Научпоп

Медузы-кристаллы обладают таинственной красотой: благодаря особому белку они излучают слабое зелёное свечение. На протяжении десятилетий исследователи использовали этот зелёный флуоресцентный белок и подобные молекулы, чтобы «осветить» область биологии, отслеживая процессы, происходящие внутри клеток.

Теперь эти широко применяемые инструменты обретают новую жизнь: их квантовые свойства используются для того, чтобы превратить их в подобие фундаментальных элементов квантовых вычислений. «Эти флуоресцентные белки, которые все используют в качестве флуоресцентных меток, на самом деле можно превратить в кубиты», — говорит Питер Маурер, инженер-квантовик из Чикагского университета в Иллинойсе. Эта идея «звучит как научная фантастика», — признаёт Маурер. Но физика здесь не нова, и уже доказано, что этот подход в принципе работает.

В своей недавней статье я рассматривал наиболее вероятный сценарий будущего, который может ожидать нас благодаря активному развитию нейросетей. Однако, есть и более оптимистичные сценарии будущего.

Эксперимент, проведенный студентами в Англии, дал интересный результат.

Они взяли два початка кукурузы — один выращенный «традиционным» способом, а другой генетически модифицированный.

Оба початка на несколько дней оставили в местном парке, после чего сравнили результат.

Животные, судя по всему, чувствуют, что продукт ГМО обладает непревзойденными преимуществами.

Пока «органический» початок остался практически нетронутым (возможно, из‑за отпугивающего запаха естественных грибков или просто низкого содержания сахаров), ГМО‑кукуруза была съедена практически мгновенно.

В ГМО‑кукурузе концентрация полезных сахаров и аминокислот зачастую выше, а опасных микотоксинов, которые всегда сопровождают поврежденные насекомыми «природные» сорта, практически нет. Животные — прагматичные выживальщики, они не читают псевдонаучных газет и выбирают самый калорийный и безопасный продукт, созданный по высшим стандартам современной науки. Пока люди спорят о терминах, природа голосует за эволюцию в чистом виде, выбирая продукт, который совершеннее, чище и вкуснее всего, что могла предложить случайная селекция прошлого.

Это все сатира, если что.

Недавно на созвоне финансовый аналитик показывал мне свою Excel-модель. Двенадцать листов, формулы ссылаются друг на друга через три уровня вложенности, именованные диапазоны вместо переменных, и INDIRECT, который динамически собирает адреса ячеек из строк. Я смотрел на это и думал: чувак, ты же написал компилятор. Ты просто не знаешь об этом.

750 миллионов человек используют Excel. Для сравнения — на Python пишут примерно 15 миллионов, на JavaScript — около 17. Excel обгоняет их всех вместе взятых раз в двадцать. И вот что забавно: подавляющее большинство этих людей искренне считают, что они «просто работают с таблицами». Заполняют ячейки. Делают отчёты.

Нет, они программируют.

В этой статья я предлагаю поговорить о том, почему вопрос "существует ли мир независимо от нас" перестал быть философской абстракцией и стал рабочей проблемой современной науки и почему ответ оказался сложнее, чем "да" или "нет".

Когда мы говорим об объективной реальности, мы обычно подразумеваем что-то простое и очевидное: мир существует сам по себе, независимо от того, смотрим мы на него или нет. Стол стоит в углу, даже если в комнате никого нет. Луна не исчезает, когда мы закрываем глаза. Эта интуиция лежит в основе не только повседневного опыта, но и классической науки: Ньютон, Максвелл, Эйнштейн строили свои теории, предполагая, что за наблюдениями стоит устойчивая, измеримая реальность.

Однако в течение последнего столетия развитие квантовой физики поставило под сомнение эту, казалось бы, незыблемую предпосылку. И дело не в мистике или эзотерике - дело в том, что эксперименты начали давать результаты, которые невозможно описать в рамках ньютоновской картины мира. Вопрос об объективной реальности перестал быть умозрительным: он стал частью научной повестки.

Я работаю в немецком университете и регулярно получаю одни и те же вопросы от русскоязычных студентов и абитуриентов: почему немецкий бакалавриат длится три года? Какие типы школ существуют и после каких из них реально поступить в университет? Как устроен Abitur и чем он отличается от ЕГЭ? Насколько немецкая школьная математика слабее или сильнее российской?

