вычислительная техника — это лишь одна из областей, находящихся на переднем крае.
Источник
Последние аномальные новости

Альтернативное объяснение происхождения Луны

Белый дом предложил Билль о правах ИИ

Вымершая раса шестипалых гигантов

Город-утопию построят в Кувейте

Два огромных металлических шара сняли в лесах Сочи

Красочный НЛО замечен над Миссури

Луизиана не лучший штат для наблюдения НЛО

Найденный в космосе веселящий газ может означать жизнь

Огромный звездолет заметили в космосе

Патагонская раса великанов

Плакать во сне – к чему

Погубивший динозавров астероид вызвал цунами высотой 5 км

Рабочие порталы на Марсе расположены в Калифорнии

Световые столбы в небе над Москвой

Создали лазерное оружие против тараканов

Странные существа, опасные тульпы и мыслеформы

Странный НЛО заметили над графством Кент

Чупакабра разбушевалась в Гомельской области

Шестиногая лягушка приносит удачу

Ясновидящую осудят за хищение трех миллионов рублей

Арканзас имеет долгую историю наблюдений НЛО

Бигфута заметили во время урагана Ян

Группа НЛО замечена над Миссури

Древний подземный город нашли в Иране

Женщину прозвали путешественницей во времени

Зеркальные даты в нумерологии октября

Как ИИ ищет симптомы депрессии в сообщениях

Как НАСА планирует защитить образцы с Марса от загрязнения

Капли воды содержат секретный ингредиент для создания жизни

Многие экзопланеты могут иметь достаточно воды

Мой опыт путешествия вне тела

НАСА обнаружило обломки НЛО на Марсе

НЛО замечен перед столкновением зонда НАСА с астероидом

Новый метод обнаружения экзопланет

Обнаружить признаки жизни в атмосферах экзопланет

Откуда пришел Слендермен

Паранормальные существа, которые нами питаются

Подкаст об НЛО открывается в Австралии

Помет бигфута нашли в Орегоне

Предсказания о белом царе России

Стансы Цзяна - история самой загадочной книги

Таинственное существо Помберо охотится в Парагвае

Таинственные останки самолёта обнаружили в Калифорнии

Уфолог встретился лицом к лицу с инопланетянином в Йоркшире

Фирма Renewal Bio хочет создать человеческие эмбрионы

Черепаху с двумя головами нашли в Малайзии

Черных лягушек-мутантов нашли в районе Чернобыльской АЭС

Что будет если удалить инопланетный имплант

Что случилось с инопланетянином Алешенькой

Ясновидящий сообщил о начале Третьей мировой войны

Ванга напророчила человечеству новые несчастья

Древние знали тригонометрию лучше, чем мы

Зловещие пророчества на 2023 год повергли в шок

Искусственный интеллект уже изменил наш мир

Китай провел искусственное усиление осадков

Меняющие форму существа и монстры

Место шабаша нашли в Барнауле

Новые загадки, связанные со смертью Елизаветы II

Падение НЛО в Китае

Предсказания Нострадамуса на 2023 год

Призрак жуткой старушки возлагает цветы на кладбище

Растет интерес к уфо-коллекции принца Филиппа

Самое таинственное место Воронежской области

Сбивающий с толку подводный город Йонагуни

Создание фейков об НЛО и мертвых инопланетянах

Странное исчезновение жителей бразильской деревни

Таинственные каменные скрижали Джорджии уничтожены

Тайны мексиканских пирамид

Человек в черном пытался повлиять на паранормальное телешоу

Экскурсию к месту приземления пришельцев предлагают в Иркутске

iPhone 13 Pro Max. Изысканность в каждой детали

В параллельных вселенных может существовать жизнь

Где приземлялись и что делали инопланетяне в Воронеже

Глубокий транзит экзогиганта по красному карлику

Группу НЛО заметили над Айдахо

Две сферы погрузились в море у берегов Девона

Дом ведьм в Салеме выставили в аренду за $31

Дом демонов и привидений в Детройте

Дрон инопланетян сняли над территорией Великобритании

Женщина нашла в шкафу потайную комнату с окном

Женщина разгадала тайну кровоточащей стены

Зачем Гитлер построил секретную базу в Арктике

Илон Маск представил прототип человекоподобного робота

Инопланетяне 33 года назад нанесли визит в Воронеж

Испытана бионическая поджелудочная железа

Лэмбтонский червь - неубиваемый средневековый монстр

Мужчина сорвал джекпот благодаря ошибке при покупке билетов

Назвали сроки колонизации планет Солнечной системы

Обнаружить хотя бы примитивную жизнь

Ожирение предложили классифицировать как расстройство мозга

Предсказания Ванги о Третьей мировой войне

Симуляция ядерной войны НАТО против России

Случай с актером и его фермой с привидениями

Стеклянные шарики в лунном грунте показывают древние бомбардировки Луны

Странные вещи на поле боя

Суперземля в районе обитаемой зоны красного карлика

Сферические НЛО замечены над Калифорнией

Таинственное ожерелье Ананаури

Человек, который знал правду о Розуэлле, но что было правдой

Черный овальный НЛО заметили над Алабамой

Чудовище озера Шамплейн замечено гидролокатором

Отзывы о TexTovich.com. Как заработать на бирже копирайтинга

Академик РАН рассказала об опытах по клонированию скота

Аномальная зона Орегонский вихрь

Архив НЛО в Норчёпинге мечтает стать музеем

ВМС США отказываются рассекретить информацию об НЛО

Водяные планеты вокруг красных карликов существуют

Где в Великобритании вы, скорее всего, увидите НЛО

Группу НЛО заметили в небе над Сочи

Домашнего робота научили обнаруживать котов и собак

Землю атакуют заброшенные космические корабли пришельцев

Зловещие пророчества Матроны, Мессинга и Нострадамуса

Зона 51, что на самом деле скрывают в пустыне Невады

ИИ научился превращать текст в видео

Инопланетный корабль замечен на Плутоне

Как оградить планету от столкновения с опасными астероидами

Леденящие душу экзорцизмы

Механизм плазменной загрузки радиоструй черных дыр

НЛО преследует самолеты на авиашоу

Призраки набросились на охотников за приведениями

Разработчик Спутника не исключает искусственного происхождения коронавируса

Робот Cassie установил мировой рекорд в забеге на 100 метров

Родился второй клонированный полярный волк

Сможем ли отправить людей на Венеру

Собаки чувствуют стресс человека по запаху

Состав Земли изменился в результате столкновений с метеоритами

Строили ли друиды Стоунхендж

Тайны долины Гудзона

Тихий океан уступит место следующему суперконтиненту мира

Уникальный набор нейронов нашли в мозге долгожителей

ЦРУ заинтересовалось технологией воскрешения мамонтов

Эдгар Кейси. Из России прибудет надежда для мира

Большой Манчестер является меккой НЛО

В кишечнике обнаружены новые виды бактерий

Ванга предсказала страшный конец 2022 года

Девочка поймала огромную аллигаторовую щуку

Жидкая вода под южной полярной шапкой Марса

Зонд Юнона приблизился к спутнику Юпитера Европе

Куб Боргов замечен у Солнца

Наблюдения НЛО в Уэльсе

Находки марсохода дают представление о древнем ландшафте

Обнаружили древний потерянный буддийский храм

Привидения в старом доме священника

Пугающее пророчество Нострадамуса

Северная Каролина занимает 11-е место в рейтинге уфологов

Слон растоптал справлявшую нужду женщину

Снежный человек, шпионы, секретные агенты и многое другое

Состав ядер астероидов в ранней Солнечной системе

Стадо овец погналась за женщиной во время пробежки

Тяжелые месяцы или когда завершится спецоперация на Украине

Фестиваль НЛО в Шаг-Харбор

Что общего у НЛО и Громовой птицы

Больным депрессией вживили чип в мозг для лечения

Группа НЛО в ночном небе Симферополя

Древнюю антенну нашли на дне моря

Женщина поддержала подругу и родила ей ребенка

ИИ превращает людей в покемонов

Кроссовки Reebok Classics являются сатанинскими

Крылатая женщина из Вьетнама

Открывают все больше экзопланет пригодных для жизни

Паранаука и жизнь

Поверхность Меркурия более динамична, чем считалось

Поиски снежного человека в Кемеровской области

Показали место посадки зонда на Титане

Проехала на лифте в иную реальность

Происхождение феномена Людей в черном

Роботы-собаки могут стать исследователями Луны

Родился щенок редчайшего зеленого цвета

Секретная программа обратного проектирования НЛО

Следы погубившего динозавров астеройда нашли на Луне

Тайна смерти главного российского уфолога

Томский исследователь аномальных явлений

Агент Сноуден получил российское гражданство

Алмазный НЛО шпионил за населением Миссури

Вирусы могут решать, когда убить хозяина

Встречи с жуткими крылатыми чудовищами

Встречи с существами из дыма и огня

Глава МИД Индонезии предсказала большую войну

Доказательства наводнения на Марсе миллиарды лет назад

Женщина уже 41 год живет на одной только воде

Жизнь в одиночестве ускоряет старение

ИИ на порядки упростил решение задач квантовой физики

Искусственное конструирование коронавируса вряд ли возможно

Испытали электрическое аэротакси

Конспирологические теории о событиях 11 сентября 2001 года

Кости найденные в Испании могут переписать историю человечества

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика