Новый алгоритм позволяет существенно ускорить вычисление преобразования Лапласа на квантовых компьютерах, открывая перспективы для решения сложных задач в различных областях науки и техники.
Сравнение численного расчета Laplace-преобразования с использованием библиотеки numpy и аналитического решения для функций g(t) = e⁻⁰.⁹sin(t) и g(t) = e⁻⁰.⁹t демонстрирует соответствие между обоими подходами, подтверждая валидность численной реализации.
Представлен квантовый алгоритм для дискретного преобразования Лапласа со сложностью по числу вентилов, превосходящей классические аналоги благодаря использованию линейных комбинаций унитарных операторов и оптимизированной стратегии.
Несмотря на широкое применение преобразования Фурье в квантовых алгоритмах, эффективная квантовая реализация преобразования Лапласа оставалась сложной задачей из-за его диссипативной природы. В работе «A Polylogarithmic-Time Quantum Algorithm for the Laplace Transform» представлен новый квантовый алгоритм для вычисления дискретного преобразования Лапласа, достигающий сложности O((log,N)³) по количеству гейтов, что значительно превосходит классические аналоги. Алгоритм использует комбинацию линейных унитарных преобразований и оптимизированный подход Lap-LCHS, позволяя обрабатывать данные за полилогарифмическое время. Открывает ли это путь к разработке новых квантовых алгоритмов для решения дифференциальных уравнений, оценки спектральных характеристик неэрмитовых матриц и других задач, требующих эффективного вычисления преобразования Лапласа?
Преобразование Лапласа: Ключ к Анализу Сигналов
Преобразование Лапласа представляет собой мощный математический аппарат, позволяющий перевести сигналы из временной области в частотную, что открывает возможности для анализа и модификации поведения систем. В то время как традиционные цифровые вычисления испытывают трудности при работе с непрерывными сигналами, требуя приближений, вносящих погрешности и ограничивающих точность, эффективное вычисление преобразования Лапласа является критически важным для широкого спектра приложений. К ним относятся обработка сигналов, системы управления и решение дифференциальных уравнений, где возможность оперировать сигналами в частотной области значительно упрощает анализ и позволяет разрабатывать более эффективные и точные решения. В частности, преобразование Лапласа позволяет представить f(t) в виде F(s) = int₀^∞ e⁻st f(t) dt, что облегчает решение сложных задач.
Реализация однокубитного QLT-контура включает в себя детальную декомпозицию этапов подготовки, выбора и отмены, где однокубитные вращения кодируют коэффициенты преобразования Лапласа, а управляемые фазовые и управляемые унитарные гейты реализуют блок выбора.
Алгоритм Квантовского Преобразования Лапласа (QLT) представляет собой квантовый подход к вычислению преобразования Лапласа, потенциально преодолевающий ограничения классических методов. В основе QLT лежит использование квантовых техник, таких как блочное кодирование и линейные комбинации унитарных операторов, для представления и манипулирования преобразованной функцией. Ключевым элементом эффективности QLT является применение Квантового Преобразования Собственных Значений, позволяющего эффективно вычислять необходимые компоненты. Этот подход открывает новые возможности для решения сложных задач, требующих быстрого и точного вычисления преобразований Лапласа, в областях, где классические алгоритмы сталкиваются с вычислительными трудностями, например, при решении дифференциальных уравнений или анализе сигналов, где требуется вычисление mathcalL{f(t)} = int₀^∞ e⁻st f(t) dt.
Реализация QLT строится на стандартной схеме LCU, включающей операторы подготовки, выбора и отмены, при этом инициализация целевого регистра в равную суперпозицию с помощью ворот Хадамара является ключевым этапом нашего алгоритма.
Построение квантовой схемы: архитектура и оптимизация
В рамках QLT ключевым элементом построения квантовой схемы служит метод Лапласа для линейной комбинации симуляций Гамильтона (Lap_LCHS). Эффективность алгоритма напрямую зависит от ширины схемы, определяемой количеством кубитов, и её сложности, измеряемой общим числом квантовых вентилей. Достигнута полилогарифмическая ширина схемы, что обеспечивает благоприятную масштабируемость при увеличении размера входных данных N. Для приближенного вычисления оператора временной эволюции используется техника тротеризации, адаптированная для эффективной реализации на перспективных квантовых устройствах. В данной реализации применяется одношаговая тротеризация, что упрощает процесс синтеза схемы и снижает вычислительные издержки.
Схема QLT кодирует входные данные в 4 кубита, что позволяет представить 16 различных точек.
Квантовая линейная трансформация: Точность и возможности масштабирования
Точность алгоритма квантовой линейной трансформации (QLT) напрямую зависит от прецизионности подготовки и измерения квантового состояния. Эффективность вычислений усиливается за счет использования свойств арифметических прогрессий на каждом шаге. Способность алгоритма эффективно оперировать комплексными числами значительно расширяет спектр решаемых задач в различных научных областях. Данная работа демонстрирует асимптотическую сложность ворот 𝒪((log N)³), что свидетельствует о доказанном улучшении по сравнению с классическими подходами и открывает перспективы для решения задач, недоступных традиционным вычислительным методам.
Схема QLT кодирует входные данные в 4 кубита, обеспечивая 16 различных состояний.
