Наука и Жизнь
Правила форума
Пожалуйста, ознакомьтесь с правилами данного форума
Пожалуйста, ознакомьтесь с правилами данного форума
-
nonn
- Графоман
- Сообщения: 26882
- Зарегистрирован: 28 май 2008, 08:50
- Откуда: Западно-Сибирская равнина > Долина предков > Тихоокеанское побережье
Re: Наука и Жизнь
В деревне Гадюкино дожди.
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
Большое спасибо за, несомненно, очень ценное дополнение к прогнозу Курцвейла, а мы переходим к заключительной части нашего выпуска - космологии. (как ж без неё? туды её в качель)nonn писал(а):В деревне Гадюкино дожди.
Что такое голографическая Вселенная? Черные дыры, теория струн и дуальное описание природы
Недавно физики представили расчеты, согласно которым пространства с плоской метрикой (а это в том числе и наша Вселенная) могут быть голограммами. В своей работе авторы использовали идею AdS/CFT-соответствия (anti-de Sitter / conformal field theory correspondence) между конформной теорией поля и гравитацией. На частном примере такого соответствия ученые показали эквивалентность описания этих двух теорий. Так что же такое голографическая Вселенная и при чем тут черные дыры, дуальность и теория струн?
В основе этой работы лежит так называемый голографический принцип, утверждающий, что для математического описания какого-либо мира достаточно информации, которая содержится на его внешней границе: представление об объекте большей размерности в этом случае можно получить из «голограмм», имеющих меньшую размерность. Предложенный в 1993 году нидерландским физиком Герардом'т Хоофтом принцип применительно к теории струн (называемой также M-теорией или современной математической физикой) воплотился в идее AdS/CFT-соответствия, на которое в 1998 году указал американский физик-теоретик аргентинского происхождения Хуан Малдасена.
В этом соответствии описание гравитации в пятимерном пространстве анти-де Ситтера — пространстве отрицательной кривизны (то есть с геометрией Лобачевского) — при помощи теории суперструн оказывается эквивалентным некоторому пределу четырехмерной суперсимметричной теории Янга-Миллса, определенной на четырехмерной границе пятимерия. В несуперсимметричном случае четырехмерная теория Янга Миллса составляет основу Стандартной модели — теории наблюдаемых взаимодействий элементарных частиц. Теория же суперструн, базирующаяся на предположении существования на планковских масштабах гипотетических одномерных объектов — струн — описывает пятимерие. Приставка «супер» при этом означает наличие симметрии, в которой у каждой элементарной частицы имеется свой суперпартнер с противоположной квантовой статистикой.
Эквивалентность описания означает, что между наблюдаемыми теориями существует однозначная связь — дуальность. Математически это проявляется в наличии соотношения, позволяющего рассчитать параметры взаимодействий частиц (или струн) одной из теорий, если известны таковые для другой. При этом никакого другого способа это сделать для первой теории нет. Идею дуальности и голографический принцип иллюстрируют два примера, демонстрирующие удобство таких аналогий при описания явлений в масштабах от элементарных частиц до вселенной. Вероятно, такое удобство имеет фундаментальные основания и является одним из свойств природы.
Согласно голографическому принципу, две вселенные различных размерностей могут иметь эквивалентное описание. Физики показали это на примере AdS/CFT между пятимерным пространством анти де-Ситтера и его четырехмерной границей. В результате оказалось, что пятимерное пространство описывается как четырехмерная голограмма на своей границе. Черная дыра в таком подходе, существуя в пятимерии, в четырехмерии проявляет себя в виде излучения.
Первый пример — дуальность описания черных дыр и конфайнмента кварков («невылетания» кварков — элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях — адронов). Опыты по рассеиванию на адронах других таких частиц показали, что они состоят из двух (мезоны) или трех (барионы — таких, как например, протоны и нейтроны) кварков, которые не могут находиться, в отличие от других элементарных частиц, в свободном состоянии.
Работа физиков из Индии, Австрии и Японии основана на вычислении энтропии Реньи для соответствия между двумерной конформной теорией поля (описывающей элементарные частицы) и гравитацией в трехмерном пространстве анти-де Ситтера. Ученые на примере квантовой запутанности (которая проявляется тогда, когда свойства объектов, первоначально связанных между собой, оказываются скоррелированными даже при их разнесении на расстояние между собой) показали, что энтропия принимает одинаковые значения в плоской квантовой гравитации и в двумерной теории поля.
Такая ненаблюдаемость кварка видна в компьютерных расчетах, однако теоретического обоснования пока не имеет. Математическое формулировка этой задачи известна как проблема «массовой щели» в калибровочных теориях, и это одна из семи задач тысячелетия, сформулированных институтом Клэя. К настоящему моменту только одну из сформулированных задач (гипотезу Анри Пуанкаре) удалось решить — это сделал более десяти лет назад российский математик Григорий Перельман.
При удалении друг от друга взаимодействие между кварками только усиливается, тогда как при приближении их друг к другу — слабеет. Это свойство, названное асимптотической свободой, предсказали американские физики-теоретики и лауреаты Нобелевской премии Фрэнк Вильчек, Дэвид Гросс и Дэвид Политцер. Теория струн предлагает эффектное описание этого явления с использованием аналогии между «невылетанием» частиц из-под горизонта событий черной дыры и удержанием кварков в адронах. Однако такое описание приводит к ненаблюдаемым эффектам и поэтому применяется лишь в качестве наглядного примера.
Другой пример — соотношение, согласно которому энтропия черной дыры пропорциональна квадрату площади ее горизонта событий — области пространства, откуда попавшее в черную дыру тело (исключая квантовые эффекты и возможное существование червоточин) выбраться никогда не сможет. Израильский физик Яков Бекенштейн показал это в 1972 году, исходя из физических соображений, а его выводы два года спустя уточнил англичанин Стивен Хокинг. Получается, что, зная информацию только о границе черной дыры (площадь горизонта событий), можно определить ее внутреннюю характеристику — энтропию, являющуюся мерой неупорядоченности внутреннего состояния системы.
Дуальности и голографический принцип, реализованные как AdS/CFT-соответствие, пока не нашли точного математического обоснования, а большинство моделей, с которыми работают физики-теоретики, относятся к специфическим пространствам и взаимодействиям. Однако остается надежда, что с течением времени гравитация и Стандартная модель физики частиц получат универсальное описание в реальных пространствах, и, скорее всего, это произойдет именно в теории струн.
Стивен Хокинг математически показал, что энтропия чёрной дыры равна числу клеток планковского размера, необходимых для покрытия её горизонта событий. Как будто каждая клетка несёт один бит, базовую единицу информации.
-
borei
- Маньяк
- Сообщения: 4876
- Зарегистрирован: 18 авг 2008, 14:51
Re: Наука и Жизнь
там кстати один из наших работал/работает. Я перед иммиграцией списывался с ним, он мне статью присылал чем они занимаются. Мат аппарат там через крышу, мозг вскипает за секунду.bedi писал(а):D-Wave, кстати, у нас тут в Бурнаби:Шэф писал(а):Железный конь идёт на смену крестьянской лошадке: Ученые IBM сделали еще два шага на пути к квантовому компьютеру
http://www.dwavesys.com/
Интересно там работать, наверно.
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
Извиняюсь за много букаф, классная статья.
Согласно доктринам физики ничто не может премещаться быстрее скорости света, но в ходе экспериментов выяснилось, что состояние в "запутанной" паре частиц передаётся мгновенно... читаем во что всё это выливается (прим Ш)
Жуткое квантовое действие» может удерживать Вселенную от распада
_Брайан Свингл был аспирантом, изучал физику веществ в Массачусетском технологическом институте, когда вдруг решил взять несколько уроков в теории струн, чтобы подкрепить свое образование — как он вспоминает, «потому что почему бы и нет?» — хотя никогда особо не интересовался этой областью. По мере углубления в детали Свингл начал подмечать неожиданные сходства подхода теории струн к физике черных дыр и квантовой гравитации с его собственной работой, в которой он использовал так называемые тензорные сети для прогнозирования свойств экзотических материалов.
«Я осознал, что происходит что-то глубокое», — говорит он.
_Тензоры возникают по всей физике — это простые математические объекты, которые могут представлять несколько чисел одновременно. К примеру, вектор скорости — простой тензор: он захватывает значения скорости и направления движения. Более сложные тензоры, связанные в сети, можно использовать для упрощения расчетов комплексных систем, состоящих из многих различных взаимодействующих частей, в том числе и сложного взаимодействия огромного числа субатомных частиц, составляющих материю.
Свингл — один из растущего числа физиков, которые видят ценность в адаптации тензорных сетей к космологии. Среди прочих преимуществ она может помочь решить продолжающийся спор о природе самого пространства-времени. По словам Джона Прескилла, профессора теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, многие физики заподозрили глубокую связь между квантовой запутанностью — «жутким действием на расстоянии», которое так невзлюбил Альберт Эйнштейн — и геометрией пространства-времени на мельчайших масштабах, которую физик Джон Уилер первым описал как пузырящуюся пену шесть десятков лет назад.
_«Если вы будете изучать геометрию в масштабах, приближенных к планковской длине, — самой короткой из всех возможных, — она будет все меньше и меньше похожа на пространство-время, — говорит Прескилл. — На самом деле, это будет уже не геометрия. Это что-то другое, возникающее из чего-то более фундаментального».
Физики продолжают бороться с этой запутанной проблемой, связанной с фундаментальной картиной, но очень подозревают, что она связана с квантовой информацией. «Когда мы говорим о том, что информация кодируется, мы имеем в виду то, что можем разбить систему на части, и будет некоторая корреляция между этими частями, так что можно будет узнать что-то об одной части, наблюдая другую», — говорит Прескилл. Такова суть запутанности.
Мы привыкли говорить о «ткани» пространства-времени, метафоре, которая вызывает образ соткания нитей в гладкое и продолжительное единое целое. Эта нить принципиально квантовая. «Запутанность — это ткань пространства-времени, — говорит Свингл, ныне ученый Стэнфордского университета. — Это нить, которая связывает систему воедино, делает коллективные свойства отличными от индивидуальных. Но чтобы увидеть интересное коллективное поведение на самом деле, вы должны понимать, как распределяется запутанность».
_Тензорные сети предоставляют математический инструмент, который позволяет это сделать. С такой точки зрения, пространство-время возникает как сеть взаимосвязанных узлов комплексной сети с отдельными кусочками квантовой информации, связанных вместе подобно LEGO. Запутанность — это клей, который удерживает сеть вместе. Если мы хотим понять пространство-время, нам нужно сперва подумать геометрически о запутанности, поскольку именно этим способом информация закодирована в бесчисленном количестве взаимодействующих узлов системы.
