Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Dexter's Lab

о коронах

А вот вам немного о коронах, но других.

Химия, как известно, работает в основном с молекулами. Ещё с атомами (как частный случай молекулы), ионами (заряженными молекулами), радикалами (молекулами со свободной связью)... с молекулами, в общем :-) А работает ли химия с элементарными частицами - чтобы взаимодействовать с ними именно химически, а не физически, как при каком-нибудь "облучении потоком частиц"? Казалось бы вряд ли - элементарной частице химическую связь образовывать нечем, для этого минимум атом нужен, чтобы с этими был, как их... с орбиталями.

Но если чуть-чуть подумать, то станет ясно, что таки работает. Любая кислота в растворе отдаёт катион (положительно заряженный ион) водорода. Ион водорода - водород, у которого отняли электрон. Поскольку водород - это протон с оболочкой из электрона, то ион водорода без электрона - это тупо протон, то есть элементарная частица. И когда вы капаете уксус в маринад - знайте, там, в растворе, плавают свободные протоны (ну, почти свободные - облепленные полярными молекулами воды, но без химической связи, чисто "на прилипании" (электростатическом)).

Но это ещё не всё. Оказывается, есть группа ионных соединений, в которых роль аниона ("кислотного остатка") играет тупо электрон! Они так и называются - "электриды". Регулярный (но не единственный) способ получения - щелочной металл растворяется в аммиаке, сильно полярный аммиак при этом отрывает у металла электрон, получается раствор типа Me+/e-. Затем в раствор добавляют краун-эфир ("краун" - это как раз "корона", а краун-эфир - крупная циклическая ("колечком", а точнее действительно "короной" - то есть колечком с зигзагами) молекула, способная "захватывать" без химической связи внутрь своего кольца другую - мелкую - молекулу). Краун-эфир захватывает ион металла, после чего аммиак аккуратно выпаривают, ион металла остаётся внутри молекулы краун-эфира, электрон к нему внутрь кольца подлезть не может, и получается кристалл, состоящий из Me+ внутри колец краун-эфира, и свободных электронов, при этом краун-эфир с самим Me+/e- химически не связан, это просто "матрица", удерживающая ионы металла.

Но и это ещё не всё!
Если сделать электрид, например, натрия (Na+/e-), и правильным образом добавить к нему собственно натрий (проще всего - взяв при изготовлении электрида вдвое меньше краун-эфира), свободный электрон прицепится к натрию, получится ион Na-, и вместе с ионом Na+ получится ионное соединение (Na+/Na-), то есть НАТРИД НАТРИЯ, при этом в отличие от какого-нибудь H2, N2 или там I2, которые электрически симметричны и атомы в них заряжены одинаково, молекулы натрия в натриде натрия заряжены по разному - одна "катион", другая - "кислотный остаток" (ну, условно кислотный конечно, соединение-то само по себе шизофреническое).

Вот теперь у меня всё.
И корона на что-нибудь да полезна, да!
Haruhi-kun

квантовая механика

Беседуем на работе за физику.
- ...эффект Брауна-Твисса. Ну то есть там ещё третий мужик был, но я фамилию всё время забываю, что-то вроде Хэмбери
- Hamberry? Типа "ягода ветчини́ка"?? Давай уточним про этого мужика поподробнее!

Мужик на поверку оказался Hanbury - "урой Хана", ничего интересного. Зато Хэнбери Браун оказался Славой КПСС - то есть это не три мужика: Хэнбери, Браун и Твисс, а два - один Хэнбери Браун, а второй Твисс. Почему такое неравноправие я так и не понял: был бы там дефис, было бы понятно что сложная фамилия (Щекочихин-Крестовоздвиженский, Мамин-Сибиряк), но тут-то дефиса нет.

Всё-таки много есть в квантовой механике загадочного.
петросян

уникальный образец

Собираем установку.
- а почему у тебя к шасси рядом прикручены две клеммы, но на одной написано ХЗ, а на другой - Х8? И почему к одной подходит провод цвета земли (полосатый жёлто-зеленый, им традиционно подводится заземление) а к другой - цвета неба (синий)?
- ты не понимаешь! Именно в этой точке происходит смычка земли и... эээ... синего.
- смычка Земли и Неба? То есть это горизонт?
- да!

