Общие закономерности в природе

Автор ArefievPV, октября 05, 2015, 05:39:31

« назад - далее »

Маikov

#3165
Цитата: Alexeyy от июля 03, 2022, 05:17:13Нет: говорил о упрощении занимаемых экологических нишь в процесе биологической эволюции (в основном до человека). В случае человеческой эволюции - работает схожий механизм, но тогда речь должна идти об отдельных экологических нишах, занимаемых отдельным, конкретным человеком (у человечества в целом, конечно, происходит усложнение, как и у биоты в целом тоже происходит усложнение в процесе биотической эволюции).
Мы прорубаем дорогу в лесу мечом. Пока прорубаем, научились неплохо им махать. Прорубили, отставили в сторону меч, занялись более сложными делами, а навыки владения мечом постепенно утратили. Но упрощения никакого не произошло - сложность же не в конкретных навыках, а в сложности поведения вообще. И поведение современного человека не только другое в навыках, но и сложнее, чем поведение древнего человека. То же самое в биосфере - в отдельных видах может идти упрощение, но в целом её сложность растёт. Будет ли так всегда - вряд ли. Будет или качественный переход, или упрощение/разрушение биосферы.

Если вы это имели в виду, то я с вами согласен, но АrefievPV писал о другом.

Цитата: Alexeyy от июля 03, 2022, 05:17:13Потому она и идёт специализация, что так - проще ...
Специализация - это суть разделение труда, а разделение труда следствие накопления опыта в какой-то области. В свою очередь, накопление опыта - это лучшее понимание процесса и возможность разделить его на отдельные этапы, которыми одновременно могут заниматься разные люди, тем самым ускоряя производство. То есть дело не в простоте самой по себе, а в выгоде, скорости, прибыли.

Alexeyy

Да: потому и быстрее, выгодней, что проще (из-за простоты - уменьшаются ошибки, однотипность позволяет делать быстрее и, в результате, в целом идёт, обычно, удешевление).
Цитата: Маikov от июля 03, 2022, 06:28:30Но упрощения никакого не произошло - сложность же не в конкретных навыках, а в сложности поведения вообще.
Вообще-то выше, по-моему, подчёркивал, что речь вёл именно о сложности в конкретных навыках (экологических нишах, специализациях).

Цитата: Маikov от июля 03, 2022, 06:28:30То же самое в биосфере - в отдельных видах может идти упрощение, но в целом её сложность растёт.
Полностью согласен.

василий андреевич

  Сложность - субъективная характеристика, отражающая степень трудности для понимания. Следовательно, в процессе изучения явления оно не становится проще, а представляется более простым.
  Мы же под сложностью понимаем количество элементов, в рассматриваемом явлении и качественную градацию энергетических обменов между элементами. Выявить суть, выделив главный аспект, значит, упростить понимание, но не явление.
  Соответственно целое не может быть проще элементов, его составляющих.

  Дивергенция, это что? Бифуркационный акт рождения не клона, а мутанта. Мутант всегда хуже приспособлен к среде, где он родился, чем клон. Соответственно, клоны остаются, мутанты ищут свою нишу. Чем чаще в единицу времени мутанты покидают привычную видовую среду, тем выше кинетическая энергетика исхода. Эта частота (рост количества исходов) и будет параметром ускоренной "эволюции" вида, как адаптацией к прогнозируемой нише.

АrefievPV

Эффективность фотонного квантового двигателя приблизилась к ста процентам
https://nplus1.ru/news/2022/07/23/photonic-quantum-engine
ЦитироватьКорейские физики изготовили первый в мире квантовый двигатель, использующего квантовую когерентность резервуара. Для этого они использовали в качестве рабочего тела фотонный газ в резонаторе, через который пролетают сверхизлучающие атомы. Таким способом им удалось достичь 98-процентной эффективности двигателя. Исследование опубликовано в Nature Photonics.

Квантовые тепловые двигатели, впервые описанные Сковилом и Шульцем-Дюбуа в 1959 году, могут превзойти свои классические аналоги за счет использования квантово-механических принципов. Для этого рабочее тело должно обладать дискретной энергетической структурой, а потому на его роль пока годятся только атомы, молекулы или наночастицы. Подробнее об их принципе работы читайте в материале «Двигатель квантового сгорания».

Главной особенностью квантовых тепловых двигателей считается их способность обладать эффективностью, превышающей эффективность цикла Карно — предел, ограничивающий классические тепловые машины. Достичь такого превосходства удалось сравнительно недавно на уровнях NV-центров в алмазе, часть из которых играла роль рабочего тела, а часть — резервуаров. Физики повторили этот успех и с квантовыми двигателями иной природы, например, нанопластиной арсенида галлия.

