Долгосрочные перспективы научно-технического прогресса

[Бобр-99]

Открою страшную тайну - это моя профессия.
Если бы у меня было компьютер в 1 000 000 000 более шустрый точность бы повысилась. Однако не сильно. Проблема не в вычислительной мощности, но в отсутствии теории.

[Бобр-99]

И в этом конкретном примере, и в целом. Это глубокая иллюзия что задачи можно решать повысив количество расчетов. Пока нет понимания ничего не будет. А задаче этой уже век. Понимание это не уравнение. Уравнение Шредингера тогда ещё были написано. Это не конец теории, но её начало. Теперь нужны теории сложных систем. И боюсь что для разных будут разные теории. Уравнение Шредингера это была подготовка, никак не конец.

[a_babich]

Физика состоит из нестыкующихся кусков. Вековые !!! попытки состыковать провалились.
Главные вопросы: что есть вселенная, что есть время и т.п. Это мы отнесем к философии?!!

Это не физика . И не философия. Лучше не трогать этот вопрос.

Тот же парадокс Ферми. Сотни ответов. То есть ни одного.

нет никакого "парадокса Ферми"

Открою страшную тайну - это моя профессия.

если вы "специалист по растворам" - мой вам совет : не надо трогать вопросы "что есть вселенная"  и парадокс Ферми

[MenFrame]

Проблема не в вычислительной мощности, но в отсутствии теории.

Вы мечтаете о волшебных алгоритмах которые позволят решать сложные задачи на простом калькуляторе. Что ж вы не первый такой мечтатель, когда то истово хотели решить проблему трех тел. То есть тут не проблема науки, а проблема неисполнения ваших личных ожиданий.

[AlexAV]

Ошибки в сотни килокалорий это никаких проблем?

Откуда вы взяли ошибку в сотни килокалорий в современных МД-моделях? Для хорошо подобранных потенциалов там несколько килоджоулей на моль  обычно ошибка, никак не сотни.

Вот в качестве примера результат расчёта химического потенциала NaCl в воде:


Точки - некоторые MD-модели, чёрная линия - эксперимент. Несколько килоджоулей тут ошибка даже при использовании SPC/E воды (от которой исходно прецессионных результатов ожидать сложно).

Ну и где тут Ваше расхождение в сотни кДж/моль?

Не знаю зачем вы так запали именно на этот пункт.

Молекулярная динамика - это область моей прямой профессиональной деятельности и основное направление нашей лаборатории. Так что профессиональная деформация. Сложно спокойно читать, когда по столь тебе близкой теме пишут что-то совсем странное.   

[Бобр-99]

Это подгоночная модель, причем лишь для нескольких ионов. Однако мы совсем ушли в офтоп.

[AlexAV]

. Проблема не в вычислительной мощности, но в отсутствии теории.

В области молекулярного моделирования растворов сейчас особых проблем с теорий нет (я имею ввиду, конечно же не интерпретацию расчётов, а само построение моделей). Там сейчас всё упирается чисто в вычислительные мощности. В части классической МД - так точно. С квантовой химией там чуть сложнее, но в общем тоже самое.

Уравнение Шредингера это была подготовка, никак не конец.

Для каких-нибудь живых систем - весьма вероятно. Там действительно описание ab initio невозможно, так как тонет в чудовищной сложности системы. А в области материаловедения в общем уравнение Шредингера + МД/Монте-Карло (смотря что считаем) в принципе может давать исчерпывающие ответы на все представляющие практический интерес вопросы. Современных вычислительных мощностей для этого конечно не вполне хватает, но в принципе они представимы.

[Бобр-99]

Предлагаю все что "про растворы" стереть. Полный офтоп.

[AlexAV]

Это подгоночная модель, причем лишь для нескольких ионов. Однако мы совсем ушли в офтоп.

Для любого иона можно произвести аналогичные расчёты. И результат так же будет разумным. Если взять то же силовое поле  COMPASS  - то используя его можно моделировать практически любые растворы органических ионов. И, уверяю, для любой взятой из головы пары органических ионов в растворах (водных и органических), при условии, что в рассматриваемой системе нет химических реакций (реакции тоже можно моделировать, но это не про поле COMPASS), результат будет достаточно адекватен экспериментальным данным.

