Начался коллапс квантовых вычислений

Много лет вы просили рассказать о Теории всего Стивена Вольфрама. Я избегала этой темы, не понимая сути его работы. Недавно я осознала, что и сама часто не понимаю, что делаю. Честно говоря, когда я просматриваю новости, мне кажется, что никто не знает, что делает. Поэтому поделюсь своим пониманием его идей.

Вольфрам - известный математик и специалист по информатике, более всего известен как создатель программы Mathematica. Он стремится объяснить устройство мироздания через компьютерный код. Его теория всего переводит гипотезу симуляции на язык математики. Он ищет код, способный воспроизвести известную нам физику с гравитацией и частицами стандартной модели.

Вольфрам выделяется среди других теоретиков глубоким пониманием используемой математики. При этом физики почти не замечают его идеи. У меня есть предположение почему.

По его мнению, вселенная работает как компьютерная программа с простыми правилами, порождающими физические законы. А те в свою очередь определяют наблюдаемую реальность. Это усложненная версия клеточных автоматов, создающих двумерные узоры построчно. Узоры могут быть очень сложными. Возможно, четырехмерная версия объяснит всю вселенную. Такова суть идеи.

Я встречала Вольфрама на семинаре примерно 10 лет назад. Он представлял теорию всего группе физиков. Их реакцию можно описать как вежливый скептицизм - как если бы ваша тётка рассказала о том, что встретила Элвиса [Пресли, вероятно] в метро.

Я понимаю причины скептицизма. Идея физических законов как вычислений противоречит общей теории относительности Эйнштейна, причем существенно.

Любое вычисление происходит пошагово. Иначе это просто иная формулировка известных физических законов. У вычисления есть правило обновления состояний. В клеточных автоматах обновление идет построчно, с определенным шагом во времени и пространстве.

В своей книге 2002 года "Новый вид науки" Вольфрам говорит, что хочет описать пространство как сеть. Математики также называют их "графами". Оба эти термина, сети и графы, относятся к одному и тому же - это точки, соединённые линиями. Если описывать пространство таким образом, это своего рода дискретизация. Затем Вольфрам говорит, что законы физики - это правила обновления связей в сети. Это, по идее, может описывать как пространство, так и материю в нём.

Проблема не только в том, что теории Эйнштейна не используют графы - их нельзя даже приближенно описать графами. Промежутки в графе и шаги обновлений должны быть наблюдаемы. Но мы их не видим.

Возьмем фотон определенной длины волны. Длина волны обратно пропорциональна энергии. Какова энергия фотона?

Если вы не знаете ответа, то вы правы. У вопроса нет ответа. Энергия фотона зависит от того, как вы его наблюдаете. Предположим, вы наблюдаете фотон, скажем, зелёного цвета. Наблюдатель, движущийся к нему, увидит цвет смещённым в синюю область, то есть с более высокой энергией, а наблюдатель, движущийся от него, увидит его смещённым в красную область, то есть с меньшей энергией. Какова "реальная" энергия фотона? На этот вопрос нет ответа. Все эти энергии одинаково реальны. Энергия может быть сколь угодно высокой, а длина волны сколь угодно малой, или энергия может быть сколь угодно низкой, а длина волны сколь угодно большой.

Это происходит потому, что в теории Эйнштейна движение наблюдателя меняет само понимание того, что значит большое или маленькое, или что имеет высокую или низкую энергию.

В этом проблема дискретных подходов к пространству-времени. Если пространство описывается графом с минимальным расстоянием (планковской длиной), для движущегося наблюдателя эта структура окажется намного меньше. Это нарушает лоренц-инвариантность.

Нельзя аппроксимировать общую теорию относительности графом с сохранением симметрий. Можно пожертвовать симметриями, но отклонения всегда будут существенны для некоторого наблюдателя.

Это так раздражало меня, что я написала статью, в которой доказала, что это невозможно. Не существует сетевого подхода к пространству-времени, который был бы совместим с теориями Эйнштейна. Его просто нет. Теперь вы, возможно, понимаете, почему мне не нравились идеи Вольфрама.

Можно возразить: это хорошо, что нельзя воспроизвести общую теорию относительности, потому что тогда мы можем проверить эту идею. Да, и именно поэтому некоторые люди ищут небольшие отклонения от лоренц-симметрии и утверждают, что они проверяют гипотезу симуляции, что создаёт броские заголовки.

Проблема в том, что мы знаем: если серьёзно относиться к квантовой механике, даже малейшие отклонения от этой симметрии привели бы к наблюдаемым явлениям в физике частиц, а они давно исключены. Поэтому я осмеливаюсь сказать, что совершенно неудивительно, что эти эксперименты никогда не находят никаких отклонений от лоренц-симметрии.

На том семинаре 10 лет назад физики тоже указывали на проблему лоренц-симметрии: как согласовать теорию с наблюдениями.

И я думаю, что Вольфрам серьёзно отнёсся к критике. Потому что пару лет назад он опубликовал вместе с несколькими соавторами продолжение работы, в которой они пытались решить эту проблему.

Я прочитала её, когда она вышла, и собиралась рассказать о ней рассказать, но собитие как раз совпало с первыми ковидными локдаунами, и у меня были другие заботы - например, попытаться не сойти с ума.

Не помогло и то, что вместо обычной публикации PR-служба Вольфрама выпустила пресс-релиз о том, что он "возможно, нашел путь к фундаментальной теории физики, и она прекрасна". Отчасти поэтому физики игнорируют Вольфрама - он не следует научному этикету. Я не оправдываю, а объясняю  их реакцию: в основном закатывание глаз.

Новый подход Вольфрама использует гиперграфы - коллекции графов вместо одиночных графов для описания пространства-времени и частиц.

Точки в графах описывают пространство-время и материю. Связи в гиперграфах нефизические - у них нет длины, они показывают только отношения между точками. Отсутствие длины решает проблему разных наблюдателей. Умное решение.

В 2020 году я обсуждала это с Джонатаном Горардом из Wolfram Research, видимо, главным автором работы. 

Идея работоспособна, но не нова - это подход "причинных множеств" Рафаэля Соркина. 

В нем пространство-время - "множество" точек, и эти точки имеют причинные отношения, которые можно изобразить стрелками, тем самым получив граф. Данный подход сохраняет симметрии теории Эйнштейна.

Если посмотреть на то, чем они занимались после 2020 года, они исследовали связь гиперграфов Вольфрама с причинными множествами. Большая часть этих исследований, похоже, была проведена Джонатаном Горардом. Горард также изучал применение к общей теории относительности и устранение сингулярностей - чего не удавалось сделать в причинных множествах.

Теория всего? Пока нет. Во-первых, я не понимаю описание квантовой физики Вольфрама, мне оно кажется несвязным. Также есть много проблем с реализацией квантовой физики с помощью неквантового алгоритма, которые он не рассматривает.

И он не предоставил конкретики о том, как воспроизвести стандартную модель или элементарные частицы. Однако люди, работающие с причинными множествами, уже показали, что возможно поместить дискретизированную версию дифференциальных уравнений на эти графы, так что, может быть, это не так сложно, как кажется.

На сегодняшний день я честно считаю, что данная исследовательская весьма успешна, и я думаю, что физикам пора начать уделять ей немного больше внимания.

В РФ есть такая тема, как награждать 10 мульёнами "деревянных рублей" людей, которые сделали приличный вклад в развитие отечественной науки. Это, конечно, не лям баксов, как в нобелевке, но на среднюю квартиру в "резиновой" вполне может хватить, если из окна Кремль видно не будет.

Называется это мероприятие "Вызов". И есть там одна из номинаций, под названием "Перспектива" - вручается за научное достижение, повлиявшее на динамику развития будущих технологий (вручается учёным до 35 лет).

И вот, по результатам 2023 года в "Перспективе" получил премию кандидат физико-математических наук Илья Семериков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева за создание ионного квантового компьютера.

Всего, на данный момент в мире существует 4 типа квантовых компов (элементные базы, на основе которых они создаются):

• На базе сверхпроводников (криогенные - большие и дорогие, зараза, но большое кол-во кубитов, хорошо изучены)
• Фотонные (монокристаллические плёнки металлов) Достаточно дёшевы, но не уверсальны - "плёнка под задачу"
  
• Холодные атомы, которые удерживаются лазерным пинцетом (по стоимости промежуточное между двумя верхними + габариты)
  
• Ионы в ловушках (наш случай) Дёшево, возможность использования не кубитов, а кудитов, это как не два состояния 1/0, а несколько (4-и более), мало изучены.
  

Всё это хозяйство пока весьма дорогостоящее удовольствие. Занимаются всеми направлениями группы учёных, каждый в своей отрасли.

Фишка ионных квантовых компьютеров в том, что они "запутывают" не сами частицы, атомы, а электроны на орбитах атомов, про принцип Паули помните? Так вот, у одного атома толпа электронов, каждый на своей "орбите" (энергетический уровень, на самом деле). Т.е. на одном атоме мы можем иметь несколько электронов, которые можно запутать с соседями - отсюда и появляется кудит.

Так, этот комп уже решал вполне себе прикладные NP-задачи в программировании (пока стенд - но далее уже и в единичную серию можно запулить).

Какой подход к квантовым вычислениям лучше, что выгоднее и т.п. только время покажет - сейчас же у всех методов есть свои достоинства и недостатки. Кто "вперде планеты всея" - сказать сложно.

Но, одно можно утверждать уже сейчас - в плане квантовых вычислений РФ далеко не в последних рядах.

Сверхпроводники - перспективная идея, однако на практике их использование крайне затруднительно. Но что, если я скажу вам, что есть компания, которая, по их мнению, знает, как сделать электрическую сеть сверхпроводящей? Да, именно так, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Сверхпроводник - это материал, обладающий нулевым электрическим сопротивлением. Внутри сверхпроводника электрические токи перемещаются абсолютно без потерь. Сверхпроводники также обладают уникальным свойством: линии магнитного поля не могут проникнуть внутрь них, поэтому они парят над магнитами, что используется в поездах-маглевах.

Проблема заключается в том, что все известные сверхпроводники требуют либо очень низких температур, либо высокого давления. Наиболее практичными на данный момент являются так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые становятся сверхпроводящими при температурах выше -196°C.

Сложно воспринимать - 196°C как "высокую" температуру, но такой материал хорош тем, что его можно охлаждать жидким азотом. Те сверхпроводники, которые сверхпроводят при более низких температурах, намного сложнее и дороже в плане охлаждения, но это лишь часть проблемы.

Другая проблема заключается в том, что известные высокотемпературные сверхпроводники трудно производить, и они хрупкие. Их невозможно просто вытянуть в провод и начать пользоваться. Если вы помните прошлогоднюю историю с несуществующим сверхпроводником LK-99, это то представляете, в чем дело. Помните, как лаборатории по всему миру что-то выпекали в течение нескольких дней, а на выходе получились только левитирующие крошки? Да, даже если бы это сработало, изготовить линию электропередач из такого материала было бы сложно.

Сверхпроводящие линии электропередачи существуют и уже эксплуатируются, однако они работают принципиально иначе, нежели обычные провода. В стандартном проводе внутри находится, к примеру, медь, а снаружи - изолятор.

В сверхпроводящем же кабеле есть различные слои, между которыми циркулирует хладагент, а сам сверхпроводник обматывается поверх них. Обычно он выглядит, как на картинке ниже - напоминает буррито, но вместо бобов и сыра он наполнен мечтами и надеждами инженеров-электриков.

И да, они работают, но проблема в том, что производство жидкого азота требует больших энергозатрат. Если цель - сделать передачу энергии более эффективной, то бессмысленно вкладывать в систему охлаждения больше энергии, чем экономится при передаче. Кроме того, по мере течения азота по кабелю он нагревается, поэтому требуется регулярное охлаждение, для линий высокого напряжения обычно каждые 5 км.

Поэтому существующие сверхпроводниковые ЛЭП неудобно возводить и дорого эксплуатировать. Но американская компания VEIR утверждает, что нашла решение. Она базируется в Массачусетсе и за последние годы неоднократно привлекала существенные инвестиции, даже провела демонстрационный проект, хотя суть их разработки оставалась несколько неясной.

Однако теперь мне удалось найти статью и два патента, которые, на мой взгляд, объясняют их деятельность. Это похоже на детективное расследование, только вместо раскрытия убийств - разгадка тайны сверххолодных проводов. Первая тайна скрывалась за названием компании VEIR, которое происходит от закона Ома: V = I * R (Voltage Equals current Intensity multiplied by Resistance). Они используют в своей разработке идею, озвученную Национальной лабораторией Лос-Аламос в 2010 году: не прокачивать жидкий азот, а испарять его. 

Схематическое изображение приведено ниже.

Преимуществом данной конструкции является дополнительное охлаждение за счет самого испарения. Похоже на ситуацию, когда ветер ощущается более холодным из-за испарения воды с мокрой кожи (тело теряет энергию на испарение воды и, как следствие, свою температуру). В двух патентах компании описаны конструкция системы охлаждения вдоль маршрута и система подвеса для воздушных кабелей.

По сути, конструкция предназначена для выкачки части азота из кабеля, прокачки его через систему охлаждения и возврата в следующий сегмент. Сам азот можно извлекать из воздуха, который на 78% состоит из него. В любом случае, по их утверждению, с такой системой достаточно иметь станцию охлаждения примерно каждые 100 км, хотя, вероятно, эта оценка слишком оптимистична.

Использование сверхпроводящих кабелей поможет избежать потерь энергии и повысить эффективность передачи электричества, так как такие кабели не нагреваются и могут транспортировать больше энергии. Соответственно, для передачи того же объема энергии потребуется меньшее количество кабелей. В рамках тестового проекта протяженностью около 30 метров разработчики заключили партнерство с энергетической компанией National Grit, которая представлена в США и Великобритании, для испытаний технологии на больших расстояниях. Если бы такие кабели использовались повсеместно, их создатели могли бы разбогатеть.

Однако, как вы уже догадались, существуют проблемы, главная из которых - неизвестная надежность работы системы в крупных масштабах. К тому же высокотемпературные сверхпроводники пока дороже обычных кабелей, а поставщиков немного. Также необходимо решить вопросы образования наледи на линиях и безопасности для птиц, которые могут примерзнуть лапами к холодным проводам. Возможно, это просто вопрос маркетинга: "Криогенные голуби скоро появятся на ЛЭП рядом с вами!"

Эту увлекательную беседу мы начнём с того, что обратимся к стандартному пониманию суперпозиции в обычной физике.

Обычная суперпозиция

В стандартном случае принцип суперпозиции означает, что если у вас есть несколько решений некоторого уравнения, описывающего физическую систему, то любая линейная комбинация этих решений также будет решением этого уравнения.

Звучит довольно путанно, но поможет простой пример. Представьте себе, что вы бросаете два камня в пруд. Каждый камень создает механические волны на поверхности воды. В тех местах, где волны от разных камней встречаются, они накладываются друг на друга (суперпозиционируются) или... если ещё проще...Складываются.

Можно смело сказать, что итоговая волна, которую вы видите на поверхности пруда, является результатом суперпозиции волн от каждого камня. Это линейная суперпозиция, потому что амплитуда результирующей волны в каждой точке является суммой амплитуд волн от каждого источника. Ну и важно отметить, что складывается оно по всем правилам математической обработки результата - плюс складывается с минусом, учитывается направление вектора и так далее. Некоторые почему-то притягивают сюда логику абсолютного значения.

И тут всё хорошо и логично. Но потом мы сталкиваемся с квантовой физикой. Там есть квантовая суперпозиция.

Определение квантовой суперпозиции и примеры

Это совсем другое понятие, хотя логика суммирования тоже может к нему применяться. Нам важно понимать что это такое, потому что суперпозиция - это база для всей квантовой механики.

Начнём с примера. Процитирую, пожалуй, классическое представление проблемы и не менее классический пример.

Представьте, что у вас есть монетка, которая крутится в воздухе. Пока она не упала, нельзя сказать, орёл там или решка – она как бы “и то, и другое сразу”. Вот это и есть квантовая суперпозиция!

В квантовой физике частицы (например, электроны) могут находиться в нескольких состояниях одновременно (например, иметь разный спин или энергию). Пока мы не измерили, в каком именно состоянии частица, она находится в “суперпозиции” всех возможных состояний. Только в момент измерения частица “выбирает” одно конкретное состояние.

Суперпозиция - это как “квантовая неопределенность” до момента наблюдения.

Осознать это в здравом уме не так-то и просто.

Кот Шрёдингера как пример безумия

Вот и Шрёдингер подумал, что это какой-то бред и привёл легендарный пример с котом. Да, я не устаю напоминать, что кот Шрёдингера был примером того, что квантовая физика - это безумие. Но в историю, как это часто бывает с событиями, он вошёл как милое животное, которое и живое и мёртвое.

Он предложил мысленный эксперимент. В закрытом ящике следует расположить кота и флакон с ядом. Флакон с ядом может быть разрушен, а зависит это от системы срабатывания, которая зависит от вероятности распада частицы. Мы умышленно подбираем такой вариант, когда это фифти-фифти или 50 на 50. Мы сможем узнать, что именно случилось с котом только в том случае, когда откроем ящик. Но до того момента кот сразу и живой, и мёртвый с равно вероятностью. Эксперимент иллюстрирует сразу и эффект наблюдателя, и состояние квантовой суперпозиции.

Квантовую позицию не представить в здравом уме

А теперь прочитайте это ещё раз и попробуйте перенести состояние фифти-фифти на обычную жизнь. Не получается? Именно так! Всё потому, что между квантовой физикой и физикой стандартной (которая нами легко воспринимается) существует серьезный барьер.

По сути любое квантовое событие рассматривается именно как кот в закрытом ящике. Я много раз поднимал эти темы на канале.

Состояние любой квантовой системы описывается квантовой или волновой функцией. Это база. И она не имеет определенного описания конкретного варианта или состояния системы.

Мы получаем результат только в случае наблюдения (парадокс наблюдателя). По сути дела это можно перефразировать, что конкретное состояние из множества вариантов проявляет себя только в момент взаимодействия с системой (это детектирование или что-то аналогичное). Такое взаимодействие принято называть коллапсом волновой функции.

И тут целая вереница интересных размышлений и разбора сопутствующих проблем (например про варианты, которые были у системы или про скрытые параметры). Но не будем пока отвлекаться. Всё это интересно, однако нам нужно познать квантовую суперпозицию.

