Новогодний привет от Новых Учёных

Трудно знать, что ждёт нас впереди… Но в одном месте об этом можно прочесть, а в другом – спустя некоторое время – ещё и увидеть красивые иллюстрации. Если, конечно, быть внимательными и не игнорировать – как случайности – многочисленные совпадения.

Десять лет тому назад, в 2011, на веб-сайте kniganews был опубликован текст Пещера и слон [kn:88] . Где в непосредственной привязке к проблемам современной физики-математики была придумана новая «синкретическая притча», объединившая в себе две знаменитых метафоры из древности.

Одна западная – или платоновская – притча о Пещере, как метафора жизни людей, способных наблюдать не реальную жизнь мира, а лишь её смутные тени на стенах своей пещеры. И другая восточная – или суфийская – притча о слоне и слепых мудрецах, которые никогда слона не видели, но авторитетно рассказывали другим никак не стыкующиеся вещи о том, что им удалось нащупать. Ибо каждому из них довелось потрогать существенно разные части большого животного (массивную и статичную как колонна ногу, сильный и подвижный хобот, твёрдый и заострённый бивень, мягкое и плоское как ковёр ухо, и так далее)…

В последующие годы та же глубокая метафора – о столь трудно постижимом Слоне и об исследующих его слепых мудрецах – применительно к поискам науки возникала в текстах kniganews ещё не раз (см., в частности, материалы 2015-2016гг Доказательство от слона и Нетривиальное расСЛОНение ).

В прошлом 2020 году, наконец, всё тот же образ Слона в науке стал главным поводом для того, чтобы отметить факт давней, несомненной и странной синхронии между публикациями малоизвестного, никогда в СМИ не упоминаемого сайта kniganews, и весьма заметного в мире научно-популярного издания New Scientist. Главная здесь странность в том, что сначала публикуются обзорно-аналитические тексты kniganews, а спустя месяца три-четыре – красочные и профессиональные иллюстрации к этим текстам в журнале New Scientist. Краткий обзор соответствий и параллелей подобного рода приведён в материале И вот опять мы приСЛОНились

По этой причине было трудно не заметить, что начало нового 2021 года в New Scientist решили отметить спецвыпуском, посвящённым взглядам науки на «Состояние Вселенной», а традиционную саморекламу журнала представили с прозрачным отсылом к синкретической метафоре kniganews «Пещера и Слон».

Читать далее

Тайная жизнь и интеллект растений

Современная наука испытывает серьёзные трудности с определением того, что такое Жизнь. И что такое Сознание. Чем больше мы узнаём об устройстве природы, тем больше видим живой материи и организмов с разумным поведением. Как следствие, радикально изменяются взгляды биологии на её традиционные объекты изучения – вроде растений или грибов…

В течение последних лет стараниями целого ряда разных авторов – известных и не очень – сформировался внушительный букет из научных статей и научно-популярных книг, рассказывающих о существенно новых воззрениях науки на жизнь растений, лесов и грибного царства.

Принципиальная новизна этих воззрений станет понятнее, если вспомнить, что согласно очень давней традиции, идущей от времён античности и Аристотеля, место для растений в природе отводилось наукой где-то между камнями и животными, формулируя попроще. Или, если в терминах более современных, растения – это что-то вроде «полуживых органических машин».

Если же прислушаться к сторонникам новых идей, среди которых один из наиболее активных и громких голосов принадлежит итальянскому профессору Стефано Манкузо, то по их убеждениям реальная картина выглядит в корне иначе:

Мы никогда не сможем понять растения, если будем смотреть на них как на неполноценных животных. На самом деле растения – это просто другая форма жизни. И эта форма вовсе не проще и не менее развита, нежели животные.

С опорой на такую точку зрения, доказывают Манкузо и его многочисленные ныне единомышленники, науке удаётся успешно выявлять и всесторонне изучать, насколько богата и разнообразна скрытая жизнь растительных форм. При новых подходах в изобилии обнаруживаются не только долговременная память и способности растений к обучению, широчайший спектр их органов чувств и очень разумные подходы к решению проблем, но и их весьма сложная социальная жизнь. Включающая в себя постоянное общение не только друг с другом, но и с другими живыми организмами – от бактерий и грибов до насекомых, животных и человека…

Поскольку такие взгляды учёных сильно расходятся с традиционными догмами биологической науки, вряд ли удивительно, что у «новой ереси» в достатке имеется и весьма энергичных критиков, и просто открытых противников. Одной из наиболее резонансных атак подобного рода стало коллективное письмо, опубликованное летом 2019 года на страницах научного журнала Trends in Plant Science и сердито озаглавленное примерно такими словами: «У растений нет и им не требуется никакого сознания» .

