Что интересного происходит в науке Голосов: 1 Адрес блога: http://igorivanov.blogspot.com/ Добавлен: 2008-05-17 13:57:21 блограйдером Lurk

Только, пожалуйста, попроще!

2016-03-07 04:45:00 (читать в оригинале)

Когда рассказываешь какую-то тему неспециалистам, то часто просят: только, пожалуйста, рассказывайте попроще! Это может быть лекция для школьников, — и тогда так просят учителя, которые очень беспокоятся, что дети ничего не поймут, — или обзорный семинар про тот же коллайдер для физиков, но из других областей. И хоть люди понимают, что, раз я вызвался рассказывать неспециалистам, я постараюсь адаптировать для них, но всё равно часто не могут удержаться и просят. Ну и, признаться, я сам, когда организую семинар и зову кого-то рассказать о теме, совсем далекой от интересов группы, тоже иногда не могу удержаться от такой же просьбы.

Это, конечно, вполне понятно и естественно. Забавно здесь то, что часто, когда люди просят упростить, они не ставят никакого ограничения снизу. Даже когда уверяешь, что вначале будет очень просто, они все равно заранее опасаются, что я с места в карьер сразу начну говорить заумные вещи, и никто ничего не поймет.

У меня тут был поразительный пример.

никакого отклика. К счастью, такие семинары происходят нечасто, но когда они случаются, они оставляют долгоживущее впечатление.

Самый яркий пример, который я видел, это когда один аспирант-теорфизик в целях обкатки своего доклада рассказывал тему своего диссера группе экспериментаторов. Уже само название их, конечно, вгоняло в уныние, там были tensor networks и matrix product states. Поэтому товарища слёзно попросили сделать доклад максимально простым, для экспериментаторов. Он сказал, что да, будет понятно, он всё максимально упростил. ОК, поехали. Титульный слайд, оглавление, и вот введение, первый слайд, первая же строчка: «Пусть H — гильбертово пространство...». Всё, приплыли, через несколько секунд взгляд практически у всех экспериментаторов окуклился. Потерять аудиторию за считанные секунды — это мастерство.

---

Научная работа и популяризация

2016-03-02 04:26:00 (читать в оригинале)

На Днях науки Красноярского края, 2015 год. Фото Константина Петрова.

В фейсбуке Антон Чугунов поделился ссылкой на статью Академическая карьера VS популяризация науки, перевод недавней статьи в Journal of Neuroscience. Там обсуждается вопрос о том, какую роль играет популяризация в работе ученого. Мешает она или не мешает, вредит или помогает, как для самой науки, так и для карьерных перспектив и для отношений с коллегами. Я подумал, что это хороший повод рассказать, как все это происходит у меня.
самая первая новость (кодировку вам, вероятно, придется переставить руками на KOI8-R, этот сайт — динозавр Рунета). Это были веселые времена. Я тогда только попал в Германию в аспирантуру, компы у нас были не русифицированные и работали не под виндами и даже не под линуксом, а под AIX. Поэтому я первые свои новости писал ручкой на бумаге, затем вбивал все латиницей, отсылал руководителю «Научной лаборатории школьников» в Новосибирске, а он уже автоматически переводил в кириллицу и выкладывал на сайт.

С тех пор я писал разные материалы, длинные и короткие, сложные и попроще, на разных площадках и с разными темпами. За всё время у меня набежало больше тысячи материалов, и несколько сотен из них — большие новости, не на 3-4 абзаца, а как минимум на пару экранов. Потом я еще с подачи «Династии» начал участвовать в оффлайн мероприятиях, но основной мой жанр — это онлайн новости. В общем, популяризация шла у меня параллельно с наукой всю мою научную жизнь, и даже когда я на прерывался на год, она снова меня нагоняла — просто потому, что у меня внутри есть неистребимый популяризаторский зуд.

И вот теперь несколько вещей насчет того, как моя популяризаторская активность уживалась с научной работой.


1. Да, популяризация отнимает время, в том числе и рабочее. И в моем случае — много времени. Для общего представления скажу, что на написание одной моей типичной новости для Элементов я трачу два полноценных вечера, т.е. это 5-10 часов работы. Грубо говоря, один вечер — это прочитать исходную статью и несколько других по этой теме и сформулировать в голове образ новости, второй вечер — это написать текст. Иногда приходится тратить и дневное рабочее время на популяризацию. Возможно, у меня гипертрофированная ответственность за написанное мною, и получаются у меня длиннотексты, а не классические новости, но писать поверхностно я уже не решаюсь.