Пишем заявки-отчёты.
- надо однажды вместо "источник одиночных фотонов" написать "одиночный источник фотонов". При чтении мало кто заметит разницу, но если "источник одиночных фотонов" - отдельная тема, может и не получиться, то для "одиночного источника фотонов" всегда можно взять светодиод, сказать что он у нас один, а значит одиночный, ну а раз он светится - то он источник фотонов, и формально условию соответствует. "Уникальный образец, у нас их два" (интересно, откуда взялась фраза? мне ни вспомнить, ни найти не удалось).
серая инкогнита - бамц!

GI20

Есть у нас система измерения плоскостности Logitech GI20 (интерферометр), управляется с обычного компа, программой IntelliWave (считаю что страна должна знать точные имена героев). Используем редко, поэтому заметили только сейчас.

А теперь, программисты - вдохнули:
Если в программе IntelliWave зайти в настройки, ничего не менять, "только посмотреть", и выйти, измеряемые программой значения увеличиваются примерно в 60 (шестьдесят) раз. В том числе при обработке уже отснятых интерферограмм. К счастью, если выйти-войти из самой программы, всё восстанавливается. Эффект хорошо воспроизводим, проверяли не один раз. И это - "высокоточный измерительный прибор".
Программисты - выдохнули!

Если опустить мат, то хочется сказать, что. Похоже что британские учёные (а логитек - британская фирма. И нет, это не тот же логитек, который клавы с мышами, хотя клава и мышь в комплекте именно логитековские) вместо классического компьютера поставили квантовый, и мы имеем "эффект наблюдателя" - когда сам факт наблюдения за системой изменяет состояние системы (и она начинает глючить). И что такое поведение британского измерительного оборудования многое объясняет в словосочетании "британские учёные": имея в распоряжении такие приборы, можно много чего намерить!

В общем, хорошо что заметили: в настройки иногда приходится лазить по делу (калибровать масштаб "в плоскости" при изменении "зума" - программа сама это не умеет), а то мы тут много чего понамерили бы, британские учёные обзавидуются. Но как они добились такого эффекта - я в упор не понимаю.

И это только самый, скажем так, выдающийся глюк программы. Ещё, например, настройка длины волны используемого лазера присутствует в двух местах, в одном месте работает "наоборот" (увеличение уменьшает результат измерений, хотя должно быть наоборот), а в другом не оказывает видимого эффекта, но при изменении выводится предупреждение "вы изменили здесь, я это скопирую ещё и в другое место", при этом в другое место копируется... не знаю что, систему мы не уловили, но точно не текущее значение длины волны. Ну или в брошюре написано что на одну полосу интерференции приходится 2 мкм высоты (в некоторых местах - 2мм, но это явная опечатка), а по нашим измерениям - всего 1.3-1.4мкм.
Kimura2

Люк, я твой научрук

Прочитал тут забавную задачку по теории вероятностей (мат. статистике) - https://sporaw.livejournal.com/667823.html. Задачку приведу сразу "со спойлерами" (с правильным ответом и его интерпретацией), потому что удивила меня не столько сама задачка, сколько один из выводов из неё.

Собственно, задачка. Пусть мы играем в орлянку (с "банком", то есть с бесконечным резервуаром денег), монета честная (вероятности орла-решки - по 1/2 каждая). Начальная ставка - $100, в случае орла текущая ставка увеличивается на 50% (т.е. умножается на 1.5), в случае решки - уменьшается на 40% (т.е. умножается на 0.6). Легко подсчитать, что мат. ожидание выигрыша в одной игре - (1.5+0.6)/2 = 1.05, то есть в среднем за один бросок ставка увеличивается на 5%.

Теперь рассмотрим "длинную" игру: начальная ставка всё те же $100, но бросок повторяется много (тысячу, десять тысяч) раз, каждый раз в игре участвует вся текущая ставка (нельзя "отложить" часть денег в сторону и играть только частью), нельзя закончить игру досрочно или продолжить игру после окончания. Для математической простоты будем считать что ставка может дробиться бесконечно - до наноцентов и ниже, и "в ноль" проиграться нельзя (но оказаться совсем к нему близко - можно). Вопрос классический: стоит ли в такую игру играть?

