Общие закономерности в природе

[Максет]

Абсолютной универсальной информацией о Вселенной обладает «семя» Вселенной

Ладно, не буду комментировать...

Понимаю.

[АrefievPV]

Вопросы астрофизикам, в которых надо перестать путаться – астрофизик Антон Бирюков | Научпоп

https://www.youtube.com/watch?v=Qv2yooFSGTA

11 вопросов астрофизикам, в которых надо перестать путаться.
Отвечает на вопросы Антон Бирюков, астрофизик, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории Космических проектов Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.

0:00 - Сезоны года меняются потому, что Земля то ближе, то дальше от Солнца?
2:59 - В космосе не слышно звуков?
5:20 - На тёмной стороне Луны никогда не восходит Солнце?
7:07 - За Солнцем есть планета-близнец Земли?
13:03 - Телескоп нужен для того, чтобы рассмотреть небесное тело «вблизи»?
15:35 - Разве не удивительно, что небо вращается строго вокруг одной звезды — Полярной?
18:10 - Что взорвалось при Большом Взрыве?
21:20 - Красное смещение в спектрах галактики — это эффект Доплера из-за их движения?
23:10 - Галактика держится гравитацией сверхмассивной чёрной дыры в её центре?
24:50 - Когда взорвётся Солнце?
27:52 - Можно ли купить имя звезде?

В течение лекции периодически появляются текстовые вставки, корректирующие и уточняющие высказывания лектора.

P.S. Мыслишка досужая и несерьёзная меня посетила после просмотра лекции...

В сообщении (https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg258331.html#msg258331) я упоминал:

Вселенная должна непрерывно расширяться (во все измерения, на все масштабы, во всех отношениях). Именно таковое расширение лежит в основе всех остальных процессов во вселенной: возникновение новых соотношений между пространственными измерениями и/или между пространственными топологиями (которые лежат в основе любого движения в пространстве-времени), «остывание Вселенной» (которое приводит к формированию материальных сущностей от микрочастиц до звёзд и галактик), возникновение вторичных, третичных и т.д. движений (и взаимодействий между собой) материальных сущностей и т.д. и т.п.

Прекратится расширение Вселенной, прекратится и существование этой Вселенной (понятно, что постепенно – сначала погаснут и/или сколлапсируют звёзды и галактики, умрёт жизнь на планетах, всё остынет до абсолютного нуля и, в итоге, «соберётся» в одну материальную сущность – в некую суперпуперсингулярность (до этого ведь и все остальные материальные сущности со своими структурами формировались в результате «остывания»).

Движение (которое сводится к взаимодействию), во всех этих случаях – основа существования сущностей. Но первичным движением, во всех этих случаях будет расширение, распространение (типа, отражение во все стороны, на все масштабы, на все измерения и во все варианты/комбинации топологий).

Примерно в 22:02 – «в этом смысле частицы вещества не растягиваются» (озвучивает примерно так).

Частицы вещества (и составляющие этих частиц) находятся в пространстве, которое расширяется. Значит, составляющие частиц также должны удаляться друг от друга, и, соответственно, частицы должны «растягиваться». Однако этого не происходит.

Частицы вещества не «растягиваются» потому, что его составляющие постоянно «стягиваются/притягиваются» друг к другу в процессе взаимодействия – они, как бы, «летят» друг к другу. В итоге частицы вещества остаются неизменными в размерах (типа, остаются всё время «нерастянутыми», как всё остальное пространство).

А так как, это «центростремительное движение» составляющих будет происходить с ускорением (ведь чтобы оставаться на месте, надо не просто бежать, а бежать, всё время, ускоряясь (пространство-то расширяется с ускорением)), то будут наблюдаться эффекты схожие с проявлением сил. Понятно, что при разных типах взаимодействий и силы будут возникать разные.

Забавно, что и в этом случае, первопричиной возникновения разных сил (различных типов взаимодействий) будет опять расширение Вселенной. Просто на различных масштабах, при взаимодействии различных сущностей, эта первопричина будет проявляться по-разному.

