Физика

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:

Романтическая научная фантастика XX века, а тем более космооперы, по-видимому, почти не учитывали фактор существенного отличия гравитации у разных планет, на которые приходится эпизодически высаживаться или колонизировать их. Как я уже писал в некоторых публикациях, в особенности, «Суперземля как иллюзия» и «Гикеаны, потомки нептунов», мы в настоящее время настолько одержимы идеей, что среди экзопланет найдётся множество жизнепригодных или даже обитаемых, что на месте мининептуна всегда готовы увидеть суперземлю. Впрочем, такое заблуждение характерно не только для нашего времени. Ещё в начале XX века Венера считалась «юной сестрой» Земли (так как предполагалось, что, чем ближе планета к Солнцу, тем позже она сформировалась), что там может царить тропическая эра, подобная мезозою, шуметь экзотические леса, а обширные океаны из-за сильной минерализации могут быть наполнены «зельтерской водой». Климат Венеры и её парниковый эффект – тема для отдельной публикации, и пока ограничусь ссылкой на это исследование 2019 года, в котором выдвигается гипотеза, что бесконтрольный парниковый эффект на Венере существует лишь чуть более 700 миллионов лет, а до этого там могли существовать вполне комфортные для жизни условия. А в этой статье попробуем обсудить феномен гравитационных колодцев и их опасность при сближении с суперземлями. Отдельно поблагодарю уважаемого @ilmarinen за его интереснейшие публикации о гравитационных манёврах в ныне закрытом корпоративном блоге «Маклауд», под впечатлением от которых я взялся писать эту статью.     

Частотная область — волшебное математическое пространство, которое трансформирует комплексные сигналы в амплитуды и фазы синусоид. Она открывает нам возможность применять разнообразные методы обработки сигналов, казавшиеся почти недостижимыми при их анализе в наиболее очевидной форме, а именно — во временной области.

Однако насколько материально частотное пространство? Дискретное преобразование Фурье (DFT) имеет ключевое значение в сферах связи и анализа сигналов, но не раскрывает ли оно более глубокие, скрытые аспекты реальности? Рассмотрим, к примеру, квадратные волны. Действительно ли они существуют, если преобразование Фурье разлагает их на ряд нечетных гармоник синусоид, которые, в свою очередь, эффективно предсказывают поведение электронных схем в реальном мире?

Сегодня я хочу немного уменьшить роль преобразования Фурье, сняв его с постамента. Несомненно, синусоидальные волны являются повсеместными в природе и служат мощным аналитическим инструментом для множества задач. Однако возможно создание иных частотных областей с хорошими свойствами, которые подчиняются другим принципам. К таким областям можно отнести ту, где реальностью являются исключительно квадратные волны, а все остальное представляет собой лишь гармонические составляющие.

• Базовые концепции электронных цепей
• Электромагнитные поля и хранение энергии
• Задержки распространения сигналов и отражения сигналов
• Анализ диапазона частот при помощи дискретного преобразования Фурье и дискретного косинусного преобразования

Привет, Хабр.

Выдался вечер, в который я всё-таки дозрел поделиться с вами небольшой рефлексией. Я на Хабре уже три года и три месяца, почти всё это время мне удаётся публиковать примерно по 4 лонгрида в месяц, а с некоторого времени — и по паре переводов в месяц (в этом блоге встречаются научно-популярные переводы, а под технические переводы у меня существует второй блог @Sivchenko_translate большинство из публикаций в котором сделаны по заказу редакции Хабра, а именно — уважаемого @atomlib Тематика у моих лонгридов разнообразная, но в основном это Geektimes, а не чистый Habr — то есть естественнонаучные сюжеты, попадающие в хаб «Научно-популярное», ещё минимум один другой хаб, никак не относящиеся к хабам по языкам
программирования, менеджмент-хабам и практически не попадающие в хабы «Научная фантастика» и «Читальный зал».