Казалось бы, а чего тут думать-то - на каждом броске мат.ожидание выигрыша больше единицы (1.05), на N бросках это будет 1.05^N, значит игра выигрышная, причем круто выигрышная - на 1000 бросках это 1.05^1000 ~= 1.55e21, а на 10000 бросках - вообще 7.8e211, столько денег во всю вселенную не влезет, разве что безналом. Надо играть!

Или нет? 1.05 мы ведь подсчитали по множеству независимых бросков, там среднее арифметическое, а при последовательных бросках новая ставка зависит от исхода предыдущего броска, и результаты всех бросков перемножаются. Скажем, если у нас подряд выпал орёл и решка, мы получили 1.5*0.6 = 0.9, а вовсе не 1.05! А поскольку наиболее вероятно выпадение последовательности, в которой орлов и решек поровну, то вместо 1.05^N мы - с наибольшей вероятностью - получим проигрыш вида 0.9^(N/2) - тоже кстати довольно крутой, на 1000 бросков это 1.3e-23.

Или вот прикинем, можем ли мы свести игру "в единицу" (остаться примерно при своих), и с какой вероятностью. Для этого орлы (1.5) должны попадаться чаще чем решки (0.6), причём заметно чаще, процентов на десять (ну, примерно), если же мы хотим выиграть - орлы должны попадаться ещё чаще. А поскольку частотное распределение орлов-решек в серии бросков тем более узкое (в процентах), чем больше бросков сделано, и пик приходится на одинаковое количество орлов и решек, то вероятность хотя бы свести игру "в единицу" стремительно падает с ростом числа бросков, не говоря уже о вероятности выиграть.

Так это что же получается, нельзя играть, куда ни кинь сплошной проигрыш? Как проверить-то?!
По хорошему надо честно подсчитать мат.ожидание выигрыша для всей последовательности из N бросков, усреднив интересующее нас произведение для всех возможных 2^N исходов. Проблема в том, что для большого N количество исходов становится совсем запредельным (2^1000 ~= 1e301), и как такое считать. Ну да, ну да - для этого случая есть общая формула (о ней чуть позже), но я же не математик, я с её выводом сходу не справился, и решил проверить экспериментально (физик же, и как раз экспериментатор). Проверить ессно не с физической монетой, а на компе - написать простенькую программку, генерирующую случайные числа, и запустить несколько раз - посмотреть что получится. Написал, запустил - конечная сумма быстро улетела почти к нулю. Запустил ещё с десяток раз, ессно с другой "затравкой" последовательности (а то мало ли, случайности штука такая) - получил то же самое. Разумеется, исходы каждого моделирования игры отличались на порядки - но какая разница, если для любого практического применения они неотличимы от нуля: 1e-200 и 1e-250 это один фиг "полный проигрыш", хотя формально они отличаются на 50 порядков.

Так значит получается что "длинная" игра всё таки проигрышная - ведь и 1.05*0.6 у нас оказывается меньше единицы, и компьютерное моделирование показывает, что, грубо говоря, из 100 игр 100 закончились проигрышем? А применять 1.05^N нельзя потому что "система неэргодична" - среднее по ансамблю не равно среднему по времени?

Нет!
Если все-таки найти общую формулу мат.ожидания для N бросков, и честно подсчитать средний выигрыш, мы действительно получим 1.05^N, как и предполагали изначально, то есть игра сильно выигрышная (в среднем).
И таки да, если подсчитать вероятность выигрыша, то при больших N она стремительно уменьшается, то есть в этой игре мы почти гарантированно проигрываем.
Одно увязывается с другим довольно просто. Средний выигрыш у нас большой - для 1000 бросков, как я уже считал выше, это 1.55e21. При этом максимальный выигрыш, если будут выпадать только орлы - ОХЕРЕННО большой, для 1000 бросков это 1.5^1000 = 1.23e176, ну и есть какое-то количество других выигрышей, поменьше, но всё равно охеренно больших. Поскольку проигрыши у нас не могут быть больше $100 (у игрока больше нет), получается что чтобы среднее сошлось, вероятность выигрыша стремительно падает с N (а вероятность проигрыша соответственно растёт, собственно чуть выше я про это писал), при этом так же стремительно растёт максимальный выигрыш. И игра быстро превращается в "лотерею с СУПЕРПРИЗОМ", в которой обычно проигрывают все - но с крайне низкой вероятностью кто-то может получить запредельно большой выигрыш, тем самым обеспечив то самое "среднее", равное 1.05^N. "Стоит ли играть" тут вопрос уже психологический, а не математический - вообще наверное нет, вероятность выигрыша исчезающе мала - но если стартовая ставка небольшая, и вам хочется "попытать счастья", то почему бы и нет, вдруг станете самым богатым человеком во вселенной (нет). Хотя формально игра выигрышная, да.