[АrefievPV]

Физики научились закручивать звук
https://nplus1.ru/news/2022/02/14/twist-and-shout

Физики предложили концепцию устройства для создания акустических волн, переносящих орбитальный угловой момент. Устройство представляет собой трубку, один из концов которой имеет пилообразный профиль. Ученые показали, что при погружении такой трубки в воду, орбитальный момент будет передаваться волнам давления в жидкости. Это можно использовать для передачи вращения объектам, захваченным акустическим пинцетом. Исследование опубликовано в Physical Review Letters, кратко о нем пишет Physics.

Тридцать лет назад физики выяснили, что кванты света могут переносить орбитальный момент. Волновой фронт такого излучения имеет геликоидальный (то есть, винтообразный) вид с фазовой сингулярностью в середине луча, а для его создания экспериментаторы используют спиральные пластинки. Это открытие добавило новое измерение в управлении свойствами света и дало импульс к развитию физики оптических пинцетов.

Ученые не ограничились только светом. Вскоре стало понятно, что закрутить в теории можно любые свободно распространяющиеся волны. Через какое-то время физики сообщили, что им удалось закрутить волны электронной плотности, а сравнительно недавно они добрались и до нейтронов. При этом в литературе нет никаких данных о том, можно ли закрутить звук. Отчасти это связано с более сложным характером распространения упругих волн в конденсированных средах по сравнению с распространением света. Так, физики лишь недавно разобрались в непростой структуре собственного момента импульса (спина) упругих волн, отбрасывая при этом наличие у них орбитального момента.

Английские и итальянские исследователи при участии Грегори Чаплэйна (‪Gregory Chaplain) из Эксетерского университета решили сфокусироваться именно на этом вопросе. Они теоретически рассмотрели распространение волн упругости вдоль стенок полой трубы и показали, что им можно передать орбитальный момент с помощью акустического аналога спиральной пластинки. Оказалось, что если есть контакт между трубкой и жидкостью, то в последнюю может передаться закрученность, что было бы полезно при создании акустических пинцетов или иных микрофлюидных устройств.


Физики рассмотрели трубку из однородного линейного упругого материала, подчиняющегося динамическому уравнению Навье-Коши. Проведя каноническую процедуру построения тензора энергии-импульса в соответствии с теоремой Нётер, они вывели тензор Эшелби, с помощью которого получили выражение для потока орбитального момента по аналогии с тем, как это было сделано в оптике.


Стенки труб, состоящие из упругого материала, могут содержать в себе три типа механических волн: продольные, крутильные и изгибные. Физики показали, что условия для возникновения орбитального момента, а именно наклоненный волновой фронт, напоминающий винтовую резьбу, могут быть выполнены для волн третьего типа. Для их возбуждения авторы предложили использовать описанную ими ранее спиральную фазовую трубку — упругий аналог оптической спиральной фазовой пластинки, — один из краев которой имеет пилообразный профиль. Вычисления, сделанные методом конечных элементов и методом спектральной коллокации, позволили получить дисперсионные соотношения и эффективность закручивания звуковых волн различными алюминиевыми спиральными трубками.


Физики также изучили возможность передачи волн с угловым моментом в жидкость. Для этого они рассмотрели алюминиевую трубу, частично погруженную в воду. В трубке с помощью спирально-фазового структурирования возбуждались изгибные волны со степенью закрутки, равной трем. Симуляция показала, что это создает в жидкости закрученные волны давления. Такие волны можно использовать для селективной доставки вращения в нужные точки.


Ранее мы уже рассказывали, как с помощью создания акустических вихрей физики заставили левитировать вращающийся полистирольный шарик.

P.S. Ссылка в дополнение:

Акустический луч впервые заставил левитировать объект больше длины волны
https://nplus1.ru/news/2018/01/23/acoustic-levitation

[АrefievPV]

Почему Вселенная разрушится, если исчезнет симметрия?

https://www.youtube.com/watch?v=w_7cRmINges

В этом выпуске мы разбираемся, как возникает закон сохранения энергии, импульса, электрического заряда, откуда берется электромагнетизм, сильные и слабые ядерные взаимодействия, и какая симметрия лежит в основе Вселенной?

ТАЙМКОДЫ
0:00 Обращение.
1:29 Intro.
4:11 Актуальная профессия.
6:01 Что такое симметрия?
7:42 Теорема Эмми Нетер.
10:23 Фундаментальные взаимодействия.
11:48 Волновая функция.
13:38 Калибровочная симметрия.
14:32 Как возникает электромагнетизм?
16:49 Как возникают слабые взаимодействия?
19:02 Как возникают сильные взаимодействия?
20:17 Гравитация - тоже калибровочная!
20:43 Что все это значит? Теории всего?
21:58 Спонтанное нарушение симметрии.
22:38 Outro.

[Дарвинист]

Хороший ролик, уважаемый АrefievPV, спасибо.
Уважаемый василий андреевич, теперь стало понятнее, что я пытался донести до Вас и оппонентов в теме о пределах для культур и откуда взялись эти, "магические" цифры 0, 4, 9 и 16? К чему в нашем мире стабильность генома? То, что социум также не может избежать симметрии и, следовательно, в основе его существования лежат известные физические законы. Наконец, то, что поля в совокупности с волновой функцией легко могут создать иллюзию нематериальности, поскольку, взятые в отрыве от прочего (если проще, возведенные в абсолют, есть такая операция), лишены того самого физического смысла, а, с тем, бесполезные для применения на практике? И спонтанное нарушение попросту отделяет внутренний мир от внешнего, в котором господствует масса, диссипация и правило той самой "черной королевы", что повелевает всем работать в поте лица для воспроизводства картины мира и стабильности собственного существования. Может, эта работа и представляет собой сущность стрелы времени, хотя внешне путается с бесперспективным бегом на месте... 

[василий андреевич]

  Истина - это симметрия противоречий. Встав на одну точку зрения обязательно породите противоположную. Если биоэволюцию ограничить отбором, то получите систему с канализированным выбором.

[Дарвинист]

Если биоэволюцию ограничить отбором, то получите систему с канализированным выбором.

И что? О детерминированном канале я также писал, ничего нового тут нет.

[василий андреевич]

  Ну да, писали, и не только Вы. Но именно Вам надлежит переместить свою точку зрения на биоэволюцию. А перемещение в одну и сторон будет связано с усилением роли другой стороны.
  Принципиально, нуль может развалиться на черную и белую половинки (плюс и минус), которые аннигилируют, если не произойдет следующего распада половинок с их объединением в пару полусерых, символизирующих спонтанное нарушение равновесия-симметрии. Наиболее общий термин для неравновесия-асимметрии - это энтропия, как асимметрия во времени, как появление стрелы времени, как необратимость-эволюцию.

[Дарвинист]

Но именно Вам надлежит переместить свою точку зрения на биоэволюцию

Вы что-то пытаетесь указать, что мне следует делать? Может, Вам следует обойтись без этого?

[василий андреевич]

  Номогенез предполагают давно. И биологу, а не, допустим, мне предстоит делать выбор. Я лишь с общих позиций могу говорить, что не указав закона канализации, лучше оставаться на позиции СТЭ.
  Вы, дорогой Эвол, оперируете аналогиями из косного мира, но механическое перенесение аналогий не сработает, потому что придется "одухотворять" природу или низводить ее до машины Тьюринга, которой задают цель.
  Готовы ли Вы (или я) выступить опровергателями идей отбора случайностей?

  Для себя я пока оставляю лазейку на той шаткой базе, что отбор - это работа среды, полезный компонент которой является странным аттрактором. А Вы?

[василий андреевич]

  Ладно, дело не в идеологии, а в том процессе, который мы посчитаем присущим живому. Вот абстрактная обратимая реакция: пептид-полипептид-пептид. То есть, сборка и разборка, как спонтанное рождение и распад частицы-волны. Это никоим образом не кристаллизация, ибо упорядочение-концентрация происходит не с оттоком, а поглощением тепла, и если рядом есть минеральный раствор, то именно он кристаллизуется, отдав тепло нашему полипептидному квазикристаллу.
  Обнадеживающая суть в том, что выводя из средового раствора кристаллы в осадок, остается "квазикристаллическое поле", способное утилизировать хаотические (тепловые) движения в порядок органических полимеров.
  Теперь тупо считаем, что произошло самым естественным образом. Кристаллизация отдала тепло, как ресурс поглощенный квазикристаллом, это первый такт. Два: тепловой хаос упорядочился в полипептидные связи. Три: связи квазикристалла неизбежно активируются случайным тепловым шумом. Четыре: квазикристалл распадается на составляющие с выделением тепла в среду. Фишка в том, что выделенное четвертым таком тепло меньше принятого от выводимого в осадок кристалла.
  И теперь внимание, дорогой Эвол. Вычитая из конечного состояния начальное имеем отрицательную(!) энергетическую дельту. Эту дельту и назовем странным аттрактором, т.е. формой, еще не наполненной содержанием.
  Формулируем, как претендент на первый закон: отмирание протоживой системы порождает форму для заполнения нарождающейся. И уже из наблюдений следует выводить, сколько и каких виртуальных форм допустимо. Их число должно быть ограничено, ибо принципы симметрии мы вынуждены блюсти и в виртуальном пространстве. Унаследованы ли эти формы от кристаллических? Вполне вероятно, т.к. именно кристаллизация и перекристаллизация Земной коры осуществляет "порционные вбросы" тепла, используемого для построения квазикристаллических тел.