Это подгоночная модель

Не совсем. Силовое поле MD-модели описывает вполне реальную характеристику изучаемой системы - поверхность потенциальной энергии этой системы. По сути МД - это метод извлечения из заданной ППЭ каких-то наблюдаемых свойств данной системы. А точки ППЭ - непосредственно могут быть вычислены из квантовых расчётов (собственно энергия определенной конфигурации атомов и есть то, что большинство методов квантовой химии и рассчитывают). Тут между МД-моделями и квантовыми моделями очень прямая и физически обоснованная.

Многие используемые сейчас поля получены, конечно, на чисто эмпирических данных (+разумные предположения о функциональной форме, описывающей взаимодействие молекул), однако и прямая связка ab initio квантовая химия - молекулярная динамика тоже используется и даёт неплохие результаты (сейчас правда больше для металлов и ковалентных кристаллов, где квантовая часть моделирования проще и хорошо работает DFT, межмолекулярное взаимодействие считать квантовыми методами достаточно сложно, но никаких принципиальных ограничений так моделировать вообще всё что угодно нет).

P.S. Знаю очень хорошие работы в институте им. Духова, где результаты DFT модели скармливают алгоритмы машинного обучения, который должен предсказывать ППЭ, а затем используют полученную так ППЭ для моделирования свойств материалов классической МД (там правда не водных или органических растворов, а металлических сплавов в основном). И в общем очень неплохие результаты там получаются вообще на кончике пера, без единого экспериментального подгоночного параметра. 

[Бобр-99]

Мы свалились в узкоспециализированные разговоры. Суть же в том что вы считаете что в растворах все хорошо, а в наука в целом заканчивается. У меня же обратное мнение по обоим пунктам. 

[LV46]

но и теоретик сделал практически всё, что можно было от него ожидать — предложил теорию способную описать любой явление доступное в солнечной системе (при этом с точки зрения инженера на сколько это теория внутренне согласована и непротиворечива, насколько она красива — не столь уж и существенно, важно что она может давать предсказания с требуемой точностью, остальное не важно).

Квантовая механика вообще никаких предсказаний не может дать, даже элементарных, и ничего.
Тут выше речь шла о растворах. Так вот, сразу, навскидку, КМ должна предсказывать зная только хим. состав - скорость света в этом растворе (если он прозрачный конечно).
Но нет. Не могёт.
И так далее всё остальное, начиная от определения цвета по хим. формуле и заканчивая предскзанием сверхпроводимости. Всё мимо.
Зато наука торжествует, всё известно уже, как же.

[Бобр-99]

Несколько лет назад проскакивал пример, который меня восхитил.
Задача двух тел. Стабильные траектории, аналитическое решение.
Задача трех тел. Имеются стабильные траектории найденные Лагранжем. Остальные траектории хаотические. Всем известно.
Так вот, компьютерным перебором было найдено еще несколько десятков стабильных траекторий. Как оно?
Эти решения принципиально содержаться в уравнениях Ньютона? Содержатся. А закончился ли у нас анализ периодических траекторий всего лишь для трех тел?
Это классическая механика. Это всего три тела. Какое значение имеет принципиальна возможность?

[AlexAV]

КМ должна предсказывать зная только хим. состав - скорость света в этом растворе (если он прозрачный конечно).

Высокочастотная диэлектрическая проницаемость достаточно хорошо рассчитывается. Её считать пожалуй проще, проще, чем термодинамике, куда менее чувствительна к ошибкам модели.

[AlexAV]

Теоретические физики занимают какую-то странную позицию. Вот эта "законченность". В начале 20 века законченность была куда более основательная чем сейчас. Были там всего лишь "две тучки".

Между началом 20-го века и современной ситуацией есть достаточно принципиальное отличие. В начале 20-ого века были явления, которые вообще никак не не вписывались в существующую физическую картину мира. Радиоактивность, фотоэффект, спектр излучения черного тела, аномальное смещение перигелия Меркурия, опыт Майкельсона, опыт Резерфорда. Т.е. масса явлений, которые в физическую картину мира начала 20-го века категорически отказывались вписываться. Необходимость как-то менять теорию тут была очевидна.

А сейчас ситуации прямо противоположная. Сейчас попросту не осталось явлений, которые бы явно не вписывались в существующую картину мира. Ну, т.е. есть что-то в астрофизике и космологии, прежде всего темная материя, но всё это в области доступных на Земле и в Солнечной системе не наблюдаемо и не воспроизводимо. Соответственно, нет никаких предпосылок, чтобы что-то менять в теории. Ведь теория всегда основана на экспериментально наблюдаемых фактах. А если нет фактов требующих новой теории, то зачем тогда эта новая теория нужна? Тем более нет оснований считать, что даже если существующая теория будет уточнена, это даст какие-то новые эффекты применимые в технике. Просто по той причине, что если бы такие эффекты были - мы наблюдали бы хоть какие-то рассогласования между существующей теорий и результатами тех экспериментов, которые можно поставить в земной лаборатории.

Вот нет в начале 21-го века ни своего аналога радиоактивности, ни фотоэффекта, ни проблемы теплового излучения. Т.е. того, что легко можно наблюдать на лабораторном столе, но что никак не влезает в существующую теорию. И это очень принципиальное отличие ситуации начала 20-го и 21-го века.

Физика состоит из нестыкующихся кусков. Вековые !!! попытки состыковать провалились.

Не соглашусь. Разные части физической науки сейчас связаны и согласованы между собой лучше, чем когда-либо за истерию человечества. Аксиоматику практически любого раздела физики сейчас можно вывести из первооснов, практически из законов квантовой механики, являющейся основой нашего мира.

Тут немного особняком стоит только статистическая физика и термодинамика. Последовательно обосновать второе начало термодинамики из механики (ни классической, ни квантовой) пока не удалось и фактически второе начало является неким независимым фундаментальным законом природы. Природа второго начала на уровне микрофизики сейчас остаётся одной из главных теоретических проблем из этого кластера.

В сложных ситуациях.

Вообще в сложных ситуациях решение доступное нашему пониманию вообще не обязано существовать. Какой-то инструмент для изучения подобных случаев даёт численное моделирование, но и его возможности довольно быстро начинают упираться в барьер вычислительной сложности.  Движение в сторону сложности скорее всего будет ограничено мягкой стеной экспоненциального роста затрат на поиск решения. И в силу этого также будет весьма умеренным.

[Бобр-99]

И вы не ждете что могут быть найдены новые принципы, наряду с термодинамикой? Для разума например?
Кстати, мне казалось что статмеханика закончена. То есть она таки всё не согласована в фундаменте?

[AlexAV]

То есть она таки всё не согласована в фундаменте?

Там есть одна проблема, которая до конца не решена. Для квантовой системы, находящейся в смешанном состоянии, можно ввести энтропию фон Неймана:

\[ S(\rho) = -Tr[\rho log_2 \rho] \]

Во всех случаях, когда это удаётся проверить, энтропия фон Неймана для квантовой системы эквивалентна термодинамической энтропии (вплоть до множителя). При этом можно доказать, что при любом унитарном преобразовании матрицы плотности \(  \rho \) энтропия фон Неймана всегда строго сохраняется. Однако, если квантовая система замкнута, то любое изменение её состояния описывается некоторым унитарным оператором, а значит возникает вопрос. Как и почему в этом случае энтропия замкнутой системы вообще может расти.

В сущности это проблема стрелы времени (откуда берется необратимость в мире строго управляемом обратимыми законами динамики), просто несколько формализованная. Хорошего, внутренне не противоречивого, ответа на этот вопрос пока никто не дал. Это остаётся довольно существенной теоретической проблемой.

Эта проблема обитает где-то рядом с проблемой природы квантовых измерений и квантово-классического перехода (скажем, до сих пор не удаётся получить первую квантовую поправку к уравнениям Ньютона). И тут на самом деле есть некоторые основания ожидать найти что-то сильно нетривиальное.

Для разума например?

Для разума могут. Но всё это в любом случае будет лежать внутри круга явлений очерченных базовыми фундаментальными законами природы.

[mbrane]

Квантовая механика вообще никаких предсказаний не может дать, даже элементарных, и ничего.

не фантазтруй... в квантовой иеханике ты полный ноль бе спалочки.. посему тих сопи в носоовой платок , и слушай шо тебе умный дядькти говорят

Ошибки в сотни килокалорий это никаких проблем?

это где такие ошибки... Про крепкие соляные растворры (ну скажем 3-4 мольные)  могу сказать что там есть аномалии - активность протонов выше 1... но это явно не сотни киллакалорий (сроотня кмлакалорий на моль - этовообще 1ё жВ - энергия сильной ковалентной связи)

Это глубокая иллюзия что задачи можно решать повысив количество расчетов. Пока нет понимания ничего не будет.

