Физика

Являются ли случайность и хаос фундаментальными свойствами нашего мира, или за ними всегда скрывается некий порядок, а нам просто не хватает знаний и точности измерений, чтобы его постичь? Изучением этого вопроса занимаются несколько тесно связанных между собой междисциплинарных наук: синергетика, неравновесная термодинамика, теория хаоса, теория катастроф, фрактальная геометрия, теория систем и кибернетика. На первый взгляд эти дисциплины очень абстрактны и совершенно непонятны без изучения их сложного математического аппарата. Но в действительности они гораздо ближе к жизни, чем квантовая механика или теория относительности, поскольку имеют дело не со «сферическими конями в вакууме», а с реальными процессами.

О явлениях хаоса и самоорганизации я рекомендую прочитать книгу Джеймса Глейка «Хаос. Создание новой науки» (1987). Если же у вас нет ни времени, ни желания изучать всю историю науки о хаосе, вы узнаете всё самое важное из данной статьи. Здесь я разъясняю множество специфических терминов, которые приведут в ужас даже хорошо образованного человека: эмерджентность, синергия, флуктуации, диссипативные структуры, динамический хаос, точка бифуркации, аттракторы, фракталы и т.д. Также мы выясним, не противоречит ли самоорганизация второму началу термодинамики и действительно ли случайность, необратимость и неустойчивость являются источниками всякого развития.

Режиссер Дени Вильнёв и оператор Грег Фрейзер в фильме Дюна: Часть Вторая приняли любопытное кинематографическое решение и сняли сцены на планете Гьеди Прайм в инфракрасном спектре. Кроме выдающегося визуального ряда это дает повод обсудить связанные интересные физические явления.

Первая волна массового использования 3D–принтеров захлестнула мир чуть больше 10 лет назад. Поначалу технологию воспринимали как выставочную, однако уже в 2016 году она доказала свою состоятельность. Оборудование стоимостью менее 1000$ стало доступным для рядовых покупателей. В печать отправляли самые разные предметы, качество которых практически не уступало магазинным. 

В 2016 с помощью объёмной технологии создали не просто деталь, а полноценный самоуправляемый автобус Olli. Транспортное средство развивает скорость 20 км/ч, заряда батареи хватает на 58 км в режиме города, салон рассчитан на 12 пассажиров.

Революцию произвели инженеры небольшой компании Local Motors в сотрудничестве с гигантом IBM. Новаторы доказали, что можно выпускать не только комплектующие и автомобильные кузова, а буквально всё, чем мы пользуемся в повседневной жизни. Давайте посмотрим, как далеко зашла 3D–печать.

Одна из самых забавных историй во всей научной фантастике — книжка «Автостопом по Галактике» Дугласа Адамса, в одном из эпизодов которой суперкомпьютеру поручили найти «ответ». Созданный якобы для того, чтобы дать ответ на «главный вопрос о жизни, Вселенной и всём остальном», компьютер тратит 7,5 миллиона лет на вычисление ответа и наконец выдаёт его: 42. Только вот когда ответ, наконец, раскрывается, никто не может вспомнить, в чём же, собственно, заключался «главный вопрос». Это ещё один пример того, что не стоит быть настолько одержимым идеей добраться до цели, чтобы изначально потерять из виду весь смысл путешествия – тогда её достижение уже не будет иметь значения,

К счастью для нас, существует ряд возможных вопросов-кандидатов, которые мы можем использовать задним числом, поскольку они действительно могут быть тем самым окончательным вопросом – ведь нам известно, что ответ на эти вопросы действительно «42». Мог ли хоть один из этих вариантов быть тем, о чём спрашивали суперкомпьютер, когда речь шла о раскрытии ответа на «главный вопрос о жизни, Вселенной и всём остальном»? Хотя никто не может быть уверен, даже в вымышленном мире Дугласа Адамса, вот пять возможных вопросов, которые относятся к числу самых увлекательных. Ответом на каждый из них действительно будет «42», и, возможно, один из них покажется вам по-настоящему захватывающим.