Представленная работа демонстрирует стремление к упрощению сложных вычислений, что соответствует принципам элегантности в науке. Алгоритм квантового преобразования Лапласа, основанный на линейной комбинации унитарных операторов, подчеркивает важность оптимизации и уменьшения вычислительной сложности. Как однажды заметил Луи де Бройль: «Каждая сложность требует алиби». Действительно, предлагаемый подход к дискретному преобразованию Лапласа, с акцентом на уменьшение ширины цепи и сложности вентилей, служит ярким примером поиска простоты в мире квантовых вычислений. Абстракции стареют, принципы - нет, и эта работа подтверждает это, фокусируясь на фундаментальных улучшениях в эффективности алгоритма.
Что дальше?
Представленный подход, хотя и демонстрирует асимптотическое превосходство, оставляет нерешенной задачу практической реализации. Сложность алгоритма, перенесенная в оптимизацию параметров линейной комбинации унитарных преобразований, требует дальнейшего изучения. Упрощение структуры Lap-LCHS и разработка эффективных методов аппроксимации могут оказаться более плодотворным путем, чем стремление к формальной оптимальности. Иногда, в погоне за совершенством, теряется суть.
В дальнейшем, целесообразно исследовать возможность адаптации данного подхода к задачам, требующим вычисления обратного преобразования Лапласа. Ограничения, связанные с дискретизацией и представлением непрерывных функций в квантовой системе, необходимо учитывать. Попытки обойти эти ограничения, вероятно, приведут к усложнению алгоритма, что подчеркивает неизбежный компромисс между точностью и вычислительной эффективностью.
Возможно, истинная ценность представленной работы заключается не в конечном алгоритме, а в демонстрации принципиальной возможности использования квантовых вычислений для решения задач, традиционно относящихся к области классического анализа. В конечном итоге, простота, а не сложность, является критерием истинного прогресса.
Вселенная расширяется - это мы знаем со времён Эдвина Хаббла, который в 1929 году показал, что галактики удаляются друг от друга, словно точки на надувающемся шаре. Но в конце XX века астрономы столкнулись с шокирующим открытием: расширение не замедляется под действием гравитации, как ожидалось, а ускоряется. Эта загадочная сила, толкающая космос в стороны с всё большей скоростью, получила название тёмной энергии. Она составляет около 68% всей массы-энергии Вселенной, но остаётся одной из величайших тайн современной физики. Почему Вселенная ускоряется? Что скрывается за этой невидимой силой? И что её существование говорит о судьбе космоса и природе реальности?
Открытие ускорения
История тёмной энергии началась в 1998 году, когда две независимые команды астрономов - одна под руководством Сола Перлмуттера, другая - под руководством Адама Рисса и Брайана Шмидта - изучали сверхновые типа Ia - "стандартные свечи" космоса, чья яркость позволяет измерять расстояния до далёких галактик. Далёкие сверхновые казались тусклее, чем предсказывали модели, что означало, что расширение Вселенной не замедляется, как ожидалось, а ускоряется.
Это открытие перевернуло космологию. За него в 2011 году была вручена Нобелевская премия по физике. Ускорение подразумевает наличие отталкивающей силы, которая противодействует гравитации на больших масштабах. Эту силу и назвали тёмной энергией - не потому, что она "тёмная" в буквальном смысле, а потому, что она невидима и неизвестна. В отличие от обычной материи или тёмной материи, которые притягивают, тёмная энергия обладает отрицательным давлением, заставляя пространство расширяться всё быстрее.
Космологическая постоянная: эйнштейновская ошибка или ключ к разгадке?
Самая простая и популярная гипотеза о природе тёмной энергии - это космологическая постоянная, введённая Альбертом Эйнштейном в 1917 году в уравнения Общей теории относительности. Эйнштейн добавил этот член, чтобы сделать Вселенную статичной, как тогда считалось необходимым. Когда Хаббл открыл расширение, Эйнштейн назвал постоянную "своей величайшей ошибкой". Но сегодня она возродилась как возможное объяснение ускорения.
Космологическая постоянная - это постоянная плотность энергии вакуума, присущая самому пространству. Согласно Квантовой теории поля, вакуум не пуст, а полон виртуальных частиц, рождающихся и исчезающих словно из ничего в ничего. Эта вакуумная энергия должна создавать отталкивающую силу, подобную тёмной энергии. Наблюдения сверхновых, показывают, что плотность тёмной энергии соответствует космологической постоянной с высокой точностью.
Но здесь возникает парадокс: теоретические расчёты вакуумной энергии из Квантовой теории поля дают значение, в 10^120 раз больше наблюдаемого. Это одна из самых больших несостыковок в физике, известная как "проблема космологической постоянной".
Почему вакуумная энергия так мала? Это заставляет физиков искать более глубокие объяснения, возможно, связанные с Теорией струн или Антропным принципом, где наша Вселенная "настроена" для существования жизни.
Альтернативные гипотезы
Если тёмная энергия не постоянная, то она может быть динамической. В таком случае она может быть выражена как гипотетическое скалярное поле, подобное полю Хиггса, но с изменяющейся плотностью энергии. Темная энергия могла бы эволюционировать со временем, объясняя, почему ускорение началось относительно недавно - около 5 миллиардов лет назад. Подобные модели предсказывают вариации в уравнении состояния тёмной энергии, которые можно проверить наблюдениями.
