Гомеостатическая Вселенная

Вот, полтора месяца заняла подготовка, но наконец статья выходит в журнале! Это к слову о сроках в науке 🙂
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.110.103010

Про саму работу не буду говорить много, она довольно техническая, это апдейт к старой статье, про которую я рассказывал тут: https://habr.com/ru/articles/479810/

Как я ищу научную информацию?

В целом, обычно это старый-добрый гугл и поиск по картинкам: вбиваешь ключевое слово, ищешь картинки, которые лучше всего подходят под то, что я ищу, а потом смотришь по связанным картинкам. Работает отлично, когда примерно представляешь, что искать!

Помимо этого у меня есть набор разных инструментов, которые пользую с разной степенью успешности:

- Google Scholar — основной инструмент для поиска по ключевым словам и связям между темами. Особенность расширения браузера позволяет автоматически захватывать информацию о читаемой статье и быстро экспортировать цитату в формате bibtex. Очень удобно!

- Unpaywall — находит открытый доступ к статьям, которые привязаны к странице журнала, на которой вы находитесь. Иногда это arXiv или другие открытые ресурсы, иногда — странные страницы универов. Даже вне института я всегда могу получить доступ к нужным статьям в один клик, очень рекомендую.

- @scihubot, @science_nexus3_bot, z-library и Anna's archive для поиска статей и книг с закрытым доступом.

- RefSeek — позволяет искать исключительно в академических источниках. Похож на Google, но без рекламы и лишнего контента. Использую, когда мой запрос слишком расплывчатый для Google Scholar.

- Semantic Scholar — поисковик на базе ИИ. Очень полезен для поиска в новых областях, где я сам пока не вижу связей между разными темами.

- Connected Papers — исследует связи между статьями. Иногда захожу сюда, чтобы найти неожиданные связи и вдохновение — иногда находятся совершенно неожиданные вещи.

- Research Rabbit — похож на Connected Papers, но с большим количеством функций. Протестировал несколько раз, выглядит клево. Хотя у меня своя система организации статей, я им не пользуюсь, но точно стоит внимания.

- Metaphor Systems aka Exa AI — ещё один интересный инструмент, которым я не пользовался, но храню в закладках. Вы описываете, что хотите найти, простыми словами, а ИИ ищет связанные статьи и материалы. Раньше искал в основном архив, сейчас — все подряд. Наверное, с приходом чатгпт и прочего они немного отстанут, но посмотрим!

- Lens.org — поиск по патентам и прочей технической литературе. Иногда в патентах кроятся настоящие жемчужины! (не буду говорить, среди чего приходится их искать)

- BASE — поиск по всем открытым публикациям. Я использую редко, т.к. чаще всего хватает остального, но иногда полезно, т.к. включает всякие технические отчеты и дипломы/диссертации.

- ResearchGate — "социальная сеть" для ученых. В целом, можно найти интересную информацию, удобно следить за публикациями каких-то конкретных людей или рабочих групп. Но очень много всяких фриков. Кажется, нужен университетский имейл, чтобы вступить.

-------------

Какие еще вы знаете инструменты? Пишите в коменты!

Надеюсь, вы меня не потеряли! Раз тут канал про жизнь, расскажу про мои будни последних нескольких недель, чтоб вы знали, почему я вам мало пишу 🙂

- Вчера был дедлайн по подаче одного большого гранта. 18 проектов, 400 страниц текста. У меня — два больших интересных проекта (эксперимент и теория). Но написание этого талмуда — то еще развлечение. Мой научрук будет заведовать этим большим проектом, так что на меня пала обязанность весь текст вычитывать, править и т.п. Научные части еще ничего, но там страниц 50 — чисто всякие штуки типа организации хранения данных, практики найма студентов, забота об окружающей среде и т.п. Не очень увлекательно 🙂

- Заодно вчера же был дедлайн по подготовке дизайна оптических систем Einstein Telescope, который я с небольшой командой делал последние полгода. Если не читали, вот моя статья про этот детектор гравитационных волн. Сейчас он находится в самой горячей стадии, когда надо сделать подробный технический дизайн: буквально, где какое зеркало будет стоять, сколько метров диаметр вакуумных труб и куда ставить серверные стойки. Самое веселое, что работать нужно вместе с инженерами: вот придумал ты, куда надо поставить зеркало, а они говорят: фигвам, не поместится, у нас тут стена по плану. Ну или пожарный выход. Мне науку делать, а они мне про пожары...Короче, куча времени уходит, еще и документировать все надо.

