Физика

Мне хорошо запомнилось видео, где автор рассказывал про то, что многие люди находят свою работу бредовой и никому не нужной. Осмысленность труда - важная часть психологического комфорта, от которого зависит в том числе и продуктивность процессов. Если ты не понимаешь, зачем ты что-то делаешь, тяжелее исправлять и предугадывать собственные ошибки, а также сохранять концентрацию. В наше время люди часто впадают в личностные кризисы, которые симптоматически совпадают с депрессией, и я считаю эту проблему крайне серьезной, потому что проходил её сам. Я пытался решить системные проблемы с мотивацией и желанием жить с помощью терапии разных типов, в том числе и с использованием препаратов, но основной вклад в это внесли фундаментальная философия и фундаментальная физика. Я склонен считать, что на дистанции такая призма восприятия может помочь всем, поэтому решил ей поделиться.

Итак, начнем с определения. Большинство рассуждений о бессмысленности бессмысленны просто потому что никто даже не попытался сопоставить слово с каким-то конкретным физическим феноменом. Гуманитарии, которые обычно что-то якобы умное на эту тему вещают, опираются на личный опыт, на опыт каких-то философов, но не на самое надежное в человеческом знании - на научную картину мира. А ей есть много чего рассказать.

Начнем с того, что фундаментальные законы физики не только не запрещают жизнь, но и крайне её поддерживают в некоторых условиях. Жизнь - вещь упорядоченная и по умолчанию она распадается, однако размножается она в основном там, где есть условия для восстановления собственной структуры (обеспечены питание и прочие аспекты метаболизма). Таким образом, печально известный и демотивирующий многих второй закон термодинамики на самом деле скорее жизнеутверждающая вещь. Репликация, основа жизни с точки зрения физических процессов, стабильна во времени и жизнь как форма материи очень устойчива. Трудно представить себе сценарий, в котором жизнь полностью вымрет. Даже для вымирания человечества надо так сильно постараться, что никто стараться не будет.

При самых низких температурах во Вселенной материя начинает вести себя странно. Когда атомы охлаждаются до температуры чуть выше абсолютного нуля, они начинают проводить электричество без сопротивления, превращаться в облака «суперчастиц» или течь без трения и подниматься по стенкам сосудов.

Существование на самых мелких и холодных масштабах подчиняется законам квантовой статистики, которая определяет поведение бозонов и фермионов — двух семейств фундаментальных частиц, из которых, как считается, состоит всё во Вселенной.

Бозоны — это частицы, переносящие взаимодействия, такие как фотоны или бозон Хиггса. Множество таких частиц может занимать одно и то же квантовое состояние, а это означает, что неограниченное количество бозонов может «перекрываться» друг с другом и вести себя как когерентные волны.

Каждый, кто хочет выжить и не сойти с ума в этом безумном, изменчивом и непредсказуемом мире, стремится найти надёжную опору – что-то абсолютное, неизменное, лежащее в основе всего сущего и гарантирующее его стабильность. В наши дни уже мало кто верит в персонифицированного, антропоморфного Бога Ветхого Завета, который топит своих детей, как котят, ревнует избранный им народ к другим богам и приказывает ему истреблять другие народы. Теперь чаще встречается вера в Высший разум, Первопричину, космическую субстанцию, ну и конечно же в абстрактный Абсолют – бесконечно-вечное, совершенное, замечательное всеединство существа. Теологи отождествляют Абсолют с Богом, эзотерики – с неким информационным полем, Вселенской энергией или Душой мира, философы – с Мировым Разумом или сознательной Вселенной. Современные мистики осознаются фрактально-голографической частью Целого, созерцают Абсолют в каждой козявке и достигают Нирваны, не дожидаясь слияния капли с Океаном, а преисполняясь настолько, что сам Океан целиком вливается в каплю. Но всё это не более, чем игры разума красивыми словами или психоделический опыт, полученный в изменённом состоянии сознания.

