От классической термодинамики к квантовому стимпанку
Физик: мы должны переосмыслить викторианскую теорию термодинамики для 21 века
Николь Юнгер Халперн работает в области квантовой физики. Она только что опубликовала свою первую книгу "Квантовый стимпанк: физика вчерашнего завтра".
Халперн училась в Дартмуте, где в 2011 году стала валедикторианкой. Позднее в Калифорнийском технологическом институте она получила степень доктора философии, участвовала в ряде исследовательских проектов в Гарварде и Университете Мэриленда.
Сейчас она работает в группе лазерного охлаждения и улавливания Национального института стандартов и технологий, Мэриленд.
Квантовый стимпанк - это творческий симбиоз квантовой информации и термодинамики. Новое направление в физике обещает произвести революцию в нашем понимании машин и будущего технологий. В качестве бонуса, он может сформировать новое понимание сложных вопросов, таких, как стрела времени или почему мы не можем вспомнить будущее. Издание Big Think публикует краткое изложение беседы.
Марсело Глейзер: Расскажите нам немного о вашем увлечении стимпанком. Это было что-то из вашего детства? Что вдохновило вас заняться физикой?
Николь Юнгер Халперн: Я действительно сталкивалась со стимпанком в детстве, хотя в то время я не знала об этом направлении. К слову, я читала и обожала "Хроники Хрестоманси" Дианы Уинн Джонс и серию "Его темные материалы" Филипа Пулмана, но я не воспринимала их как часть культурного образца. Для меня это были просто очаровательные книги, а очаровательные книги в целом подталкивали меня к физике. Я росла, постоянно читая - дома, на переменах, в ожидании еды в ресторанах - и поэтому привыкала строить и населять миры в своем воображении. Сейчас я строю и населяю миры в своем воображении как физик-теоретик.
Когда вы начали писать о стимпанке, у вас на уме был роман? Как проходил для вас творческий процесс, сочетающий художественную и нехудожественную литературу в необычном, но удивительно увлекательном формате повествования?
Хотя моя книга в основном нехудожественная, каждая глава начинается с фрагмента квантового стимпанк-романа, который живет в моем воображении. В романах стимпанка есть узнаваемые тропы: темные, опасные лондонские улицы; дирижабли и воздушные шары вместо самолетов и автомобилей; смелая, умная девушка, которая отказывается быть скованной ожиданиями общества (и корсетами). Мне понравилась идея поиграть с этими тропами - с подмигиванием и в книге о серьезной науке.
Когда в вашей карьере стало ясно, что вы хотите заниматься квантовой физикой? Какое-то событие, наставник, книга особенно вдохновили вас?
У меня всегда были философские наклонности, и мой школьный учитель метафизики развил эту склонность. Хотя он не понимал квантовую физику, ее парадоксы завораживали его, и он передал это увлечение мне.
В колледже я изучала квантовую теорию через призму курсов физики, философии, математики и истории. Я поняла, что квантовая теория занимает необычную позицию на границе между фундаментальным мышлением и прикладным применением.
С одной стороны, квантовая теория бросает вызов нашему пониманию природы реальности. С другой стороны, квантовая физика используется для разработки нового поколения квантовых компьютеров, датчиков, криптографических систем и многого другого. Я оценила баланс метафизики и ее практического обоснования.
Однако через какую призму я буду изучать квантовую физику после колледжа, было неясно до самого конца - до весны выпускного класса, когда я прослушала курс по истории физики. На этом курсе я работала не покладая рук, многому научилась и получила огромное удовольствие.
Однако, уже сталкиваясь с некоторыми темами на курсах физики, я понимала их более математически и глубоко, чем если бы я проходила курс как студент, не изучающий физику.
Более того, мы затронули темы - например, в физике частиц, - которые я раньше не изучали. Попробовав их, я не могла смириться с мыслью, что никогда не смогу понять их досконально. Поэтому я просто обязана была стать квантовым физиком.
Квантовая информация. Не могли бы вы объяснить это нашим читателям?
Во-первых, что такое информация? По сути, это способность различать альтернативы. Основной единицей информации является бит - количество информации, которое вы получаете, если не отвечаете на вопрос "да-нет", а затем узнаете ответ.