Но я собственно не про это.

Я про то, что например мы, физики, изучаем системы в том числе ставя эксперименты и делая измерения (если рассчитать не получается или в расчёте выходит какая-то странная фигня).
При этом если мы измерили один раз, то "мы знаем значение". Если измерили три раза и все три раза сошлись - "мы измерили, и у нас всё сходится, можно писать статью". Если измерили десять раз - "мы измерили и сделали статистику, теперь мы знаем погрешность". Сто раз - "нам было нужно ОЧЕНЬ ТОЧНО", тысячу раз... даже не знаю, тысяча повторов одного эксперимента штука на самом деле не такая уж и редкая (если эксперимент повторяется автоматикой и делается быстро), но всё-таки несколько нетипичная - обычно достаточно трёх повторений, при сомнениях - десяток, ну куда больше-то. При этом по мере усреднения последовательных измерений мы обычно приближаемся к истинному значению - есть даже оценки вероятной погрешности исходя из числа проделанных измерений.
В этой же задаче мы видим, что одно "измерение" с вероятностью близкой к единице даст нам полный проигрыш. И два "измерения" дадут нам прогрыш. И десять измерений дадут нам проигрыш. И даже сто измерений дадут нам полный проигрыш, потому что вероятность проигрыша на много порядков выше вероятности выигрыша, даже небольшого. А повторять измерение больше ста раз, при том что все сто раз мы получили практически один и тот же результат - полный проигрыш - зачем?? И так ведь ясно уже.

А вот это вот - эксперимент, усреднение, оценка погрешности, оценка "сколько достаточно экспериментов" - между прочим фундаментальные основы существующей методики познания. И в этих фундаментальных основах, на простой до тривиальности задаче, возникают такие вот спецэффекты: 100 измерений подряд дают "около нуля", истинное же среднее значение - "очень большое", и не зная внутренности системы фиг этот эффект экспериментально поймаешь.

И как в таких условиях двигать науку? И куда? "Вбок - потому что вперед не получается, а назад научрук не даёт"? (с)

Видимо так.
Haruhi-kun

на кроманьонском

К хорошему быстро привыкаешь. Заходил тут на почту, привычно ткнулся в электронную очередь... а она сломана, и очередь снова живая.
И сразу полное ощущение, что ты провалился на много веков назад, и сейчас, поправив набедренную повязку из кожи чебурашки, на ломаном кроманьонском спрашиваешь "кто последний".
Отпускает, когда получая посылку обнаруживаешь, что при "упрощённом получении" вместо смс с кодом приходит уведомление в приложение "почта россии", которое я на днях поставил в телефон, но так и не собрался хоть как-то использовать. Всё-таки нет ничего постоянней постоянных изменений - в ту сторону, которую разработчики считают лучшей
Dexter's Lab 2

КК(Г)

А я тут подумал про квантовый компьютинг.

Квантовые явления - штука мелкая, в чистом виде обычно наблюдаются на масштабах атомов, если не элементарных частиц. Поэтому ясно, что первым делом КК хочется собрать из чего-то размером в несколько атомов - из центров окраски в кристаллах, "квантовых точек", чего-то подобного. Но мы с такой мелочью толком работать не умеем - только в лабораториях, с кубометром высоконаучного оборудования вокруг каждого кубита, плюс экспоненциально растущий геморрой по созданию и поддержанию взаимной когерентности, плюс кубитов нам нужен не один десяток... в общем, "не взлетит".

