Физика

Привет Хабр! Меня зовут Радион Зарипов, я — аспирант программы «Науки о материалах» в Сколтехе и прохожу в настоящее время стажировку в Sber AI. Значительная часть работы, о которой пойдет речь, была выполнена мной во время летней практики в AIRI, в группе «Дизайн новых материалов», которая исследует возможности применения вычислительных подходов к прогнозированию новых материалов. Совместно с моими коллегами из Сколтеха, AIRI, Sber AI, РХТУ и ИФХЭ РАН мы недавно опубликовали статью в Acta Materialia, где построили подробную фазовую диаграмму карбида технеция. Это не было бы возможным без применения графовых нейронных сетей, которые заменяют существенную часть вычислений.

Здесь мне хотелось бы подробнее рассказать, что именно мы делали и с какими сложностями столкнулись. Текст получился большим и подробным, но если вам интересно, как машинное обучение постепенно меняет материаловедение, эта статья для вас.

Одним из самых впечатляющих эволюционных механизмов защиты является мимикрия. Умение визуально, а иногда и поведенчески, подражать другим видам или даже элементам окружающей среды позволяет скрыть свое присутствие от потенциальных хищников. Хамелеоны приходят на ум первыми, однако куда более талантливыми в искусстве камуфляжа являются головоногие, в частности осьминоги. Ученые из Университета штата Пенсильвания (США) разработали крайне необычный умный гидрогель, способный менять внешний вид, текстуру и форму по команде. Полученный материал запрограммирован с использованием специальной технологии 4D-печати, внедряющей цифровые инструкции к мимикрии буквально в его структуру. Из чего именно создан этот материал, какими именно свойствами он обладает, и где может быть полезен? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

В центре всех галактик скрываются колоссальные чудовища. Эти гравитационные зверюги, известные как сверхмассивные чёрные дыры, могут иметь массу в миллионы и миллиарды раз превышающую массу Солнца.

На протяжении десятилетий астрономы задавались вопросом, откуда взялись эти гиганты и как они стали такими огромными. Вначале физики полагали, что сверхмассивные чёрные дыры формируются так же, как и другие, более мелкие чёрные дыры — когда большие звёзды коллапсируют и превращаются в чёрные дыры размером с Солнце, которые медленно поглощают окружающую материю и сливаются друг с другом в течение миллиардов лет.

Но чем дальше, тем яснее становится, что эта модель неверна.

Предыдущие части:

«Геометрическая головоломка на выходные»,
«Электродинамика виртуальной Вселенной»,
«Механика виртуальной Вселенной»,
«Квантовая механика виртуальной Вселенной (Часть I)»,
«Квантовая механика виртуальной Вселенной (Часть II)»
«Релятивизм виртуальной Вселенной»
«Космология виртуальной Вселенной (Часть I)»
«Космология виртуальной Вселенной (Часть II)»
«Электричество, проводимость и сверхпроводимость в виртуальной Вселенной»
«Атом в Виртуальной Вселенной (Часть I)»
«Атом в Виртуальной Вселенной (Часть II)»
«Атом в Виртуальной Вселенной (Часть III) [Химия]»

Здравствуйте, мои уважаемые читатели.

Следующим шагом я хотел приступить к описанию ядра атома в рамках описанной ранее теории. Но по комментариям и при личном обсуждении, пришёл к выводу, что теория хоть и является минималистичной, но всё-же, интуитивному её пониманию сильно мешает то, что всё обсуждение строится в 3+1 геометрических измерениях. С одной стороны — их не 11, как в теории суперструн, но и 4 — это сложно для понимания для неподготовленного человека. Да и, кого я обманываю — даже подготовленному проще оперировать формулами, чем образами в пространствах, размерностью выше трёх. Но в этой модели очень важно понимать её онтологию, суть процесса. Формулы являются лишь языком, позволяющим (вот тут будет тавтология) описать формализм системы и дать возможность оценить её качественно и количественно.

Эти размышления привели меня к мысли о необходимости дать расширенное визуальное описание системы. Я не придумал ничего лучше, чем понизить размерность. Исходно, у нас система представляет собой трёхмерную сферу S³. А давайте рассмотрим такую же модель, но на сфере S². Да, удастся показать не всё — например, спин 1/2 здесь показать не выйдет. Но кое что должно проявиться и дать интуицию.

В середине октября 2025 года я опубликовал в этом блоге статью «Квантовые загоны и квантовые миражи», описанный в которой проект фактически стал первым практическим результатом в области нанотехнологий. На современном этапе нанотехнологии стали скорее отраслью материаловедения, чем машиностроения — сооружать машины и механизмы из отдельных атомов пока практически невозможно, а напылять (готовить) поверхности со свойствами, определяемыми на атомном уровне сравнительно легко. Одним из наиболее известных материалов, свойства которых определяются на атомном уровне, является графен. 

Но в конце прошлого века, когда перспективы нанотехнологий казались гораздо более оптимистичными и достижимыми, футурологи и инженеры рассуждали о программируемых веществах, в которых каждая молекула является вычислительной единицей. Из гипотетического материала такого класса могла состоять машина Т-1000 в фильме «Терминатор-2. Судный день»; эту тему я пробовал разбирать на Хабре в статье «О жидком металле замолвите слово. Мысли об аппаратной и программной реализации Т-1000». Такой робот из мимикрирующего полисплава был фантазией вполне в духе времени, так как всего на пять лет раньше фильма вышла книга-манифест Эрика Дрекслера (род. 1955) «Машины создания: Грядущая эра нанотехнологий» (выложена здесь). Сам Дрекслер сформулировал идею молекулярных вычислительных машин на основе знаменитого доклада Ричарда Фейнмана «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики», прочитанного в Калтехе в канун 1960 года. Эти выкладки предполагали, что наряду с нанотехнологиями можно реализовать ещё более миниатюрные «фемтотехнологии». Пока эта точка зрения не подтверждается, так как на уровне атомов квантовые эффекты преобладают над классическими. Однако на этапе её развития обсуждалось, насколько реально создать «компьютрониум» — вещество с предельной вычислительной плотностью, каждый атом которого работает как ядро процессора.  

16 апреля 2019 года в журнале Nature Physics появилась статья, которую некоторые СМИ поспешили назвать «учёные создали чёрную дыру в лаборатории». Паника? Нет. Прорыв? Да. Группа Джеффа Штейнхауэра из Израильского технологического института впервые зафиксировала аналог излучения Хокинга — квантового эффекта, который предсказал Стивен Хокинг в 1974 году, но который невозможно измерить на настоящих чёрных дырах. В этой статье мы разберём, как физики обманули природу, что такое «аналоговая гравитация», и почему это не путь к антигравитации, но может стать основой квантовых технологий будущего.

В этой статье изложен подробно и с картинками процесс создания и сборки модели генератора переменного тока своими руками

Механизм охлаждения воздуха в ВТР – это охлаждение самого газа при адиабатическом расширении  из сжатого состояния, также как при обычном дросселировании. Но зачем тогда нужен вихрь в ВТР?

Последние две статьи были экспериментальными, где я делился результатами личных измерений в экспериментах с конкретной  «Вихревой трубкой Ранка-Хилша» (ВТР)

Результатом этих экспериментов стали следующие выводы:

1.     Для работы ВТР не играет роль  материал исполнения завихрителя с раструбом «холодного выхода». Это было подтверждено в эксперименте с заменяемыми завихрителями из разных материалов. То есть я  ошибался, заявляя про важность величины теплопроводности материала завихрителя для работы ВТР, о чём сейчас открыто заявляю.

2.     При недостаточном подпоре в тормозе «горячего конца» ВТР может превратится в «вихревой эжектор», то есть ВТР начинает  подсасывать наружный воздух в себя из «холодного конца», а не только разделять входящий  сжатый воздух на холодный и горячие потоки.

3.     Вращение вихря в ВТР идёт с высокой скоростью, которая определяется скоростью выходящего воздуха из сопел завихрителя ВТР.

4.     Необходимо точно определять  скорость воздуха из сопла ВТР чтобы начать расчёт происходящих процессов в глубине вихря в ВТР.

Последний вывод крайне важен, так как в учебниках и книгах вопрос о скорость струи из отверстия при транспортировании обходят заговором молчания. 

Температура струи из сопла ВТР

При истечении  воздуха из сопла  с перепадом давления от Рс=2атм  до Р2=1 атм  скорость потока от насосного выдавливания составляет Vнас= 288,7м/с на срезе прямого сопла. При этом молекулы газа имеют минимальную кинетическую энергию Екин=42 кДж/кг:

Хотя мы уже отправили зонды на миллиарды километров в межзвёздное пространство, люди совсем немного углубились под поверхность нашей собственной планеты, не проникнув даже через тонкую земную кору.

Информация о глубинных слоях Земли поступает в основном из геофизики и является очень ценной. Мы знаем, что она состоит из твёрдой коры, каменной мантии, жидкого внешнего ядра и твёрдого внутреннего ядра. Но что именно происходит в каждом слое — и между ними — остаётся загадкой. В новых исследованиях мы используем магнетизм нашей планеты, чтобы пролить свет на наиболее значимую конструкцию во внутренней части Земли: границу между ядром и мантией.

Современная космология находится в парадоксальном положении. Мы научились заглядывать в прошлое на 13 миллиардов лет, взвешивать скопления галактик и фиксировать колебания самой ткани пространства-времени. Но при всём при этом мы вынуждены признать: около 85% материи во Вселенной — это «нечто», о чём мы не имеем ни малейшего представления. Мы называем это «тёмной материей».

Десятилетиями фаворитами в гонке за звание тёмной материи были гипотетические элементарные частицы (вроде вимпов или аксионов). Но что, если мы ищем не там? Что, если разгадка — это не микроскопическая частица, а макроскопический объект, рождённый в самые первые, яростные мгновения существования мироздания? Речь идёт о первичных чёрных дырах (ПЧД). Это не просто «чёрные дыры», это призраки Большого взрыва, которые могут оказаться единственным логичным объяснением архитектуры космоса.

Современный мир тяжело представить без беспроводных технологий. Многие устройства, будь то бытовые гаджеты или даже лабораторные приборы, используют данную технологию, что позволяет работать быстрее, эффективнее и удобнее. Для повышения качества передаваемых сигналов необходимо сделать их невосприимчивыми к потенциальным источникам помех. Группа ученых из Университета Тяньцзинь (Китай) разработали новое оптическое устройство, генерирующее два типа световых паттернов (скирмионов), которые сохраняют свою стабильность и форму даже при воздействии помех. Как именно создавалось это устройство, какие его свойства, и что оно может принести беспроводным технологиям будущего? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Западно-Антарктический ледовый щит содержит достаточно воды, чтобы поднять глобальный уровень моря на 5 метров. Однако когда это произойдёт — и с какой скоростью — пока точно неизвестно. 

В мае 2014 года НАСА заявило на пресс-конференции, что часть Западно-Антарктического ледового щита, по-видимому, достигла точки необратимого отступления. Ледники, движущиеся к морю по периферии двухкилометрового ледяного покрова, теряли лёд быстрее, чем снег успевал его пополнять, в результате чего их края отступали вглубь суши. Таким образом, вопрос заключался уже не в том, исчезнет ли Западно-Антарктический ледовый щит, а в том, когда именно это произойдёт. Когда эти ледники исчезнут, уровень моря поднимется более чем на метр. Это затопит территории, на которых сегодня проживает около 230 миллионов человек. И это будет лишь первый шаг перед полным обрушением ледового щита, которое может поднять уровень моря на 5 метров и изменить береговую линию по всему миру. 

В 2014 году учёные предполагали, что исчезновение этих ледников займет столетия. Но в 2016 сенсационное исследование показало, что обрушение краёв ледяных щитов может спровоцировать их быстрое и необратимое отступление. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) обратила на это внимание, сформулировав новый, наихудший сценарий: к 2100 году талая вода из ледников Антарктиды, Гренландии и горных районов в сочетании с термическим расширением морской воды может поднять глобальный уровень моря более чем на 2 метра. И это будет только началом. Если выбросы парниковых газов будут продолжаться без ограничений, к 2300 году уровень моря поднимется на ошеломляющие 15 метров.

Картинка: brgfx, freepik.com

Если вас попросить ответить быстро, не задумываясь, что приходит в голову при фразе «транзистор или…», — кто-то сразу скажет «реле», кто-то вспомнит про лампы, но наверняка почти никто не вспомнит и третий возможный вариант… ;-)

А между тем он существовал — и был весьма распространён.

Мы привыкли думать абстракциями. Нас учили, что мир состоит из объектов: у «Собаки» есть метод Bark(), а у «Пользователя» — поле Email. Мы тратим недели на споры о чистоте интерфейсов и иерархии наследования, свято веря, что инкапсуляция — это ключ к успеху. Но пока мы строим эти ментальные замки, наш процессор... скучает.

Современный CPU — это невероятно мощный вычислительный монстр, способный обрабатывать миллиарды операций в секунду. Но у него есть ахиллесова пята — память. Пока ваш код прыгает по указателям от одного объекта в куче к другому, процессор простаивает в ожидании данных, совершая те самые «cache misses».

Data-Oriented Design (DOD) — это не просто очередной паттерн. Это «таблетка реальности», которая предлагает перестать проектировать программы вокруг сущностей и начать проектировать их вокруг данных.

В этой статье мы разберем, почему классическое ООП часто работает против производительности, как помочь кэшу процессора полюбить ваш код и почему в 2024 году пора вспомнить, что программа — это просто трансформация одних байтов в другие.

В данной статье будет рассказано о симуляции распространения на большие расстояния волн цунами, порождённых подводными землетрясениями, при помощи программного пакета Wolfram Mathematica. В качестве математической модели системы используется вращающийся гравитирующий геоид с нетривиальной поверхностью дна и выколотыми областями, которые эмулируют материковые образования, и вязкая несжимаемая жидкость на его поверхности.

Большой адронный коллайдер в швейцарском CERN — прежде всего огромная научная установка. Под землей, на границе Швейцарии и Франции, проложено 27-километровое кольцо, в котором ученые разгоняют и сталкивают друг с другом элементарные частицы. Об этом вы, конечно, знаете. Да и обычно о коллайдере говорят именно в этом контексте — открытия, теории, физика. Но с января 2026 года у него появилось еще одно применение, можно сказать, приземленное. Речь об отоплении домов.

Дело в том, что во время работы коллайдер выделяет большое количество тепла. Раньше его просто отводили, оно тратилось впустую. Сейчас же избыточное тепло начали использовать для отопления соседнего французского городка. В итоге система, созданная для экспериментов с частицами, стала источником тепла для тысяч квартир и зданий.

Программа визуализирует решение и промежуточные результаты задачи Дирихле для уравнения Лапласа/Пуассона в прямоугольнике на CPU и GPU.

Уравнение Пуассона(при уравнение Лапласа) :

Задача Дирихле(краевые условия 1-го рода) - заданы значения на границе области(в данном случае в прямоугольнике).

Результаты визуализируются при помощи тепловой карты(HeatMap). Используются цвета и оттенки синего, сине-зелёного(циан), зеленого, желтого и красного цветов(от меньшего к большему значению).

— Как собрать квантовый компьютер из говна и палок на классических электронных компонентах?
 — Как передавать тысячи бит данных параллельно по одному электрическому проводу?
 — Как снизить энергопотребление чипов на 2–3 порядка и забыть про утечку по сторонним каналам?

Эти кликбейтные вопросы перестанут восприниматься таковыми после прочтения этой статьи.

Я постараюсь объяснить, что за инопланетная технология скрывается за термином “Noise-Based Logic”. Подробно изложу теоретические основы, чтобы понять идею, основные принципы и возможности.

Графен — это материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде правильной шестиугольной решетки. Он привлек внимание ученых благодаря сочетанию свойств, которые редко встречаются вместе: высокой проводимости, прочности и гибкости. С момента его экспериментального получения в 2004 году графен пробуют применять в композитах, аккумуляторах, электронике и фильтрах, но с массовым производством все еще проблемы.

Но, возможно, его впервые получили больше века назад. Звучит странно, но в начале 2026 года исследователи из Университета Райса показали, что турбостратический графен может образовываться в условиях, близких к тем, что возникали в лампах накаливания Томаса Эдисона в конце XIX века. Эксперимент ученых показал неожиданную связь между современными методами синтеза углеродных материалов и поисками долговечной нити, которые велись в 1879 году. Давайте разбираться, что там и как.

^ThreeE

Все мы знаем, что под словом «трансформатор» в электротехнике понимается вполне конкретное устройство, основной задачей которого является преобразование напряжений. 

Даже далёкие от электротехники люди, наверное, «что-то там слышали», :-) — что раньше были трансформаторы на обмотках и проволоке, которые, в настоящее время, были заменены, гораздо более компактными электронными преобразователями (инверторные и т.д.). 

Однако, давайте я вам слегка разрушу эту картину мира! : -)

Приходило ли вам когда-либо в голову, что могут быть ещё и механические преобразователи напряжения?! 

Уверен, что большая часть, даже близко не слышала о чём-то подобном! 

Тем не менее, устройство это — весьма примечательное, и, даже, можно сказать, удивительное, вполне достойное рассказа о нём... ;-)