Одна из любимых субатомных частиц всех, кто познает строение материи - это электрон. Каких только разговоров про него не было. И что он не существует, и что он не частица даже если существует, и прочее. Ещё не так давно обсуждалось, что электрон вовсе и не лептон, а потому тоже может делиться на субчастицы. В каждой такой "странной" версии есть доля реальной науки. Но особая мера квантового издевательства над сознанием простого человека скрыта в попытке описать размер электрона.

Минуточку...Мы же решали задачки в школе и там использовали табличные размеры для электрона. Что тут не так? Откуда они тогда взялись? В общем-то всё порядке. Кроме того, что значения эти не то, чтобы очень точные, и тут вспоминается шутка про Эддингтона. Он тоже выводил магическое число 137 странными способами. Но с электроном всё интереснее и "научнее". Давайте разбираться.

Все противоречия наблюдаются с того момента, где начинает особенно активно проявляться квантовая природа этой частицы. Электрон, который запоминается нам из общего курса физики как некоторый шарик, вращающийся вокруг ядра атома в модели Резерфорда, вдруг становится колебанием поля или формой энергии. И тут всё переворачивается с ног на голову. С этих пор он не совсем частица.

Размеры электрона — это одно из самых ярких и странных проявлений его удивительной природы. Начнём издалека.

Если есть частица, которая существует в «физическом» мире, то у неё есть и размер. Её можно измерить и даже потрогать. Но с электроном и тут всё очень интересно.

Помните добрый мультик про Панду Кунг Фу и "случайности, которые не случайны", как говаривал учитель-черепаха? Похоже он намекал на детерминизм.

Если разломить кусочек сахара, то выделяется еле заметный голубоватый свет. Сам факт такого свечения сахара при его механическом повреждении описывался ещё Френсисом Бэконом.

Самая интересная часть квантового компьютера это, пожалуй, кубит. Как с точки зрения материаловедения устроен кубит и что позволяет проявлять ему такие фантастические свойства?

Давайте вспомним самые основные моменты, которые тесно связаны с физикой работы кубита. Как это водится, стоит начать с полупроводников. Без этого не прочувствовать принципиальную разницу.

Материаловедение полупроводника

Привычные всем полупроводниковые устройства работают довольно просто. Это группа транзисторов, объединенных в сложную архитектуру и выдающих на выходе ожидаемое напряжение (ну или не выдающих).

Полупроводниковые транзисторы часто вполне уместно сравнивают с открытым или закрытым краном для подачи самой обычной воды. При этом кран - это вентиль, являющийся инструментом и позволяющий собирать простейшие управляемые логические цепочки.

Материаловедение полупроводникового транзистора простое. Полупроводник проводит электрический ток только при определенных физических условиях и занимает место между диэлектриками и проводниками. Одним из условий проводимости для полупроводника является легирование - искусственное увеличение количества свободных электронов или вакантных мест для них.

В научно-популярных статьях довольно распространена картинка, где пространство иллюстрируется посредством координатной сетки. Есть некоторый координатный куб, а внутри куба расположена «территория существования» всего мира или хотя бы…отдельной комнаты (масштаб для понимания проблемы никакого значения не играет).

Наверное многие читатели уже слышали про цеттелькастен. Рассказываю, как я применил методику случайно, когда работал в НИИ и даже не знал таких слов. При этом логика мне сильно помогла и хочется донести информацию о своём успешном опыте. Заметка про цеттелькастен в научной работе и повышение собственной эффективности.

Существует множество ситуаций, когда требуется сохранять высокую точность и имеющиеся размеры изделия даже с учётом нагрева. Сплавы, которые умеют работать без изменения линейных размеров при нагревании, называются инварами. Как физически можно объяснить такую аномалию?

Сейчас частенько можно услышать, что тот или иной материал с эффектом памяти формы научились использовать очередным перспективным образом. В большинстве случаев, про «память формы» многие вычитывают в описании какого-нибудь умного матраса или подушки для сна. Такой матрас принимает форму тела пользователя и потом тело поддерживается в удобном состоянии.

Но на самом деле эффект памяти куда более интересный, если рассматривать его с позиции материаловеда.

Чаще всего эффект демонстрируют на примере проволоки из сплавов титана с никелем. Это лишь самый простой вариант демонстрации и на практике память формы наблюдается у разных материалов, в том числе и полимерных. Но, традиционно для моих заметок, разбирать подобные эффекты на металлах проще всего.

Привет, Хабр!

