Лаборатория Науки

07 окт 2018

Как у Т-1000 в «Терминаторе» появлялись воронки от пуль

Наука и техника

07 окт 2018

Что произойдет, если человечество лишится всех спутников? С момента их ввода в эксплуатацию 60 лет назад, спутники стали незаменимой и неотъемлемой частью нашего современного высокотехнологичного мира. Мы настолько привыкли к их надежности и фактической незаметности, что принимаем спутники как само собой разумеющееся. Портал Gizmodo решил узнать, что же может произойти, если вдруг все спутники, которые в настоящий момент кружат вокруг нашей планеты, в одночасье выйдут из строя или просто исчезнут. Предположение о том, что выход из строя всех спутников или по крайней мере большего их числа, не так безумна, как может показаться на первый взгляд. Есть как минимум три возможных сценария, в результате которых это действительно может рано или поздно произойти. Например, в научно-фантастическом рассказе «Ghost Fleet: A Novel of the Next World War», который совсем скоро появится на полках магазинов, говорится о том, что спутники могут быть сбиты в результате действий воюющих стран. В этой книге за авторством П.В. Сингера и Августа Кола рассказывается, как в недалеком будущем развязывается война, в которой китайское правительство решает использовать высокоэнергетическое оружие, установленное на спутники-перехватчики, для уничтожения важных стратегических точек США. В результате десятки околоземных спутников оказываются уничтоженными еще до того момента, как начинаются наземные боевые действия. Есть и другой сценарий, в результате которого все спутники могут быть уничтожены. Джефф Кейтер, доцент Института имени Джорджа С. Маршалла — исследовательского центра Виргинии, занимающегося научными и общественно-политическими вопросами — говорит, что воюющие стороны могут уничтожить спутники с наземных станций, используя специальные глушилки, ракеты, лазеры, а также ядерное вооружение. Кроме того, все наши спутники могут быть уничтожены очень сильной солнечной бурей. Так называемой Вспышкой Каррингтона, солнечного супершторма, один из которых произошел, например, в 1859 году. Произойди он сейчас — и вся наша высокотехнологичная цивилизация вернется в развитии назад на несколько поколений. Как описывает портал Universe Today, столь сверхмощная геомагнитная буря попросту вызовет перегрузку в магистральных сетях на Земле и поджарит все наши электронные устройства, включая те, что находятся на орбите планеты. «В этом случае частицы проходят сквозь Землю и несут на себе невероятно мощный электрический разряд», — пишет Universe Today. «Если рядом с Землей находятся спутники, то они в большинстве случаев находятся под защитой геомагнитного поля планеты, однако спутники на более высоких орбитах, особенно те, которые находятся на геосинхронных орбитах, совершенно беззащитны от подобного рода явлений. В результате шторма внутри спутника будут накапливаться заряженные частицы, которые в конце концов высвободят мощный электрический разряд, что приведет к полному повреждению компонентов спутника. Они просто выгорят». Universe Today указывает, что прямо сейчас несколько сотен спутников, находящихся на геосинхронной орбите планеты, остаются очень уязвимыми. В фактор риска входят также спутники, находящиеся на высоте 20 000 километров и отвечающие за GPS-сети. В конце концов не стоит исключать Синдром (Эффект) Кесслера. Такой вариант развития событий был описан в киноленте «Гравитация» 2013 года. Сбитый российский спутник-шпион и разлетевшиеся после него осколки вызывали цепную реакцию, в результате которой околоземное пространство превратилось в настоящую свалку из разбитых спутников и даже космической станции, что, конечно же, поставило под угрозу жизнь всех находящихся в космосе астронавтов. Страшно признавать, но Синдром (Эффект) Кесслера действительно очень вероятен, и вероятность эта только возрастает с накапливаемым на орбите после различных космических запусков мусором. Понимая возможность развития описываемых выше событий, вполне логичным будет задаться вопросом: что же будет дальше, если одно из этих событий случится что называется здесь и сейчас. Если говорить в общем и целом, то полная потеря спутников приведет к серьезному сбою в нашей нынешней высокотехнологичной жизни. Последствия будут как кратковременными, так и долговременными и при этом охватывающие многочисленные сферы. Потеря связи Практически сразу же мы станем свидетелями резкого снижения нашей способности к коммуникации, передаче информации и проведению различных цифровых сделок. «Если мы потеряем коммуникационные спутники, то это сильно снизит пропускную способность коммуникационных каналов», — говорит Джонатан Макдауэлл, астрофизик и ученый Канадской обсерватории, работающий с Гарвард-Смитсоновским центром астрофизики. По мнению Макдауэлла, с потерей коммуникационных спутников все телекоммуникационные кабели и сети, проложенные на земле и под водой, окажутся бесполезной кучей проводов. Несмотря на то, что некоторые виды коммуникационных возможностей исчезнут в таком случае мгновенно, некоторые все же останутся и смогут функционировать. Все линии международных звонков и трафик данных придется перенаправить по другим каналам, что вызовет колоссальное возрастание нагрузок как на наземные, так и на подводные коммуникационные линии. Дополнительная нагрузка в конечном итоге достигнет своего предела, и это скажется на многих телефонных звонках, которые просто не смогут дойти до адресатов. Бесполезными станут сотовые телефоны. В удаленных зонах люди, полагающиеся на спутниковое телевидение, Интернет и радио, в одночасье окажутся в коммуникационной блокаде. «Да, телевидение фактически исчезнет. Ведь значительная часть этого телевидения предоставляется компаниями с помощью спутниковых приемников», — говорит Макдауэлл. Важно учесть, что в 1998 году случился прецедент, который при больших масштабах мог привести к таким печальным последствиям для жителей всей Земли. Тогда всего один вышедший из строя спутник явился причиной неработающих по всему миру пейджеров. Возврат к бумажным картам При потере спутников мы потеряем и с доступ к системе глобального позиционирования. За годы своего существования на работу GPS стала неотъемлемым сервисом в нашей жизни, на который полагаются не только многие люди, но и многие компьютеризированные системы в различных индустриях. «Мало того, что многие уже просто забыли то, как управлять своими автомобилями без GPS, так еще и многие самолеты полагаются на эту систему», — объясняет Макдауэлл. Несмотря на то, что существуют запасные методы и системы навигации, авиалинии пользуются GPS для прокладки наиболее экономически выгодных (с точки зрения расхода топлива) маршрутов. Без GPS-спутников и телекоммуникационных спутников диспетчерам станет очень сложно поддерживать связь не только между собой, но и с самолетами, которые находятся на их маршрутах. Авиалиниям придется вернуться к более старым способам и системам коммуникации. А учитывая насыщенность сегодняшнего воздушного трафика, такой вариант развития определенно повысит процент авиакатастроф. Пострадают, конечно же, и другие навигационные системы, которые используются на грузовых судах, а также в системах поставок и перевозок. Все они полагаются на GPS. Следует указать, что GPS — это не просто средство предоставления информации о точном местонахождении. Это также и система, которая позволяет рассчитать временные рамки. Ту же функцию могут выполнять, например, наземные атомные часы, однако GPS эффективно используется для корректировки через спутники единого временного стандарта. При отсутствии этой возможности сети, требующие точной синхронизации времени, испытают «временной сдвиг», что приведет к серьезным потерям производительности и выходу из строя многих сервисов. Все это может привести к серьезным последствиям. Пострадает все: начиная от магистральных сетей высокого напряжения и заканчивая финансовым сектором. В своей статье «День без космоса: последствия для экономики и национальной безопасности» Эд Моррис, исполнительный директор отдела коммерческого использования космоса и департамента коммерции пишет: «Если вы думаете, что справиться со своей работой при неработающем Интернете покажется сверхсложной задачей, то представьте, что будет, если вы утратите еще и возможность общения по мобильным телефонам, потеряете доступ к телевидению, радио, банкоматам, кредитным картам и, возможно, всем остальным электронным вещам, которыми вы пользуетесь сейчас. […]» «Беспроводные устройства, особенно те, что работают со стандартами CDMA, станут бесполезными. Вы не сможете дозвониться с одного сотового на другой. Компьютерные сети испытают задержку, так как данным придется проходить по перегруженным каналам связи со сниженной пропускной способностью. То же самое касается и всех остальных основных сетей, использующихся для коммуникации и развлечений, так как все они используют IP-адреса и требуют максимальной точности в таймингах для уверенности в том, что отосланные данные достигли своего места назначения». Отсутствие правильной синхронизации во времени особенно сильно скажется на банковском секторе, потому что тайминги транзакций требуют записи. Платежи кредитными картами и банковскими аккаунтами, вероятнее всего, будут полностью заморожены. Миллиарды долларов, евро и другой валюты просто исчезнут из бизнеса. Наверное, не следует говорить, что за этим последует сильнейший финансовый кризис? Потеря военной мощи Институт имени Джоджа Маршалла объясняет последствия, которые скажутся на военной мощи США: «Космос является критическим звеном в правильной работе всех американских военных структур. Отделы логистики, навигации, коммуникации, центры прогнозирования погоды и собственно сами военные подразделения окажутся бесполезными». Макдауэлл называет зависимость от спутников «Ахиллесовой пятой» армии США. Эксперт по боевым действиям Питер В. Сингер из New America Foundation говорит: «Тот, кто контролирует небо, будет контролировать то, что происходит в битвах на земле». Подводя итоги последствий, которые скажутся на военном потенциале, Сингер пишет: «Сегодня работают около 1100 активных спутников. Все они являются нервной системой не только нашей экономики, но также и нашей армии. Буквально все, начиная от коммуникаций и заканчивая GPS и логистикой, полагается на эти спутники. Потенциальные противники отмечают, что именно по этой причине Россия и Китай недавно начали испытания нового поколения противоспутникового оружия, что в свою очередь привело к дополнительным вливаниям 5 миллиардов долларов в военный бюджет США для разработки различных космических боевых комплексов». «Что произойдет, если мы потеряем доступ к космосу? В таком случае, как выразился один офицер вооруженных сил США, «нам придется воевать палками и камнями», потому что все наши дроны, наши ракеты и даже наземная техника окажутся бесполезными без GPS. Это заставит нас пересмотреть все наши представления о готовности к боевым действиям 21-го века. Может, у нас и есть незаметные военные корабли нового поколения, однако потеря космоса будет означать для нас и потерю флота. Все будет как в игре Battleship, где две противоборствующие стороны, как слепые котята, будут пытаться найти друг друга в театре боевых действий». Кроме того, Макдауэлл отмечает, что потеря спутниковых возможностей приведет к снижению эффективности руководства боевыми действиями. Космические системы можно использовать для наблюдения. Без этих возможностей армия окажется слепой. «Приведет все это к тому, что никто не будет знать, что на самом деле происходит», — говорит Макдауэлл. «Спутники обеспечивают нас как глобальной, так и локальной картиной происходящего. Потеря возможности наблюдения приведет к снижению адекватности и правдивости получаемой информации. А это уже в свою очередь может катастрофически сказаться на безопасности». Гидрометцентры и климатология уйдут в прошлое Одна из самых полезных вещей, которой нас обеспечили спутники, является возможность более точного предсказания погодных условиях в тех или иных регионах планеты. Предсказание небольшой облачности — это, конечно, хорошо, однако некоторые страны, такие как, например, Индия, Пакистан и Бангладеш, зависят от таких систем прогнозирования погоды, потому что именно они могут предсказать возможность