 |
Подтвердило теорию Большого взрыва: ученые Пермского Политеха рассказали 7 неожиданных фактов про радио
7 мая отмечается День радио. Ученые ПНИПУ рассказали, почему зимой и ночью оно работает лучше всего, из-за чего мы не видим радиоволны, как они позволяют изучать космос, улучшают качество жизни людей и подтвердили теорию Большого взрыва, а также как развиваются технологии 6G и антенн для труднодоступных территорий.
Радио окружает нас повсюду: оно работает в вашем смартфоне, навигаторе автомобиля, беспроводных наушниках, микроволновой печи, системе посадки самолетов и даже в кардиостимуляторе, поддерживающем чье-то сердце. Это явление незаметно стало основой современной цивилизации. Понимание того, как работают радиоволны и как они взаимодействуют с окружающей средой, позволяет нам не только пользоваться мобильной связью и Wi-Fi, но и каждый день совершать новые научные открытия.
Радио – это невидимый свет
Радио относится к тому же самому физическому явлению, что и свет, рентген, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Все это — разновидности электромагнитных волн – колебаний энергии, которые отличаются друг от друга только длиной и частотой.
– Человеческий глаз в ходе эволюции приспособился воспринимать лишь очень узкую часть такого излучения — свет, длина волны которого короткая и составляет примерно от 380 до 750 нанометров. Ее можно сравнить с толщиной мыльного пузыря. Все, что имеет длину волны больше или меньше этого диапазона, наши глаза регистрировать не могут: у нас просто нет для этого подходящих рецепторов. Поэтому радиоволны, которые гораздо длиннее световых – от нескольких миллиметров до сотен километров, оказываются за пределами того узкого «окошка», которое способен видеть глаз, – отвечает профессор кафедры «Общая физика» ПНИПУ, доктор физико-математических наук Виктор Криштоп.
От размера бактерии до целого города: где применяют радиоволны разной длины
Сами радиоволны подразделяются на длинные и короткие и применяются для разных задач из-за их отличий физических свойств.
– Наибольшие из них имеют длину от 10 до 100 километров, что сопоставимо с размером целого города. Благодаря этому они умеют огибать массивные препятствия, такие как горы и холмы, и эффективно отражаться от верхних слоев атмосферы, что позволяет им распространяться на огромные расстояния, не теряя мощности. Именно поэтому их традиционно используют для дальней связи, навигации, например, на маяках, и для передачи сигналов точного времени, – рассказывает Виктор Криштоп.
Самые короткие радиоволны — миллиметровые, их длина составляет от 1 до 10 мм, что сопоставимо с размером крупной бактерии.
– Короткие волны ведут себя иначе: они не огибают препятствия, а распространяются по прямой, как луч прожектора, и легко блокируются стенами или листвой. Зато их главное преимущество — высокая частота, что позволяет «упаковывать» в них огромные объемы информации. Ведь, чем короче длина волны, тем больше колебаний укладывается в одну секунду и, значит, тем больше данных можно на них «записать» — как частый стук позволяет передать больше букв азбуки Морзе. Их используют в Wi-Fi, сотовой связи 5G, спутниковом телевидении и радарах. Многократные отражения от окружающих поверхностей позволяют преодолеть физические препятствия на пути коротких волн, – продолжает ученый ПНИПУ.
Ночью и зимой радио работает лучше всего
– Летом и в дневное время суток Солнце интенсивнее воздействует на атмосферу Земли. Его ультрафиолетовые лучи выбивают электроны из атомов воздуха, формируя на высоте 60-90 км так называемый D слой. И, когда длинные радиоволны проходят сквозь него, они теряют энергию и ослабевают. Ночью и зимой, когда солнечного излучения практически нет, электроны возвращаются на свои места в атомах воздуха, поэтому волны проходят свободно, обеспечивая более стабильную радиосвязь, – объясняет Виктор Криштоп.
В связи с этим возникает вопрос: почему тогда мы не замечаем этой разницы?
– Дело в том, что обычно мы слушаем радио на коротких волнах, которые значительно меньше поглощаются, кроме того, используется связь через спутники или проводные линии, которые автоматически регулируют мощность передатчиков. Это позволяет сгладить несовершенства радио в солнечную погоду, – отмечает Виктор Криштоп.
Благодаря радио, астрономы изучают скрытые от телескопов космические объекты
Радио играет важную роль в астрономии, позволяя ученым «видеть» то, что недоступно обычным телескопам.
Многие космические объекты, такие как холодные облака газа, из которых рождаются звезды, ядра галактик или далекие пульсары, излучают радиоволны. Специальные приборы на Земле улавливают эти сигналы. Однако такие волны очень слабы. Когда они попадают на приемник, их собственное тепловое излучение создает дополнительные колебания атомов, заглушая и сбивая основной сигнал. Поэтому их приходится охлаждать.
– Остужая прибор до значений в -258 °C, ученые практически замораживают беспорядочные колебания атомов в металле, делая прибор способным улавливать сигналы мощностью в миллиарды раз слабее, чем тот, что создает мобильный телефон. Для этого используются специальные холодильные машины, работающие на жидком гелии, которые позволяют достичь таких сверхнизких температур. В итоге астрономы получают возможность определить местоположение и размеры космических объектов, вычисляют скорость их движения, выясняют химический состав межзвездной среды, видят скрытые за пылью регионы звездообразования, исследуют активность сверхмассивных черных дыр в центрах галактик, – делится Виктор Криштоп.
Радио подтвердило теорию Большого взрыва
– В 1965 году американские ученые, работая с радиоприемной системой для связи, обнаружили необъяснимый фоновый шум, который присутствовал независимо от направления антенны. После исключения всех возможных земных и технических источников помех они поняли, что зафиксировали космическое микроволновое излучение, равномерно идущее со всех сторон. Подробный анализ данных показал, что обнаруженный сигнал является реликтовым излучением. Это слабые электромагнитные волны, равномерно заполняющие всю Вселенную. Они возникли примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва, когда Вселенная достаточно остыла для того, чтобы фотоны смогли свободно распространяться: до этого момента материя была в состоянии горячей плотной плазмы, – рассказал Виктор Криштоп.
Это открытие стало одним из ключевых подтверждений теории Большого взрыва и принесло ученым Нобелевскую премию по физике в 1978 году.
Радио помогает улучшить слух и поддержать сердце
Радиоволны помогают значительно улучшить качество жизни людей. Их применяют в медицине для поддержания работы некоторых приборов.
– Например, кохлеарный имплант помогает людям с тяжелой потерей слуха: он состоит из наружной части – микрофона и радиопередатчика – и внутренней – приемника‑стимулятора и электродов, введенных в ухо. Звук улавливается микрофоном, обрабатывается и кодируется процессором, затем передается в виде радиосигналов через кожу к приемнику. Тот распознает сигнал и преобразует его в электрические импульсы, которые направляются в слуховой нерв — мозг воспринимает их как звуки, – рассказывает старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат медицинских наук Валерий Литвинов.
Кардиостимулятор поддерживает нормальный ритм сердца при брадикардии и других нарушениях: он анализирует сердечную активность и при необходимости подает корректирующий импульс. Нейростимулятор применяется при болезни Паркинсона и эпилепсии: его электроды, размещенные вблизи нервных окончаний, стимулируют нужные участки нервной системы. В обоих случаях радиосигналы обеспечивают дистанционное взаимодействие с устройством: через них врачи считывают данные и настраивают параметры работы (частоту, амплитуду импульсов) без хирургического вмешательства.
Какие новые технологии на основе радиоволн развиваются прямо сейчас
В ближайшем будущем новые технологии усовершенствуют радиоволны и позволят передавать огромные массивы данных и проникать туда, куда сегодня сигнал не доходит.
– Сейчас находится в разработке новый стандарт связи – 6G. Но для него требуются очень высокочастотные волны, которые позволяют передавать большие массивы данных, но с трудом проходят сквозь препятствия в виде бетонных стен или подвалов, – отмечает Виктор Криштоп.
Эту проблему, возможно, решат плоские панели, которые можно вешать на стены зданий. Они ловят падающий сигнал, вычисляют, где находится пользователь, и перенаправляют луч в нужную сторону, создавая стабильное покрытие даже за углом или в «мертвой зоне».
– Второй прорыв касается мест, где радиосвязь была невозможна в принципе: глубокие шахты, подземные тоннели, подводные аппараты. Обычной сети мешают скалы, грунт и вода, так как они поглощают энергию. Здесь нам помогут квантовые антенны. Упрощенно это стеклянная колба с парами металла, например, цезия, которую подсвечивают лазером. Атомы таким образом становятся невероятно чувствительными к слабейшим электромагнитным полям. Такая антенна способна уловить радиосигнал, который в тысячи раз слабее того, что ловит обычный смартфон. Так геологи смогут связываться с поверхностью из туннелей, а спасатели — буквально «услышать» сигнал «SOS» на телефоне у человека, оказавшегося под завалом после землетрясения, – добавил эксперт ПНИПУ.
Контактное лицо: Татьяна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 00:06, 09.05.2026
Количество просмотров: 75
Страна: Россия
| Грибная перезагрузка: ученый Пермского Политеха рассказал, что меняется в лесу в конце лета, ПНИПУ, 11:07, 18.08.2026, Россия |
496 |
| Многие люди привыкли считать, что в августе лес продолжает давать те же грибы, что и в июле, только в больших количествах, но реальность гораздо сложнее. Ученый ПНИПУ рассказал, как меняется тихая охота в августе, почему сейчас так легко ошибиться и сорвать ядовитый двойник, и как правильно готовить августовские грибы. |
|
| Учёные ПНИПУ создали умные капсулы, которые удешевляют добычу нефти втрое, ПНИПУ, 17:05, 17.08.2026, Россия |
590 |
| Для добычи трудноизвлекаемой нефти используют специальный гель, чтобы создать трещины. После операции его нужно удалить, однако существующие средства срабатывают слишком рано или не выдерживают высоких температур. Учёные ПНИПУ создали новые капсулы для добычи, которые стоят в 3 раза дешевле аналогов. |
|
|
|