Более радикальная гипотеза - гипотеза фантомной энергии - предполагает, что давление здесь ещё более отрицательное, чем у космологической постоянной. Это могло бы привести к "большому разрыву" - сценарию, где расширение становится бесконечным, разрывая галактики, планеты и даже атомы. Хотя фантомная энергия согласуется с некоторыми данными, она вызывает некоторые теоретические проблемы.
Другие концепции предполагают модифицированную гравитацию на больших масштабах или даже то, что наше понимание однородности Вселенной неверно. Но космологическая постоянная остаётся фаворитом благодаря своей простоте и согласию с наблюдениями.
Критика
Тёмная энергия - не бесспорная концепция. Некоторые физики, такие как Субир Саркар, анализируя данные сверхновых, предполагают, что доказательства ускорения слабее, чем считалось, и могут быть артефактами наблюдений.
Альтернативные гипотезы пытаются объяснить имеющиеся данные без тёмной энергии, но они сталкиваются с трудностями в согласовании с реликтовым излучением.
Проблема космологической постоянной - её несоответствие квантовым расчётам - заставляет некоторых ученых сомневаться в текущей модели. Возможно, тёмная энергия - это временная гипотеза, ждущая новой парадигмы, как когда-то эфир уступил место Теории относительности.
* * *
Поиск природы тёмной энергии продолжается. Телескопы картографируют миллиарды галактик, измеряя слабое линзирование и барионные колебания. Проект LSST (Legacy Survey of Space and Time) будет наблюдать сверхновые и переменные звёзды, уточняя уравнение состояния тёмной энергии. Если она динамическая, будущие наблюдения выявят её изменения со временем. Если постоянная - это подтвердит вакуумную энергию, но потребует объяснения её малой величины. Эти усилия не только раскроют тайну ускорения, но и могут привести к новой физике за пределами Стандартной модели.
Пару месяцев назад мне попалось видео Адама Сэвиджа, он демонстрировал необычные наручные часы с логотипом NASA.
Оказалось, это не серийная модель, а фанатская переделка Casio AE-1200WH. Ну как «обычных»… Для поклонников марки это легендарная кварцевая классика: дешевая, неубиваемая, работающая от одной батарейки годами. Casio выпустила эту модель в начале 2010-х, но за внешнее сходство с Seiko G757 Sports 100, которые носил Бонд в «Осьминожке», владельцы прозвали их Casio Royale. Как по мне, цепочка ассоциаций длинновата, но какая разница.
Важнее другое: эти часы породили целую культуру моддинга. Умельцы меняют корпуса, перекрашивают дисплеи, перепаивают подсветку, ставят более емкие батарейки. Несколько дней я с интересом изучал разные DIY-модификации, пока не наткнулся на видео, где в корпус часов заливают минеральное масло. Но зачем и для чего?
Оказалось это типичная кроличья нора. Чтобы разобраться, придется отправиться в начало XX века и познакомиться с несколькими интересными людьми.
Водка против качки
Одно из первых устройств, куда стали заливать жидкость для улучшения его работы, — морской компас. Как правило, это была довольно простая штука — карточка или пластинка на оси. На качающемся корабле она дрожала и порой даже прилипала к стеклу.
Потребовалось каких-то пять веков, чтобы в начале 1860-х американец Эдвард Сэмюэл Ритчи догадался залить в корпус водку.
Жидкий компас образца 1873 года
Ну ладно, в первых патентах фигурирует рандомная смесь спирта и воды. Лишь бы не замерзала на холоде в высоких широтах. Жидкость гасила колебания стрелки, и показания становились стабильнее. Впоследствии Ритчи добавил эластичную диафрагму, компенсирующую температурное расширение жидкости.
Эти компасы быстро стали стандартом на флоте США, а затем их начали копировать по всему миру. Инженеры смекнули: заполнение приборов жидкостью повышает надежность.
Железный дровосек
На рубеже веков идею подхватили конструкторы подводной техники. В 1915 году изобретатель Гарри Боудойн предложил проект скафандра для больших глубин. Идея заключалась в том, чтобы поместить человека в жесткий панцирь, внутри которого сохраняется атмосферное давление.
Сейчас такие штуки называют Atmospheric Diving Suit, или нормобарический скафандр. А тогда у Боудойна вышла эпическая конструкция то ли силовая броня из Fallout, то ли панцеркляйн из «Операции Silent Storm».
Патентное ведомство, впрочем, это не смутило, и изобретатель получил заветное свидетельство. Думаю, Боудойн был даже не первым с подобной идеей, но главной проблемой таких скафандров оказалась не масса и не материалы, а подвижность.
Чем глубже, тем сильнее давление воды прижимает подвижные детали друг к другу. Поэтому на сколько-нибудь приличной глубине трение намертво блокировало шарниры, и водолаз превращался в железного дровосека.
Но я бы не рассказывал о Боудойне, если бы тот не придумал решение. Для своей «подводной брони» он спроектировал суставы, куда через специальные полости проникала забортная вода. Давление действовало на равные площади с внешней и внутренней стороны сочленения и уравновешивалось.
Вода извне поступает через отверстие под цифрой 15. Она давит на внутреннюю поверхность (11) так называемого балансировочного кольца (7). Чтобы вода не попадала внутрь самого скафандра к водолазу, используется герметичная набивка.
Вопреки источникам, утверждающим, что костюм так и не построили, газеты 1918 года описывают испытания: пустой скафандр опускали на 122 метра, а сам Боудойн ковылял по дну на 61 метре в течение 45 минут. К началу 1930-х Боудойн уже работал под водой до двух с половиной часов.
Изобретатель создал Sub-ocean Salvage Corporation и планировал поднимать затонувшие сокровища, то, чем сейчас промышляет Mel Fisher’s Treasures. Боудойн умер в августе 1935 года, готовясь к очередной экспедиции.
Параллельно, в 1922 году, Виктор Кампос получил патент на скафандр с похожим принципом. Там в суставах были предусмотрены кольцевые углубления с маслом, обеспечивающим герметичность и подвижность, но эта конструкция не была реализована.
Тритония и Джим
Прорыв в этой области совершил британский инженер Джозеф Салим Пересс. В 1922 году он придумал полусферические суставы из магниевого сплава с кольцевой камерой, заполненной водой или другой несжимаемой жидкостью. В 1930 году Пересс представил скафандр Tritonia на их основе.
Джозеф Салим Пересс со своим скафандром
Испытатель Джим Джарретт погрузился в нем на 123 метра в озере Лох-Несс (чудовища, естественно, не нашел), а в 1934 году Пересс усовершенствовал конструкцию: добавил кольцевой поршень и масляное заполнение.
Сустав состоит из двух частей. «Женская» (a) — двухстенная сферическая чашка; между стенками образуется кольцевая камера. В нее входит «мужская» часть (b) с утолщенным буртиком — поршневой головкой (b²). Гусары, молчать! Буртик работает как кольцевой поршень, а камера заполняется маслом или глицерином.
В октябре 1935 года Джарретт обследовал обломки «Лузитании». Но, несмотря на успех, Королевский флот отверг разработку: «Водолазам ВМФ никогда не потребуется погружаться глубже 90 метров». Ничего не напоминает?
Фото перед погружением к затонувшему лайнеру
Разочарованный Пересс не стал всю жизнь обивать пороги высоких кабинетов, а занялся пластиковым литьем и сделал состояние на лопатках для газовых авиационных турбин.
Тридцать лет спустя, когда в Северном море началась добыча нефти, о Tritonia вспомнили коммерсанты. Инженеры Майк Хамфри и Майк Борроу из компании UMEL разыскали престарелого изобретателя и выяснили судьбу скафандра. Выяснилось, что все это время прототип валялся на складе старьевщика в Глазго под грудой мусора.
Магниевый корпус и масляные суставы, на удивление, оказались в рабочем состоянии. Исторический анекдот гласит, что когда скафандр почистили, Пересс настоял на том, чтобы лично протестировать его в заводском бассейне. Скафандр не подвел, но 80-летний изобретатель застрял внутри из-за негнущихся ног и 3 часа дожидался освобождения, пока рабочие разбирали костюм на части.
Обновленную версию скафандра назвали JIM suit в честь того самого водолаза, который помогал Перессу тестировать прототип.
Первый экземпляр собрали в ноябре 1971 года. У него было восемь кольцевых масляных шарниров — по одному на каждое плечо, предплечье, бедро и колено. Конструкция из литого магния весила около 500 кг с водолазом внутри, обеспечивала автономность до 72 часов и выдерживала погружение на 460 метров. Эти скафандры стали стандартом нефтяной индустрии 1970-х. Пересс умер 4 июня 1978 года, наконец увидев, как его мечта достигла коммерческого успеха.
Безумный профессор и бензиновый поплавок
Параллельно с несжимаемостью жидкостей экспериментировали в крупных подводных аппаратах. Эта часть истории связана с именем швейцарского физика Огюста Пиккара. Не откажу себе в удовольствии рассказать о нем побольше.
Пиккар вошел в массовую культуру еще при жизни, став прототипом профессора Турнесоля в комиксах «Приключения Тинтина». Высокий рост, долговязая фигура и склонность к абстрактным размышлениям — ни дать ни взять, стереотипный рассеянный ученый. Говорят, Пиккар никогда не выходил из дома без логарифмической линейки и пары наручных часов, а дом украшал призмами, разбрасывающими радужные блики. Но главное, этот ученый не боялся рисковать.
В 1930 году Пиккар задумал стратосферный полет, и уже через год поднялся в воздух в герметичной алюминиевой гондоле собственной конструкции, прикрепленной к гигантскому желтому шару.
Огюст Пикар и Пауль Кипфер перед началом полета. Немецкие власти настаивали на том, чтобы они надели шлемы. Пиккар и его второй пилот их, конечно, не захватили, поэтому накинули на головы корзинки и задраили люк
Полет прошел на грани катастрофы: экипаж случайно отпустил веревки, и шар взлетел без предупреждения. При попытке выпустить газ для замедления подъема выяснилось, что то ли тяга запуталась, то ли клапан замерз. «Мы были пленниками атмосферы», — писал Пиккар.
