Наука | Научпоп

Сомнительная премия вручалась не только пресловутым «британским учёным», но и жителям других стран. Есть в этом списке и наши соотечественники. Россияне не единожды получали «шнобелевку».

Юрий Тимофеевич Стручков (1992 год)

Маститый советский химик с 1981 по 1990 год умудрился стать автором 948 научных работ. В среднем, это одна публикация раз в 4 дня. Награда настигла героя спустя 2 года после стахановского труда. История умалчивает, как Юрий Тимофеевич отнёсся к такому признанию. Однако на церемонии вручения его не было. Интересно, что «шнобелевка» была ему присуждена в номинации «Литература».

В большинстве научных работ он значится соавтором. Есть мнение, что имя Стручкова использовали его коллеги, пользовавшиеся оборудованием Института органических соединений Академии наук, которым руководил Стручков. Не понятно, зачем они это делали. Не то чтобы придать вес своим научным изысканиям, не то чтобы «умаслить» шефа, не то существовали какие-то устные договорённости, о которых мы можем только догадываться.

Дмитрий Гейм (2000 год)

Через 8 лет отечественную научную школу прославил Дмитрий Гейм. Россиянин немецкого происхождения ни много ни мало научил левитировать лягушку!

Через 10 лет Гейм ещё раз прославил нашу науку, став лауреатом Нобелевской премии. Мировое признание он получил за какое-то скучное, малозначительное открытие, которое даже лень вспомнить.

«Газпром» (2002 год)

Спустя уже 2 года лучшие умы России вновь были отмечены престижной премией. На этот раз её удостоились управляющие, директора и аудиторы компании «Газпром» за «применение математической концепции мнимых чисел в мире бизнеса».

Триумф российских лауреатов подпортил лишь тот факт, что помимо них обладателями приза стали представители ещё 26 мировых компаний. Такая вот коллективная награда.

Игорь Петров и Руслан Кречетников (2012 год)

Следующую премию пришлось ждать долгие 10 лет. Судьба вознаградила российскую науку за терпение. На этот раз лауреатами «шнобелевки» стали сразу два отечественных учёных мужа. Руслан Кречетников со своим напарником получили общемировое признание, когда установили причины расплёскивания кофе человека при ходьбе.

Его соотечественник – Игорь Петров – добился ещё более смелых результатов: он научился делать из взрывчатых веществ алмазы.

После этого выражение «перекуём мечи в орала» можно перефразировать в «перекуём мечи в алмазы» 🙃

Юрий Иваненко (2013 год)

Уже спустя год русский учёный вновь прогремел на весь мир. Им стал Юрий Иваненко. Светила науки убедительно доказал, что будь на поверхности Луны озёра и океаны, то человек смог бы ходить на их поверхности без боязни утонуть.

И хоть Иваненко давно переехал в Италию, он всё равно своим открытием прославил отечественную науку!

Владимир Путин (2020 год)

Целых семь лет престижная премия обходила вниманием наших соотечественников. Пауза настолько затянулась, что некоторым нет-нет, да пришла мысль о международном сговоре. Ну не хочет завистливый Запад признавать успехи российской науки, и всё тут!

Но справедливость восторжествовала. В 2020 году выборная комиссия присудила престижную премию россиянину, и не абы кому, а самому Владимиру Путину!

И нет, не за какие-то политические свершения, которые благотворно сказались на науке. Владимиру Владимировичу присудили премию в категории «Медицинское образование» за то, что он «использовал пандемию вируса COVID–19, чтобы научить мир тому, что политики могут иметь более сильное влияние на жизнь и смерть, чем ученые и доктора».

Немного омрачил радостное событие тот факт, что премия не единолично досталась нашему президенту. Её лауреатами также стали главы США, Белоруссии, Бразилии, Великобритании, Индии, Мексики, Турции и Туркменистана.

Физика, как наука, построена вокруг предсказания результатов экспериментов при помощи сложных расчетов. Но что если вывернуть эту концепцию наизнанку и научиться использовать для проведения расчетов сами физические явления? И речь не о том, что физика отвечает за работу транзисторов в процессорах. Вообще никаких нулей и единиц.