В прошлый раз здорово пообсуждали тему намагничивания неодима вот тут. Но нерассказанной осталась история одной катушки. Не той, которую скрутило всмятку на первых этапах испытаний, а той, которая была задизайнена после такого эпичного фейла. В принципе, изделие должно было получиться простым: 20 витков эмальпровода, сложенного вчетверо, в два слоя, на каркасе диаметром 50мм и такой же примерно высоты. Но был нюанс — при прохождении тока 10кА (кило‑Ампер, значит), первое решение «по‑простому» быстро схлопывается из‑за возникающих в проводниках Амперовых сил. Так что надо было придумать что‑то покрепче и намотанное поплотнее, дабы не дать возможности проводникам перемещаться по катушке во время рабочего импульса.

Когда всё вокруг стремится к хаосу и жизнь с каждым днём становится только хуже, невольно возникает желание обратить время вспять. Но почему-то реальность всячески противится попыткам развернуть стрелу времени на 180°. Что же заставляет время идти только вперёд и не даёт повернуть его назад? Чем прошлое отличается от будущего? И почему мы помним прошлое, а не будущее? Почему разрушать, рассеивать и смешивать легко, а строить, концентрировать и сортировать – сложно? Как вывести асимметричные во времени законы термодинамики из симметричных во времени законов механики? Является ли второй закон термодинамики единственной причиной необратимости времени? Связана ли необратимость времени с расширением Вселенной? Поискам ответов на эти и другие связанные со временем вопросы посвящён весь мой блог, поэтому объяснений в двух словах не будет. В данной статье я лишь задам направление мысли и разберу самую проработанную на сегодняшний день теорию, позволяющую описать время на языке квантовой физики. Также мы выясним, насколько правдоподобен фильм «Довод» и можно ли инвертировать энтропию человека, чтобы он жил назад во времени.

Привет, Хабр!

Рад поделиться с уважаемым сообществом своей любовью к популярной науке, в первую очередь, к космологии. Эта статья открывает небольшую серию, основанную на моём курсе лекций, который я читаю школьникам в летней школе Химера.
И который до сих пор был кипой листов А4, исписанных от руки буквально в лесу под деревом.

В ней предлагаю в общих чертах обсудить устройство Вселенной, её размеры, форму и состав, и сформулировать давно известную проблему, которая мне кажется самой интригующей в космологии, да и в физике она не на последнем месте.

Отопление мегаполиса Москва от ТЭЦ. Массовая застройка «спальных районов» - как успешная реализация коммунистической утопии «общества всеобщего равенства».

В предыдущей статье были рассмотрены вопросы  генерации и распределения электричества в большой стране.

https://habr.com/ru/articles/800317/

Теперь же рассмотрим вопрос теплоснабжения мегаполиса Москва в увязке с электрогенерацией на ТЭЦ.

Россия – это единственная страна в мире, где присутствует стабильное отопление в жилье, причём централизованное на весь город.

Центральное отопление в мегаполисе- это весьма яркое и важное достижение социализма в СССР, обеспечившее высокий стандарт качества  жизни широким слоям населения.

В тоже время  в капиталистических страна тепло в домах зимой  является предметом неслыханной роскоши. Так в Великобритании центрального  отопления в домах вообще практически нет.

Как устроена городская система теплоснабжения в мегаполисе Москва.

В качестве основного источника тепла на отопление и нагрев ГВС в Москве используются городские ТЭЦ и в дополнение к ним отдельные районные или индивидуальные котельные.(см.рис.1)

Большинство из нас хоть раз в жизни задавались вопросом: «Каково кратчайшее расстояние между двумя точками?». По умолчанию многие дадут тот же ответ, что и Архимед более 2 000 лет назад: прямая линия. Если вы возьмёте плоский лист бумаги и поставите на нём две точки в любом месте, вы сможете соединить эти две точки любой линией, кривой или геометрической траекторией, которую только можно себе представить. До тех пор пока бумага остаётся плоской и никак не изогнутой, прямая линия, соединяющая эти две точки, будет самым коротким путём между ними.

Именно так работают три измерения пространства в нашей Вселенной: в плоском пространстве кратчайшее расстояние между любыми двумя точками — это прямая линия. Это верно независимо от того, как вы вращаете, ориентируете или иным образом располагаете эти две точки. Но наша Вселенная состоит не только из трёх пространственных измерений – она содержит четыре измерения, пространство и время. Легко взглянуть на это и сказать: «О, ну три из них — пространство, а одно — время, вот мы и получаем пространство-время», — и это правда, но это не вся история. В конце концов, кратчайшее расстояние между двумя событиями в пространстве-времени уже не является прямой линией. И вот, что говорит об этом наука.

В мире видеоигр игровая физика играет важную роль, определяя реалистичность и взаимодействие игрового мира с игроком. Что же происходит под капотом? Какие алгоритмы и подходы используются в современных движках? И что же значит «застрять в текстурах»? (спойлер: чушь полнейшая)

В этой статье мы рассмотрим основные принципы и технологии, лежащие в основе работы физических движков, а также предоставим советы по ее оптимизации для улучшения производительности игрового движка.

Импульсный (пере-)магничиватель для неодимовых магнитов (из HDD). Много конденсаторов, толстый тиристор, пыщ-пыдыщ, всё как мы любим.

Кажется, наука приближается к разрешению парадокса, породившего множество интерпретаций квантовой механики и множество споров между их сторонниками. Реализованный в 2019 г. эксперимент «Друг друга Вигнера», в котором наблюдатели моделируются с помощью фотонов или кубитов квантового компьютера, убедительно показал, что квантовую механику нельзя применять для описания мира с точки зрения других наблюдателей. В результате теории, постулирующие коллапс волновой функции, перестают быть самосогласованными и выбывают из игры. В финальный раунд проходят только кьюбизм и многомировая интерпретация – две самые радикальные и диаметрально противоположные интерпретации, предлагающие очень похожие решения проблемы измерения. Одна из них требует отказаться от идеи объективной реальности, а вторая – признать собственную неуверенность в том, в какой вселенной вы находитесь. Я делаю ставку на второй вариант, а какое из этих двух зол выбираете вы?

Кто и как нам обеспечивает постоянное наличие 220 вольт в розетке и тепло в батареях зимой?

В википедии по запросу  «Энергетика Москвы» можно узнать следующую информацию:

«По состоянию на начало 2021 года, на территории Москвы эксплуатировалась 41 электростанция общей мощностью 10 865 МВт, в том числе три гидроэлектростанции, 32 тепловые электростанции (в том числе 16 энергоцентров, обеспечивающих энергоснабжение отдельных предприятий), три мусоросжигательных завода с попутной выработкой электроэнергии, две электростанции на биогазе и один пневмоэлектрогенераторный энергоблок. В 2019 году они произвели 52 559 млн кВт·ч электроэнергии[1][2][3]. Основное топливо: природный газ.

Общая тепловая мощность источников теплоснабжения, расположенных на территории Москвы, составляет 54 86 1 Гкал/ч.»

По информации из этой обзорной статьи мы имеем две цифры мощности: 10 865 МВт  электрической  и 54 86 1 Гкал/ч тепловой генерации , которые надо сравнить.

Нужно ещё сделать  пересчёт для разных единиц мощности МВт и 1 Гкал/ч, чтобы сравнивать в единой размерности.

 1 Гкал/ч - это мощность, равная  энергия для нагрева 1 миллиарда грамм воды на 1 градус за один час, что эквивалентно  мощности электрической энергии:

  Nэл  =1*4,19*10^9/3600 =1,164 МВт /( Гкал/ч)

Тогда тепловая мощность  при переводе на МВт будет равна:

54 861 Гкал/ч = 54 861*1,164=63 858МВт

То есть в г Москве мощности на отопление и  электроэнергию относятся как:

=63 858/10 865= 5,88

Получается почти 6-ти кратное отношение  максимальных мощностей  потребляемой в Москве электрической и тепловой энергии, причём с перевесом почти в 6 раз в пользу тепловой энергии.

В ноябре 2023 года я опубликовал в этом блоге статью «Информационный парадокс чёрных дыр теоретически разрешим на квантовом компьютере», которая получила сравнительно невысокую оценку +18, но собрала интереснейшую дискуссию (60 комментариев). Мне особенно понравился вклад уважаемого Михаила Рашковецкого @MishaRash, который вскоре подписался на мой блог.

Суть моей статьи заключалась в том, что мы не вполне понимаем, как может выглядеть вблизи горизонт событий чёрной дыры. На Хабре также публиковались статьи с рассуждениями о том, каковы механизмы образования хокинговского излучения (перевод @Shkaff автор оригинала — Сабина Хоссенфельдер) и не является ли чёрная дыра квантовым объектом (перевод @SLY_G автор оригинала — Пол Саттер). Тем интереснее, что трактовка чёрной дыры как сверхплотного остатка звезды, сколлапсировавшего под действием гравитации далеко не единственная. Ниже мы рассмотрим некоторые крайне экзотические гипотезы о природе чёрных дыр, и в особенности остановимся на свойствах гипотетических гравастаров — гравитационных вакуумных звёзд.

Специальная теория относительности - удивительная теория, которая опровергла многие представления о мире, в которых человечество не сомневалось всю историю своего существования.

Многие слышали про волшебства вроде замедления времени, сокращения длины, относительности одновременности, парадокса близнецов и т.д., но мало кто понимает почему так происходит. 

В этой статье я хочу наглядно показать, что все это проще, чем кажется на первый взгляд.

Для иллюстраций я написал интерактивный визуализатор СТО, работающий в браузере. Ссылка на него и исходники проекта в конце статьи.

Когда что-то падает в чёрную дыру, куда оно девается и выйдет ли когда-нибудь обратно? Согласно общей теории относительности Эйнштейна, ответы на эти вопросы просты: как только что-либо физическое — материя, антиматерия, излучение и т. д. — пересекает горизонт событий, оно исчезает. Оно может добавить чёрной дыре массу, электрический заряд и угловой момент, но не более того. Она стремительно движется к центральной сингулярности и в конце концов попадает в неё, и больше никогда не вырвется наружу.

Но наша Вселенная управляется не только ОТО, но и квантовой физикой. Согласно нашему лучшему пониманию квантовой реальности, необходимо учитывать гораздо больше. Во-первых, у исходных ингредиентов чёрной дыры существуют свои квантовые свойства: барионное число, лептонное число, цветовой заряд, спин, номер семейства лептонов, слабый изоспин и гиперзаряд и т. д.. Во-вторых, сама ткань пространства-времени, в которой находится чёрная дыра, является квантовой по своей природе. Благодаря этим квантовым свойствам чёрные дыры не остаются статичными, а скорее испаряются со временем, испуская при этом излучение Хокинга (и, возможно, даже что-то ещё).

Около ста лет назад, на рубеже 1923 и 1924 годов, Эдвин Хаббл открыл галактики. К началу XX века считалось, что размеры Вселенной примерно соответствуют размеру Млечного Пути, и диаметр её составляет около 300 000 световых лет. Существовала даже теория «островной Вселенной», которая вплоть до начала 1920-х оставалась мейнстримовой. На тот момент жёстко не разграничивались космические объекты, расположенные в пределах Млечного Пути и вне его. Хаббл первым стал разделять «галактические туманности», которые мы сегодня называем «просто туманностями» и «внегалактические туманности», которые сегодня называются «галактиками». Также Эдвин Хаббл открыл разбегание галактик, и скорость этого разбегания является основной величиной, описываемой законом Хаббла. Впоследствии удалось установить, что Млечный Путь — сам по себе галактика, одна из многих, причём, он относится к наиболее распространённому классу спиральных галактик. Одиночных галактик во Вселенной совсем немного. Напротив, большинство галактик входят в сверхскопления либо в небольшие кластеры. Наша галактика также находится в составе именно такого кластера, который называется «Местная группа».