www.blogspot.com
igorivanov
Что интересного происходит в науке
1	http://igorivanov.blogspot.com/2013/11/6.html	Контактный пост — 6	2013-11-04T00:25:50.279+01:00	tag: контактный пост endoftag 	Новый контактный пост в связи с переполнением предыдущего. Пожелания к вопросам и комментам остаются те же.
2	http://igorivanov.blogspot.com/2013/07/vortex-wave-rotation.html	Вращение закрученной волны	2013-07-29T20:51:40.803+02:00	tag: оптика endoftag 	Я тут на днях написал две популярных заметки для «Элементов» про закрученный свет и закрученные электроны, и еще отдельно про закрученный рентген. Заметки вызвали некоторый интерес и разные вопросы. В комментах к моему старому посту в блоге про закрученные фотоны было сделано хорошее наблюдение: увеличение «силы закрутки» сопровождается замедлением вращения. Вывод, казалось бы, парадоксальный. Я подумал, что полезно будет вынести в отдельный пост объяснение, почему никакого парадокса тут нет. (Пост получился немножко технический, с формулами, но что ж поделать.)Начнем с вращения в классической механике. Вот есть известный пример, с помощью которого иллюстрируют закон сохранения момента импульса вращающегося тела и роль момента инерции. Фигурист на льду быстро вращается, прижав руки к телу, но как только он их разведет в стороны, скорость его вращения сильно замедляется, хотя его момент импульса почти не изменился. Так получается потому, что момент импульса — это не просто угловая скорость вращения, это момент инерции помножить на угловую скорость. Как только вы разводите руки в стороны, вы резко увеличиваете момент инерции, значит, угловая скорость должна упасть.Теперь следующий пример, совсем близко к нашему «парадоксу». Возьмем планету на круговой орбите вокруг Солнца. Поступательная скорость его движения по орбите (первая космическая) и его угловая скорость равныА момент импульса естьТо есть, если вы переведете ту же планету на более высокую круговую орбиту, то угловая скорость уменьшится, но момент импульса увеличится, и, как видите, никакого парадокса тут нет. Теперь о том, что происходит с закрученной волной. Для простоты забудем про поляризацию, она на сущность «парадокса» не влияет. И еще будем рассматривать совсем простой вариант закрученной волны — так называемый бесселев пучок. Он представляет из себя суперпозицию плоских волн, приходящих под одинаковыми полярными углами, но под разными азимутальными углами к оси z, ну и с правильной настройкой относительных фаз. Бесселевы пучки хоть и менее физичны, чем лагерр-гауссовы пучки, которые обычно в этих задачах рассматриваются, но они проще для изучения и иллюстрации.Так вот, волновая функция бесселева пучка в поперечной плоскости (полярные координаты R и φ) имеет такой вид:ψ(R,φ) ~ ei m φ Jm(κR),где Jm — бесселева функция, а κ — модуль поперечного волнового вектора любой из плоских волн, составляющих бесселев пучок. Чем больше значение орбитального углового момента m, тем сильнее «закрутка». Но это также значит, что тем больше количество углов φ, на которых фаза волны принимает (в данный момент времени) какое-то выбранное значение (например, нуль) — их тоже ровно m. Для удобства на рис. 1 цветом показана фаза такой волны.Рис. 1. Фаза закрученной волны с m=8 в поперечной плоскости (источник изображения)Теперь включим зависимость от времени (в этой поперечной плоскости). За один период волны эта картинка проворачивается ровно настолько, чтобы каждая точка дошла до следующей точки с такой же фазой, т.е. на угол 2π/m. Иными словами, угловая скорость вращения этой картинки равна Ω = ω/m, где ω — это обычная скорость измерения фазы волны со временем. Итак, чем больше момент импульса волны, тем меньше угловая скорость вращения!А теперь посмотрим на формулу внимательнее и заметим, что значение m влияет не только на угловую зависимость, но и на радиальную, ведь там стоит бесселева функция именно m-го порядка. Как выглядит график бесселевой функции для разных m? Для примера на рис. 2 нарисован квадрат функций J2(x) и J20(x). Рис. 2. Графики квадратов J2(x) и J20(x).Видно, что чем больше m, тем дальше из центра отодвигается первый, самый сильный максимум волновой функции. Из свойств бесселевых функций известно, что находится этот максимум примерно при x ≈ m. Пользуясь механической аналогией, можно сказать, что с ростом m, у пучка словно увеличивается момент инерции (для чисто бесселевого пучка это некорректное заявление, но это уже мелочи). Да, при этом скорость вращения замедляется, но этот момент инерции с лихвой компенсирует это замедление. И в результате орбитальный угловой момент растет пропорционально m как раз за счет этой «перекомпенсации» (формулы для механической аналогии написать совсем несложно).Такая вот небольшая тонкость.
3	http://igorivanov.blogspot.com/2013/04/inelastic-collapse.html	Неупругий коллапс	2013-04-15T02:25:35.297+02:00	tag: олимпиадные задачи endoftag 	Для желающих поразминать мозги предлагаю задачку про неупругий коллапс. Там сразу четыре задачки: первые три простые, последняя потруднее.
4	http://igorivanov.blogspot.com/2013/04/5.html	Контактный пост — 5	2013-11-04T00:21:31.356+01:00	tag: контактный пост endoftag 	Открываю новый контактный пост, ибо предыдущий переполнился. Пожелания к вопросам и комментам остаются те же.
5	http://igorivanov.blogspot.com/2013/04/books.html	Порекомендуйте учебник	2013-04-02T23:29:05.622+02:00	tag: преподавание endoftag 	Меня регулярно просят порекомендовать книжки или учебники по физике. Уровень при этом бывает самый разный — начиная от самостоятельного знакомства с физикой и заканчивая монографиями по современной физике. Чтоб вынести эти обсуждения отдельно и чтобы не повторяться в ответах, я решил сделать серию постов специально для обсуждения рекомендуемых книг. Тут я сделаю несколько оговорок, а подробности с конкретными рекомендациями см. в постах Книжки: знакомство с физикой и Учебники по теоретической физике.Первая вещь, которую мне часто приходится повторять: никаких универсальных рекомендаций, по каким книжкам вам заниматься, быть не может. Всё сильно зависит от ваших знаний, способностей, склонностей и предпочтений, а также от того, чего вы хотите добиться. И еще от внешних обстоятельств: вашего здоровья, финансовой ситуации, личных обстоятельств, — это всё тоже ограничивает то, как долго, как интенсивно и с каким размахом вы сможете заниматься. Я в отдельных постах написал некие рекомендации, но это вовсе не значит, что всем подойдет всё. Второе. Мне кажется, что иногда люди просят порекомендовать книжки и даже составить им программу занятий под влиянием внезапно нахлынувшего энтузиазма. Я бы посоветовал не планировать сразу программу занятий на годы вперед. Поставьте себе сначала цель изучить одну конкретную дисциплину или одну большую книгу. Если через несколько месяцев вы не остыли и действительно справляетесь, то беритесь планировать дальнейшее самообучение на год-два вперед.Третье. Надо четко понимать, что при самообучении практически всё зависит лишь от вас, и лишь чуть-чуть зависит от подборки материалов. Не надо рассчитывать, что вы найдете какой-то суперучебник (или еще хуже — онлайн-лекции), который позволит вам овладеть материалов при минимуме усилий с вашей стороны. Вам всё равно придется корпеть над темой по нескольку часов за раз.Теперь важная оговорка насчет моих рекомендательных способностей. По-моему, людям часто кажется, что ученый — это человек, который обязательно изучил все важные учебники по своей и смежным темам. Я не знаю, как у большинства, но в моем случае этот совсем не так. Университетские курсы проходятся как правило по 2-3 «учебникам» параллельно, и закончив курс, переходят к следующему, а вовсе не повторяют систематически тот же курс по другому учебнику. Дополнительные учебники человек начинает изучать либо сам, спонтанно, либо для целей преподавания. Конечно, есть люди, которые способны за короткое время изучить, скажем, 20 хороших, но разных учебников по квантовой механике и отранжировать их у себя в голове по некоторой системе ценностей. Вот такие люди наверняка могут мотивированно сказать, какой учебник они считают лучшим и по каким параметрам. Я так подробно литературу не изучал, даже по квантовой механике и по квантовой теории поля, по которым мне приходилось преподавать. Поэтому я не могу вам сказать, какой учебник лучший. Я также не вижу смысла перечислять и все те десятки учебников, которые разными людьми считаются лучшими — вам столько много наверняка и не нужно. Я могу лишь посоветовать пару-тройку, которые хорошие и которые можно взять для изучения. Опять же, это не будет универсальный совет, который подойдет любому; я тут лишь могу опираться на свой опыт изучения и преподавания.Ну и наверно последнее: я не считаю себя вправе рекомендовать учебники по математике. У меня конечно есть мнение относительно некоторых книг, но рекомендации я давать не могу. Единственное, что я скажу, это что книжки с названием типа «Справочник по высшей математике для ВТУЗов» ни в коем случае не являются учебниками по математике.Вот наверно и всё. Подробные рекомендации см. в постах Книжки: знакомство с физикой и Учебники по теоретической физике.
6	http://igorivanov.blogspot.com/2013/04/books-simple.html	Книжки: знакомство с физикой	2013-04-03T16:57:19.968+02:00	tag: преподавание endoftag 	В продолжение поста про книжки. Меня иногда просят наметить программу для самостоятельного изучения физики человеку, который никогда ее толком не изучал, но сейчас вот заинтересовался и хочет погрузиться в этот захватывающий мир. Исходные данные могут быть такие: проходил физику в (техническом) ВУЗе, но либо она была очень слабой, либо всё позабыл, или же после школы не проходил точные науки вообще. Сюда же можно отнести школьника, который не удовлетворен своим школьным курсом и хочет самостоятельно что-то читать внагрузку.На мой взгляд, тут главная цель такая: познакомить с очень широким кругом физических явлений, включая современную физику, но разумеется только по верхам. Для этого нужно четко освоить некоторые базовые концепции в механике/термодинамике/электромагнетизме/микромире, научиться делать простые расчеты, а всё остальное — это просто чтение про то, что в мире бывает. В идеале хотелось бы, чтоб человек после этого четко отличал типичную лженауку от современной физики и чтобы информация о каких-то новых достижениях физики падала не в пустоту, а на базис из общих опорных понятий.Вот книжки доуниверситетского уровня, которые я могу в этом случае порекомендовать почитать (и спасибо всем, кто мне напомнил про забытые хорошие книжки!):Перельман Я.И. Занимательная физика — это конечно классика, ее надо прочесть обязательно, если еще не читали в детстве, только надо не забывать, что автор там иногда ошибается в объяснении явлений.Ландау, Китайгородский, Физика для всех, четыре небольших книжки, доступные даже для детей.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, три тома — один из самых простых и подробных курсов физики, читается отлично даже в средних классах.Суорц К.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений в 2 томах. — нескучный учебник и многочисленные несложные задачки.Орир Дж. Популярная физика — тоже оригинальный учебник школьного уровня, причем автор, не стесняясь, залезает в самую современную (по состоянию на 60-е годы) физику; вот развернутый отклик о нем.Уокер Дж. Физический фейерверк — сборник физических опытов и явлений.Переводной четырехтомник Физика, под ред. Ахматова А.С. — очень подробный учебник школьного уровня.Для знакомства с современной физикой очень рекомендуется Библиотечка Квант, все выпуски. Кое-что там конечно устарело, но не так много. Зато эти книжки были написаны специалистами своих областей, и они дают очень хорошее начальное понимание. Ну и потом, мне кажется, будет даже полезным погрузиться в какую-то область физики по состоянию 20-40 лет назад. После этого новые достижения будут казаться более яркими, понятными, логичными.Эти книги действительно можно просто читать как художественную литературу, попутно разбирая примеры и не застревая на какой-то теме (сложных тем просто нет). Отдельные задачники по физике на этом этапе лично мне кажутся необязательными.    Если же есть желание и время (скажем, год-два) попыхтеть над физикой побольше, то можно попробовать пройти какой-нибудь вводный университетский курс по общей физике. Это правда потребует изучения и кое-какой математики (производные, интегралы, матрицы, простые дифференциальный уравнения). Вот хорошие примеры курсов. Фейнман, Лейтон, Сэндс, Фейнмановские лекции по физике — классика. Орир Дж. Физика.Ландау, Ахиезер, Лифшиц, Курс общей физики — тоже классика, только менее известная, чем ФЛФ, но не менее оригинальная. Савельев, И.В. Курс общей физики — пожалуй, это чуть более серьезный, подробный, «классический» и — на мой вкус — скучноватый курс. Есть еще пятитомник Сивухина, но он на мой взгляд уже слишком громоздкий и сложный для курса общей физики, а до курса теоретической физики он сильно не дотягивает. Лично мне трудно найти ему место, трудно сказать, кому бы его точно можно было порекомендовать. Разумеется, есть и много других курсов, а также еще больше книжек по разным разделам физики. Перечислять их тут смысла нет, просто читайте то, что вам приглянется. Мне кажется, после прохождения какого-то курса у вас уже появится свой физический вкус и предпочтения. Еще на этом этапе я также рекомендую начинать читать какие-нибудь обзорные полу-популярные современные журналы по физике, но для этого уже надо знать английский.Буду признателен за комментарии. Сам этот список, наверно, будет по ходу дела меняться или дополняться.
7	http://igorivanov.blogspot.com/2013/04/books-theoretical.html	Учебники по теоретической физике	2013-04-03T17:45:30.862+02:00	tag: теоретическая физика endoftag 	В продолжение поста про рекомендуемые учебники. Чаще всего меня просят порекомендовать учебники по университетским курсам физики, и как правило — теоретической физики. Перед тем, как что-то рекомендовать, снова несколько оговорок (вдобавок к общим оговоркам).Первое. Иногда люди хотят найти хороший курс теоретической физики и изучать по нему все разделы физики. Я, честно говоря, это желание не одобряю. Курсы теоретической физики существуют, тот же Ландау-Лифшиц, но брать их за основу (а тем более, изучать физику только по ним) не надо. Тот же Ландау-Лифшиц это не чисто учебник, а скорее учебник-справочник. Он очень неровный с педагогической точки зрения: иногда он вполне обучательный, а иногда уходит в такие специализированные вопросы, которые при первом изучении курса вообще не нужны. Поэтому лучше всего, как мне кажется, взять по каждому университетскому курсу 2-3 учебника плюс хороший задачник.Впрочем, в виде исключения я могу порекомендовать тут одну вещь — так называемый Теоретический минимум Леонарда Сасскинда. Это видеолекции Сасскинда по нескольким курсам теоретической физики. То немногое, что я там посмотрел, изложено совершенно замечательно.Второе. Параллельно с теоретической физикой надо изучать математику. Причем перед многими разделами физики есть какие-то определенные разделы математики, которые надо бы изучить. Стандартное соотношение «раздел физики» - «необходимые разделы математики» примерно такие:Механика — производные, интегралы, обыкновенные дифуры, основы функционального анализа (для лагранжевой и гамильтоновой механики),Электродинамика — векторное и тензорное исчисление,Квантовая механика — функциональный анализ, в частности, операторы в гильбертовых пространствах, дифуры в частных производных, спецфункции,Физика сплошных сред — дифуры в частных производных, Квантовая теория поля — теория групп (и хоть немного абстрактной алгебры), немного дифференциальной геометрии и топологии.Далее, разумеется, люди уже составляли подобные списки рекомендованных книг. Есть например знаменитый список 'тХоофта: How to become a good theoretical physicist. На Physics.Stackexchange люди совместными усилиями создали метасписок списков рекомендуемых книг по разным разделам физики. Вот также список книг в свободном доступе. Если кто знает еще хорошие списки рекомендуемых книг, подскажите.  В общем-то с такими списками мне дальше предлагать нечего. Но раз люди иногда интересуются именно моими рекомендациями, то вот моя субъективная подборка по некоторым темам (которая во многом отражает лично мое обучение и преподавание) — плюс рекомендации, которые мне подсказали в комментариях. Подчеркну еще раз — это примеры начальных учебников для соответствующих курсов; если после них возникло желание углубить предмет, то есть огромное число учебников и монографий по частным вопросам.  Классическая механика Ландау-Лифшиц, т.1 — на редкость краткий и доступный том ЛЛ.Задачник: Коткин, Сербо, Сборник задач по классической механике.Голдстейн, Классическая механика.Стоит на всякий случай подчеркнуть, что университетская классическая механика — это не школьные задачи про брусок, скользящий по наклонной плоскости, а лагранжева и гамильтонова механика, всякие симметрии, законы сохранения и т.д.  Электродинамика и оптика Зарубежные универы почти исключительно учат по учебнику Джексон, Классическая электродинамика. Он очень объемный и содержит большое число тем, которые в учебники обычно не входит. Лучше ли он других или нет, я оценить не берусь.Задачник: Батыгин, Топтыгин, Сборник задач по электродинамике. — с подробными решениями.Топтыгин, Современная электродинамика, в 2 частях. — это и современный учебник, и огромное количество задач.В университете мне понравилась небольшая, но довольно оригинальная книжка Мешков, Чириков, Электромагнитное поле, в 2 частях.Матвеев, Оптика — это 4й том из курса общей физики Матвеева. Квантовая механика Ландау-Лифшиц, Краткий курс теоретической физики, т.2 отлично покрывает нужды стандартного годового университетского курса, как по объему, так и по уровню. Их же третий том Полного курса содержит больше дополнительных глав и технически сложных моментов, но держать его под рукой тоже полезно.Стандартные зарубежные учебники: Коэн-Таннуджи и др. Квантовая механика, Мессиа, Квантовая механика, Сакураи, Modern Quantum Mechanics (не уверен, переводилась ли на русский). Можно заниматься и по ним, они чуть проще Ландау-Лифшица. Старые советские ученибки типа Блохинцева или Давыдова мне как-то не приглянулись. Ну и разумеется ни в коем случае нельзя использовать последний том какого-нибудь курса общей физики.Отдельно рекомендуется Фейнман, Хиббс, Квантовая механика и интегралы по траекториям.Иванов М.Г. Как понимать квантовую механику — я внимательно не изучал, но по отдельным главам впечатление очень хорошее.Задачники: Галицкий, Карнаков, Коган, Сборник задач по квантовой механике — толстенный задачник с подробными решениями, — и двухтомник Флюгге, Задачи по квантовой механике, там задач поменьше, но разжеваны они очень основательно.Квантовая теория поля Классические учебники: Ициксон, Зюбер, Квантовая теория поля и Бьёркен, Дрелл, Релятивистская квантовая теория. Советская классика: Боголюбов, Ширков, Квантовые поля (потоньше и попроще) и Введение в теорию квантованных полей (потолще и потруднее). Можно учиться по ним, но я лично всё же порекомендовал бы более современный курс, даже в качестве первого учебника. Недавние хорошие учебники: Пескин, Шрёдер, Введение в квантовую теорию поля, Зи, Квантовая теория поля в двух словах и Средницки, Квантовая теория поля.Существуют монструозные учебники типа трехтомника Вайнберга или Fields Зигеля, но наверно подавляющему большинству начинать изучение с них не стоит.Списки будут по ходу дела обновляться; рекомендации и комментарии приветствуются.
8	http://igorivanov.blogspot.com/2013/04/many-body.html	К вопросу о задаче многих тел	2013-04-02T09:55:29.273+02:00	___	Ищу любовницу. Заинтересовавшиеся пишите по емайлу, указанному в профиле. Это было первоапрельское хулиганство, а не «аккаунт угнали»! Только что-то вы неинтересные какие-то — на запись толпы ходят, чтобы на комменты поглядеть, но сами ничего не пишут! :)Что ж, о науке — так о науке.
9	http://igorivanov.blogspot.com/2012/11/4.html	Контактный пост – 4	2013-11-04T00:21:42.164+01:00	tag: контактный пост endoftag 	Поскольку блог пока что живет в режиме вопросов-ответов, открываю новый контактный пост. Как всегда, прошу принимать во внимание мои пожелания по поводу вопросов.
