Научно-популярное

Несколько последних постов позволили сформулироваться точке зрения, но чтобы она не выглядела «взятой с потолка», нужно сделать небольшой экскурс в историю. Пройтись во самым вехам, не сильно углубляясь в детали.

Итак, начнём с древнегреческой науки

Немного не в тему сообщества, именно поэтому разместил в хабы-оффтопики.
В последнее время часто вижу, как поднимают эту тему, в том числе и на самом хабре (подождите, не ищите эти статьи, я специально не даю на них ссылок, а то чего доброго изменят ваше мнение непосредственно перед голосованием!).
Мне хотелось бы верить, что здесь собрались люди достаточно образованные. Именно поэтому я пришел с этим опросом сюда, в надежде вернуть веру в человечество.

Промышленный дизайнер, делал дизайн от Citroen и Toyota до салона космического корабля (а также олимпийского факела), рассказывает о себе, о своём новом проекте принципиально нового транспорта (что-то между автомобилем и вертолётом).
Видео смотрится на одном дыхании.

Добрый день, Хабр!

Сегодняшний краткий обзор посвящен составам, позволяющим добиться в домашних условиях супергидрфобности обрабатываемых объектов.


Длительное время ходит много разговоров о потенциале нанотехнологий, в частности, о нанотрубках, графене, фуллеренах и их применениям, которые способны решить все наши проблемы. Словом, очередной технологический прорыв вот-вот на носу. Однако, идут года и особых доступных «революционных» подвижек не набюлюдается. В связи с чем я и решил провести небольшое исследование западного рынка на предмет распространения новых материлов, благодаря которым можно будет упростить себе жизнь. Но обо всем по порядку.

Задача была поставлена просто: отыскать средство для покрытия поверхности для достижения максимальной гидрофобности, т.е. максимального снижения смачиваемости обработанной среды водой(в моем случае, красящей жидкостью, на основе воды). Наиболее простым, и, с точки зрения производства, выгодным, являются порошкообразные эмульсионные системы и составы, при высыхании создающие и/или оставляющие поверхность мизерной шероховатости (за счет заполнения трещин и углублений в материале частицами нанометровых масштабов) и со свойствами низкой интенсивности молекулярного взаимодействия веществ поверхностоной (нанесеной) фазы и жидкой среды.
Таким образом, задача технически состоит в том, чтобы удельная свободная поверхностная энергия на границе раздела сред была чрезвычайно мала.

Нам всем известен почти единственный недостаток современных быстрых модулей оперативной памяти — энергозависимость, в свою очередь у долговременных накопителей оставляет желать лучшего скорость работы. Прототип памяти нового типа, описанный в Nature Communications, совмещает в себе как скорость, неизнашиваемость и низкое энергопотребление, так и энергонезависимость.

Память нового типа была построена на основе феррита висмута материаловедом Калифорнийского университета в Беркли Рамамуроти Рамешем и специалистом по материалам-оксидам в Наньянском технологическом университете в Сингапуре Юнлинь Ваном.

Обычные нули и единицы битов компьютерной памяти могут быть представлены ферритом висмута как одно из двух состояний поляризации. Переключение между ними возможно при приложении напряжения благодаря физическому явлению сегнетоэлектричества. Ферроэлектрическая ОЗУ на основе других материалов уже представлена на рынке, и её скорость работы высока. Но технология не получила широкого распространения потому, что электрический сигнал, используемый для чтения бита, сбрасывает его, поэтому данные приходится каждый раз перезаписывать заново. В перспективе это ведёт к ухудшению надёжности.

Рамеш и Ван нашли способ использования одного из свойств феррита висмута для чтения массивов памяти без разрушения информации. В 2009 году исследователи в Ратгерском университете продемонстрировали, что материал обладает фотоэллектрическими свойствами в области видимого спектра. Это означает, что при освещении материала создаётся электрическое напряжение, размер которого к тому же зависит от состояния поляризации. Это напряжение можно регистрировать, в то же время яркий свет не меняет состояние поляризации материала и не сбрасывает записанной на него информации.

Брюс Шнайер не нуждается в представлениях. На Хабрахабре можно найти много статей, касающихся деятельности этого «гуру криптографии». Под катом — текстовая расшифровка видеолекции Брюса Шнайера «The security mirage» («Иллюзия безопасности»).
Эта лекция доступна на YouTube, на Amara её можно посмотреть с субтитрами на 28-ми языках (включая русский). Что же заставило меня отнимать твоё время, хабрачитатель?

Вдогонку к посту о белках попробую рассказать о, казалось бы, такой несвязанной с биологией темой как сложные сети (complex networks).