На высоте 15 781 метр они стали первыми людьми, увидевшими кривизну Земли, но внутри гондолы температура поднялась до +38°C, так как механизм вращения капсулы, который должен был поворачивать блестящую сторону к солнцу, вышел из строя. Питьевая вода испарилась, и аэронавты слизывали конденсат со стенок гондолы. Затем началась утечка воздуха. Пиккар заделал пробоину паклей и вазелином.
Самым опасным стал случайно разбитый ртутный барометр. Ртуть разлилась по алюминиевому полу, угрожая химической реакцией, которая могла разрушить тонкую алюминиевую оболочку капсулы. На этот раз Пиккар использовал резиновый шланг, подключенный к внешнему клапану, чтобы пониженное давление стратосферы высосало ртуть наружу. Через 17 часов аэронавты приземлились на ледник в Австрии. Поисковая группа, отправленная за их телами, обнаружила их бодро шагающими к цивилизации.
Думаю, Пиккар уже тогда понимал: его концепция герметичной гондолы может сработать и под водой, но с принципиальным отличием. В стратосфере давление снаружи меньше, чем внутри; в океане — наоборот. Тонкие стенки, как у стратостата, здесь будто бы не годились.
Тридцать лет спустя он взялся за батискаф FNRS-2. Вместо водородной оболочки Пиккар использовал другое горючее вещество — бензин. Тот легче воды, обеспечивал плавучесть и одновременно компенсировал давление на стенки балластного бака.
FNRS-2 строился с 1937 по 1948 год — с перерывом на войну. 25 октября 1948 года Пиккар и Моно совершили первое пробное погружение на 25 метров. На третьих испытаниях, кстати, присутствовал Жак-Ив Кусто.
Затем был FNRS-3, и, наконец, батискаф Trieste, спущенный на воду в августе 1953 у Капри. В его поплавке, раскрашенном в полоску как зебра, было 85 000 литров бензина. 23 января 1960 года сын изобретателя Жак Пиккар и лейтенант ВМС США Дон Уолш опустились в нем на дно Марианской впадины, на глубину 10 916 метров.
Спуск в Trieste не был легкой прогулкой. На глубине 9 000 метров капсулу сотряс звук, похожий на пушечный выстрел, треснуло акриловое стекло. Вопреки драматическим пересказам, трещина появилась во внешнем плексигласовом окне входного туннеля — затопляемой шахты для доступа в сферу. Уолш и Пиккар об этом не знали, но продолжили спуск, рассудив, что если бы повреждения были серьезными, они уже были бы мертвы.
Толком рассмотреть дно им не удалось: при посадке батискаф поднял облако ила — «молочный туман», который так и не осел до всплытия. Бензиновые цистерны при погружении сжались всего на 10%, выдержав давление около 1100 атмосфер. Это доказало, что жидкости могут использоваться для балансировки чудовищного давления.
Уолш и Пиккар предполагали, что следующий человек посетит это место через два-три года. Они ошиблись на 52 года, но это уже другая история.
В контексте моего сегодняшнего рассказа интересно вот что: к корпусу Trieste были прикреплены экспериментальные часы Rolex с куполообразным плексигласовым стеклом толщиной почти два сантиметра.
Те самые Deep Sea Special №3, сейчас хранятся вместе с батискафом в Смитсоновском институте в Вашингтоне, но на волне хайпа Rolex наделал целую кучу подобных хронографов
«Мокрые» дайверские часы
Так появилась концепция PBOF (Pressure-Balanced Oil-Filled) — маслонаполненный объем, уравновешенный давлением. По сути, та же идея, что у морского компаса Ритчи. Конструкторы заполняли корпуса приборов маслом и соединяли внутренний объем с внешней средой через гибкую мембрану. Давление внутри и снаружи выравнивалось — толстые стальные стенки становились не нужны.
В глубоководном аппарате Alvin эту технологию применили для укладки кабелей. Аппарат построила компания General Mills (оказывается, они делали не только хлопья для завтраков, но и серьезную электронику). Провода уложили в гибкие шланги, заполненные маслом. Вода не проникала внутрь: давление масла равнялось забортному. Даже при микротрещине она не заливала электронику мгновенно, а лишь смешивалась с маслом. Опыт Alvin показал: масло — отличный диэлектрик и защищает сложные системы от давления и агрессивной среды не хуже стального корпуса.
Большинство дайверских часов в то время ограничивались прочным корпусом и толстыми стеклами, пускай и не такими внушительными, как у Rolex Deep Sea Special, но уже начали появляться механические глубиномеры для аквалангистов, где капсула с чувствительным элементом была заполнена жидким глицерином. Это делалось не только для демпфирования, но и для того, чтобы при быстром перепаде давлений прибор не «отставал».
До появления маслонаполненных часов оставалось всего ничего. Инженерный импульс для этого решения родился из двух проблем.
Первая, как вы уже поняли, — давление, а вторая — плохая читаемость циферблата. Переходы воздух–сапфировое стекло–вода дают множественные отражения, но если пространство под стеклом заполнено жидкостью с близким показателем преломления, то отражения исчезают, и циферблат смотрится словно приклеенным к стеклу. Масло также устраняет проблему запотевания. Вот только механический баланс не работает в жидкости, быстро сбивается с ритма. Так что часовщикам пришлось ждать появления современных полупроводников.