10	http://igorivanov.blogspot.com/2012/10/student-research-activity.html	Исследовательские работы для школьников	2012-10-26T18:52:34.366+02:00	tag: повседневная физика endoftag tag: преподавание endoftag 	В контактном посте меня попросили предложить какие-нибудь темы исследовательских работ, которые могли бы выполнить школьники без спецоборудования, с помощью приборов, которые можно найти в обычном школьном кабинете физики. И мне захотелось ответить отдельным постом.В 90-е годы в новосибирском Академгородке работала уникальная «Научная лаборатория школьников» под руководством Владимира Ивановича Шелеста. Вот ее сайт, который не обновлялся, по-моему, с 2001 года (и в котором стоит кодировка KOI-8). Среди мероприятий, которые проводились в рамках нее, были и исследовательские задачи для школьников. Происходило это так: ребятам предлагалось несколько задач, они разбивались на команды, примерно месяц над этими задачами работали (как теоретически, так и экспериментально), а потом на Турнирах Юных Физиков происходила «битва решений». Точнее, не решений даже, а подходов — задачи это были такие, что у них не было какого-то одного «правильного» решения, это были скорее темы для исследований.Так что я решил тут собрать вместе, с одной стороны, то, что вспоминается с тех времен, и с другой стороны, что мне уже сейчас приходит в голову в качестве возможных тем. И сразу пара общих замечаний:предложить тему — это только самое начало работы; дальше надо самому ставить перед собой конкретные вопросы, надо самому думать, куда двигаться и что потребуется изучить; цель — это не получить ответ, а дать ребятам возможность научиться самостоятельно думать и экспериментировать.решением считается не получение конкретного ответа, а проведение исследования, разностороннее понимание явления (как экспериментальное, так и теоретическое), способность ориентироваться не только в этой, но и в других близких задачах. Конкретно, если в задаче требуется что-то найти, то под этим подразумевается не только «чему равно», но и «как зависит от параметров задачи».Инструментарий предполагается обычный (измерительная техника, желательно осциллограф, электроприборы, лазер и простейшая оптика, хороший фотоаппарат и желательно видеокамера), однако в процессе решения иногда может потребоваться самому создать новый прибор.  Механика Шарик скатывается с трамплина высоты h. Подобрать форму трамплина так, чтобы шарик улетел как можно дальше (имеется в виду расстояние в длину между точкой отрыва и точкой первого касания). Металлическая цепочка, свисающая одним концом со стола, начинает соскальзывать с него и падает на пол. Какую форму примет цепочка на полу?Изучите вращение (и более широко, динамику столкновения) двух (или больше) магнитных шариков (см. мои посты раз и два)Постройте механическую модель коллайдера, типа той, что я описывал у себя, и с ее помощью поизучайте законы сохранения и прочие механические явления.Может ли камень, упав в песок, полностью в него зарыться?Прозрачный контейнер с песком можно установить на платформу, которая дрожит с настраиваемой амплитудой и частотой. Выяснить, что происходит с песком при этом. В частности, должно наблюдаться «разжижение» песка (т.е. спонтанная текучесть), причем оно должно быть сильнее на поверхности, чем в глубине. На самой поверхности могут возникать интересные солитоны или волны. При опускании предметов в такой дрожащий песок они начнут тонуть, исследовать и это явление тоже.Гидродинамика Из емкости с водой через дырочку в дне вытекает вода. На какой высоте эта струя разбивается на капли? Выяснить, как эта высота зависит от параметров задачи (размера дырочки, высоты уровня воды, времени отстаивания воды, вязкости/поверхностного натяжения и т.д.)Попытаться реализовать и исследовать «прыгающую каплю» (см. видео на Youtube)В стакан с газировкой кинули виноградину. Она то всплывает, покрывшись пузырьками, то снова тонет. Определить период этих колебаний.Как известно, в воздушной струе, направленной вверх, может легко зависнуть легкий шарик. Имеется утверждение, что если в шарике просверлить сквозную дырку, он будет не просто висеть, а быстро крутиться. Исследовать это явление.Электричество и магнетизм В открытую стеклянную трубку насыпали смесь песка и железных опилок, подвели к обоим концам электроды и пропустили ток. Как зависит сопротивление смеси от процентной доли опилок? Как меняется ответ в случае, если песчинки и опилки примерно одинакового или сильно отличающегося размера?Придумайте и сконструируйте устройство, наиболее эффективно превращающее энергию горящей свечи в электричество.Изучить, как сопротивление контакта между двумя проводниками зависит от прижимающей силы. Тут тонкость в том, что эффект заметен только для очень малых прижимающих сил (вес грузика порядка миллиграммов). Кстати, этот прибор потом можно будет использовать как чувствительный, ну не сейсмограф, но датчик мелкой тряски. Оптика Попробуйте получить лазерный луч с орбитальным угловым моментом. В принципе, это сделать несложно — надо приготовить дифракционную решетку с дислокацией. Если есть хороший лазерный принтер, то такую решетку можно просто взять и напечатать на прозрачке. Если будет желание, я могу потом описать задачу подробнее.Поизучать законы многократного отражения от двойного стеклопакета (см. мой пост).Изучить свечение, возникающее при разматывании скотча, и попробовать добиться рентгеновского излучения (см. мой пост).Если у кого еще есть интересные предложения, поделитесь в комментариях.
11	http://igorivanov.blogspot.com/2012/09/3.html	Контактный пост – 3	2013-11-04T00:21:51.818+01:00	tag: контактный пост endoftag 	Предыдущий контактный пост переполнился, поэтому открываю новый пост для вопросов и связи. Перед тем, как задать вопрос, обратите, пожалуйста, внимание на мои пожелания.
12	http://igorivanov.blogspot.com/2012/07/higgs-discovery.html	Про открытие хиггсовского бозона	2012-07-04T22:00:07.727+02:00	___	Для тех, кто волнуется, почему нет комментариев про сегоднящнее открытие бозона Хиггса. Там всё в порядке, не беспокойтесь. У меня тут так всё совпало, что прямо в этот день я уезжаю (уже уехал :)) и буду без инета несколько дней. Поэтому я пока отписался очень кратко на «Элементах», а подробная новость будет потом.Вкратце, есть по 5 сигм в каждом из двух детекторов, так что это уже официально открытие. Некоторые, конечно, осторожничают и говорят, что это открытие какой-то там частицы, необязательно бозона Хиггса, но подавляющее большинство физиков высоких энергий уверено, что это действительно бозон Хиггса — уже слишком хорошо всё сходится друг с другом. Другой вопрос — стандартный ли это Хиггс или нет. Вот это сейчас будет очень горячая тема (хотя, казалось бы, куда уж горячее).Так что да, начинается новая эра в физике элементарных частиц. Желающие могут посмаковать подробности из оригинальных докладов и поугадывать будущее развитие ситуации.
13	http://igorivanov.blogspot.com/2012/04/collider-model.html	Механическая модель коллайдера	2012-04-24T10:17:06.909+02:00	tag: ФЭЧ endoftag tag: популяризация науки endoftag tag: экспериментальная физика endoftag 	Год назад, в рамках фестиваля «Весна науки», который ежегодно проходит в Льеже, мы с женой сконструировали механическую модель коллайдера элементарных частиц. Это очень простая модель, в которой катаются, сталкиваются и разлетаются металлические шарики. Но с помощью нее можно продемонстрировать с десяток физических явлений, которые происходят в реальных ускорителях и детекторах. Демонстрация модели школьникам шла на ура, они после объяснений сами лезли запускать шарики и регистрировать столкновения.Сейчас у меня наконец-то дошли руки до того, чтоб снять ее в действии и рассказать, что интересного можно с помощью нее показывать.Рис. 1. Общий вид механической модели коллайдера.Наша механическая модель состоит из С-образной трубы из плексигласа, металлической вставки хитрой формы, двух желобов, которые через окошки ведут в трубу, и поддона с мелким песочком, который играет роль детектора. Если одновременно отпустить два шарика, то, скатившись по желобам и влетев в кольцо, они столкнутся в центре металлической секции, вылетят наружу, и прочертят следы в тонком слое песка.Рис. 2. «Детекторная» часть модели.Все эти явления — чисто механические, здесь нет ни электричества, ни магнетизма, ни какого-то виртуального моделирования столкновений. Несмотря на кажущуюся примитивность, эта модель подкупает своей «настоящестью». Все явления происходят на наших глазах, они осязаемы — и тем не менее они в кое в чем похожи на процессы в реальных коллайдерах элементарных частиц.Вот видео, на котором всё это показано в действии. Файл довольно тяжелый, т.к. я загрузил видео в HD, и поэтому лучше смотреть на полном экране (вот прямая ссылка на youtube):Сопроводительные пояснения (для сравнения см. устройство LHC и устройство типичного современного детектора).Инжекция — в настоящих ускорителях частицы вначале предварительно разгоняют до небольших энергий и лишь потом их вспрыскивают (инжектируют) в основное ускорительное кольцо. Динамика частиц в ускорителе — циркулируя в кольцевом ускорителе, частицы постепенно теряют свою энергию, а также стремятся расплыться вдоль кольца. В реальных коллайдерах оба этих эффекта компенсирует ускорительная секция, которая отсутствует в этой механической модели.Бетатронные колебания —  попав в ускоритель, частицы вовсе не ложатся на идеальную траекторию, а колеблются относительно нее в поперечной плоскости. Эти колебания необходимо держать под контролем, чтобы пучок не задел стенки вакуумной камеры. Впрочем, в электрон-позитронных коллайдерах бетатронные колебания с течением времени быстро затухают из-за излучения.Столкновения частиц в настоящих коллайдерах происходит внутри детекторов. Вакуумная труба в этих местах очень узкая и тонкостенная, чтобы не мешать разлетаться столкнувшимся частицам. Эти частицы оставляют свои следы в нескольких слоя детектора, и по ним физики восстанавливают картину столкновения. В нашей модели шарики разлетаюся после столкновения, прочерчивая след («трек») на тонком слое песка. Рис. 3. Пример столкновения.Характеристики треков позволяют кое-что узнать о самом столкновении. Направления треков указывают на точку, в которой оно произошло, а из длин треков можно извлечь энергии шариков — это очень похоже на то, как анализируются результаты настоящих столкновений элементарных частиц. У нас треки часто получаются не сплошные, а в виде отдельных «пикселей», что тоже очень похоже на ситуацию в реальных детекторах. И для пущего сходства треки иногда получаются не прямыми, а заметно закрученными (хотя причины для этого, конечно, разные).Паразитные столкновения — и в реальном ускорителе, и в этой модели далеко не каждое столкновение регистрируется детектором. Если после столкновения частицы не приобрели достаточно большого поперечного импульса, то они «улетают в трубу», и детектор их не видит. При анализе реальных столкновений надо всегда помнить про эти процессы.Угловое распределение — даже если бы начальные состояния реальных сталкивающихся частиц были точно известны, результат каждого конкретного столкновения предсказать нельзя, это одно из ключевых свойств квантовой механики. Поэтому физики не довольствуются одним столкновением, а повторяют его множество раз и смотрят получившиеся распределения результатов. В нашем случае, это иллюстрируется угловым распределением при повторных столкновениях.Сгустки частиц — вероятность столкновения в одной пары частиц в реальных ускорителях ничтожно мала. Поэтому там в каждом направлении циркулирует не одна частица, а целый сгусток из миллиардов частиц. Эффект нагромождения (pile-up) — когда количество частиц в сгустке достаточно велико, при одном столкновении сгустков может произойти сразу несколько независимым столкновений частиц. Результаты столкновения нагромождаются в детекторе друг на друга, и из анализ становится непростой задачей. Здесь можно заметить, что направления треков четко указывают на то, что произошло несколько столкновений в разных точках.Рис. 4. Пример столкновения «сгустков» из нескольких шариков.«Мертвое время» детектора — детектору всегда требуется некоторое время на то, чтобы «считать» треки, передать данные в компьютер и очистить детектор. Во время этого процесса детектор не готов воспринимать новые частицы. Это «мертвое время» детектора влияет на его быстродействие.Технические подробностиЕсли кто-то захочет самостоятельно сделать подобную модель, то вот несколько замечаний и советов.1) Самая сложная в изготовлении часть — это труба. Мы заказывали ее в фирме, которая как раз гнет трубы из плексигласа. Главная трудность — сделать так, чтоб внутренняя поверхность была гладкой и ровной, без морщин. При таком соотнощении радиуса трубы и радиуса закругления это оказалось не так уж и просто, фирма сделала это вовсе не с первой попытки. Для примера выкладываю чертеж трубы с параметрами, которые я запросил у фирмы. Можно, конечно, сделать трубу из чего-то другого, надо только убедиться, что материал достаточно жесткий — иначе шарик не будет долго катиться (на нашей модели он делает 3-4 оборота, это достаточно для демонстрации). Рис. 5. Чертеж трубы из плексигласа.2) В окрестности места столкновений труба должна быть максимально плоской, чтобы позволить частицам вылетать вбок без подпрыгивания. Поэтому центральная секция у нас выполнена в виде металлической вставки, которая вначале повторяет кривизну трубы, а к центру распрямляется. Поскольку нереально просчитать заранее все параметры, надо дать себе свободу действий для настройки этой секции. Кроме того, надо сделать так, чтобы на месте стыка трубы и вставки не было ступеньки.3) Опять же, трудно заранее просчитать, под каким углом и с какой скоростью шарики должны влетать в трубу, чтобы попасть на хорошую траекторию и не вылететь в центральной секции. Здесь тоже надо предоставить себе свободу маневров, как по высоте, так и по углу. Мы использовали для этого липучки-велкро на концах желобов, на их держателе, и на окошках трубы.
14	http://igorivanov.blogspot.com/2012/03/icarus.html	Детектор ICARUS измерил скорость нейтрино	2012-03-16T02:36:14.210+01:00	tag: новости физики endoftag 	В сентябре прошлого года коллаборация OPERA сообщила о наблюдении сверхсветового движения нейтрино. Другие нейтринные эксперименты посмотрели на это большими глазами и пообещали перемерять скорость нейтрино на своих установках. Это, конечно, правильно, но это уже будут другие эксперименты, в других условиях. А хотелось бы, так, на всякий случай, перепроверить именно OPERA. Для этого, в идеале, нужно поставить в ту же подземную лабораторию Гран Сассо  другой аналогичный нейтринный детектор, который бы отлавливал те же нейтрино, выпущенные из ЦЕРНа.Так вот, в кустах оказался рояль такой детектор уже там стоит — ICARUS T600 (T600 обозначает, что рабочим веществом является 600 тонн жидкого аргона). Он заработал в 2010 году и даже по-своему отметился в истории со сверхсветовыми нейтрино: в октябре он рапортовал об отсутствии черенковского излучения, которое должны были бы интенсивно излучать эти сверхсветовые нейтрино. Это как бы опровергало данные OPERA, но только косвенно (да и к тому же не все были убеждены, что связь настолько однозначная).А сейчас тот же ICARUS измерил скорость нейтрино напрямую. Люди там не стали тратить два года на то, чтобы перемерять расстояние от ЦЕРНа и до детектора или синхронизовать время. Они просто взяли результаты измерения времени и расстояния, выполненные OPERA. Зато точные моменты прихода нейтрино они измеряли на своей аппаратуре. В течение двух недель, с 21 октября по 6 ноября прошлого года ЦЕРН провел специальный сеанс, в котором он «пулял» нейтринные сгустки в специальном режиме, очень короткими выстрелами длительностью около 3 нс. Это было сделано как раз с целью отсечь возможные погрешности OPERA, связанные с фронтами длинного сигнала (подробнее см. в новости и у меня в блоге). OPERA, кстати, тогда сообщила, что новые измерения за эти две недели подтверждают сверхсветовые нейтрино (а на самом деле это значит, что была устранена лишь одна из возможных проблем).В течение тех двух недель детектор ICARUS тоже набирал данные и поймал семь нейтрино (подробная статистика по каждому их этих семи событий содержится в статье). Результат таков: разница между временем прилета нейтрино и ожидаемым временем прихода светового сигнала в пределах погрешности равна нулю. Распределение по этой разнице времен для ICARUS и для OPERA показано на рисунке.Распределение по разнице между временем прихода нейтрино и  ожидаемым временем прихода  светового сигнала (изображение из статьи коллаборации ICARUS). Таким образом, ICARUS прямо опровергает данные OPERA и подтверждает ожидания теории относительности.Мне, правда, не очень понятно, изменится что-либо в синхронизации времени в свете недавно найденных ошибок в OPERA. Так что проверки на других установках всё равно будут полезны. Но, по-видимому, OPERA — всё.
15	http://igorivanov.blogspot.com/2012/03/press-releasing.html	Про пресс-релизы и журналистов	2012-03-13T21:41:58.176+01:00	tag: наука и СМИ endoftag tag: точка зрения endoftag 	Дмитрий Вибе написал на днях любопытную заметку с хорошими примерами насчет дутых «научных сенсаций» в СМИ. Только общий вывод, к которому он приходит, неверен, и я не понимаю, почему это ему не очевидно.Дмитрий Вибе сетует на то, что излишняя сенсационность часто присутствует уже в пресс-релизах научных организаций. А журналист, мол, видит в сообщении только сенсацию, срывается с катушек («раз ученые позволили себе драматизм, то и я могу!») — и на выходе получается галиматья. И вывод, к которому Дмитрий подталкивает, таков: как бы да, журналисты такие-сякие, никто не спорит, но ученые тоже часто виноваты в перекосах того, как СМИ освещают научные исследования. Так вот, это обман. Во-первых, пресс-релизы пишут не ученые, а те же самые журналисты, которых организация наняла для этой задачи. В худшем случае это выпускники какого-нибудь факультета журналистики или «школы научной журналистики», в лучшем случае — это люди, которые закончили универ по естественнонаучной специальности (и возможно даже получили какую-то степень!), но дальше не смогли идти в науку. Зато им понравилось писать на публику, чем они и занимаются. Ни тот, ни другой даже близко не считаются учеными, а тем более — учеными, выполнившими эту конкретно работу или досконально разбирающимися в ней. Во-вторых, в пресс-релизах постоянно втыкают цитаты авторов исследования или прочих «экспертов», и они вроде как вполне поддерживают общее возбуждение. Я уже писал про вред такого цитирования (у меня в блоге есть отдельный тэг «Наука и СМИ»), так вот здесь еще один пример — на этот раз вреда для самих ученых. Когда журналист берет комментарий, он просит, хочет, настаивает выразить это попроще. У ученого обычно есть некая граница, ниже которой он сам по себе не опустился бы в упрощении. Но журналист тащит его вниз, настаивает на дальшейшем сокращении и упрощении, мотивируя это тем, что он, журналист, лучше знает, что требуется публике. Далее, всем хорошо известно, что даже из короткого интервью можно надергать цитат (даже без перевирания!) так, чтоб они подтверждали самые разные утверждения, даже очень далекие от реальности (гуру в этом деле, конечно, тележурналисты). Поэтому написать (специально или нечаянно) пресс-релиз, сильно искажающий реальные результаты работы, но содержащий при этом как бы подтверждающие комментарии экспертов, легко. И тот факт, что потом тычут пальцем в такие пресс-релизы и пеняют на ученых — это тоже прямой вред. В-третьих, у меня за последние годы было несколько онлайн споров с журналистами, пищущими о науке. Причем с журналистами, которые себя (или друг друга) относят к элите научной журналистики Рунета. Формулировки были разные, но общий вывод тот же: по их мнению, цепочка «пресс-релизы, информагентство, газета» хорошо работает, и они не видят другого способа писать о науке без неё в таких же объемах. Увы! Может быть, это было единственным доступным и худо-бедно работавшим методом 50 лет назад, но уж точно не сейчас, когда информация так легко доступна и читателям, и самим журналистам. Нет, разумеется, если цель — гнать объем и погорячее, то разговора нет. Но если действительно задумываться о качестве, то нет, это не может быть источником качественных новостей науки. Просто потому, что обман начинается уже на самом первом этапе. Поймите, наука в изложении СМИ — это словно наркоман, сидящий на каких-то ядрёных возбуждающих препаратах. Там нет фазы спокойной жизни, там нет возможности поразмышлять, там постоянно бушуют крайности, драмы и революции. И сложившаяся цепочка «пресс-релизы, информагентство, газета» является хорошо зарекомендовавшим себя поставщиком той информационной наркоты.Я не призываю идеализировать ученых. Есть и такие, которые сами чрезмерно упрощают научные результаты, искажая смысл. Но это даже близко не такое массовое явление, как институт пресс-релизов.
16	http://igorivanov.blogspot.com/2012/03/floaters.html	Дополнение про «летающие мушки»	2012-03-10T22:12:29.141+01:00	tag: оптика endoftag tag: повседневная физика endoftag 	Когда я писал свой прошлый пост про близорукость, я почему-то был уверен, что всякие плавающие пятна и волоски, которые видны внутри кружочка боке, — это «мусор» на поверхности глаза. Но мне потом в комментариях неоднократно говорили, что, во-первых, видно их и просто при взгляде на однородно освещенную поверхность, а во-вторых, находятся они вовсе не на поверхности глаза, а внутри стекловидного тела. Я немножко почитал и поделал простые опыты с собой, и вот что я скажу.Во-первых, плавающие штуки действительно вполне видны без боке, и близорукость для них не нужна. В подавляющем большинство случаев это действительно объекты, плавающие внутри стекловидного тела и являющиеся продуктами их разрушения. По-английски они называются (vitreous) floaters или более учёно Posterior Vitreous Detachment, по-русски говорят «летающие мушки» и «деструкция стекловидного тела». Они хорошо известны офтальмологам потому что, во-первых, пациенты часто жалуются на них, а во-вторых, потому что резкое увеличение этих мушек может быть предвестником серьезных проблем с глазами, например, отслоения сетчатки. Из ссылок я еще приведу сайт мушек.нет, краткое руководство для врачей по тому, как отличать безвредных мушек от опасных, и программу-симулятор этих мушек.Во-вторых, раз я вижу мушек и просто так, на однородном фоне, и внутри боке, как я описывал в прошлом посте, я их могу их сравнить. И выясняется, что внутри боке кроме них есть и другие вкрапления. Вот про эти вкрапления я уж точно уверен, что они на поверхности, потому что я могу их сморгнуть (а мушки только дергаются, но не пропадают), я могу их сдвинуть неполным морганием, они неподвижны при движении глаз туда-сюда (а мушки от этого плавают).Эти дополнительные «дефекты» внутри боке отличаются от мушек и визуально. Они как правило мельче и круглые (а мушки крупнее и некруглые). Именно они дают отличные многократные дифракционные кольца, гораздо более богатые, чем в пункте 2 в прошлом посте (а от мушек дифракция более размытая). И кроме того, они намного контрастнее мушек; иногда контраст достигает 100%, т.е. в центре геометрическое тени от крупного круглого пятнышка света просто не видно, оно черное.  То, что при взгляде на однородно освещенную стену мушки выглядят как простые тени, без четко выраженной дифракции, а также что не видно этих мелких пятнышек на поверхности, в общем-то неудивительно. Для дифракции нужна досоаточная поперечная длина когерентности света, т.е. маленький угловой размер источника света. А однородно освещенная стена, наоборот, это истчник света очень большого углового размера. Поэтому некоторое преимущество у близорукого человека в этом всё-таки есть :)  Ну и кроме всего этого, я вижу внутри боке и общую рябь, которая остается неподвижной при любых манипуляциях. Вероятно, это какие-то оптические неоднородности внутри хрусталика или других твердых частей глаза.  Кстати, вот тут я нашел описание простого опыта, которые позволит сказать, где именно находятся дефекты — близе к зрачку или близе к сетчатке. Надо взять непрозрачный, например алюминевый лист, сделать в нем очень маленькое отверстие, в темноте поднести его близко к глазу, а с той стороны осветить ярким светом. Глаз пр этом должен смотреть вдаль, а не на дырочку, и тогда эта точка расплывается в круглое боке. Так вот, теперь надо плавно отдалять экран с дырочкой от глаза и смотреть, что происходит с размерами дефекторов. Если они на поверхности глаза, то их угловой размер должен уменьшаться пропорционально уменьшению размера самого пятна боке. Т.е. относительно боке они не изменяются. А если они близко к сетчатке, то их угловой размер почти не изменится, т.е. относительно боке они будут расти. Я еще это не проверял :).Кстати, насчет разложения в спектр — я забыл сказать в прошлом посте, что спектры у меня получаются такими сильными, потому что у меня очки с высокоиндексными стеклами, у них показатель преломления равен 1,8.
17	http://igorivanov.blogspot.com/2012/03/myopic-physics.html	Близорукость и физика	2012-03-11T03:03:48.256+01:00	tag: оптика endoftag tag: повседневная физика endoftag 	Если внимательно присмотреться к моему фото в блоге, то можно заметить, что у меня довольно сильная близорукость (в зависимости от глаза и от направления от −12 до −14). В целом это, конечно, неудобно, но у близоруких людей тем не менее есть некоторые оптические преимущества перед «обычными» людьми — мы можем видеть некоторые вещи, которые обычные люди не видят (или не замечают). Так что вот небольшой рассказ с картинками про то, как вижу я. :) Я конечно не могу приложить фотографии того, как я вижу в реальности, поэтому я буду всё иллюстрировать на фотографических эффектах.1. Расплывчатость. У близорукого человека кристаллик хрусталик фокусирует свет от далекого источника не на сетчатку, а перед ней, поэтому на самой сетчатке изображение получается расплывчатым. Это наверно знают все, но не все догадываются, какого типа эта расплывчатость. Это вовсе не «gaussian blur», который есть в фотошопе, а скорее похоже на эффект боке на фотоснимках (что и неудивительно, поскольку физика по сути та же).Удобнее всего пояснить разницу на ночном снимке с яркими огнями. Вот возьмем такое красивое фото (источник):Применим к нему gaussian blur и получим вот такое изображение:Так вот, это совершенно непохоже на то, как я вижу без очков! А вижу я примерно вот так (источник):Отличие в том, что при обычной размазке светлые и темные участки смешиваются в нечто среднее. А при эффекте боке яркие точки расплываются в кружочки, довольно чётко очерченные между прочим, которые просто наползают на темные области. При подходящем освещении это бывает очень красиво. :)Дополнение. Вот еще мне в комментариях дали ссылку на картины Филипа Барлоу, написанные как раз в «близоруком стиле».2. Дифракция. На фотографии с боке кружочки выглядят маленькими и однородными. На самом деле при моем зрении эти кружочки большие (примерно 4-5 градусов), и в каждом из них я вижу богатый «внутренний мир». На каждом кружочке есть точки, пятнышки, полоски, иногда плавные, иногда четко очерченные. Примерно вот так, только еще богаче (источник):Это проявления микроскопических пылинок и ворсинок на поверхности глаза, а также неоднородностей на границах раздела уже где-то в глубине глаза (они дают неподвижную «рябь»). [Как мне объяснили в комментариях, плавающие ворсинки, которые обычно называют «мушками», находятся физически внутри стекловидного тела; см. подробности в отдельном посте.] Мне видно, как они эти пылинки плывут по поверхности глаза, как они резко дергаются при моргании и т.д. И что самое красивое — на всех кружочках в поле зрения картина примерно одна и та же, все эти плавные движения происходят синхронно по всему полю зрения. Но изображения в двух глазах, конечно, разные. Концентрические кольца и прочие узоры, которые окружают пылинки и прочие границы — это проявление дифракции света. Да, дифракция действительно легко видна невооруженным глазом, по крайней мере близоруким людям! Более того, иногда даже видно пятно Араго-Пуассона (максимум яркости в центре геометрической тени) у совсем мелких пылинок (они кстати, на этой фотке видны). За всей этой «жизнью» иногда бывает забавно наблюдать. 3. Неравномерная освещенность. Пятнышко на предыдущем фото всё равно освещено более-менее равномерно. А я в реальности вижу пятна, яркость которых меняется от края к краю. Причем в двух глазах этот градиент яркости совсем не совпадает. Я попытался примерно изобразить то, как я реально вижу расплывчатое пятнышко без очков:Это, кстати, создает дополнительные проблемы: два глаза «не знают», как им совмещать эти изображения, то ли по контурам кружочка, то ли по центру яркости.Откуда у меня это берется, я так и не знаю.4. Расстояние комфортного зрения. При близорукости плохо видны далекие предметы, но зато всё отлично видно вблизи. Более того, видно намного комфортнее, чем для обычного человека, потому что мне не требуется напрягать глаза. У меня расстояние комфортного зрения — 7 см. Т.е. я расслабляю глаз, словно я собираюсь смотреть вдаль, и отлично рассматриваю мельчайшие детали у предмета на расстоянии 7 см. Поскольку я без проблем могу рассматривать предметы так близко и поскольку с сетчаткой у меня всё в порядке, у меня получается выигрыш в «ближней зоркости».5. Спектральный анализ. И наконец, супервозможность — я умею раскладывать свет в спектр! Посмотрю так боком на источник света и вижу отдельные линии излучения и т.д. Вот примерно так, только не столь четко:Это умение, конечно, получается благодаря очкам, особенно с высокоиндексными стеклами (у моих коэффициент преломления 1,8). На краю стекла они выступают в роли призмы, которая раскладывает свет в спектр, и из-за того, что у меня большой минус, это разложение довольно сильное. Я без проблем отличаю лампы накаливания с их сплошным спектром от газовых ламп, вижу отдельные узкие линии излучения, легко отличаю, например, истинно желтый огонек от зеленого+красного. Ну а вкупе с разверткой по времени, которую я тоже умею делать невооруженным взглядом, мне становится доступной времени-разрешенная спектроскопия! В разумных пределах, конечно. :)Кстати, еще один эффект, связанный с дисперсией света в сильных очках — огоньки разных цветов кажутся мне находящимися на разном расстоянии. При бинокулярном зрении (т.е. при взгляде двумя глазами) это вообще приводит к чудесным иллюзиям. Скажем, синий светодиод на поверхности какого-нибудь девайса для меня выглядит так, словно он висит в воздухе в нескольких сантиметрах над подверхностью. А разноцветная светящаящая неоновая вывеска для меня выглядит смонтированной на нескольких плоскостях. К сожалению, на этом сверхвозможности близорукости исчерпываются. А жаль, ведь у света есть еще много характеристик :)
18	http://igorivanov.blogspot.com/2012/02/opera.html	Что именно сейчас утверждает коллаборация OPERA?	2012-03-13T19:53:41.816+01:00	tag: наука и СМИ endoftag tag: новости физики endoftag 	По поводу сегодняшних новостей про эксперимент OPERA, которые разлетелись по всем СМИ, я не хотел ничего писать (поскольку реального повода что-то писать пока и нет). Но вот увидел в блоге Матта Страсслера (Of Particular Significance) замечательную диаграмку, которой хочу поделиться. Диаграмка эта не про сам эксперимент, а про то, как его сейчас освещают СМИ.Что именно сейчас утверждает коллаборация OPERA? Автор изображения Matt Strassler. По вертикали отложено время, на которое нейтрино якобы опережают световой сигнал. Пять колонок — от a) до e) — разные варианты развития или изложения событий.a) (синим цветом): Первоначальное заявление коллаборации OPERA: опережение составляет примерно 60 нс и с высокой статистической значимостью отличается от нуля.b) (розовым цветом): То, что сейчас передают практически все СМИ — якобы найдена ошибка, которая полностью сводит на нет 60-наносекундное опережение. Т.е. утверждается, что измеренная точка сдвинулась вниз (без ухудшения точности) как раз настолько, чтоб измерение полностью совпадало с ожиданиями.Однако в реальном сообщении OPERA, которое передает ЦЕРН, ничего такого не утверждается. В нем говорится о наличии двух неучтенных ранее проблем, но никакого вердикта не выносится. Поэтому возможны в принципе разные ситуации, например:  c): значение остается примерно тем же, но ухудшается точность. При этом результат всё еще отличается от ожиданий, но не столь статически значимо.d): точность ухудшается настолько, что уже неважно, есть эти 60 нс или нет — всё в пределах ошибки согласуется с ожиданием.  e): проблема такова, что заявленный результат просто теряет доверие, и требуется полностью переделать эксперимент.Возможны и какие-то еще варианты.Самое главное, что сейчас, на основании краткого сообщения коллаборации OPERA, нет возможности узнать, какой из этих вариантов верен. Поэтому утверждать так, как утверждают большинство СМИ (вариант b), просто неправильно. К сожалению, все эти оттенки СМИ передавать не умеют — у них, как правило, либо «революционное открытие!», либо «всё окончательно объяснено».
19	http://igorivanov.blogspot.com/2012/02/discovering-lake-vostok-3.html	Как открывали озеро Восток – 3	2012-02-18T04:56:37.698+01:00	tag: геофизика endoftag 	Последняя часть рассказа про открытие подлёдного озера Восток в Антарктиде по мотивам книги И.А.Зотикова (часть 1, часть 2).«Озёра»С самолетами там связана еще одна забавная вещь. Буквально с первых же полетов над Антарктикой (т.е. с конца 1950-х годов) пилоты время от времени замечали на однородном белом фоне снежной пустыни какие-то пятна овальной формы с плавными берегами. Зачастую они были единственными визуальными «зацепками», которые можно было использовать для навигации. Между собой пилоты их так и называли — «озёра». Размеры их оценивались в десяток километров; более точно измерить их было трудно из-за условий наблюдения. Дело в том, что видны эти озера были только при очень низком Солнце и в направлении, противоположном направлению на Солнце. То есть, видны были только те «озёра», которые находились далеко от самолета, около горизонта.  Робинсон проанализировал эти сообщения и в 1960 году в короткой статье высказал предположение, что эти «озёра» представляют собой участки снежного покрова с необычно ровной горизонтальной поверхностью. Несмотря на то, что над Антарктидой лежит (точнее, медленно течёт) многокилометровый ледник, у него тоже есть некий плавный рельеф, с холмами и впадинами (посмотрите рис. 2 в прошлом посте). А эти участки размером в десяток километров были исключительно горизонтальные, и потому при подходящем освещении они (а также их берега) визуально выделялись. Такая исключительная горизонтальность могла означать, что в этом месте ледник не лежит на скальном основании, а плавает над подлёдным озером.Вот тут полезно пояснить одну вещь. Сейчас про озеро Восток СМИ пишут много, и иногда они для иллюстрации приводят схему бурения, как например на рис. 1.Рис. 1. Схема бурения к озеру Восток.Эта схема, при всей своей информативности (и формальной точности!), «обманывает» читателя в соотношении вертикальных и горизонтальных размеров. На схеме кажется, что сквозь толстый слой льда, который опирается в основном на сушу, люди добурились до маленького озера. В реальности картина с тем же Востоком  выглядит скорее так, как показано на рис. 2. Рис. 2. Та же картинка, но с соотношением горизонтальных и вертикальных масштабов, более близких к реальности. Ледник, конечно толстый, но размеры озера намного больше. И поэтому в основной своей массе ледник реально опирается на воду. А это неизбежно означает, что верхняя его поверхность тоже должна быть ровной (в пренебрежении горизонтальным движением ледника). Реальные числа — перепад высот порядка метра на километры(!) дистанции. Но эти выводы легко делать сейчас, когда много что известно про Антарктиду. А Зотиков в своей книге вновь поражается, что ни он, ни Робинсон тогда, в далеком 1960 году, не выдвинули предположения, что эти «озёра» могут лежать на реальных подлёдных озёрах. Т.е. они пообсуждали эти наблюдения, и всё. Робинсон погиб несколько лет спустя, и уже значительно позже Зотиков пытался найти какие-то данные по местоположению этих «озёр», чтоб сопоставить их с результатами радиолокации, но насколько я понимаю, безрезультатно.Спутниковые наблюденияСпутниковые наблюдения революционизировали науки о Земле. Это, разумеется, коснулось и исследований Антарктиды. Европейский спутник ERS-1, запущенный в 1991 году, проводил альтиметрические измерения и просканировал в том числе и значительный кусок Антарктиды. В 1993 году Ридли обработал полученные к тому моменту данные, которые позволили восстановить антарктический рельеф с точностью около полуметра. Площадь «пиксела» на этой карте Антарктиды составляла 10 км2, что более чем достаточно для надежного обнаружения озера Восток. Рис. 3. Рельеф Антарктиды в районе озера Восток по данным спутника ERS-1. Линии уровня проведены через каждые два метра. Изображение из книги И.А.Зотикова.И оно действительно бросалось в глаза. На рис. 3 показан рельеф антарктического ледника вблизи озера; линии уровня проведены через каждые два метра высоты. Посреди склона ледника обнаружилось вытянутое плато размером примерно 50 на 200 км с аномально плоским рельефом, со средним наклоном примерно 1 метр на 5 км.Забавно, что станция Восток находится буквально в самом начале озера (когда выбирали место для будущей станции, разумеется, ни о чем подобном не догадывались). Поэтому непосредственно под станцией озеро действительно не слишком широкое (именно поэтому рис. 1 формально правильный, если взять поперечное направление).КонсенсусПосле этих спутниковых данных существование подлёдной водной массы вблизи станции Восток стало практически очевидным. Вопрос тут только в том, насколько это озеро глубоко и не забилось ли оно всякой галькой и осадочными породами, которые движущийся поперек озера лёд натащил в него. В 1993 году в Кембридже был организована однодневная рабочая встреча того небольшого тогда коммьюнити, которое занималось этим озером. После обсуждений расчетов и данных было признано, что скорость наноса материала в озеро слишком мала для того, чтобы забить его полностью. (Глубина озера тогда была неизвестна, но было зато известен типичный рельеф скального основания в Восточной Антарктиде на масштабах озера, так что долины глубиной в несколько сот метров можно было ожидать).Но тогда ещё более остро встал другой вопрос: почему же Капица на своих сейсмограммах 1964 года озеро не увидел? Может быть, там всё-таки была водная поверхность, а он лишь неправильно их интерпретировал? Поскольку Капица тоже присутствовал на встрече, люди попросили его снова проанализировать свои данные. Он начал тоже склоняться к этому варианту и сказал, что конечно же данные перепроверит по возвращению в Москву. Правда, как рассказывает Зотиков, тут тоже не обошлось без приключений. Публично пообещав перепроверить данные, Капица также оговорился, что старые сейсмограммы у него хранились на даче. А на даче у него как-то случился пожар, и часть дома сгорела. Но в этот раз всё обошлось — Капица-таки нашел на даче эти сейсмограммы и, вновь обработав результаты (30 лет спустя!), он согласился, что на них виден 500-метровый слой именно воды, а не осадочных пород. В сентябре 1994 года Капица сделал доклад с новой интерпретацией своих данных, полностью сняв все вопросы. А у программы бурения на станции Восток, которая длилась уже не одно десятилетие, появилась новая цель — добуриться до озера.И уже заключительным аккордом стала та самая статья в Nature 1996 года, с которой я начал рассказ. И авторами её по справедливости стали именно те люди, которые — каждый по-своему — открывали это озеро на протяжении нескольких десятилетий: Капица, Зотиков, Робин, Ридли и Зайгерт.Дальше, конечно, можно много рассказывать и про само озеро, но это уже отдельная тема и тут я вновь рекомендую книжку Игоря Алексеевича Зотикова «The Antarctic subglacial lake Vostok». А я лишь ограничился пересказом истории открытия, которая мне показалась очень любопытной.
20	http://igorivanov.blogspot.com/2012/02/discovering-lake-vostok-2.html	Как открывали озеро Восток – 2	2012-02-18T04:26:53.040+01:00	tag: геофизика endoftag 	Продолжение истории открытия озера Восток, начало в прошлом посте.Вода под антарктическим ледникомВпервые до воды под антарктическим ледником добурились американцы 28 января 1968 года. Да-да, 44 года назад. Тут вообще есть целая история того, как люди пытались плавить, а затем бурить антарктический ледник. Каждая попытка позволяла достичь какой-то глубины, а дальше приходилось придумывать и осуществлять новую технологию бурения, и так несколько раз. Так вот, американцы в середине 60-х годов научились бурить шельфовые ледники (а это несколько сот метров) и поставили перед собой следующую цель — пробурить ледник на станции Бёрд (Byrd Station) толщиной более 2 км. Они построили новый бур, в феврале 1967 года установили его на станции и принялись за работу.Отчет об этом бурении с картинками и технической информацией доступен онлайн. Там рассказывается, что 28 января 1968 года на глубине 2376 метров было отмечено резкое падение потребляемой буром мощности, что означает, что бур вошел в новый материал. Последующий анализ привел к выводу, что в этот момент бур прошел через водный слой толщиной несколько десятков сантиметров. Через несколько минут мощность снова возросла, и бур углубился еще на метр. Подняв бур, техники нашли вместо ледового керна лишь вмороженные камни и грунт. Они пытались бурить дальше еще пару дней, но бур ничего не поднимал, а на его поверхности зато появились следы ржавчины. Более того, с каждым заходом становилось всё проблематичнее поднимать бур с глубины: он просто оледеневал из-за свеженамерзающей воды и увеличивался риск того, что он там застрянет намертво. 2 февраля бур вытащили и дальнейшее бурение прекратили.В этой истории примечательно вот что. Несмотря на то, что подледная вода была предсказана за годы до этого, техники разрабатывали этот бур лишь для бурения льда и горной породы и совершенно не приняли эту возможность во внимание. Вероятно, они просто не верили, что там будет вода. Однако после этого эпизода стало понятно, что технология бурения должна учитывать воду и предотвращать попадание и подъем воды по скважине.И еще в качестве личного воспоминания Зотиков в своей книге рассказывает, что эта новость пришла к нему непосредственно перед защитой докторской. В подледную воду верили далеко не все, и якобы были планы завалить его на защите по этому вопросу. Однако зачитав на защите телеграмму американцев, он полностью снял все вопросы.Радиолокационное зондирование ледниковРис. 1. Самолет R4D, разбившийся около антарктической станции Hallett в 1960 году. Источник изображения.  В 1960-х годах антарктический ледник начали активно исследовать с воздуха с помощью радиозондирования. Радиоволны хорошо проникают через лед и отражаются как от внутренних границ, разделяющих слои с разными свойствами, так и от скального основания. Кстати, поначалу такая радиопрозрачность льда была большой проблемой: радиолокационное оборудование на самолетах часто сильно ошибалось в оценке высоты полета и приводило к катастрофам (рис. 1). А уже потом люди поняли, что ее можно использовать и для изучения профиля скального основания континента.Тут кстати интересно, что для хорошей точности данных все полеты приходилось делать недалеко от станций, держа их в пределах видимости. Просто визуально ориентироваться на равномерно белой Антарктиде с нужной точностью было нереально, а никакой GPS в те времена еще не было. Поэтому удачно получилось так, что область в районе станции Восток была исчиркана самолетными рейсами вдоль и поперек.Рис. 2. Эхограмма при самолетном радиозондировании ледника. Изображение из статьи A Brief History Of Radio – Echo Sounding Of IceОбычно радиозондирование показывало какой-то характерный ландшафт скального основания, со своими горами и впадинами (см. рис. 2). Однако иногда попадались участки с аномально ровной горизонтальной поверхностью (рис. 3). Кроме того, сигнал от них был намного резче, чем от обычного скального массива. (Кстати, как выглядят современные данные по радиозондированию в Антарктике, можно посмотреть, например, вот в этой статье 2011 года.)Рис. 3. Принцип радиозондирования и пример эхограммы с поверхностью полдедного озера. Источник изображения.Опять же, сама собой напрашивается интерпретация этих горизонтальных поверхностей как поверхностей озер. Эту интерпретацию активно продвигал Гордон Робин, одна из ключевых фигур в исследовании антарктических ледников. В своих статьях он писал прямым текстом, что эти данные свидетествуют о наличии подледных озер, разбросанных по всей Антарктиде (его статья 1973 года в Nature так и называется Lakes Beneath the Antarctic Ice Sheet). В частности, в 1977 году он утверждал на основании данных от нескольких полетов, что «...озеро около 180 км в длину и в среднем 45 км в ширину расположено и недалеко от станции Восток». Зотиков говорит, что именно с этой статьей можно связать реальное открытие озера Восток (хотя оно тогда так не называлось, да и вообще было не слишком широко известно). Но и тут далеко не все были убеждены в правильности вывода. Если верить Зотикову, в то время к радиолокационным (т.е. новым) методам относились более скептически, чем к надежно проверенному сейсмическому зондированию. И Робину возражали — ведь в 1964 году Капица на основании сейсмических данных пришел к выводу, что в районе станции Восток есть слой осадочных пород, ну так вот его поверхность вы и видите. У Робина был один сильный аргумент. Точнее, мог бы быть, если бы ... не зажевало пленку во время одного из рейсов. Дело в том, что этот рейс удачно пришелся как раз на всю длину озера Восток, и на протяжении практически 200 км радиозондирование показывало ровную горизонтальную поверхность. Однако как потом выяснилось, аппарат, на который снимались данные, зажевал пленку почти в самом начале полета и аппарат удалось вновь запустить только ближе к концу рейса, поэтому он не был полностью задокументирован. Вот какие вещи иногда вмешиваются в научные исследования :).Окончание: часть 3.
