Φυσική σύνθετων συστημάτων
Η Επιτροπή Νόμπελ συμπεριέλαβε σε αυτόν τον τομέα της επιστήμης ουσιαστικά άσχετη
«Είμαστε στην άκρη μιας αβύσσου», είπε πρόσφαταΓενικός Γραμματέας του ΟΗΕ Αντόνιο Γκουτέρες. - Η μέση θερμοκρασία έχει ήδη αυξηθεί κατά 1,2 ° C πάνω από αυτή της προβιομηχανικής εποχής. Αυτό είναι πολύ κοντά στην κρίσιμη ένδειξη του 1,5°C. Η φετινή χρονιά θα είναι καθοριστική. Εάν αποτύχουμε [στον έλεγχο του κλίματος και τη μετάβαση στις πράσινες τεχνολογίες], θα βρεθούμε σε μεγάλο κίνδυνο».
Στο εγγύς μέλλον, μπορούμε να περιμένουμε αύξηση των όγκωνερευνητική εργασία στον τομέα της φυσικής πολύπλοκων συστημάτων και της φυσικής του κλίματος. Οι κύριες ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα έγιναν πριν από δεκαετίες. Για παράδειγμα, στη δεκαετία του '60, ο Shukuro Manabe δημιούργησε μια εργαλειοθήκη για τη μοντελοποίηση του κλιματικού συστήματος, δέκα χρόνια αργότερα, ο Klaus Hasselman συνέδεσε τον καιρό και το κλίμα. Το βραβείο θα μπορούσε να μοιραστεί μαζί τους ο Σοβιετικός φυσικός Αντρέι Μονίν, ένας από τους ιδρυτές της γεωφυσικής υδροδυναμικής, που άνοιξε το δρόμο για έρευνα σε όλο τον κόσμο.
Τώρα στη Ρωσία υπάρχουν λίγοι επιστήμονες πουασχολούνται με τη μοντελοποίηση σύνθετων συστημάτων από άποψη κλίματος και ταυτόχρονα κερδίζουν διεθνή αναγνώριση. Για παράδειγμα, το έργο του Evgeny Volodin από το Ινστιτούτο Υπολογιστικών Μαθηματικών. Η Marchuk RAS έγινε μέρος του μεγαλύτερου μοντέλου IPCC (Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή) πριν από αρκετά χρόνια. Στην επιστημονική κοινότητα, υπάρχει η άποψη ότι τώρα η ρωσική έρευνα υστερεί πολύ πίσω από τις δυτικές μελέτες και απλώς δεν υπάρχουν ειδικοί στο επίπεδο των βραβευθέντων Νόμπελ στη χώρα. Οι λόγοι είναι η υποχρηματοδότηση και η μείωση της τεχνογνωσίας.
Δεν υπάρχει ξεχωριστός παγκόσμιος θεσμός στη Ρωσία,που ασχολείται με τη φυσική σύνθετων συστημάτων. Υπάρχουν όμως περιφερειακές πρωτοβουλίες - για παράδειγμα, το εκπαιδευτικό και επιστημονικό κέντρο "Φυσική των σύνθετων συστημάτων", που άνοιξε το 2009 στο Καζάν. Το μεταπτυχιακό πρόγραμμα υλοποιείται σύμφωνα με την αρχή της ανταλλαγής εμπειριών με το Ινστιτούτο Προβλημάτων Μηχανικής και Σύγχρονης Επιστήμης Υλικών ISMANS (Γαλλία).
Τα κλιματικά μοντέλα είναι μόνο ένα από ταπρακτικές σφαίρες, που καρπώνεται από ανακαλύψεις στον τομέα της φυσικής πολύπλοκων συστημάτων. Έτσι, ο τρίτος νικητής του βραβείου Νόμπελ Giorgio Parisi έλαβε ένα βραβείο για την ανακάλυψη μαθηματικών νόμων που προκύπτουν σε πολύπλοκα (χαοτικά) υλικά, τα οποία επέτρεψαν στους επιστήμονες να περιγράψουν πολλά διαφορετικά φαινόμενα - όχι μόνο στη φυσική, αλλά και στα μαθηματικά, τη βιολογία, τη νευροεπιστήμη. και μηχανική μάθηση. Επιπλέον, η δουλειά του βοήθησε πολύ στη δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή.
Η κβαντική φυσική
Ένας κβαντικός υπολογιστής είναι ένας από τους πιο ισχυρούςεφαρμοσμένα επιτεύγματα. Σύμφωνα με τις πιο αισιόδοξες εκτιμήσεις, θα εμφανιστούν στη Ρωσία σε λίγα χρόνια και μέχρι στιγμής υπάρχουν μόνο πρωτότυπα διαφορετικών τύπων κβαντικών επεξεργαστών. Αυτά περιλαμβάνουν το πρώτο μοναδικό σχήμα πέντε qubit για κβαντικό υπολογισμό, που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο MIPT.
Μια πλατφόρμα 20 ιόντων εμφανίστηκε επίσης το 2021,μια εναλλακτική προσέγγιση για τη δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή, «Εθνικό Κβαντικό Εργαστήριο». Για τη Ρωσία, και τα δύο γεγονότα είναι μια μεγάλη ανακάλυψη, αλλά παρ 'όλα αυτά, αυτή είναι μια σημαντική υστέρηση στον κόσμο, όπου υπάρχει ήδη ένας πλήρης κβαντικός υπολογιστής με 27 qubits και μια μηχανή D-Wave 5000 qubit για περιορισμένους υπολογιστές λειτουργεί.
«Σύμφωνα με την Gartner, τα quants θα γίνουν πραγματικότηταγια την πλειοψηφία ήδη το 2023, και όχι σε 20 χρόνια, όπως πιστεύαμε προηγουμένως», σημειώνει η Έλενα Ζίσλιν, αντιπρόεδρος της Τεχνολογικής Επιχειρηματικής Ανάπτυξης της JPMorgan Chase. — Σε δύο χρόνια, το 20% των εταιρειών στον κόσμο θα έχουν ήδη έργα στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών. Για σύγκριση, σήμερα είναι μόνο 1%»..
Πειράματα για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών σεΗ Ρωσία απαιτεί πολλά χρήματα. Ωστόσο, ορισμένοι τομείς έρευνας πραγματοποιούνται συχνά από διάφορα ινστιτούτα. Ως μέρος διεθνών ομάδων, Ρώσοι επιστήμονες συνέβαλαν σε αρκετές σημαντικές ανακαλύψεις. Για παράδειγμα, μια ερευνητική ομάδα Skoltech με την IBM επινόησε κβαντικούς διακόπτες, μια τεχνολογία που πολλαπλασιάζει την κατανάλωση ενέργειας ενός κβαντικού υπολογιστή. Θεωρητικά, αυτό θα επιτρέψει την αποφυγή της χρήσης ακριβών συστημάτων ψύξης, τα οποία περιπλέκουν πολύ τη λειτουργία της συσκευής.
Ένα άλλο έχει περίπου το ίδιο πρακτικό νόημα.ανακαλύψεις - υπάλληλοι του Ρωσικού Κβαντικού Κέντρου με συναδέλφους από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας και το Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Καζάν. Για πρώτη φορά στην ιστορία, απέκτησαν κβαντικά φαινόμενα υπεραγωγιμότητας και υπερρευστότητας σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό ήταν το όνειρο των ερευνητών σε όλο τον κόσμο εδώ και δεκαετίες.
Υπάρχουν επίσης πολλές ανακαλύψεις που έγιναν σετις συνθέσεις διεθνών ομίλων. Για παράδειγμα, επιστήμονες από το Ινστιτούτο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης. Ο Osipyan και ο Skoltech, μαζί με συναδέλφους από το Πρίνστον (ΗΠΑ) και το Ινστιτούτο Walter Schottky (Γερμανία), πρότειναν μια πρωτότυπη μέθοδο για την ανίχνευση πολύπλοκων κβαντικών καταστάσεων - τους τρόπους Majorana. Οι επιστήμονες προσπαθούν να ανιχνεύσουν αυτά τα σωματίδια εδώ και πολύ καιρό, αλλά είναι εξαιρετικά δύσκολο: δεν έχουν φορτίο και σπιν. Το πιθανό όφελος της ανακάλυψης έγκειται στη χρήση μοναδικών ιδιοτήτων κατά τη δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή νέας γενιάς (η ταχύτητα υπολογισμού είναι υψηλότερη, η επίδραση των περιβαλλοντικών παρεμβολών είναι μικρότερη).