С появлением компактных кварцевых механизмов несколько фирм взялись за разработки. В начале 1990-х французский производитель снаряжения Beuchat одним из первых залил масло в серийные часы — Genesis 4000 HPS.
В конструкции использовалась эластичная мембрана — на нее сквозь отверстия в задней крышке давила вода. В 1996 году немецкая компания Sinn, известная инструментальными часами, представила модель 403 HYDRO.
Инженеры Sinn столкнулись с термическим расширением жидкости. Решением стала подвижная задняя крышка — подпружиненный поршень, который выдвигается наружу при расширении масла. Это позволило заполнять часы «под завязку» и обеспечить работу в диапазоне от −20 до +60 °C.
Правда, владельцы ранних моделей замечали появление пузырька воздуха на циферблате при охлаждении часов. При сильном холоде объем масла уменьшался настолько, что крышка достигала предела своего хода, и внутри образовывался вакуумный пузырек. Со временем в этот вакуум диффундировали газы, делая пузырек постоянным. Пузырек не влиял на работу часов, но Лотар Шмидт, владелец компании, потратил годы, пытаясь от него избавиться.
В конце 1990-х Bell & Ross, партнер Sinn с 1992 по 2002 год, выпустила Hydromax — часы, заполненные фторированным маслом Hydroil. Согласно рекламе их водостойкость достигла рекордных 11 100 метров. Я, правда, сомневаюсь, что хоть один из покупателей это проверил.
Hydromax в сравнении с Deep Sea Special просто верх изящества
А в 2010 году бельгийская компания Ressence, все-таки сделала невозможное маслонаполненные механические часы. Правда, бельгийцы пошли на хитрость...
Конструкция Ressence Type 5 разделена на две камеры: нижняя, сухая, содержит модифицированный механизм ETA 2824-2, а верхняя залита 37,5 миллилитрами масла. Камеры связаны магнитной муфтой — никакого механического соединения, а семь сильфонов компенсируют расширение масла.
Сильфоны в крайнем правом углу
Профессиональные дайверы и военные водолазы ценят такие часы, но они остаются нишевыми: замена батареи требует спецоборудования для заполнения маслом без пузырьков. Да и цена кусается. Однако в конце 2000-х технология пошла в народ.
Гидромоддинг
Энтузиасты модифицируют недорогие часы — Casio F91W, G-Shock, дайверские кварцевые модели, превращая их в глубоководные приборы. Обычные дайверские часы вроде Rolex Submariner или Omega Seamaster стоят тысячи долларов. Сложнейшие системы прокладок, гелиевые клапаны, толстенные стекла — все ради того, чтобы не пустить воду внутрь. Предел — 300–1000 метров для большинства моделей.
Пластиковые Casio за $20, залитые маслом, потенциально переживут глубины, на которых Rolex превратится в блин. Да, у гидромоддинга есть жертва — звук. Пьезоэлектрический динамик рассчитан на вибрацию мембраны в воздухе. Вязкое масло гасит колебания, и залитые Casio еле-еле пищат. Но энтузиастов это не останавливает.
Причем никто не заморачивается с мембранами и системами компенсации. При самостоятельном гидромоддинге энтузиасты намеренно оставляют внутри пузырек воздуха, тот самый, от которого старался избавиться Шмидт.
Все герои этой истории — Ритчи с компасами, Боудойн и Кампос со скафандрами, Пересс с Tritonia, Пиккар с батискафами, Шмидт с часами Sinn решали одну задачу: как заставить механизмы работать под разрушительным давлением. И все пришли к одному решению.
Именно так работает история технологий: идеи передаются от человека к человеку, от поколения к поколению, трансформируясь и находя новые применения. Стратосфера над Альпами, Бездна Челленджера, нефтяные платформы Северного моря и мастерские Антверпена, все они связаны невидимой нитью технической мысли, которая началась с простого наблюдения: масло не сжимается.
"Личинки моли едят шубу, питаясь кератином — белком, который есть в натуральном мехе, шерсти и даже перьях. Взрослая бабочка не ест мех — она только откладывает яйца.
Личинки внедряются в толщу меха, где подгрызают у основания пуховые и остевые волоски. В результате на изделиях остаётся «стрижка» — клочки волосяного покрова."
«Черченский человек» – мумия, найденная в Синьцзянском регионе на северо-западе Китая, рядом с городом Черчен. Датировка погребения – около 1000 года до нашей эры.
Мумию нашли в 1978 году, она принадлежит к группе так называемых таримских мумий. Тело лежало на циновках, на спине с полусогнутыми ногами, под которые подложили кусок дерева.
Возраст мужчины оценивается в 50 лет, его рост составлял 176-178 см. Как и ряд других мумий этой группы, мужчина обладал не монголоидной, а скорее европеоидной внешностью: высокие скулы, орлиный нос, полные губы, цвет волос описан как «рыжевато-каштановый с седыми прядями».
На мумии была одежда из овечьей шерсти: красная саржевая туника и обтягивающие штаны, покрытые узорами. Ноги обуты в сапоги из оленьей кожи. На лице мумии имелись желтые и красноватые рисунки, которые иногда называют татуировками, но скорее всего они просто нанесены охрой.
