donmigel_62: (кот - учёный)

Ученым удалось преодолеть ограничения, накладываемые принципом квантовой неопределенности Гейзенберга

Научная установка


Группе ученых-физиков из университета Квинсленда (University of Queensland), Австралия, произведя высокоточные измерения одновременно нескольких характеристик отдельных фотонов, удалось успешно преодолеть ограничения, накладываемые известным принципом квантовой неопределенности Гейзенберга. Эти новые методы измерений характеристик квантовых частиц могут послужить основой для дальнейшего продвижения вперед технологий квантовых вычислений, квантовых коммуникаций и создания новых типов датчиков различных величин, использующих в своей работе принципы квантовой механики.


Почти столетие назад известный физик-теоретик Вернер Карл Гейзенберг, один из основоположников квантовой механики и лауреат Нобелевской премии по физике 1932 года, определил фундаментальные ограничения по точности измерений характеристик любой квантовой системы, которые получили впоследствии название принципа неопределенности Гейзенберга. В соответствии с принципом неопределенности невозможно одновременно измерить с высокой точность две или больше связанных характеристик квантовой системы, к примеру, скорость и местоположение квантовой частицы. Измерение одной характеристики окажет негативное влияние на значение второй характеристики, что приведет к уменьшению точности измерений.

Научная установка #2


Группе ученых, в состав которой входит Мартин Рингбоер (Martin Ringbauer), студент-выпускник Школы математики и физики университета Квинсленда и автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters, удалось использовать работу Сирила Брэнкиарда (Cyril Branciard) другого ученого из этого же университета. В прошлом году Брэнкиард предложи понятие "отношений неопределенности", которые определяют количественные значения вмешательств измерений одной характеристики в значение второй связанной характеристики квантовой частицы при требуемой точности измерений.

Используя эти "отношения неопределенности", позволяющие компенсировать негативные влияния, исследователи провели совместные измерения некоторых параметров фотонов света, результаты и точность измерений которых впоследствии были подтверждены независимыми измерениями каждого параметра в отдельности.

Ученые считают, что полученные ими экспериментальные результаты уже содержат некоторое количество ответов на давнишние фундаментальные вопросы квантовой механики. "Принцип неопределенности является одной из главных особенностей квантовой механики, которая не очень верно трактовалась до последнего времени" - рассказывает Мартин Рингбоер, - "Теперь у нас имеется новая более полная теория, подтвержденная экспериментальными данными. И, согласно нашему мнению, настала пора переписать некоторые главы учебника по квантовой механике".

http://phys.org/news/2014-02-team-limits-famous-quantum-principle.html
donmigel_62: (кот - учёный)
Археология будущего: *7 институтов, которые опережают время*

© NASA

Археология будущего: 7 институтов, которые опережают время

Первая университетская программа по исследованию будущего появилась в 1975 году, с тех пор изучение грядущего превратилось в новую академическую традицию. Глобальные риски, прикладная футурология, роботы, медиа, критические теории, биодизайн и генетика — T&P выбрали 7 институтов, чьи программы действительно опережают время.

Глобальные риски и возможности

Институт изучения Будущего Человечества

Институт изучения Будущего Человечества — мультидисциплинарный исследовательский институт при Оксфорде. Своей главной целью он ставит решение «величайших вопросов человечества» средствами математики, философии и науки. Институционально-исследовательский центр принадлежит факультету философии и связан с Оксфордской Школой Мартин — и, на первый взгляд, кажется удивительно новаторским для самого знаменитого из традиционных университетов всего мира. Здесь изучают влияние технологий будущего, делая предсказание на 40 или 50 лет вперед, оценивают риски глобальных катастроф, занимаются прикладной эпистемологией и взвешивают все аспекты того обстоятельства, что с помощью технологий и медицины будущего человек станет куда более совершенным.

Ник Бостром

директор Института Будущего Человечества

Мы изучаем вещи, потенциально опасные для выживания разумных существ — есть несколько трендов, которые в будущем могут изменить базовые параметры существования человеческого вида. Также мы оцениваем этические перспективы для изучения этих трендов и решаем мифологические вопросы — например, как в принципе можно подходить к исследованию этих вещей в научном ключе.



Все мы помним старый военный постер, который придумало британское правительство во время Второй мировой войны. Мне кажется, там было написано что-то вроде «сохраняйте спокойствие и продолжайте идти». Андерс Сандберг предложил сделать постер для нашего института, на котором было бы написано «сохраняйте спокойствие и работайте над тем, чтобы снизить экзистенциальные риски». В этом есть серьезный подтекст — что касается работы с угрозой человеческому существованию, паника будет только мешать — к экзистенциальным угрозам нужно относиться серьезно и стараться понять, какие конкретные шаги мы можем предпринять, чтобы снизить эти риски.

Прикладная футурология

Университет Сингулярности

Пять лет назад Университет Сингулярности создал футуролог Рэй Курцвейл, чтобы воспитать специалистов XXI века, которые смогли бы использовать стремительно развивающиеся технологии на благо человечества. В создании университета приняли участие нобелевские лауреаты и корпорации вроде Google. Сегодня учебное заведение поддерживают более 20 компаний и инициатив. Университет Сингулярности принадлежит к исследовательскому кампусу НАСА в Кремниевой долине. Здесь изучают искусственный интеллект, передовую вычислительную технику, биотехнологии и нанотехнологии — а также обращаются к энергетике, экологии, политическому законодательству и этике — всем тем аспектам социальной жизни, которые будут связаны с интеграцией новых технологий в будни человечества. Каждый день здесь придумывают решения для глобальных проблем — например, как накормить население земли в семь миллиардов человек, во сколько обойдется синтез искусственного мяса и каких рисков это будет стоить. Стандартный курс обучения длится 10 недель и стоит 25 000$. За пять лет здесь успело отучиться более 1300 студентов, прошло огромное количество конференций — в том числе и по медицине будущего, 37 конкурсов Глобального Влияния и различные программы в 15 странах.

BGI — Beijing Genome Institute главный институт Китая в области изучения генетики. Институт больше всего напоминает футуристическую научную фабрику и имеет самый большой парк машин по расшифровке генома во всем мире. Главная задача института — по замыслу создателей расшифровать последовательность генома всего живого на нашей планете. В отделе по клонированию здесь производят свиней всех форм и размеров, и понемногу готовятся применять те же технологии и к людям. В исследовательском отделе занимаются, помимо всего прочего, природой интеллекта и пытаются придумать такое лекарство, которое помогало бы успешно сдавать экзамены. Для завершения картины можно сказать, что огромная армия рабочих фабрики — это очень молодые ученые: практически каждый ученый из 3000 человек родился после 1980-го года.

Сингапурский хаб биомедицинской инновации Биополис решил устроить совместную образовательную программу со Стэндфордом, в результате чего получилась междисциалинарная программа в области биодизайна для инженеров, ученых, бизнесменов и финансистов. Главная цель программы — создание и раннее тестирование технологий, необходимых в медицинских целях, а также подготовка инноваций в области здравоохранения для Азии. Участники программы должны вместе найти применение своим базовым научным знаниям в области биодизайна и исследовать их потенциал — например, изучить возможности нанотехнологии, молекулярной биологии и так далее.

Биодизайн — одна из главных тем Стэндфорской инициативы BioX initiative, междисциплинарной программы с участием 500 ученых из разных областей, которые ведут исследования в области химической биологии, биофизики, генетики и протеомики. Первая программа в Стэндфорде стартовала в 2001 году, а в 2010 году была запущена совместная программа с Сингапуром при поддержке сингапурского министерства экономического развития, национального агентства по науке технологии и исследованию и Национального Университета Сингапура. Шесть месяцев программы студенты проводят в Стэндфорде, а еще шесть — в Сингапуре, где учащиеся работают с ключевыми азиатскими установками и пытаются создавать, прототипировать и развивать новейшие биомедицинские технологии.

Самая интересная на свете площадка для тех, кто хочет заниматься роботами и технологиями будущего — Медиалаборатория MIT. Здесь есть отдел, который занимается персональными роботами разного масштаба — от сверхновых в привычных гаджетах и вплоть до гуманоидных. Главная задача многих этих роботов — оказывать долговременную эмоциональную и когнитивную поддержку людям. Самый очаровательный пример — специальный робот для госпитализированных детей, который играет с ними, рассказывает истории и имеет полторы тысячи сенсоров. В лаборатории существует множество отделов с различными видами роботехники и медиа-технологий, и даже отделы, которые занимаются вживлением искусственных воспоминаний в мозг, а также музыкой будущего. Здесь ученые анализируют то, как те или иные музыкальные композиции могут влиять на различные формы восприятия, здоровья, обучения.

Калифорнийский университет Санта Круз устроил исследовательский центр при поддержке НАСА в сентябре 2003 года. В соответствии с заказом НАСА, исследования здесь связаны с информационными технологиями, биотехнологиями, нанотехнологиями, компьютерной наукой, астробиологией и фундаментальной биологией. Исследовательский центр проводит долгосрочные исследования мультидисциплинарных задач НАСА. Здесь, например, проводят исследования биомедицинских технологий для покорения человеком космоса, анализы атмосфер других планет, разработку технологий для спутников и космических кораблей, технологии для поддержания работы в опасных средах, и многое другое.

В исследовательском центре базируется Институт Системного Обучения Systems Teaching Institute (STI) — здесь хотят научить ученых, инженером и преподавателей XXI века. Основная идея НАСА состоит в том, что им нужны ученые и инженеры, которые бы в процессе обучения получали опыт работы — точно так же, как его получают студенты медицинских вузов. Программы создаются в соответствии с реальными задачами НАСА, которыми занимается исследовательский центр — и это помогает студентам одновременно работать над теорией и практикой.

Философия и критическая теория

Global Center of Advanced Studies

Global Center of Advanced Studies появился как реакция на состояние высшего образования в Америке, где большая часть университетских программ превратилась в стандартный набор бизнес-курсов. Взамен этого центр предоставляет базовые знания, которыми должен обладать гражданин свободного и демократического общества — чтобы бороться с бедностью, экологическими кризисами, безработицей и политической нестабильностью. Институт предоставляет широкий обзор тем, включающий критическую философию, изучение медиа, гендерные исследования, теорию литературы, расовые, этнические и культурные исследования, политику, критическую теологию и даже изучение спорта и нейроанализ. Здесь принципиально практикуют дистанционное обучение и воркшопы в резиденциях — сейчас можно послушать курсы о теории после смерти бога , феминизме марксизме и психоанализе, а в самое ближайшее время будут читаться курсы о критической теории и политической экономии.

donmigel_62: (кот - учёный)

Итоги 2013 года в физике и нанотехнологиях по версии sci-lib.com



Продолжая хорошую предновогоднюю традицию, подводим итоги уходящего 2013 года, согласно версии сайта sci-lib.com. .