Базовый пример: допустим, у вас есть реактивный двигатель, и вы хотите выяснить, какую тягу он выдает. Можно потратить часы процессорного времени на математическое моделирование и вычислить нужное значение. Или пойти в гараж, установить движок на весы, включить и сразу получить искомую цифру. В этот момент физическая система из двигателя и весов провела расчеты за вас. Не буквально, конечно, но результат тот же. И получен он куда быстрее и с меньшими затратами (Топливо и возможный пожар не считаем. Не придирайтесь, это мысленный эксперимент).

Теперь представьте, что вам нужно раз за разом решать некое сложнейшее уравнение, подставляя в него различные переменные, а компьютеры делают это недостаточно быстро. Выход — спроектировать такую физическую систему, поведение которой будет описываться этим вашим уравнением. Затем можно будет ставить эксперименты, наблюдать за ее поведением и в результате получать нужные числа.

Это может показаться бредом или занятной теорией, вот только мы уже давно делаем нечто подобное, когда необходимо получить большой массив настоящих случайных чисел. Математически эта задача неподъемная (по крайней мере, насколько я знаю), так что, например, в Cloudflare такие числа собирают, наблюдая за лава–лампами. А за последние несколько лет физики, следуя за этой идеей, пошли еще дальше, и это окончательно выносит мозг.

Сперва они заставили конструкцию из динамика, вибрирующей стальной пластины и микрофона классифицировать рукописные цифры. Затем — спроектировали способную к самомодификации нейросеть, где в роли нейронов выступают напряжения, измеренные между переменными резисторами, которые, в свою очередь, работают в качестве синаптических весов.

"Физики, создающие эти системы, подозревают, что цифровые нейронные сети — какими бы мощными они ни казались сегодня — в итоге покажутся медленными и неадекватными рядом со своими аналоговыми собратьями".

Похоже, нейросети могут работать на основе самого разного аппаратного обеспечения. Как здесь не поспекулировать и не вспомнить околофилософские рассуждения о том, что вся вселенная — это мозг, который то ли вычисляет, то ли осмысляет сам себя.

Если хотите больше годного контента — переходите в телеграм.

Существуют материалы, называемые сверхпроводниками. Сверхпроводники – это материалы, обретающие свойства нулевого электрического сопротивления и выталкивания магнитных полей при достижении определенной температуры. Часть электричества, текущего по обычным проводам, превращается в тепловую энергию и рассеивается. Происходит это из-за того, что электроны рассеиваются на колебаниях кристаллической решетки. Нулевое электрическое сопротивление означает, что если, к примеру, скрутить из сверхпроводника провода, то электричество, текущее по ним, не будет терять энергии. Есть несколько теорий, объясняющих свойства сверхпроводников, но общепринятой ещё нет.

У сверхпроводника есть ещё одно очень примечательное свойство. Я уже написал, что сверхпроводники выталкивают магнитные поля. Благодаря этому свойству можно заставить парить магниты. С помощью сверхпроводников и магнитов можно создать доску и дорожку, над которой она будет парить. Скажу даже больше, в настоящее время некоторые люди уже собирали свои доски, основанные на сверхпроводниках.

Но не всё так радужно. Для проявления свойств сверхпроводников, их нужно очень сильно охладить. Самые первые сверхпроводники приходилось охлаждать до практически 0 градусов по Кельвину (-273,15 °C) . Сейчас эта планка стала чуток выше, около 77 градусов по Кельвину (-196,15 °C). Учёные изучают сверхпроводники с целью создания материала, который вступит в состояние сверхпроводимости при комнатной температуре или хотя бы не на такой низкой, какая требуется сейчас. Может оказаться и так, что такой сверхпроводник невозможно создать, но также возможно, что его скоро создадут.

На этом сегодня всё.

Источники информации:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Superconductivity

https://builtin.com/hardware/superconductor

В Международный день света ученые Пермского Политеха рассказали, почему глаза у человека на фото становятся красными, а у кошек — зелеными, что случилось с фоторецепторами дальтоников, зачем животным «третий» глаз, откуда у света масса и способность «давить», можно ли звук превратить в свечение и существуют ли частицы, которые двигаются быстрее скорости света.

Как человек воспринимает цвет?