катастрофических климатических изменений. Например, Национальное управление океанических и атмосферных исследований США подсчитало, что во время ежегодных сезонов ураганов погодные спутники позволяют сохранить до 3 миллиардов долларов возможного ущерба и человеческих жизней. Потеря спутников скажется и на науке. Большинство того, что мы знаем о климатических изменениях, мы знаем именно благодаря спутникам. Макдауэлл говорит, что основные изменения будут заметны в первые недели без спутников. Однако если смотреть на вопрос в 10-летней перспективе, то отсутствие доступа к спутникам лишит нас возможности понимания и наблюдения за такими вещами, как озоновый слой, уровень углекислого газа в атмосфере, а также движение льда в мировом океане. Наземные станции и старые добрые метеозонды, конечно, могут в этом помочь, однако точность данных в таком случае окажется на порядок ниже, чем сейчас. «Мы слишком зависимы от спутников, которые являются нашими глазами и говорят нам о том, что происходит на планете. И говорят нам тогда, когда это действительно очень и очень нужно», — продолжает Макдауэлл. Конечно же, не стоит забывать и о том, что без спутников мы не сможем вести наблюдение за погодой в космосе. Например, не сможем вовремя узнавать, когда должна произойти следующая солнечная буря. Время для восстановления При потере всех спутников государства частные компании постараются восстановить свои космические возможности. В зависимости от природы событий, которое повлечет за собой уничтожение всех спутников, может потребоваться не один десяток лет для того, чтобы можно было вернуться в прежнее русло технологического стандарта. Например, произойди Вспышка Каррингтона, и нам придется очень долго восстанавливать необходимую инфраструктуру, потому что поврежденными окажутся не только космические спутники, но и вся наземная электроника. Американская армия уже готовится к возможным подобным событиям и в настоящий момент разрабатывает методы и средства, которые позволят очень быстро наладить связь. Этими методами и средствами могут оказаться маленькие спутники, которые можно будет запустить на низкую околоземную орбиту. Компактные спутники-кубсаты в последнее время набирают популярность. Их легко запустить, они недорогие и в то же время являются эффективным решением. Правда, кратковременным решением. Штаб оперативно-космического командования США ведет разработку концепта метода экстренного восстановления способности к «быстрому развертыванию, которые будут удовлетворять поставленным военным требованиям внутри всего спектра операций, начиная от действий в мирное время и заканчивая военным временем». Возврат же полноразмерных геостационарных спутников на орбиту несомненно станет более сложной задачей. Потребуются годы для того, чтобы просто их построить. Не говоря уже о том, что придется строить и большие, дорогие ракеты, которые смогут эти спутники доставить в космос. В случае события Эффекта Кесслера, который поразит все наши спутники, схема восстановления и возврата к технологическому стандарту пойдет по совсем другому сценарию. Макдауэлл считает, что на восстановление работоспособности в данном случае потребуется как минимум 11 лет на то, чтобы расчистить низкую околоземную орбиту от мусора, в противном случае все запущенные объекты, находящиеся на высоте ниже 500 километров, просто упадут обратно на Землю. К сожалению, на высоту более 600 километров над поверхностью Земли, также известную как геостационарная орбита Земли, добраться нам не удастся еще какое-то время. Объекты, находящиеся на геостационарной орбите, остаются там очень и очень долго. Вполне возможно, что от геостационарной орбиты в конце концов придется отказаться. Или же мы можем в данном случае вручную попробовать ее отчистить, используя известные на данный момент методы. Как видим, событие Эффекта Кесслера может представляться наиболее серьезным ударом по нашему высокотехнологическому будущему, поэтому мы должны принимать во внимание тот факт, что это событие действительно рано или поздно может произойти и что в таком случае за этим событием последует.