какое понимание - нудно... что такое закон  кулона все знают, что такое полный ннабор ортогональных фугкций тоде все знают... этого достаточно чтобы решить ad initiо любую квантовомехнаическуюю задачу .. в теории..на практике экпоненциально растет число уравнений - но это техническая проблема а не принципиальная

если вы "специалист по растворам"

судя по вему он таки спец по квантовой химии

В области молекулярного моделирования растворов сейчас особых проблем с теорий нет (я имею ввиду, конечно же не интерпретацию расчётов, а само построение моделей). Там сейчас всё упирается чисто в вычислительные мощности. В части классической МД - так точно. С квантовой химией там чуть сложнее, но в общем тоже самое

а в крепких многокомпонетных растворах, скда еще способных ккомплексообразованию?[

Тут немного особняком стоит только статистическая физика и термодинамика. Последовательно обосновать второе начало термодинамики из механики (ни классической, ни квантовой) пока не удалось и фактически второе начало является неким независимым фундаментальным законом природы. Природа второго начала на уровне микрофизики сейчас остаётся одной из главных теоретических проблем из этого кластера.

свой пятак брошу...как раз с природой то второго закона все понятно... у вас под боком тепловой резервуар  с температурой 2.73, кула в силу декоггерентности (реолаксации) утекает почти все квантовые корреляции между отдельными подситемами боьшой сисьемы, оставляя систему в минимуме потенциально энергии - в устойчивом состояниии - где скоростьрелаксационных  ппроцессов на порядки ниже

Однако, если квантовая система замкнута, то любое изменение её состояния описывается некоторым унитарным оператором, а значит возникает вопрос. Как и почему в этом случае энтропия замкнутой системы вообще может расти.

статистическая мехханика - практическая наука работаюш\ща с большими но не бесконечными системами... но как бы не была велика система - она все равно открыта - ну например хотя быв силу гравитации... - а для открытых систем проблем с постоянством энтропии нет

В сущности это проблема стрелы времени (откуда берется необратимость в мире строго управляемом обратимыми законами динамики), просто несколько формализованная. Хорошего, внутренне не противоречивого, ответа на этот вопрос пока никто не дал. Это остаётся довольно существенной теоретической проблемой.

чем вас не устраиваюет простой  аргуиент взятый у того же зюрека - вам нужно 100500 триллионв трриллиардов сикстильонов жизней что бы увидеть аномалию хотя бы в решетке Изинга с 1000 узлами

[muhserg]

AlexAV, а если зайти несколько с другой стороны?

КТП ведь для нашего четырехмерного пространства-времени. А другие вселенные, расходящиеся с нашей в четвертом пространственном измерении или во втором временном?

Да, сейчас мы их не можем экспериментально обнаружить, но это не значит, что их нет.
Концепция мультивселенных вполне обсуждается и в теории суперструн присутствует 11-мерное пространство.

[mbrane]

КТП ведь для нашего четырехмерного пространства-времени. А другие вселенные, расходящиеся с нашей в четвертом пространственном измерении или во втором временном?

Если они причинно не связаны то их нет..в интеграл Фейнмана не входит состояние невзаимодействующихь частей

Концепция мультивселенных вполне обсуждается и в теории суперструн присутствует 11-мерное пространство.

Обсуждаться может чего угодно...с причинностью вопрос решите. Этот же вопрос у меня к инфляционнистам любого толка - который так лихо заметают мусор под шкаф... квантовая эволюция ведь унитарна...поэтому никакой термализации  у удаленных регионов и    горизонтов событий быть не может если рассматривать вселенную как замкнутую квантовую систему...

[mbrane]

Между Римской империей и династией Хань не было практически никаких контактов, а с культурой Теотиуакана не было вовсе. "Цивилизация древнего Китая", "цивилизация древней Греции" - термины вполне общеупотребительные. О глобальной цивилизации можно говорить только начиная века с 19, а скорее даже с 20.

Вы это уважаемый для начала изучите центы доместикации, и историю распространения домашних животных и растений.а потом ужо будете речь вести о том была или не была единая цивилизация в 1 веке или даже 15 веке до нашей эры. Кроме Америки и Австралии на всей территории с самого начала заселения и особенно после доместикации лошади была единая цивилизация, со своими региональными особенностями - но цивилизация едина