12 апреля 2010 г.

Вещество в экстремальных состояниях

Вот, если кому интересно, моя лекция для школьников на «Днях науки в Архангельске» в виде гуглопрезентации. Конечно, в таком виде заметная часть лекции теряется, т.к. я многое рассказывал словами и показывал на пальцах, но может быть кому-то будет интересно и так. Если что непонятно, задавайте вопросы.

Лекция называется «Вещество в экстремальных состояниях».



Апдейт: на «Элементах» выложили видео.

34 комментария:

  1. Анонимный12/4/10 14:25

    очень хорошо сделано!

    ОтветитьУдалить
  2. Анонимный12/4/10 14:38

    А что значит "частицы начнут терять массу"? Куда она девается? Переходит в энергию?

    ОтветитьУдалить
  3. По-научному, это восстановление электрослабой симметрии, т.е. как бы хиггсовский механизм наоборот. Плотность энергии полей (кварковых, лептонных и т.д.) остается, только инертность теряется. У цельного образца такой плазмы, однако, будет по-прежнему масса — она получается из-за запасенной плотности энергии.

    ОтветитьУдалить
  4. А как все эти миллионы градусов, миллиарды атм. посчитали и измерили в центре солнца и др. планет?

    ОтветитьУдалить
  5. to John:
    Чтобы измерить температуру, не всегда это нужно делать прямым способом. Есть множество косвенных измерений. Самое простое - определение, например, эффективной температуры короны Солнца. Если представить наше Солнце абсолютно чёрным телом (в первом приближении это даже правда), то энергия, им выделяемая, пропорциональна температуре в чётвертой степени. Серия измерений - вуаля, эффективная температура найдена. Аналогичные способы (с разными моделями) есть и для остального

    to Игорь:

    Спасибо, очень познавательно. Наверное, после Вашей презентации я стал чуть-чуть больше понимать в основах строения вещества. Интересно, насколько поняли школьники данную презентацию? Часть подобной информации мы проходили на 3 курсе МатМеха. Явно не школьный уровень.

    ОтветитьУдалить
  6. Вот, если повышать давление то электроны вжимаются в протоны, порождая нейтроны, а если, допустим, понижать до минус много миллионов атм., тогда ведь нейтроны станут протонами, так что ли? И каким образом вообще получают отр. давление?

    ОтветитьУдалить
  7. to John:
    в случае Земли — через условие равновесия в собственном поле тяжести плюс сейсмоданные. Правда надо еще знать уравнение состояния вещества, и тут помогают лабораторные опыты.

    На других планетах — только теоретические расчеты.

    На Солнце — параметры в центре не видны снаружи, поэтому тоже теоретически из условия равновесия в собственном поле тяжести плюс условие стабильного свечения на протяжении миллиардов лет. Плюс дополнительно это проверяется потоком нейтрино, которые идут из центра Солнца. Это очень хороший источник информации, т.е. поток некоторых видов нейтрино зависит от температуры жутким образом.

    Евгению Смирнову: поверхность-то Солнца легко изучить, а вот центр — намного труднее. Но благодаря нейтринному потоку виден и он.

    Конечно, это материал сложный, частично из современной физики. Ни о каком изложении с формулами не может быть и речи. Но кое-что можно объяснить на очень простых образах. Эти образы дадут примерное ощущение, насколько там всё получается интересно.

    Вопросы школьники задавали и сразу после лекции, и подходили потом, и даже до сих пор задают заочно. Т.е. кому-то было понятно до такой степени, чтоб задать очень осмысленные вопросы.

    ОтветитьУдалить
  8. to digiseller: отрицательные давления (т.е. растяжение вещества, которое пересиливает окружающее давление) бывают, но небольшие и/или ненадолго, т.к. вещество стремится разорваться на части при большом отрицательном давлении. Свойства вещества можно при этом изучать, но это будут именно атомные свойства.

    Нейтроны могут и так превратиться в протоны, электроны и нейтрино, если их просто вытащить из ядер — это просто бета-распад.

    ОтветитьУдалить
  9. Анонимный13/4/10 02:14

    Ан 123
    На каком этапе работы LHC результаты Теватрона уже не будут иметь существенную научную ценность и его можно будет закрывать?

    ОтветитьУдалить
  10. Анонимный13/4/10 08:28

    где ж видио((

    ОтветитьУдалить
  11. Очень приятное изложение, спасибо!
    (оказывается уровень изложения "для школьников" мне очень подходит)

    ОтветитьУдалить
  12. К вопросу об экстремальных состояниях вещества - интересно было бы услышать вашу оценку вот такого предложения:
    http://www.scipub.org/fulltext/ajeas/ajeas22501-514.pdf
    http://nextbigfuture.com/2009/07/beyond-molecular-nanotechnology-is.html
    - а то вдруг там действительно есть какое-то рациональное зерно, а я, не будучи специалистом, его проглядел?

    Вообще, насколько химия уникальна в плане структурного разнообразия? Может ли при каких-то других энергиях существовать нечто подобное молекулярной материи в плане богатства возможных стабильных (на соответствующих временных масштабах) структур?

    ОтветитьУдалить
  13. http://dirty.ru/comments/272345

    ОтветитьУдалить
  14. Анонимный15/4/10 10:17

    А вот если пустить механизм в обратную сторону то как из универсального ядерного вещества получится ну скажем тот же кислород? Как образующиеся на определенной понижающейся температуре молекулы узнают, что они должны стать кислородом?

    ОтветитьУдалить
  15. Ну молодцы, пусть читают и удивляются. Удивляться полезно :)

    ОтветитьУдалить
  16. А они и не узнают — у вас же информация об изначальном составе исчезла. Из ядерного вещества получится некая смесь водорода, гелия и возможно небольшая примесь других элементов. Хотя детали конечно зависят от того, как именно охлаждают и как меняется давление.

    ОтветитьУдалить
  17. Анонимный15/4/10 17:40

    Очень понравилась презентация(попутно играло The Prodigy - The Shadow)

    ОтветитьУдалить
  18. а что такое температура, когда дело доходит до таких экстремальных значений?

    и про теряют массу непонятно. разве температура это не характеристика целой системы частиц? почему тогда что-то происходит не с системой частиц, а с отдельной частицой, как частица может понять что у нее высокая температура?

    ОтветитьУдалить
  19. Температура в термодинамике определяется через производную внутренней энергии по энтропии. Никаких изменений с определением температуры не происходит.

    Конечно, температура характеризует всю систему, а не отдельную частицу. Но я и не говорил, что температура есть характеристика отдельных частиц. Фразу «При такой-то температуре меняются свойства частиц» надо понимать как «При такой-то температуре плазмы меняются свойства составляющих ее частиц».

    ОтветитьУдалить
  20. to Ан123: если всё пойдет нормально на LHC, то к концу 2011 года они только-только начнут соперничать с Тэватроном в поиске хиггсовского бозона. Затем LHC закроется на год, а Тэватрон продолжит набор данных. Так что как минимум до конца 2012 года Тэватрон списывать со счетов не стоит. Затем, если LHC действительно резко поднимет светимость и энергию, первые месяцы его работы в 2013 году уже полностью всё перекроют.

    ОтветитьУдалить
  21. to darth-vasya: товариз Болонкин просто выдумывает. Нет никакой возможности создать и удерживать такие структуры.

    ОтветитьУдалить
  22. Да, такие, наверное, нет - но это и так, по большому счёту, понятно было. Более интересна именно вторая часть вопроса: а какие всё-таки можно было бы? Чтобы за время их существования с ними много чего интересного и разнообразного успевало произойти.

    ОтветитьУдалить
  23. Ваше недавнее видео про быстротечные реакции имело бешеный успех на файлообменниках - я удивился количеству возникших копий у нас в локальной сети - оно примерно сравнялось с сериями Доктора Хауса, что ну очень круто! Может, и этот материал выйдет в виде лекции? Хотя надо сказать что тот материал был поинтересней, этот явно для школьников. Вообще, ИМХО заставить народ читать книжки - сложно, а вот видео (даже если там просто ваше "махание руками") люди скачают и просмотрят с удовольствием. Идеальным вариантом была бы такая презентация с закадровым звуком (может, звук и есть, но я его не услышал), но только в видео-формате, чтоб можно было выложить в локальной сети. В общем, если вас действительно интересует движение науки в массы - то видео rulezz!!

    ОтветитьУдалить
  24. И вопрос про температуру... понятие "..энергия системы.." и "..энтропия.." - очень сложны для понимания, тем более не слышал чтобы был способ измерения энтропии. Энтропию вообще мало кто понимает, как нормальные люди не понимают теорию вероятностей (не скажу что я хорошо понимаю - лишь общее представление что это информационная энтропия, необходимая для описания неопределённости в выборе состояния системы). Так это, нельзя ли попроще? К примеру через кинетическую энергию частиц, находящихся в состоянии теплового равновесия? 3/2kT вроде никто не отменял, вроде был вполне конкретный коэффициент, сколько Кельвин на каждый эВ каждой частицы в плазме.

    ОтветитьУдалить
  25. а где почитать посоветуете на тему слайда 36, про самые горячие варианты?

    ОтветитьУдалить
  26. to darth-vasya: в принципе, структуры возможны и при иных условиях. Например, в не слишком горячем ядерном веществе при плотности ниже ядерной возможны структуры типа плоскостей, шариков, палочек и т.д. Всё это вместе называют «nuclear pasta» (ядерная лапша). Возможно также, что на астрономических масштабах возможны нетривиальные структуры. Там работает гравитация, а у большой гравитационно-взаимодействующей разрешенной системы очень нетривиальная термодинамика. Если сюда еще добавить межзвездные или межгалатические ЭМ поля, то что-то интересное теоретически возможно. Но это всё протекает настолько медленно, что я не думаю, что за время существования вселенной что-то там организуется.

    ОтветитьУдалить
  27. to PavelS: ну вы меня прямо поразили. Какая у вас там интересующаяся публика, молодцы! :) Обещали, что эта лекция (и другие материалы из «Дней науки», причем не только в Архангельске, но и более ранних) выложат в видеоформате на Элементах. Но когда это будет, я не знаю.

    Про энтропию я сказал, чтоб подчеркнуть, что определение температуры не меняется. Я конечно не собираюсь популярно объяснять температуру через энтропию. Конечно, для наглядной картинки вы можете использовать простое правило: энергия, запасенная в каждой степени свободы, равна kT/2. Правда, как учесть все степени свободы, задача не совсем простая. Начинается конечно все просто: для разреженного одноатомного газа у нас три поступательных степени, для двухатомного добавляется вращение и колебание молекул, для высоких температур, там где включается возбуждение электронов, их тоже надо учитывать. При больших плотностях, когда у вас есть еще потенциальная энергия взаимодействия между атомами/ионами, ее тоже надо учитывать. При очень высоких плотностях, когда начинается квантовое вырождение фермионов, связь между энергией и температурой становится еще более нетривиальной. В общем, 3kT/2 — это только самое начало.

    ОтветитьУдалить
  28. to Kristina: ключевые слова: планковская температура, квантовая гравитация, теория суперструн. Вообще, там обычно говорят не про температуру, а про энергию (например, планковская энергия), но имеется в виду энергия на частицу. Когда таких частиц много, то и получается такая температура.

    ОтветитьУдалить
  29. Анонимный22/4/10 18:50

    Подскажите, пожалуйста, Игорь - В кварк-глюонной плазме предполагается агрегация кварков в бесцветные комплекты?, что мешает "не вылетающим" кваркам пробежаться пару километров по внутренностям кварковой звезды, встретить антикварк и аннигилировать?,или аннигиляция без участия антиглюонов(может есть такое чудо) невозможна? Спасибо.ВК.

    ОтветитьУдалить
  30. Анонимный30/5/10 13:06

    Классная презентация!
    Александр

    ОтветитьУдалить
  31. Есть ли какие-нибудь догадки как будет меняться пространство-время при температуре 10^32 и выше?

    ОтветитьУдалить
  32. Есть гипотезы. Например, вот эта: http://elementy.ru/news/430207

    ОтветитьУдалить
  33. Что думаете о металлическом водороде?
    Не подскажите ли какую-нибудь статью по этому поводу?

    ОтветитьУдалить
  34. Металлический водород — перспективно, но сложно. Посмотрите статьи Юрия Ерина на «Элементах»: http://elementy.ru/news/430773 и особенно http://elementy.ru/news/431203

    ОтветитьУдалить