Наноустройства

Этот год оказался богат на сообщения о разработке новых наноустройств. Причем, научные группы обращали внимание как на дальнейшее развитие уже существовавших концепций, так и на принципиально новые идеи.



Продолжилась доработка элементарных электронных компонент на основе наноструктур, в частности, были предложены новые конструкции электродов, улучшенные схемы транзисторов на основе графена, молибденита, нанотрубок и других наноструктур.



Более того, ученым из Великобритании удалось выявить так называемую «бистабильность» графена, что обещает в будущем создание на основе двумерных кристаллических структур так называемых «бистабильных» логических элементов (логикой работы которых при определенных условиях можно управлять, что недоступно в обычной электронике).

Можно очень долго перечислять новинки, увидевшие свет в этом году. Это и новые датчики (к примеру, сверхбыстрый и высокопроизводительный фотодетектор на основе графена, новый высокочувствительный тепловой и инфракрасный нанодатчик из кремния или магнитометр, созданный на основе углеродных нанотрубок и предназначенный для исследования свойств отдельных атомов и молекул), и ячейки памяти на основе поливинилиденфторида, и оптические процессоры (в частности, для сложения лучей с различными частотными характеристиками), и даже новые источники оптического когерентного излучения, работающие при комнатной температуре. Подобные разработки появлялись в буквальном смысле, как грибы после дождя.


Среди наиболее интересных и перспективных устройств нельзя не упомянуть самый маленький радиопередатчик с частотной модуляцией на основе графеновой наномеханической системы.

Устройство было предложено американскими учеными. Несмотря на его скромные размеры, его работоспособность исследователи смогли проверить с помощью приема сигнала обычным бытовым радио. Чуть ранее на основе того же графена другой группой из США была предложена схема первого гигагерцового генератора. Ее разработчики уверены в том, что своей работой обеспечили недостающее звено в цепочке, необходимой для создания микроволновых устройств на основе графена.

Еще одна перспективная разработка – термогенератор на гибкой подложке из силикона, созданный учеными из Саудовской Аравии и в 30 раз превосходящий по своим параметрам существующие аналоги. Хотя термогенератор имеет вполне зримые размеры, ему прочат большое будущее в питании мобильных устройств и даже медицинских имплантатов.

Надо отметить, если раньше научные группы трудились над созданием какого-то одного единственного элемента, то теперь все чаще появляются работы, где исследователи занимаются клонированием одной хорошей идеи с целью создания более функциональных устройств на чипе. В частности, предлагаются методы, позволяющие создать массив элементов с определенными свойствами. Так, к примеру, в начале года появилось сообщение о том, что исследователям из США удалось разработать самый крупный массив наноантенн на кремниевом чипе.

Несколько работ, всколыхнувших общественность, было посвящено созданию массивов датчиков, близких по своей чувствительности к человеческой коже. Для наглядности в большинстве таких работ в качестве индикации реакции на давление используется свет. В первой работе чувствительным элементом по отношению к давлению являлся специальный полимер; а второй образец был построен на основе идей пьезофототроники. Хотя пока предложенные массивы датчиков и нельзя рассматривать, как полноценную замену кожи, определенно можно говорить о прорыве в этой области, который наверняка подтолкнет дальнейшие исследования и новые разработки.

Еще одну интересную разработку ученых из Германии и Великобритании нельзя в полной мере назвать устройством. Хотя, как мне кажется, она открывает новую сферу применения для наноустройств. С помощью массива наностержней золота научная группа создала самую маленькую в мире голограмму – всего 500 на 500 нм.

Работа интересна не только с теоретической, но и с практической точки зрения. В будущем такие голограммы вполне могут использоваться для эффективного кодирования больших объемов информации.

Наноматериалы

Безусловно, описанные выше удивительные наноустройства не достигли бы такого уровня развития без интенсивной работы ученых над усовершенствованием свойств создаваемых наноматериалов.

В этой области можно отметить одну глобальную тенденцию: если раньше ученые работали над чистыми наноструктурами, то уже не первый год постепенно переключаются на изучение сложных гетероструктур, обладающих оптимальными характеристиками. Часть предложенных структур предназначена для решения строго определенной задачи. К примеру, гетероструктура из кремниевых наночастиц, проводящего гидрогеля и углеродных нанотрубок, созданная учеными из США, вполне может заменить стандартные аноды в литий-ионных аккумуляторах, благодаря тому, что выдерживает более 1000 циклов перезарядки сравнительно большим током. А сложные органические молекулы, разработанные исследователями из Японии, обеспечат большую эффективность эмиссии света в органических светодиодах.