В этой и следующей статье я приведу вас к такому Абсолюту, на фоне которого все вышеупомянутые откровения покажутся детским лепетом. Не слушайте тех, кто говорит, что Абсолют абсолютно недоступен разуму, недостижим в своём величии, непостижим в своей мудрости, непознаваем в своей силе и необъясним в своём блаженстве. Мой тезис прямо противоположен: Абсолют достижим, и достижим только рациональным способом. Чтобы это аргументировать, нам придётся разобраться, что является причиной всех причин, есть ли у Вселенной достаточное основание быть, могут ли законы физики измениться в любой момент, не является ли вера в их постоянство религиозной верой, ну и конечно же ответить на главный вопрос метафизики: почему существует нечто, а не ничто?

Это третья часть статьи об энергоэффективном электромоторе для сапборда, разработка которого была описана в моих предыдущих публикациях «Сапборд с мотором и немного о физике» и «Сапборд с мотором и немного о химии».

Предыдущая часть завершилась успешными испытаниями на озере, в процессе которых сапборд показал скорость 8 км/ч при мощности мотора 120 Вт, что позволило изрядно поплавать с компактным литий-ионным аккумулятором емкостью 324 Вт·ч на протяжении всего дня.

В данной статье я не пытаюсь дать ответ на вопрос "что такое сознание". Сложная проблема сознания слишком сложна, и неизвестно, получим ли мы когда-либо ответ. Однако я хочу простукать стены физических теорий, чтобы по глухому найти пустоты, где может разместиться сознание и свобода воли, не нарушая физических законов.

^{Project 326}

Продолжение статьи (начало ТУТ).

Основная проблема, с которой пришлось иметь при вводе в эксплуатацию дуговых источников света заключалась в необходимости обеспечить их мощным источником питания, который мог бы выдерживать как зажигание дуги, так и поддержание её горения. 

Кроме того, как мы видим, существовала проблема и выгорания стержней — а людям хотелось бы чего-то более долговечного (полное время работы дуговых источников света измерялось всего лишь часами, в ходе чего стержни сгорали в них до конца), да и свет их был избыточно ярким — что, безусловно, наверное, хорошо, для освещения площади посреди города, но уже «не совсем» для какой-нибудь уютной кухни…

Картинка: GSenkow

С момента появления первых двигателей внутреннего сгорания человечество озабочено вопросом обеспечения их топливом. 

Проблема значительно усугубилась с XX века, который по праву называют «веком моторов», и в настоящее время, пожалуй, невозможно даже представить мир без двигателей внутреннего сгорания — хотя, справедливости ради, попытки делаются, и все мы их видим: те же самые электрические двигатели, с водородным топливом (и не только). 

Тем не менее и по сей день учёные в значительной степени озабочены вопросом видов моторного топлива, пытаясь разработать их наиболее эффективный в работе, и в то же время, наиболее простой в получении вариант. 

К настоящему моменту наработан целый ряд подходов, позволяющих решить этот вопрос множеством способов, и всё время появляются какие-то новые… 

Вопрос этот, кроме всего прочего, имеет ещё и практическую сторону, можно сказать, для каждого человека: тот, кто разработал бы наиболее эффективный способ производства моторного топлива, смог бы создать поразительный «стартап», объём потенциальных потребителей продукта которого — практически каждый человек! 

И даже те, кто не пользуется автомобилем непосредственно, — они тоже используют плоды цивилизации, так или иначе на разных этапах перевезённые с помощью автотранспорта! 

Исходя из всего вышесказанного, в этой статье мы обзорно изучим некоторые интересные, на мой взгляд, моменты и потенциальные возможности в этой области…

Наверное, с самого начала человеческой истории, люди осознали, что «свет — это хорошо, а тьма — таит в себе опасность»: охотники знают, что, кажущийся таким тихим и безжизненным лес, в тёмное время суток превращается в самое настоящее густонаселённое место — множество обитателей фауны выходят по своим делам и лес наполняется необычными звуками и неожиданными (не всегда приятными) встречами, избежать которых (или специально искать их, в зависимости от того, «на какой стороне» находится объект —  жертвы или хищника) можно было только обладая особыми свойствами организма, в частности зрения, слуха, обоняния. 

Исторически, человек всё более и более уступал в этом истинным представителям дикой природы: человеческое зрение не позволяло ему видеть в темноте также уверенно, как это делают многие дикие звери; обоняние не позволяло заранее почуять опасность; отсутствие больших и подвижных ушных раковин — также не могло потягаться с дикими зверями… 

Думается, что именно поэтому, активная деятельность человека всё более и более сосредотачивалось на светлом времени суток, а затем, с момента эпохального события (или событий), затерявшегося в веках — открытия огня, человек понял, что теперь, всё в его руках: «день» может наступить в любое время суток, равно как и безопасность!  