— Цветовое зрение, то есть способность глаза различать цвета, основано на его способности ощущать различия в спектральном составе видимых излучений. Таким образом, ключевым участником процесса цветоощущения является зрительная сенсорная система живого организма, включающая точный и тонко настроенный «прибор» (глаз), который воспринимает электромагнитные лучи с помощью специальных фоторецепторов (сенсорных нейронов), — рассказывает Ольга Красных, кандидат химических наук, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ.

В результате поглощения таким рецептором кванта света происходит фотохимическая реакция. В ходе работы сложной сопряженной системы клеток и органов сигнал, генерируемый фоторецепторами, преобразуется в зрительные ощущения. Так формируются образы окружающей действительности, которые обладают не только формой, размером, но и цветом. При этом результат зависит от характеристик электромагнитной волны, типа задействованных фоторецепторов (у млекопитающих, например, это «палочки», «колбочки», а также сравнительно недавно открытые светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки глаза), работы специализированных нейронов, нервов и состояния принимающего и обрабатывающего сигнал участка головного мозга.

Этот процесс чрезвычайно сложный, и каждая стадия может повлиять на результат. Но разнообразие в цвете для человека определяется, прежде всего, длиной волны падающего на фоторецептор светового излучения.

Человек не различает цвета — в чем причина?

Ольга Красных отмечает, что каждый фоторецептор «работает» в заданном интервале длин волн, то есть обеспечивает чувствительность организма к определенной части спектра и к возникновению ощущения конкретного цвета. Так, у человека за восприятие цвета отвечают в основном три типа «колбочек», чувствительных к фиолетово-синей, зелено-желтой и желто-красной частям спектра. Если по какой-то причине хотя бы один из рецепторов функционирует не должным образом или совершенно выключен из работы, то данный участок электромагнитного излучения не будет восприниматься организмом. Поэтому ощущение цвета, отвечающее за этот интервал, будет отсутствовать. Такое нарушение, часто наследственное, лежит в основе аномалии зрения — дальтонизма.

Почему у существ, живущих на Земле, зрительный аппарат так сильно различается?

Разнообразие жизни на Земле обусловило соответствующее разнообразие органов зрения. Главная их функция — помогать живому организму ориентироваться в пространстве. А различаются они в зависимости от уровня организации, среды обитания, образа жизни и других факторов. Например, дождевой червь «видит» благодаря фоторецепторным клеткам, которые находятся в большинстве частей эпидермиса и позволяют ему отличать свет и тень.

Глаза большинства земноводных — парный орган, позволяющий различать цвета, а также воспринимать излучение в УФ-области. Благодаря анатомии глаза поле зрения многих представителей бесхвостых земноводных увеличивается до 360°. При этом остается довольно большой сектор, где зрение бинокулярно, то есть дает возможность оценивать размеры, расстояния и успешно фиксировать движущиеся предметы (добычу).

— У большого количества бесхвостых земноводных, рыб и рептилий, кроме обычной пары глаз, присутствует непарный светочувствительный орган — теменной (или третий) глаз. Он расположен на макушке и выглядит как «ямка», заросшая кожей. Этот орган способен улавливать фотоны и оценивать интенсивность светового потока, при этом изображения он не дает. Известно, что теменной глаз может реагировать на широкий диапазон длин волн: от ультрафиолетового до красного. Более того, этот орган особо чувствителен к поляризации света и позволяет определять положение солнца на небе даже в пасмурную погоду. Так животные с высокой точностью определяют время рассвета и заката, — рассказывает Ольга Красных.

Почему на старых фотографиях глаза получались красными?

— Такой эффект достигался попаданием на пленку света, отраженного от глазного дна. Поскольку на нем множество кровеносных сосудов, свет получался красным. При этом натуральный цвет глаз человека не важен — отблеск в любом случае будет красным, — отмечает Константин Латкин, старший преподаватель кафедры общей физики ПНИПУ.

Есть и другая теория: эффект «красных глаз» достигается за счет отражения фотовспышки от сетчатки глаза. У человека она лучше поглощает коротковолновую область светового спектра, и потому красная, длинноволновая, больше отражается. У животных отраженный через зрачок свет может иметь другой оттенок. Так, например, у кошек возникает эффект «зеленых» глаз благодаря особому слою, который делает их зрение острее в темноте.