21	http://igorivanov.blogspot.com/2012/02/discovering-lake-vostok.html	Как открывали озеро Восток	2012-02-18T04:27:06.457+01:00	tag: геофизика endoftag 	Книжка Игоря Алексеевича Зотикова «The Antarctic subglacial lake Vostok», которую я рекомендовал в прошлом посте про это озеро, — это скорее книга личных воспоминаний об исследовании этого озера, чем научная монография, но приведенные там исторические подробности очень интересны. Вот, например, краткий пересказ истории о том, как это озеро открывали.Подлёдная водаСамо название «озеро Восток» и вообще факт существования большого (50 на 200 км) озера под почти четырехкилометровым ледником широко разрекламировали в 1996 году, после того, как в Nature вышла статья A large deep freshwater lake beneath the ice of central East Antarctica. Но само озеро открыли существенно раньше. Правда, что понимать под «открытием», в этом случае не совсем понятно.Вообще, то, что под антарктическим ледниковых щитом есть незамерзающая вода, совсем неудивительно. Несмотря на то, что в Антарктиде холодно, из-под Земли идет тепло. Поэтому температура меняется с глубиной от подземной (сильно выше нуля) до атмосферной (сильно ниже нуля) довольно плавно. На какой-то глубине она проходит через точку плавления льда (из-за большого давления она чуть ниже нуля градусов, для давления примерно в 300 атмосфер плавление происходит примерно при ­−3°C). Вопрос только в том, расположена эта точка в грунте или внутри ледника (рис. 1). Если в грунте, то там образуется слой вечной мерзлоты, а ледник при этом не тает. Если внутри ледника, то ледник тает, и тогда на границе раздела ледника и скального основания есть вода. Рис.1 Распределение тепла при тонком и толстом леднике. Когда толщина больше критический, происходит плавление льда внизу ледника. «Нуль градусов» здесь — это условное обозначение точки плавления льда, она слегка отличается от настоящего нуля по Цельсию.Получается, чем ледник толще, тем выше температура его нижней поверхности — ледник служит «шубой», защищающей Землю от холодной атмосферы. А значит, существует некоторая критическая толщина ледника (при заданных метеоусловиях): если реальный ледник толще нее, то он будет таять внизу. Расчеты, проведенные Зубовым в 1956 году и улучшенные Зотиковым в 1961, показали, что толщина антарктических льдов на значительной части континента больше критической. Поэтому вполне естественно ожидать какой-то слой воды есть везде, где мощность ледника достигает двух-трех километров.А вот в каком виде эта вода там находится, это уже более сложный вопрос. Это прослойка может быть и чистой водой, а может быть и этакой смесью подтаявшего льда и грунта. Вытечь из-под ледника, кстати, эта вода не может — на краю ледника точка плавления уходит под землю. Поэтому если породы не позволяют воде просачиваться, вода не может никуда уйти, она может только скапливаться в долинах и вновь намерзать на краях континента.  Сейсмические данныеМетоды сейсморазведки в 50-х годах были уже вполне развиты, поэтому естественно, что как только были основаны первые станции в глубине Антарктиды, началось сейсмическое прощупывание ледника. Андрей Петрович Капица провел в начале 1960-х годов серию взрывов для изучения ландшафта скального основания под ледником. Там ему для улучшения точности пришлось слегка усовершенствовать методику и размещать геофоны не на поверхности, а в скважинах на глубине 50 м (несколько десятков метров в Антарктиде можно выплавить простым нагреванием) — иначе получались слишком большие погрешности.Рис. 2. Одна из сейсмограмм, полученных А.П.Капицей в 1964 году, на которой видно отражение сигнала от двух поверхностей под ледником. Изображение из книги И.Зотикова.Одна из полученных Капицей сейсмограмм (в районе станции Восток) приведена на рис. 2. Здесь показаны записи с нескольких геофонов спустя промежуток времени от 1,85 до 2,9 секунды с момента взрыва (5 кг ТНТ). Поскольку геофоны были расположены на разной глубине, можно заметить не только момент, но и направление прихода волны. Сам взрыв тоже был осуществлен не на поверхности, а на глубине 40 метров, поэтому вниз пошла не только исходная ударная волна, но и волна, отразившаяся вначале от границы ледник-воздух (поэтому сигнал состоит из двух близких всплесков, отмеченных двумя черточками). Самый главный результат на этой сейсмограмме — наличие двух отражений. Первое пришло примерно через 2 секунды, а второе через 2,7 секунды после взрыва. Это означает, что в районе станции Восток есть две четкие границы, отражающие сейсмические волны, и расстояние между ними примерно 500 метров.Какой бы вы отсюда сделали вывод? Казалось бы, открытие напрашивается само собой. И вот потому Зотиков в своей книге поражается тому, что в тот момент ни он сам, ни Капица не поняли, что перед ними верхняя и нижняя граница озера. Капица интерпретировал это как слой осадочных пород, и почему-то все были этим вполне удовлетворены.Продолжение: часть 2, часть 3.А пока я пишу продолжение, предлагаю вам самим попробовать решить задачку про антарктический ледниковый щит. :)
22	http://igorivanov.blogspot.com/2012/01/2-contact-2.html	Контактный пост – 2	2013-11-04T00:22:04.558+01:00	tag: контактный пост endoftag 	Новый контактный пост для вопросов и связи. В старом уже слишком много комментов, листать неудобно. Перед тем, как задать вопрос, обратите, пожалуйста, внимание на мои пожелания.Внимание: т.к. комментов стало много, пролистайте вниз страницы и кликните на ссылку «Ещё», тогда откроются новые комментарии.
23	http://igorivanov.blogspot.com/2012/01/vostok-lake.html	Подлёдное озеро Восток	2012-02-08T12:59:36.970+01:00	tag: геофизика endoftag 	Где-то в эти дни должно произойти — а может быть, и уже произошло — проникновение в знаменитое подлёдное озеро Восток в Антарктиде. Оперативной блогоподдержки работ, какая была в прошлом сезоне (antarctic-2010.livejournal.com), сейчас нет, и поэтому (как мне подсказали в комментариях) информацию приходится выуживать из официальных новостей и пресс-релизов на сайте ААНИИ. Новости очень скудные и сухие, да к тому же и устаревшие (трехнедельной давности). Вероятно, из-за высокой важности события оперативную информацию там придерживают. У других источников информации тоже нет (см. например заметку в Science).Вообще, краткую историю обнаружения, исследования и бурения к озеру Восток  см. в статье Лукина У порога неизведанного. Более подробно — в монографии И.А.Зотикова «The Antarctic subglacial lake Vostok» 2006 года издания, которую при желании можно найти в сети. Сейсмическое и радиолокационное зондирование показывают, что озеро начинается на глубине 3750±20 метров. В прошлом году бурение было остановлено на отметке 3720,47 м, т.е. до озера оставалось несколько десятков метров. В этом сезоне после подготовительных работ бурение началось 2 января. В норме оно идет со скоростью около двух метров в сутки, и поэтому к концу января должны уже были добуриться до озера. Из имеющихся источников не очень понятно, что именно и в каком порядке дальше будут делать. В само озеро зонды спустят не ранее сезона 2013-2014, но какие-то образцы воды, которая поднимется на десяток метров по шахте сразу после пробоя, наверно можно взять и сейчас.Дополнение: 5 февраля 2012 года на глубине 3769,3 м бур коснулся водного тела озера. После этого вода поднялась по каналу на 30-40 метров, изолировав воды озера от буферной жидкости. А на следующий день все погрузились на самолет и улетели домой :) Интересно, что за день до этого бур прошел через водную линзу; свежезамерзшие образцы этой воды взяты на анализ. Подробности см. в официальном сообщении на сайте ААНИИ.
24	http://igorivanov.blogspot.com/2011/12/trillion-fps.html	Триллион кадров в секунду	2011-12-21T02:40:48.662+01:00	tag: оптика endoftag tag: экспериментальная физика endoftag 	На днях по СМИ и блогам прошла новость про сверхскоростную чудо-камеру, созданную в MIT, которая может снимать видео со скоростью триллион кадров в секунду. Вот страничка на сайте MIT про эту разработку, где можно найти кучу видеороликов и дальнейшие ссылки на литературу. Поскольку я немножко разбирался с быстропротекающими процессами, когда готовился вот к этой лекции, мне есть что сказать по этому поводу.Если одним предложением, то разработка действительно интересная, но на мой взгляд, авторы её распиарили совершенно нечестным образом. В результате подавляющее большинство людей, услышав про эту камеру, представят себе совсем не то, чем она на самом деле является. На самом деле, это устройство не позволяет заснять с заявленной скоростью отдельный быстропротекающий процесс. Вот некоторые пояснения.1. Сначала отсеем бред. Бредом являются заголовки СМИ типа «Создана камера, снимающая со скоростью света» или еще хуже «камера, способная заснять скорость света». Это всё получилось из очень неуклюжей, на мой взгляд, формулировки авторов работы, что их камера якобы позволяет увидеть пролетающий мимо луч света. (Собственно, такие заголовки как раз и доказывают, что эта их попытка популяризации была плохой.) 2. Еще одно неудачное заявление: «во вселенной нет ничего, что было бы слишком быстрым для нашей камеры». Это, мягко говоря, больше преувеличение. Посмотрим на числа. Это устройство позволяет получать (как именно, см. ниже) последовательность кадров, отстоящих друг от друга по времени на 2 пикосекунды. Но для современной физики это огромный промежуток времени. Уже давно влегкую изучают и фемтосекундные явления, а не так давно уже забрались и в аттосекундный диапазон. А в ядерной физике и физиче частиц с помощью косвенных методов можно изучать процессы, длящиеся еще на несколько порядков меньше.Так что есть огромное разнообразие процессов, которые слишком быстротечны для этой камеры. Просто они протекают на микроскопических масштабах, на уровне атомов или ядер. Так что в своем заявлении авторы на самом деле имели в виду только макроскопически процессы.3. Теперь насчет того, как работает это устройство. Я пересказывать в деталях не буду, на сайте группы всё объяснено. Я лишь кратко обрисую принцип работы.Основой устройства является стрик-камера. Это устройство, которое не просто посылает изображение на экран, а очень быстро поворачивает его на экране, в результате чего на экране возникает временная развертка быстропротекающего процесса (вот простенький апплет, иллюстрирующий работу стрик-камеры). Однако для того, чтобы изображение не накладывалось на себя, приходится снимать только одномерную полоску. Поэтому на двумерном экране (на CCD матрице) одно направление — это реальное пространственное измерение, а второе направление — время.Вообще, стрик-камеры — это совершенно стандартная технология, она используется уже не одно десятилетие, а сами камеры выпускаются промышленно. Временное разрешение у топовых стрик-камер обычного типа тоже заметно лучше, в фемтосекундном диапазоне. А в последнее десятилетие активно разрабатывается и используется технология «аттосекундной стрик-камеры». Собственно, тот эксперимент, про который я рассказывал в аттосекундом диапазоне, тоже можно назвать стрик-камерной технологией.Единственное новшество, которое внесли изобретатели из MIT, состоит в том, что они получают разветку во времени не одно-, а двумерного изображения. Т.е. они показывают не светящуюся полоску, а нормальные снимки. Правда, снимают-то они все равно одномерные полоски, но только эти полоски раз за разом смещаются вниз по изображению (они просто поворачивают зеркальце). Поэтому реальный кадр, а тем более те видики, которые они показывают, получаются не непосредственно в устройстве, а лишь после многократного повторения эксперимента и после компьютерной обработки огромного числа полосок. Это вычисленные, а не снятые кадры.4. Является ли это устройство видеокамерой? Из пояснения должно стать понятно, что это устройство не может заснять однократный процесс. Для того, чтобы получить в нем видеоролик, требуется повторять один и тот же эксперимент раз за разом, и надеяться, что он всегда будет развиваться одинаково. Кстати, для того, чтобы получить то видео со световым импульсом, распространяющемся в бутылке, авторам потребовался час работы!Необходимость повторять эксперимент огромное количество раз сужает тот набор вещей, которые можно так увидеть. Вы, например, не увидите, как разлетаются отдельные кусочки вещества, как на снимках настоящей камерой с миллионом кадров в секунду. Просто потому, что каждый раз ошметки будут вылетать в разные стороны, вы лишь увидите размазанное распыление вещества в целом. (Это словно фотография не отдельного человека, а усредненное фото миллиона отдельных лиц.) В общем, я подчеркну — никакой способности «видеть» развитие единичного процесса во времени эта камера не дает, увы. Поэтому и видеокамерой ее можно называть только с большой натяжкой. И значит сравнивать с настоящими камерами, которые выдают непрерывный поток кадров (нынешний рекорд — 6 млн. кадров в секунду) просто нельзя, это совсем разные приборы. Но в конце я еще раз подчеркну: несмотря на мою критику пиара, сам по себе устройство получилось интересное, изображения оно выдает симпатичные, и наверняка пригодится в разных областях. Но только это не видеокамера, которая снимает быстропротекающий процесс с заявленной скоростью.
25	http://igorivanov.blogspot.com/2011/09/opera-2.html	Дополнение про нейтринную новость	2011-09-27T00:48:04.980+02:00	tag: ФЭЧ endoftag tag: экспериментальная физика endoftag 	По поводу этих сверхсветовых нейтрино — есть еще несколько моментов, которые я хочу отметить в дополнение к новости на «Элементах». Они в основном касаются обработки данных. Сложные вопросы, связанные с инструментальными погрешностями измерений времени и расстояний, которые тут, по-видимому, самые важные, я недостаточно понимаю, тут мне надо самому поразбираться. 16 тысяч раз Многие СМИ написали, что физики, мол, повторили эксперимент 16 тысяч раз, но скорость нейтрино всё равно превышала скорость света. Эта фраза, по идее, должна была поразить читателя тем, какие физики дотошные люди и, самое главное, насколько достоверным является этот результат. На самом деле это совершенно неверное утверждение.  Число 16 тыс. — это столько нейтрино было зарегистрировано в течение трех лет. Все эти 16 тыс. нейтрино были использованы кумулятивно, а не по отдельности. Весь цикл работ по геодезии, по измерению всех расстояний внутри установок, времен задержки аппаратуры и т.п. был проведен только один раз. Поэтому можно сказать, что имело место только одно-единственное измерение. Ну, от силы три — это если разбить всю накопленную статистику на три куска за 2009, 2010 и 2011 годы и для каждого из них поставить отдельную точку (как и сделано в статье). Но только надо помнить, что у всех этих точек не независимые, а сильно коррелированы систематические погрешности, ну и статистическая значимость в 6 сигм возникает только при их объединении.  Сколько нейтрино реально «работают» На картинках видно, что распределение нейтрино по временам прихода, просуммированное по всем сеансам, имеет примерно трапецивидную форму: резкие передний и задний фронты и широкое плато с небольшими колебаниями. Для измерения времени прихода (т.е. для получения числа 1048,5 +/– 6,9 нс, см. статью или новость) надо совместить эти данные с ожидаемым профилем аналогичной формы. Ясно, что в такой ситуации самую главную роль будут иметь только резкие фронты. Если посмотреть на рис. 3 из новости, то видно, что на фронтах находится примерно несколько сотен нейтринных отсчетов. Вот они в основном и определяют то, как надо оптимально совмещать сигналы.  Тут может показаться странным, что при такой небольшой статистике реально «работающих» нейтрино, они умудрились так хорошо измерить сдвижку. Ширина одного бина на том графике 150 нс, ширина бина на «перебиненом» графике ниже — 50 нс, а они умудряются установить погрешность в одну седьмую часть бина! Это на самом деле не очень удивительно как раз из-за резкого фронта: смещение на один бин резко измеряет хи-квадрат фита, как это видно из картинки.  Передний и задний фронты: фит для нулевого смещения (вверху) и для смещения 60,7 нс (внизу). В первом случае это отвечало бы нейтрино, двигающимся, в пределах погрешностей, со световой скоростью. Усреднение по сеансам Однако тут есть такой вопрос. Если посмотреть на типичный профиль протонного сгустка (рис. 2 в новости), то там видны сильные и характерные флуктуации. В усредненной картинке их нет, значит эти пики меняются от сеанса к сеансу и в среднем сглаживаются. Но сглаживание пиков — это как раз плохо, поскольку куча нейтринных данных на плато почти что выкидываются из анализа. Было бы гораздо лучше удерживать информацию о форме протонного пучка в каждом сеансе. Тогда в дополнение к переднему и заднему фронтам имелись бы и резкие фронты внутри трапецивидного сигнала, которые бы заметно улучшили статистическую точность. Но эта информация почему-то выкинута.  Слепой анализ В физике частиц часто применяют «слепой анализ», которые позволяет избежать предвзятого отношения самих физиков, делающих анализ, к его (ожидаемым) результатам. Перед тем, как какая-то группа будет обрабатывать данные и, например, искать там какой-то сигнал, кто-то другой берет реальные данные и искусственно сдвигает их шкалу (например, по энергии) на какую-то фиксированную величину (например, по энергии). Группе, которая затем проводит весь анализ, эта сдвижка не сообщается. Т.е. они должны находить в данных именно то, что там есть, а не пытаться углядеть что-то там, где они хотят увидеть сигнал. И только после того, как весь анализ проделан и все числа получены, «открывается правда» — группе сообщается сдвижка. Тогда они просто сдвигают все свои данные и наконец-то узнают, как их результаты ложатся на истинную шкалу.  В этом анализе тоже был использован аналогичный прием. Группа специально вначале взяла старые значения всех длин и времен, чтобы получить гарантированно большое расхождение. Поэтому весь статанализ был проделан без знания того, где должна была бы проходить граница между световым и сверхсветовым. А все длины и расстояния были перемеряны тоже без знания, что именно там показывают данные. И лишь в самом конце одно совместили с другим, выянив, насколько именно надо сдвинуть шкалу времени. Получились эти 988 нс, которые на 60 нс не дотягивали до сигнала.  Насколько я понимаю, в правильной процедуре слепого анализа должна быть какая-то проверка правильности. Т.е. если в процессе анализа что-то сделано неправильно, это сразу проявится после возврата на истинную шкалу.  Но тут ситуация совсем не такая. Я не вижу никакой возможности проверить по самим данным, была ли какая-то ошибка в статобработке или в измерениях расстояний/времен. Наоборот, если бы была сделана ошибка, это было бы воспринято как положительный сигнал — ведь они делали весь анализ, надеясь на отличие от скорости света. Я, конечно, не экспериментатор, но по-моему это какая-то странная реализация слепого метода.  200 физиков полгода проверяли-перепроверяли... Это тоже одна из фраз, которую повторяют в СМИ. Я еще раз подчеркну: анализ обычно делает лишь одна небольшая группа, а все остальные члены коллаборации могут лишь комментировать (и то, реально комментирует лишь небольшая доля). В данной ситуации, на самом деле, всё было еще сложнее, поскольку, очевидно, ни к какому консенсусу относительно данных все члены коллаборации придти не смогли. Поэтому только сейчас начинается тот этап, когда все члены коллаборации могут проверять и перепроверять данные и методы их обработки. И надо еще посмотреть, к чему приведет это внутреннее рецензирование.  Теоретики такие теоретики Ну и ожидаемо теоретики ринулись в бой. В понедельник уже вышло два препринта с обсужданиями этих результатов: один и два. Полистайте их, если интересно, как вообще сейчас теоретики будут обсудать эти данные. Подчеркну — обе эти статьи были посланы в архив препринтов в тот же день, когда появилась статья OPERA. Мое предсказание, что во вторник в архиве появятся еще три теоретических статьи по этому поводу :)