С того времени утекло много воды, и безопасность человека теперь обеспечивается зачастую иными средствами, чем освещение… Но, тем не менее, несмотря на прошедшую лавину времени, создание и совершенствование источников света всё также находится в значительной степени, в центре внимания людей, приводя к довольно интересным результатам…

Во всей Вселенной, независимо от того, куда и когда мы смотрим, мы видим бесконечное разнообразие структур, сформировавшихся на всех этапах космической эволюции. Среди огромного количества планет, звёзд, галактик, скоплений галактик и компонентов великой космической паутины нет двух одинаковых объектов, хотя многие их черты демонстрируют явные сходства. Лежащие в их основе фундаментальные законы, которым они подчиняются — от квантовых до космических — по-видимому, никогда не меняются. От нашего «космического заднего двора» до галактик, обнаруженных по всей Вселенной:

гравитация действует одинаково, атомы демонстрируют одни и те же квантовые переходы, а фундаментальные константы остаются неизменными

во всём пространстве и времени.

Но почему Вселенная устроена именно так? Есть ли что-то, что не позволяет разным областям иметь разные свойства, законы и константы? Или что-то, что не позволяет им меняться со временем? Почему природа подчиняется законам? Это относительно новое понятие, ведь большинство явлений, которые могли наблюдать наши предки, были макроскопическими — грозы, землетрясения, извержения вулканов — и казались совершенно капризными, прихотью богов. Сейчас мы понимаем, что все физические явления подчиняются нескольким простым уравнениям, без исключений, всегда… что весьма удивительно. Но почему?

Физика, хотя и отлично справляется с ответами на вопросы о том, «как» устроены вещи, совершенно бессильна в ответах на вопросы о цели, такие как «почему» вещи существуют. Тем не менее, с научной точки зрения мы можем сделать много значимых выводов. Вот лучшие утверждения, которые мы можем высказать по этому поводу.

Операционный усилитель можно найти почти в любой аналоговой аппаратуре — в аудиоустройствах, таких как микрофоны, усилители, микшеры и эквалайзеры, в медицинском оборудовании, в измерительных приборах и космических зондах.

Разберёмся, как ОУ устроены и почему они стали универсальным строительным блоком аналоговой техники. Пройдём путь от ламповых конструкций до копеечных микросхем, соберём несколько схем на недорогом LM358 с однополярным питанием — и в финале сделаем своими руками простейший электрокардиограф и снимем настоящую кардиограмму.

Привет всем любителям физики и физических экспериментов! Меня зовут Татьяна Трубицына, я генеральный директор некоммерческого образовательного проекта GetAClass. Мы снимаем видеоролики по школьной физике -- и самые популярные из них переводим в текстовый формат для любителей лонгридов. Первая статья на тему нашего старенького ролика «Парадокс изогнутой трубы». Далее -- слово Андрею Ивановичу Щетникову, ведущему фильмов GetAClass, педагогу, методисту и члену жюри Турниров Юных Физиков.

В 1931 году, обратив логику против самой себя, Курт Гёдель доказал пару теорем, которые изменили представление о знании и истине. Эти «теоремы о неполноте» установили, что ни одна формальная система математики — ни одно конечное множество правил или аксиом, из которых, как предполагается, вытекает всё остальное, — не может быть полной. Всегда будут существовать истинные математические утверждения, которые логически не вытекают из этих аксиом.

Первые недели пандемии Covid я провела, изучая, как 25-летний австрийский логик и математик сумел этого добиться, а затем написала краткое изложение его доказательства объёмом менее 2000 слов.

Но даже после того, как я разобралась в этапах доказательства Гёделя, я не была уверена, как именно следует трактовать его теоремы, которые обычно понимаются как исключающие возможность существования математической «теории всего». И я такая не одна. В книге «Доказательство Гёделя» (классическом труде 1958 года, на который я в значительной степени опиралась при написании своей статьи) философ Эрнест Нагель и математик Джеймс Р. Ньюман писали, что смысл теорем Гёделя «до конца не постигнут».