В неквантовом ("классическом") компьютере бит закодирован в транзисторе, который может иметь значение 1 или 0. Чтобы узнать бит, мы можем только "измерить", равно ли значение транзистора 1 или 0.
Основная единица квантовой информации называется "кубитом". Он может храниться, например, в электроне, в любом из бесконечно возможных способов. Так что, в некотором смысле, квантовая информация кодирует гораздо больше возможностей, чем классическая информация.
Как квантовая физика сочетается с термодинамикой для создания квантового стимпанка?
Стимпанк - это жанр литературы, искусства и кино, в котором футуристические технологии населяют викторианскую эпоху. Пока гудят первые заводы, изобретатели в шляпах и очках строят машины времени, дирижабли и автоматы.
Я вижу дух этого жанра в моей области исследований - квантовой термодинамике. Термодинамика, изучение энергии, была разработана в Викторианскую эпоху. Вдохновленные первыми фабриками, мыслители анализировали, насколько эффективно могут работать двигатели - передовая технология того времени.
Сегодняшние передовые технологии включают в себя квантовые системы, которые сильно отличаются друг от друга.
Квантовые системы малого размера, они состоят всего из нескольких атомов или других частиц, и могут вести себя контринтуитивным образом, невозможным для обычных объектов.
Ученые и инженеры используют это контринтуитивное поведение для создания квантовых компьютеров, которые смогут в считанные минуты решить некоторые проблемы; на решение современными компьютерами ушли бы многие годы.
Поэтому мы должны переосмыслить викторианскую теорию термодинамики для 21 века - и выяснить, насколько эффективно могут работать квантовые двигатели! Эту смесь викторианской термодинамики и футуристических квантовых вычислений я называю квантовым стимпанком.
Похоже, вы твердо верите в то, что квантовые вычисления изменят мир. Почему? Не существует ли серьезных технологических барьеров для реализации алгоритмов квантовых вычислений? Существуют ли ограничения на виды проблем, которые могут решать квантовые компьютеры? Или эти препятствия были решены благодаря недавним открытиям?
По правде говоря, я больше взволнована квантовой теорией информации - математическим и концептуальным инструментарием, частично вдохновленным перспективами квантовых компьютеров, - чем самими квантовыми компьютерами.
Квантовая теория информации изменила наше понимание квантовых систем - от молекул до материалов и черных дыр, которые мы теперь анализируем через то, как они хранят и манипулируют информацией.
Квантовая теория информации привела к открытию новых фаз материи; прогрессу в решении информационного парадокса черной дыры, поставленного Стивеном Хокингом; и переформулированию термодинамических законов, которые охватывают малые, квантовые и информационно-процессорные системы.
Каковы некоторые из текущих проблем в области квантовых вычислений?
Квантовые системы хрупки и легко исчезают. Если любая шальная частица приближается к квантовому компьютеру - даже если стол, на котором стоит компьютер, вибрирует - компьютер "отвлекается" и "забывает" информацию, которую он должен хранить, внося ошибку в вычисления.
Удержание всех компонентов компьютера в сфокусированном состоянии в течение длительного времени - вот главная задача сегодняшнего дня. Чтобы решить эту задачу, экспериментаторы и инженеры начинают использовать квантовые коды коррекции ошибок, которые теоретики разработали за последние несколько десятилетий.
Если бы вы могли решить одну проблему в физике, что бы это было?
Проблема измерения - один из увлекательных квантовых парадоксов, упомянутых выше. Квантовая система имеет характер, похожий на Джекила и Хайда: она ведет себя одним образом, когда ее не измеряют и совершенно иначе, когда ее измеряют. Как мы можем примирить эти два облика? Было предложено много решений, и у них есть свои сторонники, но они также имеют свои проблемы.
-
«Fashion-ритейл: 100 секретных вопросов об управлении», Юлия Вешнякова
В этой книге подробно разобраны вопросы и проблемы, которые волнуют руководителей fashion-компаний и магазинов одежды. Она состоит из пяти глав: «Ассортимент», «Финансы», «Маркетинг», «Продажи» и «Персонал», так что вы без труда сможете найти информацию, которая будет актуальна лично для вас.
Несмотря на то что здесь разбираются проблемы fashion-индустрии, книга будет полезна и для руководителей компаний из других областей. Главная задача — это рост управленческой зрелости предпринимателей, и при грамотном анализе советы, данные автором, можно применять и в других сферах бизнеса.
«Ножницы: как угробить дизайнерский бизнес. 43 вредных совета», Ирина Федорченко
Истории успеха — популярный жанр в бизнес-литературе. Вдохновиться примером того, у кого все получилось, поверить в свои силы и отправиться сворачивать горы — очень соблазнительный путь. Однако не менее, а, возможно, и более полезными бывают истории провалов. Тому, кто собирается развивать собственный бизнес, важно изучить и подробно проанализировать ошибки своих коллег. Ошибки новичков, как правило, совпадают на 90 %.
Автор книги Ирина Федорченко вместе с лучшей подругой создавали собственную fashion-марку. В книге она честно рассказывает о том, почему у них не получилось. Вы узнаете о специфике работы с друзьями, решениях, принятых на эмоциях, недостатке управленческого опыта и многом другом, что, возможно, заставит задуматься и лишний раз взвесить собственные силы.
«Успешный врач. Как сделать пациента здоровым, а доктора счастливым», Ольга Берестова
Между врачами и пациентами существует большое взаимное недоверие. Пациент, с одной стороны, боится, что врач ничего не объяснит, а с другой, — что станет навязывать ненужные дополнительные услуги, чтобы «выкачать» деньги. Доктора же в свою очередь порядком устали от всезнающих пациентов, которые уже успели нагуглить с десяток симптомов и поставить себе диагноз.
Подобные проблемы решаются исключительно благодаря навыкам коммуникации, ну и, конечно, профессионализму врача. Расположить к себе собеседника важно не только бизнесмену, продавцу или банкиру. Любой специалист, работающий с людьми, должен быть достаточно хорошим психологом на бытовом уровне.
На примере взаимодействия врача и пациента автор рассказывает о коммуникативных навыках, которые помогут доктору наладить честные и доверительные отношения с пациентами, и сделать свою практику более успешной. Несмотря на обилие врачебных реалий, все советы можно адаптировать под себя и использовать для достижения целей в своей сфере.
«Retailing для русскоговорящих: управление предприятием розничной торговли», Максим Тверской
Владельцу любого бизнеса важно знать правила торговли, ее принципы и философию. Даже если мы ничего не производим и не продаем, мы все равно являемся участниками торгового процесса. Бухгалтер, стоматолог, преподаватель музыки продают свои услуги и, конечно же, делают покупки. И понимание того, как все устроено, очень упростит жизнь любому специалисту.
Предприниматель с тридцатилетним стажем Максим Тверской рассказывает о том, как устроена торговля в России, как найти собственный продукт, сформировать ассортимент, организовать продажи, наладить долгосрочные и гармоничные отношения с покупателями, и делится другими секретами, которые будут полезны как владельцу сети гипермаркетов, так и хозяину крошечного онлайн-магазинчика.
«Тонкие настройки руководителя. Путеводитель по развитию SOFT SKILLS», Марина Киселева
Профессиональные навыки в каждой сфере деятельности уникальны. Чтобы их получить, нужно окончить университет или профессиональное училище. Однако есть качества и умения, которые не преподают в университетах, которым приходится учиться на собственном опыте в течение всей жизни и которые совершенно необходимы для того, чтобы построить успешную карьеру, особенно на руководящих позициях. Это так называемые мягкие навыки, или soft skills. К ним относятся осознанность, коммуникативность, лидерские навыки, креативность и многие другие.
Безусловно, одно только чтение книги не поможет в совершенстве овладеть мягкими навыками, так как они прокачиваются в течение всей жизни. Но вы сможете понять, на какие именно стороны своей личности необходимо обратить более пристальное внимание, выработать полезные привычки и выстроить четкий алгоритм для достижения целей.
В отличие от обезьян, у людей более разнообразные лица. Но почему так произошло и чему мы обязаны своей индивидуальностью?
По сравнению с нашими ближайшими живыми родственниками — шимпанзе, — наши лица более втянуты и «интегрированы» в череп, а не расположены перед ним, как у обезьян. В этом изменении виноваты, в основном, два фактора:
- Диета. У некоторых ранних гоминидов были сильные мышцы для жевания, так что они могли есть твердую пищу. Их лица были плоскими. В то же время переход от охотников-собирателей к поселенцам совпал с изменениями в лице — оно стало меньше.