Высокие технологии | Наука

07 окт 2018

Современный автобус)

Наука и техника

07 окт 2018

Ford Mustang Shelby GT500 Eleanor 1967. Ford Mustang Shelby GT500 Eleanor 2015.

Высокие технологии | Наука

07 окт 2018

Титаниум кварц.

Наука и техника

07 окт 2018

Куда ведут черные дыры? Как часть космической матрешки, наша вселенная может находиться внутри черной дыры, которая сама по себе является частью большой вселенной. Все черные дыры, обнаруженные в нашей Вселенной — от микроскопических до сверхмассивных — могут быть дверными проемами в альтернативные реальности. Одна из последних «галлюциногенных» теорий гласит, что черная дыра является туннелем между вселенными — нечто вроде червоточины. Черная дыра не коллапсирует в одну точку, как предполагалось, а переходит в «белую дыру» на другом конце черной дыры. В статье, опубликованной в журнале Physics Letters B, физик из Университета Индианы Никодем Поплавский представил новую математическую модель спиралевидного движения материи, падающей в черную дыру. Его уравнения показывают, что такие червоточины являются жизнеспособными альтернативами сингулярностям пространства-времени, которые, как предполагал Альберт Эйнштейн, находятся в центре черных дыр. Согласно уравнениям общей теории относительности Эйнштейна, сингулярности создаются, когда материя в регионе становится слишком плотной, как в сверхплотном сердце черной дыры. Теория Эйнштейна предполагает, что сингулярности не занимают пространства, бесконечно плотные и бесконечно горячие — что, в принципе, поддерживается многочисленными косвенными доказательствами, но до сих пор остается трудно понятной для многих ученых. Если Поплавский прав, может и понимать не придется. В соответствии с новыми уравнениями, материя, которую поглощает и, видимо, уничтожает черная дыра, становится строительным материалом для галактик, звезд и планет в другой реальности. Могут ли червоточины решить загадку Большого Взрыва? Поплавский говорит, что понимание черных дыр как червоточин может объяснить определенные загадки в современной космологии. К примеру, теория большого взрыва утверждает, что вселенная началась с сингулярности. Но ученых не устраивает объяснение того, как такая сингулярность могла образоваться первоначально. Если наша вселенная родилась из белой дыры, а не из сингулярности, «это решает проблему сингулярностей черных дыр и сингулярности большого взрыва». Червоточины также могут объяснять гамма-всплески, вторые по силе взрывы во вселенной после Большого Взрыва. Гамма-всплески возникают на периферии известной вселенной. Их связывают со сверхновыми, или смертью звезд, в далеких галактиках, но их точные источники являются загадкой. Поплавский предполагает, что всплески могут быть выбросами вещества из альтернативных вселенных. Материя проникает в нашу вселенную через сверхмассивные черные дыры — червоточины — в сердцах галактик, хотя и непонятно, как это возможно. «Идея сумасшедшая, но кто знает?», — говорит ученый. Есть по меньшей мере один способ проверить теорию Поплавского. Некоторые из черных дыр в нашей вселенной вращаются, и если наша вселенная родилась внутри такой же вращающейся черной дыры, значит, она должна унаследовать вращение родительского объекта. Если будущие эксперименты покажут, что наша вселенная вращается в предполагаемом направлении, это может быть косвенным доказательством теории червоточин. Могут ли червоточины производить «экзотическую материю»? Теория червоточин может также объяснить, почему некоторые особенности нашей вселенной отклоняются от того, что предсказывает теория, согласно физикам. Основываясь на Стандартной модели физики, после Большого Взрыва кривизна Вселенной должна увеличиваться со временем, поэтому спустя 13,7 миллиарда лет, то есть сегодня, мы должны сидеть на поверхности замкнутой сферической Вселенной. Однако наблюдения показывают, что Вселенная плоская во всех направлениях. Кроме того, данные света от юной Вселенной показывают, что температура после большого взрыва была примерно одинакова везде. Это означает, что самые дальние объекты, которые мы