Как звук превращается в свет?

— Звук — это колебания плотности, распространяющиеся в упругой среде. В прямом смысле превратить их в свет нельзя. Но эти колебания указывают на наличие в ней деформаций, а деформация некоторых веществ (кварца, цинковой обманки и других пьезоэлектриков) приводит к возникновению на их поверхности электрических зарядов, которые могут создать искру. А искра — это электромагнитная волна, то есть свет, — рассказывает Дмитрий Баяндин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики ПНИПУ.

Как добавляет Константин Латкин, любое тело состоит из молекул и атомов, которые колеблются и передают это движение соседним частицам. Энергию этого движения мы определяем температурой. Передача этих колебаний от частицы к частице очень похожа на распространение звука. С точки зрения физики, между этими двумя явлениями нет больших различий. То есть в любом нагретом теле очень много звуков, которые просто не могут быть распознаны человеческим ухом. Значит, свет от сильно нагретых тел создан своего рода сложными внутренними звуками материала.

С помощью звука возможно также управлять светом. Например, в акусто-оптических датчиках звуковая волна выступает в роли слабого зеркала. А при бриллюэновском рассеянии звук способен изменить цвет света — частоту и длину волны.

Почему свет, не обладая массой, оказывает давление?

С квантовой точки зрения, свет — это поток (фотонов), которые принципиально не могут быть в состоянии покоя и перемещаются со скоростью, называемой скоростью света. Раз фотон находится в постоянном движении, у него нет массы в привычном, бытовом смысле. Но есть энергия и импульс. Передавая освещаемой поверхности импульс, поток фотонов создает давление на эту поверхность.

— И все же «невесомому» фотону можно присвоить массу, если воспользоваться формулой теории относительности Е=mc2. Масса фотона отсюда равна его энергии, деленной на квадрат скорости света. Чем больше частота фотона (вспомним, что свет является также электромагнитной волной), тем больше его масса, — добавляет Дмитрий Баяндин.

Может ли частица с массой достичь скорости света — 299,8 тысяч м/с?

— Ученым удалось разогнать электрон до 99,999999995% от скорости света. При этом частица, обладающая массой, не может достигнуть скорости света. Это ограничение описано в специальной теории относительности Альберта Эйнштейна: для разгона массивной частицы каждый раз будет требоваться все больше энергии, а скорость света так и не будет достигнута. Это и происходит в экспериментах по разгону электрона. Кстати, увеличивают его скорость с помощью искусственно созданных электрических полей, а направление задают — с помощью магнитных, — рассказывает Константин Латкин,

Есть частицы, которые движутся быстрее скорости света — тахионы?

— Тахионы появились поначалу как плоды «игр разума». Физики около ста лет пытаются построить теорию, которая объединяла бы и объясняла многообразие элементарных частиц и четыре типа их взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое ядерное. За прошедшие десятилетия были разработаны квантовая электродинамика, электрослабая теория, теория великого объединения, предпринимаются попытки создания «теории всего». В основе их всех лежат идеи квантовой механики и теории относительности. Например, для выполнения известных соотношений теории относительности тахионы должны не просто иметь возможность двигаться быстрее света — они не имеют права двигаться медленнее света. При замедлении тахионов (но до скорости, превышающей скорость света) их энергия не уменьшается, а увеличивается, — объясняет Дмитрий Баяндин.

Тахионы также существуют в теории струн: все частицы (включая предполагаемые) в четырехмерном пространстве-времени являются лишь колебанием «струн», из которых состоит все вокруг. Все эти теоретические построения демонстрируют некие модели устройства мира, но не все могут предложить эксперименты, подтверждающие их истинность. Потому и остаются красивыми моделями, а не теориями в полном смысле слова. То же самое можно сказать о тахионах — теоретические модели есть, но частицы не обнаружены, и даже непонятно, как их найти.

Получится ли замедлить и полностью остановить свет?