В этой статье я постарался ответить на все эти вопросы — без романтизации и без лишних обобщений, опираясь на то, что вижу сам, работая в немецком вузе каждый день.

Отличительной особенностью научного подхода является отсутствие веры на слово. Любое утверждение не может считаться фактом, пока не будет установлена его истинность. А для этого необходимо задать множество вопросов, провести множество измерений, тестов, моделирований и т. д. Все, что есть во Вселенной, осязаемое или нет, может быть в той или иной степени измерено. Не исключением являются знания, которые проверяются как в школах, так и в университетах с помощью специально составленных экзаменов. С появлением генеративных ИИ не утихаю дебаты об уровне их знаний и достоверности той информации, которую они выдают на запрос. Те тесты, которые ранее считались показательными, более не могут полноценно оценить ИИ. По этой причине ученые из Техасского университета A&M (Колледж-Стейшен, Техас, США) разработали «Последний экзамен человечества» - всеобъемлющий текст знаний по различным направлениям для ИИ. Из каких вопросов состоял тест, и как себя показали самые популярные генеративные ИИ? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Мы привыкли думать о вычислениях как о битах, регистрах и арифметике. А что, если базовой единицей вычисления сделать не бит, а локальную геометрическую конфигурацию тетраэдров? В этой статье я покажу дискретный тетраэдрический движок состояний, симметрийную канонизацию, аттракторы, иерархические jump-таблицы и реальные замеры на RTX 3090 — с измеренным exact-ускорением в 554.92 раза на одной и той же задаче.

У вычислительной программы есть два ресурса: время (циклы CPU) и пространство (оперативная память). Но как они заменяют друг от друга? Правда ли задачу, которая решается в полиномиальном пространстве , можно решить за полиномиальное время ?

Как выяснилось, «конвертация сложности» между временем и пространством работает гораздо лучше, чем предполагалось ранее. Новые открытия математиков доказывают, что память можно использовать потрясающе эффективно.

Вопрос приобретает новое измерение с учётом дерьмофикации интернета и программного обеспечения, где разработчики легко жертвуют памятью и производительностью. Возможно, в этом причина ожирения софта, на фоне упрощения интерфейсов и массового отупения пользователей.

В прошлой статье мы выяснили, куда летят все: к южному полюсу Луны, туда, где в вечных тенях кратеров лежит водяной лёд. Эта статья — о самом теле, к которому летят. Луна настолько привычна — ночной лик, строгая геометрия фаз, знакомый ритм приливов, — что про неё не задаёшься вопросами. Её биография между тем начинается в огне, там, где порода кипит, орбиты теряют устойчивость, а планетные массы перетекают друг в друга под давлением, от которого камень ведёт себя как жидкость. Заканчивается она снова в огне: сначала в гравитационной мясорубке предела Роша, затем в жаре стареющего Солнца. Между этим огненным началом и огненным концом — долгий путь, полный приключений и надежд. Приливы, раскачивавшие первые океаны и, возможно, качавшие в колыбели первую жизнь. Ось Земли, удержанная на месте вопреки хаосу — а значит, стабильные сезоны, а значит, сложная биосфера, а значит, в конечном счёте, мы. Двенадцать человек, промелькнувших на лунной поверхности за три с половиной года впервые за миллиарды лет — и оставивших следы, которые останутся в пыли ещё миллионы лет без ветра и дождя. Впереди — первые базы у полюса, первое топливо из лунного льда, первые шаги к мирам дальше. Луна — соучастник всего, что произошло здесь, и, возможно, всего, что произойдёт там.

В предыдущих статьях со всех сторон показывал, как неврологические заболевания поражают мозг. Альцгеймер, Паркинсон, БАС, но они разрушают не только «материю». С прогрессией заболеваний рушится чувство собственного «я», память, способность поддерживать общение. Новое исследование дает еще одну нить к спасению целостности я. Именно духовная поддержка становится неотъемлемой частью протокола лечения. Атеисты, не паникуйте, «духовность» немного шире ваших убеждений.