В обсуждениях недавней темы я заметил несколько сообщений, от людей, которые думают, что «физики договорились» о существовании суперпозиции. Что это просто удобная математическая/физическая модель, не имеющая под собой реальных экспериментов, доказывающих нахождение квантов в суперпозиции. Что кванты, на самом деле находятся всегда в конкретных позициях, а проведение эксперимента, лишь обнаруживает эти позиции. Некоторое время это было спором и у физиков, пока в 1964 году Джон Стюарт Белл не сформулировал свою известную теорему Белла(неравенства Белла), которая в последствии была улучшена другими учеными и неоднократно проверена экспериментально. Для желающих ознакомиться непосредственно с его теоремой, я советую пропустить эту статью, и сразу перейти к прочтению книг, ссылки на которые даны ниже, и в комментариях. Для понимания ее основ не требуются глубокие познания физики и математики. Для тех же, кому даже статья в Википедии кажется сложной для понимания, я приведу довольно упрощенную аналогию.

Для простоты, скажем, у кванта есть некоторые 3 характеристики: A, B и C, которые могут принимать значения 1 или 0. Возьмем два запутанных кванта, таких, что:
1) Если при измерении у первого кванта одной из характеристик мы получаем 1, то у другого кванта, эта же характеристика при измерении будет равна 0.
2) Если мы выбираем для сравнения характеристику случайным образом, то в половине случаев мы получаем одинаковые значения, а в половине — разные. (!)

Сперва кажется что выполнить эти два условия очень легко, написав простенькую программу мы можем смоделировать эту ситуацию. НО! Давайте просто проверим это статистически, программно, кто как хочет и может, пусть проведет свое собственное исследование: Поставит такой эксперимент: Создаст N заранее определенных пар троек значений: (1,0,1)-(0,1,0); (1,1,0)-(0,0,1)… итп, далее построит модель, которая будет удовлетворять обоим вышеуказанным пунктам.

Окажется, что это не только непросто сделать, но и в принципе невозможно. Если мы с такими исходными данными будем измерять одинаковые параметры, мы будем получать противоположные значения. Что понятно и согласуется с пунктом 1. Но вот если, мы будем измерять случайные параметры, то противоположные значения у нас будут появляться в более чем 50% случаев. Что противоречит пункту 2.

Доброго времени суток.

Я заметил интерес публики к вопросу о квантовой телепортации в частности и к квантовой механике в общем. Этот пост является в меру упрощенным объяснением основ квантовой механики и телепортации с точки зрения квантовой информации. То есть рассказов о том, как телепортировать луч света в домашних условиях используя синюю изоленту и DVD-привод не будет.
Всех, кто разбирается к квантовых протоколах связи — прошу в комментарии для обсуждения проблем и их решений.

Основы квантовой механики

Для начала давайте введем основные понятия:

Космический Джо разрезал пространство, легко преодолевая парсек за парсеком. Он перемещался с такой скоростью, что звезды вытягивались в нити, нити сворачивались в клубки, а клубки отстояли от проносящегося мимо Джо на таком расстоянии, что на фоне вечности казались одинокими точками.

Внезапно рецепторы сигнализировали о наличии объекта. Голубая планета, подернутая облачностью непривычно белого цвета, обещала пентабиты ценной информации. Организм автоматически сконцентрировался и принял полиморфную структуру, какую всегда принимал перед экстренным торможением.

Космический Джо без усилий пробил слабенькую планетарную атмосферу и некоторое время парил над поверхностью, выбирая лучшее место для посадки, затем спикировал. Облака расступились, поверхность планеты качнулась вбок и приблизилась. Еще мгновение, и Джо завис над поверхностью в поисках информационного донора.

В продолжение, поднятой TimeCoder'ом темы о путешествии во времени, хочу предложить к обсуждению еще одну модель. TimeCoder в своей статье упомянул про световой конус в разрезе слияния реальностей. Однако давайте рассмотрим на этом же примере сам пространственно-временной скачок.

В простейшем случае можно рассмотреть наше пространство время, как четырехмерный массив, в котором каждой группе пространственных координат соответствует временнАя координата. Можно рассмотреть модель иначе, как одномереный массив пространств. Т.е. в каждой ячейке массива существует копия пространства. Мы воспринимаем мир линейно, как бы читая этот одномерный массив слева-направо в течение жизни. Такая модель исключает всякое ветвление, возможно лишь допущение, что таких массивов существует некоторое множество и они между собой никак не связаны. Нам этот случай не интересен, он практически не оставляет нам ни возможности выбора ни возможности пофилосовствовать. Наш мир в такой реальности подобен кинопленке, где все события предопределены. Поэтому пойдем в своих допущениях дальше и предположим, что наш временной массив двухмерный (или даже трехмерный).