Всегда при изучении статей про околосветовые скорости и теорию относительности меня интересовало главное - что именно происходит с материей, которая согласно имеющимся представлениям, уменьшается в размерах с ростом скорости движения.

Все источники твердят, что тело сжимается по направлению движения, вот только как тут можно говорить о физическом сжатии материи, если тело движется без ускорения и как может меняться структура этого объекта? С точки зрения классической физики и материаловедения это почти мистика.

Три агрегатных состояния вещества, которые мы изучали на физике в школе, мягко говоря не отражают реальное многообразие возможных состояний материи в природе. Мы уже обсуждали такие штуки, как плазма или аморфное состояние. Говорили про невероятный конденсат Бозе-Эйнштейна. Но на этом список не кончается!

Из обычной практики известно, что бывают сплавы или чистые металлы, которые плавятся при низких температурах, а бывают те, что плавятся при высоких или запредельных температурах. Например, ложка из галлия расплавится в стакане с теплой воды, а вольфрамовая нить в лампочке будет работать аж при 3500 градусов без особых проблем!

Из чистого металла хитрыми манипуляциями, которые материаловеды называют легированием, можно получить материал с более интересным и нужным в конкретном случае набором свойств.

Подобная ситуация и с тугоплавкостью.

Кстати, как вы думаете, есть ли различие между жаропрочностью, жаростойкостью и тугоплавкостью? :)

Как ни странно, это совершенно разные термины, хотя и похожие по звучанию.

Вероятно, вам приходилось слышать, что структура любого металла представлена зёрнами. Это не те зёрна, которые клюют куры и едят мыши. Но тогда какие?

Оказывается, далеко не все стальные детали можно закаливать. Существует стереотипное мнение, что раскали буквально любую железяку до красного каления, опусти её в воду и получишь гарантированное упрочнение. Но нет! Ответ кроется в правильном определении термина "закалка". Но, обо всём по порядку.

Несмотря на весьма специфические свойства, которые невольно ассоциируются с оконным стеклом, можно так модифицировать этот материал, что его "мама родная не узнает". После обработки он вполне подойдёт для изготовления сопел реактивных двигателей, подшипников, термостойких лопаток турбин и даже для прочных термостойких покрытий космической техники.

Представьте себе приятный солнечный день. Только-только наступило утро и вы с бутылкой для воды идёте на родник, купаясь в росе и радуясь прекрасному преломлению световых лучей в каплях. На роднике вы видите струйку чистейшей воды.

Вы размещаете бутылку таким образом, чтобы она могла наполняться водой и тут обнаруживаете, что вода не набирается, а вся вытекает через стенки насквозь! Ещё страшнее, что та вода, которая всё-таки осталась внутри, сама пытается выползать обратно, как живое существо.

Это больше похоже на сон с привкусом фильма Нечто. Но нет, это не кошмар. Просто вы пытаетесь набрать в бутылку сверхтекучий гелий, а для него не существует стенок. Как это работает с точки зрения физики и почему для некоторых жидкостей не существует стенок?

Никого не удивить тем, что при нагревании размеры физических тел увеличиваются, а при охлаждении - уменьшаются. Это прописная истина, которая откладывается в сознании, начиная с первых уроков физики.

Но не нужно стараться искать универсальные решения. Так происходит далеко не всегда. Есть материалы, которые обладают весьма странной особенностью. При охлаждении они увеличиваются в объеме и ломают тем самым уставившиеся стереотипы о свойствах всех материалов.

Самое интересное, что мы регулярно сталкиваемся с такой аномалией на практике. Только вот значения этим наблюдениям не придаем.

В процессе знакомства с квантовой физикой и при попытках дойти до самой сути строения вещества упираешься в непонимание. Ученые пока не могут утверждать из чего именно состоит материя. Да, гипотезы существуют, совершаются важные открытия и проводятся работы, но все это в итоге имеет множество противоречий.

Долгое время логика была простой - мы измельчим материю до такого состояния, что увидим её составные детали. Как моделька, собранная из Лего, состоит из единичных объектов, так и материал будет состоять, например, из атомов. Но процесс затянулся и субатомных частиц нашли великое множество. Где-то тут появилась версия, что на самом деле основой любой материи является информация.

Идея о том, что всё состоит из частиц, воспринимается современной физикой очень даже хорошо. Регулярно «зоопарк частиц» пополняется и вот уже даже элементарные частицы (которые по идее и не подлежат разделению) оказываются состоящими из ещё меньших «кирпичиков». У тех, кто видит в новостях, что постоянно обнаруживаются всё новые и новые частицы появляется справедливый вопрос: