Содержание
Вечный двигатель (презентация к уроку) | Презентация к уроку по физике (10 класс) по теме:
Слайд 1
Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile ) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %). Вечный двигатель
Слайд 2
Какие существуют вечные двигатели? Вопрос: Какие существуют вечные двигатели? Ответ: Никакие. Но, несмотря на это, существует классификация вечных двигателей.
Слайд 3
Вечный двигатель (perpetuum mobile) — делится на вечные двигатели первого рода и второго рода . Причины, по которой их нельзя построить, называются первое и второе начала термодинамики. Осознание того, что создание вечного двигателя невозможно, подвигло Парижскую академию наук в 1775 году отказать в рассмотрении всех подобных проектов (основанием было примерно следующее: «халявы не бывает»).
Слайд 4
Вечный двигатель первого рода предполагал работать без извлечения энергии из окружающей среды. Вечный двигатель второго рода — это машина, которая уменьшает энергию теплового резервуара и целиком превращает ее в работу без каких либо изменений в окружающей среде.
Слайд 5
Модель вечного двигателя На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие. Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Дифференциальная причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны. Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя
Слайд 6
Арабский вечный двигатель Индийский или арабский вечный двигатель с небольшими косо закрепленными сосудами, частично наполненными ртутью.
Слайд 7
Вечный двигатель на постоянных магнитах
Слайд 8
Вечный двигатель и закон Архимеда На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться. Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет превышать суммарную силу, действующую на остальные баки.
Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода. Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда
Слайд 10
Некоторые примеры «вечных двигателей»
Слайд 11
Колесо с перекатывающимися шарами Идея изобретателя: Колесо с перекатывающимися в нем тяжелыми шариками. При любом положении колеса грузы на правой его стороне будут находиться дальше от центра, чем грузы на левой половине. Поэтому правая половина должна всегда перетягивать левую и заставлять колесо вращаться. Значит, колесо должно вращаться вечно. Почему двигатель не работает: Хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, чем грузы на левой стороне, число этих грузов меньше ровно настолько, чтобы сумма сил тяжестей грузов, умноженных на проекцию радиусов, перпендикулярную к направлению силы тяжести, справа и слева были равны ( F i L i = F j L j ).
Слайд 12
Цепочка шаров на треугольной призме Идея изобретателя: Через трехгранную призму перекинута цепь из 14 одинаковых шаров.
Слева четыре шара, справа — два. Остальные восемь шаров уравновешивают друг друга. Следовательно, цепь придет в вечное движение против часовой стрелки. Почему двигатель не работает: Грузы приводит в движение только составляющая силы тяжести, параллельная наклонной поверхности. На более длинной поверхности больше грузов, но и угол наклона поверхности пропорционально меньше. Поэтому сила тяжести грузов справа, умноженная на синус угла, равна силе тяжести грузов слева, умноженной на синус другого угла.
Слайд 13
Еще в начале XVII века замечательный нидерландский физик и инженер Симон Стевин (1548–1620), видимо первым в истории, сделал всё наоборот. Экспериментируя с трехгранной призмой и цепью из 14 одинаковых шаров, он предположил, что вечный двигатель вообще невозможен (это закон природы), и вывел из этого принципа закон равновесия сил на наклонной плоскости: силы тяжести, действующие на грузы, пропорциональны длинам плоскостей, на которых они лежат. Из этого принципа вырос векторный закон сложения сил и представление о том, что силы нужно описывать новым математическим объектом — вектором.
Кроме этого, Симон Стевин сделал много глубоких, пионерских работ в физике и математике. Он обосновал и ввел в оборот в Европе десятичные дроби, отрицательные корни уравнений, сформулировал условия существования корня в данном интервале и предложил способ его приближенного вычисления. Стевин был, наверное, первым прикладным математиком, который доводил свои вычисления до числа. Для решения конкретных практических задач он постоянно развивал прикладные вычисления. К ним Стевин относил и бухгалтерию, как науку о рациональном хозяйствовании, то есть он стоял у истоков математических методов в экономике. Стевин считал, что «цель бухгалтерского учета — определение всего народного богатства страны». Он был суперинтендантом по военным и финансовым вопросам у великого полководца, создателя современной регулярной армии Морица Оранского. Его должность в современных терминах — «заместитель командующего по тылу».
Слайд 14
«Птичка Хоттабыча» Идея изобретателя: Тонкая стеклянная колбочка с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую емкость.
Свободным концом колбочка почти касается ее дна. В нижнюю часть игрушки налито немного эфира, а верхняя, пустая, обклеена снаружи тонким слоем ваты. Перед игрушкой ставят стаканчик с водой и наклоняют ее, заставляя «попить». Птичка начинает два-три раза в минуту наклоняться и окунать головку в стаканчик. Раз за разом, непрерывно, днем и ночью кланяется птичка, пока в стаканчике не кончится вода.
Слайд 15
Почему это не вечный двигатель: Голова и клюв птички покрыты ватой. Когда птичка «пьет воду», вата пропитывается водой. При испарении воды температура головы птички снижается. В нижнюю часть туловища птички налит эфир, над которым находятся пары эфира (воздух откачан). При охлаждении головы птички давление паров в верхней части снижается. Но давление в нижней части остается тем же. Избыточное давление паров эфира в нижней части поднимает жидкий эфир по трубочке вверх, голова птички тяжелеет и наклоняется к стакану. Как только жидкий эфир дотечет до конца трубочки, пары теплого эфира из нижней части попадут в верхнюю, давление паров сравняется и жидкий эфир потечет вниз, а птичка снова поднимет клюв, при этом захватив воду из стакана.
Испарение воды начинается снова, голова охлаждается и всё повторяется. Если бы вода не испарялась, то птичка бы и не двигалась. Для испарения из окружающего пространства потребляется энергия (сосредоточенная в воде и окружающем воздухе). «Настоящий» вечный двигатель должен работать без затраты внешней энергии. Поэтому птичка Хоттабыча в действительности не является вечным двигателем.
Слайд 16
Цепочка поплавков Идея изобретателя: Высокая башня наполнена водой. Через шкивы, установленные вверху и внизу башни, перекинут канат с 14 полыми кубическими ящиками со стороной 1 метр. Ящики, находящиеся в воде, под действием силы Архимеда, направленной вверх, должны последовательно всплывать на поверхность жидкости, увлекая за собой всю цепь, а находящиеся слева ящики спускаются вниз под действием силы тяжести. Таким образом ящики попадают попеременно из воздуха в жидкость и наоборот. Почему двигатель не работает: Ящики, входящие в жидкость, встречают весьма сильное противодействие со стороны жидкости, причем работа на проталкивание их в жидкость не меньше работы, совершаемой силой Архимеда при всплывании ящиков на поверхность.
Слайд 17
Архимедов винт и водяное колесо Идея изобретателя: Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струей, попадающей на лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает, с помощью ряда зубчатых колес, тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо — винт! Этот проект, изобретенный еще в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, затем повторялся в многочисленных вариациях. Почему двигатель не работает: Большая часть проектов вечных двигателей действительно могла бы работать, если бы не существование силы трения. Если это двигатель — должны быть и движущиеся части, значит, недостаточно двигателю вращать самого себя: нужно вырабатывать еще и избыточную энергию для преодоления силы трения, которую никак не уберешь.
Слайд 18
Машина Орфиреуса Идея изобретателя: Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику.
Одним из наиболее выдающихся «изобретателей» был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия — Бесслер). Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжелый груз на значительную высоту. Почему двигатель не работает: «Вечный двигатель» оказался далеко не вечным — его приводили в действие брат Орфиреуса и служанка, дергая за искусно спрятанный шнурок.
Слайд 19
Магнит и желоба Идея изобретателя: Сильный магнит помещается на подставке. К ней прислонены два наклонных желоба, один под другим, причем верхний желоб имеет небольшое отверстие в своей верхней части, а нижний на конце изогнут. Если на верхний желоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, провалится в нижний желоб, скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадет на верхний желоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение.
Проект этого магнитного perpetuum mobile описал в XVII веке английский епископ Джон Вилкенс. Почему двигатель не работает: Устройство работало бы, если бы магнит действовал на металлический шарик только во время его подъема на подставку по верхнему желобу. Но вниз шарик скатывается замедленно под действием двух сил: тяжести и магнитного притяжения. Поэтому к концу спуска он не приобретет скорость, необходимую для поднятия по закруглению нижнего желоба и начала нового цикла.
Слайд 20
«Вечный водопровод» Идея изобретателя: Давление воды в большом баке должно постоянно выжимать воду по трубе в верхнюю емкость. Почему двигатель не работает: Автор проекта не понимал, что гидростатический парадокс в том и состоит, что уровень воды в трубе всегда остается таким же, как в баке.
Слайд 21
Автоматический подзавод часов Идея изобретателя: Основа устройства — ртутный барометр крупных размеров: чаша с ртутью, подвешенная в раме, и опрокинутая над ней горлышком вниз большая колба с ртутью.
Сосуды укреплены подвижно один относительно другого; при увеличении атмосферного давления колба опускается и чаша поднимается, при уменьшении же давления — наоборот. Оба движения заставляют вращаться небольшое зубчатое колесо всегда в одну сторону и через систему зубчатых колес поднимают гири часов. Почему это не вечный двигатель: Необходимая для работы часов энергия «черпается» из окружающей среды. По сути это мало чем отличается от ветряного двигателя — разве что исключительно малой мощностью.
Слайд 22
Масло, поднимающееся по фитилям Идея изобретателя: Жидкость, налитая в нижний сосуд, поднимается фитилями в верхний сосуд, имеющий желоб для стока жидкости. По стоку жидкость падает на лопатки колеса, приводя его во вращение. Далее стекшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобу на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении. Почему двигатель не работает: С верхней, загнутой части фитиля жидкость стекать вниз не будет.
Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю — но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него.
Слайд 23
Колесо с откидывающимися грузами Идея изобретателя: Идея основана на применении колеса с неуравновешенными грузами. К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере, до тех пор, пока не перетрется ось. Почему двигатель не работает: Грузы на правой стороне всегда дальше от центра, однако неизбежно такое положение колеса, при котором число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается — следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.
Слайд 24
Установка инженера Потапова Идея изобретателя: Гидродинамическая тепловая установка Потапова с КПД, превышающим 400%.
Электродвигатель (ЭД) приводит в движение насос (НС), заставляющий циркулировать воду по контуру (показано стрелками). Контур содержит цилиндрическую колонку (ОК) и батарею отопления (БТ). Окончание трубы 3 можно подключить к колонке (ОК) двумя способами: 1) к центру колонки; 2) по касательной к окружности, образующей стенку цилиндрической колонки. При подключении по способу 1 количество тепла, отдаваемое воде, равно (с учетом потерь) количеству тепла, излучаемому батареей (БТ) в окружающее пространство. Но как только происходит подключение трубы по способу 2, количество излучаемого батареей (БТ) тепла увеличивается в 4 раза! Измерения, проведенные нашими и зарубежными специалистами, показали, что при подводе 1 кВт к электродвигателю (ЭД) батарея (БТ) дает столько тепла, сколько должно было бы получаться при затрате 4 кВт. При подключении трубы по способу 2 вода в колонке (ОК) получает вращательное движение, и именно этот процесс приводит к увеличению количества отдаваемого батареей (БТ) тепла.
Слайд 25
Почему двигатель не работает: Описанная установка действительно была собрана в НПО «Энергия» и, по утверждению авторов, работала. Изобретатели не ставили под сомнение правильность закона сохранения энергии, но утверждали, что двигатель черпает энергию из «физического вакуума». Что невозможно, т. к. физический вакуум имеет самый низкий из возможных уровней энергии и черпать из него энергию нельзя. Наиболее вероятным представляется более прозаическое объяснение: имеет место неравномерный нагрев жидкости по сечению трубы и из-за этого возникают ошибки в измерении температуры. Не исключено также, что энергия помимо воли изобретателей «закачивается» в установку из электрической цепи.
Слайд 26
Луна и планеты Идея изобретателя: Вечное движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца. Почему двигатель не работает: Здесь налицо смешение понятий: «вечный двигатель» и «вечное движение». Полная (потенциальная и кинетическая) энергия Солнечной системы есть величина постоянная, и если мы захотим за ее счет совершить работу (что, в принципе, не исключено), то эта энергия будет уменьшаться.
Но вот «бесплатной» работы мы всё равно не получим.
Слайд 27
И все-таки он существует? Французская академия наук, отказавшаяся когда-то принимать на рассмотрение проекты вечных двигателей, тем самым притормозила технический прогресс, надолго задержав появление целого класса удивительных механизмов и технологий. Лишь немногие разработки сумели пробить себе дорогу сквозь этот заслон.
Слайд 28
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В ЧАСАХ Одна из них — не требующие завода часы, которые по иронии судьбы сегодня выпускаются именно во Франции. Источником энергии служат колебания температуры воздуха и атмосферного давления в течение дня. Специальная герметическая емкость в зависимости от изменения среды слегка «дышит». Эти движения передаются на ходовую пружину, подзаводя ее. Механизм продуман так тонко, что изменение температуры всего на один градус обеспечивает ход часов в течение двух последующих суток. При условии исправности этот механизм будет функционировать ровно столько, сколько светит Солнце и существует Земля, то есть практически вечно.
Слайд 29
Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель В Российской Федерации заявки на патентование вечного двигателя не рассматриваются
Презентация «Вечный двигатель»
Слайды и текст этой презентации
| Слайд №1 | |
| Вечный двигатель Подготовила: ученица 7 Б класса Погуляева Ирина |
|
| Слайд №2 | |
| Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %). |
|
| Слайд №3 | |
| Основные виды вечных двигателей: | |
| Слайд №4 | |
| Вечный двигатель первого рода — двигатель (воображаемая машина), способный бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. | |
| Слайд №5 | |
| Вечный двигатель второго рода воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел |
|
| Слайд №6 | |
| ИСТОРИЯ В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия.  Индийский поэт,математик и астроном Бхаскара описывает колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. |
|
| Слайд №7 | |
| Неудачные конструкции вечных двигателей из историиЕсли такое колесо изготовить,оно останется неподвижным.Потому что хотя справа грузыимеют более длинный рычаг,слева их больше по количеству.В результате моменты сил справа и слева оказываются равны. | |
| Слайд №8 | |
| Неудачные конструкции вечных двигателей из истории На самый нижний бак будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность, и она будет превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода. |
|
| Слайд №9 | |
| Патентование В 1775 году Парижская академия наук приняла решения не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания.  В Российской Федерации заявки на патентование вечного двигателя не рассматриваются. |
|
| Слайд №10 | |
| Изобретатели вечных двигателей Аристотель, Архимед, Галилей Галилео, Джоуль Джеймс Прескотт, Евклид, Леонардо да Винчи, Ломоносов Михаил Васильевич, Ньютон Исаак, Паскаль Блез, Пифагор Самосский. |
|
| Слайд №11 | |
| СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! | |
- Автор: Виктория
- Распечатать
Оцените статью:
(3 голоса, среднее: 4.3 из 5)
Поделитесь с друзьями!
Большой сборник презентаций в помощь школьнику.
закрыть
Скопируйте этот код и вставьте его на своем сайте:
<div><strong><a href=»https://volna.
org/fizika/viechnyi_dvighatiel.html»
title=»Презентация «Вечный двигатель»» target=»_blank»
>Презентация «Вечный двигатель»</a></strong><iframe
src=»https://volna.org/iframe/6698/» frameborder=»0″ marginwidth=»0″ marginheight=»0″
scrolling=»no»
allowfullscreen></iframe></div>
От вечных двигателей к Entscheidungsproblem
Кажется, существует тенденция использовать новейшие современные технологии в качестве метафоры для понимания наших самых сложных научных вопросов. Эти метафоры часто расплывчаты и неточны. Они склонны чрезмерно упрощать научный вопрос, а также искажать технологию. Это бесполезно.
Но притяжение этой метафоры также имеет тенденцию превращать технические дисциплины, которые анализируют наши новейшие технологии, в фундаментальные дисциплины, которые анализируют нашу вселенную. Так было со многими аспектами физики, и я думаю, что в настоящее время это происходит с аспектами теоретической информатики.
Это очень полезно.
Итак, вернемся в прошлое, к рождению современных машин. К водяному колесу и паровой машине.
Я кратко опишу, как развивалась наука о паровых двигателях и как она относилась к вечным двигателям. Отсюда мы можем перейти к аналитической машине и современному компьютеру. Я предполагаю, что развитие информатики пошло по тому же пути — с Entscheidungsproblem и ее вариантами, служащими нашим вечным двигателем.
