Бессмертные квантовые частицы (и при чем тут биология)

(Июнь 2019, idb)

Занятная ситуация с чередой открытий в современной физике складывается так, что у ученых стабильно нарастает массив достоверных фактов, возмутительно подрывающих базовые основы их науки. Что делать с этим, никто пока толком не знает. Поэтому пресс-релизы об очередных научных достижениях получаются одновременно и содержательные, и нелепые.

Дабы сразу и по существу приобщить читателей к парадоксам современной научной жизни, полезно предложить всем для решения совсем простенький тест на элементарную логику и внимательность. Парадокс в том, что если отвечать на вопрос бесхитростно и в лоб, то данный «тест на понимание дел в науке» гарантированно будет вами провален…

Итак, что имеем для тестирования. В сентябре 2018 года в интернете появляется публикация на тему физики, которую пока назовем «текст А» , где природа осцилляций квантовых частиц рассматривается с существенно новых, биологических позиций. И по всему выходит так, что с биологической точки зрения в данном процессе обнаруживаются, как ни крути, «вечная жизнь» частиц и вполне отчетливое нарушение законов термодинамики.

Пару недель спустя, в октябре 2018, в интернете появляется существенно другая научная публикация, назовем её «текст B» , где рассказано об интересном новом результате ученых в области квантовой физики конденсированных сред. Но в тексте этом, что надо подчеркнуть особо, в принципе нет таких слов, как «законы термодинамики», «осцилляции» и «вечная жизнь» частиц.

Затем проходит еще полгода с лишним, и в июне 2019 года в интернете появляется третий материал (пресс-релиз) о новостях в мире физики, назовём его «текст С» . Заголовок этой публикации в развернутом виде звучит так: «Бессмертные квантовые частицы. Осциллирующие квазичастицы: цикл распада и возрождения» . В статье, как видно уже по названию, популярно рассказывается про открытие феномена вечной жизни частиц в квантовом мире и про то, как это открытие соотносится с началами термодинамики.

Ну а теперь – собственно Вопрос:

Про какую из двух работ 2018 года рассказывает нынешний пресс-релиз C? Про текст A или про текст B?

Ответ вроде бы совершенно очевиден. И он заведомо окажется неправильным…

Читать «Бессмертные квантовые частицы (и при чем тут биология)» далее

Великая гипотеза и Тонкое искусство внимания к деталям

(Май 2019, idb)

Вокруг известных людей-идей-проектов в интернете то и дело происходят воистину странные и нешуточные события. Однако события такие практически никто не замечает, поскольку делается это всегда по-тихому и неприметно. Выглядеть «это» может по-разному, но в итоге сводится к «выпиливанию реальности» и удалению открытой-содержательной информации из всеобщего доступа.

Есть в интернете хорошее и полезное место под названием Quanta Magazine. Онлайновый журнал с популярно изложенными рассказами о делах современной науки. Очень информативное издание, которое совместно делают грамотные журналисты и профессиональные ученые. Причем среди авторов статей встречаются и весьма знаменитые люди мировой науки.

Но порою с журналом этим и с его публикациями могут случаться довольно необычные происшествия. Типа такого, к примеру, казуса. Наглядно демонстрирующего, что почти любая случайность – это пока ещё не постигнутая нами закономерность…

В день 8 мая с движком сайта Quanta Magazine произошла какая-то серьезная техническая неприятность. И заглавная веб-страница журнала, и основные разделы сайта (но не все), и большинство статей контента – всё это вдруг и разом перестало выдаваться посетителям. А вместо множества разных запрашиваемых страниц предлагалась только одна – черный фон с таким примерно содержимым: «Ошибка 404. Такой страницы не существует. По крайней мере, в этой вселенной. Вернуться к главной странице» (причем и главная HomePage показывала точно такую же черноту).

Подобного рода беда, как известно, может случиться с абсолютно любым веб-сайтом. И по множеству самых разнообразных причин. Главное, что при надлежащем обслуживании всё это обычно можно починить, причем чаще всего довольно быстро. Именно так оно произошло и с сайтом Quanta Magazine. Что-то там отвалившееся в системе специалисты успешно и оперативно починили, поэтому вскоре всё заработало как обычно. Точнее говоря, почти всё…

Ибо нечто весьма важное – хотя и сходу незаметное – отвалилось тут всерьез и, возможно, надолго.