Возможно, это и так, но с тех пор прошло шесть десятилетий. На каком этапе мы находимся сегодня с этими идеями? Недавно я попросила логиков, математиков, философов и одного физика обсудить смысл теорем о неполноте. У них было много чего сказать о последствиях этого странного интеллектуального достижения Гёделя и о том, как оно изменило ход бесконечного поиска истины человечеством.

Абсолютно упругий удар — это модель соударения, при которой полная кинетическая энергия системы сохраняется. В классической механике при этом пренебрегают деформациями тел. Соответственно, считается, что энергия на деформации не теряется, а взаимодействие распространяется по всему телу мгновенно. Хорошим приближением к модели абсолютно упругого удара является столкновение бильярдных шаров или упругих мячиков.

Википедия

В статье мы будем рассматривать моделирование упругих столкновений на примере атомов одноатомного газа в двумерном пространстве.

В прошлой статье мы рассчитывали основные показатели электрических цепей, учитывая температурную зависимость сопротивления. В этой статье мы учтём зависимость теплоёмкости от температуры  добавим охлаждение проводника из-за окружающей среды.

В первой статье синус оказался не просто функцией из учебника, а тенью крутящейся стрелки. Там я показал три главные двери: заморозить стрелку — проекция, пустить во времени — колебание, сложить несколько — волны. Здесь дверей будет больше — к трём главным добавятся поворот и кривизна, плюс бонус.

Эта статья — каталог. Сорок два примера по пяти дверям и бонусу, и каждый со своим живым графиком: ниже не одна обложка на дверь, а отдельная карточка на каждый случай. Три из них — Доплер, ряд Фурье и гласные — со звуком: жми «слушать» и услышишь синус ушами.

Читать подряд не обязательно — это карта, а не маршрут. Электрик, скорее всего, осядет во второй двери, фронтендер — в четвёртой, штурман — в пятой. Идите туда, где ваше; остальное подождёт в закладках.

Сразу честная оговорка: 42 — это не «столько синусов в мире», а столько, сколько набралось у нас, с понятным перекосом в физику и инженерию. Синус не «применяется в N законах», как гвоздь в N досках — он следствие одной структуры: всё, что вращается, колеблется или имеет волновую симметрию, автоматически его порождает. А таких систем не конечное число, их класс. Так что ниже — не перепись, а полевой определитель: яркие представители бесконечного семейства. В конце я отдельно перечислю, чего тут нет.

Вероятно, если сейчас поставить перед инженером задачу создать устройство, которое бы могло регистрировать продолжительность солнечного сияния, в заданной точке на поверхности Земли, то результатом работы инженера, вероятно, станет устройство в котором микроконтроллер опрашивает датчик освещенности, а затем полученные результаты сохраняются на электронный носитель информации вместе с данными о времени наблюдения. В принципе даже из таких скудных данных можно получить не мало информации [1]. Однако еще не так давно по историческим меркам, задачу по определению суммарной величины солнечной радиации решали вообще без использования электроники. Для этого использовался остроумный метеорологический прибора – гелиорегистратора (еще иногда называемый гелиографом).

В статье раскрывается взгляд на проблему климата с позиции закона сохранения энергии и того, что истинная причина глобального потепления – это прямой нагрев планеты за счет производимого тепла. А изменения климата уже сейчас настолько масштабны, что мы успешно довели планету до катастрофы. И времени на ее решение у нас почти не осталось!

Также развеивается миф о влиянии парниковых газов на температуру планеты и приводятся доказательства, что не температура планеты зависит от содержания СО₂ в воздухе, а содержание СО₂ в воздухе зависит от температуры на планете.

Общепринятая точка зрения относительно причин глобального потепления объясняется производством парниковых газов. С другой стороны, например, при сгорании углеводородов или выработке электроэнергии выделяется тепловая энергия. Так как наша планета окружена вакуумом, который является идеальным теплоизолятором, то производимое тепло не может покинуть пределы нашей атмосферы и копится, приводя к прямому нагреву планеты. Сейчас эта энергия уходит в таяние льдов на полюсах, поэтому создается впечатление, что нагрев планеты незначителен. На самом деле изменения климата настолько колоссальны, что у нас осталось от 20 до 40 лет до наступления самого настоящего апокалипсиса!