Несколько лет назад новости у меня были куда короче, писал я их оперативнее, но и тогда они отнимали много времени. Сейчас я считаю даже, неоправданно много. Для моей научной квалификации — и, видимо, как следствие, для моих перспектив на получение постоянной позиции — было бы куда лучше, если бы я в то аспирантское и ранее постдоковское время усиленно засел бы за более глубокое изучение своей собственной области, а не распылялся по разным темами.

Так что в этом отношении, да, популяризация вступает в прямой конфликт с научной работой, отбирая и время, и силы. По этой причине я сейчас стараюсь минимизировать время на популяризацию. Может быть когда-нибудь потом у меня поменяются приоритеты и популяризация станет главнее, но пока что она на втором плане, а главный приоритет — наука.

2. Отдельный вопрос — зачем я тратил и трачу столько времени, почему бы мне с ней не завязать и не заниматься 100% наукой, если она мне так ценна. Причины две. Во-первых, меня очень тянет читать про физику и естественные науки вообще. Эта та жажда изучения физики в самом широком охвате, вплоть до совершенно прикладных вещей, которая сидит во мне постоянно, с детства, которая до сих пор не утолилась, и мне ей трудно сопротивляться. Про это я напишу еще отдельно.

А во-вторых, когда я сам изучаю что-то новое и интересное, мне страшно хочется рассказывать про это другим. Не просто пересказывать чужой текст, а объяснять его вместе с сопровождающим контекстом, вместе с теми связями, которые выстроились в моей голове, когда я сам это читал. Ну и еще важно то, что мне нравится видеть, как человек перенял это понимание, как он сам удивился и заинтересовался. Вот это желание рассказывать, преподавать, оно у меня тоже с детства, с самых первых классов школы.

3. Теперь о том, есть ли мне самому и моей научной работе какая-то прямая польза от того, что я много времени трачу на популяризацию. Это сложный вопрос, поскольку у меня нет статистики, моя жизнь у меня есть в единственном числе. Но какие-то моменты я всё же могу подметить.

Во-первых, у меня нет типичного для многих ученых внутреннего барьера, этакого страха изучить новую тему. Я уже привык погружаться в новое, поднимать обзоры, читать статьи по ссылкам и т.п. Пусть это погружение поверхностное, не исследовательского уровня, но главное, что нет препятствия начать изучать. И это резко контрастирует с тем, что я вижу у многих других физиков, которые всю свою научную жизнь крутятся вокруг одной узкой темы и просто не чувствуют в себе силы уйти вбок.

Во-вторых, у меня есть статьи по разным темам, а не только по основному направлению. Скажем, закрученные частицы я считаю своим научным хобби, однако у меня есть несколько статей по ним, включая PRL. Так вот, на эту тему я вышел тоже потому, что я регулярно проглядываю статьи по самым разным физическим темам.

Во-вторых, я свою основную тему иногда умудряюсь связать с другими направлениями физики. Скажем, у меня есть статья в PRE про модель Гинзбурга-Ландау с двумя комплексными параметрами порядка (годится, например, для двухзонных сверхпроводников) — это я просто перенес свои результаты из двухдублетной хиггсовской модели сюда. А в другой работе я использовал методы квантовой информации для тех же многохиггсовских моделей.

В-третьих, популяризация сформировала у меня очень широкий физический кругозор. Опыт показывает, что я могу придти практически на любой физический семинар не по своей теме и, если он не слишком перегружен технически, способен задавать осмысленные вопросы, вплоть до того, что я подсказываю докладчику, а на какие еще явления стоит обратить внимание и он соглашается с этим.

Непосредственный научно-административный эффект от этого в том, что на новом месте я быстро вписываюсь научный коллектив и зарабатываю научный авторитет. Скажем, я в Португалии, как приехал, организовал еженедельный неформальный семинар, где люди из разных групп делают краткие доклады о своей теме и отвечают на вопросы. Такие попытки были и раньше, но те семинары прекратились, поскольку интересы отдельных групп слишком далеки друг от друга. А тут вдруг оказалось, что я могу задавать вопросы и поддерживать живой разговор по любой из тем — и семинары становятся живее и понятнее. Люди чувствуют, что на них есть смысл придти послушать, потому что тема будет в какой-то мере понятной даже тем, кто с ней совсем не знаком.

Наконец, опыт популяризации помогает мне объяснять какую-то научную тему, начиная с азов. Например, при подготовке к докладу я внутренне отматываю к самому началу, к моменту «инициации знакомства с темой», и нахожу первые слова и фразы, которые должны быть понятны совсем незнакомому с ней человеку. Опять же, это контрастирует с некоторыми коллегами, которые сразу стартуют с ненулевого уровня, так что часть слушателей у них отпадает с первых же секунд.

4. Возвращаясь к той переведенной статье про взаимодействие популяризации и научной работы. Там обсуждается такой момент: что-де ученые, которые слишком публично и проактивно занимаются популяризацией, вызывают у своих коллег отторжение вплоть до того, что снижаются их шансы получить видную академическую должность. Я про себя ничего такого не знаю. Краткое упоминание своих научпоп проектов я включаю в свой академический CV, но, может быть, потому что моя популяризация на русском, а академическая среда — иностранная, я никогда даже близко не сталкивался с предосудительным отношением. Более того, кое-кто из иностранцев даже подписался на мой блог и готов его читать даже в гуглопереводе.

Еще есть такой момент, по крайней мере в Европе. В грантовых заявках часто бывает пункт, связанный с широким распространением полученных результатов. Иногда даже прямым текстом просят, чтобы заявка содержала элементы популяризации, и если она не включает, рецензенты на это пеняют. В этом смысле, мой опыт и наработанные материалы — это пусть маленький, но плюс.

---

Вопросы-ответы на sprosi.dirty.ru

2016-02-23 14:46:00 (читать в оригинале)

Меня пригласили поучаствовать в «народном интервью» в коммюнити sprosi.dirty.ru. Так что в ближайший четверг вечером я там буду отвечать на разные вопросы за жизнь и на околонаучные темы. Если вы уже несколько лет хотели о чем-то меня спросить, но не было повода, то вот он, ваш шанс :)

Тему для вопросов-ответов создадут в среду.

---

Растягивают ли гравитационные волны свет?

2016-02-21 21:46:00 (читать в оригинале)

Гравитационная волна искажает длину двух плечей интерферометра в противофазе, из-за чего точная компенсация света нарушается и фотодетектор регистрирует сигнал (источник).

Рассказ о детектировании гравитационных волн в лазерном интерферометре часто вызывает такой совершенно естественный вопрос:

Если гравитационная волна растягивает-сжимает пространство, то она также должна растягивать-сжимать и длину волны света. Получается, как расстояние между зеркалами, так и сама «измерительная линейка» изменяются пропорционально друг другу. Каким же образом интерферометр умудряется детектировать гравитационную волну?

Кип Торн, с его полувековым опытом объяснения гравитационных волн и принципа их детектирования для самых разных аудиторий, говорит, что это вообще самый часто задаваемый вопрос на эту тему. В англоязычной литературе есть несколько публикаций, расписывающих ответ на этот «парадокс» на разном уровне, но на русском языке я что-то ничего не встретил. Поэтому я привожу пояснение здесь на максимально простом уровне, в общем-то пересказывая вот эту статью.
эффект Шапиро). Поэтому может возникнуть подозрение, что гравитационная волна растягивает не только пространство, но и время, и вообще делает прочие нехорошие вещи.

К счастью, это не так. В поле гравитационной волны время течет как обычно и свет движется с неизменной скоростью. Так получается потому, что поле гравитационной волны допускает широкую свободу математического описания. Мы можем выбирать разные математические выражения для описания волны, но все они отвечают одной и той же физической ситуации. Это калибровочная симметрия, которую обычно рассказывают на примере электродинамики, но которая есть и для гравитации. Так вот, удобнее всего выбирать такое описание (т.е. такую калибровку), при котором никаких изменений ни со скоростью света, ни с течением времени не происходит. Все рассуждения и вычисления подразумевают обычно этот выбор.

* * *

2. Следующий шаг. Рассмотрим одно плечо интерферометра в какой-то момент до прихода волны. Пусть сквозь него прошла гравитационная волна. Только вместо настоящей волны, т.е. колебания метрики туда-сюда, мы возьмем максимально упрощенный случай: «гравитационную ступеньку», т.е. мгновенное изменение метрики, которое растягивает (тоже мгновенно) наше плечо на длину ΔL.

Воздействие грав. волны в форме «гравитационной ступеньки»: плечо резко удлинилось, световая волна резко растянулась, однако дальше она все равно бежит к зеркалу и обратно с той же скоростью света. Время туда-обратно у каждого максимума волны будет больше, чем в перпендикулярном плече. Поэтому в момент прихода в расщепитель их фазы будут отличаться, и датчик увидит свет.

