Завтрак с Эйнштейном. Экзотическая физика повседневных предметов - Чад Орцель

статье. Термин «состояние возникновения», не устоявшийся в российской науке, обозначает переход от более «низких» уровней в иерархии систем, состоящих из многих идентичных элементов (в которых высоки требования к выполнению симметрии), к более «высоким», где из-за взаимодействия отдельных элементов систем, во-первых, могут «нарушаться» законы симметрии (если быть точным, они не нарушаются, а обходятся за счет разных механизмов), и, во-вторых, возникают новые качества. – Прим. пер.

196

Здесь автор упрощает, поскольку мысль Андерсона в статье несколько сложнее и чуть иная, хотя он и выдвигает идею «линейной» иерархии наук. Скорее, Андерсон говорит о том, что в различных науках в разной степени и несколько по-разному можно применять некоторые законы из других наук или фундаментальные, в зависимости от «уровня» в некоей системе иерархий наук относительно микро- и макромиров и фундаментальных законов. Точная цитата из статьи Андерсона по этому поводу: «…Но эта (линейная) иерархия (наук) не означает, что наука X – это просто применение (законов из науки) Y. На каждой стадии необходимы совершенно новые законы, концепции и обобщения.». – Прим. пер.

197

Электроны могут также двигаться в пределах полос спектра в ответ на воздействие электромагнитного поля, как мы увидим, когда будем говорить о проводниках и изоляторах, но это не включает поглощение или излучение видимого света. – Прим. авт.

198

Также существуют дополнительные процессы, включая взаимодействия с кристаллической решеткой, что ведет ко многим интересным осложнениям задачи и дает физикам, изучающим твердые предметы, удачно этим заниматься. Однако эти процессы не фигурируют ни в одном из явлений, о которых мы ведем разговор. – Прим. авт.

199

Не только попугаев. Ряд птиц, например голубые сойки и кардиналы, также имеют бриллиантовый синий окрас. Более того, поскольку синего пигмента в природе крайне мало, яркие синие цвета некоторых тропических жуков также зависят от чисто оптических явлений, без вовлечения пигмента: интерференции на тонких пленках. По той же причине бензин и масла на воде дают радужные цвета, как и мыльные пузыри. – Прим. пер.

200

Это явление цвета, возникающего за счет структуры, встречается у многих видов птиц, но обычно только для различных тонов синего цвета. Красные перья тропических птиц окрашиваются за счет молекул красного пигмента, так что сам материал перьев окрашен. Волновая природа света также используется птицами и бабочками, чтобы создать радужные цвета, которые кажутся изменяющимися, если вы смотрите с разных углов зрения. Это еще один процесс, включающий интерференцию различных слоев структуры наподобие тонких перекрывающихся чешуек. – Прим. авт.

201

Конечно, мы с легкостью проскочили мимо целого ряда технических деталей – проработка точной структуры полос спектра энергий в трехмерном кристалле требует большой вычислительной работы и отнимает очень много времени у физиков. Измерения структуры этих полос экспериментально для проверки вычислений считаются еще одним важным источником деятельности. То, что мы здесь описывали, – концептуальная основа для большого и активного поля исследований и немного «моделирования сферических коров», поскольку не все материалы имеют четкую и регулярную кристаллическую структуру. Работа с субстанциями, которые не являются регулярными кристаллами, – это тоже еще одна важная область исследований. – Прим. авт.

202

Что описано, как «ток по соглашению», текущий направо, причуда физиков, которая смущает уже много поколений студентов в области электроники. Вы можете обвинять Бена Франклина за это: он был влиятельным сторонником современной модели, где один тип заряда движется, а другой остается на месте. К сожалению, он не угадал, когда приписал положительный заряд движущимся зарядам. – Прим. авт.

По некоторым источникам, это соглашение приписывается Амперу. В любом случае, «…Данное соглашение вступает в некоторое противоречие с наиболее распространенным случаем металлических проводников. В металле носителями заряда являются свободные электроны, и двигаются они от «минуса» к «плюсу». Но в соответствии с соглашением, мы вынуждены считать, что направление тока в металлическом проводнике противоположно движению свободных электронов.» – из книги И.В. Яковлева «Материалы по физике». – Прим. пер.

203

Однако, в отличие от электронов, «дырки» движутся в том же направлении, что и «ток по соглашению» в материалах. – Прим. авт.

204

LED – Light Emitting Diode – «светоизлучающий диод». – Прим. пер.

205

В 2014 г. Нобелевской премией по физике были награждены Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура за разработку светоизлучающих диодов, которые дают синий свет. – Прим. авт.

206

Физики Джон Бардин, Вальтер Браттейн и Уильям Шокли получили в 1956 г. Нобелевскую премию за их изобретение, одна из двух, полученных Бардиным. Другая была получена им в 1972 г. за теорию сверхпроводимости, разработанную совместно с Леоном Купером и Робертом Шриффером. – Прим. авт.

207

Понятно, что автор несколько упрощает процесс, скажем, в современном производстве для внесения примесей в слои кремния используется облучение потоками ионов, также широко распространена фотолитография и т. д. В основном идет борьба за минимизацию размеров отдельных компонентов, и в настоящее время (2017 год) рекордом считается технология IBM, при которой получены транзисторы габаритами в 5 нанометров. Далее основной проблемой уже стали явления дифракции и интерференции света в процессе производства, а также паразитные токи между элементами процессора. Описанные технологии уже, похоже, вышли на предел возможностей, и в настоящее время лидирующие компании-производители процессоров активно ищут альтернативные технологии. – Прим. пер.

208

Этот компьютер был несколько гибридным, поскольку многие из его инструкций были «зашиты» в «корневую память», состоящую из небольших витков проволоки. – Прим. авт.

209

Это не будет работать с постоянными магнитами, но если вы сделаете магнит частью быстро вращающейся вершины, вы сможете действительно повиснуть в воздухе. Игрушечная версия этого известна под названием «Левитрон» и оказалась полезной физической демонстрацией. – Прим. авт.

В «Левитроне» постоянный круговой магнит лежит в основании, а запускаемый вращающийся магнит, сделанный в виде волчка, направленный отталкивающим полюсом к базовому магниту, при вращении зависает в воздухе. Там работают не только магнитные, но и другие силы (кориолисовы и т. д.). – Прим. пер.

210

Ф е й н м а н, Ричард Филлипс (1918–1988) – американский физик, один из создателей квантовой электродинамики. Лауреат Нобелевской премии (1965). – Прим. ред.