Наука о паровых двигателях успешно объединилась в термодинамику и статистическую механику. Они рассматриваются как универсальные дисциплины, которые используются для информирования нас о разных науках. Точно так же я думаю, что нам необходимо универсализировать теоретическую информатику и сделать ее методы более распространенными во всех науках.
Машины и сохранение энергии
По мере того, как машины стали выполнять за нас больше работы и становились все более эффективными. Стало естественным задаться вопросом: а остановятся ли когда-нибудь эти машины? Можем ли мы создавать машины, которые выполняют больше работы, чем мы вкладываем в них? Можем ли мы сделать вечный двигатель?
Уже в начале 1600-х люди пытались сделать это с помощью энергии воды.
Например, справа см. набросок Роберта Фладда 1618 года, изображающий машину перцептивного движения с водяным винтом. Он представил, как верхний резервуар сливается, чтобы вращать водяное колесо. Затем водяное колесо вращало вал, который вращал жернов для выполнения полезной работы и приводил в действие винт Архимеда, который перекачивал воду из нижнего резервуара обратно в верхний. Конечно, звучит так, как будто это может сработать. Нам просто нужно, чтобы шестерни работали достаточно плавно; правильно?
Сейчас это может показаться смешным, но в то время так думали многие серьезные мыслители.
По мере разработки и распространения паровых двигателей к концу 1700-х интерес к вечным двигателям только возрастал. К 1775 году в Англии есть паровая машина Уатта, приводящая в действие насосы и машины. С таким количеством таинственной энергии, исходящей от угля, и с появлением все новых и новых машин, требующих все меньше и меньше угля для выполнения все большей и большей работы.
Конечно, можно было бы перейти отметку 100% эффективности в бесплатную энергию.
В то время об этом можно было легко рассуждать, так как сама паровая машина была плохо изучена. Ему не хватало прочного научного обоснования.
Разумеется, ученые тоже очень интересовались этими двигателями. И они разработали основу для понимания паровых и других двигателей наряду с интересом к вечному двигателю. Но современная наука о паровых двигателях по-настоящему не сформировалась примерно до 1824 года, когда Сади Карно опубликовал «Размышлений о движущей силе огня».0010 . Это было рождением современной технической дисциплины: термодинамики.
Это не помешало изобретателям работать над вечными двигателями, но более трезво мыслящие ученые и инженеры начали подозревать, что построить такие машины может быть невозможно. К 1856 году Рудольф Клаузиус сформулировал эмпирические принципы, которые с тех пор стали первыми законами термодинамики. И, исходя из этих эмпирических принципов, можно, наконец, утверждать, что вечный двигатель, который мог бы питать внешнюю систему, невозможен.
Но было непонятно, как возникли эти эмпирические принципы — может быть, новое открытие или новый тип двигателя смогут их опровергнуть? Может быть, нам просто нужно было более творчески подойти к рассмотрению типов машин. Насколько широко могут применяться эти эмпирические принципы? Можно ли их объяснить производными от более простых идей? С 1870-х годов до публикации своих лекций по теории газов 1886 года Людвиг Больцман разработал статистическую механику для объяснения этих эмпирических принципов. Он обосновал эти законы статистикой законов Ньютона, которые к тому времени считались основополагающими.
Наконец, в 1918 году Эмми Нётер опубликовала свою новаторскую Invariante Variationsprobleme , в которой она поделилась своей теоремой о том, что каждая дифференцируемая симметрия действия физической системы имеет соответствующий закон сохранения. Теперь мы знали, что сохранение энергии не было какой-то странной эмпирической гипотезой, которую можно подвергнуть сомнению.
Скорее это было следствием формы наших физических законов. Сохранение энергии было следствием инвариантности наших физических законов относительно переносов времени.
Собрав все эти ингредиенты вместе, мы могли быть уверены, что вечный двигатель эпистемически невозможен. Их существование — в любой форме — несовместимо с нашими законами физики.
Но обратите внимание, как расширились эти законы. Мы начали с рассуждений о конкретных машинах и конкретных экспериментах. Мы начали с науки о паровых машинах. И мы подошли к фундаментальной реальности.
Теперь мы используем термодинамику и статистическую механику во всех областях, которые не имеют ничего общего с паровыми двигателями. Посмотрите, например, как Джереми Инглэнд использует статистическую механику для объяснения происхождения жизни. Или менее успешные случаи, такие как причинно-следственные энтропийные силы как объяснение ниши интеллекта, занимаемой людьми.
Узко определенная техническая дисциплина превратилась во всю вселенную, и теперь мы уважаем ее как полезный инструмент и средство проверки здравомыслия во всех других наших научных дисциплинах.
Алгоритмы и сложность вычислений
Похожая история развилась в информатике. За исключением того, что вместо паровых двигателей у нас есть алгоритмы.
К концу 1800-х формальные методы в математике быстро совершенствовались. Точно так же, как усовершенствования паровых двигателей ободрили механиков и изобретателей, эти формальные усовершенствования ободрили математиков и логиков. В конце концов, они находили процедуры для вычисления решений все более и более сложных математических задач.
К 1928 году Гильберт и Аккерманн в Основах теоретической логики задали Entscheidungsproblem : «Какова процедура, которая определяет для каждого логического выражения, для каких областей оно допустимо или выполнимо?»
Это был компьютерный эквивалент вопроса «Какова конструкция вечной машины?»
К счастью для информатики, им потребовалось меньше времени, чтобы найти свою версию Эмми Нётер — Тьюринг и Черч. Вероятно, потому, что математики — в отличие от физиков — уже искали формальные, а не эмпирические ответы.
К 1936 эти математики показали несбыточность мечты Гильберта: у них не существовало алгоритма, который мог бы решить Entscheidungsproblem .
Были конкретные проблемы, в первую очередь проблема остановки, которые не мог решить никакой алгоритм. По крайней мере, не в общем случае. Это была компьютерная версия сохранения энергии: барьер, препятствующий чудесам, которые мы желали и считали возможными. Точно так же, как и Нётер, ученые-компьютерщики показали, что этот предел сложности является следствием наших логических законов. Алгоритм решения проблемы остановки — как и вечный двигатель — был эпистемически невозможен.
С тех пор информатика расширила наше понимание пределов вычислений. И теперь у нас есть более богатая сеть убеждений, в которой проблемы решаемы — т. е. есть алгоритмы, работающие за полиномиальное время, — а какие неразрешимы. К сожалению, эта паутина по-прежнему сосредоточена вокруг ряда предположений, в которые твердо верят, но формально они не разрешены.
Точно так же, как термодинамика и статистическая механика, освободившиеся от паровых двигателей, компьютерная наука восстала против представления о себе как о специализированной технической дисциплине, имеющей дело только с алгоритмическими двигателями. Как и в случае с использованием статистической механики в термодинамике, чтобы обосноваться в ньютоновской механике, самый простой способ универсализировать информатику состоял в том, чтобы обосноваться в физикализме. Это было достигнуто с помощью варианта Ганди тезиса Черча-Тьюринга. Интуитивное утверждение состоит в том, что любая функция, вычислимая на физической машине, вычислима на машине Тьюринга. Более операционализированное утверждение могло бы заключаться в том, что статистика измерения любого повторяемого физического процесса может быть сколь угодно точно аппроксимирована машиной Тьюринга.
Конечно, это не единственный способ универсализации теоретической информатики. Лично я предпочитаю постовский вариант тезиса КТ: машина Тьюринга или другие эквивалентные формы вычислений фиксируют то, что мы можем мыслить, и выражают ограничения нашего конечного понимания.
Другими словами, теоретическая информатика — это окончательный инструмент для анализа наших теорий, моделей и гипотез.
Итак, по мере того, как теоретическая информатика универсализировалась, она искала — так же, как до нее термодинамика и статистическая механика — применение своих математических инструментов в областях других дисциплин. Он проник в физику, создав подполе квантовой обработки информации. Он проник в экономику с алгоритмической теорией игр. И я делаю все возможное, чтобы помочь теоретической информатике найти свое место в биологии и разработать алгоритмическую биологию.
Теперь мы можем перейти от сохранения энергии в механике, исключающей вечные двигатели, к ограничению вычислений в эволюции, допускающему постоянное неадаптивное неравновесие.
Если мы признаем теоретическую информатику фундаментальной, мы открываем совершенно новый набор инструментов для понимания Вселенной. Это хороший ресурс для других наук, а также отличная мотивация для теоретической информатики.
Нравится:
Нравится Загрузка…
В то же время средневековая алхимия
Это было очень близко
Дж., Первооткрыватели . Новый