Темы рефератов по физике
Физика – это предмет практический. Невозможно только в теории выучить такую науку, постоянно необходимо практиковаться. Как следствие этой особенности, обычно на выбор студентам дается совсем небольшой список тем, которые можно использовать для теоретического реферата. Мы решили помочь вам выделиться в глазах преподавателя и написали небольшой список интересных тем. Вам остается пойти по одному из двух путей: написать самостоятельно по выбранной теме, при этом мучаясь с правильным оформлением реферата и требованиями к реферату. Или поступить мудрее и просто заказать его у нас. Мы даем двадцатидневную гарантию на все работы, поэтому если вас что-то не устроит, вы можете потребовать доработки у автора.
- Скорость света: методы определения.
- Резердорф и его опыты.
- Теория упругости.
- Методы получения полупроводниковых пластин.
- Действие поляризационных приборов.
- Потеря тепловой и электрической энергии во время автоперевозок.
- Распространение радиоактивных волн.
- Баллистическая межконтинентальная ракета.
- Принцип действия радиоактивных двигателей.
- Проявление законов силы трения в повседневной жизни человека.
- Максвелл и его электромагнитная теория.
- Сущность и значение термообработки.
- Характеристика торсионных полей и технологий.
- Способы умягчения воды.
- Электромагнитные волны и электромагнитное излучение.
- Принцип действия аккумуляторов.
- Шаровая молния – уникальное природное явление.
- Экспериментальное исследование электромагнитной индукции.
- Функционирование электростанций.
- Преобразований энергий.
- Использование электроэнергии.
- Ядерная энергетика.
- Действие оптических приборов.
- От водяных колес до турбин.
- Значение экспериментов Николы Теслы.
- Солнце как источник энергии.
- Ультразвук и возможности его применения.
- Представление картины мира с точки зрения физики.
- Явление радуги с точки зрения физики.
- Энергия водных источников.
Трудности с написанием Реферата?
Эксперты Автор24 помогут! Оставь название работы и мы предложим лучшего эксперта для твоей темы
Привет! Рады, что ты нашел нужное методическое пособие
Для копирования текста подпишись на Telegram bot. Удобный поиск по учебным материалам в твоем телефоне
Подписаться и скачать статью
Включи камеру на своем телефоне и наведи на qr-код. Edu24_bot откроется на устройстве
Привет! Рады, что ты нашел нужное методическое пособие
Подписчики нашего бота Edu24_bot получают методичку прямо в телеграмм! Просто перейди по ссылке ниже
Скачать статью
Включи камеру на своем телефоне и наведи на qr-код.
Edu24_bot откроется на устройстве
| Молекулярная физика и термодинамика
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физика – Последние исследования и новости
- Атом
- RSS-канал
Физика — это поиск и применение правил, которые могут помочь нам понять и предсказать мир вокруг нас. Центральное место в физике занимают такие идеи, как энергия, масса, частицы и волны. Физика пытается ответить на философские вопросы о природе Вселенной и найти решение технологических проблем.
Избранное
Последние исследования и обзоры
Исследовательская работа
| Открытый доступ- Юнфан Ян
- , Андреа Валлекки
Научные отчеты 13, 1219
Исследовательская работа
|
Открытый доступ
- , Хайцян Чен
- и Сянчэн Ли
Научные отчеты 13, 1191
Исследовательская работа
|
Открытый доступ
- Павел Грушецкий
- и Ян Киселевский
Научные отчеты 13, 1218
Исследовательская работа
|
Открытый доступ
Научные отчеты 13, 1229
Исследовательская работа
|
Открытый доступ
- Пиньи Ван
- , Цзюнь Юань
Научные отчеты 13, 1205
Исследовательская работа
|
Открытый доступ
- Дж. Керски
- , Х. Маннел
- и М. Геллер
Научные отчеты 13, 1105
Все исследования и обзоры
Новости и комментарии
Основные результаты исследований |
В статье Physical Review Letters представлены изображения топологического дефекта в неколлинеарном антиферромагнетике.
- Анкита Анирбан
Nature Reviews Physics, 1
Новости и просмотры |
При протон-протонных столкновениях CMS Collaboration измеряет одновременное образование трех частиц, каждая из которых состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка, что позволяет понять, как взаимодействуют составляющие протона.
org/Person”> Джонатан Гонт
Физика природы, 1-2
Новости и просмотры |
Измерения накачки заряда в квантовом аномальном холловском устройстве демонстрируют, что квантованная холловская проводимость не требует наличия края для передачи тока, что прокладывает путь для реализации других экзотических электронных свойств.
- Кристофер Экберг
Физика природы, 1-2
Новости и просмотры |
Длиннотеоретизированные недисперсионные волновые пакеты де Бройля были оптически синтезированы с использованием классически запутанных кольцеобразных пространственно-временных волновых пакетов в среде с аномальной дисперсией.
- Мбайе Диуф
- , Джошуа А. Берроу
- и Кимани С. Туссен мл.
Физика природы, 1-3
Новости |
После десятилетий исследований эксперимент показывает возможность использования лазеров для защиты крупной инфраструктуры.
Природа
Новости и просмотры |
Явление, известное как нетрадиционная сверхпроводимость, позволяет электрическому току течь без сопротивления при необычно высоких температурах, но необходимое спаривание носителей заряда плохо изучено в современной физике. С помощью оптического микроскопа экспериментальная демонстрация такого спаривания была достигнута в простой системе.
Природа
Все новости и комментарии
Тезисы докладов
Тезисы докладовТезисы докладов
На этой странице вы найдете тезисы докладов, которые я сейчас читаю. Эта информация предоставлена для удобства учреждений, где я провожу семинары или коллоквиумы. Доклады, помеченные как КОЛЛОКИУМ, подходят для широкой аудитории, включая аспирантов и студентов старших курсов, хотя я проводил их и в виде семинаров. Доклады с пометкой SEMINAR предназначены для более специализированной аудитории. Доклады, помеченные как ПУБЛИЧНЫЕ ЛЕКЦИИ, были успешно прочитаны для широкого круга аудиторий, включая нетехнических людей, старшеклассников и т. д.
КОЛЛОКИУМ
Жизнь и смерть турбулентности
Найджел Голденфельд
Кафедра физики
Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн
Лаборатория Лумиса
1110 Вест Грин Стрит
Урбана
Ил 61801
http://guava.physics.uiuc.edu/~nigel
РЕЗЮМЕ
Турбулентность — последняя великая нерешенная проблема классической физики. Но нет единого мнения о том, что означало бы реальное решение этой проблемы. На этом коллоквиуме я предлагаю наиболее плодотворно рассматривать турбулентность как проблему неравновесной статистической механики и покажу, что эта точка зрения объясняет поведение турбулентного сопротивления, измеренное за 80 лет, и делает прогнозы, которые были экспериментально проверены в двумерных турбулентных мыльных пленках. . Я также объясню, как эта точка зрения полезна для понимания ламинарно-турбулентного перехода, определяя его как неравновесный фазовый переход, чье критическое поведение было предсказано и проверено экспериментально. Эта работа связывает переходную турбулентность со статистической механикой и теорией ренормализационных групп, рассеянием адронов высоких энергий, статистикой экстремальных событий и даже биологией популяций.
КОЛЛОКИУМ или СЕМИНАР (можно настроить в соответствии с опытом аудитории)
Возникновение коллективных мод, экологический коллапс и направленная перколяция при ламинарно-турбулентном переходе течения в трубе
или более простое название:
Статистическая механика ламинарно-турбулентного перехода
РЕЗЮМЕ
Как жидкости становятся турбулентными при увеличении скорости их потока? В последние годы тщательные эксперименты с трубами и системами Тейлора-Куэта показали, что время жизни переходных турбулентных областей в жидкости, по-видимому, расходится со скоростью потока непосредственно перед началом турбулентности, быстрее, чем любой степенной закон или экспоненциальная функция. Я показываю, как это сверхэкспоненциальное масштабирование турбулентного времени жизни в трубном потоке связано со статистикой экстремальных значений, которая, как я показываю, является проявлением соответствия между переходной турбулентностью и моделью статистической механики направленной фильтрации. Само это отображение возникает из-за еще одной удивительной и замечательной связи: ламинарные и турбулентные области в жидкости ведут себя как экосистема хищник-жертва. Такие экосистемы регулируются индивидуальными колебаниями населения и, будучи естественным образом квантованными, могут быть решены с помощью методов интеграла по путям из теории поля. Я объясняю доказательства этого отображения и предлагаю, как возникает единая картина перехода к турбулентности в системах, варьирующихся от турбулентной конвекции до магнитогидродинамики.
СЕМИНАР
Критичность, вызванная шероховатостью, и статистическая механика турбулентности в трубах и мыльных пленках
РЕЗЮМЕ
Являются ли турбулентность жидкости и критические явления аналогичными друг другу? В этом выступлении я объясняю, что эта связь может быть глубже, чем считалось ранее. В самом деле, я утверждаю, что можно использовать эти идеи для понимания турбулентности, пытаясь воспроизвести модель открытия, которая привела к решению проблемы фазового перехода. Я показываю, что эти идеи ведут к предсказанию нового закона масштабирования — проявления того, что я называю критичностью, вызванной шероховатостью, — которая была проверена путем анализа экспериментальных данных о турбулентных течениях в трубах, полученных Никурадзе в 1933. Я рассматриваю, как трение, испытываемое турбулентными жидкостями, может быть количественно зафиксировано как функция скорости потока и шероховатости стенки, с помощью аргументов Джойи и Чакраборти о передаче импульса, и описываю, как эта теория и теория критичности, вызванной шероховатостью, связаны. в настоящее время проверяется прямым численным моделированием и экспериментами по двумерным турбулентным течениям в мыльных пленках.
Каталожные номера:
- Найджел Голденфельд. Критичность, вызванная шероховатостью в турбулентном течении. Физ. Преподобный Летт. 96 , 044503:1-4 (2006).
- Н. Гуттенберг и Найджел Голденфельд. Коэффициент трения двумерных турбулентных течений мыльной пленки с шероховатой границей arXiv:0808.1451v4 (2008)
- Г. Джойя и П. Чакраборти. Турбулентное трение в шероховатых трубах и энергетический спектр феноменологической теории. Физ. Преподобный Летт. 96, 044502:1-4 (2006).
ПУБЛИЧНАЯ ЛЕКЦИЯ
За пределами хаоса: непрекращающаяся загадка турбулентности
РЕЗЮМЕ
Турбулентность — последняя великая нерешенная проблема классической физики. Это, казалось бы, случайное, непредсказуемое движение жидкостей широко распространено и хорошо знакомо всем нам. Турбулентность определяет скорость течения рек и аэродинамическое сопротивление, когда вы ведете машину; это бич авиапассажиров. Турбулентность может убить, вызывая разрыв артерий и аневризм. Турбулентность заставляет звезды мерцать. Его случайные, но структурированные узоры вдохновляли как художников, так и ученых. И все же, несмотря на столетие научных исследований, наше понимание в основном основано на нескольких ранних основополагающих открытиях. В этом докладе я попытаюсь объяснить, почему эта проблема настолько сложна, намного сложнее, чем хаос, и что означает ее решение. В частности, я покажу, что рассмотрение турбулентности как проблемы неравновесной статистической механики приводит к новым предсказаниям, которые были проверены в двумерной турбулентности. Наконец, я расскажу о недавних впечатляющих достижениях как в экспериментах, так и в теории, которые объясняют, как жидкости начинают становиться турбулентными по мере увеличения скорости их потока, установив точную математическую связь с переходным поведением в, казалось бы, несвязанной проблеме: экосистемы хищник-жертва. .
КОЛЛОКИУМ
Статистическая механика галлюцинаций и эволюция зрительной коры
РЕЗЮМЕ
В нормальном состоянии зрения паттерны нервного возбуждения управляются внешними раздражителями. Однако принятые модели зрительной коры имеют формальное сходство со статистическими механическими моделями, описывающими пространственно протяженные экосистемы с активацией и торможением. Как таковые, они подвержены индуцированной флуктуациями нестабильности Тьюринга, которая обычно приводит к возникновению пространственных паттернов нервного возбуждения, которые воспринимаются как галлюцинации, маскирующие истинные внешние раздражители. Организмы, действующие в таких условиях, не выжили бы — например, стали бы легкой жертвой хищников. Как зрительная кора обрабатывает этот разрушительный режим отказа? Мы анализируем фазовую диаграмму модели зрительной коры в зависимости от ее дальнодействующей связи и показываем, что нейронные связи в зрительной коре развили именно глобальную архитектуру, необходимую для смягчения режима отказа: разреженного дальнодействующего торможения. Эти результаты подразумевают, что редкое дальнодействующее торможение играет ранее неизвестную роль в стабилизации нормального состояния зрения и, кроме того, объясняет наблюдаемую регулярность геометрических зрительных галлюцинаций.
КОЛЛОКИУМ
Стохастические паттерны Тьюринга в океанах, мозге и биопленках
РЕЗЮМЕ
Почему структура планктона в океане такая неравномерная? Почему часто описываемые геометрические галлюцинации, как правило, попадают в один из четырех различных классов паттернов? Почему мы не видим галлюцинации постоянно? И почему популяции в экосистемах склонны к многочисленным шумовым циклам? В этом выступлении объясняется, как все эти явления возникают из-за дискретности лежащих в их основе сущностей, будь то состояния включения-выключения нейронов, или количество бактерий в жидком объеме океана, или количество сигнальных молекул в биопленке. Я объясняю, как инструменты статистической механики могут дать представление об этих явлениях, и сообщаю о ряде исследований, включающих работу зрительной коры приматов, поведение сигнальных молекул в передовой синтетической биопленке, а также флуктуирующие закономерности и популяции. морских организмов.
КОЛЛОКИУМ
Как сети способствовали быстрой эволюции ранней жизни: подсказки из канонического генетического кода
ИЛИ
Фазовые переходы в молодости: подсказки генетического кода (Предпочтительнее для некоторых аудиторий, ориентированных на физику)
Реликвии ранней жизни, предшествовавшие даже последнему универсальному общему предку всего живого на Земле, присутствуют в структуре современного канонического генетического кода — карты между последовательностью ДНК и аминокислотами, образующими белки. Код не является случайным, как часто предполагается, но теперь известно, что он обладает определенными свойствами минимизации ошибок. Как мог развиться такой код, когда казалось бы, что мутации самого кода вызовут трансляцию не тех белков, что приведет к гибели организма? Используя цифровое моделирование жизни, я показываю, как уникальный и оптимальный генетический код может появиться в ходе эволюции, но только в том случае, если горизонтальный перенос генов — сетевой эффект — был гораздо более сильной характеристикой раннего периода жизни, чем сейчас. Эти результаты предполагают естественный сценарий, в котором эволюция демонстрирует три различных динамических режима, различающихся соответственно тем, как возникают информационные потоки, генетическая новизна и сложность. Обсуждаются возможные наблюдательные признаки этих предсказаний.
Ссылка: К. Ветсигян, К. Р. Вёзе и Найджел Голденфельд. Коммунальная эволюция генетического кода. Проц. Натл. акад. науч. 103 , 10696-10701 (2006).
КОЛЛОКИУМ
Эволюционные переходы на заре жизни: появление генетического кода и биологическая гомохиральность
ИЛИ
Универсальная биология, генетический код и первые миллиарды лет жизни на Земле
Этот коллоквиум касается двух идей. Во-первых, существуют универсальные законы жизни, которые можно вывести, абстрагируя то, что мы знаем о жизни на Земле. Во-вторых, универсальные динамические признаки ранней жизни, предшествовавшие даже последнему универсальному общему предку всей жизни на Земле, присутствуют в структуре современного канонического генетического кода — карты между последовательностью ДНК и аминокислотами, образующими белки. Код не является случайным, как часто предполагается, но теперь известно, что он обладает определенными свойствами минимизации ошибок. Как мог развиться такой код, когда казалось бы, что мутации самого кода вызовут трансляцию не тех белков, что приведет к гибели организма? Используя цифровое моделирование жизни, я показываю, как уникальный и оптимальный генетический код может возникнуть в течение эволюционного времени, но только в том случае, если в ранней жизни преобладали коллективные эффекты, что очень отличается от нынешней эпохи, когда люди и виды являются четко определенными понятиями. Я также рассмотрю второй универсальный признак жизни: полное нарушение хиральной симметрии в биологических аминокислотах и сахарах, и объясню, как такие переходы могут возникать в принципе в результате неравновесной динамики автокаталитических репликаторов ранней жизни.
СЕМИНАР
Быстрая эволюционная динамика бактериофаговых экосистем: роль мутаций и горизонтального переноса генов
РЕЗЮМЕ:
Я представляю два недавних примера, которые демонстрируют, как эволюция может глубоко влиять на экологические системы. Во-первых, аномальные фазовые отношения между хищником и жертвой наблюдались в динамике экосистем как быстрый ответ на сильный отбор среди отдельных штаммов в результате точечных мутаций. Применяя подход статистической механики и стохастическое моделирование к общей простой модели динамики популяции с учетом затрат на защиту, я показываю, что только внутренняя стохастическая природа системы может генетически привести к возникновению быстрой эволюции. Во втором примере я описываю модель того, как антагонистическая коэволюция хищник-жертва может привести к мутуалистической адаптации к окружающей среде в результате горизонтального переноса генов. Наша модель представляет собой простое описание таких экосистем, как морские цианобактерии и их цианофаги-хищники, несущие гены фотосинтеза. Эти гены развиваются быстрее в виросфере, чем в бактериальном пангеноме, и, таким образом, бактериальная популяция потенциально может извлечь выгоду из хищничества фагов. Моделируя как барьер для хищничества, так и горизонтальный перенос генов, я изучаю этот баланс между индивидуальной жертвой и коллективной выгодой. Результатом является возникающая мутуалистическая коэволюция улучшенной способности к фотосинтезу, приносящая пользу как бактериям, так и фагам. Эта форма многоуровневого отбора может способствовать стратификации ниш в экосистеме цианобактерий-фагов.
СЕМИНАР
Разнообразие, коэволюция и стабильность микробно-фаговых сообществ
РЕЗЮМЕ:
Этот доклад касается вопросов эволюционной экологии, связанных с вопросом о том, как сообщества микробов-фагов могут быть стабильными и какие виды динамики могут возникать в результате взаимодействия между хищничеством и динамикой популяции. Если есть время, я хочу подчеркнуть две конкретные идеи: (1) сообщества могут быть стабилизированы путем коэволюции, как показано в динамике коэволюционных взаимодействий хищник-жертва, динамике убийства победителя и возникающей структуре популяции. В этом классе систем демографическая стохастичность играет большую роль в определении судьбы и стабильности системы. Эти идеи относятся к морским бактериям и их фагам. (2) Имеются возникающие коллективные взаимодействия между морскими цианобактериями и их фагами, связанные с важной ролью горизонтального переноса генов. Как ни странно, вирусное хищничество может стабилизировать бактериальное сообщество и даже помочь ему расширить свой ареал. Конкретным примером этого является система морских цианобактерий Прохлорококк и его фаг.
КОЛЛОКИУМ
Есть ли универсальность в биологии?
РЕЗЮМЕ
Иногда говорят, что есть две причины, по которым физика так успешна как наука. Во-первых, он имеет дело с очень простыми проблемами. Другой заключается в том, что он пытается учитывать только универсальные аспекты систем на желаемом уровне описания, при этом явления более низкого уровня включаются в небольшое количество регулируемых параметров. Широко распространено мнение, что этот подход вряд ли применим в биологии, которая пугающе сложна, где «у всего есть исключение» и где существует огромное количество неопределенных параметров.
Тем не менее я попытаюсь доказать, что существуют важные, экспериментально проверяемые аспекты биологии, которые демонстрируют универсальность и должны поддаваться рассмотрению с точки зрения физики. Я предполагаю, что это может привести к новому полезному пониманию существования и универсальных характеристик живых систем. Я попытаюсь обосновать эту точку зрения, сопоставив цели и практики области физики конденсированного состояния с материаловедением, а затем, в более широком смысле, цели и практики недавно появившейся области «Физики живых систем» с биологией.
Конкретные биологические примеры, которые я буду обсуждать, включают следующее:
Универсальные модели экспрессии генов в клеточной биологии
Универсальные законы масштабирования в экосистемах, в том числе закон видовой площади, закон Клейбера, парадокс планктона
Универсальность генетического кода
Универсальность термодинамического использования в микробных сообществах
Универсальные законы масштабирования в дереве жизни
Также будет обсуждаться вопрос о том, что можно узнать из изучения универсальных явлений в биологии. Универсальные явления по самой своей природе проливают мало света на подробные микроскопические уровни описания. Тем не менее, нет смысла искать идиосинкразические механистические объяснения явлений, объяснение которых можно найти в довольно общих принципах, таких как центральная предельная теорема, которым вынужден подчиняться каждый микроскопический механизм. Таким образом, физические точки зрения могут лучше подходить для ответа на определенные вопросы, такие как универсальность, чем традиционные биологические точки зрения. В то же время следует признать, что идентификация и понимание универсальных явлений не могут быть хорошим ответом на вопросы, которые традиционно занимали ученых-биологов.
Наконец, я планирую поговорить о, пожалуй, центральном вопросе универсальности в биологии: почему вообще возникает явление жизни? Это неизбежное следствие законов физики или какая-то особая геохимическая случайность? Какая методология могла бы хотя бы начать отвечать на этот вопрос? Я попытаюсь объяснить, почему традиционные подходы к биологии не стремятся ответить на этот вопрос, сравнивая с нашим пониманием сверхпроводимости как физического явления и с теорией универсальных вычислений.
Каталожные номера :
Найджел Голденфельд, Томмазо Бьянкалани, Фаршид Джафарпур. Универсальная биология и статистическая механика ранней жизни. Фил. Транс. Р. Соц. А 375, 20160341 (14 страниц) (2017).
Найджел Голденфельд и Карл Р. Вёзе. Жизнь — это физика: эволюция как коллективное явление, далекое от равновесия. Анна. Преподобный Конд. Мэтт. физ. 2, 375-399 (2011).
КОЛЛОКИУМ ИЛИ СЕМИНАР
Даже у паразитов есть паразиты: колебательная динамика популяций мобильных генетических элементов в вашем геноме
или
Статистическая механика скачков генов в вашем геноме
РЕЗЮМЕ
Мобильные элементы (МЭ), или транспозоны, представляют собой класс мобильных генетических элементов, которые могут либо перемещаться, либо дублировать себя в геноме, иногда в результате мешая экспрессии генов. Некоторые ТЕ могут кодировать все необходимые ферменты для их транспозиции и, таким образом, являются автономными, в то время как неавтономные ТЕ являются паразитическими и должны зависеть от механизма автономных. Мы представляем и решаем стохастическую модель для описания динамики неавтономных/автономных пар ретротранспозонов в геноме человека, которые размножаются с помощью механизма копирования и вставки. Мы предсказываем вызванные шумом постоянные колебания числа их копий, аналогичные динамике хищник-жертва в экосистеме. Мы обсуждаем, возможно ли экспериментально измерить эти явления в лаборатории, используя методы, недавно разработанные в сотрудничестве с Томом Кульманом, для визуализации активности транспозонов в реальном времени в живых клетках. Мы также обсуждаем возможность наблюдения за этими колебаниями в течение эволюционного времени с помощью биоинформатики. Эта работа показывает, что геном можно рассматривать как экосистему, в которой обитают разнообразные взаимодействующие популяции.
ПУБЛИЧНАЯ ЛЕКЦИЯ
Что теоретическая физика может сказать нам о происхождении и эволюции ранней жизни?
РЕЗЮМЕ
Жизнь на Земле удивительно разнообразна, с множеством форм жизни, структур и эволюционных механизмов. Однако есть два аспекта жизни, которые являются универсальными — общими для всех известных организмов. Это генетический код, который управляет преобразованием ДНК в белки, составляющие ваше тело, и неожиданная леворукость аминокислот в вашем теле. Можно было бы ожидать, что ваши аминокислоты представляют собой смесь левых и правых молекул, но ни одна из них не является правосторонней! В этом выступлении я описываю, как эти универсальные аспекты биологии могут быть поняты как возникшие в результате эволюции, но обобщенные на эпоху, когда гены, виды и индивидуальность еще не возникли. Я также обсужу, в какой степени можно найти общие принципы биологии, применимые ко всей жизни во Вселенной, и что это будет означать для зарождающейся области астробиологии.
КОЛЛОКИУМ
Закономерности, универсальность и вычислительные алгоритмы
Можем ли мы использовать вычислительные алгоритмы для точного предсказания физических явлений? В этом выступлении, предназначенном для неспециалистов, я приведу примеры, когда сложные пространственно-временные явления могут быть искусно зафиксированы с помощью простых вычислительных алгоритмов, которые не только создают закономерности, напоминающие наблюдаемые в эксперименте, но и делают точные прогнозы относительно исследований динамики и пространственная организация, такая как корреляционные функции. Я использую примеры из физики конденсированного состояния, а также из геофизики.
Поскольку многие паттерны включают структуру в различных масштабах длины и времени, я также расскажу, как можно разработать многомасштабные методы обработки реальных материалов, начиная с наномасштаба и выше. Я показываю, что эффективный в вычислительном отношении многомасштабный подход может быть систематически разработан с использованием ренормализационной группы или эквивалентных методов для получения соответствующих связанных фазовых и амплитудных уравнений, которые затем могут быть решены с помощью алгоритмов адаптивного измельчения сетки.
Работа поддерживается Национальным научным фондом и НАСА.
СЕМИНАР
Модели внефазового поля: подход ренормализационной группы к многомасштабному моделированию в материаловедении
Рост дендритов и формирование микроструктуры материала в целом обязательно включает широкий диапазон масштабов длины от атомных до размеров образца. Модели фазового поля, дополненные оптимальными асимптотическими методами и адаптивным измельчением сетки, справляются с этим диапазоном масштабов и обеспечивают очень эффективный способ перемещения фазовых границ. Однако они не могут сохранить память о лежащей в основе кристаллографической анизотропии. Элдер и Грант убедительно показали, как можно использовать уравнение кристалла фазового поля (PFC) — сохраняющий аналог уравнения Свифта-Хоэнберга — для создания уравнений поля с периодическими решениями, которые моделируют упругость, образование твердых фаз и точно воспроизводить неравновесную динамику фазовых переходов в реальных материалах. В этом докладе я покажу, что эффективный в вычислительном отношении многомасштабный подход к PFC может быть систематически разработан с использованием ренормализационной группы или эквивалентных методов для получения соответствующих связанных фазовых и амплитудных уравнений, которые затем могут быть решены с помощью алгоритмов адаптивного уточнения сетки.
СЕМИНАР
Ренормгрупповой подход к глобальному асимптотическому анализу
Перенормировка и ренормализационная группа (РГ) были первоначально разработаны физиками, пытающимися понять расходящиеся термины в теории возмущений и поведение квантовой электродинамики на коротких расстояниях. В течение последних нескольких лет эти методы использовались для изучения расходящихся членов в теории возмущений и долговременного поведения различных нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. Исследуемые проблемы включают решения подобия, особенно промежуточные асимптотики второго рода (классификация Баренблатта) и бегущие волны. Примеры включают: уравнение пористой среды, распространение турбулентности и уравнение Фишера-Колмогорова-Петровского-Пискунова.
Совсем недавно были рассмотрены задачи о сингулярных возмущениях для нелинейных дифференциальных уравнений, при этом особое внимание было уделено многомасштабному анализу, пограничным слоям и ВКБ, а также согласованной асимптотике.
Метод РГ начинается с регулярного разложения теории возмущений по малому параметру и автоматически генерирует асимптотическую последовательность, не требуя от пользователя делать проницательные предположения о наличии «неожиданных» степеней, логарифмов и т. д. Равномерное приближение, генерируемое с помощью РГ, представляет собой практически более полезным, чем порожденная согласованной асимптотикой, даже при расширении до значений малого параметра порядка единицы.
Артикул:
- Л.Ю. Чен, Н. Д. Гольденфельд и Ю. Ооно. Ренормализационная группа и сингулярные возмущения: кратные масштабы, пограничные слои и редуктивная теория возмущений. физ. Ред. Е 54, 376-394 (1996).
Работа выполнена в сотрудничестве с Yoshitsugu Oono, L.-Y. Чен, О. Мартин, Ф. Лю.
Обратите внимание: более длинная и подробная версия материала в этом докладе и в моем докладе о вычислениях с недостаточным разрешением также была представлена в виде мини-курса из 3 лекций, включая такие темы, как решения подобия и аномальные размерности, фронтальное распространение и РГ.
КОЛЛОКИУМ ДЛЯ ПЕЧАТИ (больше не даю)
Статистическая физика, биологическая сложность и формирование закономерностей в горячих источниках Йеллоустона
Аннотация
Термин «биосложность» используется для описания усилий по пониманию сильно взаимодействующих динамических систем с биологическим, экологическим или даже социальным компонентом. Я делаю краткий обзор того, почему эта область не только интересна для физиков, но и может принести существенную пользу от их участия. В частности, микробы представляют собой прекрасную возможность для физиков внести свой вклад в биологию, поскольку их сильное взаимодействие посредством передачи сигналов и обмена генами означает, что методы статистической механики идеально подходят для изучения экологии микробных сообществ и эволюционной динамики живых организмов. микробные геномы.
В качестве примера изучения биосложности я представляю свою собственную работу по формированию геобиологической модели в Мамонтовых горячих источниках Йеллоустона, где теплолюбивые микробы могут играть роль в динамике эволюции ландшафта.