Физика

В предыдущей части была рассмотрена предыстория комплексных чисел: от их первого открытия до понимания и умения их широко использовать в науке прошли сотни лет. Комплексные числа впервые возникли как артефакт вычислений в работе Кардано 1545-го года и вплоть до конца XVIII века их статус оставался нестабильным, шли научные дискуссии об уместности их употребления и интерпретации.

Современные изложения теории комплексных чисел выглядят «магически» и непонятно для многих людей именно потому, что, как правило, разрыв между непониманием XVIII века и теориями XIX века не покрыт. Сначала предлагается изучить основы теории комплексных чисел в том виде, в которой они были сформулированы в середине XVIII века, а потом сразу делается скачок к теориям, созданным в середине XIX века.

Ключевой шаг понимания мнимых единиц, сделанный человечеством в начале XIX века присутствует только в виде готовой векторной интерпретации комплексных чисел, которая дается пояснения, откуда и зачем она взялась, и что же она объясняет. Интерпретация есть, а смысла за ней нет. Концептуальные проблемы, связанные с комплексными числами, не только не решаются с помощью нее, но и даже не ставятся.

Изложение теории комплексных чисел и даже теории функций комплексного переменного, принятое в современных учебниках, логически противоречиво и содержит много парадоксов, которые современные студенты и их преподаватели обычно даже не замечают, а математики прошлого видели в них неразрешимые проблемы.

В этой статье мы разберемся, наконец, с геометрическим смыслом комплексных чисел, который разрешает все эти парадоксы, а в следующей — с самими парадоксами Эйлера: как их не могли решить великие математики и как их легко решила геометрия.

Весной 2022 года я поднимал в этом блоге две необычные темы из области фундаментальной химии. Первая называлась «Из чего состоит мировой эфир. Последняя теория Менделеева» — в ней я рассказывал, как Дмитрий Иванович Менделеев, продолжая опираться на атомный вес, пытался надстроить «нулевой» период над водородом и, вероятно, неосознанно двигался к открытию нейтрона. Вторая статья называлась «Распад протона – невозможность 2,5 класса». Наряду с проблемой практически абсолютной стабильности протона (без внешнего воздействия он не распадается, в отличие от нейтрона, который вне атома живёт всего около 10 минут). В этой статье я также упомянул некоторые экзотические атомы, то есть, атомоподобные частицы, имеющие нулевой заряд; наиболее известной из них является антипротон.

Чтобы представить себе химический элемент, который был бы значительно легче водорода, нужно поместить в его ядро частицу, значительно уступающую по массе протону, но превосходящую по массе электрон или позитрон, так, что вокруг неё могло бы собраться «электронное облако». Сегодня расскажу об удивительном атоме такой природы, открытом ещё в 1960 году. Он называется «мюоний».

Дело идёт к жаркому лету, и становятся актуальными различные способы охлаждения продуктов, приборов да и воздуха в комнате. Конечно, можно использовать обычные компрессионные холодильники и кондиционеры, работающие от сети. Но есть ли другие способы получить холод?

Оставим в стороне охлаждение бутылок в проточной воде, обёртывание их мокрым полотенцем с выставлением на ветер, а также заблуждение насчет охлаждения молока при помощи лягушек. Что если нужно охладить банку напитка прямо на рабочем столе? Или, наоборот, микрокомпьютер, мощный транзистор выходного каскада усилителя? Обычные компрессионные холодильники использовать можно, но из-за размеров на рабочий стол их не поставить.

Вооружившись элементом Пельтье с радиаторами и вентиляторами, я за полчаса сделал за настольный холодильник из теплоизоляционной плиты, купленной в строительном магазине. Примерно за час-два он смог охладить содержимое до 11 ⁰C.

Что делает материю стабильной? Почему атомы такие, какие они есть? Почему разные материалы различаются по своим свойствам, таким как электропроводность, плотность, температура плавления или спектры поглощения света?

Эти вопросы сильно занимали физиков в течение десятилетий после того, как Дмитрий Менделеев представил свою периодическую таблицу химических элементов в 1869 году. Они получили новый импульс на рубеже XX века благодаря открытию Дж. Дж. Томсона, что атомы не являются неделимыми, а содержат более мелкие, отрицательно заряженные частицы, называемые электронами, — первые найденные учёными субатомные частицы. Затем, в 1911 году, Эрнест Резерфорд обнаружил, что атомы содержат центральное «ядро» с плотно сконцентрированным положительным зарядом.

Так началось увлекательное путешествие в мир открытий, направленных на понимание законов, определяющих устройство субатомных структур. Оно достигло своего рода кульминации столетие назад, в начале 1925 года, с формулировкой принципа, который с тех пор лежит в основе наших представлений о стабильности материи.

Речь идёт о принципе запрета Паули, названном в честь блестящего молодого австрийского физика-теоретика Вольфганга Паули. Принцип стал результатом того, что сегодня называют «старой квантовой теорией» — периода ситуативных теоретических поисков между 1900 и 1925 годами, который привёл к появлению в 1925–1927 годах последовательной теории квантовой механики, разработанной Вернером Гейзенбергом, Паскуалем Йорданом, Максом Борном, Эрвином Шрёдингером, Полем Дираком и другими. Принцип Паули можно считать вершиной старой квантовой теории и, что не часто бывает, он сохранился и был включён в новую. Попробуем вспомнить о путешествии физиков, предпринятом в попытке понять, исправить и проверить свойства, предсказанные периодической таблицей, и о том, как этот принцип направлял наше понимание материи — обычной и не только.

В прошлом году одна из наиболее оживлённых дискуссий в моём блоге (116 комментариев) развернулась под статьёй о ложном вакууме, опубликованной в конце августа. В начале этой статьи я упоминал, что уровень энергии вакуума и, следовательно, масса рождающихся элементарных частиц, а также масса протона, напрямую зависят от свойств скалярного поля Хиггса. Бозон Хиггса, открытый в 2012 году на Большом Адронном Коллайдере, является квантом этого поля. Там же я вскользь упоминал, что бозон Хиггса может быть не единственным, а представлять собой лишь одну из группы подобных частиц. Если бы в пространстве доминировало поле Хиггса, заключающее иную энергию, нежели наблюдаемое нами, то настройки Вселенной и нуклеосинтеза в частности могли бы слететь непредсказуемым и, скорее всего, катастрофическим образом. Поэтому важно понимать, существуют ли альтернативные поля, подобные полю Хиггса, и можно ли экспериментально получить другие частицы, функционально похожие на бозон Хиггса. Одно из первых сообщений о том, что на Большом Адронном Коллайдере обнаружен новый бозон Хиггса, поступило в 2015 году от знаменитого физика Марио Ливио. С тех пор ведутся исследования и делаются прогнозы о том, как искать такие альтернативные бозоны, и сколько их может быть в соответствии с какими теориями (спойлер: до пяти). Об этих поисках коротко расскажу под катом.

Все мы знаем, что вода — источник жизни, и с древних времён люди старались селиться там, где есть источники воды.

Однако двойственность ситуации заключается в том, что, с одной стороны, люди всегда искали воду, а с другой стороны — всегда старались избавиться от неё! :-)

То есть старались всегда найти такой способ защититься от смачивающего действия воды, чтобы устранить её воздействие на тело, так как высокая теплоёмкость её активно охлаждает организм человека, и если в жарких регионах это и даёт определённую радость, то на большей части поверхности Земли подобное смачивание чревато проблемами со здоровьем.

И, как вы, наверное, уже начинаете догадываться, сегодня мы поговорим о гидрофобных материалах и способах искусственного создания водоотталкивающих условий!

Вершиной развития религиозной мысли является идея единого Бога как первоосновы и источника всего сущего. Вершиной развития научной мысли является идея мультивселенной как множества всех физически возможных миров, образующихся в процессе вечной инфляции. Обычно Бог и мультивселенная преподносятся как альтернативные, конкурирующие гипотезы, объясняющие происхождение нашей вселенной и жизни в ней. Но быть может, эти гипотезы совместимы, и наука с религией пришли к одному и тому же разными путями? Что, если поставить знак равенства между Богом и Мультивёрсом? Для многих образованных людей идея отождествить Бога и мультивселенную в рамках мультивёрсного пантеизма выглядит заманчивой, ведь это был бы последний шаг к заветному «синтезу науки, религии и философии». Но давайте разберёмся в вопросе более детально и выясним, насколько эти концепции сочетаются друг с другом, для каких богов ещё остаётся место в современной научной картине мира, так ли прост христианский Бог, как его описывают теологи, и достаточно ли сложна мультивселенная, чтобы выступать источником любой сложности в нашем мире.

Прежде чем изменить представление о физике молний на Земле, Джозеф Дуайер изучал погоду в космических условиях. Используя датчики на спутнике NASA Wind, вращающемся на орбите в полутора миллионах километров от Земли, он наблюдал за вспышками, вырывающимися из Солнца, и анализировал частицы, вылетающие с его поверхности. Но когда он переехал во Флориду в начале нового тысячелетия, Дуайер почувствовал, что готов к чему-то новому — к чему-то, что он и его студенты могли бы исследовать самостоятельно. Не прошло много времени, как тропическая погода преподнесла ему подходящую загадку прямо за окном его кабинета. «Снаружи постоянно бу́мкало», — сказал Дуайер. «Я занялся этим вопросом и понял, что молния — это до сих пор не решённая задача».

Если верить классификационным рекомендациям ICRU и IAEA, каждый второй российский офис до 2009 года был оснащён ускорителем заряженных частиц. Просто никто не читал документацию.

В статье я разберу, чем формально является ускоритель частиц, покажу, что ЭЛТ-кинескоп удовлетворяет всем критериям, посчитаю по релятивистским формулам скорость электронов внутри трубки, сравню её с LHC и расскажу, почему в 1967-м у американцев в гостиных стояли низкокачественные рентгеновские аппараты и никто этого не замечал.

^{В.А.Притула, «Электрическая защита от коррозии подземных металлических сооружений»}

С первого момента знакомства с металлами, можно сказать, что с медного века, предшествовавшего бронзовому, человечество столкнулось с проблемой коррозии металлов. 

И, если на первых этапах, когда человечество имело дело преимущественно с медью и её сплавами, проблема коррозии не была настолько острой, то, с приходом железного века, проблема обострилась. 

За прошедшие века человечество придумало множество способов борьбы с этим явлением, в частности, кардинально решив его, по мере появления нержавеющих сплавов. 

Однако, как выясняется, даже такие сплавы не могут устоять перед негативным явлением, которое носит название «щелевая коррозия»…

Аннотация. В статье рассматривается физическая основа измерений Ekahau Sidekick и механизм применяемого RSSI‑offset с позиций теории антенн, теории шума радиоприёмных устройств, статистической теории сигналов и стандартов IEEE 802.11. Показано, что scalar RSSI‑offset является линейным сдвигом уровня и не моделирует ни реальный SNR клиентского устройства, ни структуру QAM‑созвездия, ни алгоритм rate adaptation, ни роуминговое поведение. Помимо пяти независимых физических и системных причин неточности, рассматриваются системные упрощения Ekahau, касающиеся MIMO‑усиления, многолучёвости, оценки airtime и визуализации SNR. Приведены верифицированные численные оценки погрешности для конкретных сценариев и практические рекомендации.

Продолжаем тему электромагнитная волна, фотон, скорость света. 

В части 3 был представлен альтернативный процесс формирования электромагнитной волны, в котором было использовано 4е геометрическое измерение w. Этот подход позволил объяснить большинство известных особенностей и характеристик электромагнитных волн. 

Напомню, согласно гипотезе, проработанной в 1.3, фотон обладает массой и зарядом, и эти свойства отлично описывают как корпускулярно-волновой дуализм, так и процессы излучения/отражения/поглощения фотона, а также формирование плоской поляризованной электромагнитной волны как форму проекции из 4D. 

В 1.3 не поместилось описание непосредственно процесса излучения фотона, а также описание силы, заставляющий фотон лететь по цикличной 4D траектории. Без этих моментов, гипотеза является неполной. В 1.4 устраним эти недостатки. Но начнем с разбора физического процесса баланса кинетической энергии и энергии поля фотона.

Тени Чернобыля пали на всю советскую ядерную энергетику в принципе. После аварии внезапно выяснилось, что укрощение мирного атома не так просто, как кажется.

Под угрозу была поставлена репутация ведущих инженеров-конструкторов и физиков-ядерщиков СССР. Их руками была создана реакторная установка РБМК-1000, которая должна была стать проводником советского государства в светлое атомное будущее. Но случилось совсем наоборот. И по каким причинам так вышло, стоит разобраться.

Об создателях реактора, истории его создания, преимуществах и недостатках установки будет сегодняшний лонг. Я попытался объяснить простыми словами процессы, произошедшие в реакторе ночью рокового дня, не отвлекаясь на прочие факторы аварии.

Астрономы уже много лет пытаются заглянуть в эпоху, когда после Большого взрыва во Вселенной начали появляться первые галактики. Эти системы были небольшими, содержали совсем мало тяжелых элементов и светили гораздо слабее современных звездных скоплений. За миллиарды лет их свет сильно ослаб и сместился в инфракрасную область спектра, поэтому обнаружить такие объекты долгое время было крайне сложно. Даже самые совершенные телескопы не позволяли рассмотреть их достаточно подробно, и важная информация терялась на фоне слабого космического излучения.

Космический телескоп Джеймса Уэбба кардинально изменил положение дел, открыв настоящее окно в ту далекую эпоху. Особенно когда сама природа подкидывает эффект гравитационного линзирования, который собирает и усиливает слабые лучи от объектов, расположенных далеко за массивными скоплениями. Благодаря такому природному увеличителю удалось разглядеть одну из самых примитивных галактик по имени LAP1-B, возникшую всего через 800 миллионов лет после рождения Вселенной, и получить уникальные данные.

Как понять смущающую интуицию задачу за секунду - метод экстремальных параметров.

Бывало ли у вас такое - вы смотрите на условие задачи, логику алгоритма или даже жизненную ситуацию, интуиция кричит: «Здесь всё очевидно!», а строгая логика, тесты или реальность упрямо показывают совершенно другой результат?

Человеческий мозг ленив и часто пасует перед теорией вероятностей или сложными физическими взаимодействиями. Но есть один простой инженерный трюк, который позволяет мгновенно подсветить правильный ответ. Нужно просто выкрутить параметры задачи на максимум или минимум.

Давайте разберем, как этот метод работает, на двух классических парадоксах, над которыми годами ломают копья в интернете.

Математики до сих пор пытаются понять фундаментальные свойства преобразования Фурье, одного из самых распространённых и мощных инструментов в математике. Новый результат стал важным шагом к достижению этой цели. 

Два столетия назад Жозеф Фурье подарил математикам волшебный метод. Он предположил, что почти любую функцию можно представить в виде суммы простых волн — этот приём теперь называется преобразованием Фурье. В наши дни преобразование Фурье используется для понимания всего, от химического состава далёких звёзд до процессов, происходящих глубоко под земной корой.

Астрономы разработали новый способ проверки одного из центральных допущений современной космологии — того, что Вселенная остаётся однородной на самых больших масштабах. Применив этот метод к реальным данным наблюдений, исследователи обнаружили предварительные признаки того, что это допущение, возможно, не полностью соответствует действительности. Если это подтвердится, то укажет на новую физику за пределами стандартной космологической модели.

В работе объединены наблюдения за далёкими взрывающимися звёздами и крупномасштабные обзоры галактик. Цель исследования — проверить, действительно ли Вселенная следует почти 100-летней математической модели, известной как космология Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера (FLRW). Анализ выявил слабые, но интригующие отклонения от предсказаний стандартной модели.

^{Pfc. Anh Siev}

Не так давно мы рассматривали интересную проблему, над которой работали и работают множество инженеров по всему миру — как добиться постоянного момента? То есть, как сделать так, чтобы источник механического усилия, использующийся в том или ином устройстве, постоянно выдавал одинаковую тягу. 

Как мы выяснили, это невероятно важно в целом ряде применений, где, пожалуй, одним из наиболее очевидных и основных является механический отсчёт времени, — то есть, попросту говоря, построение механических часов разного рода. 

Ознакомившись с той статьей, может сложиться превратное впечатление, что достижение постоянного момента является единственным направлением для усилий и самоцелью для любых инженерных разработок, в области механических источников энергии. 

Однако, это вовсе не так и абсолютно полярным направлением для усилий является достижение непостоянного момента — через борьбу с ним!

Самое любопытное, что это второе направление, так же, как и первое, оказало существенное влияние на жизнь человечества! 

Итак, о чём же идёт речь? 

..Начнем с концепции waverider'a (волнолёта, волнового наездника) Теренса Нонвайлера (T. Nonweiler). Он совершил прорыв, предложив не бороться с ударной волной при гиперзвуковом полёте, а «оседлать» её ...

Физика, будучи точной наукой, с огромной неохотой позволяет манипулировать собственными законами. К примеру, изоляторы — это вещества или материалы, которые не проводят (или практически не проводят) электрический ток, что делает их антиподами проводников. Однако данное утверждение не высечено в камне, если подойти к нему креативно. Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) создали новый способ питания изоляторов. Что позволило ученым нарушить порядок вещей в физике, какими свойствами обладают новый проводящие изоляторы, и где они могут быть использованы? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.