- А завтра уезжаю чилить на конференцию: будем сплавляться на теплоходе по Дунаю из Германии в Вену и обратно, целую неделю на борту: доклады и вот это все. Соответственно, нужно было приготовить постер. Дело это неблагодарное, а мой перфекционизм делает его еще и долгим. Вчера вот два часа пытался заставить софт нарисовать мне красивую картинку, которая занимает один маленький угол постера. Получилось. Но джва часа, Карл!

- Параллельно дописываю две статьи, которые надо срочно закончить (а то результаты уже показываю на конференциях, надо скорее публиковать), и еще три, где надо делать правки после возврата от рецензентов.

В общем, дел невпроворот. Конечно, вместо этого поста я мог бы написать что-то про науку, но это пришлось бы думать, а думать уже тяжело под конец недели. Но у меня есть несколько интересных тем для постов, над которыми я потихоньку работаю. Вот свободные пару часов найду, а там...

Если вы хотите узнать побольше про детекторы гравитационных волн, от истории создания, физики и до собственно современных открытий, очень рекомендую этот документальный фильм. Мне кажется, он хорошо передает дух настоящей науки со всеми сложностями, взлетами и падениями. Я тут узнал, что он выиграл 14 наград на фестивалях, что вполне заслуженно: фильм очень интересный. Кстати, там же на канале есть короткие эпизоды на конкретные темы, если смотреть почти два часа документалки вы не готовы 🙂

https://www.youtube.com/watch?v=jWkWD1MBXKU

На этой неделе я был на конференции по квантовой гравитации, было ужасно интересно, и мне не терпится скорее рассказать вам всякого, что я узнал (а узнал я очень много интересного, на десяток постов хватит!). В процессе подготовки к докладу (или скорее лекции, на час), мне самому пришлось разобраться в одной из необычных моделей квантовой гравитации — энтропийной модели Верлинде. Заодно с ним пообщался на эту тему. Так что я в голове уже складываю лонгрид на эту тему.

К сожалению, как обычно бывает, времени на все эти излишества нет совершенно: на этой неделе надо дописать две заявки на гранты, и одну из них я еще даже не начинал 🥲

Но вы пока задавайте вопросы в комментах, я их потом соберу по темам и попробую поотвечать.

Вот этого я не ожидал, конечно. Нейросетки, конечно, хорошо и популярно, но при чем тут физика?

UPD: насколько я понял аргументацию, она сводится к тому, что они сами — физики, а еще нейронки очень помогают в современных физических исследованиях. Ну такое...

Желающие могут почитать подробное объяснение тут, но наверняка скоро появятся хорошие популярные обзоры. От меня не ждите по понятным причинам :)

На дворе сезон Нобелевских премий, завтра выдается премия по физике, а значит, пора погадать на кофейной гуще!

Сразу скажу, что эта премия давно себя изжила, и идейно, и практически. Физика сейчас делается не одиночками, а большими коллективами. Очень мало какие открытия можно приписать конкретному человеку, это почти всегда много небольших шагов в нужную сторону, а не большой скачок, как раньше. Единственный бонус от нее: привлечение общественного внимания к разным областям науки.

Так вот, кто же получит премиую в этом году? Напомню, в прошлом году получили премию за аттосекундные лазеры, в позапрошлом — за квантовую запутанность, в 2021 - за климатические модели, а в 2020, 2019 и 2018 — за всякие космические штуки.

Думаю, физика частиц и космология в этом году мимо: у одной мало что случилось за последнее время, а у другой уже было несколько больших премий недавно. Поэтому у меня варианта два: либо что-то очень прикладное, либо что-то связанное с квантовыми технологиями. Моя ставка — на последнее, чисто за хайп, поэтому Дойч и Шор (но они получили breakthrough prize в прошлом году) или Якир Ахаронов и Майкл Берри по совокупности заслуг.

А как вы думаете?