Много тел, одна сеть
Смоделировать сложную квантовую систему — не просто подвиг; даже классическая система с более чем двумя взаимодействующими частями представляется проблемой. Когда Исаак Ньютон опубликовал свои «Начала» в 1687 году, одна из многих тем, которых он коснулся, стала известна как «задача трех тел». Это относительно простой вопрос: рассчитать движение двух объектов вроде Земли и Солнца, принимая во внимание эффекты их взаимного гравитационного притяжения. Тем не менее если добавить третье тело вроде Луны, задача становится колоссально сложной, проблема с относительно прямым и конкретным решением становится хаотичной, где долгосрочное прогнозирование требует мощных компьютеров для моделирования приблизительной эволюции системы. Короче, чем больше объектов в системе, тем сложнее ее вычислить, и эта сложность увеличивается линейно, по крайней мере в классической физике.
Теперь представьте квантовую систему с многими миллиардами атомов, все из которых взаимодействуют друг с другом с соответствии со сложными квантовыми уравнениями. На таких масштабах сложность возрастает экспоненциально с числом частиц в системе, так что подход грубой вычислительной силы не сработает.
_Представьте себе золотой самородок. Он состоит из множества миллиардов атомов, которые взаимодействуют между собой. Из этих взаимодействий вытекают различные свойства металла, цвет, прочность или проводимость. «Атомы — крошечные квантово-механические штучки, вы кладете атомы вместе и происходят классненькие новые вещички», — говорит Свингл. Но на таких масштабах применяются правила квантовой механики. Физикам нужно точно рассчитать волновую функцию этого самородка, которая описывает состояние системы. И эта волновая функция — многоголовый дракон экспоненциальной сложности.
Даже если в вашем самородке будет всего 100 атомов, каждый с квантовым «спином», который может быть либо верхним, либо нижним, общее число возможных состояний составляет 2^100, или миллион триллионов триллионов. С каждым добавленным атомом, проблема становится неизмеримо хуже. (И будет еще хуже, если вы решите заботливо описать что-нибудь в дополнение к спинам атомов, согласно любой реалистичной модели). «Если взять всю видимую Вселенную и заполнить ее нашим лучшим материалом для хранения, сделать лучший из возможных жестких дисков, вы можете сохранить состояние всего 300 спинов, — говорит Свингл. — Эта информация присутствует, но она не про физиков. Никто никогда не измерял все эти числа».
_Тензорные сети позволяют физикам сжимать всю информацию, содержащуюся в волновой функции, и обращаться только к тем свойства, которые физики могут измерить экспериментально: как отдельно взятый материал искривляет свет, например, или как он поглощает звук, или насколько хорошо проводит электричество. Тензор — это своего рода «черный ящик», который принимает один набор чисел и выдает совершенно другой.
Таким образом, можно подключить простую волновую функцию — множества невзаимодействующих электронов, каждый в нижайшем энергетическом состоянии — и пропускать тензоры в системе снова и снова, пока процесс не произведет волновую функцию крупной и сложной системы, миллиарда взаимодействующих атомов в самородке золота. Результатом будет довольно простая диаграмма, изображающая этот сложный слиток золота, новшество сродни диаграммам Фейнмана, которые упростили процесс представления взаимодействия частиц в середине 20 века. У тензорной сети есть геометрия, как у пространства-времени.
Ключом к достижению такого упрощения является принцип под названием «локальность». Любой отдельный электрон взаимодействует только с ближайшими соседями-электронами. Запутывание множества электронов с его соседями производит серию «узлов» в сети. Эти узлы представлены тензорами, а запутанность связывает их вместе. Все эти соединенные узлы составляют сеть. Сложный расчет становится проще визуализировать. Иногда он даже сводится к простой проблеме подсчета.
_Есть много разных видов тензорных сетей, но среди наиболее полезных есть одна, известная под акронимом MERA (анзац перенормировки многомасштабной запутанности). Вот как она работает в принципе: представьте одномерную линию электронов. Замените восемь отдельных электронов — A, B, C, D, E, F, G, H — основными единицами квантовой информации (кубитами) и запутайте их с ближайшими соседями, чтобы образовать связи. A запутывается с B, C запутывается с D, E запутывается с F, G запутывается с H. Это поднимает сеть на уровень выше. Теперь запутываем AB с CD, EF с GH, еще один уровень. Наконец, ABCD связывается с EFGH, образуя самый высший слой. «В некотором смысле, можно сказать, что запутывание используется для построения многочлена волновой функции», — писал Роман Орус, физик из Университета Иоганна Гутенберга в Германии.
Почему некоторые физики так взволнованы потенциалом тензорных сетей — особенно MERA — в свете квантовой гравитации? Потому что эти сети демонстрируют, как одна геометрическая структура может выйти из сложных взаимодействий многих объектов. И Свингл (наряду с другими) надеется воспользоваться этой вытекающей геометрией и показать, как она может объяснить возникновения гладкого непрерывного пространства-времени из дискретных битов квантовой информации.
Границы пространства-времени
Физики кондесированных сред случайно нашли возникающее дополнительное измерение, когда разработали тензорные сети: эта техника дает двумерную систему из одного измерения. Между тем теоретики гравитации начали вычитать измерение — из трех в два — с развитием так называемого голографического принципа. Можно ли объединить эти два понятия, чтобы сформировать глубокое понимание пространства-времени?
В 1970-х годах, физик Яаков Бекенштейн показал, что информация о содержании черной дыры кодируется в ее двумерной зоне («граница»), а не в трехмерной («объем»). Двадцать лет спустя Леонард Сасскинд и Герард т’Хоофт расширили эту идею на всю вселенную, уподобив ее голограмме: наша трехмерная вселенная во всей ее красе вытекает из двумерного «исходного кода». В 1997 году Хуан Малдасена нашел конкретные примеры голографии в действии, демонстрирующие, что игрушечная модель, описывающая плоское пространство без гравитации, эквивалентна описанию седловидного пространства с гравитацией. Эту связь физики назвали дуальностью.
_Марк Ван Раамсдонк, струнный теоретик из Университета Британской Колумбии в Ванкувере, сравнивает эту голографическую идею с двумерным компьютерным чипом, который содержит код для создания трехмерного виртуального мира видеоигры. Мы живем в этом трехмерном игровом пространстве. В некотором смысле наше пространство иллюзорно, эфемерная картина, повисшая в тонком воздухе. Но как подчеркивает Ван Раамсдонк, «есть еще реальная физическая вещь в вашем компьютере, которая хранит всю эту информацию».
Эта идея получила широкое признание среди физиков-теоретик, но они по-прежнему борются с проблемой: как именно низшее измерение может хранить информацию о геометрии пространства-времени. Камнем преткновения является то, что наш метафорический чип памяти должен быть чем-то вроде квантового компьютера, где традиционные нули и единицы, используемые для кодирования информации, заменяются кубитами, способными быть нулями, единицами и всем, что между, одновременно. Эти кубиты должны были соединиться с помощью запутывания — в результате которого состояние одного кубита определяется состоянием его соседа — до того, как мог быть закодирован реалистичный трехмерный мир.
_Запутанность кажется фундаментальной для существования пространства-времени. К такому выводу еще в 2006 году пришла пара ученых: Шинсей Рю (Университет Иллинойса) и Тадаши Такаянаги (Университет Киото), получившие премию New Horizons 2015 по физике за эту работу. «Идея была в том, что способ, которым была закодирована геометрия пространства-времени, имеет много общего с тем, как различные части нашего чипа памяти запутывались друг с другом», — объясняет Ван Раамсдонк.
Вдохновленный их работами, а также работой Малдасены, в 2010 году Ван Раамсдонк предложил мысленный эксперимент, демонстрирующий критическую роль запутанности в формировании пространства-времени, размышляя над тем, что может произойти, если разрезать чип памяти на два и затем удалить запутанности между кубитами в противоположных половинах. Он обнаружил, что пространство-время начнет рвать себя на части, подобно тому, как растягивание жевательной резинки в разные концы образует рваные дыры в центре. Продолжая разделять этот чип памяти на меньшие и меньше части, можно разорвать пространство-время, пока не останутся только крошечные индивидуальные фрагменты, не связанные друг с другом.
_«Если вы уберете запутанность, ваше пространство-время развалится на части, — говорит Ван Раамсдонк. — Аналогичным образом, если вы хотите построить пространство-время, вам нужно начать с запутывания кубитов вместе определенным образом».
Объедините эти идеи с работой Свингла по соединению запутанной структуры пространства-времени и голографического принципа с тензорными сетями, и еще один важный кусок головоломки встанет на место. Искривленное пространство-время довольно естественно вытекает из запутанности в тензорных сетях через голографичность. «Пространство-время — это геометрическая репрезентация этой квантовой информации», — говорит Ван Раамсдонк.
И на что похожа эта геометрия? В случае с седлообразным пространством-временем Малдасены, она похожа на одну из фигур цикла «Предел — круг» Маурица Корнелиса Эшера конца 50-х – начала 60-х. Эшер долгое время интересовался порядком и симметрией, включая эти математические идеи в свое искусство.
_Его ксилография «Предел — круг» — это иллюстрации гиперболической геометрии: отрицательно искривленные пространства, представленные в двух измерениях в виде искаженного диска, подобно тому как плоский глобус Земли на двумерной карте искажает континенты. Свингл утверждает, что диаграмммы тензорных сетей имеют поразительное сходство с серией «Предел — круг».
На сегодняшний день тензорный анализ был ограничен моделями пространства-времени вроде малдасеновской, которые не описывают вселенную, в которой мы живем — вселенную неседлообразной формы, расширение которой ускоряется. Физики могут только делать переводы между двумя моделями в некоторых случаях. В идеале им хотелось бы заполучить универсальный словарь. И они хотели бы делать точные переводы, а не приближенные.
_«Мы в забавной ситуации с этими дуальностями, поскольку все соглашаются, мол, да, это важно, но никто не знает, как их переводить, — говорит Прескилл. — Возможно, подход с тензорной сетью позволит зайти дальше».
За прошедший год Свингл и Ван Раамсдонк проделали много совместной работы, чтобы вывести свой круг обзора за пределы статической картинки пространства-времени и исследовать его динамику: как пространство-время меняется со временем и как его кривизна реагирует на эти изменения. Пока что они сумели вывести уравнения Эйнштейна, в частности принцип эквивалентности — доказательство того, что динамика пространства-времени, как и его геометрия, вытекают из запутанных кубитов. Это многообещающее начало.
_«Вопрос: что такое пространство-время? Он звучит как совершенно философский вопрос, — говорит Ван Раамсдонк. — Однако он вполне конкретный, и тот факт, что пространство-время можно рассчитать, совершенно удивляет».