С 1979 по 2020г.г. величина ледяного покрова в Арктике сократилась на ~50% и продолжает сокращаться примерно на 13% за десятилетие. Если темпы производства тепловой энергии в мире останутся хотя бы на прежнем уровне, то оставшиеся 50% льда мы растопим еще максимум за 40 лет. Далее мы столкнемся с ростом температуры планеты.

Но парадокс состоит в том, что умереть нам предстоит вовсе не от того, что мы заживо зажаримся, а оттого, что попросту задохнемся.

Подробности под катом.

В 1963 году 21-летний аспирант из Кембриджа начал замечать странную неуклюжесть в движениях и вскоре услышал от врачей страшный диагноз — боковой амиотрофический склероз. Ему прогнозировали всего несколько лет жизни. Болезнь постепенно лишала его подвижности и речи, но его разум продолжал работать с поразительной силой. Его звали Стивен Хокинг. Спустя десятилетия он станет одним из самых известных физиков современности, напишет бестселлер «Краткая история времени», а его идея о квантовом излучении чёрных дыр серьёзно изменит представления о космосе.

«Теория всего» — это не учебник, а сборник из семи лекций. В них Хокинг почти не использует сложные формулы и последовательно проводит читателя через историю научных представлений о Вселенной: от античной философии до современных теорий.

Человек всегда работал с деревом, это естественный и привычный материал для инструментов, мебели, посуды, жилища и т. д. Полмиллиона лет назад люди смастерили первые деревянные инструменты, и лишь значительно позже начали использовать металл и пластик.

Может, пришло время вернуться к истокам, только на новом технологическом уровне?

В наше время инженеры получают сверхпрочную уплотнённую древесину, которую можно использовать в строительстве или бронежилетах. Кроме того, из дерева делают дешёвые органические солнечные элементы и накопители солнечного тепла в энергетике.

В 1935 году Эрвин Шрёдингер решил, что с него хватит.

За десять лет до этого смелый венский физик своим «волновым уравнением» преобразовал новую теорию квантовой механики, описав в нём то, как квантовые частицы способны вести себя подобно волнам. После этого он стал свидетелем того, как некоторые исследователи выдумывали то, что он считал смехотворной интерпретацией квантовой теории, отрицавшей реальность таких квантовых объектов, как атомы и субатомные частицы, до наблюдения за ними.

Шрёдингер написал письмо столь же скептически настроенному Альберту Эйнштейну, рассказав о мысленном эксперименте, в котором квантовое событие могло убить или не убить сидящего в ящике кота. По словам Шрёдингера, было бы смехотворно, если бы кот был и жив, и мёртв, пока мы его не увидим, и из этого простого наблюдения следует, что природа обязана выбрать то или иное состояние.

Приведя пример квантового поведения, влияющего на объекты, которые мы можем увидеть (и даже погладить), Шрёдингер хотел показать абсурдность того, что наблюдения способны определять реальность.

Почти сотню лет его мысленный эксперимент порождал споры о том, что же именно подразумевается под измерением или наблюдением в квантовой теории. Это бросило вызов экспериментальной физике: насколько большими мы можем делать объекты, сохраняющие любопытные квантовые свойства (не находящиеся ни в том, ни в другом состоянии)? Можно ли создать если не для кота, то хотя бы для существенного объёма неживой материи (который некоторый называют котятами Шрёдингера) такие странные квантовые «суперпозиции»?

И это не просто академический вопрос. В прошлом году Нобелевскую премию вручили исследователям, показавшим в 1980-х, что суперпозиции можно создавать в петлях сверхпроводников: подобные компоненты используются в качестве квантовых битов в квантовых компьютерах, производимых такими компаниями, как Google и IBM; эти компьютеры достигают своей огромной вычислительной мощи благодаря обработке информации, представленной в виде суперпозиции двоичных нулей и единиц.

В конечном итоге, эксперименты с котятами Шрёдингера позволяют прощупывать сами пределы квантовой теории. Действительно ли мир полностью квантовый и последствия этого просто сложнее разглядеть с увеличением масс и размеров? Или же, как считают некоторые исследователи, существует граничная точка, после которой квантовая механика ломается и описывать мир оказывается способна только классическая физика?