Кажется, круто ездить на конференции: живешь себе в хорошем отеле, в 200м от пляжа в Барселоне. Кайф же?! Но вот я за неделю конференции выходил из отеля ровно 2 раза, примерно на 100 метров до соседнего магазина. Все остальное время, с 8 утра до 10 вечера занято встречами, организацией сессий и прочих мероприятий. Так что я не видел ни всяких культурных мест, ни пляжа, ни даже глазком на море взглянуть, только из самолета. А завтра уже лететь обратно.

Ух, какую вчера прочитал статью! Вы берете фотоны, посылаете в облако атомов. Они, конечно, поглощаются атомами, атомы ненадолго возбуждаются, а потом переиспускают фотоны, а они вылетают с другой стороны — с какой-то задержкой, конечно. Как вы думаете, какой? Эти ребята взяли и намеряли эту задержку отрицательной. WTF?! скажете вы, и будете совершенно правы.

Я попробовал разобраться.

Надо начать с того, что скорость фотона в среде не очень хорошо определена. Помните, я рассказывал про сверхсветовое туннелирование? Когда у нас есть электромагнитная волна, там все относительно просто. А вот когда мы начинаем смотреть на одиночные фотоны, случается беда. Фотон — он волновой пакет и занимает довольно много места в пространстве и времени. Какой момент считать временем прохода через среду? Когда прибывает передняя его часть, или когда кликает детектор, или как-то усреднять? А ведь фотон еще поглощается и переиспускается атомом — как это учитывать?

Сперва надо вспомнить про понятие групповой скорости. Если у вас есть волна, амплитуда которой меняется со временем (другими словами, волновой пакет), групповой скоростью называют скорость перемещения максимума вот этого изменения. Я кину в коммент видео, которое показывает это наглядно. В целом, групповая скорость сильно зависит от свойств среды, в которой свет распространяется. Она может даже быть значительно быстрее скорости света, а может быть вообще отрицательной. Никого это не смущает, так как эта скорость не связана с каким-то физическим перемещением, с ее помощью нельзя передать информацию и т.д.

Если мы смотрим на одиночный фотон и наблюдаем, когда приходит максимум его волнового пакета, его групповая скорость тоже может быть отрицательной. Обычно говорят, что это ничего не значит, никаких наблюдательных эффектов не дает, и вообще просто наш неудачный выбор определения скорости.

А какой выбор был бы удачнее? Авторы говорят: ну вот есть более четкая метрика — померить, сколько атом, возмущенный фотоном, проводит в возбужденном состоянии. Это явный физический эффект, а не просто неудачный выбор определения. Они так и делают: берут атомы, пускают в них фотоны и измеряют время, которое атом живет в возбужденном состоянии. Повторяют много раз. И видят, что атомы в среднем проводят отрицательное время в возбужденном состоянии! Более того, это время напрямую зависит от групповой скорости фотона. А это значит, что групповая скорость — не просто глупое определение, а она влияет на реальне физические процессы.

Но это же бред, как может быть атом отрицательное время хоть в чем-то! Но дело оказывается в том, как мы определяем время в квнатовой механике. У каждого фотона есть вероятность пройти сквозь атомы, не завимодействуя, и вероятность провести какое-то время в виде возбуждения атома. Так вот, эти вероятности интерферируют между собой, и в результатае получается отрицательное время. Примерно такой эффект был в парадоксе голубей, про который я рассказывал раньше. Тут главный момент в том, что мы учитываем не все фотоны, которые влетают в облако атомов, а только те, которые проходят насквозь. А это небольшая часть от всех. Вот эта интерференция, вместе с отбором "хороших" фотонов и дают парадоксальное определение времени. Дурят нас, короче, дурят!

Я не думаю, что это отрицательное время несет какой-то глубокий физический смысл. Как и все квантовые эффекты с пост-селекцией, где мы выбираем только исходы, которые нам нравятся, это все больше вопрос определений. Это, несомненно, очень любопытный эксперимент, возможно, важный для разговора о значении термина "время", но не имеющий какого-то влияния на нашу ежедневную жизнь (даже в физике). Наверное.

https://arxiv.org/abs/2409.03680

Вот такой арт получается иногда, когда его меньше всего ожидаешь. Помните я рассказывал про сложности в выборе точки отсчета для измерения гравитационных волн? На картике — чувствительность детектора к разным положениям на небе (по оси x тут долгота, по y — широта, от полюса до полюса) для волн очень высокой частоты (около 4 МГц). Это еще называтеся диаграммой направленности. Детектор хорошо ловит волны из красных регионов, а из синих — не ловит вовсе.