Квантовая суперпозиция - это МАТЕМАТИКА

Очень важно осознать, что квантовая физика отталкивается от математики. Переносить туда знания о макромире не то, чтобы сильно правильно.

Квантовая суперпозиция - это математика и только потом попытка наложить её на физику.

Для того, чтобы в должной мере понимать проблему, полезно изучать историю физики. Но я упрощу вам задачу и сделаю это за вас. Вывод там один - почти все квантовые явления начинаются с математического анализа. Это не физика, в которой встречается математика, это математика, которую потом пытаются найти в реальности и даже частенько находят.

Пример наблюдения квантовой функции в реальности

Вот, например, в 1993 году Дон Эйглер и его коллеги из лаборатории IBM Almanden в Сан-Хосе придумали способ реализовать студенческую задачу про частицу в ящике в реальной жизни. Это как раз способ моделирования суперпозиции.

Используя методы манипуляции отдельными атомами (ранее использовавшиеся для написания «IBM» атомами на металлической поверхности и про это было на канале), Эйглер и его команда поместили 48 атомов железа на медный лист таким образом, чтобы образовать твердую стенку радиусом 7,1 нанометра. Затем они инжектировали электроны в эту яму. Используя сканирующий туннельный микроскоп, который может улавливать отдельные электроны с поверхности, они измерили плотность электронов в разных точках загона.

При разных уровнях заполнения загона электронами они могли визуализировать плотности электронов, связанные с отдельными волновыми функциями в загоне. Вы можете прочитать об этом в их оригинальной статье в журнале Science: Crommie, Lutz, and Eigler, Science 262, 218 (1993).

По сути это наблюдение загадочной волновой функции на практике, где электроны вели себя согласно расчёту.

Получается, что как-то доходчиво представить математическую суперпозицию в терминах стандартной физики очень сложно. Механику сюда не притянуть. Лучшим примером остаётся монетка в воздухе, но и тут не всё так просто.

В классической механике объекты всегда имеют определенные значения своих свойств (например, положение или скорость). Суперпозиция просто описывает, как комбинируются значения этих свойств от разных источников.

В квантовой механике, как мы уже обсуждали, суперпозиция означает, что объект не имеет определенного значения свойства до момента измерения. Он находится в “смеси” всех возможных значений. Это принципиальное отличие, которое делает квантовую суперпозицию гораздо более загадочной и контринтуитивной, чем классическую.

Это говорит лишь о том, что не зря квантовые системы отталкиваются от математики, накладывая расчётные состояния на реальность. И можно было бы плеваться и говорить, что это не настоящая физика, но примеров, когда это работает успешно, вполне хватает. Например, в вашем устройстве, на котором вы сейчас читаете текст, есть транзисторы с квантовым туннелированием и это работает.

Дальше нам остаётся спорить про выбор конкретных состояний или про существование истинной случайности, про хаос или детерминированную, но сложную математическую модель и про то, что происходит при детектировании частицы в опыте Юнга. Но это уже совсем другая история.

Для многих людей, похоже, целью жизни является не умереть. И если бессмертие - ваша цель, то где лучше искать вдохновение, как не у "суперстолетних" долгожителей - тех, кто прожил более 110 лет. Почему им это удалось, когда большинство других не смогли? Питание? Гены? Отказ от социальных сетей? Согласно новому исследованию Оксфордского университета, долголетие сильно коррелирует с проживанием в бедных регионах с высоким уровнем преступности. Правда? Да, правда.

Исследование было проведено Солом Ньюманом, который внимательно изучил качество данных о суперстолетних долгожителях. Эта работа еще не прошла рецензирование, но то, что он обнаружил, очень удивительно и более чем немного тревожно.

Первый вывод, заставляющий поднять брови, получен из данных США. Ньюман сравнил распределение дат рождения в общей популяции с распределением среди предположительно сверхстарых людей. Статистические данные показывают, что люди очень преклонного возраста чаще всего рождаются первого или пятнадцатого числа месяца. Это наводит на мысль, что кто-то когда-то просто записал свое лучшее приблизительное предположение об их возрасте. Так что, возможно, долгожители просто выглядели старше, чем были на самом деле.

На следующем графике также видно, что количество зарегистрированных суперстолетних в США резко упало, почти на 80%, в какой-то момент, обозначенный здесь как 0.

Что тогда произошло? Может, американцы умерли со смеху от европейских модных тенденций?

Нет, падение произошло, когда в США ввели регистрацию новорожденных. Это подтверждает подозрение, что у большинства, если не у всех предыдущих суперстолетних, возраст в какой-то момент был неправильно записан.

В Италии регистрация новорожденных была введена раньше, но данные также содержат немало сюрпризов. Если разбить их по регионам, то количество долгожителей отрицательно коррелирует с уровнем выживаемости в среднем возрасте. Оно также отрицательно коррелирует с региональным валовым внутренним продуктом, который можно рассматривать как меру благосостояния.

Это означает, что чем хуже условия жизни для среднего итальянца в регионе, тем больше их, кажется, доживает до более высокого возраста. Автор говорит, что это "подтверждает гипотезу о том, что итальянские долгожители в значительной степени представляют собой набор ошибок и пенсионного мошенничества".

Во Франции тоже региональное количество сверхстарых людей коррелирует с бедностью и высоким уровнем преступности. Похожая история и в Англии. Там тоже достижение якобы высокого возраста более вероятно в бедных и проблемных регионах.

Очень показательный пример - Тауэр-Хэмлетс, район Лондона. 

В нем самое большое количество суперстолетних на душу населения в Англии. Также в нем самый высокий уровень бедности, самое высокое неравенство доходов и самый высокий уровень финансовых трудностей среди пожилых людей.

Самое показательное - в нем не только удивительно большое количество людей старше 110 лет, но и удивительно малое количество людей в возрастной группе чуть моложе. Это наводит на мысль, что некоторые выдавали себя за более старых, чем они есть на самом деле.

А как насчет всех японцев, которые якобы доживают до такого возраста благодаря употреблению овощей и рыбы?

Там тоже данные выглядят похоже. Соотношение суперстолетних в Японии коррелирует с бедностью, и, что очень показательно: чем больше денег регион тратит на социальное обеспечение пожилых людей, тем меньше в нем оказывается долгождителей. Опять же, это указывает на то, что многие возрастные рекорды обусловлены мошенничеством с социальными выплатами.

Все это не означает, что все суперстолетние - мошенники, но это означает, что исследования, которые были проведены об их якобы здоровом образе жизни, можно отправить в мусорную корзину науки. Это также означает, что ожидаемая продолжительность жизни человека гораздо сильнее детерминирована, чем мы думали ранее.

Действительно, недавнее исследование показало, что если экстраполировать прошлые данные, кажется, что мы достигаем плато средней продолжительности жизни около 100 лет. То есть, если не произойдет существенных медицинских прорывов, мы вряд ли сможем добиться больших успехов отсюда.

Проблема в том, что человеческое тело не эволюционировало для того, чтобы жить так долго, и очень трудно быстро изменить то, что эволюция создавала на протяжении сотен тысяч лет. Да, мы можем выращивать запасные части и пытаться заменять отказывающие органы, но это, я подозреваю, не даст нам слишком много.

Лично я думаю, что наш лучший шанс существенно увеличить продолжительность жизни - это симбиоз с долговечной электроникой, в котором мы экспортируем нашу когнитивную функцию на совершенно другую систему. Именно поэтому я думаю, что весь этот страх перед ИИ исчезнет, потому что это будем не мы против них, а мы с ними, создающие новый вид.

Пока это не произошло, возможно, нам стоит навести порядок в том беспорядке, которым являют собой научные публикации, боже мой!

Научное мошенничество - огромная проблема. И я боюсь, что она станет еще серьезнее. Это уже не только проблема академических кругов, все чаще она проникает и в повседневную жизнь.

Недавнее расследование выявило некоторые сомнительные исследовательские практики в Лаборатории инноваций в здравоохранении Стэнфорда (Stanford Healthcare Innovation Lab - SHIL). Она расположена прямо рядом с Центром одобренных нарушений Стэнфорда (Stanford Centre of Approved Misconduct - SCAM). Нет, я это выдумала. Последнее. А институт SHIL абсолютно реален.

Они провели несколько психологических исследований с довольно небольшими группами испытуемых, показывающих, что шестидневный курс оратора-мотиватора Тони Роббинса чрезвычайно эффективен в лечении депрессии. 

Согласно San Francisco Chronicle, по крайней мере одно из исследований финансировалось Robbins Research International, компанией, принадлежащей тому самому Тони Роббинсу, чей курс был предметом исследования. Возможно, здесь есть небольшой конфликт интересов. Как вы думаете?

Хорошо, вы можете сказать, что все знают, что половина психологии в любом случае псевдонаука. Но как насчет этого?

Помните куркумин, один из ингредиентов индийской специи под названием куркума? Да, то желтое вещество, которое, как вам говорили, якобы полезно для здоровья. Если вы погуглите, вы найдете множество сайтов, утверждающих: "Многие качественные исследования показывают, что он приносит огромную пользу вашему телу и мозгу" и тому подобное. К сожалению, это неправда.