Читать «Великая гипотеза и Тонкое искусство внимания к деталям» далее

Археологические метаматериалы, или секретные технологии Древнего Рима

(Май 2019, idb)

Затертый штамп про «всякое новое как хорошо забытое старое» применяют и часто, и к чему угодно. Но крайне редко – к новейшим хайтек-технологиям передовой науки. Здесь, однако, будет рассказ именно о таком случае…

На сайте научных препринтов arXiv.org недавно выложена весьма примечательная обзорная статья, подготовленная в области междисциплинарных исследований на стыке нанофотоники, геофизики и инженерных аспектов строительства/архитектуры. Авторами работы являются ученые из французского Института Френеля при Марсельском университете, а название у статьи такое: «Роль нанофотоники в рождении сейсмических мегаструктур» (arXiv:1904.05323).

Начиная свой обзор, авторы работы первым делом поясняют, какая тут вообще может быть взаимосвязь между столь разными, казалось бы, вещами как нанофотоника (сочетание оптики и нанотехнологий) и конструирование сейсмоустойчивых зданий. Ведь нанооптика с её фотонными кристаллами и электромагнитными волнами, с одной стороны, и наука геофизика с её сейсмическими волнами землетрясений, со стороны другой, занимаются волнами совершенно разной природы.

В нанофотонике, в частности, исследователи манипулируют электромагнитными излучениями в диапазонах видимого света и прилегающих к нему областей ультрафиолетовых и ближних-инфракрасных частот. То есть в диапазоне волн длиной примерно от 300 до 1200 нанометров. Волны же сейсмические, проходящие через толщу земли и по её поверхности, не только сильно отличаются от природы света, но и имеют совсем-совсем другие длины – порядка десятков и сотен метров.

Физика волн, однако, на всех масштабах имеет по сути одни и те же ключевые особенности. Типа эффектов интерференции и дифракции, то есть усиливающего или гасящего колебания наложения волн, отражения и способностей волн к огибанию встреченных препятствий. А потому при грамотном использовании опыта и математического инструментария исследователям волн удается весьма эффективно переносить достижения одной области в области совершенно другие.

Если же говорить конкретно о нынешней истории, то разработка фотонных кристаллов, теоретически открытых примерно лет тридцать тому назад, в своем развитии шла бок о бок не только c большими достижениями науки в смежных нанотехнологических областях вроде плазмоники и метаматериалов. Все эти совокупные успехи со временем вдохновили ученых и на создание метаповерхностей значительно более крупных масштабов – с линейными размерами порядка десятков метров. Такого рода структуры получили название сейсмические метаматериалы.

Эксперименты ученых и инженеров с сейсмическими метаматериалами, сооружаемыми из зарытых в грунт элементов, убедительно показали, что мощный математический инструментарий, изначально разработанный для фотонных кристаллов и нанооптики, предоставляет отличные возможности и для этой области. Важнейшая среди таких возможностей – существенно новое описание и предсказание тех сложных феноменов во взаимодействиях между землей и возведенными на ней сооружениями, что происходят в периоды сейсмических возмущений.

Впечатляющие успехи на данном направлении – типа работоспособной концепции волнового «плаща-невидимки», защищающего здание от землетрясений – уже ведут ученых и к куда более смелым футуристическим идеям. Ибо те же самые подходы, что помогают при разработке метаструктур, закопанных в грунт, аналогично можно использовать и для изучения совокупных эффектов от уже выстроенных и/или проектируемых к постройке зданий. При таком обобщенном подходе все возводимые на земле сооружения рассматриваются как надповерхностные резонаторы в мегаструктурах типа «мета-городов».

Иначе говоря, грамотно размещая здания с правильными сочетаниями их формы, площадей и высоты, можно заранее обеспечивать повышенную сейсмоустойчивость всего метакомплекса сооружений в целом. Особо же интересно, как подчеркивают авторы обзора, что столь замечательные перспективы для зодчества недалекого будущего попутно должны напоминать нам и о богатейшем наследии архитекторов и строителей древности.

Ибо реальная ситуация здесь такова, что как только разработчики сейсмических метаматериалов разобрались как следует, что и как тут следует делать, то вскоре им открылась и воистину поразительная вещь. Оказалось, что имеется поразительное и несомненное сходство между конструкциями их новейших «плащей-невидимок», защищающих современные здания от землетрясений, и архитектурой некоторых весьма и весьма древних мегаструктур – таких как древнеримские арены-цирки и амфитеатры.

Проанализировав структуру фундаментов нескольких цирков и амфитеатров эпохи Древнего Рима, французских исследователи обнаружили, что изучают, по сути дела, «археологические метаматериалы». То есть инженерные конструкции, которые неявным образом (как минимум) могли обеспечивать защиту сооружений от землетрясений, искривляя прохождение сейсмических волн в обход постройки.

Именно этому открытию и будет посвящен дальнейший рассказ – в проекции на особенности современных метаматериалов оптики и геофизики.

Читать «Археологические метаматериалы, или секретные технологии Древнего Рима» далее

Истории прыгающей капли (и при чём тут квантовая физика)

(Апрель 2019, idb)

Очередное случайное открытие ученых-экспериментаторов – как ещё один маленький ключик к разгадке больших тайн природы. И ещё один повод обратить внимание на странности в реакциях науки на собственные открытия.

Сегодня уже многие, наверное, наслышаны о том серьезнейшем кризисе непонимания, который довольно неожиданно обозначился вдруг в фундаментальных основах физики. А значит, и в базовом фундаменте всей науки человечества в целом – если иметь представление, сколь важное место занимает физика в конструкции всего того здания научных знаний, что выстраивалось учеными на протяжении последних четырех столетий.

О глубинных причинах и характерных чертах нынешнего кризиса можно рассказывать долго и с разных сторон (ссылки на содержательные тексты приведены в конце), однако в данном случае речь пойдет всего лишь об одном – и далеко не самом важном – из аспектов этой большой истории. Особенности аспекта, однако, таковы, что даже при разборе совсем небольшого и рядового, в общем-то, эпизода из жизни и поисков физиков здесь становятся куда понятнее и главные причины гранд-проблем в научном фундаменте.

Тема рассказа – новый феномен, буквально только что открытый в опытах экспериментаторов с физикой движения жидкостей, иначе именуемой гидродинамикой. Суть феномена – необычное или, как еще иногда выражаются, контр-интуитивное поведение жидкой капли, оказавшейся в жидкости несколько другого рода и плотности.

Обычно, как всем известно, такого рода капли – если сразу не начинают растворяться – либо растекаются на поверхности, либо идут ко дну под действием гравитации. В данном же случае капля сначала начинает тонуть, но затем процесс погружения переходит в прыжки капли вверх-вниз, что может продолжаться довольно долго – до получаса. Причем и собственно прыжки выглядят здесь весьма специфически.

Для того, чтобы объект подпрыгивал, обычно подразумевается наличие твердого барьера, от которого объект отталкивается. Либо наличие, по крайней мере, отчетливо обозначенного интерфейса или границы между двумя средами. В данном же случае никакой четкой границы не наблюдается. Тонущая капля останавливается где-то среди жидкости – или «в балке», как еще выражаются, – и начинает движение вверх. Затем, в другой точке балка, всплытие останавливается и сменяется движением ко дну. После чего цикл прыжков повторяется снова и снова, снова и снова…

Вообще говоря, наблюдавшие за каплей физики-экспериментаторы занимались в это время опытами со смесями жидкостей совсем в других целях. Однако, когда неожиданно обнаружился данный феномен – как еще один эпизод в длинной череде случайных открытий науки – основное дело было решено на время отложить и заняться повнимательнее изучением новой необычной физики.

Читать «Истории прыгающей капли (и при чём тут квантовая физика)» далее

Микромосты Эйнштейна-Розена и большая ложь Википедии

(Март 2019, idb)

Сто десятая и сто сороковая годовщины со дня рождения известных ученых – как повод для рассказа о мрачной и малоизвестной стороне замечательной всенародной энциклопедии.