[АrefievPV]

Зачем Вселенная нарушает симметрию?

https://www.youtube.com/watch?v=ntSuz_Je2Ms

Продолжаем тему, в этом выпуске разбираемся, что такое спонтанное нарушение симметрии, где его можно встретить, и как оно влияет на наш мир.

Мы разберемся, как работает сверхтекучесть жидкого гелия, сверхпроводимость и квантовая левитация, механизм Хиггса. Как из электрослабого появляется слабое и электромагнитное взаимодействия, что такое бозоны Голдстоуна, как они пожирают другие частицы, где можно найти ложный вакуум и как он может уничтожить всю Вселенную!

ТАЙМКОДЫ
0:00 Intro.
1:33 Спонтанное нарушение симметрии на механическом уровне.
4:07 Python.
6:06 Изотропная симметрия.
6:39 Намагничивание.
7:21 Сверхтекучесть.
8:39 Сверхпроводимость.
9:44 Электрослабое взаимодействие.
10:55 Почему безмассовые частицы летают со скоростью света?
12:13 Поле Хиггса.
14:11 Нарушение симметрии полем Хиггса, тахионная конденсация.
15:32 Механизм Хиггса: образование масс.
16:45 Как уложить все в голове?
17:28 Разделение взаимодействий.
17:56 Масса фотонов в сверхпроводнике и левитация.
18:33 Инфляция.
19:22 Ложный вакуум.
20:48 Outro.

[АrefievPV]

Как звук превратить в свет?

Свет и звук - вещи разные. Одно - волна механическая, другое - электромагнитная. Но оказывается есть хитрые способы одно превратить в другое! Более того, у такого преобразования много практических применений: томография, суперкомпьютеры, изучение атмосферы, фотосинтеза и многое другое!

В этом выпуске мы соберем собственный преобразователь света в звук, узнаем о суперспособностях креветок, и послушаем звук из недр звезд!

Таймкоды:
0:00 Рентген из скотча?
1:23 Intro.
2:43 Пара слов, как пишу сценарии.
4:07 Самая нужная всем вещь в интернете!
5:20 Синестезия.
6:14 Фотофон Белла.
7:10 Светозвуковой преобразователь.
8:00 Фотоакустический эффект.
10:02 Фотон-фононный преобразователь.
10:48 Преобразование с помощью пьезоэлемента.
12:00 Сонолюминесценция.
14:19 Шримполюминесценция.
14:47 Звук звезд.
16:03 Outro.
16:29 О конструкторах.

[АrefievPV]

К сообщению:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg257610.html#msg257610

Как всё-таки работает электричество? [Veritasium]

Помните, какую бурную реакцию вызвал ролик про электричество? Дерек ответил на шквал критики и замечаний в новом видео!

[АrefievPV]

Жизнь как многоуровневое обучение
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436306/Zhizn_kak_mnogourovnevoe_obuchenie

В феврале 2022 года в PNAS вышли две концептуальные статьи о теории эволюции «К теории эволюции как многоуровнему обучению» (Toward a theory of evolution as multilevel learning) и «Термодинамика эволюции и происхождение жизни» (Thermodynamics of evolution and the origin of life) [1, 2]. Их авторы — физики Виталий Ванчурин и Михаил Кацнельсон, а также биологи Юрий Вольф и Евгений Кунин. В ближайших номерах мы планируем опубликовать рассказ о том, как шли поиски общего языка между физиками и биологами, какие сложности были в междисциплинарных исследованиях и какие возможности предоставляет изучение эволюции COVID-19 для проверки гипотез. В этом номере читайте беседу Наталии Деминой с вед. науч. сотр. Института здравоохранения США, членом Национальной академии наук США, членом Американской академии искусств и наук, иностранным членом РАН Евгением Куниным.

— Евгений, расскажите, пожалуйста, о ваших двух последних статьях, посвященных теории эволюции.

— Это своеобразная мини-серия из двух статей. Две основные идеи этих работ: первая (старая, но важная) — мы говорим о глубокой связи термодинамики и процессов эволюции популяций. В общей форме эта идея восходит чуть ли не к Больцману (Ludwig Boltzmann), а в более конкретной — к Роналду Фишеру (Ronald Fisher) и его исследованиям 1930-х годов. В нашей статье это взаимодействие изучается подробнее, устанавливаются соответствия между основными понятиями термодинамики и эволюционных процессов, в частности, между температурой и эффективным размером популяции, a также между свободной энергией в термодинамике и приспособленностью в эволюционной биологии.

Вторая идея более новая, мы говорим о не менее глубоком единстве теории обучения и биологической эволюции. Мы с соавторами попытались объединить первую и вторую идеи и разработать некую общую теорию эволюции. Заметьте, я говорю не только о биологической эволюции, но и о эволюции в целом — эволюции каких угодно относительно сложных систем.

Первая и более общая из двух статей называется «Эволюция как многоуровневое обучение», и, соответственно, тут добавляется совершенно принципиальная идея, заключающаяся в том, что для возникновения сложных систем эволюция должна протекать более, чем на одном уровне. Есть так называемые обучаемые переменные (trainable variables — те, которые меняются в ответ на изменения свободных, характеризующих окружающую среду переменных), присутствующие в любой обучающейся системе.

Для того, чтобы происходило эффективное обучение и формирование этих сложных систем, необходимо, чтобы было более одного уровня обучения (в реальности — более двух), и они бы взаимодействовали друг с другом, при этом соответствующие переменные менялись бы с разной скоростью. Более того, мы показываем, что эти уровни обучения и эволюции должны быть дискретными — между ними должны быть большие промежутки для того, чтобы система оставалась стабильной во времени, могла эволюционировать в течение длительных периодов и сохраняла бы долговременную память.

Всё это тесно связано с фундаментальным понятием в физике, которое называется перенормировкой (renormalization). Суть его состоит в том, что процессы, протекающие на разных уровнях организаций, описываются одной и той же математикой. Это принципиальный момент, относящийся ко всем обучающимся и эволюционирующим системам.

Во второй работе мы рассматриваем всё это с точки зрения термодинамики и, в частности, описываем процесс основных переходов в эволюции (The Major Transitions in Evolution) — возникновение жизни, многоклеточных организмов и др. — как фазовые переходы в строгом смысле этого слова. И такие переходы, естественно, описываются в рамках термодинамической теории.

Кроме этого, стоило бы сказать, что в рамках теории многоуровневого обучения мы выводим то, что называется центральной догмой молекулярной биологии. В явном виде она была сформулирована 50 лет назад Фрэнсисом Криком (Francis Crick, 1970): информация передается от генома к фенотипу, от нуклеиновых кислот к белкам, а обратное движение происходит другими путями (за счет случайной изменчивости и селекции) и не является обращением процесса передачи информации от генома к фенотипу. Мы же выводим центральную догму как общий принцип обучающихся эволюционирующих систем.

— В одной из статей вы говорите, что жизнь — это многоуровневое обучение, а в другой, что жизнь — редкая вещь, но она в принципе не уникальна...

— То, что жизнь возможна, в доказательстве не нуждается, а вот то, что она возникает в какой-то степени закономерно... Да, здесь мы делаем такое предположение, и нужно сказать с совершенной откровенностью, что для меня это, простите, дурно пахнущее выражение, смена мировоззрения. Я всегда считал жизнь невероятной вещью, возникнувшей случайно на бесконечных просторах пространства и времени. Эти наши теоретические построения заставляют нас думать, что жизнь — это все-таки закономерный процесс, непростой и хрупкий, возникающий в ходе эволюции сложных систем.