Другие структуры демонстрируют перспективные свойства, благодаря которым может значительно расшириться применение нанотехнологий. Например, совместная группа из США, Германии и Японии предложила доказательства того, что трехстенные углеродные нанотрубки могут быть даже интереснее одностенных, активно изучавшихся до сих пор. А все благодаря тому, что внутренние слои структуры оказываются экранированы от внешнего воздействия.

Нельзя не отметить, что внимание многих ученых было уделено дальнейшему изучению графена, как в чистом виде, так и в сочетании с другими материалами и наноструктурами. Среди опубликованных за год работ хочется отметить различные попытки варьировать электронные и магнитные свойства графена, в частности, за счет объединения с нитридом бора, нитрофениловыми группами, атомами бора и т.п. Надо отметить, что

часть перечисленных работ подтвердила сделанные ранее теоретические предсказания. Все эти сложные гетероструктуры в перспективе помогут разрабатывать новые электронные и оптоэлектронные устройства, в том числе, со свойствами, поддающимися гибкой настройке.

Интересно, что именно в этом году сразу несколько научных групп придали огласке свои работы, в которых они обратили внимание на взаимное движение одних наноструктур относительно других. Трение на микро- и наноуровне изучалось применительно к движению двух нанотрубок (одна в другой) и нанокристаллам внутри нанотрубок. Кроме того, громко заявила о себе работа над общей теорией трения для подобных масштабов.

Естественно, одновременно с наноматериалами активно развиваются и техники их производства. Но если раньше большая часть используемых в экспериментах структур производилась методом «от большого к малому» (когда из крупного объекта каким-то образом получалась одна единственная наноструктура), то теперь все активнее задействуются противоположные методы, например, самосборка структур, которая, к слову, гораздо лучше масштабируется на коммерческое производство. Параллельно разрабатываются способы более чистого производства (например, графена), позволяющего получить материалы с совершенными характеристиками для новых приложений.

Плазмоника

Говоря о наноматериалах и наноустройствах нельзя не отметить активное развитие такого направления, как плазмоника. Пока, правда, данное направление несколько дальше от использования в быту, нежели упомянутые выше простейшие устройства на основе наноструктур. На данном этапе основное внимание ученых сосредоточено на изучении транспорта плазмонов в различных структурах (к примеру, графене или металлических нанопроводах) и поиске оптимальных структур и методик производства для создания новых устройств.

Квантовые вычисления

Этот год не принес нам вестей о создании полномасштабного действующего квантового компьютера. Но благодаря ряду разработок, ученые оказались несколько ближе к его практической реализации. В этой сфере хочется вспомнить четыре работы: две из них касаются самой сути работы квантового компьютера, а еще две – так скажем, обеспечением его деятельности.

Схематическое изображение магнитной ловушки для удержания атомов в квантовом компьютере.

Схематическое изображение магнитной ловушки
для удержания атомов в квантовом компьютере.


Во-первых, исследователям из США удалось создать азот-вакансии в наноалмазах, способные длительное время сохранять стабильный спин электронов, т.е. хранить квантовую информацию дольше 200 мкс (надо отметить, что работа открывает перспективы не только для квантового компьютера, но и в принципе для практического применения азот-вакансий).

С другой стороны, научная группа из Австрии и Германии предложила способ удержания массива атомов, необходимого для работы квантового компьютера (уже по другой принципиальной схеме), с помощью магнитного поля, построенного по определенному шаблону. Ни первая, ни вторая разработка, к сожалению, пока не были опробованы на квантовых вычислениях. Но работы в этом направлении ведутся.

Другие научные группы занимались развитием «вспомогательных» областей. Так ученые из США создали схему для записи и извлечения информации из квантового механического осциллятора, а их коллеги из Китая, Великобритании и Германии получили источник одного единственного фотона на основе квантовой точки.

Альтернативные источники энергии

Помимо темы нанотехнологий, публикации на нашем портале часто поднимали тематику развития альтернативных источников энергии. Условно это развитие можно разделить на три направления: усовершенствование электрохимических ячеек, позволяющих получать из воды водород, дальнейшее развитие солнечных батарей, а также разработка устройств, позволяющих эффективно сохранять полученную из альтернативных источников энергию.

В сфере разработки электрохимических ячеек для расщепления воды (производства водорода) наметилась тенденция постоянного совершенствования существующей технологии. За счет применения альтернативных фотоанодов (к примеру, из кремния, покрытого тонким слоем никеля или наноструктурированного оксида железа) и более эффективных катализаторов (из платиново-никилевых нанокристаллов или атомарно-тонких листов тунгстенита – соединения вольфрама с серой) ученым удалось значительно повысить не только эффективность производства водорода, но и продлить срок службы ячеек. Это необходимо для трансляции научных разработок на коммерческое массовое производство.

Что интересно, в начале года была опубликована работа ученых из США, предлагавших получать водород при помощи простой реакции воды с наночастицами кремния. К сожалению, пока ученые говорили лишь о лабораторных исследованиях. Однако если будет найден способ дешево транслировать эту идею на коммерческие масштабы, это можно будет смело назвать прорывом.

В сегменте солнечных батарей ситуация развивается схожим образом. Главной проблемой до сих пор остается поиск материала, который обеспечил бы эффективное поглощение света и образование пар электро-дырка, а также технологии, которая позволила бы снизить рекомбинацию образованных носителей заряда. Как показывают опубликованные работы, нанотехнологии позволяют частично решать обе проблемы.