Но есть крупномасштабные квантовые эффекты, которые можно не то что увидеть в микроскоп - даже потрогать руками (в рукавицах), или потыкать пинцетом. Это, например, сверхпроводимость. Ну, и мелкого размера сверхпроводник сделать ессно можно - а с микронными "детальками" у нас электроника работать умеет просто отлично. И работы, где в качестве кубитов используются например Джозефсоновские переходы (на квантовании магнитного поля в колечке из сверхпроводника), выглядят куда перспективнее - нафигачил тысячу сверхпроводящих колечек размером с десяток микрон каждый, залил жидким гелием, переплёл их проводами, и управляй всей системой обычным электричеством. А хочешь - нафигачил миллион колечек, при микронном размере это всё равно порядка сантиметра, всё вполне реалистично.

И тут я и вспомнил, что кроме сверхпроводимости у нас есть как минимум ещё один макроскопический квантовый эффект, по макроскопичности даже покруче сверхпроводимости. Это сверхтекучесть! Может кто-то ещё помнит, когда-то давно была такая тема - проявляется тоже при экстремально низких температурах, в жидком гелии, эффект чисто квантовый, трение при этом не просто мало, а вообще отсутствует (до тех пор пока система сохраняет "квантовость"), куча приколов типа сверхбыстрого вытекания через тонкие капилляры или "перетекания через стенку" за счёт поверхностного натяжения. Эффект тогда активно хотели изучить и поставить на службу народному хозяйству, чуть ли не поезда пускать по рельсам без трения, потом поняли что всё не так просто, и успокоились. Но эффект остался - при температуре ниже "лямбда-точки" (2,172 К) жидкий гелий начинает течь без трения вообще.

А ещё у нас был гидравлический компьютер - "гидроинтегратор Лукьянова". Который первым в мире справился с решением дифференциальных уравнений в частных производных, и был создан в СССР в 1936 году (похожая буржуйская булькалка MONIAC появилась только в 1949, и та пошла на биржу, а не в народное хозяйство). Причём это была не лабораторная разработка, эта штука пошла в серию, и на таких дивайсах всерьёз рассчитывали серьёзные проекты - Каракумский канал, первая в мире ГЭС из сборного железобетона, она использовалась в геологии, металлургии, и даже ракетостроении. Там даже, как видно на рисунке, было что-то типа дисплея! Потом наконец придумали транзисторы, и успокоились.

И я вот и думаю. А нельзя ли скрестить? Ну, собрать гидравлический компьютер - мелкий конечно, с трубочками в десятки микрон, технология позволяет - залить его жидким гелием, охладить до двух кельвина, и получить КВАНТОВЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СУПЕРКОМПЬЮТЕР! И майнить на нём биткойны - в отличие от обычных ферм, потребляющих мегаватты электричества и греющие воздух, эта штука будет потреблять жидкий гелий и воздух охлаждать. Можно, кстати, скрестить с обычной фермой - пусть греют-охлаждают друг друга. Надо только найти хорошего теоретика, чтобы он рассчитал как должен быть устроен гидравлический КК, чтобы биткойнов побольше получалось, и можно начинать.

А ещё мне тут подсказывают, что есть ещё один макроскопический квантовый эффект - это лазер, и почему бы не сделать КК на нём. Но я считаю, что компьютер на лазере - настолько банальная идея, что если бы это было можно, её бы давно реализовали. Гидравлика - наше всё! И пневматика, но это уже другая тема...
Haruhi-kun

астролябия

в аду для перфекционистов
ни серы нету ни огня
а лишь слегка несимметрично
стоят щербатые котлы


(на фото - очередная научная "астролябия" ("сама меряет") из нашей лабы)