Можно было бы рассматривать просто пятимерный массив, но рассуждая сугубо о времени, хочется более жестко отделить его от нашего восприятия пространства, поэтому пусть три пространственных координаты будут просто абстрактной точкой во временнОм массиве. Эта ситуация подобна, уже разобраной TimeCoder'ом, с той разницей что у нас не создается вселенных, а они существуют все вместе и параллельно, и чем дальше они от некоторого рассматриваемого нами кусочка — тем более масшабны изменения между ними. Скажем две соседних вселенных не будут отличаться для простого обывателя ничем: в песочнице во дворе окажется на одну песчинку больше, ромашка в саду вырастет не стем числом лепестков и т.п. Однако чем дальше мы будем отклонятся по оси вселенных, тем существеннее будут изменения.

Одна из лучших теорий антивещества — это то же самое вещество, но с противоположным вектором движения во времени. Когда античастица и частица встречаются и аннигилируют — это не исчезновение частицы. Это поворот. Подобное обстоятельство позволит нам провести весьма занимательный мысленный эксперимент.

А теперь расскажу-ка я вам сказку.

В одной лаборатории на окраине Женевы, во время эксперимента по синтезу антиматерии, ученые случайно создали кота и антикота.

Вдохновленный этой статьей, решил поделиться с вами способом быстрого возведения в квадрат. Возведение в квадрат более редкая операция, нежели умножение чисел, но под нее существуют довольно интересные правила.


*квадраты до сотни

Для того, чтобы бездумно не возводить в квадрат по формуле все числа, нужно максимально упростить себе задачу следующими правилами.

Ну, мы продолжаем. Перейдём уже ближе к тому, чем внешне вполне завлекательна гидродинамика, и постараемся добавить как можно больше красивых и условно красивых картинок.

В тексте будет написано ещё немножечко теории на примере задачи об устойчивости течения в плоском канале. Таких задач в реальности великое множество — в слоях и в ограниченных полостях разной формы, в слоях вертикальных, горизонтальных и наклонных, в обычной жидкости и пористой среде, в проводящей жидкости под влиянием магнитного поля и в растворе какой-нибудь соли под действием температуры, в полости под влиянием как угодно направленной вибрации, на границе раздела двух жидкостей… В общем, одно только перечисление всех подуровней гидродинамики может отнять пару часов, и то всё вспомнить вряд ли удастся. А также будет показано несколько примеров чисто гидродинамической неустойчивости течений, без влияния дополнительных факторов (изображения около 700 кбайт).

Предыдущие же посты были написаны, чтобы обеспечить математический и смысловой фундамент формул в дальнейших постах.

Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?
Кратко о гидродинамике: уравнения движения
Кратко о гидродинамике: сохранение энергии

В очередной раз извиняюсь за медленное написание постов в запланированной серии. В этот раз причина промедления объективна, в виде конференции в Вене, хотя и имеет значимую субъективную составляющую в виде собственного там участия и некоторых бюрократических моментов подготовки и оплаты.

Данный пост рассматривает законы сохранения энергии в идеальной и вязкой жидкости. Они заведомо необходимы для полноты описания движения, однако, в изотермическом случае теплообмена как такового нет, и потому для описания достаточно использовать уравнение Навье-Стокса и уравнение неразрывности. Надеюсь, этот пост будет последним из достаточно абстрактных постов, описывающих общую теорию и не практически привязанных к конкретным постановкам задач.

Предыдущие посты:
Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?
Кратко о гидродинамике: уравнения движения

С днём космонавтики! Прочитав пост «Под эгидой NASA строят термоядерный космический двигатель», я решил найти более подробную информацию о данном проекте. Далее я хочу рассказать о том, что же представляет из себя этот двигатель, и как он работает.

_{На фотографии: монодисперсная система оловянных частиц под электронным микроскопом.}

Группа ученых под руководством Максима Коваленко из лаборатории неорганической химии в Швейцарской высшей технической школе Цюриха и Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий смогли получить новый тип наноматериала, помогающий сохранить в литиевом аккумуляторе значительно больше энергии.

Наноматериал состоит из крошечных фрагментов олова, которые закрепляются на аноде аккумулятора, его отрицательном полюсе. Принцип действия достаточно прост: при заряде батареи ионы лития поглощаются электродом, а во время работы и её разрядки они выпускаются обратно. Как объясняет сам Коваленко, чем больше ионов поглощается в процессе такого «дыхания», тем больше энергии может быть сохранено в аккумуляторе.

Выбор элемента для построения наноматериала был продиктован тем, что каждый атом олова может поглощать до четырёх ионов атомов лития. Здесь, однако, возникает проблема физического размера: кристалл олова увеличивается в размерах до трёх раз при поглощении ионов и уменьшается при их отдаче.

Посвящается всем, кто любил, помогал,
верил, поддерживал, несмотря ни на что,
и с кем я не мог быть рядом …

Всё хорошее когда-нибудь заканчивается. Мне безмерно жаль, что данный пост будет заключительным в серии увлекательного – по крайней мере, я надеюсь на это – путешествия в микро- и иногда даже наномир, о котором 50 лет назад без преувеличения великий физик Фейнман сказал: “There is plenty of room at the bottom”. Действительно внизу гораздо больше места, чем мы могли бы себе представить. Там, внизу, живут бактерии, размножаются растения и животные, работают наши повседневные приборы от кофеварки до Ватсона (Watson, IBM), там протекает невообразимое множество процессов, которые зачастую не дано понять и осмыслить человеку, но которые определяют наш мир.

Многое, конечно, осталось за пределами нашего рассмотрения в данной серии публикаций, однако даже того материала, который был представлен и будет сегодня пожалован на суд общественности с лихвой хватит для того, чтобы даже самого скептически настроенного обывателя заставить оглянуться вокруг и узреть многогранность мира. Не вдаваясь глубоко в философию Канта, моя максима такова: я желал бы видеть большую часть русскоговорящего населения, способного прочитать данный пост (будь то украинцы, россияне, прибалты или кто-либо ещё), заинтересованной и увлечённой – в моём случае, наукой и исследованиями – и, думаю, что немного преуспел на этом поприще.

В XIX веке Чарльз Бэббидж, разрабатывая проект своей вычислительной машины, опирался на механические элементы. ЭНИАК, первая современная универсальная ЭВМ, созданная в середине 40-ых, базировалась на особенностях работы вакуумных ламп. Сегодня компьютеры используют транзисторы на основе полупроводниковых элементов для проведения логических операций.

Команда биоинженеров Стэнфордском университете в свою очередь создала логический элемент из генетического материала, который получил название биологический транзистор или транскриптор. Об этом они сообщили в журнале Science 28 марта этого года.

В публикации исследователи описали универсальную систему генетических транзисторов внутри функционирующей клетки, которая может включаться или отключаться при определенных условиях. Авторы исследования высказывают надежду, что со временем такие группы транзисторов могут стать микроскопическими живыми компьютерами.

Компьютеры такого рода могут выполнять разнообразные задачи: определять наличие какого-либо токсина, считать количество делений раковой клетки или предоставлять детальную и точную информацию о действии препарата на какой-либо вид клеток. К примеру, чтобы избежать неконтролируемого деления раковых клеток, можно запрограммировать компьютер внутри клетки на смерть при достижении определенного порога количества делений.

Как же здорово иногда почитать качественные книги, в которых на популярном языке рассказывается о сложных научных теориях. Конечно, после таких книг нельзя говорить, что ты разбираешься в этих теориях, но получить хотя бы общее представление о них полезно. Одной из таких замечательных книг является «Битва при черной дыре» физика-теоретика Леонарда Сасскинда. Второе название книги «Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики».

Стержень книги — это научный спор автора и его сторонников со Стивеном Хогингом (и его сторонников) по вопросу о том, пропадает ли информация, попавшая в черную дыру бесследно, или все-таки каким-то образом ее можно оттуда извлечь (теоретически). Хокинг считал, что информация пропадает, но это значит, что в этом случае должен переставать работать один из основных принципов квантовой механики, что обеспокоило Сасскинда и его друга, лауреата Нобелевской премии Герарда ’т Хоофта (интересно, что означает такой апостроф в начале фамилии?) Сасскинд пытался доказать, что информацию можно извлечь (опять же, теоретически), собрав частицы, которые образуются при испарения черной дыры. Самое интересное, что это самое испарение черных дыр предсказал и обосновал все тот же Хокинг в далеком 1974 году, и сейчас это излучение носит его имя.

Сасскинд рассказывает, как в течение долгих лет (начиная с 1983 года и до двухтысячных годов) появлялись различные теории, которые между собой взаимодействовали, и которые в результате помогли ответить на поставленный вопрос, разумеется, в пользу автора книги. Самое замечательное во всей этой истории то, что этот спор был чисто научный, не перерос полемику и не сказался на отношениях между двумя сторонами.