Астрономы обнаружили первую звездную струну за пределами Млечного Пути в галактике UGC9050-Dw1

Ученые добились значительного прорыва в понимании хаотичного явления турбулентности, отслеживая движение миллионов отдельных частиц в специализированном состоянии материи, известном как пылевая плазма. Команда из Индийского технологического института (IIT) Джамму и IIT Канпур использовала симуляции на суперкомпьютерах, чтобы продемонстрировать, как микроскопические частицы пыли, схожие с теми, что находятся в кольцах Сатурна или внутри термоядерных реакторов, взаимодействуют, создавая сложные вихревые структуры, которые в конечном итоге преобразуются в тепловую энергию. Данное исследование предлагает новый взгляд на турбулентность, основанный на поведении частиц, показывая, что по мере усиления связей между ними, они начинают вести себя скорее как эластичная резина, нежели как простой газ.

В то время как большинство людей знакомы с тремя основными состояниями вещества — твердым телом, жидкостью и газом — плазма представляет собой четвертое состояние, при котором атомы лишены электронов, образуя смесь положительно заряженных атомов, окруженных отрицательно заряженными электронами. Когда в эту смесь добавляют крошечные зерна твердой пыли, они приобретают высокий отрицательный заряд и начинают взаимодействовать друг с другом посредством электрических сил. В сильно связанных пылевых плазмах эти электрические силы настолько мощны, что частицы не могут просто пролететь мимо друг друга; вместо этого они постоянно ощущают присутствие соседей, заставляя всю смесь вести себя с вязкоупругостью — свойством, при котором вещество ведет себя как жидкость, но при этом способно растягиваться и возвращаться в исходное состояние, подобно твердому телу.

Исследователи сосредоточились на двух известных типах хаоса, возникающих в жидкостях. Первый — это неустойчивость Кельвина-Гельмгольца, которая проявляется, когда два слоя жидкости скользят друг относительно друга с разной скоростью, напоминая ветер, дующий над поверхностью моря. Второй тип — неустойчивость Рэлея-Тейлора, которая возникает, когда более тяжелая жидкость располагается поверх более легкой, например, масло на воде. Используя инструмент под названием Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS), который является инструментом молекулярной динамики, команда смоделировала до миллиарда частиц, чтобы проследить эволюцию этих неустойчивостей во времени. В отличие от традиционных гидродинамических моделей, которые рассматривают жидкости как гладкую, непрерывную среду, Молекулярная Динамика отслеживает каждую отдельную частицу в этой среде. Это позволило команде увидеть момент, когда большая вихревая энергия начинает рассеиваться в микроскопическом дрожании отдельных частиц — процесс, известный как термализация.

Команда проанализировала энергетический спектр потока, который служит показателем распределения энергии между крупными вихрями и мелкими рябями. Было обнаружено, что в пылевых плазмах энергия следует определенным математическим закономерностям, прежде чем в конечном итоге достичь состояния теплового равновесия. Ключевым выводом стало то, что чем сильнее электрическая связь между частицами пыли, тем медленнее происходит этот процесс. В сильно связанном состоянии частицы настолько заняты взаимным отталкиванием и притяжением, что смешивание и нагрев значительно замедляются. Это приводит к тому, что плазма демонстрирует поразительное сходство с эластичной турбулентностью, явление, обычно наблюдаемое в сложных жидкостях, таких как полимерные растворы или расплавленные пластики.

Данное исследование помогает преодолеть разрыв между микроскопической физикой частиц и макроскопической гидродинамикой. Стандартные уравнения жидкости, такие как уравнения Навье-Стокса, игнорируют зернистость материи и не могут точно предсказать, как энергия исчезает на мельчайших масштабах в сложных системах. Применение симулятора LAMMPS на высокопроизводительных вычислительных кластерах позволило этой команде доказать, что можно восстановить континуальное поведение — то есть гладкое течение, которое мы наблюдаем, — непосредственно из хаотичного движения миллиардов отдельных частиц. Это дает разрешение на уровне частиц представление, которое служит мостом, позволяя ученым изучать потоки, для которых в настоящее время отсутствует стандартное описание жидкости.

