физика в сериале "LOST"

Четвертый сезон популярного сериала "Lost" (история о выживших после авиакатастрофы над загадочным островом) как никакой другой сезон, похоже больше всего претендует на раскрытие темы "физики". Ну если не раскрытием темы, то включением в сценарий еще более пространных физических явлений, он точно заметно отличается от предыдущих сезонов. Уже то, что на остров попал физик Дэниель Фарадей (см.снапшот)(Оксфордский университет, факультет физики Королевского общества) говорит о чем-то интересненьком. В четвертом сезоне снова встреча с непонятным монстром в виде облака дыма, далее нас ждет путешествие во времени и в пространстве. "Лоренц-инвариантность" - серьезно заметил переводчик запись в дневнике физика. На этом физика пожалуй закончилась.
Естественно, что столько загадок не могут не повлечь за собой бурное обсуждение блоггерами, инженерами, физиками и просто хорошими людьми проблем, возникших на загадочном острове.

Здесь например предлагают теорию, которая многое объясняет :
http://www.magiclamp.org/index.php/lost-theories/a-theory-about-lost/

Здесь "придираются" к спутниковому телефону, появившемуся в четвертом сезоне:
http://www.popularmechanics.com/blogs/science_news/4247879.html?series=6

На эти ссылки я вышел через заметку в Popular Mechanics с названием Debunking Lost's Science: Hollywood Sci-Fi Behind the Scenes. Оказывается исполнительные продюссеры были вдохновлены ни чем иным, как предстоящим запуском LHC и всякими там сказками про черные дыры и путешествие во времени, которыми оброс в широких массах проект знаменитого коллайдера. Это всё конечно интересно. Значок Дармы и профиль одного из элементов LHC действительно похожи.

Я лично думаю, что фильм настолько закрутили, что объяснения этих удивительных вещей ждать не приходится, даже к концу сериала (2010 г.). Хотя создатели говорят, что, например, сущность облачного монстра будет объяснена в последних эпизодах. Будем ждать. Ну в любом случае, явления в фантастическом фильме не обязательно должны быть объяснены, иначе сценаристы ограничивались бы более скучными вещами. Ждем новых серий.

Интересный факт из истории

А Вы знали что уравнение Клейна-Гордона (или уравнение Клейна-Гордона-Фока) было получено впервые Шредингером?

From "Quantum mechanics. An introduction" (Greiner W.):

In December, 1925 he (Schrodinger) defined the Klein-Gordon equation
and later, in January 1926, he invented the Schrodinger equation, which describes, in nonrelativistic approximation, the atomic eigenvalues.

From http://en.wikipedia.org/wiki/Klein-Gordon_equation :

The Klein-Gordon equation was first considered as a quantum wave equation by Schrödinger in his search for an equation describing de Broglie waves. The equation is found in his notebooks from late 1925, and he appears to have prepared a manuscript applying it to the hydrogen atom. Yet, without taking into account the electron's spin, the Klein-Gordon equation predicts the hydrogen atom's fine structure incorrectly, including overestimating the overall magnitude of the splitting pattern by a factor of 4n/(2n-1) for the n-th energy level. In January 1926, Schrödinger submitted for publication instead his equation, a non-relativistic approximation that predicts the Bohr energy levels of hydrogen without fine structure.
In 1926, soon after the Schrödinger equation was introduced, Fock wrote an article about its generalization for the case of magnetic fields, where forces were dependent on velocity, and independently derived this equation.

План работ

Сегодня утром приблизительно набросал для себя план по прочтению и разбору книг для достижения хоть какой-то серьезной компетенции в теории ядра. Не обязательно, что книги должны быть прочитаны именно в такой последовательности, и конечно же вполне вероятно что план придется корректировать.

Как известно, любой план формируется в строгих временных рамках. Сделать всё это я собираюсь до окончания магистратуры, очень не похоже на правду, тем более что кроме этих курсов для получения настоящих знаний теории необходимо разобраться в большом количестве статей и различных монографий, и кроме этого есть еще несколько вопросов, которые я должен решить до окончания магистратуры. Но в то же время, это крайне необходимо. И еще, курс теор.физики Гринера (Greiner) выглядит довольно последовательным и основательным. Не знаю как дело обстоит с более продвинутыми томами, но, например, Введение в квантовую механику - очень подробная и основательная книга.

Прошу оставлять комментарии с советами и сомнениями. А я попытаюсь периодически отчитываться в блоге о том, как идут дела. По состоянию на сегодняшний день - я где-то в первой половине Введения в квантовую механику - многое вспоминается, но и не понятых ранее моментов очень много, вот с ними сейчас и нужно разбираться.

PLAN:
(must be finished before master course graduation)

Theoretical physics:
1) Quantum mechanics. An Introduction. Greiner W. (EN)
2) Quantum mechanics. Symmetries. Greiner W. (EN)
3) Relativistic Quantum mechanics. Greiner W. (EN)
4) Quantum electrodynamics. Greiner W. (EN)
5) Field quantization. Greiner W. (EN)
6) Nuclear models. Greiner W. (EN)
7) Quantum chromodynamics. Greiner W. (EN)

General physics:
1) An Introduction to Nuclear and elementary particle Physics. Das and Ferbel. (EN)
2) Introduction to elementary particles. Griffiths D. (EN)

Mathematical courses:
1) The Course of Higher Mathematics.Smirnov V.I. Vol.2 (RU)
2) The Course of Higher Mathematics.Smirnov V.I. Vol.3 (RU)
3) The Course of Higher Mathematics.Smirnov V.I. Vol.4 (RU)
4) Methods of Theoretical physics. Morse P., Feshbach H. Vol 1. (EN)
5) Methods of Theoretical physics. Morse P., Feshbach H. Vol 2. (EN)

Reading PhysicsWorld: Еще одно подтверждение ОТО

http://physicsworld.com/cws/article/news/33818

Еще одно блестящее подтверждение получила общая теория относительности. Наблюдение велось за довольно экзотической системой. Две черные дыры, вращающиеся одна вокруг другой, причем в центре находится самая массивная из черных дыр, когда либо обнаруженных. Ее масса составляет 18 миллиардов солнечных масс. Такая система каждые 11-12 лет производит два очень ярких всплеска в оптическом диапазоне. Ученые из Финляндии еще в 1988 году предположили, что эти вспышки происходят в тот момент, когда второстепенная черная дыра проходит через аккреционный диск большой черной дыры.
Аккреционный диск - это образование из газов, которое скапливается в виде вращающегося диска вокруг черной дыры и излучает в рентгеновском диапазоне (на рисунке в статье показан этот аккреционный диск).

Так вот, период обращения второстепенной черной дыры составляет 11-12 лет, поэтому и вспышки происходят с таким периодом. Мне не совсем ясно почему вспышек две (или как пишут outbursts with a double peak structure). Но суть проверки теории не в этом. Используя ОТО ученые попытались смоделировать поведение такой системы и предсказать следующие вспышки. В конце 80-х такое было возможно только с точностью до нескольких недель, что не удовлетворяло исследователей. А к 2007 году после усовершенствования модели максимум свечения предсказали с точностью до одного дня! А именно на 13 сентября 2007 года. Результаты моделирования оказались верными, и теперь это считается самым достоверным доказательством общей теории относительности. Как я понял, уникальность случая состоит в том, что система представляет собой источник очень интенсивного гравитационного поля. На таких объектах ОТО еще не проверялась. Причем гравитационное поле настолько сильное, что прецессия орбиты (та самая прецессия, предсказанная Эйнштейном впервые для Меркурия) составляет аж 39 градусов за один период.
Интересно еще и то, что подтверждение результатов моделирования является еще одним косвенным доказательством того, что подобная система излучает гравитационные волны, потому что если не учитывать потери на это излучение, то модель дает время вспышек на 20 дней позднее чем случилось на самом деле. Причем источник гравитационных волн довольно мощный, поэтому возможно знаменитую ЛИЗУ будут ориентировать на данную систему.
Статья в Nature естественно не в свободном доступе. Но это не значит, что ее нельзя будет прочитать в скором времени.

UPDATE:
Та самая статья из Nature:
http://rapidshare.com/files/112959876/nature06896.pdf.html

Мюррей Гелл-Манн.

Статья в Огоньке «Физика — это скука смертная!» - интервью с Мюрреем Гелл-Манном, которое он дал журналу во время визита в Россию.
Физик, который сделал очень многое в физике, но ею только не ограничивается. Сегодня он занят исследованиями в теории сложности (Complexity theory)(кстати, никакого понятия не имею о том, что это за теория) и некоторыми междисциплинарными вопросами.

А еще случайно обнаружил замечательную популярную лекцию Гелл-Манна на YouTube Murray Gell-Mann: Beauty and truth in physics (16 min). Интересно и с юмором, о том, что такое красота и элегантность физических законов, и с каким овощом физики сравнивают природу.

Гамильтоновы системы и динамический хаос.

Разобравшись более или менее в простом вопросе классической теоретической механики - а именно, в канонических преобразованиях, приводящих к переменным Действие-Угол, вновь перечитал параграф 14 "Гамильтоновы системы" из книги Лоскутов, Михайлов "Введение в синергетику" (скачать можно здесь: http://books.prometey.org/download/15271.html (2.9 MB)).
Если до этого всё там было непонятно по непонятному. То сейчас хотя бы стало понятно, что именно непонятно.
Итак, эффекты динамического хаоса могут наблюдаться в гамильтоновых консервативных системах. Вот какая мысль была для меня особо новой.

В частности, задача Эно-Эйлеса (ученые моделировали движение звезды в среднем поле галактики). Задача свелась к анализу движения частицы единичной массы с гамильтонианом с не очень уж устрашающим видом. Но тем не менее, задача не интегрируема, и решалась она численными методами. (Кстати, считается что гамильтонова система интегрируема только в том случае, если существует преобразование, приводящее к координатам Действие-Угол).

На рисунке из вышеуказанной книги даны отображения Пуанкаре для разных энергий.



И здесь самое интересное. При увеличении энергии система ведет себя всё более хаотично (видно что регулярных кривых становится всё меньше, тогда как количество точек, хаотически разбросанных по плоскости увеличивается) .Более того, дальнейшие исследования показали что и при малых энергиях существуют нерегулярные "случайные" фазовые траектории.
Т.е. гамильтонова система в общем случае имеет нерегулярное решение.

Далее, в параграфе приводится еще один пример. Но там уже используются принципы теории возмущения. Т.е. гамильтониан представляется в виде суммы H(a,J)= H'(J)+ e H''(a,J). Где a, J - переменные Действие-Угол, е - некоторый малый параметр возмущения. Так вот, при увеличении этого параметра, движение становится всё более хаотичным. Но тут уже всё не так просто. Если рассматривать характер деформации регулярных фазовых траекторий в зависимости от е, то здесь приходит на помощь теорема Колмогорова-Арнольда-Мозера, формулировку которой авторы не приводят (формулировку не приводят, не то, что доказательство!), ввиду ее особой сложности. Я лично, уже боюсь и с трепетом буду ждать тех времен, когда можно будет на нее взглянуть без особого риска. Но дальше в параграфе всё не так страшно: В частности, чем система с двумя степенями свободы (n=2) качественно отличается от системы с n>2? Оказывается в случае фазового пространства (в переменных Действие-Угол) с n=2 (или меньше 2) фазовые траектории нерегулярного характера лежат в ограниченной области фазового объема, они как бы пойманы между двумя концентрическими торами. А при n>2 нерегулярные фазовые траектории ничем не ограничены, и образуют т.н. паутину Арнольда. В чем принципиальное различие - в книге объясняется.

Итак, у меня вопрос простой: Получается что, гамильтоновы системы обладают свойствами, которые приводят к динамическому хаосу? А где же детерминированность и прочее, присущее классической картине?

Или вопрос очевиден (вернее, ответ на него), или его формулировка не корректна. В любом случае, мне необходимо просто разобраться с понятием динамического хаоса, и возожно всё или что-то конкретное станет яснее.

Делюсь статьёй. Nature. Song of the electroweak pinguin.

Как связаны пингвины и ассиметрия в распределении вещества и антивещества во Вселенной? Статья в Nature от 20 марта "Song of the electroweak penguin" именно об этом.
На самом деле, "пингвин" - лишь тип диаграммы Фейнмана.

Делюсь статьёй:

http://rapidshare.com/files/102790285/452293a.pdf.html (158 КБ)