Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Food

Космология, мейнстрим. Подгонка параметров.

Продолжение. Начало здесь.

Дайте мне четыре параметра, и я сделаю вам слона. Дайте пять, и он будет махать хоботом
Из комментов.




Рисунок 1
Разложение карты реликтового излучения, снятой WMAP за 9 лет наблюдений, по угловым мультиполям (спектр мощности) в логарифмическом масштабе с добавлением данных наземных микроволновых телескопов

Осциллирующая кривая на рис. 1 (см. пост "Космология, мейнстрим. Акустические волны") поразительно информативна. Это примерно тоже самое, как если бы мы увидели на карте ранней Вселенной масштабную линейку с делениями в мегапарсеках, да и не только линейку — целую метеостанцию с различимыми показаниями на циферблатах. Причем эти показания точнее, чем можно извлечь из параметров современной Вселенной. В частности, положение пиков весьма чувствительно к кривизне Вселенной Ωk - этот параметр примерно равен относительному отклонению суммы углов треугольника от 180°, если треугольник имеет размер с видимую часть Вселенной. Оказывается, наша Вселенная с хорошей точностью «плоская» на масштабе горизонта (Ωk = -0,037 ± 0,043, если брать только данные WMAP и Ωk = 0,001 ± 0,012, если привлечь также данные наземных микроволновых телескопов). Высота пиков чувствительна к относительному вкладу барионов в содержимое Вселенной. Соотношение между вторым и третьим пиками зависит от вклада темной материи. И т. д.

Конечно, эффекты от всех этих и других параметров запутаны, и их извлекают не по отдельности, а все вместе посредством процедуры, называемой «подгонкой методом максимального правдоподобия». Для подгонки кроме данных нужна теоретическая модель, которая должна описать данные. В этом случае она слишком сложна, чтобы ее можно было выразить формулой. Модель включает в себя все процессы, о которых шла речь выше. Прежде всего это генерация начального спектра неоднородностей.

Collapse )
Food

НЕ БЫТЬ ТОКСИЧНЫМ УЧЕНЫМ

Ну шедевр же.
Не мог удержаться от перепоста)
Оригинал - lleo Каганов.

Человек, отрицающий чужую научную гипотезу, ведет себя токсично. Отказываясь разделить другую точку зрения, вы даёте понять, что свою считаете более правильной, а оппонента — глупее. Оппонент, столкнувшись с вашей категоричностью, отсутствием эмпатии, неразделенностью взглядов, может испытать боль, страдания и психологические травмы. В современном научном мире это недопустимо. Вот десять простых советов от ведущих ученых, как избежать интеллектуального доминирования, абьюза и буллинга.

1. Понизьте градус своей категоричности

Заниматься обесцениванием чужой гипотезы — неприемлемо, это вторжение в личное пространство. Если вы не готовы разделить иное мнение, не принижайте его. Говорить допустимо лишь о собственных взглядах. Используйте политкорректные обороты, демонстрирущие неуверенность в себе, слабость своей позиции и отсутствие агрессии: «как мне прежде казалось», «по моему скромному мнению», «осмелюсь лишь предположить»...

2. Снизьте значимость своей точки зрения

Дайте понять оппоненту, что ваше мнение ни в коем случае не претендует на истину. Оно лишь скромное оценочное суждение, одно из возможных, вы сами в нем не уверены и готовы охотно (и даже с облегчением) допустить, что оно ошибочно.

3. Мы живем в научном мире равных возможностей

Сообщите оппоненту своё понимание, что все в мире гипотезы одинаково равны, поэтому его точка зрения имеет то же право на существование и ровно те же шансы оказаться истиной. Которая где-то посередине, но на самом деле истины не существует.

Collapse )
Food

Космология, мейнстрим. Акустические волны.

Продолжение. Начало здесь.

Бывают удивительные истории, когда некий вывод, полученный кабинетным ученым на бумаге вне всякой связи с реальностью, вдруг через много лет становятся одной из несущих конструкций науки. Такая история произошла с работой Андрея Дмитриевича Сахарова, сделанной в 1963 году. В этой работе исследована эволюция акустических колебаний вещества в ранней Вселенной и получен очень интересный и красивый результат. По традиции, которая у нас прослеживается в отношении выдающихся работ, исходные положения, принятые Сахаровым, были неверными. Но предсказания из этой работы сыграли большую роль в будущем.

Выше речь шла о том, как начальные неоднородности плотности начинают расти из-за гравитационной неустойчивости. Но это не единственное, что с ними происходит. Неоднородности начинают колебаться без всякой связи с гравитацией — как звуковые волны. «Звуковыми» волны в ранней Вселенной можно назвать лишь весьма условно, уж больно нечеловеческие условия там царили, но их механика точно такая же, как и у звука в атмосфере: движущей силой становится давление среды, зависящее от ее плотности. Сейчас мы знаем, что среда состоит из темной материи и обычного вещества, которые взаимодействуют только через гравитацию и во многих отношениях независимы друг от друга. Акустическим колебаниям подвержено только обычное вещество.

Скорость звука в ранней Вселенной, где среда состоит в основном из ультрарелятивистских частиц, очень велика: c/√3. Напомним, изначально неоднородности Вселенной «заморожены», поскольку их размер превышает размер горизонта, т.е. причинно связанной области пространства. Акустические колебания данной длины волны стартуют, когда входят под горизонт, только не световой, а звуковой горизонт, который в √3 раз меньше. Неоднородность оживает и начинает колебаться и двигаться. Важная вещь: у всех волн данной частоты на старте оказывается одинаковая фаза. Это стоячие волны, подобные волнам на гитарной струне. Их можно наблюдать, например, в порту у бетонной стены причала. Там «стоячесть» обеспечивается интерференцией набегающих и отраженных волн. В результате амплитуда волн синхронно меняется — поверхность то вспучивается высокими буграми, то разглаживается.

Почему «ожившая» неоднородность производит именно стоячую волну? В работе Сахарова это показано математически, попробуем проиллюстрировать эффект «на пальцах». Здесь важную роль играет быстрое расширение. Звуковые колебания в расширяющейся Вселенной описываются уравнением, тождественным уравнению гармонического осциллятора с вязким трением (таким же, как для скалярного поля во Вселенной, таким же, как для шарика на пружинке в вязкой жидкости). Это следует из уравнений Эйнштейна. А роль вязкого трения играет скорость расширения Вселенной -постоянная Хаббла.

Начальные условия, вообще говоря, складываются из случайной суперпозиции неоднородностей разного размера с произвольным распределением производных плотности по времени. Любую начальную конфигурацию можно разложить на не зависящую от времени часть (производная по времени равна нулю) и часть, сильно зависящую от времени. Вблизи момента τ = 0 Вселенная очень быстро расширяется и «вязкое трение» очень велико. Поэтому вторая компонента (быстро меняющаяся) мгновенно затормозится и пропадет. А первая (не зависящая от времени) остается. Далее темп расширения уменьшается, вязкость падает и волны начинают колебаться. Общее решение уравнения колебаний имеет вид С1cos(ωt) + С2sin(ωt), где величины С1 и С2 не зависят от времени (но зависят от точки пространства), ω — частота колебаний. Однако поскольку во вселенной второго слагаемого с синусом нет, то колебания происходят по закону cos (ωt), что соответствует стоячей волне.

Так все выжившие акустические волны оказываются стоячими, причем все волны определенной длины имеют общую фазу. Через четверть периода (ωt = р/2) они проходят через нуль, а через полпериода (ωt = р) вновь достигают максимума (мы слегка огрубляем ситуацию: на самом деле частота волны в процессе расширения вселенной уменьшается, и соотношения не такие простые).



Рисунок 1. Эффект акустических осцилляций, предсказанный Сахаровым и пересчитанный Сюняевым, Зельдовичем и др. для модели горячей Вселенной. Забегая вперед, приводим спектр мощности угловой анизотропии реликтового излучения, полученный космическим микроволновым телескопом «Планк».

Collapse )
Food

Космология, мейнстрим. Сверхскопления галактик как результат квантовых эффектов.

Продолжение. Начало здесь.

Итак, современная структура Вселенной, включая скопления галактик и сами галактики, выросла из небольших флуктуаций плотности, которые прекрасно отражены на карте реликтового излучения. Далее приходится задаться вопросом: откуда взялись эти затравочные неоднородности? Мы видим их в эпоху рекомбинации, мы видим, что их амплитуда была порядка 10-5 . До этой эпохи возмущения барионной компоненты вырасти практически не успели — они были такими с самого начала. С какого начала? Что породило эти флуктуации?