Маленькое отступление. Уже здесь начинаются тонкости. Растягивается — в какой системе координат? И значит ли это, что какие-то частицы чувствуют рывок и смещаются под действием этой силы? Ответ: растягиваются в исходной системе координат, где длины измеряются гипотетическим бесконечно жестким стержнем. В «свободно падающей» системе координат частицы, локально, никуда в пространстве не смещаются и никакого рывка не чувствуют. Увеличивается лишь дистанция между ними, вычисленная по исходной системе координат. Это тот же эффект, что и космологическое разбегание галактик по закону Хаббла.

Так вот, в этот момент, сразу после прихода «гравитационной ступеньки», растянется и световая волна (переход от пунктирной к сплошной линии на картинке). Как мы и предполагали, «инструмент измерения» растянулся пропорционально измеряемой длине.

Но только фишка в том, что световая волна — это не неподвижный стержень, с которым мы якобы сверяем длины. Интерферометр сверяет не длины, а фазы волн, прошедших по двум плечам. Интерферометру важно, сколько времени потребуется каждому гребню световых колебаний, чтобы дойти до зеркала и вернуться обратно. Поэтому да, сразу после прихода гравитационной ступеньки сигнал в интерферометре еще нулевой. Но затем растянувшийся свет летит дальше со своей неизменной скоростью, отражается и возвращается, но только пройти ему теперь нужно чуть большую дистанцию, чем в перпендикулярном плече. Поэтому за время прохода туда-обратно τ=2L/c сдвиг фаз в интерферометре вырастет с нуля до некоторого значения.

А после этого все будет еще проще. Новый свет, попадающий в интерферометр после гравитационной ступеньки, будет иметь ту же длину волны, что и раньше. Этот свет уже нерастянутый. Так получается потому, что свет нам выдает лазер, и он его выдает на неизменной частоте светового колебания. Этот новый, нерастянутый свет идет по более длинному пути и, разумеется, тратит на это больше времени, чем свет в соседнем плече.

---

Если совсем кратко: интерферометр измеряет не длины, сравнивая их с растяжимой линейкой, а времена прохода до зеркала и обратно по показаниям хронометра, неизменного и единого для обоих плечей.

---

* * *

3. Теперь вернемся к более реалистичной гравитационной волне. Там плавное растяжение-сжатие пространства происходит одновременно с движением света. Но только времена этих двух процессов сильно разные: время прохода туда-сюда τ=2L/c (т.е. 30 мкс) намного меньше периода гравитационной волны T (несколько мс).

Рассмотрим какой-то момент в процессе колебания, когда расстояние между зеркалами уже подросло и продолжает расти дальше. «Свеженькая» световая волна, влетевшая в интерферометр, еще имеет первоначальную длину волны. За то время, пока она слетает туда-сюда, длина волны чуть-чуть подрастет, но этот относительный рост будет слабее относительного удлинения плеча интерферометра — ведь это плечо удлинялось в течение долгого времени, порядка четверти периода грав.волны. Поэтому удлинением световой волны в работающем интерферометре можно пренебречь с точностью до малого параметра τ/T.

* * *

4. Для тех, кто хочет почитать подробнее, а также увидеть некоторые вычисления, вот список ссылок.

• Изложение базируется на статье Peter R. Saulson, If light waves are stretched by gravitational waves, how can we use light as a ruler to detect gravitational waves? // Am.J.Phys. 65, 501 (1997); — это, кстати, бывший официальный представитель LIGO и один из руководителей постройки установки.
  
• Его же доклад ровно про этот «парадокс» и его же учебник.
  
• A common misconception about LIGO detectors of gravitational waves // Gen.Rel.Grav.39, 677 (2007) — упрощенные вычисления.
  
• Ну и для маньяков: Gravitational Waves, with Kip Thorne — выложенный онлайн со всеми видео лекционный курс Кипа Торна про физику гравитационных волн.
  

---

Гравитационные волны

2016-02-12 12:23:00 (читать в оригинале)

Интерпретация сигнала GW150914: профиль гравитационно-волнового всплеска и эффективные орбитальные параметры (источник)

Написал на Элементах длиннотекст про гравитационные волны, с лирическим отступлением. Текст дописывался на излете сил, поэтому его надо будет еще полировать и дополнять. В астрофизике еще принято статьи с крупными результатами дополнять парой десяток технических сопровождающих статей. Вся эта подшивка статей появляется одновременно, так что читать их можно долго.