Важно, что принципы квантового двигателя универсальны: они оперирую абстрактными квантовыми системами, что дает ученым гибкость в их реализации. Среди прочего интерес представляет использование фотонов в резонаторе в качестве рабочего тела, поскольку в этом случае также реализуется дискретность состояний. Более того, было показано, что фотонные двигатели могут быть существенно усилены благодаря явлению сверхизлучения — то есть коллективному испусканию атомами света. Его интенсивность пропорциональна квадрату числа атомов, а значит, это позволит быстро масштабировать выходную мощность двигателя. Несмотря на такие перспективы, фотонные квантовые двигатели с применением сверхизлучения еще никто не реализовывал.

Впервые это удалось сделать группе корейских физиков под руководством Ан Гён Вон (Kyungwon An) из Сеульского национального университета. Они показали, что использование сверхизлучения способно существенно увеличить эффективность квантового двигателя за счет большой разницы между температурой рабочего тела и резервуаров, а также допускает его нелинейное масштабирование. В своем эксперименте исследователи добились коэффициента полезного действия, равного 98 процентам.

В качестве рабочего тела физики использовали состояние фотонов в резонаторе, через которые пролетали атомы бария, а в качестве резервуара — сами атомы, связанные с полем резонатора. Впрыск атомов перпендикулярно оси резонатора они производили через пластину с периодически расположенными отверстиями.

Период был выбран равным длине волны резонансной моды, чтобы взаимодействие всех атомов со светом было сфазировано. Авторы имели возможность отстраивать частоту лазера и частоту резонанса от частоты перехода в атоме, соответствующей длине волны 791 нанометр. В тот момент, когда первые две оказывались равны, атомы сверхизлучали.


Схема эксперимента

Цикл, в котором работал фотонный двигатель, напоминал классический цикл Стирлинга. В роли объема выступала отстройка резонатора от атомной частоты, измеряемая в мегагерцах. Давление же, создаваемое фотонным газом на стенки резонатора, ученые характеризовали средним числом фотонов, которое также поддавалось измерению в эксперименте. В этих двух координатах цикл представлял собой замкнутый прямоугольник.

На первом этапе цикла A→B физики согласовывали частоты лазера и резонатора, немного отличающиеся от атомной частоты. В течение одной микросекунды число фотонов изохорно росло, увеличивая давление на стенки. На этапе расширения B→C авторы синхронно отстраивали обе частоты еще дальше от атомной, что соответствовало увеличению объема фотонного газа. Затем они резко меняли частоту лазера (процесс C→D), чтобы выключить сверхизлучение и привести газ в равновесие с резервуаром, уменьшив число фотонов в резонаторе. Наконец, стадия сжатия D→A возвращала цикл к исходной точке.


P–V диаграмма цикла при различных температурах резервуара (синяя – 6200 кельвин, красная – 6800 кельвин, черная – 8000 кельвин)

Важной особенностью такого двигателя стало соотношение температур резервуара и рабочего тела. Стоит отметить, что понятие температуры в такой системе несколько отличается от температуры атомных и молекулярных газов, в случае которых она становится мерой их средней кинетической энергии. Здесь температура выступает в роли меры статистических свойств системы, поэтому ее называют эффективной. Значения эффективных температур существенно выше (тысячи кельвин), чем привычные температуры, поскольку они характеризуют более высокоэнергичные процессы, чем броуновское движение.

В отсутствии сверхизлучения фотонный газ находится в термодинамическом равновесии с атомами: в такой ситуации эффективная температура довольно точно характеризует распределение системы по степенями свободы. В сверхизлучательном же режиме равновесия нет. Тем не менее, физики все равно вводят эффективную температуру для такого состояния, равную температуре эквивалентного равновесного состояния с таким же энергообменом.

Примечательно, что эффективная температура резервуара постоянна весь цикл, в то время как температура газа то растет, то возвращается к резервуарному значению. Это делает изменение энтропии за замкнутый цикл нулевым. Авторы определяли температуру резервуара через связь атомов с резонатором, а температуру фотонного газа — через отношение числа фотонов в текущем (например, сверхизлучающем) состоянии к равновесному числу фотонов.