Согласно доктринам физики ничто не может премещаться быстрее скорости света, но в ходе экспериментов выяснилось, что состояние в "запутанной" паре частиц передаётся мгновенно... читаем во что всё это выливается (прим Ш)
Жуткое квантовое действие» может удерживать Вселенную от распада
_Брайан Свингл был аспирантом, изучал физику веществ в Массачусетском технологическом институте, когда вдруг решил взять несколько уроков в теории струн, чтобы подкрепить свое образование — как он вспоминает, «потому что почему бы и нет?» — хотя никогда особо не интересовался этой областью. По мере углубления в детали Свингл начал подмечать неожиданные сходства подхода теории струн к физике черных дыр и квантовой гравитации с его собственной работой, в которой он использовал так называемые тензорные сети для прогнозирования свойств экзотических материалов.
«Я осознал, что происходит что-то глубокое», — говорит он.
_Тензоры возникают по всей физике — это простые математические объекты, которые могут представлять несколько чисел одновременно. К примеру, вектор скорости — простой тензор: он захватывает значения скорости и направления движения. Более сложные тензоры, связанные в сети, можно использовать для упрощения расчетов комплексных систем, состоящих из многих различных взаимодействующих частей, в том числе и сложного взаимодействия огромного числа субатомных частиц, составляющих материю.
Свингл — один из растущего числа физиков, которые видят ценность в адаптации тензорных сетей к космологии. Среди прочих преимуществ она может помочь решить продолжающийся спор о природе самого пространства-времени. По словам Джона Прескилла, профессора теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, многие физики заподозрили глубокую связь между квантовой запутанностью — «жутким действием на расстоянии», которое так невзлюбил Альберт Эйнштейн — и геометрией пространства-времени на мельчайших масштабах, которую физик Джон Уилер первым описал как пузырящуюся пену шесть десятков лет назад.
_«Если вы будете изучать геометрию в масштабах, приближенных к планковской длине, — самой короткой из всех возможных, — она будет все меньше и меньше похожа на пространство-время, — говорит Прескилл. — На самом деле, это будет уже не геометрия. Это что-то другое, возникающее из чего-то более фундаментального».
Физики продолжают бороться с этой запутанной проблемой, связанной с фундаментальной картиной, но очень подозревают, что она связана с квантовой информацией. «Когда мы говорим о том, что информация кодируется, мы имеем в виду то, что можем разбить систему на части, и будет некоторая корреляция между этими частями, так что можно будет узнать что-то об одной части, наблюдая другую», — говорит Прескилл. Такова суть запутанности.
Мы привыкли говорить о «ткани» пространства-времени, метафоре, которая вызывает образ соткания нитей в гладкое и продолжительное единое целое. Эта нить принципиально квантовая. «Запутанность — это ткань пространства-времени, — говорит Свингл, ныне ученый Стэнфордского университета. — Это нить, которая связывает систему воедино, делает коллективные свойства отличными от индивидуальных. Но чтобы увидеть интересное коллективное поведение на самом деле, вы должны понимать, как распределяется запутанность».
_Тензорные сети предоставляют математический инструмент, который позволяет это сделать. С такой точки зрения, пространство-время возникает как сеть взаимосвязанных узлов комплексной сети с отдельными кусочками квантовой информации, связанных вместе подобно LEGO. Запутанность — это клей, который удерживает сеть вместе. Если мы хотим понять пространство-время, нам нужно сперва подумать геометрически о запутанности, поскольку именно этим способом информация закодирована в бесчисленном количестве взаимодействующих узлов системы.
Много тел, одна сеть
Смоделировать сложную квантовую систему — не просто подвиг; даже классическая система с более чем двумя взаимодействующими частями представляется проблемой. Когда Исаак Ньютон опубликовал свои «Начала» в 1687 году, одна из многих тем, которых он коснулся, стала известна как «задача трех тел». Это относительно простой вопрос: рассчитать движение двух объектов вроде Земли и Солнца, принимая во внимание эффекты их взаимного гравитационного притяжения. Тем не менее если добавить третье тело вроде Луны, задача становится колоссально сложной, проблема с относительно прямым и конкретным решением становится хаотичной, где долгосрочное прогнозирование требует мощных компьютеров для моделирования приблизительной эволюции системы. Короче, чем больше объектов в системе, тем сложнее ее вычислить, и эта сложность увеличивается линейно, по крайней мере в классической физике.
Теперь представьте квантовую систему с многими миллиардами атомов, все из которых взаимодействуют друг с другом с соответствии со сложными квантовыми уравнениями. На таких масштабах сложность возрастает экспоненциально с числом частиц в системе, так что подход грубой вычислительной силы не сработает.
_Представьте себе золотой самородок. Он состоит из множества миллиардов атомов, которые взаимодействуют между собой. Из этих взаимодействий вытекают различные свойства металла, цвет, прочность или проводимость. «Атомы — крошечные квантово-механические штучки, вы кладете атомы вместе и происходят классненькие новые вещички», — говорит Свингл. Но на таких масштабах применяются правила квантовой механики. Физикам нужно точно рассчитать волновую функцию этого самородка, которая описывает состояние системы. И эта волновая функция — многоголовый дракон экспоненциальной сложности.
Даже если в вашем самородке будет всего 100 атомов, каждый с квантовым «спином», который может быть либо верхним, либо нижним, общее число возможных состояний составляет 2^100, или миллион триллионов триллионов. С каждым добавленным атомом, проблема становится неизмеримо хуже. (И будет еще хуже, если вы решите заботливо описать что-нибудь в дополнение к спинам атомов, согласно любой реалистичной модели). «Если взять всю видимую Вселенную и заполнить ее нашим лучшим материалом для хранения, сделать лучший из возможных жестких дисков, вы можете сохранить состояние всего 300 спинов, — говорит Свингл. — Эта информация присутствует, но она не про физиков. Никто никогда не измерял все эти числа».
_Тензорные сети позволяют физикам сжимать всю информацию, содержащуюся в волновой функции, и обращаться только к тем свойства, которые физики могут измерить экспериментально: как отдельно взятый материал искривляет свет, например, или как он поглощает звук, или насколько хорошо проводит электричество. Тензор — это своего рода «черный ящик», который принимает один набор чисел и выдает совершенно другой.
Таким образом, можно подключить простую волновую функцию — множества невзаимодействующих электронов, каждый в нижайшем энергетическом состоянии — и пропускать тензоры в системе снова и снова, пока процесс не произведет волновую функцию крупной и сложной системы, миллиарда взаимодействующих атомов в самородке золота. Результатом будет довольно простая диаграмма, изображающая этот сложный слиток золота, новшество сродни диаграммам Фейнмана, которые упростили процесс представления взаимодействия частиц в середине 20 века. У тензорной сети есть геометрия, как у пространства-времени.
Ключом к достижению такого упрощения является принцип под названием «локальность». Любой отдельный электрон взаимодействует только с ближайшими соседями-электронами. Запутывание множества электронов с его соседями производит серию «узлов» в сети. Эти узлы представлены тензорами, а запутанность связывает их вместе. Все эти соединенные узлы составляют сеть. Сложный расчет становится проще визуализировать. Иногда он даже сводится к простой проблеме подсчета.
_Есть много разных видов тензорных сетей, но среди наиболее полезных есть одна, известная под акронимом MERA (анзац перенормировки многомасштабной запутанности). Вот как она работает в принципе: представьте одномерную линию электронов. Замените восемь отдельных электронов — A, B, C, D, E, F, G, H — основными единицами квантовой информации (кубитами) и запутайте их с ближайшими соседями, чтобы образовать связи. A запутывается с B, C запутывается с D, E запутывается с F, G запутывается с H. Это поднимает сеть на уровень выше. Теперь запутываем AB с CD, EF с GH, еще один уровень. Наконец, ABCD связывается с EFGH, образуя самый высший слой. «В некотором смысле, можно сказать, что запутывание используется для построения многочлена волновой функции», — писал Роман Орус, физик из Университета Иоганна Гутенберга в Германии.
Почему некоторые физики так взволнованы потенциалом тензорных сетей — особенно MERA — в свете квантовой гравитации? Потому что эти сети демонстрируют, как одна геометрическая структура может выйти из сложных взаимодействий многих объектов. И Свингл (наряду с другими) надеется воспользоваться этой вытекающей геометрией и показать, как она может объяснить возникновения гладкого непрерывного пространства-времени из дискретных битов квантовой информации.
Границы пространства-времени
Физики кондесированных сред случайно нашли возникающее дополнительное измерение, когда разработали тензорные сети: эта техника дает двумерную систему из одного измерения. Между тем теоретики гравитации начали вычитать измерение — из трех в два — с развитием так называемого голографического принципа. Можно ли объединить эти два понятия, чтобы сформировать глубокое понимание пространства-времени?
В 1970-х годах, физик Яаков Бекенштейн показал, что информация о содержании черной дыры кодируется в ее двумерной зоне («граница»), а не в трехмерной («объем»). Двадцать лет спустя Леонард Сасскинд и Герард т’Хоофт расширили эту идею на всю вселенную, уподобив ее голограмме: наша трехмерная вселенная во всей ее красе вытекает из двумерного «исходного кода». В 1997 году Хуан Малдасена нашел конкретные примеры голографии в действии, демонстрирующие, что игрушечная модель, описывающая плоское пространство без гравитации, эквивалентна описанию седловидного пространства с гравитацией. Эту связь физики назвали дуальностью.
_Марк Ван Раамсдонк, струнный теоретик из Университета Британской Колумбии в Ванкувере, сравнивает эту голографическую идею с двумерным компьютерным чипом, который содержит код для создания трехмерного виртуального мира видеоигры. Мы живем в этом трехмерном игровом пространстве. В некотором смысле наше пространство иллюзорно, эфемерная картина, повисшая в тонком воздухе. Но как подчеркивает Ван Раамсдонк, «есть еще реальная физическая вещь в вашем компьютере, которая хранит всю эту информацию».
Эта идея получила широкое признание среди физиков-теоретик, но они по-прежнему борются с проблемой: как именно низшее измерение может хранить информацию о геометрии пространства-времени. Камнем преткновения является то, что наш метафорический чип памяти должен быть чем-то вроде квантового компьютера, где традиционные нули и единицы, используемые для кодирования информации, заменяются кубитами, способными быть нулями, единицами и всем, что между, одновременно. Эти кубиты должны были соединиться с помощью запутывания — в результате которого состояние одного кубита определяется состоянием его соседа — до того, как мог быть закодирован реалистичный трехмерный мир.