Однако авторы исследования признают, что большинство симуляций проводилось в двух измерениях (2D), что соответствует плоскому слою плазмы. Хотя пылевые плазмы в малых масштабах часто естественным образом организуются в двумерные слои из-за гравитации и электрических полей, большинство явлений во Вселенной являются трехмерными. Исследователи отметили, что, хотя они ожидают, что трехмерные симуляции дадут иные математические результаты, например, знаменитый спектр Колмогорова $k^{-5/3}$ в малых масштабах, такие симуляции требуют еще больших вычислительных затрат и остаются будущей целью.

Соединяя макроскопическое движение и микроскопическое поведение, данное исследование открывает путь для ряда инноваций, особенно в поисках чистой энергии и лучшего понимания нашей Вселенной. Во время ядерного синтеза, направленного на воспроизведение солнечной энергии на Земле, турбулентность является серьезным недостатком, вызывающим утечку тепла из реакторов. Это препятствует достижению реакторами температур, необходимых для производства энергии. Понимая микроскопические причины этой турбулентности, инженеры могут разработать более эффективные методы удержания плазмы. Кроме того, поскольку неустойчивости Рэлея-Тейлора играют центральную роль в взрывах сверхновых и вулканических извержениях, это исследование помогает астрофизикам и геологам лучше прогнозировать перемещение энергии в некоторых из самых бурных событий природы, приближая нас к пониманию величайших космических сил.

Дарио Амодеи, генеральный директор Anthropic, разработчика помощника Claude, публично прокомментировал критику, в которой его обвиняли в создании атмосферы недоверия к развитию искусственного интеллекта в Соединенных Штатах.

Эта реакция последовала за заявлениями инвестора Гэвина Бейкера, который утверждал, что предупреждения Амодеи о потенциальных рисках ИИ стимулировали общественное нежелание расширять инфраструктуру сектора, такую как строительство новых центров обработки данных. По мнению Бейкера, лидер Anthropic должен был занять более оптимистичную позицию в отношении отрасли.

Амодеи опроверг представление о том, что его коммуникация ограничивается негативными сценариями. Он подчеркнул, что его цель — поддерживать сбалансированный дискурс, затрагивая как реальные опасности, так и возможности, которые предоставляет эта технология. В качестве примера он упомянул эссе «Машины любящей благодати» (Machines of Loving Grace), которое он опубликовал с целью представить позитивный взгляд на то, как ИИ может трансформировать различные сферы общества.

Несмотря на это, генеральный директор признал, что общественное мнение об ИИ в основном негативное. Однако, по его словам, корень этой ситуации кроется не в предупреждениях, высказанных руководителями компаний отрасли. По мнению Амодеи, сопротивление проистекает из накопленного десятилетиями кризиса доверия между населением, правительством и технологической промышленностью. Он отмечает, что общественность опасается, что корпоративные инновации нанесут ущерб рядовому пользователю.

Амодеи также подчеркнул, что наиболее уместной критикой, которую получают компании в области ИИ, является отсутствие ощутимых результатов, соразмерных масштабу сделанных обещаний. Другой важный обсуждаемый аспект — роль правительства в надзоре за искусственным интеллектом. Anthropic поддержала законопроекты в Соединенных Штатах, включая предложение Калифорнии, устанавливающее требования прозрачности для крупномасштабных моделей.

Отвечая тем, кто утверждает, что регулирование сектора направлено только на концентрацию рынка в руках крупнейших корпораций, Амодеи назвал эту точку зрения упрощенной. Руководитель заявил, что предложения по государственной политике, разработанные Anthropic, направлены на установление более строгих требований к крупным передовым компаниям, но при этом не создают препятствий для развития более мелких конкурентов.

Веб-сайт использует службу безопасности для защиты от кибератак. Выполненное вами действие спровоцировало срабатывание этой защитной системы.

Существует несколько действий, которые могут привести к такой блокировке, включая ввод определенного слова или фразы, выполнение SQL-команды или передачу некорректных данных.

Пользователям предлагается написать владельцу сайта, чтобы сообщить о блокировке. При обращении следует указать, какие действия выполнялись в момент появления данной страницы, а также предоставить идентификатор Cloudflare Ray ID, который находится в нижней части страницы.