Учёным уже около века известно, что наша Вселенная постоянно расширяется. В честь учёных, которые окончательно доказали это, данное расширение стали описывать постоянной Хаббла — Леметра (или просто постоянной Хаббла). Сегодня учёные используют два основных метода для измерения скорости расширения: реликтовое излучение (РИ) и космическую лестницу расстояний. Первый метод основан на измерении красного смещения реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва, а второй — на измерении параллакса и красного смещения с помощью переменных звёзд и сверхновых (также известных как «стандартные свечи»).

Единственная проблема заключается в том, что эти два метода не согласуются друг с другом, что приводит к так называемой «хаббловской напряжённости». Эта проблема считается одной из величайших космологических загадок, стоящих сегодня перед учёными. К счастью, появляются новые методы, которые могут помочь разрешить эту «напряжённость» и уточнить Стандартную модель космологии. В недавнем исследовании группа астрофизиков, космологов и физиков из Университета Иллинойса и Чикагского университета предложила новый метод, использующий едва заметные волны ткани пространства-времени, известные как гравитационные волны (ГВ).

Физики часто мечтают о создании "теории всего" - минимального набора математических уравнений, описывающих все возможные физические явления. Но реальный мир не сводится к одной только физике - эволюция клеток, средневековая история и устройство компьютеров нельзя свести к описанию поведения электронов. А следовательно настоящая "теория всего" должна описывать не только физику, но и всё остальное многообразие явлений с помощью единого набора абстракций и единого математического аппарата. В этом эссе я разберу все современные междисциплинарные наработки по теории всего, покажу зачатки её математического аппарата и расскажу ещё много интересного: о том, как возникают изучаемые наукой сущности, как с точки зрения кибернетического буддизма возникает страдание, почему искусственные интеллекты неизбежно будут страдать, и зачем им нужен будет свой Кибербудда, про магические заклинания боевых историков и про роль света в теории всего.

Лето 1977 года, грунтовый полигон в конце огромного испытательного аэродрома ЛИИ, жара. Посреди этой степи на четырех металлических лыжах стоит аппарат, похожий на утюг с крыльями. Конструкторы называют его «птичкой». Летчики — «Лаптем». В документах он значится как изделие 105.11, дозвуковой аналог экспериментального пилотируемого орбитального самолета.

Авиард Фастовец, летчик-испытатель микояновской фирмы, 40 лет, Герой Союза, человек, катапультировавшийся из разрушающегося МиГ-29 и вернувшийся на работу, cадится в кабину. Двигатель РД-36-35К выходит на максимал. Аппарат стоит. Лыжи впечатались в грунт так крепко, что 3,5 тонны тяги их не сдвигают. И тогда техники просто купили арбузы, много арбузов. Подняли аппарат краном, разрезали арбузы пополам и подложили сочные половинки под все четыре лыжи. Фастовец снова сел в кабину. Двигатель на максимал, и самолетик заскользил по арбузной мякоти, все быстрее и быстрее.

Между арбузами на степном аэродроме и контрактом NASA уместится история, в которой будет все: гиперзвуковой самолет на жидком водороде, крылья, которые превращаются в кили на орбитальной скорости, охота австралийских разведчиков за советским ракетопланом в Индийском океане, печальная резолюция министра обороны, и конструктор, который тайком, под прикрытием программы «Буран», продолжал испытывать свою главную мечту до самой смерти.

В середине XX века советские учёные решили встряхнуть научную среду – и создали академгородки. В то время в мире уже были похожие проекты, но именно в СССР они стали самобытной (и массовой) моделью территориальной организации науки. 

В академгородках на практике реализовали так называемый треугольник Лаврентьева: образование — наука — производство. Всё плотно сконцентрировано в одном месте, смешать, но не взбалтывать. Плюсом шла вся необходимая инфраструктура. Всё, от школ до магазинов, было буквально у них дома.

Последнее было важным элементом системы, потому что некоторые городки основали глубоко в  Сибири. Такое расположение было, кстати, совсем не случайным. 

Вся эта красота была нужна, чтобы вывести науку и производство на новый уровень, а СССР — в лидеры мирового развития. И это даже отчасти удалось. Но затем что-то пошло не так…

Эта звезда является главным украшением весеннего неба, которое контрастно отличается от зимнего. Если на небосводе января можно насчитать более десятка ярких звёзд (первой звёздной величины и ярче), то на небе апреля их всего три — Регул, Арктур и Спика — занимающая центральное место в весеннем хороводе созвездий, не слишком заметных своими фигурами на небе больших городов.