Оказывается, космологическая инфляция умеет делать и это.

Напомним, что в квантовой механике любое поле имеет нулевые (вакуумные) колебания, которые обычно не наблюдаемы. Скалярное поле, вызывающее инфляцию, — тоже. Но при разных видах воздействия вакуумные колебания могут становиться реальными флуктуациями полей — волнами, частицами — в зависимости от конкретной ситуации.

Ускоренное расширение пространства — один из видов такого воздействия. Вакуумное колебание поля имеет шанс превратиться в реальную флуктуацию, если пространство за период колебания данной частоты существенно расширится. Именно это и происходит при космологической инфляции.

Collapse )
Food

Космология, мейнстрим. Структура Вселенной.

Продолжение. Начало здесь.

Итак, инфляция прекрасно объясняет однородность вселенной на больших масштабах.

Но есть и другой вопрос, который поначалу казался не столь фундаментальным: откуда взялись галактики, их скопления и более крупная структура Вселенной, называемая крупномасштабной. Этот вопрос встал во весь рост в 1970-х годах и тоже относился к начальным условиям при возникновении Вселенной: без неких первичных неоднородностей всё наблюдаемое великолепие не смогло бы появиться.

Как выглядит современная Вселенная? Она однородна в целом, на больших масштабах, — скажем, на расстояниях 300 мегапарсек (миллиард световых лет) однородность соблюдается с хорошей точностью. На меньших масштабах есть галактики, скопления галактик и так называемая крупномасштабная структура, похожая на трехмерную сеть с перепонками, — нечто ячеистое неправильной формы. Самый крупный масштаб этих неоднородностей — примерно 100 мегапарсек (300 млн световых лет). Крупномасштабная структура была выявлена на трехмерных картах распределения галактик.



Рис. 1. Крупномасштабная структура Вселенной по данным Слоановского цифрового обзора неба (Sloan digital sky survey). Сюда попал «срез» неба раствором 2,5°. Темные сектора — плоскость Галактики, где наблюдения затруднены из-за пыли. Синими точками обозначены эллиптические галактики, красными — остальные. Некоторые массивные и плотные скопления галактик приобретают вид радиально направленных черточек из-за большого разброса скоростей — эти скорости добавляются к измеренному красному смещению.

Collapse )
Food

Космология, мейнстрим. Эволюция инфляции.

Начало здесь.

В 1960-х концепция Большого Взрыва и расширяющейся вселенной, родившаяся в 1920-х, утвердилась и была окончательно подтверждена открытием реликтового излучения (микроволнового фона). Она решала ряд проблем (например, парадокс Ольберса), но имела и очевидные дыры.

1. Эволюция вселенной в решении Фридмана зависит от отношения средней плотности вещества во вселенной к некой критической плотности. Если Ω/Ω0 > 1, то вселенная замкнута, ее трехмерная кривизна положительна и расширение сменится сжатием. Такая вселенная описывается геометрией Римана. При Ω/Ω0 < 1 имеем сценарий открытой, бесконечно расширяющейся вселенной, описываемой геометрией Лобачевского. И только при строгом равенстве Ω/Ω0 = 1 мы имеем трехмерно-плоскую вселенную, описываемую геометрией Евклида. С большой (порядка 10-3) точностью экспериментальные данные указывают нам именно на 3-й вариант, на трехмерно-плоскую Евклидову Вселенную. Но вот беда: чтобы сейчас параметр Ω/Ω0 не более чем на 0.1% отличался от 1, на старте расширения это соотношение должно было быть выдержано с точностью до 50-го знака. Иначе Вселенная либо схлопнулась в первые доли секунды, либо разлетелась так быстро, что никакие галактики не успели бы образоваться. Что обеспечило такую точность подгонки стартовых условий?

2. Вселенная на космологических масштабах однородна с большой точностью. Но в первые мгновения Большого Взрыва области, которые мы сейчас наблюдаем, не были причинно связаны и ничего не знали друг о друге. То есть не было возможности для установления термодинамического равновесия - не хватало времени, чтобы передать со скоростью света информацию из одной части молодой вселенной в другую. Что так согласовало состояние этих областей?

3. Во вселенной огромное количество материи. Только в наблюдаемой части Вселенной порядка 1090 частиц (большинство из которых — реликтовые фотоны и нейтрино). Откуда это всё взялось?

4. Что послужило толчком для Большого Взрыва?

5. Чтобы в расширяющейся Вселенной образовались галактики, должны быть первичные неоднородности. Без них гравитационная неустойчивость (она же неустойчивость Джинса) не сможет при таком темпе расширения скомковать галактики. Откуда взялись эти первоначальные неоднородности?

6. Есть ряд физических постоянных, значения которых вроде бы ниоткуда не следуют. Но если мы попытаемся представить мир, где какая-нибудь из этих констант немного изменена, жизнь в таком мире оказывается невозможной: не образуются атомные ядра, не горят звезды и т.п. Что так подогнало значения констант, чтобы мы могли существовать?

Понимание, где искать ответы на эти вопросы, начало появляться в 1980-х.

Collapse )
Food

Космология, мейнстрим.

Что-то часто на глаза стали попадаться люди, имеющие представление о происхождении вселенной разной степени диковинности и фрикообразности.

В зависимости от фантазий излагающего.

Поэтому подумалось: а не рассказать ли мне коротенько о той модели, по поводу которой сейчас есть в общем и целом научный консенсус (а еще меня на эту мысль навела книжка астрофизика Бориса Штерна "прорыв за край мира", которая мне недавно попалась на глаза. Буду тырить из нее куски, которые мне особенно понравились).

По аналогии со Стандартной Моделью физики частиц ее принято называть Стандартной Космологической Моделью, она же ΛCDM.

В отличие от физики частиц, которая уперлась в энергетический тупик на БАКе, в космологии сейчас с экспериментальными данными полный порядок: поступают и будут поступать.
Соответственно, тут работает главный механизм проверки теорий - экспериментальная проверка предсказаний теории.
Не постфактумное объяснение экспериментальных данных, а именно проверка численных предсказаний, сделанных еще до получения этих данных.
Тут у современной космологии все очень неплохо.

Вот например такая картинка - зависимость была предсказана заранее (подробнее об этой картинке в следующих постах, я их несколько штук на эту тему планирую написать).



Collapse )
Food

"Зарегистрируйтесь, а голосуйте как хотите"

Самая пакость затеи с электронным голосованием (отметим здесь заслуги Венедиктова) заключается в том, что никакая Марь Иванна из ЖКУ, которой велено "зарегистрироваться и проголосовать как угодно", не может быть уверена, что ее голосование "как угодно" останется тайной от начальства.
Соответственно, безопаснее проголосовать за обнуление, просто от греха подальше.
Food

arXiv.org объявил забастовку против расизма

arXiv.org (произносится [архи́в]) — крупнейший бесплатный архив электронных публикаций научных статей и их препринтов по физике, математике, астрономии, информатике и биологии (wiki).
Сейчас там висит вот такое объявление:

Русским по белому английским по черному там предлагается вместо того, чтобы страдать всякой хернёй (читать и публиковать научные статьи и препринты), заняться наконец настоящим делом: читать про расизм и обсуждать это с коллегами.
И вот что я вам скажу, ребятки.
Пока вы таскали свой золотой гроб по разным своим штатам и грабили свои магазины - это было вашим внутренним делом, можете там у себя трахаться вприсядку, не возбраняется.
Но архив - глобальный проект.
Какого хрена вы вынуждаете физиков, химиков, математиков всего мира, которые вообще никакого отношения к этим дебильным разборкам не имеют, принимать в них участие?
Ну да, теперь вся Америка в гробу видала этого Флойда.
Но другим-то какое до этого дело?
Не помню, кто сказал, но сказано хорошо: люди не делятся на партии, расы, нации и религии. Люди делятся на умных и дураков. А вот дураки делятся на партии, расы, нации и религии.
Не надо ученых приплетать к этой дури.
Food

Забавное совпадение)

У Антона Ореха (ведущий такой с Эха Москвы) в телеграмме увидел забавный ролик:


Видео от Радиодеталей. Как победить КОВИД за один день!!!
Если кто не в курсе, "Радеодетали" - передача на Эхе с подборкой разных хохм, действительно смешных. Ребята с отличным чувством юмора.
Ясен пень, никакой наукой тут и не пахнет. Может быть, у чувака никакого ковида и не было, а было похмелье, а он таким экзотическим способом опохмелился.

Я бы не стал обращать внимание, но тут лично для меня есть дополнительная хохма:Collapse )