Текст книги "Журнал "Компьютерра" №751"
Автор книги: Компьютерра Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 8 страниц)
Исследовать свойства фотонных кристаллов на прочных стеклянных копиях гораздо удобнее, чем на самих крыльях из органики. Экспериментаторы уверены, что результат их изысканий найдет массу практических приложений, особенно при работе с ультрафиолетом и инфракрасным излучением. Фотонные кристаллы будут также полезны в телекоммуникационном оборудовании, оптических сенсорах и солнечных элементах. ГА
Двугорбый фотон
Физики из Стэнфордского университета научились «вырезать» отдельные фотоны почти произвольной формы с помощью обычного электронно-оптического модулятора. Такие фотоны с экзотическими волновыми функциями будут полезны не только в фундаментальных исследованиях, но и для шифрования информации, квантовой компьютерной памяти и других приложений.
Электронно-оптические модуляторы часто используются в телекоммуникационном оборудовании для кодирования информации в луче непрерывного лазера, состоящем из огромного числа фотонов. Нередко в этих устройствах применяются специальные кристаллы, которые под действием электрического поля меняют свой показатель преломления и прерывают луч. С другой стороны, в последние годы физики поднаторели в работе с отдельными фотонами, которые с точки зрения квантовой теории представляют собой волновой пакет, локализованный в пространстве и времени. Но чтобы промодулировать такой пакет, нужно как-то поймать момент его прохождения через модулятор, а это далеко не тривиальная задача.
Сегодня, чтобы проследить за отдельным фотоном, обычно используют пару запутанных фотонов, одним из которых просто запускают оборудование. Но фотоны имеют длительность всего в одну десятую пикосекунды, а так быстро модуляторы работать пока не способны. Чтобы обойти эту проблему, ученые использовали ультрахолодный газ из атомов рубидия, заставляя его испускать пары запутанных фотонов со слегка отличающимися частотами. Фотон с меньшей частотой пролетал через газ почти со скоростью света и включал модулятор, а второй сильно взаимодействовал с атомами рубидия и замедлялся примерно в десять тысяч раз, растягиваясь во времени вплоть до микросекунды. Из такого "длинного" фотона обычный модулятор уже мог "вырезать" что угодно. В экспериментах ученые получали фотоны в виде пары импульсов прямоугольной формы с длительностью по пятьдесят наносекунд, фотоны с похожей на колокол гауссовой формой и ряд других.
Однако непосредственно измерить форму волнового пакета невозможно, поскольку он определяет лишь вероятность того, что фотон будет зарегистрирован в определенном месте. Поэтому, чтобы "прописать" его в эксперименте, ученые использовали множество одинаковых фотонов, следующих друг за другом. ГА
А что в центре?
Команде астрономов, координируемой из Массачусетского технологического института, удалось заглянуть в центр нашей галактики и оценить размеры расположенного там объекта, который предположительно является гигантской черной дырой. Диаметр источника свечения оказался даже меньше, чем полагали ученые.
Согласно современным астрофизическим теориям, в центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра, которую можно обнаружить по движению окружающих ее звезд и свечению поглощаемого ею вещества. Наша собственная галактика Млечный путь не является исключением, и мощный компактный радиоисточник А* в созвездии Стрельца на расстоянии 26 тысяч световых лет от Земли является хорошим кандидатом на дыру в центре галактики. Его масса, по некоторым оценкам, в четыре миллиона раз больше солнечной.
Однако надежные доказательства существования черных дыр, которые предсказываются общей теорией относительности, до сих пор не получены. Возможно, дыр не бывает вовсе, а имеющиеся наблюдения можно объяснить альтернативными теориями, которые, например, вполне обоснованно предполагают существование массивных барионных звезд.
Предыдущие наблюдения радиоастрономов за объектом А* Стрельца на волнах длиной 7 и 3,5 мм давали разные оценки его размеров. И ученые уповали на новые данные, полученные на длине волны 1,3 мм, которая значительно меньше рассеивается межзвездной средой. Чтобы добиться хорошего пространственного разрешения, была использована технология интерферометрии с очень большой базой.
Радиотелескопы, расположенные на расстоянии до четырех с половиной тысяч километров друг от друга в Аризоне, Калифорнии и на Гавайях, образовали один гигантский виртуальный прибор, разрешение которого в тысячу раз выше, чем у орбитального телескопа Хаббла, и в пять раз выше, чем во время предыдущих радиоизмерений.
Оказалось, что размер светящейся области А* Стрельца – около трех световых минут, что примерно соответствует трети расстояния от Земли до Солнца. Это меньше горизонта событий предполагаемой черной дыры, и что же там на самом деле излучает радиоволны, так пока и не ясно. Возможно, это светится материя, засасываемая и разогреваемая черной дырой, или горячие струи вещества, испускаемые вращающейся дырой с полюсов.
Астрономы полагают, что их данные о компактности источника излучения в центре галактики пока подтверждают гипотезу о существовании гигантских черных дыр. Однако полезно подождать публикаций оппонентов. Во всяком случае, очевидно, что следует продолжать наблюдения, используя еще большие массивы радиотелескопов. Только они позволят как следует рассмотреть, что же все-таки светится в центре нашей галактики. ГА
Завязанный луч
Физикам из Нью-Йоркского и Калифорнийского университетов впервые удалось завязать луч света в узел.
Всем известно, что обычный свет распространяется в пустоте строго по прямой. Его можно слегка отклонить, если искривить само пространство-время сильным гравитационным полем. Это происходит, например, если луч далекой звезды проходит рядом с другой звездой, гравитационное поле которой действует как линза, что помогает астрономам разглядеть объекты, находящиеся на окраинах Вселенной.
Распространение лучей света, как и другие электромагнитные явления, описывается уравнениями электродинамики Максвелла. Но у этих уравнений есть и малоизвестные экзотические решения, полученные теоретиками около двадцати лет назад. Они тесно связаны с так называемыми расслоениями Хопфа, описывающими свойства отображений многомерных сфер. У таких экзотических решений все линии электрического и магнитного полей замкнуты и связаны друг с другом.
Долгое время все это не выходило за рамки расчетов, но теперь ученые решили выяснить, удастся ли реализовать такие завязанные лучи света на практике. Оказалось, что это вполне возможно, если тщательно сфокусировать лазерный импульс с круговой поляризацией. А если добавить пространственный модулятор и элементы голографии, то из света можно "вязать" узлы разной формы.
Пока новые экзотические состояния света изучены мало. Поэтому не очень ясно, как их можно использовать, хотя уже очевидно, что приложения завязанного в узел света могут быть самыми разными. Им можно удерживать и передвигать атомы, ионы и наночастицы, возбуждать экзотические состояния в плазме и нелинейных средах. А за научными приложениями, быть может, последуют и коммерческие. ГА
Квантовые неприятности
Физики из Университета Умео в Швеции при поддержке коллег из Мэрилендского университета обнаружили новый досадный механизм разрушения информации в плазмонных устройствах. Этот механизм начинает работать на наномасштабах и ставит предел миниатюризации плазмонных устройств.
Как известно, сегодня в качестве носителя информации в основном используют электроны, хотя для ее передачи гораздо предпочтительнее фотоны. Но фотоны невозможно втиснуть в волноводы существенно меньше длины волны, а электроны накладно посылать на большие расстояния.
Обойти эти естественные ограничения в электронике будущего ученые собирались, "скрестив" электроны с фотонами и получив поверхностные плазмоны, плазмоны-поляритоны и другие квазичастицы, которые эффективно распространяются вдоль границ проводников и диэлектриков, представляя собой коллективные колебания электромагнитного поля и электронов вещества. У поверхностных плазмонов длина волны существенно меньше, чем у фотонов с той же частотой, и их легче втиснуть в замкнутый объем чипа.
Это направление активно исследуется в последние годы на основе классических представлений. Но когда размеры устройств достигли наномасштабов, стал проявляться двойственный квантово-волновой характер электронов, и ученым пришлось перейти к более сложной квантовой теории. И тут выяснилось, что помимо обычного механизма затухания плазмонов в результате их столкновений и рассеяния на различных неоднородностях, появляется еще один квантовый механизм разрушения переносимой плазмонами информации. Из-за квантовой неопределенности в положении и движении электронов плазмоны быстро затухают. Это порождает фундаментальные ограничения на минимальные размеры плазмонных устройств, а с ним и достижимые пределы миниатюризации чипов.