- Климат. Неандертальцы приспособились к жизни в холодном климате благодаря своим большим носовым полостям. Они позволяли им лучше нагревать и увлажнять вдыхаемый воздух. В результате их лица изменились: центр переместился вперед, что более очевидно в середине лица (вокруг и под носом).
Улучшение социального общения привело к тому, что лицо стало меньше, а лоб — менее заметным. Это позволило нам использовать более тонкие жесты и улучшить невербальное общение. Это доказывает тот факт, что у шимпанзе не так много выражений лица, как у нас.
Как эволюция изменила наши лица
Форма лица гораздо более подвержена изменениям по сравнению с другими частями тела. Кроме того, гены, связанные с его структурой, более разнообразны, чем ДНК в других частях тела. Исследователи из Калифорнийского университета, основываясь на этих данных, пришли к выводу, что эволюция сыграла большую роль в разнообразии нашей внешности.
Когда они сравнили ДНК современного человека, ДНК неандертальца и денисовского человека, оказалось, что 2 гена (один связан с расстоянием между подбородком и переносицей, а другой — с формой носа) имеют сходные уровни вариабельности. Это означает, что изменения в лице в процессе эволюции происходили постоянно.
Например, возьмем гипотетический ген, кодирующий либо большой, либо маленький нос, в зависимости от вариации ДНК. Если бы длинный нос был вреден, то со временем он бы исчез. Но если его полезность зависит от контекста окружающей среды, то в геноме останутся как длинные, так и короткие варианты, что приведет к более разнообразному набору генов.
Кроме того, эта индивидуальность в лице могла появиться из-за необходимости идентифицировать друг друга, что важно для социализации. Вы можете увидеть это на примере бумажных ос. Они полагаются на свои отличительные черты внешности, чтобы идентифицировать друг друга. Это помогает им понять принадлежность сородича к той или иной иерархической группе.
Чтобы быстро набрать мышечную массу, важно понимать, как работают эти ткани и как они растут. Тогда вы сможете построить свой образ жизни так, что он будет благоприятствовать росту мышечной ткани
Существует 3 основных вида мышц:
Гладкие расположены во внутренних структурах организма, таких как кишечник, кровеносные сосуды и другие. Это непроизвольные мышцы, потому что мы не можем сознательно управлять их движениями
Сердечные представляют собой непроизвольные поперечнополосатые мышцы, составляющие основную ткань сердца.
Скелетные — это поперечнополосатые мышцы, прикрепленные к костям. Они позволяют нам двигаться.
Интересно, что все виды мышц имеют один и тот же состав, хотя их функции различны. Каждая мышца состоит из эластичной ткани, которая, в свою очередь, состоит из десятков тысяч волокон. В среднем каждая мышца связана с 50-200 двигательными нейронами. Мозг посылает им электрический сигнал, который приводит к их сокращению.
Как растут мышцы и как им помочь
Во время тренировок клеточные белки в мышцах повреждаются. Это событие активирует клеточный процесс, который восстанавливает мышечное волокно, заставляя его расти. На самом деле это гораздо более сложный молекулярно-биологический процесс. Он приводит к тому, что мышечный белок синтезируется быстрее, чем разрушается.
По сути, рост мышц — это биологическая попытка организма восстановить или заменить мышечное волокно, поврежденное в результате интенсивных тренировок. Благодаря слиянию клеток-сателлитов (внутри мышечных волокон) и самих мышечных волокон площадь поперечного сечения мышц увеличивается и происходит гипертрофия мышц.
Во время тренировок передняя часть гипофиза выделяет гормон роста. Чем интенсивнее тренировка, тем больше вырабатывается гормона. Этот гормон активирует процесс превращения жиров в энергию, необходимую для роста, и доставляет аминокислоты к белку скелетных мышц.
Согласно исследованиям, чтобы ваши мышцы росли, вам нужно употреблять от 1,6 до 2,2 грамма белка на 1 кг массы тела каждый день вместе с тренировками. Вы также должны есть углеводы и жиры, если хотите увеличить свою мышечную массу. Организм также нуждается в глюкозе, минералах, электролитах, кальции, магнии, калии, натрии и других питательных веществах.
Еще одним важным фактором является хороший сон. Недосыпание замедляет синтез белка и препятствует восстановлению мышц после физической нагрузки, что приводит к снижению мышечной массы.