Этот миф восходит к Бхарату Аггарвалу, американскому биохимику индийского происхождения, работавшему в Университете Техаса. 

Он опубликовал десятки статей о предполагаемой пользе куркумина. Он даже написал об этом книгу.

Но после публикации книги некоторые люди внимательно изучили его статьи. И они нашли явные доказательства неоднократных нарушении этических норм при проведении научных исследований, в частности, манипуляций с изображениями. Целых 65 его статей были отозваны. Последующие исследования показали, что куркумин малополезен, если вообще что-то делает, в основном потому, что он не усваивается организмом, хотя добавление других веществ может улучшить его усвоение и пользу.

Вы можете сказать, ладно, но по крайней мере никто не пострадал. Ну, Национальный институт здоровья США потратил более 150 миллионов долларов на изучение этого вещества, и многие люди его купили. Вероятно, покупают до сих пор. Эта сказка о куркумине так широко распространилась по интернету, что ее практически невозможно опровергнуть.

Что случилось с Аггарвалом? Он вышел на пенсию в 2015 году и опубликовал еще несколько статей. Некоторые из них были отозваны.

Более свежая история научного мошенничества, которая еще более удручает, - это история Элизира Маслии. Еще несколько недель назад он был главой отдела нейронаук в Национальном институте старения США. Он был очень большим именем в исследованиях болезни Паркинсона и Альцгеймера.

Но согласно недавнему отчету в Science, целых 132 его опубликованные научные статьи содержат подозрительные изображения и были отмечены как возможные нарушения, включая некоторые работы, которые легли в основу клинических испытаний методов лечения болезни Паркинсона.

Уже два года назад известный исследователь, работавший над болезнью Альцгеймера, был обвинен в нарушениях как минимум в 25 статьях. 

Некоторые его исследования заложили основу для наиболее широко преследуемой гипотезы о том, как возникает болезнь Альцгеймера, а именно путем накопления белка, называемого бета-амилоидом, в мозге. 

На основе этой идеи были разработаны лекарства, но проведенные клинические испытания показали, что они не работают.

Люди, участвовавшие в этих испытаниях, потратили драгоценное время впустую, а государственные и частные деньги были вложены в бесполезные исследования. Научное мошенничество и небрежные исследования затрагивают всех нас. В худшем случае люди активно страдают. Помните Дидье Рауля, который продвигал ивермектин как лекарство от COVID? Десятки тысяч людей, включая многих детей, умерли, потому что не получили надлежащего лечения.

Конечно, это происходит не только в медицине. Нарушения имеют место быть и в исследованиях фотоэлектрических элементов, и в материаловедении. Статья, которая совсем недавно появилась на arXiv, выявила более 2000 случаев подделки изображений электронной микроскопии. Это дерьмо повсюду.

Действительно удручающая часть заключается в том, что многие сфальсифицированные исследования были выявлены по подделанным изображениям, настолько очевидным, что их можно заметить невооруженным глазом. 

Мошенники часто просто копируют и вставляют одно и то же изображение в несколько статей. Существуют бдительные научные детективы, которые специализируются на выявлении таких копий. Теперь их собралась целая группа, они работают над выявлением массового мошенничества.

Недавно я разговаривала с одним из научных детективов, Рисом Рикардсоном, и он сказал мне, что они, наконец, добились финансирования от исследовательских институтов.

Думаю, это действительно хорошая новость. Нам нужно больше такого. Поскольку изображения, сгенерированные ИИ, становятся все более распространенными, ситуация с фальсификациями в академической среде будет только ухудшаться.

Я всегда задаюсь вопросом, почему люди так делают. И я боюсь, что ответ - цинизм. Все больше ученых считают, что система несправедлива, и качественное выполнение работы не является выигрышной стратегией. Они думают, что все фальсифицируют, и это оправдывает их собственные фальсификации. Кроме того, это на самом деле никак особо не наказывается. Могут отозвать статью, попросить исследователя уйти досрочно на пенсию, на которую они будут праздно жить.

Кстати, курс Тони Роббинса по лечению депрессии стоит 4500 долларов, а его предполагаемое состояние составляет 600 миллионов долларов. Думаю, он должен мне за то, что мне приходится делать депрессивные ролики.

Феномен "квантового ластика" бросает вызов нашему пониманию времени: частица "решает", быть волной или частицей, в зависимости от измерения, которое еще не произошло.

В эксперименте фотон проходит через двойную щель, создавая интерференционную картину (волновое поведение). Затем его квантово запутывают с другим фотоном. Удивительно, но если второй фотон измеряют определенным образом в будущем, первый фотон ретроактивно "меняет" свое поведение в прошлом.

Это не нарушает причинно-следственную связь, но показывает, что квантовая механика оперирует вне привычных рамок линейного времени. Как заметил физик Джон Уилер: "Никакое элементарное квантовое явление не является реальным, пока оно не наблюдается".

Интересное по теме: Туннельный эффект: квантовая «игра в кости», которая бесила Эйнштейна.  

Феномен "квантового ластика" бросает вызов нашему пониманию времени: частица "решает", быть волной или частицей, в зависимости от измерения, которое еще не произошло.

В эксперименте фотон проходит через двойную щель, создавая интерференционную картину (волновое поведение). Затем его квантово запутывают с другим фотоном. Удивительно, но если второй фотон измеряют определенным образом в будущем, первый фотон ретроактивно "меняет" свое поведение в прошлом.

Это не нарушает причинно-следственную связь, но показывает, что квантовая механика оперирует вне привычных рамок линейного времени. Как заметил физик Джон Уилер: "Никакое элементарное квантовое явление не является реальным, пока оно не наблюдается".

Интересное по теме: Туннельный эффект: квантовая «игра в кости», которая бесила Эйнштейна.

В магнитном поле Земли существует дыра, и она меняется. Согласно данным NASA, аномалия не представляет опасности, однако влияет на спутники и космические аппараты. Возникает вопрос: свидетельствует ли аномалия о скорой смене полюсов магнитного поля Земли? Я решила в этом разобраться.

Ослабленная область магнитного поля получила название Южно-Атлантической аномалии.

Согласно названию, аномалия располагается преимущественно над Южной Атлантикой и захватывает части Южной Америки, включая восточное побережье Бразилии и Аргентины. Аномалия известна науке давно, однако недавно привлекла внимание СМИ из-за изменений в её структуре.

Первое обнаружение аномалии датируется 1958 годом, когда специалисты американских спутниковых программ, особенно работавшие с серией спутников Explorer, зафиксировали необычное приближение радиационных поясов Ван Аллена к поверхности Земли в данном регионе.

Пояса Ван Аллена представляют собой две кольцевидные области, заполненные высокоэнергетическими заряженными частицами — преимущественно электронами и протонами, удерживаемыми магнитным полем Земли. По широте располагаются ближе к экватору, чем к авроральной зоне (зоне полярного сияния), на значительной высоте — от 600 километров.

NASA отслеживает аномалию, поскольку снижение поясов Ван Аллена подвергает спутники и Международную космическую станцию повышенным уровням радиации. Излучение воздействует на электронные системы и здоровье космонавтов. На авиалайнеры аномалия не воздействует ввиду существенно меньших высот полета.

Аномалия магнитного поля разделяется на две отдельные зоны. Несколько лет назад специалисты Космического центра Годдарда NASA проанализировали данные спутников Swarm Европейского космического агентства и миссии CubeSat ELFIN для отслеживания динамики аномалии. Результаты исследования попали в заголовки новостей. Ученые установили ослабление центральной части аномалии. Основная зона концентрируется над Южной Америкой, тогда как вторичная смещается к юго-западу в направлении Африки.

Исследование прошлого года продемонстрировало влияние магнитной аномалии на ослабление полярных сияний в южном полушарии.

Возникает вопрос: свидетельствует ли аномалия о приближающемся перевороте магнитного поля Земли? Геологические данные демонстрируют, что за последние сотни миллионов лет магнитное поле Земли меняло полюса каждые 450 тысяч лет. Аналогичный процесс происходит на Солнце, но значительно чаще — солнечное магнитное поле меняет полярность каждые 11 лет.

Инверсия магнитного поля Земли является следствием механизма формирования магнитосферы планеты: движения раскаленных металлов в земных недрах. Так утверждают геологи. Впрочем, существует гипотеза о компьютерной симуляции, требующей периодической перезагрузки.

Независимо от причин, экстраполяция данных показывает вероятность очередного переворота магнитного поля в ближайшие 10 000 лет. Для геологической шкалы времени события такой давности считаются актуальными. Проблема заключается в том, что магнитная инверсия способна ослабить защиту от космической радиации на протяжении тысячелетий.

Современные геологи считают, что наблюдаемые изменения магнитной аномалии не указывают на скорый полный переворот поля. Основная гипотеза связывает образование аномалии с движением расплавленного железа во внешнем ядре Земли, вызывающим в данном регионе ослабление выхода линий магнитного поля на поверхность.

Согласно моделированию, аномалия перемещается во внешнем ядре на протяжении 10 миллионов лет. Аномалия представляет собой локальную особенность, не связанную напрямую со сменой магнитных полюсов.

Значимость этой аномалии магнитного поля определяется возможностью получения данных о процессах внутри планеты, что позволит точнее прогнозировать сроки потенциальной инверсии магнитного поля.