видим на противоположном конце вселенной, были достаточно близки друг к другу и находились в равновесии, как молекулы газа в герметичной камере. И опять же, наблюдения не соответствуют предсказаниям, поскольку противоположные объекты в известной вселенной настолько далеки друг от друга, что время, которое понадобится на путешествие между ними на скорости света, превышает возраст вселенной. Чтобы объяснить расхождения, астрономы разработали инфляционную теорию. Инфляция говорит о том, что вскоре после того как была создана Вселенная, она наблюдала быстрый рывок роста, в течение которого само пространство расширялось со скоростью, превышающей световую. Вселенная растянулась от размеров атома до астрономических пропорций за долю секунды. Вселенная потому кажется плоской, поскольку мы находимся на сфере, которая чрезвычайно большая с нашей точки зрения; так и Земля кажется плоской для того, кто стоит в поле. Инфляция также объясняет, как объекты, которые находятся далеко друг от друга, когда-то могли находиться достаточно близко, чтобы взаимодействовать. Но если даже предположить, что инфляция реальна, астрономы изо всех сил пытаются объяснить, чем она была вызвана. И здесь-то на выручку приходит новая теория червоточин. Согласно Поплавскому, некоторые инфляционные теории говорят, что событие было вызвано «экзотической материей», теоретической субстанцией, которая отличается от нормальной материи отчасти потому, что отталкивается, а не притягивается под действием силы гравитации. На основе этих уравнений Поплавский пришел к выводу, что такая экзотическая материя могла возникнуть, когда некоторые из первых массивных звезд коллапсировали и превратились в червоточины. «Возможно, имело место некоторое взаимодействие экзотической материи, которая образовала червоточины, и экзотической материи, которая вызвала инфляцию», — говорит он. Уравнения червоточин — «хорошее решение» Новая модель не стала первой, предположившей, что другие вселенные существуют внутри черных дыр. Дэмиен Иссон, физик-теоретик из Аризонского университета, ранее уже предполагал такое. «Что нового? То, что решение червоточин в ОТО является переходом от внешней части черной дыры к внутренности новой вселенной», — говорит Иссон, не принимавший участия в исследовании Поплавского. — «Мы просто предполагали, что такое решение могло быть, но Поплавский его нашел». Тем не менее, идея кажется Иссону очень спорной. «Возможно ли это? Да. Вероятен ли такой сценарий? Даже не знаю. Но это однозначно интересно». Будущая работа в сфере квантовой гравитации — исследовании гравитации на субатомном уровне — уточнит уравнения и потенциально подтвердит или опровергнет теорию Поплавского. В теории червоточин нет ничего удивительного В целом, теория червоточин интересная, но не прорывная, не проливает свет на происхождение вселенной, считает Андреас Альбрехт, физик из Калифорнийского университета в Дэвисе, который также не принимал участия в исследовании. Утверждая то, что наша вселенная была создана из куска материи от родительской вселенной, теория просто сдвигает событие возникновения всего сущего в альтернативную реальность. Другими словами, она не объясняет, как возникла родительская вселенная или почему наша обладает именно такими свойствами — более того, свойства должны наследоваться, а значит родительская вселенная будет такой же. «Есть несколько актуальных проблем, которые мы пытаемся решить, и непонятно, к чему все это приведет», — говорит он, отмечая исследование Поплавского. Тем не менее, Альбрехт не находит идею червоточин, связывающих вселенные, «страньше», чем идею сингулярностей в черных дырах, и он не собирается отказываться от новой теории только потому, что она выглядит слегка двинутой. «Все, чем занимаются люди в этой сфере, довольно странно», — говорит он. — «Вы не имеете права утверждать, что победит менее странная идея, потому что этого не произойдет, ни при каких обстоятельствах».

Лаборатория Науки

07 окт 2018

Как красиво выйти из ситуации

Наука и техника

07 окт 2018

10 фильмов про постапокалипсис последних 10-ти лет