К примеру, ученые из Великобритании, Португалии, Кореи и Германии предложили производить батареи из полупроводниковых дихалькогенидов переходных металлов, их коллеги из Швеции и Германии с той же целью применили нанопровода фосфида индия, а группа из США использовала квантовые точки из арсенида галлия (надо отметить, что этим список предложений не ограничивался).

Во всех случаях применяемые гетероструктуры позволяют повысить эффективность преобразования энергии. Увы, как и в случае с электрохимическими ячейками, технологии пока не перешли на коммерческий уровень.

Для альтернативных источников (солнца, ветра и т.п.) актуальны вопросы сохранения запаса энергии на те периоды, когда она не может быть произведена. Таким образом, отдельное направление альтернативной энергетики – разработка хранилищ для энергии. К сожалению, за прошедший год на нашем ресурсе было опубликовано всего несколько работ, посвященных этой интересной теме. В одной из них совместная группа из США и Китая предлагала использовать псевдоконденсаторы из фосфата ванадила, в другой их коллеги из США делали ставку на суперконденсаторы на основе графена и углеродных нанотрубок. А в середине года появились даже весьма необычные расчеты исследователей из Германии, доказывающие эффективность хранения энергии в виде тепла.


Возможно, в будущем году мы еще услышим об этих идеях. Какие из описанных научных идей найдут практическое применение, покажет время.

Пусть новый 2014 год принесет нам больше интересных открытий!

donmigel_62: (кот - учёный)

Идеально круглая форма электрона - ставит под вопрос всю Суперсимметрию?


Исследователи, работающие с Большим адронным коллайдером, расширяют границы физики, сталкивая элементарные частицы – но группа ученых из Йеля и Гарварда пошла другим путем. Они ищут экзотические частицы, работая с электронами, попутно подкладывая мину под некоторые фундаментальные физические концепции. Проведя максимально точное измерение электронов, физики обнаружили: их идеально круглая форма ставит под вопрос всю модель Суперсимметрии.

Суперсимме́трия или симме́трия Ферми — Бозе́гипотетическая симметрия, связывающая бозоны и фермионы в природе. Абстрактное преобразование суперсимметрии связывает бозонное и фермионное квантовые поля, так что они могут превращаться друг в друга. Образно можно сказать, что преобразование суперсимметрии может переводить вещество во взаимодействие (или в излучение), и наоборот.

По состоянию на середину 2013 года суперсимметрия явлась физической гипотезой, не подтверждённой экспериментально. Совершенно точно установлено, что наш мир не является суперсимметричным в смысле точной симметрии, так как в любой суперсимметричной модели фермионы и бозоны, связанные суперсимметричным преобразованием, должны обладать одинаковыми массой, зарядом и другими квантовыми числами (за исключением спина). Данное требование не выполняется для известных в природе частиц. Предполагается, тем не менее, что существует энергетический лимит, за пределами которого поля подчиняются суперсимметричным преобразованиям, а в рамках лимита — нет. В таком случае частицы-суперпартнёры обычных частиц оказываются очень тяжёлыми по сравнению с обычными частицами. Поиск суперпартнёров обычных частиц — одна из основных задач современной физики высоких энергий

Опираясь на нее, физики делают предсказания относительно будущих экспериментов, хотя и знают о ее несовершенствах.


Суперсимметрия – просто лучшая из доступных нам, достаточно близкая к реальности, чтобы выступать в качестве полезного научного инструмента.

Современные физики-теоретики (в ЦЕРНе и других местах) активно исследуют «слабые места» Стандартной модели. Одним важных ее потенциальных дополнений и является гипотеза Суперсимметрии: у каждой элементарной частицы есть суперпартнер, обладающей одинаковой массой, зарядом и другими квантовыми числами, но противоположным спином.

Наблюдая за электронами, именно эти частицы искали участники проекта ACME.

Они измеряли особый тип деформации – электрический дипольный момент. Если бы электроны взаимодействовали с множеством частиц, существование которых предсказывает теория суперсимметрии, их форма менялась бы очень сильно. Они были бы скорее похожи на яйцо, чем на шар.

Но американские ученые не нашли никаких следов деформации: электроны оказались идеальными сферами.

electron2.jpg Рис. 1.

Что это значит?

Отсутствие ожидаемых деформаций говорит о том, что гипотетических частиц просто не существует – и суперсимметрия оказывается «неработающей гипотезой». Или же эксперимент сам по себе прошел с ошибками.

Исследователи настаивают на том, что их наблюдения отличает высочайшая точность. Источником электронов для их эксперимента была полярная молекула моноксида тория, которая увеличивает электрический дипольный момент. Если бы электрон был размером с Землю, то эксперимент обнаружил бы на нем деформацию на уровне человеческого волоса.

Так что гладкие контуры электрона говорят о том, что квантовый «суп» субэлементарных частиц гораздо более причудлив, чем нам кажется.