Феномен напоминает нам о ценности нашей планеты, ибо она защищает нас от  радиации своим магнитным полем. Марс лишился такой защиты. Красная планета утратила большую часть магнитного поля 4 миллиарда лет назад из-за остывания ядра и прекращения его движения. Результатом стал высокий уровень радиации на поверхности Марса как следствие потери атмосферы, которую сдуло солнечным ветром без защиты от магнитного поля.

Альтернативная теория предполагает, что это портал инопланетян, собирающихся захватить Землю. Жду не дождусь...

Это атомно-силовой микроскоп, и он работает немного иначе, чем обычные электронные микроскопы. Это устройство создаёт изображение, постукивая по образцу очень маленьким зондом, обычно шириной всего 20-30 нанометров. 

Но поскольку он такой маленький, объяснить, как он работает, очень сложно, поэтому продемонстрируем принцип его работы на увеличенной модели. Простая латунная пластинка с прикрепленным к ней магнитом, над которой расположена катушка с противоположной полярностью, заставляющая пластинку совершать вертикальные колебания. Конец заострен и отогнут вниз, им пластинка и касается образца, имитируя щуп AFM-микроскопа.

Атомно-силовой микроскоп (AFM) имеет резонирующую консоль с острым наконечником на конце. Он перемещает этот наконечник по поверхности образца, и везде, где он контактирует с образцом, записывает высоту в этом положении. 

Таким образом можно построить его трехмерное изображение.

Демонстрационное устройство собрано из 3D-принтера и любительской электроники, поэтому оно может достигать точности только на уровне миллиметров. Но настоящие AFM могут давать разрешение на уровне нанометров или даже пикометров, хотя обычно в довольно маленьком поле зрения, меньшем, чем человеческий волос. Несмотря на это, AFM крайне важны для исследований в области материаловедения.

По материалам:

Ремейк моего исторически первого поста на Капибаре. Первого после "Тест - Тест" и прочих несодержательных. К сожалению, многие из нас потеряли свои первые посты в багах альфа-теста, однако жертвы должны были быть принесены.

Таксономия - увлекательная наука, изучающая родственные связи между различными живыми существами. Именно благодаря ей мы можем с полным основанием утверждать, что птицы являются динозаврами, несмотря на продолжающиеся дискуссии в некоторых онлайн-сообществах. Давайте же разберемся, почему птицы - это действительно динозавры, и как мы сами, по сути, являемся всего лишь глорифицированными двоякодышащими рыбами.

Термин "таксономия" обычно используется в качестве сокращения для линнеевской систематики, названной в честь великого шведского естествоиспытателя Карла Линнея и его эпохального труда "Systema Naturae", вышедшего в 1735 году. Основная идея Линнея заключалась в разделении всего многообразия природы на небольшие группы. Примечательно, что изначально он включал в свою систему даже минералы, но современные биологи постепенно отошли от этой практики, сосредоточившись на живых организмах. Тем не менее, многие элементы линнеевской таксономии, такие как бинарная номенклатура с родовыми и видовыми названиями (например, Velociraptor mongolensis, где Velociraptor - род, а mongolensis - видовой эпитет), используются и по сей день, создавая основу для работы современных систематиков.

Начнем с самого масштабного уровня - доменов, которые можно считать своего рода "супер-царствами". Бактерии и археи представляют собой отдельные домены одноклеточных организмов, в то время как все остальные знакомые нам живые существа, включая животных, растения и грибы, относятся к домену эукариот. Эти крупнейшие группы выделяются на основании фундаментальных различий в строении клеток. К примеру, отличительной чертой эукариот является наличие митохондрий - клеточных органелл, которые, согласно теории симбиогенеза, произошли от некогда независимых бактерий, поселившихся внутри других клеток в далеком прошлом.

Спускаясь на следующий уровень иерархии, мы приходим к царствам - скажем, царству животных, которое объединяет всех представителей животного мира, но исключает растения и грибы. При этом важно понимать, что, несмотря на все их разнообразие, животные остаются эукариотами и принадлежат к родительскому домену Eukaryota.

Продолжая двигаться вглубь систематики, мы можем обратить внимание на тип хордовых (Chordata) - группу, включающую в себя не только привычных нам позвоночных животных, но и их ближайших родственников, таких как оболочники и ланцетники. Хотя внешне эти существа могут показаться весьма далекими от позвоночных, их объединяет наличие четырех ключевых признаков, по крайней мере, на определенных стадиях жизненного цикла. Во-первых, это жаберные щели - отверстия в глотке, хорошо заметные у рыб и некоторых примитивных позвоночных вроде миног. Во-вторых, хорда - упругий стержень, обеспечивающий опору для тела и расположенный над кишечной трубкой. В-третьих, полая нервная трубка, представляющая собой зачаток центральной нервной системы. И наконец, в-четвертых - постанальный хвост, то есть хвостовой отдел тела, расположенный позади анального отверстия. Именно поэтому, кстати, рыбы испражняются не самым кончиком хвоста, в отличие от многих насекомых и других беспозвоночных. 

Важно отметить, что хордовые не обязательно сохраняют все эти признаки во взрослом состоянии. Так, у оболочников они проявляются только на личиночной стадии, после чего во многом утрачиваются, когда взрослые особи переходят к сидячему образу жизни и питанию путем фильтрации. Даже у высших позвоночных, таких как четвероногие (наземные позвоночные), хвост может редуцироваться в ходе эволюции. Мы, люди, и лягушки - хорошие тому примеры. Однако у эмбрионов и зародышей этих животных по-прежнему закладываются все ключевые хордовые структуры, указывая на их эволюционное происхождение.

Дальнейшее подразделение хордовых приводит нас к классам - скажем, к рептилиям, которых объединяет присутствие рогового покрова, сбрасываемого при линьке. У змей и ящериц этот процесс может быть довольно заметным, когда сразу отторгаются крупные фрагменты или даже целиком вся "рубашка" из ороговевшей кожи. А вот крокодилы и черепахи теряют роговые чешуи более равномерно и постепенно, по одной. Другой общей чертой рептилий является выделение в качестве конечного продукта азотистого обмена мочевой кислоты, а не мочевины. Связано это с необходимостью экономить воду в наземных условиях - не зря белые составляющие помета рептилий и птиц представляют собой как раз кристаллы мочевой кислоты.

И вот тут мы подходим к главной теме нашего разговора - птицам. Да-да, птицы определенно относятся к рептилиям, поскольку полностью соответствуют ключевым признакам данного класса. Их перья, состоящие из того же белка бета-кератина, что и чешуи рептилий, регулярно сменяются в процессе линьки. Продуктом азотистого обмена у птиц также служит мочевая кислота. Единственное существенное эволюционное новшество птиц по сравнению с другими рептилиями - это некоторые особенности строения черепа, но они носят скорее количественный, нежели качественный характер.

Итак, птицы - это рептилии. Но какие именно рептилии? Конечно же, динозавры! В пользу этого говорит множество признаков: от перфорированного вертлужного отверстия в тазовом поясе (уникальная особенность, свойственная как птицам, так и динозаврам) до таких деталей скелета, как вилочка (сросшиеся ключицы) и полые кости. При построении филогенетических схем родства между организмами ученые как раз и опираются на такие общие признаки, указывающие на происхождение от единого предка.

Возьмем, к примеру, ящериц. Для них характерен целый ряд уникальных особенностей: сбрасывание кожи крупными фрагментами или цельной "рубашкой", черепицеобразное наползание роговых чешуй (в отличие от обычного расположения у крокодилов), наличие небольшого отверстия в плечевой кости. Каждый из этих признаков по отдельности может встречаться и у других групп рептилий или даже у более далеких родственников. Но их уникальное сочетание однозначно указывает на то, что все ящерицы унаследовали данные черты от общего предкового вида и потому состоят в близком родстве.

Аналогичным образом на основании набора признаков можно выстраивать филогенетические деревья для самых неожиданных групп объектов. В качестве забавного примера давайте рассмотрим различные виды лепешек! Для 25 разновидностей этой выпечки, от мексиканских тортилий до индийских чапати, был составлен список ключевых параметров, учитывающий особенности ингредиентов, способа приготовления и конечных свойств продукта. Загрузив эти данные в специальную компьютерную программу для филогенетического анализа, можно получить наглядные эволюционные древа, отражающие родственные связи между лепешками. Конечно, в отличие от живых организмов, лепешки не эволюционируют и не наследуют свои признаки, но данный мысленный эксперимент прекрасно иллюстрирует саму суть работы современных систематиков.

Важно понимать, что реальные филогенетические деревья, построенные для живых существ, всегда содержат некоторую долю неопределенности. Любое из них представляет собой не конечную истину в последней инстанции, а научную гипотезу, основанную на анализе доступных признаков. Добавление новых данных или изменение акцентов при выборе ключевых особенностей организмов способно привести к перестройке дерева. Более того, зачастую ученым приходится работать не с самими организмами, а лишь с их окаменелыми фрагментами, что вносит дополнительные сложности в анализ. К счастью, постепенно развиваются методы тонкого статистического анализа, позволяющие находить наиболее обоснованные и устойчивые варианты филогенетических гипотез.