Строя зависимость температуры газа от среднего числа атомов в резонаторе, они увидели ее нелинейный рост, как того предписывает явление сверхизлучения. Для двух атомов в резонаторе отношение температуры газа к температуре резервуара достигло 40, из-за чего эффективность двигателя оказалась равной 98 ± 4 процента. И хотя фактически число атомов в резонаторе штучно, на интенсивность сверхизлучения влияет то, как часто они успевают провзаимодействовать с полем. В представленном опыте это происходило в среднем 20 раз на время пролета атома.


Зависимость (a) температуры фотонного газа в сверхизлучающем (SR) и равновесном (TH) режимах, а также (b) эффективности двигателя от среднего числа атомов в резонаторе

Работа построенного двигателя за один цикл довольно мала — порядка 10−28 джоулей, — поэтому пока речь не идет о практическом применении таких устройств. Вместе с тем, это первая реализация теплового двигателя, использующего квантовую когерентность резервуара, что позволило приблизиться к стопроцентной эффективности. Результат работы авторов также представляет собой универсальную платформу для будущих исследований квантовой термодинамики.
Ранее мы рассказывали, как физики пытались увеличить эффективность квантового двигателя с помощью магнитного резонанса ядер углерода.
P.S. Ссылки в дополнение:

Физики продемонстрировали тепловой квантовый двигатель
https://nplus1.ru/news/2020/01/04/quantumengine

Двигатель квантового сгорания
(Как справиться с энтропией)
https://nplus1.ru/material/2020/01/29/quantum-engine

АrefievPV

Как спастись от жары без кондиционера?



ЦитироватьДля нас спасением от жары почти всегда является кондиционер. Он прекрасно справляется, если не обращать внимания на счета за электричество.

Но что делать, если кондиционера нет? Как с жарой справлялись в прошлом? Какие лайфхаки можно применить в настоящем? Что еще можно использовать вместо кондиционера для охлаждения?

В этом выпуске мы изучим древние персидские кондиционеры и холодильники, работающие без электричества, разберемся что общего у футболистов, спутников и атомных электростанций, узнаем, что может быть холоднее сердца твоей бывшей, какая морозильная магия творится в кондиционере и как спастись от жары без нее!

Таймкоды:
0:00 Новый конструктор "Детектор радиации".
1:17 Ледяные ступы в Гималаях.
2:17 Intro.
3:14 Привычные методы.
3:44 Индийские кхус ки татти.
4:28 Холодильники без электричества.
5:09 Охлаждающие растворы.
6:55 Бадгиры - древние кондиционеры.
8:47 Где купить лед в 40-градусную жару?
9:46 Индустрия продажи льда.
11:02 Уиллис Керриер - изобретатель современного кондиционера.
11:55 Коллаба с МФТИ (онлайн-магистратура).
13:43 Спортивная заморозка.
14:50 Охлаждение в космосе.
15:51 Жидкий гелий.
16:25 Градирни.
16:53 Испарительные кондиционеры.
17:45 Парокомпрессионный цикл.
20:23 Почему испарение - лучший выбор?
21:37 Outro.

АrefievPV

На всякий случай сюда продублирую своё сообщение:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,62653.msg5658351.html#msg5658351
ЦитироватьСерый Страж пишет:
ЦитироватьEmperioAf пишет:
Цитироватьgans2 пишет:
Познать структуру, находясь внутри неё и оставаясь частью структуры невозможно. Разум людей познает предыдущие уровни сложности. Собственный уровень для него недостижим.
Достижим. Люди нашли универсальный язык для описания всего, что только может существовать - Алгебра. С помощью Алгебры мы можем описать всё.
Думаю, что не достижим.

Про универсальный язык. Может, вы подразумевали математику, а не алгебру?

Теперь чуток подробнее поясню про достижимость и недостижимость.

Допускаю, что некие аналоги теорем Гёделя можно сформулировать для разных областей (познания, создания).

К примеру, система определённой сложности не может создать/познать другую систему сложнее себя (или равную себе по уровню сложности). А часть системы явно проще, нежели вся система.

Только не следует смешивать уровни систем, которые зачастую обзывают одним и тем же словом.

Так, например, если говорят, что человек не может создать систему ИИ с равным или больше, чем его собственный ЕИ, то это вовсе не означает, что человечество (человеческий социум со всеми его составляющими – с биологической составляющей, с промышленностью, с культурой, с наукой, с технологиями (в том числе, с системами ИИ, Интернетом и пр.)) не может создать некий кибернетический организм с индивидуальным ИИ мощнее, чем индивидуальный ЕИ отдельного человека. Человечество может.