Случилось так, что у двух больших физиков-теоретиков – и одно время даже близких коллег-соавторов знаменитых статей – даты дней рождения пришлись на одно и то же время года. Сто сорок лет тому назад, 14 марта 1879, в этот мир пришел Альберт Эйнштейн. А ровно через тридцать лет, 22 марта 1909, родился Натан Розен.

Спустя еще примерно три десятка лет, в середине 1930-х, эти ученые совместно подготовили и опубликовали две в высшей степени примечательные статьи, которым в конечном итоге будет суждено в корне изменить как фундаментальные основы физической науки, так и общие представления просвещенного человечества об окружающем мире. Но это, правда, произойдет несколько позже – в недалеком будущем.

Ну а на сегодняшний день, в марте 2019 года, научный журнал Nature Human Behaviour, специализирующийся на психологических особенностях человеческого поведения, опубликовал большую аналитическую статью, которая хотя бы отчасти, по крайней мере, объясняет, каким же образом мы умудрились столь странно устроить здесь нашу жизнь. Когда всемирно известными учеными сделаны воистину великие открытия, а все мудрецы большой науки уже почти сто лет никак не могут разобраться, в чем же эти открытия заключаются…

Интересующая нас статья социо-психологов исследует собственно феномен и механизмы формирования так называемой «мудрости толпы». А еще точнее, анализируется «Мудрость поляризованных толп» – если переводить дословно название данной работы («The wisdom of polarized crowds», by Feng Shi, Misha Teplitskiy, Eamon Duede and James A. Evans. Nature Human Behaviour, 04 March 2019).

В качестве же поля, особо благодатного для их исследований, учеными была избрана всенародная веб-энциклопедия Wikipedia. Где стараниями многотысячной армии энтузиастов ныне собраны, как известно, содержательные сведения практически обо всем на свете. И при этом, что самое главное, в Википедии очень хорошо отлажены механизмы для формирования как бы «нейтральной» или общей-усредненной точки зрения даже на такие вещи, которые для всех прочих интернет-площадок становятся предметом споров столь яростных и бесконечных, что они вообще никогда не приводят к согласию поляризованных сторон.

С одной стороны, конечно же, это великое достижение Википедии и её главных лидеров-редакторов. Но абсолютно у всех вещей, включая и бесспорные консенсус-достижения, всегда есть и другая, менее приятная сторона. О чем имеет смысл тоже помнить. И хотя бы иногда внимательно анализировать и такие – обычно скрываемые – аспекты нашей жизни.

Авторы свежего исследования в журнале Nature Human Behaviour не рассказывают совсем ничего про темные стороны википедия-консенсуса, закрепляющего, бывает, как непреложные истины в корне ошибочные идеи. Ну а мы здесь рассмотрим именно это. На конкретном примере вики-статей про Натана Розена и его научные достижения.

Читать «Микромосты Эйнштейна-Розена и большая ложь Википедии» далее

Большая наука в поисках Главного Вопроса

(Март 2019, idb )

Элита теоретической физики задумалась над отысканием Вопроса, потерянного наукой почти столетие тому назад. Есть повод переиздать «Краткую историю нашей глупости»…

Респектабельный американский журнал The New Yorker, уже третий век публикующий для читателей-интеллектуалов содержательные материалы на самые разнообразные темы жизни, недавно решил осветить на своих страницах и насущные проблемы фундаментальной теоретической физики.

Соответствующая статья была подготовлена Натальей Волховер, весьма компетентной в подобных темах журналисткой, занимающей пост редактора и ведущего обозревателя в Quanta Magazine. То есть в одном из наиболее качественных для нынешнего интернета веб-изданий, специализирующихся на популярном освещении достижений и новостей с передовых рубежей науки.

Статья у Волховер, лично знакомой чуть ли не со всеми светилами современной физики, обитающими в США, вышла довольно любопытная и получила интригующее название «Теория Всего другого рода» (A Different Kind of Theory of Everything. By Natalie Wolchover, The New Yorker, February 19, 2019).

Но прежде чем переходить к содержательной сути этой публикации, имеет смысл обратить внимание на нечто совершенно иное. И задаться для начала таким вопросом. Какая может быть связь между новейшей инициативой Ливерхьюмского Центра будущего интеллекта, запускающего ныне «Олимпиаду Животные-ИИ» (о чем был рассказ в прошлой статье), и глубочайшим кризисом у теоретиков, работающих в области фундаментальных основ физики с мечтами о создании Теории Всего?

На первый взгляд, связи тут нет совершенно никакой. Однако, если присмотреться к обеим темам чуть более пристально, то проступают весьма странные и удивительные вещи. В очередной раз напоминающие о древней концепции Unus Mundus, то есть «Мира Единого», – где всё и со всем постоянно сцеплено незримыми взаимосвязями…

Читать «Большая наука в поисках Главного Вопроса» далее

Живая физика сверхтекучести (и при чем тут гравитация)

(Октябрь 2018, текст  idb )

Если анализировать новости науки методами OSINT, то есть разведки открытых источников информации, то происходит занятная вещь. Обнаруживается, что самое интересное в новых открытиях – это то, о чем упоминают мимоходом или вообще предпочитают умалчивать…

За последние три-четыре года учеными сделан целый ряд весьма примечательных открытий в пока еще совсем новой и малоизведанной области исследований, носящей название физика активной материи. Чуть иначе то же самое часто именуют «живая материя». [r1][r2]

Суть особо интересующих нас открытий заключается в том, что практически одновременно сразу на двух направлениях – экспериментально и теоретически – удалось продемонстрировать, каким образом живая материя при комнатной температуре воспроизводит феномен сверхтекучести. То есть давно известное, но по-прежнему во многом загадочное физическое явление, обычно наблюдаемое в квантовых жидкостях лишь при очень низких температурах около абсолютного нуля.

Жизнь и физика активной материи

Дабы лучше понимать, в чем именно заключаются особенности и важность нынешних открытий, прежде имеет смысл чуть поближе познакомиться с собственно новой областью исследований. Потому что живая или активная материя – это, во-первых, довольно специфическая форма существования вещества, в прежние времена для фундаментальной физики практически никакого интереса не представлявшая.

Во-вторых же, и это самое главное, активная или живая материя по сути дела во всех своих проявлениях демонстрирует такую физику, которая НЕ является ни классической-ньютоновой, ни квантово-механической. То же самое можно сформулировать и по-другому. Базовые элементы живой материи находятся полностью в области физики классической, но при этом демонстрируют в макро-масштабе разнообразные феномены микро-физики квантовой. Причем внешне феномены живой материи нередко выглядят как очевидное нарушение фундаментальных догм в основах физической науки – вроде законов сохранения или начал термодинамики…

Факты конфликтов с догмами, впрочем, ученые предпочитают не афишировать, дабы без помех продолжать занятия своей наукой, а не отбиваться от беспочвенных обвинений в ереси. Абсолютно беспочвенных обвинений, следует подчеркнуть, поскольку чуть более глубокий разбор подобных феноменов позволяет показать, что никаких посягательств «на святое» тут нет. Дабы не запутывать картину нюансами и деталями, исследователи живой материи просто предпочитают всегда заранее подчеркивать, что вовсе не занимаются антинаучными чудесами, а работают полностью в рамках общепринятых законов физики.

Что же включает в себя интересующая нас область исследований под общим названием «активная материя»? В первую очередь, это широкое разнообразие биологических систем – начиная от гелей-цитоскелетов живых клеток, смесей клеточных экстрактов или бактериальных растворов-суспензий, и вплоть до коллективного поведения роя пчел, косяков рыб или больших птичьих стай.

Другая обширная часть той же области – это «формально-не-живая» активная материя, характерные особенности которой стабильно отмечаются в следующих условиях. В подвергаемых регулярным вибрациям гранулированных материалах и вязких жидкостях. В коллоидных растворах, где наномасштабных размеров частицы способны самостоятельно двигаться сквозь жидкость из-за каталитических реакций, происходящих на их поверхности. В скоплениях роботов, наконец, где самопроизвольно порождаются взаимодействия типа роевого поведения насекомых или стаи животных.

Читать «Живая физика сверхтекучести (и при чем тут гравитация)» далее