Орбитальные телескопы постепенно раскрывают загадки мира, построенного на колебаниях

Воронка излучений, образуемая вокруг струи (jet) сечением три градуса, исходящей из центрального «мотора» (engine) (черная дыра или нейтронного магнетара). Вокруг «мотора» – голубая сфера, образованная фрагментами нейтронной звезды.

Инженер Лось, герой романа «Аэлита» Алексея Толстого, по возвращении домой с Красной планеты слушал слабый голос марсианской «принцессы», доносимый благодаря радиоволнам через пространство между планетами. Радиоволны занимают окно между видимым спектром, включающим инфракрасные лучи, и телевизионными. Сегодня мы знаем, что связь между Красной планетой и Землей была бы надежнее в инфракрасном (ИК) диапазоне. Использование ИК – преимущество JWST, или орбитального телескопа Уэбба…

Климент Тимирязев удивился, когда увидел в темноте слабое зеленое свечение раствора хлорофилла, который он считал точкой преобразования энергии Солнца в энергию химической связи земной органики (фотосинтеза). Несколько позже механизм процесса объяснил датский физик-теоретик Нильс Бор. Он постулировал квантовые скачки (jumps) электрона, поглотившего возбуждающий импульс, на более высокий энергетический уровень. После недолгого пребывания на нем электрон возвращается (релаксирует) на исходный (ground) уровень. При этом испускается фотон большей длины волны.

В природе много процессов, сопровождаемых испусканием волн различного диапазона. Так, физико-химические преобразования, например при растворении, сопровождаются испусканием тепла, то есть ИК-лучей, охлаждением и свечением при горении (окислении). Другой пример – землетрясения: они сопровождаются афтершоками и волнами цунами.

Так называемая Стандартная модель в физике высоких энергий постулирует четыре силы (взаимодействия). Первое взаимодействие из этой четверки выделил Джеймс Максвелл, объединивший колебания электрического и магнитного полей: все это – свет. Второе взаимодействие вытекает из общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. Он «возразил», настаивая на существовании гравитационных волн. И действительно, гравитационные волны были детектированы, правда, уже век спустя после создания ОТО. Изучение бета-распада привело к обнаружению слабого взаимодействия. А после работ теоретика Мари Гелл-Манна заговорили о сильном взаимодействии, переносчиком которого являются глюоны. Эти элементарные частицы как бы склеивают кварки в протонах и нейтронах.

Одним из главных достижений американского астронома Эдвина Хаббла стало открытие красного смещения, которое тем сильнее, чем дальше от нас что-то удаляется (например, свисток паровоза). Орбитальный телескоп, названный его именем, в 1987 году зафиксировал вспышку сверхновой; затем обнаружил галактику уникальной формы, получившей название Колесо (оптика телескопа различила размытые структуры, похожие на спицы велосипедного колеса).

Но для обнаружения в 2005 году кратковременных всплесков гамма-лучей (SGRB – Short Gamma-Ray Bursts) потребовалось рентгеновское «око». После этого астрономы всего мира и, в частности, работающие на телескопе Кек (Keck) на Гавайях, Большом бинокулярном телескопе, а также Магеллановском телескопе в Лас-Кампанас, потратили годы труда, результатом этого стал всеобъемлющий на сегодня атлас 84 источников SGRB в 69 галактиках. Основные выводы этих наблюдений изложены в двух статьях, только что опубликованных в журнале Astrophysical J. В них представлены фотометрические и спектроскопические каталоги, а также их красное смещение и свойства звездных популяций.

Электронные облака лития (зеленым) и водорода (справа).  Иллюстрации Physorg

Эйнштейн потратил 30 лет на разработку единой теории поля, ничего не зная о сильном и слабом взаимодействиях. Даже его оппоненты, квантовые физики, судили о полях сугубо статистически, в терминах теории вероятностей. Сегодня изменение формы полей при столкновении валентных электронов в ходе образования простой молекулы гидрида лития (LiH) наблюдали непосредственно в реальном режиме времени физики в берлинском Центре им. Гельмгольца. Немцы использовали для опытов фемтосекундный лазер и квантовый компьютер, с помощью которого и получили картинку эволюции квантового изображения во времени. Эта работа опубликована в ноябрьском выпуске журнала J. of Chemical Theory Computing.

Надо сказать, что не совсем сферические формы электронных облаков двух атомов отдаленно напоминают те, что изображают при столкновении черных дыр и нейтронных звезд, дающих в результате этого SGRB.