— Скорость света в вакууме — фундаментальная постоянная. С этой скоростью распространяется не только свет, но и гравитационное поле. Мы знаем, что свет от Солнца достигает Земли примерно за 8 минут. Если неожиданно из нашей системы исчезнет Солнце, то и гравитационное поле звезды в области Земли исчезнет вместе с последними лучами. Так как свет — электромагнитная волна, то он может взаимодействовать с заряженными частицами, протонами и электронами. Свет, попадая в любой материал, замедляется, словно «увязает» в нем. Например, в воде скорость света уменьшается в 1,33 раза. Сильно замедлить или вообще остановить свет не получится. Это волна, которая существует только в движении, — объясняет Константин Латкин.

Выше

Ветроэнергетическая установка, даже небольшая, выглядит гигантом по сравнению с ветряной мельницей. ВЭУ стараются проектировать и изготавливать настолько высокими, насколько позволяет экономическая целесообразность. Чем выше, тем сильнее и устойчивее захватываемый лопастями ветер — и тем большее энергии вырабатывается.

На сегодня высочайший и крупнейший в мире ветрогенератор установлен в Тайваньском проливе в Китае. Он называется MingYang Smart Energy MySE 16-260, где 16 — мощность установки в мегаваттах, 260 — диаметр вращающейся части в метрах. Сердцевина установки с машинным отделением расположена на высоте 152 метра. С учетом 123-метровой длины лопастей общая высота объекта достигает 275 метров. И это не предел: китайские специалисты трудятся над созданием установок мощностью 18 и 20 мегаватт — еще более крупных и высоких.

Средний «рост» современных ветряков гораздо меньше: обычно высота мачты достигает 70 метров, длина лопасти — 50 метров.

Сильнее

Чем сильнее ветер воздействует на установку, тем больше электроэнергии она выработает. Силу ветра нужно захватить и заставить выполнить полезную работу. Для этого предназначена лопасть, которая вращается воздушным потоком и тем самым генерирует крутящий момент. Эта физическая величина равна произведению силы на радиус вращения, то есть на длину лопасти: М = F*r.

Чем лопасти длиннее и чем их больше, тем больше общий крутящий момент. Значит, тем больше энергии ветра можно собрать и превратить в электричество. Однако количество энергии зависит не только от силы воздействия на лопасти: важна еще и скорость вращения.

Быстрее

Чем быстрее вертится ротор с лопастями, тем больше механической энергии передается генератору, тем больше сила тока и, соответственно, количество производимого электричества. При этом чем больше лопастей у ветряка и чем они длиннее, тем ротор тяжелее и тем труднее ветру его крутить.

Разработчики ветроэнергетических установок нашли сбалансированное решение — ротор с тремя лопастями. Двухлопастные быстро вертятся, но создают малый крутящий момент, и это снижает выработку электроэнергии. Ротор с четырьмя лопастями повышает крутящий момент по сравнению с трехлопастным, но ненамного, при этом замедляет вращение — и показатели работы установки не улучшаются.

Проектируя ветрогенератор, инженеры оперируют многими конструкционными параметрами: длиной лопастей, углом их наклона, формой, материалом и другими. При этом учитывают климатические особенности региона — в первую очередь, ветровые потоки и силу ветра. Всегда имеются ограничения по высоте мачты, мощности установки, размерам лопастей и другим факторам.

— Андрей Бритвин. Эксперт по технологическому развитию в сфере энергетики «Газпром нефти».

Вот одно из ограничений, которое, на первый взгляд, кажется парадоксальным: ВЭУ нужно обязательно защищать от… ветра. Если он слишком сильный, то может опрокинуть установку: его давление пропорционально площади ометаемой поверхности — площади круга, который описывают лопасти ветряка при вращении. Поэтому при слишком сильных порывах ветряк нужно остановить. Тогда давление ветра снижается в десятки раз, поскольку он воздействует на поверхность, равную сумме площади лопастей, — это гораздо меньше, чем площадь описываемого круга.

Пороговой величиной, на которую рассчитывают ВЭУ, стала скорость ветра 25 метров в секунду. По шкале Бофорта это 10 баллов со статусом «сильный шторм». Выше него только «жестокий шторм» (11 баллов, 26–32 метра в секунду) и «ураган» (12 баллов, 33 и более метров в секунду). При достижении скорости ветра 25 метров в секунду у ветрогенератора срабатывает автоматическая система буревой защиты — и вращение лопастей блокируется.

Оригинал статьи и другие материалы читайте на сайте журнала Энергия+:
https://e-plus.media/vse-publikatsii/