Отдельного упоминания заслуживает проблема биологической концепции вида. На первый взгляд может показаться, что палеонтологам в этом отношении живется намного проще, чем специалистам по современной флоре и фауне. В самом деле, если между двумя ископаемыми популяциями пролегают миллионы лет, то решение об их видовой самостоятельности напрашивается само собой. Однако в случае с рецентными организмами граница между видами зачастую оказывается весьма размытой, особенно когда мы имеем дело с близкородственными формами, способными давать плодовитое гибридное потомство. Великолепный пример таких генетически близких, но фенотипически контрастных групп - это славки, небольшие певчие птицы. Выраженные вариации окраски оперения в пределах данного комплекса видов определяются буквально несколькими генами. И хотя внешне эти птицы выглядят по-разному, они свободно скрещиваются между собой, производя потомков с промежуточными признаками. Так кого же из них считать самостоятельными видами? Однозначного ответа современная биология дать не может.

Таким образом, организмы не делятся на виды раз и навсегда данным от природы способом. Это люди проводят между ними границы, руководствуясь теми или иными соображениями. Поэтому любая классификация живого носит во многом условный характер и меняется со временем по мере развития науки. Яркий пример - судьба таксона Troodon, знаменитого динозавра, воспетого в популярных книгах и мультфильмах. Увы, на поверку оказалось, что род этот изначально описан исключительно по зубам, которые сами по себе мало что говорят о своих обладателях. И теперь палеонтологи предпочитают использовать название Stenonychosaurus для ящеротазовых динозавров данной группы, поскольку этот таксон, в отличие от проблематичного Troodon, основан на диагностичном костном материале.

Или вот еще один любопытный пример - знаменитый ужасный волк (Canis dirus), истребленный людьми в конце последнего ледникового периода. Традиционно этого гигантского хищника принято считать близким родственником серого волка из-за сходства в строении черепа и зубов. 

Однако недавний генетический анализ показал, что ужасные волки представляют собой глубоко обособленную линию псовых, довольно рано отделившуюся от общего ствола данного семейства. Получается, перед нами яркий случай конвергентной эволюции, при которой неродственные организмы независимо приобретают сходные приспособительные черты.

Подобные открытия наглядно демонстрируют, сколь непростым и захватывающим делом является реконструкция филогенетических связей между организмами. Это постоянный вызов для ума, требующий кропотливой работы и готовности пересматривать, казалось бы, незыблемые представления. Но именно так и развивается наука - через поиск истины, через проверку смелых гипотез и их постепенное уточнение.

И давайте никогда не забывать: какими бы разными ни казались нам живые существа, населяющие Землю, все мы произошли от единого корня и потому связаны незримыми, но неразрывными узами родства. Царственные секвойи и причудливые орхидеи, грозные львы и трудолюбивые муравьи, стремительные стрижи и мудрые дельфины - все мы одна большая семья, плоды многовекового эволюционного древа, корни которого уходят в глубины древнейших океанов. И осознание этого всеобщего родства способно, как мне кажется, сделать наш мир немного добрее и человечнее.

По материалам:

В ближайшие месяцы до сентября 2024 года ожидается весьма редкое астрономическое явление - вспышка новой звезды в системе T Coronae Borealis (T CrB), расположенной на расстоянии 3000 световых лет от Земли. Согласно прогнозам, система переживет вспышку новой, в результате чего ее яркость станет доступной для наблюдения невооруженным глазом. Столь нечастое событие, последний раз зафиксированное в 1946 году, временно повысит видимую яркость системы до уровня Полярной звезды, предоставив уникальную возможность для наблюдений.

Данное редкое небесное явление обещает осветить наши небеса в ближайшее время вспышкой новой звезды в системе T Coronae Borealis, что станет поистине беспрецедентным событием.

Обычно невидимая невооруженным глазом тусклая система звездной величины +10, как ожидается, вспыхнет до яркости величины +2, сравнимой с Полярной звездой Полярис. Столь драматическое увеличение яркости позволит наблюдать систему T Coronae Borealis на ночном небе примерно в течение недели, после чего она потускнеет, и ее следующее появление в подобном великолепии может не произойти еще 80 лет.

Возможность наблюдать вспышку новой в T Coronae Borealis представляет собой уникальную возможность для изучения, способную привлечь внимание не только специалистов в области астрофизики, но и всех любителей наблюдения ночного неба. Благодаря высокой яркости, даже жители городских районов, обычно страдающих от светового загрязнения, смогут увидеть это небесное явление.

Грядущая вспышка новой в системе T Coronae Borealis объясняется тем, что она является двойной системой, состоящей из белого карлика и красного гиганта. Уникальное взаимодействие между этими небесными телами приводит к накоплению вещества на поверхности белого карлика, в конечном итоге инициируя термоядерную реакцию, наблюдаемую с Земли как вспышка новой звезды.

Данное событие предоставляет редкую возможность наблюдения ночного неба и дает бесценные сведения о жизненных циклах звезд и управляющих ими процессах.

Джонатан Блейзек, доцент физики Северо-Восточного университета, подчеркивает важность подобных явлений как для любителей астрономии, так и для астрофизического сообщества. Он поясняет, что вспышка новой в системе T Coronae Borealis является наглядным примером переноса массы в двойных звездных системах, приводящего к взрывным результатам, процесса, имеющего центральное значение для понимания таких космических событий, как сверхновые.

Сверхновые, особенно типа 1а, играют ключевую роль в исследовании Вселенной, предоставляя стандартизированную меру яркости, помогающую в ее изучении.

"Эта повторяющаяся новая является одной из пяти в нашей галактике", - отмечает Лорен Перкинс из Центра космических полетов NASA Маршалл.

"Это происходит потому, что T Coronae Borealis представляет собой двойную систему, состоящую из белого карлика и красного гиганта. Звезды находятся достаточно близко друг к другу, чтобы по мере нестабильности красного гиганта, вызванной повышением температуры и давления, приводящей к выбросу его внешних слоев, белый карлик собирал это вещество на своей поверхности. В конечном итоге мелкая плотная атмосфера белого карлика нагревается настолько, что вызывает неконтролируемую термоядерную реакцию, которая и порождает наблюдаемую с Земли вспышку новой звезды".

https://watchers.news/2024/03/22/upcoming-nova-explosion-in-t-crb-star-system-offers-rare-night-sky-event/

Квантовая биология изучает, как квантовые эффекты проявляются в биологических системах. Одним из наиболее изучаемых примеров является фотосинтез, где квантовая когерентность может играть роль в эффективном переносе энергии от солнечного света к хлорофиллу.

Исследования показывают, что растения могут использовать квантовые эффекты для почти 100%-ной эффективности передачи энергии, что значительно превосходит наши текущие технологии солнечных батарей.

Уникальность квантовой биологии в том, что она предлагает новый взгляд на биологические процессы, показывая, что квантовая механика не ограничивается микромиром, а может объяснять некоторые из самых фундаментальных процессов жизни, открывая путь для создания сверхэффективных технологий, вдохновленных природой.

Группа физиков из Лос-Аламосской национальной лаборатории опубликовала в журнале Physical Review X исследование, описывающее новый протокол управления квантовыми системами, который позволяет манипулировать так называемой стрелой времени на квантовом уровне.

На основе этого механизма учёные разработали измерительный движок для извлечения энергии из квантовых систем, при этом обнаружив, что их инструмент делает эволюцию квантовой системы "более согласующейся со временем, текущим в обратную сторону" – в статистическом смысле.

Чтобы понять, о чём идёт речь, стоит вспомнить базовую интуицию о направленности времени. Если кто-то покажет видео, на котором разбитый стакан сам собирается, а разлитая вода собирается обратно в чашку, любой сразу поймёт, что запись воспроизводится в обратном направлении. Это и есть стрела времени – физически необратимые процессы мы воспринимаем как однонаправленные.

Однако, как объясняет ведущий автор исследования Луис Педро Гарсиа-Пинтос, многие природные явления сами по себе не имеют предпочтительного направления времени.

Строго говоря, в математическом аппарате физики направление стрелы времени не играет никакой роли. Стрела времени возникает в вероятностном смысле лишь тогда, когда система измеряется и эти измерения вносят в неё случайность.

Фундаментальные законы физики утверждают, что на квантовом уровне время симметрично, и новая работа опирается именно на эту идею. Как правило, появление стрелы времени квантифицируют путём "сравнения вероятности прямого процесса во времени с его обращённой во времени версией". Новый протокол представляет собой математический каркас, описывающий эволюцию наблюдаемых квантовых систем.

Исследователи создали конструкцию наподобие движка и применили протокол к системе через механизм обратной связи. Это позволило "компенсировать, усиливать или избыточно компенсировать" возмущения, вносимые измерением системы. В результате учёные получили возможность свободно "изменять то, как система эволюционирует" и "переформировывать стрелу времени".

При этом ученые отдельно отметили принципиальный момент:

Наша работа никак не связана с путешествиями во времени. В фундаментальном плане она показывает конкретные способы, которыми квантификаторы стрелы времени можно обмануть, заставив их сигнализировать о неправильном направлении течения времени.

Важно учитывать, что описанный движок пока существует исключительно как теоретическая конструкция, хотя статья предлагает убедительные идеи для его реализации. Команда нацелена на экспериментальную проверку концепции с использованием сверхпроводящих кубитов.