Однако ученые не унывают. Поверхностные плазмоны-поляритоны – довольно сложные квазичастицы, а значит, есть шанс найти лазейку, которая позволит обойти ограничения квантовой диссипации. Удастся ли это сделать, покажут дальнейшие исследования. ГА
Немые дырки
Удивительный эффект обнаружили физики из Политехнического университета Валенсии. Оказывается дырки, просверленные в листе металла, способны не только не пропускать, а, наоборот, эффективно подавлять звук определенных частот.
Свои эксперименты ученые проводили с листами из латуни и алюминия толщиной 2–3 мм, погруженными в воду. Выбор этой среды продиктован тем, что жидкость позволяет проводить опыты в компактной емкости на столе, а для экспериментов на воздухе потребовалась бы большая камера. С одной стороны листа ставили излучатель ультразвука с длиной волны 4,5–8,8 мм, а с другой – приемник, фиксировавший прохождение звука сквозь экран.
Для сплошных листов, как и предсказывает теория, наблюдался "закон масс", гласящий, что удвоение массы единицы площади экрана примерно вдвое снижает громкость прошедшего звука. Но когда в листе просверлили отверстия диаметром несколько миллиметров с шагом, сопоставимым с длиной звуковой волны, то оказалось, что на некоторых частотах такой экран заглушает звук в 3–6 раз сильнее сплошного листа. Поглощение наблюдается и при регулярном, и при случайном расположении дырок. Разумеется, чудес не бывает, и в сумме по частотам перфорированный экран пропускает больше. Но и очень сильного подавления на отдельных частотах хватило, чтобы заставить специалистов задуматься. Согласно предложенной экспериментаторами теории, такое аномально сильное подавление звука возникает из-за того, что падающая звуковая волна возбуждает в экране поверхностные звуковые волны, которые начинают интерферировать между собой и с прошедшей волной и тем самым тушат друг друга.
Перфорированный лист или кожух будет прекрасным экраном для механизмов, шумящих в основном на какой-то одной частоте, что нередко встречается на практике. Заодно дырки обеспечат циркуляцию воздуха для охлаждения устройства. Это особенно полезно, поскольку звукоизоляция, как правило, удерживает и тепло. ГА
Нанопомпа
Любопытные результаты получили физики из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн, осуществив компьютерное моделирование течения воды в углеродной нанотрубке методом молекулярной динамики. Оказывается, если молекулы воды предварительно ориентировать электрическим полем, то скорость течения можно значительно увеличить и даже использовать нанотрубку как водяную помпу.
Течение воды по углеродным нанотрубкам уже несколько лет интригует ученых. Редкое сочетание гладкости стенок и их гидрофобности приводит к тому, что жидкость по такой трубке течет на несколько порядков быстрее, чем по обычной трубе, если бы ее удалось уменьшить до того же диаметра. Именно нанотрубки лучше всего подойдут для создания различных мембран для опреснения, дистилляции, доставки лекарств и других приложений. Ученые решили посмотреть, что получится, если перед длинной трубкой все молекулы воды ориентировать в одном направлении вдоль трубки. Это можно сделать внешним электрическим полем или присоединив к концам нанотрубки специальные поляризующие молекулярные группы. Оказалось, что сориентированная вода течет по трубке лишь в одном направлении. Причем молекулы выстраиваются строго друг за другом и вращаются во время движения. Чтобы изменить направление течения, достаточно сменить ориентацию поля на противоположную.
Экспериментаторы надеются использовать мембраны с поляризованной в нанотрубках водой в основном для ее очистки и нанофильтрации. Хотя было бы любопытно посмотреть, можно ли использовать такие нанопомпы для водяного охлаждения электроники. Но пока эта надежда основана только на теоретических моделях и расчетах. И теперь очередь за экспериментами, которые подтвердят их или опровергнут. ГА
Тайны Красной планеты
Марс надежно хранит свои секреты. Поиском следов жизни, которая могла существовать на планете в прошлом, а возможно, существует и по сей день, ученые занимаются далеко не первый год. Считается, что в незапамятные времена по поверхности Марса текла вода, а разряжённая ныне атмосфера когда-то была гораздо плотнее. Пролить свет на историю планеты и природу ее кардинальных климатических изменений должна новая исследовательская миссия MAVEN, программу которой утвердило Американское аэрокосмическое агентство.