_Запутанность кажется фундаментальной для существования пространства-времени. К такому выводу еще в 2006 году пришла пара ученых: Шинсей Рю (Университет Иллинойса) и Тадаши Такаянаги (Университет Киото), получившие премию New Horizons 2015 по физике за эту работу. «Идея была в том, что способ, которым была закодирована геометрия пространства-времени, имеет много общего с тем, как различные части нашего чипа памяти запутывались друг с другом», — объясняет Ван Раамсдонк.
Вдохновленный их работами, а также работой Малдасены, в 2010 году Ван Раамсдонк предложил мысленный эксперимент, демонстрирующий критическую роль запутанности в формировании пространства-времени, размышляя над тем, что может произойти, если разрезать чип памяти на два и затем удалить запутанности между кубитами в противоположных половинах. Он обнаружил, что пространство-время начнет рвать себя на части, подобно тому, как растягивание жевательной резинки в разные концы образует рваные дыры в центре. Продолжая разделять этот чип памяти на меньшие и меньше части, можно разорвать пространство-время, пока не останутся только крошечные индивидуальные фрагменты, не связанные друг с другом.
_«Если вы уберете запутанность, ваше пространство-время развалится на части, — говорит Ван Раамсдонк. — Аналогичным образом, если вы хотите построить пространство-время, вам нужно начать с запутывания кубитов вместе определенным образом».
Объедините эти идеи с работой Свингла по соединению запутанной структуры пространства-времени и голографического принципа с тензорными сетями, и еще один важный кусок головоломки встанет на место. Искривленное пространство-время довольно естественно вытекает из запутанности в тензорных сетях через голографичность. «Пространство-время — это геометрическая репрезентация этой квантовой информации», — говорит Ван Раамсдонк.
И на что похожа эта геометрия? В случае с седлообразным пространством-временем Малдасены, она похожа на одну из фигур цикла «Предел — круг» Маурица Корнелиса Эшера конца 50-х – начала 60-х. Эшер долгое время интересовался порядком и симметрией, включая эти математические идеи в свое искусство.
_Его ксилография «Предел — круг» — это иллюстрации гиперболической геометрии: отрицательно искривленные пространства, представленные в двух измерениях в виде искаженного диска, подобно тому как плоский глобус Земли на двумерной карте искажает континенты. Свингл утверждает, что диаграмммы тензорных сетей имеют поразительное сходство с серией «Предел — круг».
На сегодняшний день тензорный анализ был ограничен моделями пространства-времени вроде малдасеновской, которые не описывают вселенную, в которой мы живем — вселенную неседлообразной формы, расширение которой ускоряется. Физики могут только делать переводы между двумя моделями в некоторых случаях. В идеале им хотелось бы заполучить универсальный словарь. И они хотели бы делать точные переводы, а не приближенные.
_«Мы в забавной ситуации с этими дуальностями, поскольку все соглашаются, мол, да, это важно, но никто не знает, как их переводить, — говорит Прескилл. — Возможно, подход с тензорной сетью позволит зайти дальше».
За прошедший год Свингл и Ван Раамсдонк проделали много совместной работы, чтобы вывести свой круг обзора за пределы статической картинки пространства-времени и исследовать его динамику: как пространство-время меняется со временем и как его кривизна реагирует на эти изменения. Пока что они сумели вывести уравнения Эйнштейна, в частности принцип эквивалентности — доказательство того, что динамика пространства-времени, как и его геометрия, вытекают из запутанных кубитов. Это многообещающее начало.
_«Вопрос: что такое пространство-время? Он звучит как совершенно философский вопрос, — говорит Ван Раамсдонк. — Однако он вполне конкретный, и тот факт, что пространство-время можно рассчитать, совершенно удивляет».
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
Парадоксы возникновения жизни
«Американские химики показали сложные цепи реакции, которые при участии ультрафиолета способны происходить с парой простейших соединений и приводить к параллельному появлению компонентов всех трех ключевых видов биомолекул. Нуклеотидов — для нуклеиновых кислот, аминокислот — для белков, липидов — для клеточной мембраны». С. Васильев «Решен один из парадоксов возникновения жизни» , журнал Naked Science
Что появилось раньше — курица или яйцо? Эту стародавнюю шутливую загадку все время на свой лад пытаются решить биологи, штурмующие тайну возникновения жизни. Очередной сенсацией стала гипотеза кембриджских ученых, которые на основе своих исследований приняли соломоново решение — все основные компоненты жизни возникли одновременно...
Отсюда можно сделать очень неожиданные и даже парадоксальные выводы и о феномене жизни в целом, и о странном отсутствии инопланетян, и о будущем нашей цивилизации...
Весьма любопытно наблюдать со стороны за исканиями биохимиков, находящих истоки земной жизни в самых неожиданных местах при самых неожиданных условиях. Новорожденная Земля представляется им то бушующими морями лавы, то покрытой льдом пустыней, а то и неким гибридом, стремительно меняющим климат от марсианского к венерианскому и обратно. Кто-то до сих пор считает, что в самом начале колыбелью живого был «теплый мелкий водоем» академика Опарина, кто-то увлекся «темными курильщиками» подводных гейзеров и вулканов, а кто-то не может спокойно смотреть на доисторические кремнистые пляжи...
И над всем этим нависла гипотеза «панспермии» — совсем иной жизни, привнесенной на нашу планету в ледяных ядрах комет, каменистых сердцевинах астероидов или просто в порах небольших метеоритов. Вначале гипотезу появления «чужих микроорганизмов» или даже их простейших частей академические ученые всячески избегали. Ведь по сути гипотеза панспермии ничего об истинном происхождении жизни не объясняет, а лишь переносит ее начало куда-то на просторы Вселенной. Так было до тех пор, пока «панспермисты» не придумали удивительный сценарий. Где-то в далекой туманности пролетела комета или астероид. Там они насытились и пропитались молекулами органических соединений, которые очень часто встречаются в космических облаках. Затем начались очень долгие странствия несущего «семена жизни» небесного тела по нашей Галактике (а может быть, и по соседним звездным островам!).
Невозможно даже представить, что могло встретиться на пути подобного «молекулярного ковчега»... Это могли быть и потоки самых разных излучений, и облака плазмы, и иные туманности со своим химическим составом. Так органические молекулы постепенно превращались в настоящие биосоединения, а те — в микроорганизмы.
Обновленная идея панспермии доставила много неприятностей традиционным биологам. Ведь ее сильными сторонами было практически неограниченное время странствий «молекулярного ковчега» и бесчисленное количество космических факторов, которые все время открывают космофизики.
И вот «империя традиционалистов-биохимиков» нанесла ответный удар!
Биологи из Лаборатории молекулярной биологии Кембриджа попытались примирить две армии специалистов: сторонников так называемого РНК-мира (вспоминаем школу — все живое состоит из РНК и ДНК), в рамках которого все на себя брали молекулы РНК, и их оппонентов, которые отстаивали некие первичные процессы, приведшие к синтезу биомолекул и их соединений. Удастся ли кембриджским профессорам примерить враждебные научные школы? В принципе, логика на их стороне. Одно дело, когда домовитая хозяйка расторопно готовит на кухне одновременно несколько блюд, и совсем другое, когда одинокий холостяк задумчиво выстраивает единственно возможную из-за скудности продуктового набора логику однозначной трапезы.
Во всяком случае, «соломонов» подход к зарождению жизни может не только избавить биологию от «проклятия цейтнота», когда любой теории катастрофически не хватает времени для реализации собственного сценария, но и ответить на парадокс Ферми. Этот любопытный парадокс возник в разговоре выдающегося физика Энрико Ферми с «отцом А-бомбы» Эдвардом Теллером ровно 65 лет назад. Тогда Ферми задал вопрос: «Являемся ли мы единственной разумной и технологически продвинутой цивилизацией во Вселенной? А если нет — то где же все эти зеленые человечки?»
Каждая новая теория происхождения жизни так или иначе задевает существование МЗЧ — маленьких зеленых человечков, которых так везде ищут уфологи. В версию «микробного ковчега» парадокс Ферми явно не укладывается, но его вопросы в принципе находят ответы в теории «всего сразу». Ведь в данном случае сочетание всех биохимических реакций при появлении живого является уникальнейшим стечением обстоятельств.
Так «микробный ковчег панспермии» превращается в планетарный ковчег «Земля», плывущий среди множества безжизненных миров Млечного Пути.
Гипотеза уникальности жизни (по крайней мере — белковой) во Вселенной (или хотя бы в нашей Галактике) вызывает глубочайшую ответственность и... уфологические разочарования. Впрочем, есть еще и совсем уже невероятная версия-гибрид, объединяющая теорию «всего сразу» и... панспермию.
Эта «гибридная» версия принадлежит Нобелевскому лауреату Кристиану де Дюв, долгое время пытавшемуся донести до научного сообщества совершенно «еретические» идеи о «скрытой биосфере». Согласно его предположениям, эта «параллельная жизнь» проходит в глубокой тайне от человечества, и ее очень трудно обнаружить даже с помощью электронной микроскопии. Однако это справедливо лишь для нормальных условий существования. Непрогнозируемый кризис развития «биокатастрофы» может выплеснуть наружу нечто более страшное, чем чума, рак и СПИД вместе взятые. Де Дюв был уверен, что возникновение жизни является не исключительным событием, произошедшим по стечению обстоятельств. Великое таинство рождения живого по де Дюву — это неоднократно повторяющаяся закономерность, возникающая на разных этапах развития планеты.
Теория существования на Земле иных форм жизни вызвала в научном мире бурную полемику. Вначале она была «встречена в штыки» консервативными биологами, но с течением времени к лагерю сторонников де Дюва примкнули многие. Среди «биореволюционеров» можно встретить и биофизиков, и биохимиков, и даже физиков-теоретиков. В то же время образовался круг ортодоксальных биохимиков и химиков-органиков, которые считают подобные исследования чуть ли не лженаукой. Особенно яростно они возражают против предоставления грантов на подобные работы, считая их лишь инструментом рекламы отдельных биологов и их научных школ.
Между тем сторонники гипотезы существования «подпольной биосферы» разработали целый ряд теорий о том, как на Земле могли бы сосуществовать сразу несколько источников жизни. Их гипотетическая эволюция должна была бы происходить раздельно по трем основным путям.
Первый путь принадлежит так называемым зеркальным созданиям. Дело в том, что все органические соединения имеют трехмерную конфигурацию и различаются между собой направлением, в котором они поляризуют падающий свет, — вправо или влево. Сами молекулы при этом определяются как «левовращающиеся» и «правовращающиеся». К первым относятся все аминокислоты, известные науке, а вот двойная спираль ДНК является правовращающейся. Поэтому вполне естественно считать, что если органические молекулы будут иметь противоположные направления вращения, то перед нами возникнут существа из «зеркальной биосферы». Чем-то это напоминает тимир, в котором тоже могут обитать удивительные создания.