Μια δυνατή επιστημονική σχολή αναπτύσσεται όπου υπάρχεισυνέχεια. Τον Οκτώβριο του 2021, μια ερευνητική μονάδα εμφανίστηκε στο MIPT, όπου επιστημονικός διευθυντής θα είναι ο Andrei Geim, διάσημος φυσικός και απόφοιτος MIPT που έλαβε το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη του γραφενίου μαζί με τον Konstantin Novoselov. Το εργαστήριο θα ασχοληθεί με τη μεσοφυσική—ή την εκδήλωση κβαντομηχανικών φαινομένων σε μακροσκοπικές κλίμακες. Οι ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα μπορεί να έχουν μεγάλη πρακτική σημασία για την ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής.
Φυσική υλικών
Συμμετοχή σε ρωσικά επιστημονικά προγράμματαΟι βραβευθέντες με Νόμπελ είναι ένα σημαντικό στρατηγικό βήμα προς τη δημιουργία ενός κέντρου έλξης για νέους επιστήμονες, όπου θα συγκεντρώνεται το πνευματικό δυναμικό της χώρας. Αυτό κάνει τώρα το MIPT. Ένας από τους πιο αναφερόμενους φυσικούς της εποχής μας, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, ο νομπελίστας Konstantin Novoselov ήταν επικεφαλής του τμήματος Phystech, επικεντρωμένος σε πειράματα με δισδιάστατα έξυπνα υλικά. Αυτός είναι ένας πολλά υποσχόμενος τομέας με μεγάλες πιθανές επιπτώσεις για τη μικροηλεκτρονική και την τεχνολογία. Αναμένεται ότι τέτοια υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βάση για νευρομορφικούς υπολογιστές.
Ασχολείται επίσης με νανοϋλικά στη ΡωσίαΙνστιτούτο Kurchatov. Πρόσφατα, οι φυσικοί συνέθεσαν μια θεμελιωδώς νέα κατηγορία λεπτής ύλης - μαγνητικά φιλμ υπομονοστοιβάδας. Έχουν πάχος ενός ατόμου, αλλά έχουν υψηλή εκφόρτιση. Αυτοί είναι οι λεπτότεροι τεχνητοί μαγνήτες που δημιουργήθηκαν ποτέ σε εργαστήριο. Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να σχετίζεται με μια ώθηση στην ανάπτυξη της σπιντρονικής (ένα σύστημα που χρησιμοποιεί το spin ως φορέα πληροφοριών στον κβαντικό υπολογισμό). Στη διαδικασία της ερευνητικής εργασίας, οι φυσικοί του Ινστιτούτου Kurchatov συνεργάστηκαν με το Ευρωπαϊκό Κέντρο Έρευνας Συγχρονών, όπου υπάρχει μια μοναδική εγκατάσταση επιταχυντή που καθιστά δυνατή τη μελέτη των ιδιοτήτων του νανοϋλικού. Αυτό μας φέρνει πολύ κοντά στο να μιλήσουμε για την κατάσταση της φυσικής των επιταχυντών στη Ρωσία.
Πυρηνική και επιταχυντική φυσική
Στις αρχές του 2021, η Ρωσία ξεκίνησε δύοΜεγα-εγκαταστάσεις: ο ισχυρότερος ερευνητικός αντιδραστήρας νετρονίων υψηλής ροής στον κόσμο PIK και ο θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας T-15MD (γνωστός και ως Tokamak). Με τη βοήθειά του, Ρώσοι επιστήμονες θέλουν να κάνουν ανακαλύψεις που θα καταστήσουν δυνατή τη δημιουργία τεχνολογιών για πυρηνική ενέργεια δύο συστατικών. Στο Ινστιτούτο Kurchatov, ονομάζονται επίσης "φυσικά", δηλαδή κλειστά στον εαυτό τους και φυσικά ενσωματωμένα στην κυκλοφορία των πόρων του περιβάλλοντος.
Επίσης, εργάζονται επιστήμονες από το Ινστιτούτο Kurchatovδημιουργία πυρηνικών σταθμών χαμηλής ισχύος με βάση θερμοηλεκτρικά υλικά, τα οποία πρακτικά δεν χρειάζονται συντήρηση. Το πρωτότυπο της εγκατάστασης, που μπορεί να ονομαστεί συμπαγής ατομική μπαταρία, λειτουργεί εδώ και αρκετές δεκαετίες. Ίσως είναι Ρώσοι φυσικοί που ανοίγουν το δρόμο για τη δημιουργία τεχνολογιών που μπορούν να εξασφαλίσουν την ανθρώπινη ζωή σε άλλους πλανήτες.