Проект MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) был признан лучшим среди двух десятков других, представленных на суд экспертов в рамках конкурса, объявленного NASA еще два года назад. Главными критериями отбора кандидатов стали эффективность получения научных данных и надежность космического аппарата, а главной задачей самого корабля – тщательное изучение атмосферы Красной планеты. При помощи восьми научных инструментов аппарат постарается собрать как можно больше информации о причинах глобальных изменений, в результате которых Марс растерял большую часть своей газовой оболочки. Попутно MAVEN оценит возможность существования жизни на планете и, возможно, присмотрит подходящие места для высадки астронавтов.
В общей сложности на миссию будет истрачено почти полмиллиарда долларов. Реализацией займутся специалисты Лаборатории физики атмосферы и космоса при Колорадском университете, которые в ближайшее время получат первый грант в размере шести миллионов долларов на составление плана и проработку технических аспектов. Запуск корабля запланирован на конец 2013 года, а осенью 2014-го он должен приступить к выполнению научной программы. Приблизившись к Красной планете, MAVEN на собственных двигателях выйдет на эллиптическую орбиту высотой от 145 до 6200 километров и в течение земного года будет передавать ученым бесценную информацию. Кроме того, кораблю предстоит нырнуть до высоты 130 километров от поверхности Марса и взять пробы из верхних слоев атмосферы. Одновременно он сможет играть роль ретранслятора сигналов для бороздящих просторы Марса роботов. ВГ
Праздник жизни
Группа шведских ученых недавно обнародовала результат исследований, которые доказывают теоретическую возможность существования жизни в условиях открытого космоса. Поистине адские испытания смогли вынести крохотные членистоногие размером от десятой доли до полутора миллиметров, называемые тихоходками. Всего известно несколько сотен видов тихоходок, два из них – Richtersius coronifer и Milnesium tardigradum – как раз и были в 2007 году отправлены в необычное путешествие на российском космическом корабле.
Всего на орбиту прибыло около 120 предварительно обезвоженных особей каждого вида, разделеных на четыре группы. Одна группа все время полета пробыла в космическом вакууме; две другие, помимо этого, были открыты ультрафиолетовому облучению разной степени жесткости (четвертая группа была контрольной).
То, что контрольная группа десять дней продержалась без воды, ученых особо не удивило, так как и на Земле тихоходки обитают в самых суровых средах и умеют впадать в анабиоз при совсем уж неблагоприятных условиях. Быстро в себя пришла и группа животных, на долю которых выпал только вакуум. Самое поразительное, что смогла уцелеть и дать потомство большая часть организмов, облученных ультрафиолетом; хотя чем жестче было излучение, тем меньше особей выжило. Впрочем, гораздо важнее не то, сколько тихоходок перенесло ультрафиолет, а то, что это в принципе оказалось возможным.
Механизм такой сверхвыносливости до конца не ясен. Есть довольно смелые предположения, что тихоходки каким-то образом способны восстанавливать поврежденные цепочки ДНК. Одно очевидно: гипотеза о "спорах жизни", как об одном из вариантов появления жизни на Земле, получила косвенные подтверждения. АБ
Новости подготовили
Галактион Андреев, Александр Бумагин, Татьяна Василькова, Владимир Головинов, Евгений Золотов, Денис Коновальчик, Игорь Куксов, Павел Протасов, Жанна Сандаевская, Дмитрий Шабанов
Микрофишки
Hewlett-Packard в течение следующих трех лет планирует уволить почти 25 тысяч сотрудников (7,5% от общего числа). Причина сокращения – множество дублирующих друг друга рабочих мест, которые образовались после покупки минувшим летом Electronic Data Systems. Радикально урезав штат объединенной компании, HP удастся существенно снизить издержки, после чего можно будет со спокойной душой заняться увеличением прибыльности EDS. АБ
***
Nokia решила покончить с беспорядком, который вносит спонтанное фотографирование в жизнь владельцев камерафонов. Патентуемая финнами технология позволит оставлять на снимках цифровые подписи (вся внесенная информация при этом будет храниться непосредственно в графических файлах), подобно тому, как это делается с обычными фотографиями. В компании считают, что новшество поможет быстро отыскать нужный кадр, что порой непросто сделать, ориентируюсь по безликим именам файлов или крошечным миниатюрам. Осталось только дождаться внедрения фичи в телефоны и не лениться делать пометки. АБ
***
Работы над стандартом беспроводных сетей 802.11n еще толком не завершены, а эксперты IEEE уже активно обсуждают его логическое продолжение, обеспечивающее еще более высокую пропускную способность. Речь идет о преодолении рубежа в 1 Гбит/с.