— Вы даже говорите, что Вселенная самонастроена (self-tuned) на возникновение жизни...

— В некотором смысле... Конечно, с такими афоризмами нужно быть осторожными, и они требуют правильного понимания. Это высказывание совсем не подразумевает, что Вселенная обладает свободной волей или как-то сама себя настраивает, но в то же время оно осмысленно и, как мне представляется, в каком-то смысле верно. Вселенная эволюционирует с образованием разных уровней обучения и эволюции с самого начала, с момента Большого взрыва. Существующие во Вселенной структуры самоорганизуются с возрастающей локальной сложностью. Разумеется, в целом энтропия Вселенной возрастает — согласно второму закону термодинамики иначе быть не может, — но в огромном числе локальных окружений происходит существенное снижение энтропии в процессе обучения (learning).

В принципе, это не противоречит тому, что Илья Пригожин в рамках своей версии неравновесной термодинамики называл диссипативными структурами, но, как мне представляется, та форма теорий, которую мы пытаемся развить, идет гораздо дальше и более последовательно, представляя эволюцию путем обучения как общую основу существования Вселенной. В этом смысле процесс самоорганизации может рассматриваться как некоторая, если хотите, настройка, ведущая к происхождению столь сложных феноменов, как наша жизнь.

Важная вещь, вытекающая из этих теоретических построений: эффективное обучение непременно ведет к возникновению класса медленных переменных, функция которых состоит в том, чтобы помнить, что происходило с системой раньше и предоставлять эту информацию более быстро меняющимся переменным. Иными словами, достаточно глубокая система обучения должна иметь нечто вроде генома. Необходимость такого кодирования и хранения информации не ограничена биологией, то же самое относится, например, к архитектуре компьютеров фон Неймана. Для того, чтобы какая бы то ни было система работала эффективно, нужна выделенная память — это важный постулат.

Таким образом, разумнее всего представляется проводить эту черту на уровне возникновения клеток, которые имеют геномы, кодирующие информацию о компонентах этих клеток. Я нарочно подчеркиваю, что речь идет именно о возникновении клеток, обладающих такими фундаментальными свойствами.

До этой стадии существовала некая предклеточная жизнь, когда клетки не имели геномов, а просто представляли собой некоторые везикулы, в которых уже присутствовали сети автокаталитических реакций. Такие протоклетки могли делиться не путем сложных механизмов деления, которые мы сейчас наблюдаем в любых клетках, а просто под действием сил поверхностного натяжения. Такая система обеспечивает возможность селекции, более эффективного обучения и, как следствие, более успешного «размножения».

Где-то на этом пути возникает ключевое расслоение на фенотип и генотип. Возможно, здесь я немного фантазирую, но первые нуклеиновые кислоты возникли как паразиты предклеточных систем. Те из них, которые выжили в ходе эволюции, превратились в симбионты, а затем и в мутуалисты, т. е. в нечто, совершенно необходимое для размножения всей системы и кодирующeе информацию о ее компонентах. Данное представление довольно общее, но я считаю его важным.

— А можно ли сказать на основе ваших статей, что «учится — значит, живет» или «живет — значит, учится»? Одно ли это и то же?

— С моей точки зрения и с точки зрения наших работ, это не совсем симметрично. «Живет — значит, учится» — это, безусловно, так, иначе и быть не может. А вот «учится — значит, живет» — нет, не обязательно, потому что в любой эволюционирующей сложной системе — в планетных системах, в галактиках, в атомах, в чем угодно — протекает некоторая форма обучения и, соответственно, селекции, пусть и более простой, чем в биологических системах.

У Виталия Ванчурина есть замечательная работа, опубликованная пару лет назад под провокационным названием «Мир как нейронная сеть» [3], где впервые выдвигается мысль о том, что вся Вселенная может рассматриваться как обучающаяся система. При первом взгляде это кажется шуткой, провокацией или бредом. Но на самом деле, если рассмотреть этот вопрос достаточно подробно, представление обо всем мире и о Вселенной как об эволюционирующей, обучающейся, самонастраивающейся системе становится простым и совершенно естественным.

— Еще раз: любую сложную систему можно рассматривать как обучающуюся.

P.S. Весьма интересный подход...