Одежда, включавшая шерстяные носки, позволяет предположить, что мужчину похоронили зимой.
Мумия похоронена в гробнице из кирпичей, покрытой тростником и хворостом. Вместе с мужчиной в гробнице найдены мумии трёх женщин, а в соседней могиле находился трёхмесячный младенец. Тела мумифицировались естественным образом в сухом и холодном климате пустыни.
Среди погребальных даров в гробнице – зёрна пшеницы, шерстяные ткани и одеяла, а также седло и 10 шляп, включая белую фетровую шляпу с рогами и коричневую остроконечную шляпу с перьями.
На теле не обнаружено никаких признаков травм. Полагают, что мужчина умер во время эпидемии, охватившей этот регион.
Задавалось много вопросов - а как его извлечь, если гравитационному обогащению оно не поддается в принципе. Да, гравитационному обогащению оно действительно не поддается, но поддается геохимическому концентрированию. Один из вариантов - концентрирование золота на минералах тяжелого шлих в россыпях в зоне гипергенеза.
Давайте рассмотрим конкретный пример: Нижнеселемджинский золотоносный узел (НЗУ) в Амурской области - это эродированное интрузивно-купольное поднятие площадью около 1200 км². Это означает, что когда-то здесь были горячие магматические процессы, которые создали условия для образования золота.
Строение узла:
• Основание (возраст ~2 млрд лет): древние сланцы и метапесчаники
• Интрузии (возраст 400-90 млн лет): гранитоиды разных фаз магматизма
• Поверхность (современная): эрозионный срез, где обнажаются всё более глубокие слои
Золото локализовано в связи с разломами северо-восточного направления, которые контролируют гидротермальные потоки и образование рудных жил.
Геологическое строение НЗУ с элементами золотоносности (использовались материалы В.Ф. Зубкова, 1980 г.; Д.Л. Вьюнова и др. 2005 г.; Государственная геологическая карта 1:1000000, 2005).
Условные обозначения: 1 - четвертичные образования (валуны, галька, гравий); 2 - неоген- четвертичные образования (глины, песок, галька, алевролиты); 3 - каменноугольные отложения (песчаники, известняки, алевролиты); 4 - силурийские отложения (песчаники, алевролиты, конгломераты, туфы); 5 - верхнепротерозойские (?) терригенно-карбонатные отложения (сланцы, известняки, песчаники); 6 - раннемеловые андезиты; 7 - раннепротерозойские габбродиориты; 8 - ордовикские граниты; 9 - граниты и гранодиориты среднего-позднего карбона; 10 - раннемеловые гранит-порфиры, гранодиорит-порфиры и диоритовые порфириты; 11 - россыпи золота; 12 - разломы; 13-17 - рудопроявления: 13 - железа, 14 - свинца, 15 - олова и ниобия, 16 - серебра, 17 - золота; 18-19 места отбора штуфных проб с высоким содержанием золота: 18 - по данным Д.Л. Вьюнова (2005), 19 -данные автора; 20 - схематическая граница узла
Почти все золотоносные россыпи НЗУ относятся к аллювиальному генетическому типу. Исключение составляют делювиально-элювиальные россыпи вершины р. Некля, а также руч. Веселого.
Содержание золота в целиковой россыпи р. Некля от десятков мг/м3 до 3946 мг/м3, в среднем 282 мг/м3 на массу и 1415 мг/м3 на продуктивный пласт. В целиковой россыпи ручья Веселый среднее содержание Аи на массу - 500 мг/м3
Легкая фракция шлихов представлена кварцем и составляет до 28 до 80 % от массы шлиха. Магнитная фракция шлихов представлена магнетитом (от 20 до 70 % фракции), лимонитом (до 10 %) и мартитом (от 4 до 68 %). Количество ее в среднем составляет от 1-10 % массы шлиха.
Содержание золота в магнитной фракции шлиха по данным атомно-абсорбционного анализа - 0,166 г/т, серебра - 0,45 г/т.
Электромагнитная и немагнитная тяжелая фракция шлихов составляет от 42 до 86 % всей массы шлиха. Представлена она, в основном, ильменитом (от 30 до 43 % фракции), галенитом (от 18 до 24 %), цирконом (от 3 до 28 %) и монацитом (от 1 до 10 %).
В электромагнитной и немагнитной тяжелой фракции среднее содержание свободного самородного золота по минералогическому анализу - 896 г/т, а по атомно-абсорбционному 2660 г/т.
Сравнение этих данных анализов позволяет сделать вывод, что золото в пробе, в основном (1754 г/т), представлено частицами, закапсюлированными в минералах-концентраторах электромагнитой и немагнитной фракций (ильмените, галените, цирконе, монаците и др.). Так в галените, который составляет до 24 % всей массы тяжелого шлиха, содержание золота по атомно-абсорбционному анализу составляет 70 г/т, серебра 200 г/т.
Теперь рассмотрим техногенную россыпь ручья Веселый, в котором гипергенные процессы, характерные для зоны коры выветривания, многократно усилены преобразованиями в результате техногенеза. Как следствие, наблюдается изменение процентного соотношения основных минералов в тяжелой фракции шлиха.