Конечно, вряд ли на высоких частотах можно поймать что-то — источников толком нет, только всякие гипотетические остатки от времени инфляции. Зато, возможно, там можно увидеть намеки на квантовую гравитацию (я как раз сейчас работаю над этим).

В общем, методологическая статья про это дело вышла на архиве, почитайте, там почти нет формул (их можно пропустить), зато мы старались объяснить это как можно понятнее: https://arxiv.org/abs/2409.03019

Еще один удар по темной материи: эксперимент по поиску вимпов (гипотетических частиц ТМ) ничего не нашел.

LUX-ZEPLIN — большой бак с ксеноном. Если прилетает массивная частица ТМ, она возбуждает атомы ксенона, и они начинают флюорисцировать, а поток электронов от столкновения приводит ко вторичному излучению. В зависимости от задержки между двумя событиями излучения, рассчитывают массу налетающей частицы. Конечно, такой детектор регистрирует тонну разных событий: другие космические частицы, локальный шум и т.п. Поэтому нужна огромная статистика и сложный анализ данных.

Вот, спустя 1000 дней сбора данных, частицы ТМ не найдены, что очень ограничивает возможные массы и уменьшает вероятность их существования.

Конечно, вимпы не единственный кандидат на ТМ, а LZ — не единственный эксперимент:
→ в этой лекции я рассказывал про современные методы поиска ТМ
→ в этом тексте я подробно писал про темную материю в принципе: почему мы думаем, что она существует, какие типы бывают и т.д.

Каждый раз, когда мы смотрим на небо, мы видим не объёмную картинку, а плоский «купол» над головой, на который «прикреплены» звёзды, планеты и прочие небесные тела. Звёзды даже складываются в разнообразные формы, которые мы называем «созвездиями». Конечно, сейчас мы знаем, что звёзды на самом деле расположены на больших расстояниях друг от друга, а их близость — исключительно иллюзия. Ну и небосвод не вращается вокруг нас, а это земной шарик крутится. Но эта иллюзия оказывается очень полезной и в современной астрономии и астронавигации.

В новом материале мы с Марией Богдановой рассказываем, как устроена небесная сфера, зачем вообще это понятие нужно любому, интересующемуся астрономией, и как ее можно использовать. А еще про разные небесные координаты, карты звездного неба и про то, как самим начать наблюдения!

Мне кажется, текст получился интересный и полезный, я и сам узнал много интересного при подготовке (например, насколько сложно устроена навигация спутников, и в каких координатах отмерять положения планет, если надо учитывать поправки теории относительности).

Там есть еще видео — оно больше про основы, для школьников, но тоже очень хорошо сделано!

И в качестве постскриптума, я в целом горячо рекомендую этот сайт: у них много классных уроков про астрономию, они сделаны очень качественно, со знанием дела и любовью к предмету.

https://astro.cpm77.ru/lesson/celestial-sphere

Пока у меня одновременно отпуск и куча дедлайнов, я реже пишу сюда, вы не теряйте. Но зато почти дописал аж два клевых лонгрида, вот выйду из отпуска — и доделаю, ждите!

А пока — поделюсь с вами рассказом о том, как устроена моя жизнь в лаборатории квантовой оптики. Посту пару лет, но у меня все примерно так и осталось, только меньше времени остается на собственно работу руками 😅

https://vas3k.club/post/4500/

Меня хлебом не корми, дай научную фантастику почитать. О том, как человечество покоряет далекие галактики, разгадывает тайны Вселенной и вот это все. К сожалению, почти ничего из того, о чем нам рассказывает НФ, скорее всего никогда не случится. По крайней мере, современная физика так говорит. Да и вообще, будущее ожидается довольно скучным. Я подумал про самые популярные технологии и оценил вероятность их реализации.

https://vas3k.club/post/7759/

Как небольшой постскриптум к прошлому посту, дам ссылку на классный рассказ про историю открытия гравитационных волн.

Эта история была полна скандалов и интриг. Сам Эйнштейн открыл волны, а потом отказался от своего открытия (а потом снова поменял точку зрения). Целых 50 лет после этого они считались математическим артефактом, пока Фейнман не представил очень важный аргумент в пользу их существования. Несколько лет шла битва лучших умов в споре за правильность аргумента, после чего начали придумывать способы их наблюдать. Волны уже были "наблюдены" в 60х экспериментально, и статья об открытии наделала много шума. Однако никто не смог подтвердить открытия, и их пришлось "закрыть": трагедия для Вебера - автора работ. Понадобилось еще 40 лет и множество усилий, чтобы построить детекторы, которые таки смогут их наблюдать.

В статье по ссылке рассказана история открытия - начиная с Эйнштейна и до наших дней, со всеми перипетиями. Написана она увлекательно и понятно, хотя и довольно кратко. Очень рекомендую всем как воскресное чтение!

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1810/1810.07994.pdf

Один из самых сложных моментов в понимании гравитационных волн — что же они все-таки делают с детектором типа LIGO. Об это сломано не мало копий и в научном сообществе. Проблема не в том, чтобы описать это математически — там все тривиально, но в том, чтобы объяснить, что же происходит физически.

Мы говорим, что гравитационные волны растягивают пространство-время и мы наблюдаем это растяжение, измеряя эффект на проходящий через пространство луч света. Очень частая претензия от желающих покритиковать нас: как же мы можем измерить гравитационную волну, если она должна растянуть не только пространство, но и длину волны света. Действительно, она и растягивает, но мы все равно можем ее измерить, потому что в каждый следующий момент в интерферометр попадает новая, не растянутая волна, и вот она-то и измеряет эффект гравитационной волны.

Я пару лет назад про это писал целый большой пост: https://habr.com/ru/articles/426785/. Почитайте его, а ниже я его дополняю кое-чем любопытным:

Обычно мы описываем эффект гравитационной волны как дополнительную силу, действующую на зеркала — по типу приливной силы от движения Луны. Это интуитивно и удобно для объяснений. Но это работает только для волн очень низкой частоты, так что длина гравитационной волны гораздо-гораздо больше длины плеча интерферометра. В этом случае пока свет проходит туда-обратно в плече интерферометра, пространство-время почти не меняется, так что любыми эффектами изменения кривизны пространства-времени по мере распространения пучка света можно пренебречь. А вот для высоких частот начинаются проблемы.

Чтобы правильно описать эффект гравитационной волны, необходимо учесть и эффект, который волна оказывает на свет. Если длина плеча сопоставима с длиной волны, свет на пути проходит через изменяющуюся кривизну пространства-времени. Из-за этого он приобретает гравитационное красное смещение (т.е. его частота меняется). Более того, нам необходимо учесть тот факт, что время идет по-разному под действием гравитационной волны в разных частях детектора: часы на дальнем зеркале идут быстрее (или медленнее), чем на центральном делителе луча. А если гравитационная волна приходит под углом по отношению к детектору, все становится еще сложнее. То есть, нам необходимо всегда учитывать три вклада ГВ в сигнал: смещение зеркала, гравитационное красное смещение и замедление хода времени. Только их сумма даст правильный учет эффекта ГВ.

Но вся сложность тут возникает из-за выбраной точки зрения (системы отсчета). Мы смотрим на то, что происходит со светом с точки зрения наблюдателя, который "сидит" на центральном делителе луча. Но мы можем выбрать другие системы отсчета, и в них физическое объяснение будет иным. Например, есть система отсчета, в которой координаты зеркала и центрального делителя луча не меняются, а весь эффект от гравитационный волны приходится на сам свет. В этом случае нет трех разных компонент, зеркала не смещаются, а есть только набор фазы света под действием проходящей ГВ. Сигнал, который мы получаем на выходе интерферометра, не зависит от выбора системы отсчета. Но кажется, что физика совсем-совсем разная, правда?

Вот в этом и основная загвоздка и странность происходящего. На самом базовом уровне кажется, что все просто: приливная сила и все тут. Но стоит немного углубиться в детали, и все становится гораздо запутаннее. Настолько, что в более общем случае, где гравитационная волна приходит из произвольной точки на небе, эффект неочевиден для большинства ученых, непосредственно работающих с детекторами гравитационных волн. Я как раз закончил новую статью на эту тему, исключительно методологически объясняя происходящее. Скоро поделюсь с вами, там красивые картинки получаются!

Узнал про максимально упоротый экспериментальный метод.

Сперва немного общей информации. Вы наверняка знаете про термоядерные реакторы, которые пытаются строить по всему миру в надежде обрести безопасную, чистую и почти нескончаемую энергию, которая бы решила все проблемы человечества. Вообще до нее осталось всего-то 20 лет. (Это число — константа, справедливо для любого момента времени, когда вы говорите про термояд).

В целом идея всех реакторов — запустить реакцию по типу того, что происходит на Солнце. В норме два атома (например, водорода), не могут сблизиться, так как сила отталкивания между положительными протонами в ядре оказывается слишком сильной. Но если их заставить сблизиться (например, столкнуть друг с другом), преодолев это отталкивание, то на близком расстоянии сила ядерного притяжения (сильное взаимодействие) окажется достаточно большой и два атома образуют один новый. В этом процессе высвободится огромная энергия. Такой процесс происходит в звездах (поэтому они горячие) и такой процесс мы хотим запустить в реакторах.

Одна из концепций для термоядерной станции — токамак. Это такой бублик, внутри которого сверх-сильными магнитными полями поддерживается раскаленная плазма, как в звезде. В ней атомы двигаются достаточно быстро, чтобы преодолеть кулоновское отталкивание. Я в комменты положу пару фоток реактора. Чтобы атомы не разлетелись во все стороны, плазму надо удерживать в одном небольшом объеме. Из-за высоких температур ни один материал не выдержит такого, поэтому (ну, не только поэтому) плазму поддерживают магнитными полем. Термоядерный процесс в целом очень сложный, и поддерживать его непрерывно очень сложно. Но достаточно потерять контроль над плазмой на долю секунды — и весь процесс становится неуправляемым.

А потеря стабильности плазмы довольно веселая штука: она может коснуться стенок токамака и расплавить их к чертям (и заодно вызвать токи, которые выведут весь девайс из строя). А еще веселее, может возникнуть каскадный процесс производства электронов, которые вырвется в виде пучка такой энергии, что он буквально проделает дырку в стенке (энергии этого пучка достаточно, чтобы расплавить килограмм железа за доли секунды). Такое случалось в реальности.

Разумеется, этого все хотят избежать. Для этого есть автоматизированные системы контроля формы магнитного поля, которые гасят подобные нестабильности в зачатке. Но это не всегда получается. И вот тут ученые придумали совершенно гениальную штуку.

Нестабильность возникает в очень небольшом участке плазмы, и в целом достаточно уменьшить ее плотность, "разбить" рост нестабильности, чтобы она затухла. Раз надо разбить...почему бы не шмальнуть в этот участок из ружья? Какого-нибудь крупнокалиберного? В идеале чтоб пуля была осколочная, чтобы уж точно попасть в нужную область плазмы.

Сказано — сделано. Специальный аппарат замораживает водород, формируя из него пули (3-10 грамм). Они ускоряются сжатым газом до ~300 м/c. На самом конце ствола этой пушки есть изгиб: пули ударяются об него, разбиваются на осколки и летят небольшим облачком прямо в центр нестабильности. Я приложу фотки в комменты 🙂

Дальше дело за малым — установить штук 20 таких пушек по периметру и стрелять, когда надо. Один минус: подготовка одной пули занимает довольно долго (минут 10-30), это ж надо заморозить много водорода, а он вообще этого не очень любит. Кстати, используется водород, чтобы не требовалось прерывать цикл из-за посторонних веществ внутри камеры.

Честно говоря, я читал статью и завидовал авторам, которым досталась такая игрушка.

Помните, я говорил, что разговоры о сверхсветовых явлениях — признак лженаучного материала? Так вот, сегодня поговорим о сверхсветовом явлении в физике 🌚

Наверное, это единственный такой эффект, который не является откровенной ересью. Речь о квантовом туннелировании.

Это один из самых базовых эффектов квантовой механики: когда частица встречает потенциальный барьер, который классически непроницаем для нее, в квантовой физике она с некоторой вероятностью может скозь него "проскочить". Простой пример: небольшой разрыв в электрическом проводе. В классике электроны преодолеть его не могут, а в квантах — вполне. И это не какой-то экзотический случай, вы прямо сейчас используете этот эффект, когда читаете мой текст. Почти на всех наших девайсах используется флеш-память, где туннелирование — главный эффект, с помощью которого происходит хранение и считывание информации.

Еще туннелирование — одно из подтверждений волновой природы всей материи (помните, что частиц на самом деле не существует?). Электрон-волна (волновая функция) налетает на потенциальный барьер, часть его отражается от барьера, а часть — проходит.

Так вот, сколько времени занимает это туннелирование? Как много времени электрон проводит "внутри" барьера? Еще в середине 20 века было теоретически установлено, что время туннелирования не зависит от ширины барьера. А значит, мы могли бы сделать барьер шириной во много световых лет, и частица прошла бы его за то же время, как и барьер в несколько микрон. То есть, во много-много-много раз быстрее скорости света. Чтааа?!

Когда я впервые об этом узнал, я отмахнулся: ну, такого не бывает, это просто артефакт теории. Но оказалось, что множество экспериментов (с разными частицами и атомами) подтверждают, что туннелирование происходит быстрее скорости света. Недавно эксперимент даже смог точно измерить, сколько именно времени атом проводит внутри барьера.

А как же теория относительности, запрет на превышение скорости света и вот это все?! Важный момент в том, что СТО запрещает передачу информации быстрее света, а не просто перемещение. Ученые в целом уверены, что сверхсветовой передачи информации в процессе туннелирования не происходит, но почему — тут не все сходятся.

Главная идея всех аргументов в том, что само понятие передачи информации не очень хорошо определено для такого процесса. В какой момент информация передана? Волновая функция — распределение с максимумом в какой-то точке и двумя хвостами. Когда передача совершается: когда детектора достигает хвост или центр распределения? А как быть с той частью волновой функции, что отразилась от барьера?

Мне больше всего нравится вариант, изложенный в этой статье: зададимся вопросом, как быстро мы можем передать один бит информации в среднем для многих битов. Для частиц, движущихся со скоростью света, ответ очевиден: со скоростью света. Для частиц, летящих через барьер, мы иногда (когда частица туннелирует) передаем бит быстрее скорости света. Но вероятность туннелирования чрезвычайно мала, так что в среднем большая часть частиц будет потеряна и общая скорость передачи окажется меньше скорости света.

Такие удивительные эффекты иногда скрываются в дебрях физики. По мне так это гораздо интереснее всяких квантовых компьютеров, но об этом почему-то очень мало говорят...

Одним из главных (а иногда единственным) бонусов работы в науке обычно называют свободу: типа, ты можешь делать, что тебе взбредет в голову, творить и не работать на злобного босса. Это, конечно, так, но есть один нюанс.

Даже два. Первый банальный: конечно, ты можешь делать что захочешь, но деньги на гранты дают только на определенные темы. Так что по сути у тебя оказывается довольно узкий набор тем, которыми реально можно заниматься.

А второй менее очевидный: со свободой приходит отсутствие границ. То есть, научная жизнь полностью занимает собой все свободное пространство. Если хочется заниматься чем-то другим: семья, хобби, — для этого приходится прилагать большие усилия по отвоевыванию времени у науки. Совсем не у всех это получается, но я в целом большой сторонник здорового разделения труда: я стараюсь не работать вне рабочего времени, но это требует больших непрерывных усилий.

С этим, правда, есть и еще одна сложность: чувство вины. Если вдруг приходится работать вне рабочего времени, я постоянно чувствую себя виноватым, что не уделяю время семье/друзьям/планам. Если вдруг семейная жизнь вторгается в рабочий день, я чувствую себя виноватым, что не работаю. К этому добавляются непрерывные дедлайны, которые приходится пропускать и откладывать, и привет, будешь чувствовать себя виноватым непрерывно (если с этим активно не бороться).

К сожалению, академия в целом совсем не поддерживает здоровое отношение к науке как к работе, которая заканчивается, когда выходишь из здания института. Понедельник начинается в субботу — это хорошо, конечно, но на практике приводит к быстрому выгоранию. Старое поколение состоит из людей, которые прошли через этот отсев, и теперь они считают, что все должны работать так же. Отсюда частые практики в лабораториях, когда студентов заставляют работать по выходным, не дают отпусков и т.п. К счастью, с приходом молодой профессуры, это понемногу меняется.

В общем, когда вам будут рассказывать сказки про свободу в науке, помните, что все не так радужно.