Современная физика подошла к странному порогу. Мы умеем с колоссальной точностью описывать поведение элементарных частиц и эволюцию Вселенной в целом, но при попытке заглянуть "под капот" реальности наталкиваемся на принципиальные ограничения. И эти ограничения носят логический характер. Именно в этой точке возникает гипотеза, которая на первый взгляд кажется фантастикой: а что если наша физическая реальность на глубинном уровне тождественна математической структуре? Не описывается математикой, не моделируется ею, а является ею.

Современный отечественный физик А.Д. Панов предлагает свои аргументы в пользу онтологичности математики. Он не просто пересказывает известную идею Макса Тегмарка, а идет альтернативным логическим путём к схожему выводу. Путь этот опирается на совокупность аргументов из квантовой механики, теории вычислений и философии науки. Я попробую далее воспроизвести его цепочку основных рассуждений.

Впервые математики обнаружили пример компактной кольцеобразной поверхности, которая имеет те же локальные геометрические характеристики, что и другая поверхность, несмотря на совершенно иную глобальную структуру.

Представьте, что наше небо всегда покрыто толстым слоем непрозрачных облаков. Не имея возможности увидеть звезды или рассмотреть нашу планету сверху, узнали бы мы когда-нибудь, что Земля круглая?

Ответ — да. Измеряя определённые расстояния и углы на поверхности Земли, мы можем определить, что Земля — это сфера, а не, скажем, плоская или кольцеобразная фигура, — даже без спутникового снимка.

Математики обнаружили, что это часто справедливо и для двумерных поверхностей в более общем случае: относительно небольшого количества локальной информации о поверхности достаточно, чтобы определить её общую форму. Часть однозначно определяет целое. 

Однако в некоторых случаях одни и те же локальные данные описывают сразу несколько разных поверхностей. Последние 150 лет математики занимались каталогизацией таких исключений. Но единственными исключениями, которые им удалось найти, были не компактные, замкнутые поверхности, такие как шары или пончики, — вместо этого они простирались бесконечно в каком-либо направлении или имели края, то есть были незамкнутыми.

Никто не мог найти замкнутую поверхность, нарушающую это правило. Постепенно математикам стало казаться, что таких поверхностей просто не существует. Они ошибались.

Война 1812 года — это не только грохот пушек, «Москва, спаленная пожаром», и Бородино. Пока противоборствующие императоры со своими генералами склонялись над картами, а бравый Денис Давыдов шел в партизанский рейд и подкручивал на скаку гусарские усы, в кабинетах криптографов, походных типографиях и тылах шла своя война — информационная.

И русские, и французы внедряли агентов в ряды противника, пускали дезинформацию, шифровали сами и перехватывали вражеские шифровки. Что уж там, правая рука и покровитель «черного кабинета» одного из воюющих императоров работал на противника и сливал ему бесценную информацию, а заодно и ключи от шифров. Словом, всё в лучших традициях романов Йена Флеминга и Юлиана Семенова.  

Под катом вас ждет увлекательный рассказ о том, как проходила информационная война между русскими и французами в 1812 году, как перехватывали шифровки и как это помогало войскам. Отдельное внимание уделим шифрам Наполеона.

По тематике Российской орбитальной станции (РОС) предусмотрено освоение и развитие промышленного производства на орбите с использованием невесомости и сверхглубокого космического вакуума. Предполагаемая продукция: полупроводниковые кристаллы и пленки, наноматериалы, металлические стекла, оптическое волокно, углеродные нанотрубки, медпрепараты и наноматериалы для адресной доставки лекарств, а также коллоидные кристаллы. Принципиально использование в инфраструктуре РОС свободно летающих производственных модулей, периодически обслуживаемых экипажем. На них обеспечиваются наилучшие условия по микрогравитации и создаются зоны вакуума на внешней поверхности за защитным экраном.

Аналогичные программы планируются космическими администрациями и ассоциированными коммерческими структурами США, Китая, Евросоюза, Японии, Индии, Германии, Франции, Бразилии, а также предварительные проекты реализуют некоторые другие страны. Наблюдаются и частные инициативы, например в 2015 г. в США создана компания с говорящим названием FOMS (Fiber Optics Manufacturing in Space). 

В этой статье речь пойдет о космическом оптоволокне.