Παρά την παρουσία αρκετών εγκαταστάσεων στη χώραπαγκόσμιας κλάσης, νέοι επιταχυντές και αντιδραστήρες κατασκευάζονται λιγότερο συχνά από ό,τι αποτυγχάνει η σοβιετική κληρονομιά. Αυτό είναι ένα σοβαρό πρόβλημα - εξάλλου, οι περισσότερες ανακαλύψεις στη σωματιδιακή φυσική και την πυρηνική φυσική συμβαίνουν κατά τη διάρκεια πειραμάτων σε τέτοιες εγκαταστάσεις.
«Τα τελευταία 30 χρόνια, υπήρξε μια τάση προςμείωση του μεριδίου της εργασίας που εκτελείται σε ερευνητικά κέντρα της Ρωσικής Ομοσπονδίας. Αυτό οφείλεται στην έλλειψη σύγχρονης πειραματικής βάσης στη χώρα. Στο πλαίσιο της γενικής, θα έλεγα, καταθλιπτικής κατάστασης των θεμελιωδών επιστημών στη χώρα, η δημιουργία μεγάλων επιστημονικών εγκαταστάσεων επιταχυντή έχει επιβραδυνθεί. Αυτό οδήγησε στο γεγονός ότι υπήρξε σημαντική υστέρηση στην ανάπτυξη των εγχώριων τεχνολογιών επιταχυντών σε διάφορους σημαντικούς τομείς, όπως η πυρηνική ιατρική, η επιστήμη των υλικών, η βιομηχανία ημιαγωγών, που εξαρτώνται πλέον από ξένους προμηθευτές», δήλωσε ο ακαδημαϊκός Boris Sharkov. σε πρόσφατη συνάντηση της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών.
Η θετική πλευρά της κατάστασης είναι ότι το επίπεδοη πειραματική βάση μπορεί να αυξηθεί, και τα επόμενα χρόνια. Το 2022, ο επιταχυντής NICA θα ολοκληρωθεί και θα εκτοξευθεί στη Ντούμπνα. Το Εθνικό Κέντρο Φυσικής και Μαθηματικών δημιουργείται στο Σαρόφ, όπου θα εμφανιστεί ένας άλλος επιταχυντής, το Super c-tau Factory. Ίσως, με τη βοήθειά του, οι Ρώσοι επιστήμονες μελετούν διαδικασίες και φαινόμενα που υπερβαίνουν το «τυποποιημένο μοντέλο». Αλλά μπορούν να τους προλάβουν: στον κόσμο, τα πειράματα πραγματοποιούνται καθημερινά σε εγκαταστάσεις επιταχυντών και οι επιστήμονες είναι πολύ κοντά σε ανακαλύψεις που θα θέσουν τα θεμέλια για τη «νέα φυσική».
Στο μεταξύ, οι Ρώσοι θεωρητικοί φυσικοί πρέπει να το κάνουνπείθοντας κυριολεκτικά το CERN να διεξάγει πειράματα. Για να γίνει αυτό, πρέπει να τους πείσετε για την πιθανή χρησιμότητα της ανακάλυψης. Τώρα αυτό επιτυγχάνεται από τον Ντμίτρι Κάρλοβετς, ο οποίος απέδειξε μαθηματικά τη διατήρηση της ασυνήθιστης κατάστασης «στρίψιμο» και τις ιδιότητες του κύματος σε σωματίδια σε υψηλές ταχύτητες. Προηγουμένως, οι ερευνητές μελετούσαν αυτές τις κβαντικές ιδιότητες μόνο σε μέτριες ενέργειες. Το αν υπάρχει κάποιο πρακτικό όφελος εδώ είναι ένα μεγάλο ερώτημα, αλλά δεν το έθεσαν όλα τα πρωτοποριακά πειράματα στην ιστορία της φυσικής ως στόχο τους. Η γνώση ήταν πάντα το κύριο πράγμα.
Διαβάστε περισσότερα
Ο Hubble τράβηξε μια φωτογραφία του ίδιου ενεργού γαλαξία με διαφορά 20 ετών
Οι αστρονόμοι είπαν πού και πώς σχηματίζεται ο χρυσός και η πλατίνα στο σύμπαν
Ακούστε τους ήχους του Άρη που ηχογραφήθηκαν από την αποστολή Perseverance