Dexter's Lab

не фукусима

Тут в комментах в ЖЖ напомнили про "аварию на ядерном объекте Токаймура". Там одним из этапов очистки урана, урансодержащая смесь помещалась в специальный отстойник (высокий и тонкий, определенного объёма, исключающий возможность цепной реакции). Но в процессе работы процедуру постепенно "оптимизировали" - смесь стали замешивать в 10-литровых вёдрах, и выливать в большую - широкую и объёмную - бочку. Поскольку в смеси было много воды, являющейся замедлителем нейтронов, критическую массу набирать было необязательно - цепную реакцию можно запустить при намного меньшей массе. Что и произошло: когда японец влил в бочку очередное ведро смеси - всего-то с десятикратным превышением разрешенного инструкцией количества - процесс пошёл, причём пошёл ну очень быстро - радость цепной реакции в том, что если в докритическом состоянии смесь "ну так, фонит", то при переходе в закритическое - всё разгоняется по экспоненте за секунды, пока сообразишь что происходит - в саван можно уже не заворачиваться, не успеешь. К счастью, вода после запуска цепной реакции начала кипеть и _булькать_, образованием пузырей снижая реактивность, а где-то через день наконец-то догадались слить воду из охлаждающей рубашки (работавшую как отражатель нейтронов), что вернуло смесь в докритическое состояние, так что обошлось без взрывов и массовых выбросов. Но - три трупа (не сразу, после лучевой болезни), и 667 легко пострадавших.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Авария_на_ядерном_объекте_Токаймура


Но мне другое вспомнилось. Карлсбад (который в США, не в Германии), 2014 год (не так уж давно в новостях было), утечка в хранилище ядерных отходов (в новостях часто пишут про "пожар", но пожар хотя и действительно был за несколько дней до обнаружения утечки, с утечкой непосредственно не связан). Начинают разбираться что к чему. Выясняют.
ЯО (от обогащения/переработки, там в отличие от отработанного топлива с АЭС, много жидкости) захоранивают в бочках, а чтобы минимизировать контакт ЯО с бочкой и возможное растекание при повреждении, отходы смешивают с хорошо впитывающим, химически и радиационно инертным поглотителем. Эксперименты показали, что идеально работает минеральный (это важно!) наполнитель для кошачьих туалетов - он хорошо впитывает, не реагирует с той химией, что содержится в ЯО (а там кроме радиации ещё и химия не самая приятная), ну и на радиацию минералу ("камню") плевать. Так в инструкции и записали - "inorganic kitty litter".
А дальше - то ли вместо "inorganic" написали "an organic" (официальная версия), то ли - есть и такая версия - в отделе закупок решили что органический наполнитель и экологичнее (а за экологичность положены бонусы), и кошкам приятнее, и закупили его, но факт в том, что замену поглотителя никто не заметил, и на протяжении многих лет отходы - содержащие нитраты и прочую приятную химию - смешивали по сути с прессованными опилками, и засовывали в бочки. Опилки медленно реагировали с нитратами, разогревались, от этого реагировали и разогревались ещё быстрее, но бочки были прочные и из нержавейки... в общем, через несколько лет одна из бочек таки лопнула, и из неё вытекло то, что за эти годы нареагировало, ещё несколько сотен(!) бочек - пока не лопнули, но могут лопнуть в любой момент. Как они там искали источник утечки, и какие проблемы обнаружились попутно - отдельная история (есть по третьей ссылке, сгоревший грузовик (тот самый "пожар") - наименьшая из них), но кошачий наполнитель меня до сих пор радует.
Ибо экономика должна быть экономной. А опилки - экономны. Какое-то время :-)



https://www.abqjournal.com/537476/wipp-woes-due-to-wrong-word.html
https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3203978
http://geoenergetics.ru/2017/01/26/yadernoe-nasledstvo-obamy/
Hello computer!

100нс

Ошибки в программах - штука интересная. Нашли тут на работе в своей программе, несколько лет практически бесперебойно отработавшей на нескольких установках, и управлявшей технологическими процессами больше месяца длиной каждый, ошибку вычисления внутреннего времени. В результате ошибки в константе, внутреннее время программы периодически прыгало назад. Часто и сильно ли прыгало - навскидку непонятно, "надо считать".

- но ведь у нас были процессы по месяцу и больше, и мы никаких скачков не замечали! Значит, скачки были редкими?
Прикинули, получили что скачки происходили каждые 7-8 минут.

- но такое мы должны были заметить! А большие ли эти скачки?
Прикинули, получили... 100 наносекунд. Неудивительно что не замечали.
Вот сейчас думаем - исправить, или оставить и описать как фичу? Сослаться на эффекты теории относительности, по масштабам примерно оно и получается...