Если это удастся воплотить, исследователи полагают, что механизм позволит максимизировать энергетический потенциал таких технологий, как квантовые батареи, или конкретных алгоритмов в квантовых устройствах.

По словам Гарсиа-Пинтоса, инструмент оказался "достаточно универсальным", чтобы другие исследователи могли найти для него неожиданные применения. В качестве следующего шага команда планирует испытать протокол на сверхпроводящих кубитах, чтобы оценить его применимость в более прикладных экспериментальных установках.

Источник

Продолжаю копипастить самого себя с Пикабу.

Первая камера из легендарной линейки профессиональных фотоаппаратов. Камера, которая потеснила дальномерки на поприще фотожурналистики.

Курковый взвод затвора, зеркало постоянного визирования, фольга вместо тканевых штор, прыгающая диафрагма, адекватный видоискатель (благодаря применению пентапризмы), байонет большого диаметра, под который можно было изготовить светосильную оптику, полуавтоматическое управление экспозицией, сопряжённое с приставным экспонометром - все эти возможности встречались порознь в разных фотоаппаратах, но японские специалисты собрали всё воедино, сделав нечто, что оказалось на голову выше дальномерок того времени.

Благодаря тому, что пентапризма была съёмной, фотограф мог также использовать шахту.

А вот, собственно, и приставной селеновый экспонометр.

В 1962 году появился новый экспонометр Photomic на высокочувствительном сернисто-кадмиевом фоторезисторе. Угол охвата этого экспонометра был 75 градусов, что соответствует объективу с фокусным расстоянием 35мм. Этот угол можно было изменять до 15 градусов в соответствии с применяемой оптикой.

Стрелочная индикация экспонометра теперь находилась не только на его корпусе. Его стрелку смогли разместить в самой призме, чтобы она была видна в видоискателе. Это позволяло производить замер, не отрываясь от окуляра.

В 1965 году начали производить призму Photomic T. Это был первый TTL-экспонометр для Nikon F и один из первых в истории фотоаппаратостроения. Раньше них это сделали только Pentax Asahi и Tokyo Kogaku KK.

Сначала в призме стояли два CdS фоторезистора, равномерно охватывавшие всю площадь кадра. В последующих поколениях Photomic Tn и FTn соотношение чувствительности изменилось. Теперь большая часть чувствительности была сосредоточена в центре кадра для того, чтобы обеспечить точный замер на сюжетно важном объекте при наводке на него центрального круга фокусировочного стекла.

Помимо экспонометров, шахт и разных призм, на камеру можно было установить электрический мотор, позволявший делать до четырёх кадров в секунду. Так как Nikon F унаследовал конструкцию корпуса от дальномерных SP, то и моторы для дальномерок на него вставали, как родные. F36 рассчитан на стандартный ролик типа-135, а F250 был одновременно кассетой большой ёмкости, вмещавшей до 10 метров плёнки. Батарейный блок для мотора можно было использовать как приставной (беспроводной), так и отдельный, подключаемый к камере проводом. На проводном была своя спусковая кнопка. Кроме того, можно было приобрести отдельное спусковое устройство с 10-метровым кабелем. Также в цепь можно было включить электрический автоспуск. Радиомодуль мотора позволял дистанционно управлять спусковым механизмом фотоаппарата с расстояния до 1 км.

С фотовспышками пришлось помудрить. Так как призма съёмная, установить горячий башмак на неё было нельзя. На первых трёх поколениях крепление для родных никоновских вспышек располагалось под рулёткой обратной перемотки.

Вспышки с другим способом установки приходилось использовать отдельно, поставив на кронштейн. Подключались они по-старинке через проводной синхроконтакт. Кроме того, выпускались переходники Flash Coupler с крепления Nikon на общепринятый «холодный башмак», устанавливаемые над головкой обратной перемотки.

NVIDIA представила Ising – первое в мире семейство открытых ИИ-моделей для квантовых вычислений. Новые модели призваны решить главные проблемы квантовых процессоров, а именно калибровку и коррекцию ошибок, которые до сих пор мешали практическому применению технологии.

Квантовые вычисления десятилетиями называют следующим рубежом в развитии компьютерных технологий. Множество компаний годами пытаются довести квантовые компьютеры до практического применения, и только сейчас некоторые из них начинают добиваться реальных результатов. У NVIDIA уже есть открытая платформа для квантовых вычислений CUDA-Q, которая работает с различными типами кубитов и квантовыми процессорами.

Главное узкое место в квантовых вычислениях сегодня связано с калибровкой процессоров и коррекцией ошибок. Кубиты крайне нестабильны и генерируют множество сбоев. Сегодня квантовые процессоры допускают одну ошибку на каждую тысячу операций, тогда как для практического применения этот показатель нужно снизить до одной ошибки на триллион операций. Именно здесь на сцену выходит ИИ.

Семейство Ising включает две настраиваемые модели:

• Ising Calibration – представляет собой визуально-языковую модель, которая быстро интерпретирует и реагирует на измерения квантовых процессоров. Это позволяет ИИ-агентам автоматизировать непрерывную калибровку и сократить время процесса с нескольких дней до нескольких часов
• Ising Decoding – включает два варианта 3D-свёрточной нейросети для декодирования ошибок в реальном времени. Один вариант оптимизирован под скорость, другой под точность. Модели Ising Decoding работают до 2.5 раза быстрее и в 3 раза точнее, чем pyMatching, текущий отраслевой стандарт с открытым исходным кодом

Помимо производительности, новые модели отличаются компактностью и эффективностью обучения. Так, Ising Calibration в 15 раз меньше существующих альтернатив, а Ising Decoding требует в 10 раз меньше данных для тренировки. Эти характеристики делают модели более доступными для исследователей и предприятий с ограниченными ресурсами.

NVIDIA подтвердила, что открытые ИИ-модели Ising уже используются ведущими исследователями, академическими институтами и коммерческими организациями по всей квантовой экосистеме.

Источник

Мне встречались самые разные источники научно-популярного характера, которые утверждали, что подтверждение возможности квантовой телепортации открывает перед нами дорогу и к полноценной возможности перемещения материи в пространстве. Но тут примерно как с квантовыми компьютерами. Не понял о чём, зато есть слово "квантовый"!

Увы, то, что на самом деле называется квантовой телепортацией не имеет никакого отношения к телепортации объекта, как это было, например, в фильме "Муха".

В обычном случае речь идёт о том, что тем или иным (пока ещё не ясно каким) способом мы переносим объект из точки А с определенными координатами в пространстве в точку Б с другими координатами. При этом в одной точки этот материальный объект пропадает, а в другой появляется.

Когда же мы говорим о квантовой телепортации, то всё значительно интереснее. Вспомните как ведёт себя квантовая запутанность. Это странная связь между частицами, которая заставляет одну частиц мгновенно копировать состояние другой частицы. Как это происходит не совсем ясно, зато известно, что насколько не растащи эти частицы друг от друга, они останутся в связанном состоянии.

Теперь представьте, что мы взяли одну такую частицу и умышленно разносим её с основной. Один из способов, который позволяет это сделать - это двигать частичку по волноводу. Получается, что мы искусственно увеличиваем расстояние между частицами, которые остаются запутанными.

Для того, чтобы толкать частичку внутри "провода" используется концентрированный поток энергии или лазер. Если удастся не разрушить связь и сохранить состояние запутанности, то на выходе мы будем иметь две частицы, искусственно разнесенные друг относительно друга.

Процесс перемещения одной из запутанных частиц в системе (при условии сохранения состояния запутанности) и называется квантовой телепортацией. Это не та телепортация, что мы хотим увидеть. Мы работаем с совсем другим физическим процессом. По сути если описать это просто, то квантовая телепортация - это способ увеличения расстояния между запутанными объектами.

Сегодня такая методика может рассматриваться лишь как способ обмена информацией и вариант шифрования. В дальнейшем где-то очень глубоко в теории можно предположить, что подобным образом мы сможем передавать частички некоторого материального объекта. Запутав две частицы друг с другом мы, по сути дела, сделаем нечто типа её эквивалента. Гипотетически, если мы перенесем такую частицу в другую точку, то организовав передачу всех составляющих материи мы сможем создать там новое тело, соответствующее исходному.

Впрочем, это никак не решает базовый вопрос. Мы перенесем частицы и соберем из них как будто бы такое же тело. Но где гарантии, что это будет именно такое же тело? Это будет копия или клон, а ещё сохранится и исходный образец. В этой связи мы можем полагать, что получим что-то из фильм Престиж.

Если помните, главный герой с помощью Николы Теслы смог реализовать фокус с телепортацией. Вот только никакой телепортации не было. Система, собранная Теслой, плодила копии и клоны. Каждый клон после фокус сбрасывался в аквариум с водой и там топился. В некоторой степени таковым будет результат работы квантовой телепортации. Кристофер Нолан как обычно показал великолепную проработку, правда открытым остался вопрос относительно личности клона. Мы как раз-таки его и затронули. Кто из двух человек - клон или оригинал - будет обладать обладать сознанием героя? Оба? Один? А что чувствует второй.

Так или иначе, это лучший пример того, как может повести себя квантовая телепортация применительно к перемещению объектов.

Если ролик на Тубе вам сломали, то он есть тут.