В техногенной россыпи увеличивается количество самородного свинца до 16 % с одновременным уменьшением галенита до 5 %. В тяжелом шлихе не обнаружены гематит, пирит, лимонит и мартит, уменьшилось количество магнетита. Но выявлено в сумме до 12 % металлического Fe окислов железа. Появляется амальгама золота (до 0,5 % ) .
Самородный свинец образует выделения, в основном сфероидной формы. Низкие содержания в его составе сурьмы.- 0,3 % и мышьяка – 100 г/т и высокие содержания золота (140 г/т), серебра (50 г/т), железа (0,15 %), меди (850 г/т), ртути (300 г/т) и других примесей указывают на то, что он является продуктом восстановления галенита, а не свинцовой дробью.
Среднее содержание свободного золота в тяжелой фракции шлиха техногенной россыпи кл. Веселый по минералогическому анализу 1473 г/т, по данным атомно-абсорбционного метода (AAA) Ап содержится 1758 г/т.
В процессе золотодобычи, где до недавнего времени широко использовалась ртуть, активно происходит трансформация амальгам с высвобождением золота, при этом происходит заражение благородным металлом типичных акцессорных минералов поступивших в россыпи, таких как ильменит (Au-110 г/т, Ag-50 г/т) и циркон (Au-280 г/т, Ag-560 г/т, данные атомноабсорбционного анализа).
Были установлены основные золотосодержащие минералы в техногенной россыпи кл. Веселый: 1. Халцедоновидный кварц (Au 100-150 г/т, Ag 10-30 г/т)
2. Магнетит (Au 100-300 г/т, Ag 50-100 г/т)
3. Самородный свинец (Au 60-140 г/т, Ag 20-50 г/т).
Полученные данные подтверждаются другими исследователями, установившими, что содержание золота в минералах из россыпей значительно превышают его содержание в этих же минералах, выделенных из горных пород.
Наличие в шлихе халцедоновидного золотоносного кварца наряду с глинистыми минералами и гидроксидами железа является одним из индикаторных признаков прохождения стадии коры выветривани.
Содержание такого кварца в россыпи кл. Веселый - 44 г/м3 промываемой породы. Наряду с традиционными минералами, содержащими тонкодисперсное и наноразмерное золото, выявлены новые минералы-концентраторы Au - монацит (Au 400-680 г/т, Ag 400-600 г/т); рутил (Au 500-1000 г/т, Ag 20-70 г/т) и галенит (Au 5-10 г/т, Ag 1-2 г/т).
Таким образом, в шлихах Некли и Веселого природа уже сделала самое главное - сконцентрировала невидимое золото. Нам же остается только одно - после доводки золотой головки хвосты доводки отправить на гидрометаллургию и уже химически извлечь это невидимое золото.
Учитывая большую обратную связь в лично телеграме, все-таки сделал канал. На канале GoldenGeo будут публиковаться материалы не в научно-популярной форме, а в более профессиональной.
Вы все также можете задать вопросы в личном телеграме: GoldenGeo_Irk
Проблема: Весь наш внутренний мир — цвета, звуки, любовь, боль, ощущение «я» — считается необъяснимой загадкой. Как серая материя мозга рождает красный цвет заката? Наука не знала ответа 400 лет.
Наше решение: Мы нашли этот ответ. Сознание — это не магия, а геометрия. Точнее, голономия — «геометрическая память» о движении в особом пространстве.
Представьте: У вашего сознания есть 24 «регулятора» (степени свободы). Среди них:
Физические (пространство, ритм).
Чувственные (яркость, цвет).
Внутренние (значимость, настроение, единство «я»).
Даже квантовые (неопределённость выбора).
Когда вы что-то переживаете, эти «регуляторы» двигаются. Голономия — это след, память о том, как они провернулись. Этот геометрический след и есть ваше субъективное переживание (квалиа).
Что это даёт? 3 революционных следствия: Измеряем сознание как температуру. Подсчитывая сложность этой «геометрической памяти», можно получить число от 0 до 1. Кома = 0.15, здоровый человек = 0.85. Впервые в истории. Объясняем субъективное время. Почему в детстве лето длилось вечность, а с возрастом годы летят? Чем новее и интенсивнее опыт — тем больше «геометрической памяти» накапливается за секунду, тем дольше она длится субъективно. У нас есть формула для этого. Даём рецепт искусственного сознания. Чтобы создать ИИ, который по-настоящему чувствует, нужно: дать ему эти 24 «регулятора», механизм их движения и способность «запоминать» свой путь (голономию). Это не философия. Это инженерия. Теория дает 24 чётких, проверяемых предсказания. Например: Если нарушить ритм мозга, изменится ощущение времени. У человека в потоке или в медитации «геометрия» будет особой, и её можно увидеть на ЭЭГ. Депрессия — это специфический «перекос» в нескольких ключевых «регуляторах». Мы выходим к сообществу. Ищем критиков, союзников и экспериментаторов, чтобы проверить теорию на практике. Вопрос «что такое сознание?» переходит из разряда философских в разряд технических. #сознание#наука#прорыв#теория#ии#физика#психология#хакасия
P.S. Полную математическую модель с уравнениями и выкладками готовы предоставить для серьёзного обсуждения.