ExtremeTech









donmigel_62: (кот - учёный)

Стивен Вольфрам: «Приближается что-то большое: самый важный в нашей истории технологический проект»


Вычислительные знания. Символическое программирование. Автоматизация алгоритмов. Динамическое взаимодействие. Естественные языки. Вычислимые документы. Облака. Связанные устройства. Символическая онтология. Выявление алгоритмов. Это все, над чем мы интенсивно работали, годы, создавая Вольфрам/Альфа ( Wolfram|Alpha ), Математика ( Mathematica ), CDF ( Формат Вычисляемых Документов ) и остальное.

Но недавно произошло кое-что удивительное. До нас дошло, как объединить все эти направления и все технологии, которые мы уже создали, чтобы получилось что-то, что выведет нас на абсолютно новый уровень. И мощь того, что у нас получается, не перестает меня удивлять. Одно я уже понимаю точно и ясно — это будет крайне важно как для мира технологий, так и для всех остальных.

С одной стороны — это обширная технологическая сеть, построенная на наших достижениях последней четверти века. С другой стороны — это ментальная конструкция, актуализирующая новое вычислимое представление мира. Но также — это система с практическим применением, базис для фонтанирующего разнообразия невероятно полезных новых продуктов и сервисов.

Должен признаться — я не замечал того, что грядет. Да, постепенно, с годами, я все больше осознавал, чего же позволяют добиться разработанные нами парадигмы. Но что меня по настоящему накрыло — так это то, какого захватывающе-высокого уровня унификации мы достигли. Когда, вдруг, становится ясно, что все, чего мы добились за последние 25 с лишним лет — было лишь только первыми ступеньками на пути к чему-то гораздо большему и гораздо более важному.

У меня не получится объяснить всего в этой статье (будем надеяться, что нам не придется ждать так долго, как в случае с книгой «Наука Нового Типа» ( A New Kind of Science )). Но меня распирает от того, что я уже могу поделиться с вами тем, что происходит. Причем в ближайшие месяцы я надеюсь и рассказать о некоторых невероятных вещах, над которыми мы сейчас работаем, и сделать их широкодоступными.

Трудно предвидеть конечные последствия наших усилий. Но начинаем мы с того, что собираемся предоставить способ внедрения интенсивных вычислений и знаний во все вокруг, обеспечить универсальный доступ для людей, программ, машин, таким образом, который позволит им взаимодействовать на гораздо более тесном и высоком уровне, чем когда-либо.

И ключевой строительный элемент всего этого — то, что мы называем Языком Вольфрам ( Wolfram Language ).



В каком-то смысле Язык Вольфрам вынашивался внутри Mathematica более 25 лет . Это язык Mathematica, и CDF, и язык, который использовался для создания Wolfram|Alpha. Но теперь, значительно расширенный и унифицированный с базой знаний Wolfram|Alpha — он выходит на сцену самостоятельно, готовый стать центром поразительной плеяды новых разработок.

Мы называем его Языком Вольфрам потому что это язык. Но это новый, другого типа язык. Это общецелевой язык основанный на знаниях, абсолютно по новому покрывающий все виды вычислительных задач.

На свете существует достаточно много компьютерных языков общего назначения. Но у них очень отличающийся и, в каком-то смысле, более скромный подход, чем у Языка Вольфрам. Они сосредоточены на управлении структурой программ, стараясь сохранить достаточно узкие рамки для самого языка и полагаясь на сеть внешних библиотек, обеспечивающих дополнительную функциональность. В случае с Языком Вольфрам, с самого начала, моя концепция заключалась в том, чтобы создать единую, тесно интегрированную систему, в которой как можно больше всего включено в сам язык.

Итак, в Язык Вольфрам, встроенные прямо в язык, сразу заложены возможности и по выводу графов, и по обработке изображений, и по созданию пользовательского интерфейса, да и по всему, что угодно. Там, внутри, огромная сеть алгоритмов (на текущий момент самая большая из когда-либо собранных), многие из которых были изобретены нами. И еще, там же, тысячи аккуратно спроектированных функций, предназначенных для использования этих алгоритмов, выполняющих операции настолько автоматизировано, насколько это возможно.

Несколько лет я вкладывал огромные усилия в проектирование этого языка, стараясь сделать так, чтобы различные части подходили друг к другу самым гладким, из всех возможных, способом. Так, чтобы было очень просто объединить вот этот анализ данных вон с той генерацией документа, еще и применяя, кое-где, математическую оптимизацию, например. Я очень горд результатами — и я знаю — в последние несколько лет, для достаточно большого количества людей, этот язык уже доказал свою впечатляющую эффективность.

Но сейчас мы имеем даже больше благодаря тому, что интегрировали все знания, данные, и алгоритмы встроенные в Wolfram|Alpha прямо в язык. Так, в каком-то смысле, внутри Языка Вольфрам, мы получили полную вычислимую модель мира. Да, теперь становится тривиальным написание программы, которая использует последние биржевые расценки, рассчитывает следующий прилив, генерирует карту улицы, показывает изображение заданной модели самолета, или делает несметное количество других вещей.

Мы также получили произвольной формы, естественный язык для Wolfram|Alpha. Таким образом, когда нам нужно указать дату, или место или песню — мы запросто можем сделать это на родном языке. Мы можем, даже, используя только лишь язык человеческого общения, начать строить программы.

Тут много составных частей. Получается достаточно большая матрица всяких штук:

habrahabr-wolfram-2.png

Но что действительно примечательно — так это то, как все собирается в единое целое.