Физики Гарвардского университета нашли способ упаковывать квантовые биты в трехмерные структуры, используя эффект Монтгомери, теоретически разработанный еще в 1967 году. Экспериментальное подтверждение эффекта Монтгомери позволяет фокусировать лазерные лучи в пустом пространстве без линз, создавая трехмерные световые ловушки для миллионов кубитов. Это работа стала развитием идей великого российского физика Владилена Летохова, который еще в 1970-е годы описал идеи лазерного охлаждения и лазерных ловушек.

В квантовом мире важна не только плотность, но и связность. В плоской структуре у каждого атома всего четыре соседа. В трехмерном «кристалле», созданном благодаря эффекту Монтгомери, количество связей резко возрастает. Это позволяет квантовым алгоритмам исправления ошибок работать на порядок быстрее. По сути, мы переходим от медленных «пробок» на плоскости к скоростным многоуровневым развязкам в объеме, где информация передается по кратчайшему пути между любыми узлами системы.

Десятилетиями камнем преткновения для квантовых компьютеров была проблема масштабирования. Современные системы на нейтральных атомах или ионах напоминают плоский лист: кубиты выстроены в цепочку или расположены в одном тонком слое. Чтобы нарастить мощность до миллиона кубитов, ученым пришлось бы создавать установки площадью с футбольное поле, которыми почти невозможно управлять.

Решение пришло из области теоретической оптики прошлого века. Эффект Монтгомери, предсказанный еще в 1967 году, гласит: свет может самопроизвольно восстанавливать свой фокус в свободном пространстве через равные промежутки пути. Почти 60 лет это предсказание оставалось всего лишь изящным математическим трюком, пока команда Федерико Капассо не заставила лазер «вспоминать» свою форму без единой стеклянной линзы. Работа опубликована в журнале Optica.

Исследователи программируют фазу лазерного луча так, что он как бы несет в себе чертеж для собственного восстановления. Распространяясь в пустоте, луч сначала рассеивается, а затем резко собирается в яркую точку или сложную фигуру именно там, где это нужно инженерам. Этот цикл повторяется многократно, создавая в пространстве целую серию идеально выверенных фокусов. Такая «световая скульптура» позволяет обойти ограничения линзовой оптики, которая неизбежно вносит искажения и мешает плотной упаковке элементов.

Архитектура миллиона кубитов

Переход от плоских схем к трехмерным массивам радикально меняет дорожные карты таких стартапов, как Quantum Art или QuEra. Вместо того чтобы пытаться удержать атомы в одной плоскости, физики теперь могут строить из них многослойные конструкции.

Эффект Монтгомери обеспечивает ювелирную точность: свет фокусируется только в узких слоях, оставляя пространство между ними темным. Это исключает помехи и позволяет кубитам на разных уровнях работать слаженно, не мешая друг другу фоновым излучением.

«Наша полностью программируемая платформа может найти применение в широком спектре областей: от крупномасштабных квантовых компьютеров на нейтральных атомах до многоплоскостной микроскопии, когда съемка ткани ведется одновременно на нескольких глубинах», — подчеркивает соавтор работы Мурат Ессенов.

Возможность управлять сотнями ловушек с помощью одного подготовленного луча превращает сборку квантового процессора из ручного труда в автоматизированный процесс, подобный 3D-печати. В ближайшие годы это открытие может резко сократить сроки создания вычислительных систем с миллионом кубитов, превращая целые квантовые «футбольные поля» в компактные кристаллы.

Реализация метода, основанного на эффекте Монтгомери, стала возможной благодаря развитию идей великой школы лазерной физики, заложенной в Троицке в Институте спектроскопии Владиленом Летоховым еще в 1970-е годы. Именно он первым предсказал возможность захвата атомов светом. Сегодняшний прорыв с эффектом Монтгомери — это успех той самой философии Летохова: лазер — не просто освещение, а сверхточный инструмент манипуляции материей. Вместо громоздких приборов ученые используют фундаментальные свойства волновой интерференции, фактически заставляя саму природу выполнять работу по сборке сложнейших квантовых процессоров будущего.

Источник

Рыба-попугай представляет собой одно из самых удивительных семейств морских рыб, чья жизнедеятельность оказывает колоссальное влияние на формирование тропических экосистем. Семейство скаровых, к которому относятся эти рыбы, насчитывает около 90 видов, распространенных в теплых водах Тихого, Индийского и Атлантического океанов.

Характерной особенностью рыб-попугаев является их необычное строение ротового аппарата. Многочисленные мелкие зубы этих рыб срастаются в прочные пластины, образуя структуру, внешне напоминающую клюв попугая. Именно эта анатомическая особенность и дала название всему семейству.

Размеры представителей варьируются от относительно небольших видов длиной 30-40 сантиметров до настоящих гигантов, достигающих полутора метров и веса в несколько десятков килограммов.

Образ жизни рыбы-попугая тесно связан с коралловыми рифами, которые служат для них и домом, и источником пищи. Основу рациона составляют микроскопические водоросли, растущие на поверхности кораллов. Чтобы добраться до этой пищи, рыба использует свой мощный клюв для соскабливания и откусывания фрагментов коралловой породы. Этот процесс сопровождается характерным хрустящим звуком, который становится неотъемлемой частью акустического ландшафта рифа.

Переваривание пищи у рыб-попугаев происходит весьма необычным образом. После того как откушенные кусочки коралла попадают в пищеварительную систему, специальные глоточные зубы измельчают твердый карбонат кальция до состояния мелкого порошка. Питательные вещества из водорослей усваиваются организмом, а неперевариваемые частицы коралла выводятся наружу в виде чистого белого песка.

Масштабы этого процесса поражают воображение. Одна крупная особь способна производить сотни килограммов песка ежегодно. Некоторые исследования показывают, что до тонны. Именно деятельность рыб-попугаев является основным источником формирования песчаных пляжей и целых атоллов в тропических регионах. По различным оценкам, от 70 до 85 процентов песка на пляжах таких мест, как Мальдивы, Багамы или Гавайские острова, прошло через пищеварительную систему этих рыб.

Биология размножения рыб-попугаев демонстрирует еще одну удивительную адаптацию. Большинство видов являются последовательными гермафродитами, то есть способны изменять свой пол в течение жизни. Практически все особи рождаются самками и имеют довольно скромную окраску, обычно в серовато-коричневых тонах, что помогает им маскироваться среди кораллов. По мере взросления и в зависимости от социальной структуры группы, наиболее доминантная самка может трансформироваться в самца.

Этот процесс сопровождается кардинальными изменениями внешнего вида. Превратившись в самца, рыба приобретает яркую окраску с преобладанием синих, зеленых, оранжевых и розовых цветов. Различия между самками и самцами настолько разительны, что долгое время ученые описывали их как отдельные виды, не подозревая об их родственной связи.

Поведение рыб-попугаев в ночное время демонстрирует еще одну поразительную адаптацию. С наступлением темноты многие виды начинают выделять специальную слизь, постепенно окутывая себя прозрачным коконом. На формирование такого защитного укрытия требуется от тридцати минут до часа. Исследователи считают, что этот слизистый кокон выполняет несколько защитных функций: маскирует запах спящей рыбы от ночных хищников и служит барьером против мелких паразитов.

Экологическая роль рыб-попугаев в коралловых экосистемах трудно переоценить. Поедая водоросли с поверхности кораллов, они предотвращают зарастание рифов и способствуют здоровому росту коралловых полипов, что поддерживает баланс всей рифовой экосистемы и способствует ее устойчивости к различным стрессовым факторам.

Однако в настоящее время популяции рыб-попугаев сталкиваются с серьезными угрозами. Чрезмерный промысел, особенно направленный на крупных ярко окрашенных самцов, нарушает естественную структуру популяций и снижает их репродуктивный потенциал. Деградация коралловых рифов вследствие изменения климата, загрязнения и других антропогенных факторов лишает этих рыб основного источника пищи и среды обитания.

Понимание важности рыб-попугаев для морских экосистем привело к введению охранных мер во многих регионах. Например, в некоторых странах Карибского бассейна действуют ограничения или полные запреты на вылов этих рыб. Такие меры направлены не только на сохранение самих популяций, но и на поддержание здоровья коралловых рифов, от которых зависит благополучие целых островных государств и прибрежных сообществ.

До 1822 года люди не представляли, что происходит с птицами зимой. Мы лишь знали, что они есть летом, а зимой куда-то пропадают. Не считая нескольких "зимних" видов в северных регионах, но они, в свою очередь, пропадали летом. Поэтому народ напридумывал множество упоротых теорий, почему птицы исчезают каждую осень. Кто-то считал, что они погружались в озёра и впадали в спячку подо льдом, другие - что птицы спят в земле, третьи - что они превращаются в других животных типа зайцев и мышей.

В 1694 году гарвардский ученый Чарльз Мортон впервые высказал предположение, что птицы мигрируют... Только вот его идея заключалась в том, что мигрируют они на Луну.

В 1822 году немецкий охотник добывал себе ужин в районе городка Клюц.

Он подстрелил белого аиста, и когда нашел тушку, то обнаружил, что у того шея нанизана на копьё.

Посчитав сие обстоятельство интересным, охотник решил отвезти аиста в ближайший университет в городе Росток.

Там ученые заключили, что такие копья с железными наконечниками типичны для Центральной Африки. Так впервые было доказано, что птицы улетают на зиму в более тёплые регионы.