На практике устройства, выполненные в соответствии с черновыми спецификациями 802.11n, вытягивают 130–150 Мбит/с, а при самых благоприятных условиях – 170 Мбит/с. Новый стандарт доведет пропускную способность каждого из каналов связи до 500 Мбит/с. Беспроводные устройства нового поколения будут поддерживать одновременную работу по двум и более каналам, что в итоге и даст суммарную скорость, превышающую 1 Гбит/с.
Возможность выработки гигабитного стандарта WiFi с прошлого года изучает специально сформированная группа Very High Throughput (VHT). Для сетей нового типа предлагается выделить два частотных диапазона – в районе 6 и 60 ГГц. Дело в том, что в диапазоне 60 ГГц имеется много «пробелов», то есть свободных частот, а значит, упрощается передача данных сразу по нескольким каналам. Однако из-за высокой частоты сигнал плохо проходит через стены, в результате радиус действия ограничивается одной-двумя комнатами. В диапазоне 6 ГГц наблюдается обратная картина: волны могут без особых проблем преодолевать в помещениях десятки метров, но острее ощущается дефицит свободных частот. Так что использование двух диапазонов позволит выжать максимум при передаче данных в небольшой зоне покрытия и гарантировать стабильную, но менее быструю связь при увеличении расстояния между устройствами.
Участники группы VHT обещают, что технология беспроводной связи следующего поколения обеспечит возможность прозрачного роуминга между точками доступа и будет обратно совместима с существующими спецификациями IEEE 802.11. Гигабитный стандарт WiFi будет готов не раньше, чем через два-три года. ВГ
***
Казалось бы, деньги и свободное ПО – вещи несовместимые. Дизайнер Стани Микиелс (Stani Michiels) рассудил иначе: для генерации рисунка юбилейной монеты в пять евро, выпущенной в Нидерландах, он использовал популярный язык программирования Python, который развивается в соответствии с принципами открытого кода.
На сей раз в Голландии решили почтить память знаменитых архитекторов страны. Конкурс на разработку дизайна коллекционной монеты как раз удалось выиграть Микиелсу. Аверс предложенного им макета украшен именами архитекторов, набранными по спирали. При этом дизайнеру удалось соблюсти одно из условий: сохранить на монете портрет королевы Беатрикс. Скрипт, написанный хайтек-художником, помог создать схематичное изображение монаршей особы за счет использования букв разной толщины и размера.
В целом получился хороший пример модернистского дизайна в нумизматике, к тому же любопытный с точки зрения программирования. ПП
***
Американский спамер Джереми Джейнс (Jeremy Jaynes, на фото справа), похоже, войдет в историю. Во-первых, он стал первым спамером, которого за подобную деятельность упрятали за решетку. Во-вторых, при рассмотрении его дела Верховный суд Вирджинии отменил действовавший до этого в штате закон, запрещающий рассылку спама, по причине его (закона) неконституционности. Жалобу подал сам Джейнс, посчитавший, что закон ограничивает право жителей штата на свободу слова, свято охраняемую Первой поправкой к Конституции США, поскольку запрещает массовую рассылку не только писем с коммерческими предложениями, но и любых других, содержащих политические, религиозные и прочие материалы. И, как ни странно, судьи с этими доводами согласились.
Джейнса посадили в 2004 году за то, что он разослал по электронной почте миллионы писем подписчикам AOL, пользуясь базой адресов, похищенной одним из работников компании. Кроме того, его обвиняют в мошенничестве: спамер предлагал своим адресатам программу, якобы позволяющую быстро сколотить состояние. ПП