Человеческий социум создаёт такие вещи (как смартфон, например), которые не под силу создать отдельному человеку самостоятельно за всю его жизнь. При создании смартфона задействовано множество глобальных технологических и производственных цепочек. Смартфон – это продукт, созданный человечеством. Но обычно говорят (не задумываясь), что человек создал смартфон, а подразумевают, что это именно человечество создало смартфон. Отдельный человек и человечество – это разные по уровню сложности (и возможностям/способностям) системы.

Точно так же и в науке – современные теории во всей своей полноте не могут быть поняты ни одним человеком (о гениях я не говорю, но в будущем, скорее всего, и гении не смогут понять).

Мало того, эти теории и созданы социумом (огромными научными коллективами на протяжении многих лет (и даже поколений) с помощью весьма продвинутого инструментария (всяких ускорителей, суперкомпьютеров и т.д.), а не отдельными людьми или небольшими группами учёных. Наука уже при своём зарождении была феноменом социальным, а не индивидуальным. Теперь же, это стало ещё более выраженным.

Недаром распространено такое высказывание «заткнись и считай» – хорошая теория уже имеет встроенный математический аппарат/инструментарий для её использования на практике и дело учёного сводится к подстановке нужных данных в нужные формулы (разумеется, здесь утрирую сильно, но в большинстве случаев это так и есть). Побочным следствием этого является, как бы, «низведение» учёного до уровня «высококлассного ремесленника» (очень специализированного, обладающего огромным объёмом знаний и умственных навыков в конкретной области, но всё же «ремесленника»).

Это я к тому, что социум может много такого создать/познать, которое не под силу создать/познать ни одному отдельному человеку.

АrefievPV

Добавлю немного вольных размышлизмов (немного касается Многомировой интерпретации квантовой теории).
 
Представьте себе «поле состояний» (всей вселенной во всех измерениях) из «узлов состояния». Типа, как тетрадный лист в клеточку, где пересечения линий и есть эти самые «узлы состояния».

Из какого-то «узла состояния» А можно попасть/перейти в «узел состояние» Б множеством путей через другие «узлы состояния». Каждый путь, условно говоря – это прочерченная карандашом ломаная линия без отрыва карандаша от бумаги и без самопересечений линии.

И в действительности (и для всей вселенной, и для отдельных её частей) переход осуществляется по всем путям сразу.

Отдалённая (и весьма ограниченная) аналогия этого – срабатывание датчика (типа, «коллапс волновой функции») на воздействие волны на поверхности воды от упавшего камня. Можно по срабатыванию датчика определить, откуда пришло воздействие («нарисовать» в уме линию действия (направление действия)), но волна-то шла во всех направлениях сразу (просто именно в данной точке оказался сработавший датчик). То есть, направление (точнее, его интерпретация) действия будет зависеть от места расположения датчика.

Повторю: любая система эволюционирует из одного состояния в другое состояние всеми путями сразу.

Другое дело, что наблюдателю для наблюдения доступен только один вариант (один эволюционный путь) эволюции – наблюдатель ведь является локальным и актуальным отражением(то есть, конкретным отражением, ограниченным отражением), а не отражением сразу всего.

Когда мы говорим о предопределённости пути, то подразумеваем единственный путь, но путей-то много и переход осуществляется сразу по всем. И тогда понятия «предопределённость пути» и «выбор пути» обретает совсем другой смысл.

АrefievPV

#3172
Почему мы считаем квантовую механику странной: возможно, все дело в нашем мозге
https://www.techinsider.ru/science/1555973-pochemu-my-schitaem-kvantovuyu-mehaniku-strannoy-vozmozhno-vse-delo-v-nashem-mozge/
ЦитироватьКогда начинаешь погружаться в законы квантовой механики, эта область физики кажется максимально странной. Но виновата в этом квантовая механика или наше восприятие реальности?

На самом деле квантовая механика не такая странная, как кажется на первый взгляд.

Квантовая физика кажется странной потому, что она противоречит нашим повседневным представлениям о том, как устроен мир. Законы, описывающие поведение квантовых систем, которые мы открыли — уравнение Шредингера и так далее — явно не похожи на законы, которые мы используем для описания повседневных объектов — законы движения Ньютона и другие вещи, которые вы изучали на физике в средней школе. Мы проводим большую часть нашей жизни, взаимодействуя с вещами, которые подчиняются законам Ньютона, и это определяет нашу интуицию относительно того, как вещи «должны» вести себя. Когда квантовая физика отклоняется от этого, это кажется странным.

Почему квантовая физика странная?

Но почему существует такая разница между обычными правилами физики, которые определяют нашу интуицию, и квантовыми правилами? Копенгагенский подход утверждает, что нужно просто принимать это как данность, и пытается установить абсолютное разделение между микроскопическим масштабом, где применяются квантовые правила, и макроскопическим масштабом, где господствуют классические правила.

Но эта позиция явно несостоятельна. Мысленный эксперимент с известным котом Шредингера должен был показать именно это: состояние макроскопической кошки переплетается с состоянием микроскопического атома таким образом, что пересекает масштабную границу, которую наложил бы копенгагенский подход.

Лучший ответ — сказать, что на самом деле нет разницы в правилах, применимых к большим объектам, и в правилах, применимых к маленьким — вселенная квантовая в любом масштабе. «Классические правила», которые мы видим, являются просто результатом применения квантовых законов к действительно большим объектам. В некотором смысле, это просто еще одно применение принципа «чем больше, тем лучше».

Когда вы изучаете поведение огромного количества объектов, чьи индивидуальные взаимодействия описываются простыми правилами, вы часто обнаруживаете, что коллективное поведение большой системы, по-видимому, описывается другим набором простых правил, правил, которые не обязательно явно связаны с исходными законами. Эта идея высокоуровневых правил, вытекающих из правил более низкого уровня, приводит к иерархической структуре наук: химия — это физика очень большого количества атомов, а биология — это химия огромного количества молекул, и так далее.

Когда мы применяем квантовую механику к частицам, которых так много, что они составляют видимый объект, частицы и их взаимодействия управляются квантовыми правилами, но коллективный эффект создает видимость другого набора правил, которые мы называем «классическими». Таким образом, классические законы, к которым мы привыкли — это лишь совокупность квантовых законов для огромного количества частиц.

Alexeyy

По-моему, квантовая механика кажется странной, прежде всего, потому, что содержит нерешённые парадоксы.

АrefievPV

#3174
Цитата: Alexeyy от сентября 14, 2022, 09:35:35По-моему, квантовая механика кажется странной, прежде всего, потому, что содержит нерешённые парадоксы.
Так эти парадоксы и возникают потому, что наша интуиция «тренировалась/обучалась» на  примерах «классической» физики. Эти мнимые парадоксы возникают из-за попыток разрешить противоречия (между «классикой» и квантовой физикой) с позиции вторичных наборов правил (правил «классической» физики), а не первичных наборов правил (правил квантовой физики).

Вообще-то, если есть какой-то парадокс, то, значит, с рассуждениями, взглядами, интерпретациями или теориями не всё в порядке (в лучшем случае, у данных взглядов, интерпретаций, теорий ограниченная область применения).

Alexeyy

Ну так интуиция - натренирована. Т.е. не врожднна (т.е. дело не вмозге как таковом, а в том, какова "программа" была в него заложена путём обучения).

АrefievPV

Цитата: Alexeyy от сентября 14, 2022, 10:29:29Ну так интуиция - натренирована. Т.е. не врожднна (т.е. дело не вмозге как таковом, а в том, какова "программа" была в него заложена путём обучения).
Не понял, что вы хотели этим сказать (или, на что вы возражали).

Интуиция не может «тренироваться/обучаться» на примерах квантовой физики, поскольку перед ней примеры только из «классической» физики.

Alexeyy

Возражал против того, что дело в нашем мозге: дело в "загруженной" в него "програме" ("загрузи" в тот же мозг другую программу, с решением парадоксов, и ситуация будет иной).
 На чём есть - на том и тренируется.

АrefievPV

Гаджеты, нарушающие законы физики! Часть 2


ЦитироватьВ этом выпуске мы обсудим устройства, которые работают необычным образом, имеют неожиданный форм-фактор, используют неочевидные физические принципы, или даже при первом взгляде нарушают законы физики!

ТАЙМКОДЫ
0:00 Магнитный переключатель MagSwitch.
1:25 Intro.
2:15 Лайфхак, как быстро войти в IT.
4:20 Ионолет (лифтер).
7:04 Клапан Теслы.
8:55 Абсорбционный холодильник.
10:54 Механический телевизор.
13:20 Истории простых, но успешных изобретений.
14:29 Банк для предпринимателей.
16:17 Необычная компьютерная память.
16:50 Память на ферритовых сердечниках.
17:46 Трубка Уильямса.
18:40 Ртутные линии задержки.
20:25 Перспективные виды памяти.
21:10 Квантовая память.
22:29 Атомные наручные часы.
25:18 Outro.