В комментариях к моей предыдущей статье и в комментариях к ролику было много вопросов и некорректных замечаний по поводу парадокса близнецов. Как оказалось, мое объяснение оказалось не настолько понятным, как я надеялся, поэтому в этой статье я решил максимально наглядно, подробно и последовательно объяснить парадокс близнецов и ответить на некоторые другие вопросы.

Кратко напомню суть парадокса

Берем двух близнецов, сажаем их на маленькую легкую планету (легкую, чтобы не учитывать влияние гравитации), одного оставляем неподвижным, а второго запускаем на ракете полетать и вернуться обратно. При их встрече оказывается, что летавший близнец постарел меньше, чем неподвижный.
Парадокс заключается в том, что неочевидно почему именно у летавшего время текло медленнее. Ведь, вроде бы, ситуация симметричная: в системе отсчета летавшего он был неподвижен, а планета с неподвижным близнецом полетала и вернулась, и это у них должно было натикать меньше времени.

Парадокс близнецов очень важен, т.к. это самый наглядный способ увидеть, что релятивистский эффект замедления времени не просто математический артефакт специальной теории относительности или иллюзия, а вполне реальное физическое явление.

Попросим бегущего кота четыре секунды (по его часам) бежать вправо со скоростью 75% скорости света, потом развернуться и прибежать с той же скоростью назад.
Вот визуализация на диаграмме.

Современная наука, и физика в частности, имеют в своей основе одну, как я полагаю, ложную аксиому. И если её поправить, то всё научное мировоззрение значительно изменится и многое станет гораздо более ясным. Это аксиома о том, что человеческие способности познания Мира безграничны и рано или поздно, при более совершенных приборах и способах исследования, мы познаем всё и до конца.

Когда-то люди считали Землю центром, вокруг которого вращаются и Солнце и звёзды. Коперник разрушил такое представление людей об устройстве Мира. Пришло время разрушить ещё одно неверное представление, о том, что человек это существо, способное генерировать абсолютно объективное знание о Мире с помощью своего сознания.

Рассмотрение вопроса скорости истечения воздуха под высоким давлением из малого отверстия в вакуум по материалам учебников для ВУЗовской специальности «Криогенная техника».

В комментариях к  одной моей предыдущей  статье «Дросселирование воздуха. Истечение воздушной струи из ресивера в атмосферу со сверхзвуковой скоростью» разгорелась бурная дискуссия с читателем @IGOR_KULIKOV.

Прочитать её можно по ссылке:

https://habr.com/ru/articles/768916/

Спасибо, Игорь, за ценные замечания!

В результате по рекомендации Игоря Куликова я нашёл учебник :

В.И. Иванов «ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА» 2016г, ГУ ИТМО

Привожу скрины страниц из этого  учебника (см.рис.1-4)

Один парень изучал физику и пытался опровергнуть выводы Теории Относительности. Он даже пытался опубликовать свои изыскания в престижном журнале Physical Review Letters. Его заслуженно отбрили рецензенты и развернул редактор журнала - статья была ошибочной. И хорошо, потому что было бы, мягко говоря, неловко. Этим парнем был Альберт Эйнштейн, а ошибался он в своих выводах о гравитационных волнах.

Через 10 лет будет запущен новый детектор гравитационных волн — в космосе! Самое время о нем поговорить подробнее.

Допустим, Вам в застекленную лоджию или в салон припаркованной машины светит солнце и адово нагревает там всё к чёртовой бабушке. Специально для защиты от этой напасти изобретают разные пленки. Недавно на Хабре статья была – создали очередную пленку, которая не пропускает ультрафиолет и инфракрасный свет, а видимый – пропускает. А вот статья постарее. Создателям пленок нужно уметь вычислять спектр пропускания пленок. 

Или допустим, Вам нужно заглянуть под землю и увидеть, есть ли там нефть, или нужно измерить толщину арктического льда. Для этого Вы можете использовать георадар (статья на Хабре). Создателям георадаров нужно уметь вычислять спектр отражения слоев в недрах. 

Или Вы астроном и наблюдаете за далекой звездой, которая меняет цвет – очень может быть, дело в том, что атмосфера самой звезды меняется (о звездах статья на Хабре). Вам нужно уметь вычислять спектр поглощения звездной атмосферы. 

Математические методы вычисления спектра слоистой среды преподают в ВУЗах. Предмет называется «Матричная оптика». Вычислить спектр не то чтобы сложно, но требует аккуратности и времени.

Чтобы сэкономить Ваше время и упростить получение спектра до невозможности, я вставил эту «матричную оптику» в веб-страничку, которую назвал «калькулятор Прашкевич». И разместил на Бегете.

Ссылка на Калькулятор Прашкевич на Бегете  

Прашкевич строит спектры для стопки, составленной Вами из произвольного количества (и произвольной толщины) слоев вакуума, плазмы, звездной пыли, стекла, магнита, нефти и газа, металла, холестерического жидкого кристалла, скрещенных поляризаторов, метаматериалов, фотонного кристалла, решетки Брэгга, масляных пленок на воде и всего такого прочего.

Гипотеза вселенной часть 3-я, продолжение первых двух материалов, но с более глубоким погружением в данную тему. Волна пространства - это тоже самое что и искривление или колебание, а возможно и квантовое поле, как ключ к пониманию макро (космоса) и микро (квантового) миров с попыткой их объединения.

Данный материал не является научной работой, а является полетом мысли или фантазии, с попыткой проникнуть и объяснить суть мироздания от микро до макро мира, основываясь на тех знаниях, что у меня есть. Это не просто художественное сочинение, постараемся разобрать реальные опыты с квантовыми эффектами и объяснить саму философию поведения квантового мира, предсказать результаты и сделать новые предположения которые могут подтвердить данную гипотезу или опровергнуть ее.

Относитесь к материалу именно так, тогда Вам будет легче понять его, а мне объяснить и передать Вам свои мысли.

Волна пространства это интерпретация вселенной такая же как квантовое поле, струны или эфир. Материал будет разбит по темам, которые представлены в оглавление.

Как поддерживается  постоянство  температуры в помещении при радиаторном отоплении?

Для поддержания постоянной температуры в наших домах зимой требуется регулировать  мощность отопления в домах и квартирах при изменении температуры на улице.

Достигается это применением так называемого «погодозависимого графика теплоснабжения».

Так известно, что потери тепла через наружные стены и окна линейно зависят от перепада температуры между улицей и помещением.

То есть чем больше перепад температуры с улицей, тем больше тепла нужно подавать в помещение для компенсации этих теплопотерь.

Для водяных радиаторных систем отопления этот «погодозависимый график теплоснабжения» выражается в линейном графике температуры подаваемой в радиаторы воды от температуры на улице (см.рис.1.)

Такой график поддерживается в системе водяного отопления с помощью специальных систем автоматического регулирования, которые располагаются в котельной частного дома в ИЖС,  в ИТП отдельного многоквартирного дома или в ЦТП городского микрорайона.

Стопка пластин – это не только оконный стеклопакет – это еще и слои глины и известняка в недрах земли, это «атмосфера» далекой звезды и атмосфера Земли, это живая ткань под микроскопом, тонкие плёнки. И «свет» – это не только видимый диапазон – это и радиоизлучение, и ультрафиолет. То есть, такие спектры интересны геологам, астрономам, биологам.

Математические методы вычисления этого спектра преподаются в ВУЗах. Предмет называется «Матричная оптика».

А я вставил эту математику в веб-страничку – она строит график спектра для стопки, составленной Вами из произвольного количества слоев вакуума, стекла, металла, холестерического жидкого кристалла, скрещенных поляризаторов, метаматериалов и всего такого прочего.

И назвал веб-страничку «Калькулятор Прашкевич» (это название – подарок на Первое апреля дорогому мне человеку).

Ссылка на Прашкевича

Есть один нюанс со смартфонами. В ссылке смартфоны автоматически приписывают букву "s" к слову "http". Получается "https". С этой припиской ссылка не работает – надо в адресной строке руками удалить эту букву.

Веб-страничку можно использовать как игрушку для детей в образовательных целях (возрастных ограничений нет).

Буду благодарен за отзывы и критические замечания.

Миром правит детерминизм или случайность? Будущее предопределено или многовариантно? Можно ли в точности предсказать будущее состояние системы по начальным условиям, или её динамика в принципе непредсказуема? Всё происходит согласно необходимости и провидению, или наша судьба создаётся на ходу? Может ли Бог быть генератором случайных чисел? Или он всё-таки не играет в кости? Только не говорите, что вы никогда не задумывались над этими вопросами и не хотели бы узнать, как оно есть на самом деле. Даже проблема свободы воли на их фоне вторична, поскольку целиком зависит от проблемы причинности и детерминизма.

Разумеется, ответы следует искать в квантовой механике, ведь в основе всех физических явлений лежат законы движения и взаимодействия элементарных частиц. На сегодняшний день это самая фундаментальная и самая экспериментально подтверждённая теория из всех, которые у нас есть. У неё сложный математический аппарат, но он работает безотказно и даёт предсказания, сбывающиеся с точностью до тысячных знаков после запятой. Тем не менее, именно квантовая механика даёт понять, что будущее принципиально непредсказуемо, и никакая сила не может заранее предопределить ход событий. Как же так? Нет ли здесь противоречия? Может, учёные сами не знают, детерминированы физические процессы или случайны? Нет, на этот счёт наука даёт чёткий и недвусмысленный ответ. Всё, что вы прочитаете в данной статье – только конкретика, никакой философской неоднозначности.

В 2020 году я опубликовал  здесь статью, в которой описал свой советский растровый микроскоп МРЭМ-200  1987 года выпуска. Мне было приятно, что статья вызвала большой интерес и помогла мне познакомиться с  людьми со схожими увлечениями.

Хочу рассказать о дальнейшей судьбе микроскопа и его усовершенствованиях. В статье хочу рассказать о внедрении системы прямого ввода изображения с микроскопа в компьютер и его последующей обработкой программными средствами.

За прошедшие годы микроскоп подвергся нескольким модернизациям, об одной из которых хочется рассказать. В 80-е годы  изображения с  мониторов микроскопа фиксировались для дальнейшего изучения и сохранения с помощью пленочного фотоаппарата. Для этого в комплекте с микроскопом шла специальная тубусная приставка, фиксирующаяся на мониторе. В третьем тысячелетии  мне хотелось, конечно, уже иметь компьютерный захват картинки, как в современных растровых микроскопах. В начале я пошел по самому простому пути: стал использовать цифровой фотоаппарат Canon вместо пленочного  фотоаппарата. Поскольку построение изображения в максимальном разрешении длится 41 секунду, мне пришлось перепрошить  фотоаппарат на такую длительную выдержку. Работа  с микроскопом  сразу стала комфортней, но  я понимал, что  есть еще  к чему стремиться.

В декабре 2022 года в Телеграмме я познакомился  с еще одним владельцем микроскопа МРЭМ-200. В  этой статье я буду, называть этого человека, по его просьбе, «Владелец МРЭМ-200 из Москвы, пожелавший остаться анонимным».  Он  решил проблему прямого компьютерного захвата, использовав  видео с youtube (https://www.youtube.com/watch?v=ruuxn2u3yao) известного  американского популяризатора науки Бена Краснова (Ben Krasnow). «Владелец МРЭМ-200 из Москвы, пожелавший остаться анонимным» творчески переработал информацию Бена Краснова, адаптировал софт под технические особенности  своего микроскопа  и  любезно поделился со мной этим софтом. У меня появилась программа, которая замечательно строила и сохраняла изображение на экране компьютера синхронно с изображением на родных мониторах микроскопа. Между компьютером и микроскопом добавился отдельный модуль согласования, в котором помещался АЦП с выходом USB и операционные усилители с регулировкой коэффициента усиления:

Представляю вниманию уважаемого сообщества вторую статью из серии «Территория Большого взрыва». От современного устройства Вселенной, описанного в первой части, перейдём к эволюции представлений человечества о её устройстве от древности до теории Большого взрыва. Взглянем на эту теорию в её классическом виде и обозначим её основные проблемы и противоречия