Второй путь приводит нас в астробиологию — науку о внеземной углеродно-белковой жизни. Вся земная фауна построена на стандартном наборе из двух десятков различных аминокислот. Именно их различные комбинации и образуют все известные белковые соединения. Однако не так давно в метеоритном веществе неизвестного происхождения были открыты еще две «чужие» аминокислоты — изовалин и псевдолейцин. Астробиологи предполагают, что это указывает на возможность существования инопланетных альтернативных белков. И тогда, кто знает — может быть, иная жизнь где-то на спутниках Юпитера и Сатурна основана именно на таких необычных соединениях.
Третий — кремнийорганический путь — самый давний в истории биохимии. Первыми его стали обсуждать писатели-фантасты. Так, о принципах создания кремнеорганических организмов писал известный советский литератор, физик по образованию, Анатолий Днепров (А. П. Мицкевич). Еще полстолетия назад он очень убедительно рассказал в повести «Глиняный бог», как можно было бы создать кремнийорганических существ, включая человека.
«Американские химики показали сложные цепи реакции, которые при участии ультрафиолета способны происходить с парой простейших соединений и приводить к параллельному появлению компонентов всех трех ключевых видов биомолекул. Нуклеотидов — для нуклеиновых кислот, аминокислот — для белков, липидов — для клеточной мембраны». С. Васильев «Решен один из парадоксов возникновения жизни» , журнал Naked Science
Что появилось раньше — курица или яйцо? Эту стародавнюю шутливую загадку все время на свой лад пытаются решить биологи, штурмующие тайну возникновения жизни. Очередной сенсацией стала гипотеза кембриджских ученых, которые на основе своих исследований приняли соломоново решение — все основные компоненты жизни возникли одновременно...
Отсюда можно сделать очень неожиданные и даже парадоксальные выводы и о феномене жизни в целом, и о странном отсутствии инопланетян, и о будущем нашей цивилизации...
Весьма любопытно наблюдать со стороны за исканиями биохимиков, находящих истоки земной жизни в самых неожиданных местах при самых неожиданных условиях. Новорожденная Земля представляется им то бушующими морями лавы, то покрытой льдом пустыней, а то и неким гибридом, стремительно меняющим климат от марсианского к венерианскому и обратно. Кто-то до сих пор считает, что в самом начале колыбелью живого был «теплый мелкий водоем» академика Опарина, кто-то увлекся «темными курильщиками» подводных гейзеров и вулканов, а кто-то не может спокойно смотреть на доисторические кремнистые пляжи...
И над всем этим нависла гипотеза «панспермии» — совсем иной жизни, привнесенной на нашу планету в ледяных ядрах комет, каменистых сердцевинах астероидов или просто в порах небольших метеоритов. Вначале гипотезу появления «чужих микроорганизмов» или даже их простейших частей академические ученые всячески избегали. Ведь по сути гипотеза панспермии ничего об истинном происхождении жизни не объясняет, а лишь переносит ее начало куда-то на просторы Вселенной. Так было до тех пор, пока «панспермисты» не придумали удивительный сценарий. Где-то в далекой туманности пролетела комета или астероид. Там они насытились и пропитались молекулами органических соединений, которые очень часто встречаются в космических облаках. Затем начались очень долгие странствия несущего «семена жизни» небесного тела по нашей Галактике (а может быть, и по соседним звездным островам!).
Невозможно даже представить, что могло встретиться на пути подобного «молекулярного ковчега»... Это могли быть и потоки самых разных излучений, и облака плазмы, и иные туманности со своим химическим составом. Так органические молекулы постепенно превращались в настоящие биосоединения, а те — в микроорганизмы.
Обновленная идея панспермии доставила много неприятностей традиционным биологам. Ведь ее сильными сторонами было практически неограниченное время странствий «молекулярного ковчега» и бесчисленное количество космических факторов, которые все время открывают космофизики.
И вот «империя традиционалистов-биохимиков» нанесла ответный удар!
Биологи из Лаборатории молекулярной биологии Кембриджа попытались примирить две армии специалистов: сторонников так называемого РНК-мира (вспоминаем школу — все живое состоит из РНК и ДНК), в рамках которого все на себя брали молекулы РНК, и их оппонентов, которые отстаивали некие первичные процессы, приведшие к синтезу биомолекул и их соединений. Удастся ли кембриджским профессорам примерить враждебные научные школы? В принципе, логика на их стороне. Одно дело, когда домовитая хозяйка расторопно готовит на кухне одновременно несколько блюд, и совсем другое, когда одинокий холостяк задумчиво выстраивает единственно возможную из-за скудности продуктового набора логику однозначной трапезы.
Во всяком случае, «соломонов» подход к зарождению жизни может не только избавить биологию от «проклятия цейтнота», когда любой теории катастрофически не хватает времени для реализации собственного сценария, но и ответить на парадокс Ферми. Этот любопытный парадокс возник в разговоре выдающегося физика Энрико Ферми с «отцом А-бомбы» Эдвардом Теллером ровно 65 лет назад. Тогда Ферми задал вопрос: «Являемся ли мы единственной разумной и технологически продвинутой цивилизацией во Вселенной? А если нет — то где же все эти зеленые человечки?»
Каждая новая теория происхождения жизни так или иначе задевает существование МЗЧ — маленьких зеленых человечков, которых так везде ищут уфологи. В версию «микробного ковчега» парадокс Ферми явно не укладывается, но его вопросы в принципе находят ответы в теории «всего сразу». Ведь в данном случае сочетание всех биохимических реакций при появлении живого является уникальнейшим стечением обстоятельств.
Так «микробный ковчег панспермии» превращается в планетарный ковчег «Земля», плывущий среди множества безжизненных миров Млечного Пути.
Гипотеза уникальности жизни (по крайней мере — белковой) во Вселенной (или хотя бы в нашей Галактике) вызывает глубочайшую ответственность и... уфологические разочарования. Впрочем, есть еще и совсем уже невероятная версия-гибрид, объединяющая теорию «всего сразу» и... панспермию.
Эта «гибридная» версия принадлежит Нобелевскому лауреату Кристиану де Дюв, долгое время пытавшемуся донести до научного сообщества совершенно «еретические» идеи о «скрытой биосфере». Согласно его предположениям, эта «параллельная жизнь» проходит в глубокой тайне от человечества, и ее очень трудно обнаружить даже с помощью электронной микроскопии. Однако это справедливо лишь для нормальных условий существования. Непрогнозируемый кризис развития «биокатастрофы» может выплеснуть наружу нечто более страшное, чем чума, рак и СПИД вместе взятые. Де Дюв был уверен, что возникновение жизни является не исключительным событием, произошедшим по стечению обстоятельств. Великое таинство рождения живого по де Дюву — это неоднократно повторяющаяся закономерность, возникающая на разных этапах развития планеты.
Теория существования на Земле иных форм жизни вызвала в научном мире бурную полемику. Вначале она была «встречена в штыки» консервативными биологами, но с течением времени к лагерю сторонников де Дюва примкнули многие. Среди «биореволюционеров» можно встретить и биофизиков, и биохимиков, и даже физиков-теоретиков. В то же время образовался круг ортодоксальных биохимиков и химиков-органиков, которые считают подобные исследования чуть ли не лженаукой. Особенно яростно они возражают против предоставления грантов на подобные работы, считая их лишь инструментом рекламы отдельных биологов и их научных школ.
Между тем сторонники гипотезы существования «подпольной биосферы» разработали целый ряд теорий о том, как на Земле могли бы сосуществовать сразу несколько источников жизни. Их гипотетическая эволюция должна была бы происходить раздельно по трем основным путям.
Первый путь принадлежит так называемым зеркальным созданиям. Дело в том, что все органические соединения имеют трехмерную конфигурацию и различаются между собой направлением, в котором они поляризуют падающий свет, — вправо или влево. Сами молекулы при этом определяются как «левовращающиеся» и «правовращающиеся». К первым относятся все аминокислоты, известные науке, а вот двойная спираль ДНК является правовращающейся. Поэтому вполне естественно считать, что если органические молекулы будут иметь противоположные направления вращения, то перед нами возникнут существа из «зеркальной биосферы». Чем-то это напоминает тимир, в котором тоже могут обитать удивительные создания.
Второй путь приводит нас в астробиологию — науку о внеземной углеродно-белковой жизни. Вся земная фауна построена на стандартном наборе из двух десятков различных аминокислот. Именно их различные комбинации и образуют все известные белковые соединения. Однако не так давно в метеоритном веществе неизвестного происхождения были открыты еще две «чужие» аминокислоты — изовалин и псевдолейцин. Астробиологи предполагают, что это указывает на возможность существования инопланетных альтернативных белков. И тогда, кто знает — может быть, иная жизнь где-то на спутниках Юпитера и Сатурна основана именно на таких необычных соединениях.
Третий — кремнийорганический путь — самый давний в истории биохимии. Первыми его стали обсуждать писатели-фантасты. Так, о принципах создания кремнеорганических организмов писал известный советский литератор, физик по образованию, Анатолий Днепров (А. П. Мицкевич). Еще полстолетия назад он очень убедительно рассказал в повести «Глиняный бог», как можно было бы создать кремнийорганических существ, включая человека.
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
БАК снова проверил Стандартную модель - увы, успешно
Открытие бозона Хиггса было триумфальным для Стандартной модели, которая предсказала, как частица образуется, ведет себя и распадается во время столкновений в Большом адронном коллайдере. На самом деле, Стандартная модель точно предсказала почти все, что нам нужно было. Казалось бы, стоит радоваться. Но такое положение дел не особо устраивает физиков, поскольку Стандартная модель является неполной. В ней нет никаких частиц, которые могли бы объяснить темную материю. Она не включает объяснений, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. И она не предоставляет никакого механизма, который мог бы снабдить нейтрино массой.
Обнаружение новой частицы, которая не была предсказана Стандартной моделью, стало бы очевидным признаком того, что мы готовы выдвигаться за ее пределы. Но нам необязательно искать новую частицу, чтобы разбить Стандартную модель; как мы уже сказали, модель также предсказывает поведение и распад частиц. Так что поиск странных распадов также мог бы пролить свет.
В конце этой недели ученые с двух крупных детекторов БАК сообщили, что наконец выявили один из таких распадов. К сожалению, он произошел при условиях, неотличимых от тех, что предсказываются Стандартной моделью.
Этот распад включает в себя набор частиц под названием нейтральные B-мезоны. B-мезоны — это частицы, которые содержат тяжелый боттом-антикварк (или прелестный), который весит почти в четыре раза больше протона. В нейтральных B-мезонах боттом-антикварк находится в паре с другим кварком, странным. По сути, они представляют экзотические версии нейтрона, построенного с тяжелыми кварками.
Эти частицы могут распадаться совершенно разными способами, наиболее распространенный из которых заключается в производстве единичного мюона (тяжелого двоюродного брата электрона) и нейтрино. (Кварк и антикварк в этих частицах не могут аннигилировать, поскольку боттом-антикварк может проделать это только с боттом-кварком). Однако есть редкий путь распада, который включает тяжелейшую из известных частиц (топ-кварк, истинный кварк), что приводит к производству мюона и антимюона. Стандартная модель предсказывает, что эти пути довольно редкие. В случае с анти-боттом/странным B-мезоном, мы ожидаем, что это произойдет четыре раза на каждый миллиард распадов. В случае с анти-боттом/странным B-мезоном, мы ожидаем, что это случится лишь один раз на 10 миллиардов распадов.
Найти что-то вроде этого не так-то просто. Вам нужно просмотреть множество B-мезонов и избавиться от большого числа случайных событий, которые производят комбинацию мюона/антимюона. К счастью, БАК имеет детектор, LHCb, который специализируется на изучении B-мезонов. В одной из последних работ данные LHCb были объединены с данными детектора общего назначения CMS. Вместе два детектора просмотрели достаточно столкновений, чтобы обнаружить 100 или больше нужных нам распадов.
Ожидалось, что нейтральные B-мезоны живут достаточно долго, чтобы сдвинуться на несколько сантиметров от места столкновения протонов; два мюона из конкретно такого распада должны были пройти к внешним границам детекторов частиц. Ученые обоих детекторов также смоделировали довольно много распадов B-мезонов и ложных сигналов и обучили программное обеспечение различать их.
Более распространенные распады из антиботтом/странной комбинации были обнаружены с уровнем значимости более шести стандартных отклонений (6σ) и на уровне, которые полностью укладывается в предсказания Стандартной модели. Обнаружение антиботтом/прелестных распадов набрало только 3,2σ — недостаточно, чтобы провозгласить открытие. Уровень обнаружения был чуть выше предсказанного Стандартной моделью, но из-за недостаточного количества этих распадов по-прежнему укладывается в предсказания модели.
Подводя итоги: нет никаких признаков существования физики за пределами Стандартной модели, хотя мы знаем, что она должна быть. И это расстраивает. Неизвестные тяжелые частицы, вроде тех, что могли бы объяснить темную материю, могли бы вести себя подобно топ-кварку и увеличить число распадов на этом пути. Меньшие числа позволили бы ограничить идеи о том, какую дополнительную физику можно было бы ожидать. Вместо этого ученым придется вести исследования на основе уже имеющихся теоретических наработок.
Открытие бозона Хиггса было триумфальным для Стандартной модели, которая предсказала, как частица образуется, ведет себя и распадается во время столкновений в Большом адронном коллайдере. На самом деле, Стандартная модель точно предсказала почти все, что нам нужно было. Казалось бы, стоит радоваться. Но такое положение дел не особо устраивает физиков, поскольку Стандартная модель является неполной. В ней нет никаких частиц, которые могли бы объяснить темную материю. Она не включает объяснений, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии. И она не предоставляет никакого механизма, который мог бы снабдить нейтрино массой.
Обнаружение новой частицы, которая не была предсказана Стандартной моделью, стало бы очевидным признаком того, что мы готовы выдвигаться за ее пределы. Но нам необязательно искать новую частицу, чтобы разбить Стандартную модель; как мы уже сказали, модель также предсказывает поведение и распад частиц. Так что поиск странных распадов также мог бы пролить свет.
В конце этой недели ученые с двух крупных детекторов БАК сообщили, что наконец выявили один из таких распадов. К сожалению, он произошел при условиях, неотличимых от тех, что предсказываются Стандартной моделью.
Этот распад включает в себя набор частиц под названием нейтральные B-мезоны. B-мезоны — это частицы, которые содержат тяжелый боттом-антикварк (или прелестный), который весит почти в четыре раза больше протона. В нейтральных B-мезонах боттом-антикварк находится в паре с другим кварком, странным. По сути, они представляют экзотические версии нейтрона, построенного с тяжелыми кварками.
Эти частицы могут распадаться совершенно разными способами, наиболее распространенный из которых заключается в производстве единичного мюона (тяжелого двоюродного брата электрона) и нейтрино. (Кварк и антикварк в этих частицах не могут аннигилировать, поскольку боттом-антикварк может проделать это только с боттом-кварком). Однако есть редкий путь распада, который включает тяжелейшую из известных частиц (топ-кварк, истинный кварк), что приводит к производству мюона и антимюона. Стандартная модель предсказывает, что эти пути довольно редкие. В случае с анти-боттом/странным B-мезоном, мы ожидаем, что это произойдет четыре раза на каждый миллиард распадов. В случае с анти-боттом/странным B-мезоном, мы ожидаем, что это случится лишь один раз на 10 миллиардов распадов.
Найти что-то вроде этого не так-то просто. Вам нужно просмотреть множество B-мезонов и избавиться от большого числа случайных событий, которые производят комбинацию мюона/антимюона. К счастью, БАК имеет детектор, LHCb, который специализируется на изучении B-мезонов. В одной из последних работ данные LHCb были объединены с данными детектора общего назначения CMS. Вместе два детектора просмотрели достаточно столкновений, чтобы обнаружить 100 или больше нужных нам распадов.
Ожидалось, что нейтральные B-мезоны живут достаточно долго, чтобы сдвинуться на несколько сантиметров от места столкновения протонов; два мюона из конкретно такого распада должны были пройти к внешним границам детекторов частиц. Ученые обоих детекторов также смоделировали довольно много распадов B-мезонов и ложных сигналов и обучили программное обеспечение различать их.
Более распространенные распады из антиботтом/странной комбинации были обнаружены с уровнем значимости более шести стандартных отклонений (6σ) и на уровне, которые полностью укладывается в предсказания Стандартной модели. Обнаружение антиботтом/прелестных распадов набрало только 3,2σ — недостаточно, чтобы провозгласить открытие. Уровень обнаружения был чуть выше предсказанного Стандартной моделью, но из-за недостаточного количества этих распадов по-прежнему укладывается в предсказания модели.
Подводя итоги: нет никаких признаков существования физики за пределами Стандартной модели, хотя мы знаем, что она должна быть. И это расстраивает. Неизвестные тяжелые частицы, вроде тех, что могли бы объяснить темную материю, могли бы вести себя подобно топ-кварку и увеличить число распадов на этом пути. Меньшие числа позволили бы ограничить идеи о том, какую дополнительную физику можно было бы ожидать. Вместо этого ученым придется вести исследования на основе уже имеющихся теоретических наработок.
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
«Сковородка Бога»: как рождаются планеты
Новый снимок телескопа ALMA, взбудораживший всю астрономическую общественность Земли, позволяет необычайно подробно разглядеть процесс возникновения планет из газа. На снимке запечатлены никогда прежде не фиксировавшиеся детали протопланетного диска в созвездии Тельца. Протопланетный диск — вращающийся вокруг молодой звезды диск плотного газа, часто называют «сковородкой Бога», потому что именно из его колец образуются планеты.
Астрофизики давно поняли, как у рождающейся звезды формируется вращающийся вокруг нее протопланетный газово-пылевой диск, как он фрагментируется и как в нем образуются планеты. В центре снимка рождающаяся звезда HL Тельца возрастом всего один миллион лет. А вокруг — начинающий фрагметироваться пока только в радиальном направлении газово-пылевой диск. Из уже образовавшихся ярких колец впоследствии фрагментацией в азимутальном направлении будут формироваться планеты. А темные кольца будут пустотами между орбитами будущих планет. Снимок сделан радиотелескопом в субмиллиметровом диапазоне с разрешением ~ 0,035 угловых секунд. А звезда HL Тельца находится от нас на расстоянии в 450 световых лет.
Этот новый снимок, получен на телескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и выявляет необычайно подробные, никогда прежде не фиксировавшиеся детали протопланетного диска вокруг молодой звезды. Это первые наблюдения с ALMA в близкой к окончательной конфигурации антенной решетки телескопа, и самые четкие изображения, когда-либо полученные в субмиллиметровом диапазоне. Новый результат — огромный шаг вперед в наблюдениях процесса развития протопланетных дисков и образования планет.
Для первых наблюдений на ALMA в новой, наиболее мощной конфигурации антенной решетки телескопа, исследователи направили его антенны на HL Тельца — молодую звезду, находящуюся примерно в 450 световых годах от нас и окруженную пылевым диском [1]. Полученное изображение превзошло все ожидания. На нем различимы беспрецедентно мелкие детали диска, состоящего из остатков протозвездного облака и имеющего явные признаки присутствия нескольких планет. На фото виден ряд концентрических ярких колец, разделенных темными дугообразными промежутками [2].
«Эти детали почти наверняка являются результатом присутствия планетообразных тел, формирующихся в диске. И это неожиданно, так как считается, что у столь молодых звезд еще не успели образоваться крупные планеты, из-за которых в диске могут появиться такие детали», — говорит Стюарт Кордер (Stuartt Corder), заместитель директора ALMA.
В общем, диск HL Tau оказался гораздо более развитым, чем следовало бы ожидать в соответствии с возрастом звезды. Таким образом, полученное на ALMA изображение свидетельствует о том, что процесс образования планет может идти быстрее, чем считалось раньше.
Такое высокое угловое разрешение на ALMA может быть достигнуто только с использованием длинных баз. Оно дает астрономам такую информацию, которую невозможно получить ни с каким другим инструментом — даже на Космическом телескопе Хаббла. «Логистические и инфраструктурные проблемы, которые пришлось решить для того, чтобы переместить антенны в столь отдаленные позиции, потребовали беспрецедентных усилий от международного коллектива инженеров и ученых высшей квалификации», — сказал директор обсерватории ALMA Пьер Кокс (Pierre Cox).
Молодые звезды, такие как HL Тельца, родились в облаках газа и очень мелкой пыли, в областях, где произошел коллапс, то есть, вещество в них сконцентрировалось в малом объеме под действием сил гравитации. Так образовались плотные горячие ядра будущих звезд, в которых в конце концов начались ядерные реакции с выделением энергии — родились новые звезды. Вначале эти звезды погружены в коконы из остаточного газа и пыли, которые постепенно преобразуются в протопланетный диск.
В процессе множественных столкновений происходит слипание мелких пылевых частиц, вследствие чего образуются более крупные, размером с песчинки или мелкие камешки. В конце концов в диске могут сформироваться астероиды, кометы, и даже планеты. Молодые планеты разрушают диск и образуют в нем кольца, промежутки и дыры, которые и наблюдаются теперь на ALMA [3].
Исследование протопланетных дисков важно для понимания того, как в Солнечной системе образовалась наша Земля. Наблюдение первых стадий планетообразования вокруг HL Tauri может дать нам представление о том, как могла выглядеть наша собственная планетная система более четырех миллиардов лет назад, когда она только образовывалась.
«Большая часть того, что мы сегодня знаем o формировании планет, основывается на теоретических выкладках. Изображения такого уровня подробности, как полученное на ALMA, до сегодняшнего дня могли появляться только в компьютерном моделировании или под рукой художника. Новый снимок HL Tau показывает, чего может достичь ALMA, когда действует в своей максимальной конфигурациит», — говорит Генеральный директор ESO Тим де Зеу (Tim de Zeeuw).
Примечания
1. Начиная с сентября 2014 г. ALMA наблюдает Вселенную с использованием своих самых длинных баз, когда антенны разделены расстоянием до 15 километров. Программа этих наблюдений (Long Baseline Campaign) будет продолжаться до 1 декабря 2014 г. Базой называется расстояние между антеннами решетки. Для сравнения, другие инструменты, работающие на миллиметровых волнах, используют антенны, разнесенные не более, чем на два километра. Максимальная возможная длина базы на ALMA составляет 16 км. В будущих наблюдениях, которые будут выполняться на более коротких волнах, будет достигнута еще более высокая четкость изображения.
2. При таком угловом разрешении — примерно в 35 миллисекунд дуги — видны детали, всего в пять раз превышающие расстояние от Земли до Солнца. Это разрешение выше, чем стандартно реализуемое с Космическим телескопом Хаббла NASA/ESA.
3. В видимых лучах HL Тельца скрыта за массами пыли и газа. ALMA работает на гораздо более длинных волнах, что позволяет исследовать процессы, идущие в самом ядре этого облака.
Новый снимок телескопа ALMA, взбудораживший всю астрономическую общественность Земли, позволяет необычайно подробно разглядеть процесс возникновения планет из газа. На снимке запечатлены никогда прежде не фиксировавшиеся детали протопланетного диска в созвездии Тельца. Протопланетный диск — вращающийся вокруг молодой звезды диск плотного газа, часто называют «сковородкой Бога», потому что именно из его колец образуются планеты.
Астрофизики давно поняли, как у рождающейся звезды формируется вращающийся вокруг нее протопланетный газово-пылевой диск, как он фрагментируется и как в нем образуются планеты. В центре снимка рождающаяся звезда HL Тельца возрастом всего один миллион лет. А вокруг — начинающий фрагметироваться пока только в радиальном направлении газово-пылевой диск. Из уже образовавшихся ярких колец впоследствии фрагментацией в азимутальном направлении будут формироваться планеты. А темные кольца будут пустотами между орбитами будущих планет. Снимок сделан радиотелескопом в субмиллиметровом диапазоне с разрешением ~ 0,035 угловых секунд. А звезда HL Тельца находится от нас на расстоянии в 450 световых лет.
Этот новый снимок, получен на телескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и выявляет необычайно подробные, никогда прежде не фиксировавшиеся детали протопланетного диска вокруг молодой звезды. Это первые наблюдения с ALMA в близкой к окончательной конфигурации антенной решетки телескопа, и самые четкие изображения, когда-либо полученные в субмиллиметровом диапазоне. Новый результат — огромный шаг вперед в наблюдениях процесса развития протопланетных дисков и образования планет.
Для первых наблюдений на ALMA в новой, наиболее мощной конфигурации антенной решетки телескопа, исследователи направили его антенны на HL Тельца — молодую звезду, находящуюся примерно в 450 световых годах от нас и окруженную пылевым диском [1]. Полученное изображение превзошло все ожидания. На нем различимы беспрецедентно мелкие детали диска, состоящего из остатков протозвездного облака и имеющего явные признаки присутствия нескольких планет. На фото виден ряд концентрических ярких колец, разделенных темными дугообразными промежутками [2].
«Эти детали почти наверняка являются результатом присутствия планетообразных тел, формирующихся в диске. И это неожиданно, так как считается, что у столь молодых звезд еще не успели образоваться крупные планеты, из-за которых в диске могут появиться такие детали», — говорит Стюарт Кордер (Stuartt Corder), заместитель директора ALMA.
В общем, диск HL Tau оказался гораздо более развитым, чем следовало бы ожидать в соответствии с возрастом звезды. Таким образом, полученное на ALMA изображение свидетельствует о том, что процесс образования планет может идти быстрее, чем считалось раньше.
Такое высокое угловое разрешение на ALMA может быть достигнуто только с использованием длинных баз. Оно дает астрономам такую информацию, которую невозможно получить ни с каким другим инструментом — даже на Космическом телескопе Хаббла. «Логистические и инфраструктурные проблемы, которые пришлось решить для того, чтобы переместить антенны в столь отдаленные позиции, потребовали беспрецедентных усилий от международного коллектива инженеров и ученых высшей квалификации», — сказал директор обсерватории ALMA Пьер Кокс (Pierre Cox).
Молодые звезды, такие как HL Тельца, родились в облаках газа и очень мелкой пыли, в областях, где произошел коллапс, то есть, вещество в них сконцентрировалось в малом объеме под действием сил гравитации. Так образовались плотные горячие ядра будущих звезд, в которых в конце концов начались ядерные реакции с выделением энергии — родились новые звезды. Вначале эти звезды погружены в коконы из остаточного газа и пыли, которые постепенно преобразуются в протопланетный диск.
В процессе множественных столкновений происходит слипание мелких пылевых частиц, вследствие чего образуются более крупные, размером с песчинки или мелкие камешки. В конце концов в диске могут сформироваться астероиды, кометы, и даже планеты. Молодые планеты разрушают диск и образуют в нем кольца, промежутки и дыры, которые и наблюдаются теперь на ALMA [3].
Исследование протопланетных дисков важно для понимания того, как в Солнечной системе образовалась наша Земля. Наблюдение первых стадий планетообразования вокруг HL Tauri может дать нам представление о том, как могла выглядеть наша собственная планетная система более четырех миллиардов лет назад, когда она только образовывалась.
«Большая часть того, что мы сегодня знаем o формировании планет, основывается на теоретических выкладках. Изображения такого уровня подробности, как полученное на ALMA, до сегодняшнего дня могли появляться только в компьютерном моделировании или под рукой художника. Новый снимок HL Tau показывает, чего может достичь ALMA, когда действует в своей максимальной конфигурациит», — говорит Генеральный директор ESO Тим де Зеу (Tim de Zeeuw).
Примечания
1. Начиная с сентября 2014 г. ALMA наблюдает Вселенную с использованием своих самых длинных баз, когда антенны разделены расстоянием до 15 километров. Программа этих наблюдений (Long Baseline Campaign) будет продолжаться до 1 декабря 2014 г. Базой называется расстояние между антеннами решетки. Для сравнения, другие инструменты, работающие на миллиметровых волнах, используют антенны, разнесенные не более, чем на два километра. Максимальная возможная длина базы на ALMA составляет 16 км. В будущих наблюдениях, которые будут выполняться на более коротких волнах, будет достигнута еще более высокая четкость изображения.
2. При таком угловом разрешении — примерно в 35 миллисекунд дуги — видны детали, всего в пять раз превышающие расстояние от Земли до Солнца. Это разрешение выше, чем стандартно реализуемое с Космическим телескопом Хаббла NASA/ESA.
3. В видимых лучах HL Тельца скрыта за массами пыли и газа. ALMA работает на гораздо более длинных волнах, что позволяет исследовать процессы, идущие в самом ядре этого облака.
-
Victoria
- Очарованный странник
- Сообщения: 40286
- Зарегистрирован: 05 июн 2006, 08:34
Re: Наука и Жизнь
:))Дикие шимпанзе, по-видимому, не испытывают отвращения к алкоголю, что добавляет аргументов в пользу гипотезы о происхождении человека от «пьяных обезьян».
-
Victoria
- Очарованный странник
- Сообщения: 40286
- Зарегистрирован: 05 июн 2006, 08:34
Re: Наука и Жизнь
Античный город Акра был основан в конце VI века до н.э. и просуществовал до начала III века н.э. Он входил в состав Боспорского царства. Акру упоминают многие древние писатели – Страбон, Птолемей, Стефан Византийский, Псевдо-Арриан, Элий Геродиан и другие. Город располагался на берегу Керченского пролива, на низком мысу, выступающем в море на 200-300 метров. Во время нимфейской трансгрессии (повышение уровня моря) большая часть городища была затоплена.
В это же время море разрушает прибрежные участки многих античных городов Северного Причерноморья, например, Пантикапея, Херсонеса, Ольвии, Фанагории, Мирмекия. Поскольку трансгрессия продолжалась длительное время, то в этих городах море почти полностью уничтожило культурные напластования, архитектурные сооружения, расположенные в прибрежной зоне. Однако в Акре ситуация несколько иная. Из-за того, что она находилась на низменном участке, а также из-за особого волнового режима здесь оказались разрушены только слои и сооружения римского времени, а строительные остатки классического и эллинистического времени сохранились очень хорошо.
В это же время море разрушает прибрежные участки многих античных городов Северного Причерноморья, например, Пантикапея, Херсонеса, Ольвии, Фанагории, Мирмекия. Поскольку трансгрессия продолжалась длительное время, то в этих городах море почти полностью уничтожило культурные напластования, архитектурные сооружения, расположенные в прибрежной зоне. Однако в Акре ситуация несколько иная. Из-за того, что она находилась на низменном участке, а также из-за особого волнового режима здесь оказались разрушены только слои и сооружения римского времени, а строительные остатки классического и эллинистического времени сохранились очень хорошо.
-
Victoria
- Очарованный странник
- Сообщения: 40286
- Зарегистрирован: 05 июн 2006, 08:34
Re: Наука и Жизнь
Демократию придумали задолго до нас: выбирая, куда пойти дальше, павианы анубисы согласятся с мнением большинства, даже если оно противоречит мнению «руководства».
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
Что-то я пропустил цикл здоровских программ Гении и злодеи. Всё uploaded на youtube в основном с течение 2-3 прошлых лет. Без этих "мы расскажем вам _всю_ правду и бесконечнх повторов одних и тех же кусочков, всё очень складно и по делу. Их делает общим факт что в своём деле они шли первыми, набив шишек и наломав дров, из-за чего немало из них кончили в забвении и нищете.
Ну, злодеи и прочие распутины меня мало интересуют, а вот гении... особенно если наши:
малоизвестный Александр Лурия:
Пётр Капица
Тот самый Конрад Лоренц
Ну и просто интересные люди, которые почему-то прошли мимо моего внимания:
Отставной казак Ханжонков
Замутивший Ассолью головы большинству современных дур Александр Гриневский
Ну, злодеи и прочие распутины меня мало интересуют, а вот гении... особенно если наши:
малоизвестный Александр Лурия:
Пётр Капица
Тот самый Конрад Лоренц
Ну и просто интересные люди, которые почему-то прошли мимо моего внимания:
Отставной казак Ханжонков
Замутивший Ассолью головы большинству современных дур Александр Гриневский
-
Victoria
- Очарованный странник
- Сообщения: 40286
- Зарегистрирован: 05 июн 2006, 08:34
Re: Наука и Жизнь
об Иване Павлове тоже было интересно узнать отдельные подробностиШэф писал(а):а вот гении... особенно если наши:
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
Немного парадоксов нашего мира.
Парадокс Пето
Очевидно, что киты гораздо крупнее нас, это означает, что у них в телах гораздо больше клеток. А каждая клетка в организме теоретически может стать злокачественной. Следовательно, у китов гораздо больше шансов заболеть раком, чем у людей, так?
Не так. Парадокс Пето, названный в честь оксфордского профессора Ричарда Пето, утверждает, что корреляции между размером животного и раком не существует. У людей и китов шанс заболеть раком примерно одинаков, а вот некоторые породы крошечных мышей имеют гораздо больше шансов.
Некоторые биологи полагают, что отсутствие корреляции в парадоксе Пето можно объяснить тем, что более крупные животные лучше сопротивляются опухоли: механизм работает таким образом, чтобы предотвратить мутацию клеток в процессе деления.
Закон Бенфорда
Каков шанс, что случайное число начнётся с цифры «1»? Или с цифры «3»? Или с «7»? Если вы немного знакомы с теорией вероятности, то можете предположить, что вероятность — один к девяти, или около 11%.
Если же вы посмотрите на реальные цифры, то заметите, что «9» встречается гораздо реже, чем в 11% случаев. Также куда меньше цифр, чем ожидалось, начинается с «8», зато колоссальные 30% чисел начинаются с цифры «1». Эта парадоксальная картина проявляется во всевозможных реальных случаях, от количества населения до цен на акции и длины рек.
Физик Фрэнк Бенфорд впервые отметил это явление в 1938-м году. Он обнаружил, что частота появления цифры в качестве первой падает по мере того, как цифра увеличивается от одного до девяти. То есть «1» появляется в качестве первой цифры примерно в 30,1% случаев, «2» появляется около 17,6% случаев, «3» — примерно в 12,5%, и так далее до «9», выступающей в качестве первой цифры всего лишь в 4,6% случаев.
Чтобы понять это, представьте себе, что вы последовательно нумеруете лотерейные билеты. Когда вы пронумеровали билеты от одного до девяти, шанс любой цифры стать первой составляет 11,1%. Когда вы добавляете билет № 10, шанс случайного числа начаться с «1» возрастает до 18,2%. Вы добавляете билеты с № 11 по № 19, и шанс того, что номер билета начнётся с «1», продолжает расти, достигая максимума в 58%. Теперь вы добавляете билет № 20 и продолжаете нумеровать билеты. Шанс того, что число начнётся с «2», растёт, а вероятность того, что оно начнётся с «1», медленно падает.
Закон Бенфорда не распространяется на все случаи распределения чисел. Например, наборы чисел, диапазон которых ограничен (человеческий рост или вес), под закон не попадают. Он также не работает с множествами, которые имеют только один или два порядка.
Тем не менее, закон распространяется на многие типы данных. В результате власти могут использовать закон для выявления фактов мошенничества: когда предоставленная информация не следует закону Бенфорда, власти могут сделать вывод, что кто-то сфабриковал данные.
C-парадокс
Гены содержат всю информацию, необходимую для создания и выживания организма. Само собой разумеется, что сложные организмы должны иметь самые сложные геномы, но это не соответствует истине.
Одноклеточные амёбы имеют геномы в 100 раз больше, чем у человека, на самом деле, у них едва ли не самые большие из известных геномов. А у очень похожих между собой видов геном может кардинально различаться. Эта странность известна как С-парадокс.
Интересный вывод из С-парадокса — геном может быть больше, чем это необходимо. Если все геномы в человеческой ДНК будут использоваться, то количество мутаций на поколение будет невероятно высоким.
Геномы многих сложных животных вроде людей и приматов включают в себя ДНК, которая ничего не кодирует. Это огромное количество неиспользованных ДНК, значительно варьирующееся от существа к существу, кажется, ни от чего не зависит, что и создаёт C-парадокс.
Парадокс Пето
Очевидно, что киты гораздо крупнее нас, это означает, что у них в телах гораздо больше клеток. А каждая клетка в организме теоретически может стать злокачественной. Следовательно, у китов гораздо больше шансов заболеть раком, чем у людей, так?
Не так. Парадокс Пето, названный в честь оксфордского профессора Ричарда Пето, утверждает, что корреляции между размером животного и раком не существует. У людей и китов шанс заболеть раком примерно одинаков, а вот некоторые породы крошечных мышей имеют гораздо больше шансов.
Некоторые биологи полагают, что отсутствие корреляции в парадоксе Пето можно объяснить тем, что более крупные животные лучше сопротивляются опухоли: механизм работает таким образом, чтобы предотвратить мутацию клеток в процессе деления.
Закон Бенфорда
Каков шанс, что случайное число начнётся с цифры «1»? Или с цифры «3»? Или с «7»? Если вы немного знакомы с теорией вероятности, то можете предположить, что вероятность — один к девяти, или около 11%.
Если же вы посмотрите на реальные цифры, то заметите, что «9» встречается гораздо реже, чем в 11% случаев. Также куда меньше цифр, чем ожидалось, начинается с «8», зато колоссальные 30% чисел начинаются с цифры «1». Эта парадоксальная картина проявляется во всевозможных реальных случаях, от количества населения до цен на акции и длины рек.
Физик Фрэнк Бенфорд впервые отметил это явление в 1938-м году. Он обнаружил, что частота появления цифры в качестве первой падает по мере того, как цифра увеличивается от одного до девяти. То есть «1» появляется в качестве первой цифры примерно в 30,1% случаев, «2» появляется около 17,6% случаев, «3» — примерно в 12,5%, и так далее до «9», выступающей в качестве первой цифры всего лишь в 4,6% случаев.
Чтобы понять это, представьте себе, что вы последовательно нумеруете лотерейные билеты. Когда вы пронумеровали билеты от одного до девяти, шанс любой цифры стать первой составляет 11,1%. Когда вы добавляете билет № 10, шанс случайного числа начаться с «1» возрастает до 18,2%. Вы добавляете билеты с № 11 по № 19, и шанс того, что номер билета начнётся с «1», продолжает расти, достигая максимума в 58%. Теперь вы добавляете билет № 20 и продолжаете нумеровать билеты. Шанс того, что число начнётся с «2», растёт, а вероятность того, что оно начнётся с «1», медленно падает.
Закон Бенфорда не распространяется на все случаи распределения чисел. Например, наборы чисел, диапазон которых ограничен (человеческий рост или вес), под закон не попадают. Он также не работает с множествами, которые имеют только один или два порядка.
Тем не менее, закон распространяется на многие типы данных. В результате власти могут использовать закон для выявления фактов мошенничества: когда предоставленная информация не следует закону Бенфорда, власти могут сделать вывод, что кто-то сфабриковал данные.
C-парадокс
Гены содержат всю информацию, необходимую для создания и выживания организма. Само собой разумеется, что сложные организмы должны иметь самые сложные геномы, но это не соответствует истине.
Одноклеточные амёбы имеют геномы в 100 раз больше, чем у человека, на самом деле, у них едва ли не самые большие из известных геномов. А у очень похожих между собой видов геном может кардинально различаться. Эта странность известна как С-парадокс.
Интересный вывод из С-парадокса — геном может быть больше, чем это необходимо. Если все геномы в человеческой ДНК будут использоваться, то количество мутаций на поколение будет невероятно высоким.
Геномы многих сложных животных вроде людей и приматов включают в себя ДНК, которая ничего не кодирует. Это огромное количество неиспользованных ДНК, значительно варьирующееся от существа к существу, кажется, ни от чего не зависит, что и создаёт C-парадокс.
-
Stinger
- Житель
- Сообщения: 517
- Зарегистрирован: 31 май 2012, 15:07
Re: Наука и Жизнь
Шэф писал(а):Извиняюсь за много букаф, классная статья.
Согласно доктринам физики ничто не может .... (прим Ш)
...................................................
Такова суть запутанности.
...............................
Но чтобы увидеть... самом деле, вы должны понимать, как распределяется запутанность».
............................ я — многоголовый дракон экспоненциальной сложности.[/i]
.[/i]
Шэф, большой любитель науки, как ты считаешь:
Что легче - придумать акустический лазер или пасти коз а потом спуститься с пастбища и убить изобретателя акустического лазера ?
Борис Немцов был неплохим ученым - радиофизиком и несмотря на то что публиковался в Physical Review - отдельно сожалел что не довел до ума свою работу по акустическому лазеру.
-
Шэф
- Маньяк
- Сообщения: 2992
- Зарегистрирован: 22 сен 2007, 12:51
Re: Наука и Жизнь
я вижу, у вас викенд уже удачно начался. Но будьте осторожнее с асанами!Stinger писал(а):...лазер или пасти коз а потом спуститься с пастбища и убить изобретателя акустического лазера...
По существу вопроса сообщу:
"Отец Лацимон провёл меня в свой кабинет. Одну стену занимала огромная синяя карта звёздного неба; вся её правая сторона была заклеена бумагой.
— Вот видите! — указал он на закрытую часть.
— Что это значит?
— Погибель, сын мой. Окончательную погибель! Эти области населены народами, обладающими необычно высоким интеллектом. Они исповедуют материализм, атеизм, прилагают все свои усилия к развитию науки и техники и улучшению условий жизни на планетах. Мы посылали к ним своих лучших миссионеров — салезианцев, бенедиктинцев, доминиканцев, даже иезуитов, самых сладкоречивых проповедников слова Божия, и все они — все! — вернулись атеистами!
Отец Лацимон нервно подошёл к столу.
— Был у нас отец Бонифаций, я помню его как одного из самых набожных слуг церкви; дни и ночи он проводил в молитве, распростёршись ниц; все мирские дела были для него прахом; он не знал лучшего занятия, чем перебирать чётки, и большей утехи, нежели литургия, а после трёх недель пребывания там, — отец Лацимон указал на заклеенную часть карты, — он поступил в политехнический институт и написа вот эту книгу!
Отец Лацимон поднял и тут же с отвращением бросил на стол увесистый том. Я прочёл заглавие: "О способах повышения безопасности космических полётов".