В какой-то степени это результат невероятного количества работы (и дисциплины) вложенной нами в процесс проектирования за последние двадцать пять с лишним лет. Но есть еще кое-то. Это фундаментальная идея, заложенная в самой основе Языка Вольфрам: идея символического программирования, идея представления всего через символические выражения. Слишком постепенно, на протяжении десятилетий, до меня доходило какая же это мощная идея. Что вот он — полностью обобщенный и единообразный способ представления всего, где каждый уровень сразу и неприметно становится доступным для обработки.

Это может быть массив данных. Или часть изображения. Или алгебраическая формула. Или сеть. Или периоды времени. Или географические координаты. Или пользовательский интерфейс. Или документ. Или кусок кода. Все это просто символические выражения, которые могут сочетаться и управляться абсолютно единообразным способом.

Однако Язык Вольфрам — это не просто основа для создания окружения из этого разнообразия. Прямо в языке, для каждого случая, содержится необъятный, отборный набор контента и знаний. Не важно, будут ли это разного вида визуализации. Или геометрические построения. Или актуальные социо-экономические временные ряды данных. Или пользовательские интерфейсы различных видов.

Конечно, я понимаю, что подобные объяснения не могут донести суть символического программирования. Каждый должен попробовать сам. Убедиться, какую невероятную мощь дает возможность относиться к коду как к данным, или возможность запрятать небольшие программы в частях изображений, документов, или в массиве данных. Или возможность размещения картинки, или элемента интерфейса напрямую в коде программы. Или получение фрагментов любой программы, способных к немедленному самостоятельному исполнению и несущих свой собственный смысл.

В большинстве языков есть четкое разделение между программами, данными и выводом. В Языке Вольфрам не так. Тут все абсолютно гладко. Данные становятся алгоритмическими. Алгоритмы становятся данными. Нет необходимости в разграничении кода и данных. Все становится, по сути, описательным, и, по сути, интерактивным. Появляется новый уровень совместимости, и, в то же время, новый уровень модульности.

Так что это все значит? Идея универсальных вычислений подразумевает, что, в принципе, любой компьютерный язык может делать то же самое, что и все остальные. В принципе, но не на практике. На самом деле — любой серьезный опыт использования Языка Вольфрам разительно отличается от случаев с другими языками. Просто потому, что в нем так много всего уже есть и сам язык уже готов для выражения так многого об этом мире, нам становится неизмеримо проще добиться реальных результатов и функциональности.

На протяжении многих лет я уделял большое внимание автоматизации. Так, что там, где это вам может понадобиться, Язык Вольфрам сделает все автоматически. Будь это поиск оптимального алгоритма; или выбор наиболее эстетичного внешнего вида; или эффективность параллельных вычислений; или распознавание семантического значения какого-то куска данных; или, если уж на то пошло, предсказание вашего следующего пожелания. Или понимание того, что вы сообщите ему на естественном языке.

И вот только достаточно недавно я обнаружил, что у нас тут есть еще один уровень. Тот, где приходится иметь дело с актуальным распространением программ, связями между программами и устройствами и т.п. Видите ли, как и все остальное, вы можете описать инфраструктуру для развертывания ПО символически — так, например, чтобы сами структура и деятельность облака стали данными, которыми может оперировать ваша программа.

И это не просто теоретическая идея. Благодаря бесконечным слоям инженерных решений, разработанным нами за эти годы, благодаря массивной автоматизации, это абсолютно реально и очень впечатляюще. Язык Вольфрам готов к непосредственному описанию своего собственного развертывания. Будь то немедленное создание API, или публикация интерактивной веб-страницы, или создание мобильного приложения, или сбор данных из сети встроенных программ.

Но что еще важнее, он может абсолютно прозрачно делать это и на настольных компьютерах, и в облаках, и на мобильных, и на корпоративных платформах, и во встроенных системах.

Достаточно удивительная вещь — наблюдать, как все это заработало. И как это способно создавать маленькие программки, которые распределяют вычисления по разным системам такими способами, которых никто и никогда и представить не мог.

Сейчас для нас настало невероятно плодотворное время. В каком-то смысле, мы получили новую парадигму для вычислений, и теперь мы каждый день придумываем новый способ для ее применения. Это радует, но, в то же время, немного дезориентирует. Потому что так много стало возможно, возможно в результате уникальной конвергенции различных технологических направлений, которые мы так долго разрабатывали.

Начиная с Языка Вольфрам, со всеми его встроенными вычислениями и знаниями и способами представления вещей, и заканчивая нашей Универсальной Системой развертывания, мы получили новый вид универсальной платформы необычайной мощности. И часть общей задачи, теперь — найти наилучший способ эту мощь обуздать.

В последующие месяцы мы выпустим в свет серию продуктов, поддерживающих специфические пути использования Ядра Вольфрам и Универсальной Платформы, появившиеся благодаря нашему языку и системе развертывания.

Так у нас будет Программное Облако Вольфрам, которое позволит создавать системы на Языке Вольфрам и тут же публиковать их через API, или обычное приложение, или что-нибудь еще. Или развернуть их в частном облаке, или, например, через Интерфейс Вызова Функций, разместить их автономно в настольных и встроенных системах. И до ненормально коротких сроков сократить путь от появившейся идеи до полностью развернутой реализации.

