Пожалуй, самым главным открытием года по праву стало доказательство существования гравитационных волн - колебаний пространства-времени, которые расходятся от массивных объектов, движущихся с ускорением. За этот год о них точно не слышал только ленивый.
В обсерватории LIGO физикам удалось зарегистрировать и идентифицировать «рябь», порожденную астрофизической катастрофой - двумя черными дырами (в 36 и 29 солнечных масс) за доли секунды до их слияния в один более массивный вращающийся гравитационный объект.
Помимо того что это открытие стало доказательством существования черных дыр, оно также позволило еще раз подтвердить теорию относительности Эйнштейна, который предсказывал существование гравитационных волн еще 100 лет назад. Если же теперь ученым удастся найти первоначальные гравитационные волны, мы сможем узнать, как зародилась Вселенная.
Долгое время считалось, что Плутон - это девятая планета Солнечной системы. Однако еще в 2006 году он потерял этот статус стараниями американского ученого Майкла Брауна, который впоследствии шутливо прозвал сам себя “Plutokiller”. Возможно, уже вскоре на этом вакантном девятом месте среди планет Солнечной системы окажется загадочная Планета Х, о признаках существования которой Майкл вместе со своим коллегой Константином Батыгиным сообщили в начале этого года. В своем исследовании ученые пришли к выводу, что только существование ранее неизвестной планеты может объяснить некоторые наблюдаемые параметры далеких астероидов в поясе Койпера. По косвенным признакам удалось определить, что Планета Х находится в 20 раз дальше от Солнца, чем Нептун, по массе десятикратно превышает Землю и делает оборот вокруг Солнца за 10-20 тысяч лет. Однако пока астрономам не удалось обнаружить ее напрямую - с помощью телескопов, существование такой планеты нельзя считать доказанным.
Фононная черная дыра и наблюдение в ней излучения Хокинга
Еще в 70-х годах Стивен Хокинг выдвинул гипотезу о том, что соприкосновение вещества с черной дырой не означает его полное исчезновение. В вакууме постоянно рождается множество пар виртуальных частиц, и если одна из частиц окажется притянутой черной дырой, то у другой может оказаться достаточный импульс, чтобы улететь. Так как общая энергия пары частиц равна нулю - они возникли из вакуума, из пустоты, - то улетевшая частица унесет как бы немножко энергии черной дыры.
Это значит, что черная дыра постепенно теряет энергию и массу и со временем может исчезнуть. В этом году физик Джефф Штайнхауэр опубликовал результаты своего эксперимента, в котором он в лабораторных условиях создал акустический аналог черной дыры и проверял гипотезу Хокинга.
Штайнхауэр установил, что квазичастицы фононы, кванты коллективных колебаний атомов, проникают сквозь созданную им акустическую черную дыру. Причем как и в гипотезе Хокинга, квантовое излучение появлялось самопроизвольно. Системе частица-античастица, появляющихся и исчезающих в космическом вакууме около черной дыры, соответствовала система звуковых волн, появляющихся и исчезающих в лабораторном вакууме. Таким образом, частицам, покидающим границы черной дыры, соответствовали волны, которые оказывались за пределами звукового “горизонта событий”. Однако результаты этого эксперимента не могут быть абсолютным доказательством теории Хокинга - это лишь модель. Но изучение такого аналогового излучения может помочь в дальнейшем исследовании черных дыр.
LUCA - последний универсальный общий предок
Концепция последнего универсального общего предка занимает ключевое место в изучении происхождения жизни и ранней эволюции. Однако долгое время ученым практически ничего не удавалось выяснить о физиологии и образе жизни ближайшего общего предка всех живущих на Земле организмов - LUCA (last universal common ancestor). Для того, чтобы найти самые древние общие гены, авторы исследования провели анализ 6,1 миллионов генов 1847 современных видов бактерий и 134 видов архей. Поскольку современной науке уже известно о большей части функций всех существующих генов, исследователям удалось установить местообитание организма и его тип питания. Как гласят результаты исследования, для LUCA были вполне комфортны высокие температуры и отсутствие кислорода, а энергию для существования он получал из углекислого газа и водорода. Жил универсальный общий предок приблизительно 3,5-3,8 млрд лет назад.
В этом году ученым удалось открыть экзопланету Проксима b, которая вращается вокруг Проксимы Центавра - ближайшей к Солнцу звезды. Это небесное тело в 1,27 раз превосходит Землю по массе и находится в 20 раз ближе к своей звезде. Такие характеристики вместе с периодом полного оборота вокруг красного карлика за 11,2 дня указывают на то, что экзопланета находится в зоне обитания своей звезды - области, в которой теоретически может существовать вода. Соответствующая компьютерная модель с определенными допущениями показала, что при наличии на Проксима b атмосферы по плотности схожей с Землей, условия на планете могут оказаться пригодными для зарождения жизни. Правда, существует проблема радиации - из-за близости к звезде планета будет получать значительно больше убийственного для жизни излучения, чем Земля.
Американским ученым удалось создать эластичную пленку, которая может выступать в качестве «второй кожи». Полисилоксановая пленка была создана из молекул кремния и углерода. Ее можно будет использовать в медицинских целях, например, для увлажнения кожи после некоторых дерматологических заболеваний, для дозировок определенных видов лекарств и для защиты натуральной кожи от солнечных лучей. Также она найдет применение в косметологии, поскольку может уменьшать видимость мешков под глазами, морщин и пигментных пятен, тем самым заменяя некоторые аспекты хирургического вмешательства. При этом “вторая кожа” хорошо пропускает воздух и практически невидима. Однако для коммерческого запуска этого продукта необходимы дополнительные исследования.
Возможно, уже вскоре человечество сможет решить вопрос быстрой и безопасной утилизации бытовых отходов - этому может поспособствовать исследование японских биологов. В образцах почвы, взятых вблизи завода по переработке пластиковых бутылок, им удалось найти особый штамм бактерий, способных перерабатывать один из самых распространенных видов пластика - полиэтилентерефталат (ПЭТ). Эти организмы используют пластик для получения энергии. Однако скорость переработки пластика невелика - за 6 недель при температуре в 30°C, бактерии могут “скушать” только 0,2 миллиметра пластиковой пленки. Для того, чтобы такой природный механизм мог принести ощутимую пользу в борьбе с переработкой отходов, ученым теперь необходимо понять как именно можно ускорить этот природный механизм у данного вида бактерий.
Новые элементы таблицы Менделеева и их названия
В декабре прошло года в периодическую таблицу Менделеева были добавлены 4 новых химических элемента с атомными числами 113, 115, 117 и 118. Хоть сами элементы были открыты давно, но расширение таблицы Менделеева можно назвать важным научным событием года. 115, 117 и 118-ый элементы открыла команда российских и американских ученых из Объединенного института ядерных исследований в Дубне и Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии, а открытие 113-го закреплено за исследователями из Японии. Новым сверхтяжелым и радиоактивным элементам сначала были даны временные рабочие названия на латыни, и только в этом году они получили свои постоянные официальные названия. Право придумывать названия новым химическим элементам по традиции принадлежит первооткрывателям. Так 113-й элемент получил от японцев название «нихоний», что означает «Страна восходящего солнца». 115-й стал «московием» - в честь Московской области, где расположен Объединённый институт ядерных исследований (ОИЯИ). 117 получил имя «теннессин» - в честь штата Теннеси, где находится лаборатория, исследующая сверхтяжёлые элементы. А элемент 118 получил имя «оганессон» в честь академика РАН Юрия Оганесяна, который сделал огромный вклад в это открытие. Новые элементы очень неустойчивы, а поэтому существуют лишь очень короткое время и в природе не встречаются. Однако понимание их свойств, возможно, приведет к открытию целого семейства сверхтяжелых долгоживущих элементов, которые получат прикладное значение.
Впервые наблюдали спектр антиматерии
Одним из фундаментальных свойств современной физики является так называемая CPT (Charge-Parity-Time) симметрия. Согласно ей параметры частицы и античастицы не отличаются, а значит и свойства вещества и антивещества являются одинаковыми, и их энергетические спектры должны совпадать. Уникальный спектр атома образуется за счет электронов, чей переход с одной орбиты на другую сопровождается излучением или поглощением определенного количество энергии. Поскольку атом водорода - самый простой и распространенный во Вселенной, то его спектр уже давно хорошо изучен. Теперь же ученым удалось получить спектр атома антиводорода при переходе из основного его состояния в первое возбужденное. Оказалось, что спектры антиводорода и водорода совпали, а значит CPT-симметрия сохраняется.
Но без ответа остаются многие вопросы. Так, например, остается неясным, почему при равных параметрах частиц и античастиц последние в природе практически не встречаются? Доказательство фундаментальной симметрии хоть и приблизило нас еще на шаг к пониманию природы Вселенной, но с другой стороны породило новые загадки.
Гексаборид церия - исключение из правил
Гексаборид церия ученые уже более 40 лет не могут описать существующими моделями и общепризнанными теориями, поэтому это вещество - самое настоящее исключение из правил. Ученые МФТИ и других институтов недавно провели эксперимент по электронному парамагнитный резонансу (ЭПР), который снова это подтвердил. Этот метод позволяет исследовать образцы, содержащие частицы с неспаренными спинами — электроны, радикалы. Результаты снова оказались крайне нестаднатными. Ученые выяснили, что гексаборид церия обладает аномальной осциллирующей намагниченностью, а его угловая зависимость ширины спектральной линии и сопротивление в магнитном поле совпадают. Несмотря на то, что такие результаты не позволяют расширить практическое применение данного материала, они делают большой вклад в фундаментальную науку, заставляя ее постоянно перепроверять и корректировать свои законы.
Я бы ещё упомянул тут теорию вселенной как голограммы