Это коллективное «опровержение» было подписано примерно десятком респектабельных профессоров-биологов из США, Великобритании и Германии, убеждённых, что не было и нет «никаких свидетельств тому, что растениям для выживания и воспроизводства требуются – а значит эволюционно развились – сложные ментальные способности, такие как сознание, чувства и намеренные действия».

Конкретный же журнал Trends in Plant Science для публикации письма был неслучайно выбран по той причине, что именно здесь в 2006 году была напечатана статья, давшая начало новому еретическому направлению в ботанике под названием «нейробиология растений» (plant neurobiology). Отповедь же хранителей традиционной науки начиналась такими словами:

Провозглашая, будто растения имеют сознание, «растительные нейробиологи» постоянно замалчивают примечательную степень той структурной и функциональной сложности, которую мозг должен сначала развить, чтобы появилось сознание. … По нашему мнению, вероятность того, что растения обладают сознанием – в условиях их относительно простой организации при отсутствии нейронов и мозгов – практически равна нулю.

Уже из приведённых здесь цитат несложно заметить, наверное, что препирающиеся стороны говорят на принципиально разных языках. Одни настаивают на необходимости выработки существенно новых концепций и взглядов на природу растений, а другие уверены, что в рамках хорошо освоенных подходов у биологии «не было и нет» причин для появления каких-то новых взглядов…

Сразу же, впрочем, следует подчеркнуть, что перед нами здесь разворачивается достаточно типичный пример феномена дежавю. Ибо все, кто хотя бы в общих чертах представляют себе историю этого вопроса, наверняка должны быть в курсе, что очень похожая по сути дискуссия происходила в просвещённом обществе примерно полсотни лет тому назад, в середине 1970-х годов. А потому взгляды нынешних «растительных нейробиологов», соответственно, могут именоваться новыми лишь с очень и очень большой натяжкой.

Или, формулируя то же самое чуть иначе, если знать историю, станет понятнее, почему в прошлый раз с утверждением новых взглядов в биологии затея очевидно не удалась. И почему на этот раз всё должно получиться как надо…

Читать далее

ПолИматематика Арнольда, полОматематика Вершика и… некий Тетрактис

Физики, как многие наслышаны, любят шутить. Любят, бывает, пошутить и некоторые математики. Хотя не очень ясно, до какой степени это у них связано с интересом к проблемам физики. Но как бы там ни было, специфический юмор учёных всегда позволяет по-новому взглянуть на известные – а также умалчиваемые – странности нашей жизни…

Ровно двадцать лет тому назад – и в очевидной связи со вступлением человечества в новый миллениум – под эгидой IMU или Международного Математического Союза была выпущена интереснейшая книга. Точнее говоря, большой сборник обзорных статей, получивший название «Математика: рубежи и перспективы» и собравший под своей обложкой блестящую плеяду из трёх десятков выдающихся светил как математической науки, так и теоретической физики (V. Arnold, M. Atiyah, P. Lax, and B. Mazur, editors — Mathematics: Frontiers and Perspectives. American Mathematical Society, 2000).

Инициатором и мотором всей этой замечательной затеи был Владимир Игоревич Арнольд – главный герой многих текстов проекта kniganews, посвящённых мистическим началам в «физике от аватаров». Но здесь, впрочем, речь пойдёт не столько об аватарах, сколько о специфическом юморе учёных. Ну и совсем немножко – ближе к финалу – о том, как это связано с мистическими аспектами науки.

Собственная статья Арнольда для сборника о рубежах и перспективах получила от автора несколько провокационное название «Полиматематика: единая наука или набор ремёсел?». А начиналась так и вообще со следующего возмутительного заявления:

Вся математика делится на три части: криптография (оплачиваемая ЦРУ, КГБ и им подобными), гидродинамика (поддерживаемая производителями атомных подводных лодок) и небесная механика (финансируемая военными и другими организациями, вроде НАСА, имеющими дело с ракетами).

Криптография привела к созданию теории чисел, алгебраической геометрии над конечными полями, алгебры, комбинаторики и компьютеров. (Создатель современной алгебры, Франсуа Виет был криптографом французского короля Генриха IV.)

Гидродинамика породила комплексный анализ, уравнения в частных производных, теорию групп и алгебр Ли, теорию когомологий и методы вычислений.

Небесная механика дала начало теории динамических систем, линейной алгебре, топологии, вариационному исчислению и симплектической геометрии.

Существование таинственных взаимосвязей между всеми этими различными областями – самая поразительная и восхитительная особенность математики (не имеющая никакого рационального объяснения)…

#

Столь вызывающе сформулированный зачин для обзорной статьи от очень авторитетного математика – это, конечно же, проявление весьма специфического, порою мрачного и ядовитого юмора Арнольда. Ибо вся последующая часть его статьи рассказывает, по сути дела, о прямо противоположном.

О поисках рациональных объяснений для неразрывного единства гигантской вселенной Математики, таинственно устроенной так, что любая из математических областей отражает все остальные. А также о том, что бюрократы науки, направляемые менеджерами от военных и секретных спецслужб, всячески препятствуют постижению этого Единства…

Как бы там ни было, арнольдова статья «Полиматематика» определённо привлекла живой интерес научного сообщества, а её неординарное начало ещё и подтолкнуло к созданию пародий. Одну из наиболее знаменитых, наверное, написал известный питерский математик Анатолий М. Вершик, не только близкий коллега, но и давний приятель Арнольда, с которым они были дружны тучу лет – ещё с 1960-х годов.

Шутливый опус от Вершика под названием «Поломатематика» выглядит так:

Читать далее

Табу, догмы и ереси в науке как религии

Науке для реального прогресса и развития жизненно необходимо инакомыслие. С одной стороны все – даже учёные «официальные лица» – это вроде бы понимают. А со стороны другой, однако, с инакомыслием в науке принято всячески сражаться – будь то открыто или тайно.

Хотя неудержимый прогресс технологий для всех очевиден и неоспорим, мало кто задумывается над тем фактом, что основа практически у всех, даже самых передовых достижений на удивление древняя. Ибо все эти новые гаджеты и роботы, транспортные средства и чудесные приборы медицины, высокоскоростной мобильный интернет и так далее – всё это плоды фундаментальных открытий физики, сделанных свыше полустолетия тому назад.

Для учёных специалистов этот странный факт, конечно же, прекрасно известен. Вот только объяснять и интерпретировать его принято очень по-разному. Согласно одной из распространённых точек зрения, к примеру, никаких великих открытий в физике больше не происходит по той причине, что практически всё фундаментально важное для повседневной жизни наука уже открыла.

Именно в таком ключе, к примеру, регулярно выступает и пишет книги известный американский теоретик и популяризатор науки Шон Кэрролл. И примерно об этом же можно прочесть в свежем эссе «Размышляя о конце физики» от другого авторитетного теоретика Роберта Дейкграафа, нынешнего директора IAS, Института передовых исследований в Принстоне ( «Contemplating the End of Physics,» by Robbert Dijkgraaf. Quanta magazine, November 24, 2020 ).

Но есть, однако, на ту же самую проблему и в корне иная точка зрения. Согласно которой никакого прогресса в фундаментальной физике давно нет по той причине, что именно так с некоторого момента в нашей истории стали устраиваться научные дела – решительно отвергая всё новое, если оно не вписывается в систему уже утвердившихся фундаментальных теорий и догм. Иначе говоря, рубить и давить всё, что посягает на священные устои…

В сжатом и концентрированном виде эта точка зрения изложена, к примеру, в открытом письме-манифесте, опубликованном несколько лет назад на страницах британской газеты The Guardian большой международной группой из нескольких десятков авторитетных и всемирно известных учёных ( We need more scientific mavericks, The Guardian, 18 March 2014 ).

Письмо их было озаглавлено «Нам нужно больше инакомыслящих в науке» и звучало как своего рода воззвание интеллектуалов к широкому обществу. Суть же манифеста сводилась к констатации уже известного нам факта – в фундаментальной науке на протяжении последних десятилетий практически не происходит никаких действительно важных открытий.

Авторы воззвания, однако, не только уверены, что дело тут вовсе не в «в конце физики», но и вполне отчётливо видят истинные причины происходящего. А кроме того, пытаются донести до общества, что очевидная стагнация в области фундаментальных теорий – это однозначно плохо для нашего всеобщего развития и благополучия. А потому ситуацию явно необходимо выправлять…

Большая беда с наукой, говорится в письме учёных, происходит уже довольно давно, отсчитывая примерно с 1970 года. Если прежде исследователи в массе своей имели доступ к достаточно скромным фондам финансирования, но при этом могли использовать их по своему усмотрению, то на рубеже 1960-1970-х годов утвердилась в корне иная схема для организации научных работ.

Политические государственные структуры очень ощутимо и эффективно взяли под свой контроль практически все академические секторы исследований. Важнейшими инструментами такого контроля стали предварительное рецензирование публикаций и более жёсткое финансирование работ в соответствии с заранее выбранными приоритетами «национальной политики».

По этой схеме неординарные новаторские разработки чаще всего отвергаются экспертами ещё на этапе рецензирования, а финансовые ресурсы выделяются в массе своей лишь на такие исследования, что лежат в рамках уже утвердившихся теорий. Соответственно, те предложения и идеи, что при отборе были отвергнуты, обычно оказываются для науки утраченными.

Иными словами, ныне большая наука, управляемая менеджерами, напрочь утратила вкус и нюх к непредсказуемому. Из 500 важнейших научных открытий XX века практически все были сделаны до 1970 года. По сути, все они бросали вызов доминирующей в ту пору мейнстрим-науке. И по сегодняшним меркам, наиболее вероятно, все эти разработки были бы зарублены уже на самом начальном этапе рождения. Как естественное следствие, в теоретической науке фактически перестали происходить неожиданные вещи…

Завершается воззвание такими словами:

Когда-то инакомыслящие играли в научных исследованиях важнейшую роль. Это их работа, на самом деле, определила то, каким был XX век. Сегодня мы должны научиться вновь, каким образом их поддерживать. И предоставить новые возможности для непредсказуемого будущего – как социального, так и экономического. И нам нужны влиятельные союзники. Быть может, читатели могли бы тут помочь?

Самое же интересное, что в лечении этой большой беды науки реально могут помогать читатели. Отыскивая, собирая, читая и массово распространяя, к примеру, общедоступную (пока) литературу о таких больших или даже воистину великих открытиях учёных, что означают подлинную революцию в устоявшихся взглядах фундаментальной науки.

По отмеченным выше причинам все эти открытия были «закрыты» для дальнейшей разработки усилиями рецензентов, администраторов и менеджеров. Однако это вовсе не означает, что о них следует всем забыть. Мы все – распространяя знания в массах – имеем возможности и влияние предоставить этим важным достижениям новые шансы на разработку…

Далее, в частности, будет представлена большая подборка аннотированных ссылок – на аналитические статьи, рассказывающие о десятках именно такого рода открытий. Или иначе, о всевозможных табу, догмах, ересях и диссидентах-еретиках в науке как посюсторонней религии.

Читать далее

Простые ответы для трудных вопросов: Форма пространства

Глубоко внутри у каждого человека есть базовые знания о том, как устроен мир. По некоторым причинам общество и традиции постоянно мешают тому, чтобы мы эти знания вспомнили. Не факт, что это правильно…

В последних числах октября один из лучших в интернете сайтов о новостях передовой науки, онлайн-журнал Quanta Magazine, опубликовал большущий и в высшей степени показательный материал о последних достижениях физиков-теоретиков (The Most Famous Paradox in Physics Nears Its End. Quanta Magazine, October 29, 2020 ).

Публикация в целом посвящена знаменитейшей из загадок теоретической науки – информационному парадоксу чёрных дыр. Особое же внимание рассказчика сфокусировано на том, как ныне наиболее проницательным из учёных через постижение математических свойств этих странных объектов – чёрных дыр космоса – удаётся сводить в единую согласованную картину пространство и материю, квантовую физику и гравитацию, информацию и эволюцию вселенной.

Есть там у теоретиков уже почти всё, короче, – кроме одного-единственного. И вот именно в этом единственном как раз и сконцентрирована «высшая степень показательности» данного научно-популярного обзора…

Наиболее ёмко и доходчиво, пожалуй, этот важнейший аспект сформулирован на той же веб-странице, где опубликована статья. Но только не собственно в её тексте, а в нижеследующем подразделе для обсуждения и комментариев читателей. Где один из комментаторов подытожил суть в таких выражениях:

Ни единого слова о том мире, что мы видим вокруг. Ни единого упоминания, к примеру, о тех или иных новых формулах, которые в точности описывали бы тот или иной снимок окружающей нас вселенной. Постоянно повторяющиеся на разные лады признания учёных в том, что «и здесь ответа мы не знаем». Воистину чудный пример тех выдающихся глубин, на которые способно нырять человеческое воображение. Ну а в результате – вместо плоского как океан пространства – мы обрели плоскую вселенную в виде одной ломаной линии. Вот это да!

Та самая «Ломаная линия Пэйджа», которую мы обрели благодаря достижениям теоретиков…

Сразу же надо оговориться, что столь нелицеприятные слова оценки звучат ощутимым диссонансом со всеми прочими комментариями. Традиционно восхваляющими статью и её автора за обстоятельный и доходчивый для простых смертных рассказ о таких эзотерических достижениях науки, в которых, если по-честному, практически никто и ничего не понимает.

Простая и неоспоримая правда жизни такова, однако, что самый строгий из комментаторов прав тут по сути дела во всём. В независимости от того, понимает это широкая публика или нет, сами учёные-теоретики, разрабатывающие данную область науки, прекрасно и отчётливо осознают, что у них нет ни малейших представлений о том, как же пристёгивать богатую и содержательную математику их открытий к тому реальному миру, который нас окружает.

Ибо вселенная наша, фактически, существует совершенно отдельно от той абстрактно-математической вселенной, которую плодотворно и вроде бы как успешно – в терминах формальной согласованности картины – осваивают теоретики фундаментальной физики.

Понятно, что так быть не должно. Но именно так оно, к сожалению, тут есть. Причём довольно давно. Информационному парадоксу чёрных дыр, к примеру, считай уже полвека. И хотя принято считать, что никто не знает, как исправлять столь грустную ситуацию с полным отрывом теории от реальности, на самом деле это совершенно не так.

Очень многие из грамотных учёных наверняка знают, как это лечится. Но знают, так сказать, лишь на подсознательном уровне. Потому что на уровне сознания активно-бытового любые шаги по оздоровлению и наведению ясности тут отчётливо означают посягательство на догмы, условности и прочие священные традиции храма науки. Неизбежный конец научной карьеры это означает, короче говоря.

И судя по сильно затянувшемуся научному кризису, психологический барьер оказывается здесь настолько мощным, что самостоятельно преодолеть его сообщество учёных уже просто не в состоянии.

Но есть тут, однако, один оригинальный и по-детски наивный способ помочь. Способ, подсказанный психологией, нейрофизиологией и сюжетом из раннего периода в истории науки…

Читать далее

Премия для диссидента, или Три «Фэ» от Пенроуза

( Текст из параллельного проекта kiwi-arXiv )

Нобелевскую премию не раз присуждали диссидентам от политики и/или литературы — достаточно вспомнить имена Александра Солженицына и Иосифа Бродского, Чеслава Милоша или Гао Синцзяня. В области физико-математических достижений, однако, выбор лауреатов-теоретиков всегда отчётливо тяготел к архиконсервативным взглядам, дабы не подрывать идейные позиции устоявшейся «точной науки». Ныне эта давняя традиция очевидно нарушена…

Все, кто интересуется делами науки, уже наверняка наслышаны, что Нобелевской премией по физике в 2020 году решено наградить троих учёных — за их теоретические и экспериментальные достижения в изучении космологических черных дыр. Половину премии — по теоретической линии — получает знаменитый математический физик Роджер Пенроуз, а остальное разделено поровну между экспериментаторами-наблюдателями в лице астрономов Райнхарда Генцеля и Андреи Гез.

Как сформулировано Нобелевским комитетом в официальном представлении, Пенроуз награжден за «открытие того, что образование черных дыр является точным предсказанием общей теории относительности», а Генцель и Гез — за «открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики».

Теоретик Роджер Пенроуз значительно старше астрономов-наблюдателей — в следующем году ему исполняется 90 лет. А собственно работа по черным дырам, за которую его ныне награждают, была проделана учёным в середине 1960-х. То есть свыше полувека тому назад…

Однако подобные факты из биографий нобелевских лауреатов уже давно не являются чем-то странным и удивительным. Куда более странно то, что Пенроуза вообще наградили. Невзирая на его известные научные дела и идеи, все последние десятилетия развиваемые учёным в отчётливо перпендикулярном, а нередко и вообще в противоположном направлении – относительно того, что общепринято в научном мейнстриме.

О сильно неортодоксальных, скажем так, взглядах и теориях Пенроуза в области систем искусственного интеллекта или квантового устройства сознания наверняка известно многим. Не раз и с подробностями рассказывалось об этом и на страницах сайта kiwi-arXiv. В частности, можно упомянуть тексты «Игры, в которые играет Пенроуз» и «Главная тайна Со-знания» .

Но вот о «перпендикулярных» взглядах Пенроуза на современную космологию с её теорией инфляции, на квантовую физику с её копенгагенской интерпретацией и на теорию струн с её множеством невидимых дополнительных измерений – обо всём этом пишут и говорят значительно меньше. Поэтому имеет смысл привлечь здесь один из текстов параллельного проекта kniganews, носящий название «Три Фэ от Пенроуза» и рассказывающий именно про это – в специфическом контексте Sci-Myst, то есть «научно-мистического расследования в масштабе реального времени».

Читать далее

Дешифрование кодов и смыслов биоэлектричества

На стыке трёх важных наук – биологии, физики, информатики – родилась и успешно развивается мощная дисциплина с целой чередой интереснейших открытий. Большая проблема в том, что чуть ли не каждое из достижений этой дисциплины означает подрыв устоявшихся догм официальной науки…

В свежем – за сентябрь 2020 – выпуске журнала The Scientist, освещающего всевозможные области наук о жизни, опубликована примечательная обзорная статья от профессора биологии Майкла Левина. Примечательна же она тем, что рассказывает о существенно иных – одновременно нетрадиционных и успешных – подходах к решению весьма давней и очень трудной научной проблемы: «Каким образом группы клеток кооперируются для построения органов и организмов» («How Groups of Cells Cooperate to Build Organs and Organisms,» by Michael Levin. The Scientist, September 2020).

По совершенно случайному, конечно же, совпадению месяцем раньше, в августе 2020, существенно иной журнал Physics Today, освещающий успехи и достижения в области науки физики, опубликовал другую обзорно-дискуссионную статью. Эта работа носит название «Не скрывается ли новая физика в живой материи?», а автором её является известный теоретик-космолог и по совместительству писатель-популяризатор науки Пол Дэвис («Does new physics lurk inside living matter?» by Paul Davies. Physics Today 73, 8, 34. August 2020).

В статье этой автор в предельно сжатом виде излагает, фактически, суть и выводы своей недавней книги «Демон в машине» («The Demon in the Machine,» by Paul Davies, 2019). Где развёрнуто показано, что для подлинно научного понимания и развития биологии нам насущно требуются физические законы совершенно нового типа – выстроенные на основе теории информации. Или, формулируя то же самое чуть по-другому, для выхода из очевидного ныне кризиса не-понимания Природы как в физике, так и в биологии, учёным насущно требуется объединить эти две науки в одну – с непременной опорой на компьютерно-информационные подходы…

Подробности о книге Дэвиса и о её несомненном успехе среди читающей-думающей публики можно найти в материале «Единая реальность бактерий и богов », однако нас здесь интересует вопрос несколько иной. Вопрос о том, что же такого интересного, собственно, в одновременном появлении двух совершенно разных, казалось бы, статей на разные темы, от разных авторов и в разных журналах – биологическом и физическом?

Самый простой и бесхитростный ответ на этот вопрос заключается в том, что именно Майкл Левин (автор статьи в биологическом The Scientist) является одним из главных героев статьи Пола Дэвиса в журнале о «Физике сегодня». Ну а для ответа куда более глубокого и содержательного понадобится подробнее рассказать о том, что именно делают ныне Левин и его коллеги-единомышленники на стыке биологии, физики и компьютерных наук…

Читать далее

Обратная сторона метеорологии, или Бьёркнесы как тайна науки ХХ века

Очередной – и наверняка не последний – материал из «серии флэшбэков». Выражаясь яснее, статья из череды возвращений к давним текстам kniganews – для лучшего понимания тех интересных открытий и достижений, что происходят в науке прямо сейчас.

Свежий выпуск журнала Nature за сентябрь 2020 принёс известия о новом любопытнейшем открытии в области физики вибрирующих материалов. Или природы «живой материи» – в самом широком научном понимании этих слов.

Соответствующая статья от исследователей из французского Института Ланжевена носит название «Плавание под левитирующей жидкостью» и в подробностях описывает существенно новый – в высшей степени парадоксальный – феномен «обращения гравитации» в условиях вибрирующей жидкости, висящей на воздушной подушке (Benjamin Apffel, Filip Novkoski, Antonin Eddi & Emmanuel Fort. «Floating under a levitating liquid.» Nature, volume 585, 3 September 2020, pp 48–52 ).

Если суть феномена пояснять чуть подробнее, то сами авторы статьи рассказывают об этом так [A]:

Когда жидкость помещают над менее плотной средой, то слой жидкости обычно стекает вниз под действием гравитации. Среди множества методов, разработанных для препятствования такому смещению, вертикальное встряхивание доказало свою особую эффективность, а потому много и с подробностями изучается. Стабильная левитация более плотной жидкости над менее плотной (или даже над слоем газа) является результатом динамического эффекта усреднения в условиях осцилляций, компенсирующих гравитацию.

Вибрация жидкостей порождает также и другие парадоксальные феномены, вроде идущих ко дну пузырей воздуха. Пузыри воздуха начинают тонуть, когда расположены ниже некоторой критической глубины.

[Множество утонувших пузырей далее порождает на дне «естественную» воздушную подушку, феномен левитации слоя жидкости и возможности для плавучести предметов в перевёрнутом состоянии «вниз головой». В целом же] Это поведение, нарушающее законы стандартной плавучести и гравитации, может быть объяснено простой моделью, которая берёт в расчёт определённую кинетическую силу, именуемую силой Бьёркнеса и действующую на пузыри воздуха в осциллирующей жидкости.

Для целей настоящего обзора наибольший интерес представляют ссылки исследователей на «силу Бьёркнеса». Ибо вокруг этого типа взаимодействий, открытых и описанных норвежским учёным свыше ста лет тому назад в книге «Силовые поля: Приложения к метеорологии» [B], а также и в целом вокруг фамилии Бьёркнес в науке накопилось уже столько тумана и умалчиваний, что важных подробностей не знает тут практически никто. А если кто-то вдруг и знает, то не пишет и не публикует на этот счёт ничего содержательного.

Начать следует с того, что в богатой истории научных дициплин, идущих от гидродинамики, было три выдающихся учёных профессора под фамилией Бьёркнес: дед Карл, сын Вильгельм и внук Якоб. Самое же интересное, что с именем каждого из них в физической науке XX века связаны некие весьма загадочные эпизоды, внятных разгадок для которых нет и поныне…

Читать далее

Бразильский орех и калибровочная сепарация, или Как это всплывает?

На фоне того, как фундаментальная физика всерьёз озаботилась ныне десятками миллиардов больших денег, нужных для сооружения нового дорогущего коллайдера, очень давние и по сию пору нерешённые проблемы «малой физики» могут показаться несущественными пустяками. Но именно в таких «пустяках» на самом деле и скрывается в корне новая фундаментальная наука. Вовсе не требующая для своего развития неподъёмных многомиллиардных затрат.

На страницах одного из старейших и по-прежнему качественных отечественных журналов, «Успехи физических наук», недавно опубликована примечательная статья «о механизмах и кинетике гравитационной сепарации гранулированных материалов» [1] .

За этим, прямо скажем, скучновато и прозаически звучащим названием в действительности таится мир удивительной физики и по сию пору неразгаданных загадок природы. В науке очень давно, ещё в XIX веке, было подмечено, что гранулированные материалы вроде песка могут даже при одной и той же температуре вести себя очень по-разному. В зависимости от условий демонстрируя свойства и твёрдых тел, и текучих жидкостей, и легко разлетающихся газов.

Более того, вибрирующие гранулированные материалы совершенно отчётливо и разнообразно нарушают общепринятые в науке представления о том, как должно выглядеть «естественное» поведение физических систем в природе. Но хотя из опытов все эти «противоестественные» вещи известны давно и достоверно, удовлетворительных теоретических объяснений для них так и не найдено по сию пору.

Нынешняя обзорно-аналитическая статья в УФН посвящена вовсе не этому странному и настораживающему факту, однако и прибегать к умолчаниям на данный счёт авторы не считают возможным или полезным. Цитируя текст дословно:

На протяжении уже многих десятилетий особенно пристальное внимание уделяется изучению эффектов перемешивания и разделения [сепарации] неоднородных частиц при вибрационном воздействии на гранулированные среды.

Однако, в настоящее время общая теория сепарации отсутствует и, более того, не прекращаются дискуссии в отношении физической сущности отдельных эффектов разделения частиц.

Достаточно сказать, например, что до настоящего времени идут давно возникшие споры в отношении механизма всплытия крупной частицы – в независимости от её плотности в слое мелких частиц под действием вертикальных виброколебаний. Соответствующее физическое явление получило название «эффект бразильского ореха» (Brazil Nut Effect).

Именно вот об этом любопытнейшем феномене и хотелось бы рассказать здесь поподробнее. Для ввода в тему вполне подойдёт давний текст, подготовленный в рамках проекта kniganews около десяти лет назад.

Бразильский орех и гравитация

(kn: ноябрь 2011)

[При всех своих прочих великих успехах, современная физика остаётся на удивление недоразвитой в области анализа вибрирующих гранулированных сред.]

… Сколь бы странным это ни казалось, но по сию пору, в XXI веке у исследователей, работающих в данной области, так и нет общего математического аппарата уравнений, способных описывать и предсказывать поведение гранулированных материалов при разных условиях среды. Более того, в физике зернистых материалов имеются чрезвычайно простые, доступные даже детям опыты, так и не находящие удовлетворительного теоретического объяснения. Ярчайший тому пример – так называемый «эффект бразильского ореха».

#

Этот эффект знаком очень многим и получил своё название благодаря популярным в народе упаковкам ореховых смесей. Если в такой смеси, обычно состоящей из миндаля, фундука и так далее, есть также зерна бразильского ореха, отличающегося заметно большим размером, то при вскрытии упаковки эти самые крупные зерна всегда оказываются наверху. Ту же самую картину можно увидеть и в любой другой смеси разнокалиберных гранул, вроде мюслей для завтрака, где самые крупные ингредиенты непременно находятся в верхней части, а мелкие – ближе ко дну.

С этим же эффектом многие годы вынуждены сражаться в пищевой и фармацевтической индустрии, а также всюду, где промышленное производство требует создания гранулированных смесей однородной концентрации, а физика вибраций упорно разделяет эти смеси на слои-фракции по калибру ингредиентов. В книжках, конечно, имеются и теоретические объяснения этому феномену. Однако, если изучить проблему «естественной калибровки» чуть тщательнее, то быстро выяснится, что объяснений существует сразу несколько, причём они противоречат и друг другу, и опыту. А это, ясное дело, первый признак того, что в действительности понимания нет.

Читать далее

Сад сходящихся троп: Манин и Паули, Дирак и Шольце

Сначала – весьма давний текст, ничуть не утративший своей актуальности и поныне. Скорее даже наоборот. Глубина и важность очерченной темы за прошедшее время проявлялись всё более отчётливо. Ну а далее – самое интересное. То, какими именно путями Большая Наука начинает постигать великую тайну нашего Со-Знания…

Манин и Паули (kn:2012)

Юрий Иванович Манин известен не только как выдающийся русский математик, но и как «просто мыслитель», интересно и содержательно пишущий на самые различные темы науки, культуры или истории.

Общее представление об этой второй, «нетехнической» стороне творчества Манина дает вышедший в 2008 году сборник «Математика как метафора» [1]. В данной книге собраны около двух десятков текстов ученого, написанных в течение примерно 30 последних лет и в разных ракурсах отражающих одну и ту же, в сущности, идею.

Идею о том, что математика не только способна давать поводы для глубоких нематематических размышлений, но и сама по себе является метафорой человеческого существования.

Если прибегать к известному набору ярлыков, которые принято навешивать на людей, способных четко формулировать свои мировоззренческие позиции, то Ю.И. Манин, несомненно, является платонистом. Причем сам он классифицирует себя даже еще более четко – как «эмоционального платоника» (а не рационального, поскольку, по убеждению ученого, никаких рациональных аргументов в пользу платонизма не существует [2]).

Трудно сказать про всех, но среди выдающихся математиков людей с подобными взглядами известно довольно много. Если охарактеризовать их точку зрения совсем кратко, воспользовавшись словами филдсовского медалиста Алена Конна, то свою профессиональную деятельность ученые-платонисты видят как исследование особого «математического мира». Такого мира, в независимом от людей существовании которого они ничуть не сомневаются и структуру которого они вскрывают. [3]

Более того, поскольку среди математиков по сию пору остается достаточное количество исследователей, активно интересующихся не только своей областью математических абстракций, но и новейшими достижениями ученых-физиков, идеи платонизма остаются тесно связанными с исследованиями природы реального мира. Причем на протяжении последних десятилетий эта неразрывная связь становилась все более и более очевидной.

Еще в 1987 году, почувствовав мощную тенденцию в квантовой теории струн, Юрий Манин сказал об этом примерно так: «Сегодня, вступая в последнюю четверть XX века, по крайней мере некоторые из нас снова испытывают древнее платонистское чувство, что математическим идеям каким-то образом суждено описывать физический мир, сколь бы отдаленными от реальности ни казались их истоки»…[4]

Данная цитата взята из весьма необычного, «метафизического» доклада Манина под названием «Размышления об арифметической физике». Сделан он был в первых числах сентября 1987 года в румынском курортном городке Пояна Брашов в Карпатах, где проходила международная Летняя школа по конформной инвариатности и струнной теории.

Выступая на этой конференции в качестве «профессионального теоретико-числовика и физика-любителя», Юрий Иванович эффектно продемонстрировал аудитории, что если ученые хотят быть последовательными в своих изысканиях, то им придется принять неправдоподобную, на первый взгляд, идею, согласно которой самые глубокие приложения в физике скоро получит теория чисел (или просто «арифметика», поскольку примерно с 1970-х годов среди специалистов по теории чисел особым шиком стало употребление этого – формально справедливого – термина для обозначения своего ныне в высшей степени нетривиального предмета.)

Не вдаваясь в физико-математические подробности этого выступления, здесь, тем не менее, полезно привести главный итог или «основную гипотезу» доклада Манина о природе нашего мира (цитируется дословно, выделения слов другим шрифтом наложены дополнительно для удобства сопоставлений):

На фундаментальном уровне наш мир не является ни вещественным, ни р-адическим: он адельный. По каким-то причинам, связанным с физической природой нашей разновидности живой материи (возможно, с тем, что мы состоим из массивных частиц), мы обычно проецируем адельную картину в вещественную сторону. С тем же успехом мы могли бы духовно проецировать ее в неархимедову сторону и вычислять наиболее важные вещи арифметически.

«Вещественная» и «арифметическая» картины мира находятся в отношении дополнительности, напоминающем отношение между сопряженными наблюдаемыми в квантовой механике.

На этой цитате пора перейти от выводов Манина к выводам одного из отцов квантовой механики, Вольфганга Паули. Подводя итог своим метафизическим размышлениям о природе мира, на рубеже 1940-50-х годов Паули писал про эти вещи так (см. подробности тут и тут):

«Когда люди говорят ‘реальность’, они обычно полагают, что речь идет о чем-то самоочевидном и хорошо всем известном; в то время как для меня это представляется наиболее важной и в высшей степени сложной задачей нашего времени – заложить новую идею реальности»[5] … «и самое оптимальное, если бы физика и душа представлялись как комплементарные аспекты одной и той же реальности»[6].

«По моему личному мнению, в будущей науке реальность не будет ни ментальной, ни физической, а каким-то образом обеими из них сразу, и в то же время ни той или другой по отдельности»…[7]

Читать далее