Появится Научно-информационная Платформа Вольфрам, которая позволит подключиться к любым источникам данных, потом применить к ним автоматизацию из Wolfram|Alpha Pro, потом отобрать и подправить программы на Языке Вольфрам, чтобы исследовать эти данные, ну а потом, используя CDF, через интерфейсы приложений или что-нибудь еще, настроить автоматическое, по расписанию, генерирование отчетов.

Будет у нас и Издательская Платформа Вольфрам, которая позволит создавать документы, вставлять в них интерактивные элементы при помощи Языка Вольфрам и его произвольной грамматики, а потом, используя что-нибудь вроде Облачного CDF, и разместить в сети эти документы, которые будут у нас изначально интерактивны в любом веб-браузере/на мобильных платформах, благодаря поддержке технологии Облачных Приложений Вольфрам.

А еще мы сможем сильно развить Mathematica. Ну, к примеру, у нас будет Mathematica Онлайн, где весь сеанс Mathematica будет выполнен в облаке и через веб-браузер. И на настольных системах мы получим бесшовную интеграцию с Облаком Вольфрам, что даст нам такие штуки, как перманентное символическое хранилище и легкодоступные масштабные параллельные вычисления.

И будет у нас еще очень многое, список пугающе длинный.

Или вот еще пример: так же, как мы управляем всеми видами данных и алгоритмов, мы можем управлять и устройствами и связями между ними. И вот, в Языке Вольфрам у нас будет встроенный механизм общения с очень широким спектром устройств. А при помощи нашей Платформы Встроенных Вычислений Вольфрам, мы сможем запустить Язык Вольфрам на встроенных системах любого сорта, налаживать общение между устройствами, облаками, и т.д.

В центре всего оказывается Язык Вольфрам и мы собираемся сделать его настолько доступным каждому, насколько это возможно.

Язык Вольфрам отлично подходит в качестве первого изучаемого языка (мы уже провели несколько успешных экспериментов в этой области). И мы планируем создать Учебную Площадку, которая позволит каждому начать освоение языка, а через Программное Облако, даже создать какие-нибудь библиотеки и тому подобное, бесплатно.

Мы также занимаемся разработкой Платформы Создания Курсов Вольфрам, которая значительно автоматизирует весь процесс, от создания плана до реализации всех элементов онлайн-курсов, и позволит разместить их в облаке, да так, чтобы студенты тут же получив доступ к Песочнице Вольфрам, могли бы исследовать материал курса, делать упражнения и все остальное. И, конечно, так как все это основано на нашей единой платформе, данные полученные в ходе выполнения заданий, например, могут сразу же передаваться для анализа в Научно-информационную Платформу Вольфрам.

Я очень взволнован тем, какие возможности у нас открываются. Как только Язык Вольфрам разойдется по всем этим разным местам, у нас начнут расти и расти возможности по единому символическому представлению всего. Вычисления. Знания. Содержимое. Интерфейсы. Инфраструктура. И все компоненты наших систем смогут общаться с полной семантической точностью, обмениваясь символическими выражениями Языка Вольфрам.

Точно так же, как размываются границы между данными, сущностями и кодом, так же будет исчезать разница между программированием и простым вводом. Все станет доступным для программирования широкими слоями населения — или напрямую через Язык Вольфрам, или просто при помощи произвольного, человеческого, языка.

Было время, когда компьютеры можно было считать, в каком-то смысле, обнаженными — просто процессор и все. Но потом появились операционные системы. Потом различные языки и прикладные программы. То, что у нас появилось сейчас — это огромная следующая ступень такого развития. Все потому, что с Языком Вольфрам мы на самом деле можем вложить в наши компьютеры огромный урожай текущих знаний о вычислениях и о мире.

Если мы собираемся создать что-то вроде глобального разума, используя для этого все наши объединенные компьютеры и устройства — тогда Язык Вольфрам — самый естественный для этого язык. Язык символически представляющий и мир и то, что может быть создано через вычисления. И, что особенно удобно, эффективный и понятный как для людей, так и для компьютеров.

Основой всего этого послужили десятилетия потраченные на Mathematica, Wolfram|Alpha и «Науку Нового Типа». Но то, что происходит сейчас — это что-то новое и неожиданное. Фактически, это возникновение действительно нового уровня вычислений, возможных благодаря Языку Вольфрам и всему с ним связанному.

В данный момент я могу разглядеть только ранние стадии того, к чему это все может привести. Зато уже сейчас могу сказать, что то, что происходит, является нашим самым важным из когда-либо осуществлявшихся технологических проектов. Впереди еще много работы, но ведь как невероятно удивительно видеть, как все это разворачивается. И мне уже не терпится побыстрее перейти от «скоро на экранах» к реальным системам, которые люди смогут начать использовать повсюду…

Cтатья является переводом оригинального поста Стивена Вольфрама в его личном блоге


Ссылки по теме:

На Википедии:

habrahabr.ru

Profile

donmigel_62: (Default)
donmigel_62

March 2014

S M T W T F S
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 1819202122
23242526272829
3031     

Syndicate

RSS Atom

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags