A Certain Scientific Impostor
Photo
Раскурочили ионную ловушку. На первом снимке в собранном пока что виде - две вакуумные камеры, октополь, ионная ловушка и фотоумножитель в конце.
Forwarded from Авва
Меня очень, очень впечатлила эта история из мемуаров физика-экспериментатора Луиса Альвареса (перевод с англ. мой):
"Делать точные измерения действительно очень тяжело. Когда изучаешь то, как лучшие значения фундаметальных физических постоянных менялись со временем, неизбежно замечаешь, что обычно есть "модное" значение, которое часто на несколько стандартных отклонений отличается от более позднего и более точного значения. Этот феномен, который я назвал "интеллектуальная синхронизация по фазе", частично вызван тем, что никому не нравится стоять в одиночестве.
Из всех физиков, кого я знал, лучше всех смог избежать интеллектуальной синхронизации по фазе Фрэнк Даннингтон, работавший с Эрнестом Лоренсом в Беркли в 1930-х. Даннингтон провел несколько лет за измерением точного значения отношения заряда электрона к массе, e/m. Он использовал метод, который предложил Лоренс вскоре после того, как изобрел циклотрон, этот замечательный аппарат для разгона частиц путем запуска их по спирали сквозь магнитное поле. По этому методу измерялось время, которое занимало у электрона пересечь определенную часть одного оборота в магнитном поле, и из этого времени можно было получить e/m. Это измерение потенциально было намного более точным, чем более ранние измерения другими методами.
Даннингтон знал, что его оценку e/m ждут с нетерпением другие ученые, но он понимал также собственную склонность к интеллектуальной сихнронизации по фазе. Он решил, что если уж он собрался посвятить четыре года своей жизни одному измерению, то просто обязан придумать способ, который помешает ему невольно сдвинуть ответ к ожидаемому значению.
Он сделал это следующим способом: он скрыл от самого себя ключевую информацию, угол между двумя щелями в его аппарате, через которые входили и выходили электроны. Он сказал главному слесарю, что ему нужен угол где-то между 18 и 22 градусами, но точное значение он знать не хочет. Слесарь выполнил его указания, и Даннингтон начал свои измерения, четыре года измерений и тщательного анализа результатов и ликвидацию всех "систематических погрешностей". Только в самом конце, когда он уже закончил окончательный вариант своей длинной статьи, он наконец разобрал всю свою экспериментальную систему, вынул из нее часть с разрезами, и закрепил ее на аппарате для измерения углов. После длинного ряда тщательных измерений, он записал наиболее точное значение угла между разрезами, ввел это значение в свой калькулятор, и умножил его на число, которое заключало в себе результат нескольких лет его работы. Число, которое появилось в окне результата калькулятора - новая лучшая оценка e/m в мире - он вписал в пустое место, которое оставил на последней странице своего манускрипта. Затем он заклеил конверт и отослал статью.
Усилия, которые Даннингтон приложил для того, чтобы избежать интеллектуальную синхронизацию по фазе, иллюстрируют одно из важных различий между учеными и большинством других людей. Большинство людей беспокоятся о том, чтобы их кто-то не обманул; ученого еще больше беспокоит, чтобы он сам себя не обманул."
"Делать точные измерения действительно очень тяжело. Когда изучаешь то, как лучшие значения фундаметальных физических постоянных менялись со временем, неизбежно замечаешь, что обычно есть "модное" значение, которое часто на несколько стандартных отклонений отличается от более позднего и более точного значения. Этот феномен, который я назвал "интеллектуальная синхронизация по фазе", частично вызван тем, что никому не нравится стоять в одиночестве.
Из всех физиков, кого я знал, лучше всех смог избежать интеллектуальной синхронизации по фазе Фрэнк Даннингтон, работавший с Эрнестом Лоренсом в Беркли в 1930-х. Даннингтон провел несколько лет за измерением точного значения отношения заряда электрона к массе, e/m. Он использовал метод, который предложил Лоренс вскоре после того, как изобрел циклотрон, этот замечательный аппарат для разгона частиц путем запуска их по спирали сквозь магнитное поле. По этому методу измерялось время, которое занимало у электрона пересечь определенную часть одного оборота в магнитном поле, и из этого времени можно было получить e/m. Это измерение потенциально было намного более точным, чем более ранние измерения другими методами.
Даннингтон знал, что его оценку e/m ждут с нетерпением другие ученые, но он понимал также собственную склонность к интеллектуальной сихнронизации по фазе. Он решил, что если уж он собрался посвятить четыре года своей жизни одному измерению, то просто обязан придумать способ, который помешает ему невольно сдвинуть ответ к ожидаемому значению.
Он сделал это следующим способом: он скрыл от самого себя ключевую информацию, угол между двумя щелями в его аппарате, через которые входили и выходили электроны. Он сказал главному слесарю, что ему нужен угол где-то между 18 и 22 градусами, но точное значение он знать не хочет. Слесарь выполнил его указания, и Даннингтон начал свои измерения, четыре года измерений и тщательного анализа результатов и ликвидацию всех "систематических погрешностей". Только в самом конце, когда он уже закончил окончательный вариант своей длинной статьи, он наконец разобрал всю свою экспериментальную систему, вынул из нее часть с разрезами, и закрепил ее на аппарате для измерения углов. После длинного ряда тщательных измерений, он записал наиболее точное значение угла между разрезами, ввел это значение в свой калькулятор, и умножил его на число, которое заключало в себе результат нескольких лет его работы. Число, которое появилось в окне результата калькулятора - новая лучшая оценка e/m в мире - он вписал в пустое место, которое оставил на последней странице своего манускрипта. Затем он заклеил конверт и отослал статью.
Усилия, которые Даннингтон приложил для того, чтобы избежать интеллектуальную синхронизацию по фазе, иллюстрируют одно из важных различий между учеными и большинством других людей. Большинство людей беспокоятся о том, чтобы их кто-то не обманул; ученого еще больше беспокоит, чтобы он сам себя не обманул."
пак #HPLCtips намба 3
*
В ESI-MS металлы в больших концентрациях (соли металлов) дают интенсивные пики ионных кластеров. Особенно часто в практике встречаются кластеры с Na/K: так в случае Na и TFA в элюенте видны серии пиков [(CF3COONa)nNa]+ и [(CF3COONa)nCF3COO]− в положительных и отрицательных ионах соответственно, с разницей масс в 136Da.
*
Заменить катион или анион можно добавляя в элюент сильный анион или катион соответственно (т.е, противоион. см ряд активности ионов в ионной хроматографии: например Ca - сильный катион, который может забрать ненужный анион, крепко сидящий на положительно заряженной группе, а вымыть ненужный катион можно сильным комплексоном или кислотой) см. принципы ионнной хроматографии.
*
"an expanded pH range is still the holy grail of HPLC" - C18 колонки чаще всего устойчивы к кислым условиям, как в плане pH буфера, так и в плане наличия кислот в пробе. В отличие от неполярных диметилполисилоксановых капиллярных колонок для газовой хроматографии, с которых легко смывается фаза кислотами чуть сильнее уксусной (даже вода немного гидролизует фазу таких колонок). Зато C18 довольно чувствительны к основности буфера, и pH выше 8 стоит по умолчанию применять с опаской, если эксплицитно не прописано, что фаза конкретной колонки устойчива в высоких pH. Но я бы маркетологам не сильно верил. В общем, сорбенты на основе силикагелевого зерна лучше при высоких pH не гонять, но существуют полимерные сорбенты для обращенной фазы (например, на основе С18 модифицированных сополимеров гидроксиэтил метакрилата), которые устойчивы до pH~12.
*
Прямофазные, немодифицированные силикагелевые колонки могут быть убиты водой. Может быть, не мгновенно, но достаточно быстро вода сядет на фазу и ее дезактивирует. От остаточной воды в образцах спасают guard-колонки. nuff said.
*
Хорошее практическое замечание для преп- и полупреп- хроматографии: не обязательно изводить деньги на HPLC-grade ацетонитрил. Как оказалось, с практической точки зрения, достаточно чист для почти любого препаративного разделения обычный канистровый хч (sic!!!), например из "Компонент-Реактива". Да, в нем есть некоторые примеси, которые при градиентной хроматографии будут приводить к дрейфу фона, но это оказалось несущественно. к тому же эти примеси летучие, и в любом случае отсушиваются при выделении.
*
В ESI-MS металлы в больших концентрациях (соли металлов) дают интенсивные пики ионных кластеров. Особенно часто в практике встречаются кластеры с Na/K: так в случае Na и TFA в элюенте видны серии пиков [(CF3COONa)nNa]+ и [(CF3COONa)nCF3COO]− в положительных и отрицательных ионах соответственно, с разницей масс в 136Da.
*
Заменить катион или анион можно добавляя в элюент сильный анион или катион соответственно (т.е, противоион. см ряд активности ионов в ионной хроматографии: например Ca - сильный катион, который может забрать ненужный анион, крепко сидящий на положительно заряженной группе, а вымыть ненужный катион можно сильным комплексоном или кислотой) см. принципы ионнной хроматографии.
*
"an expanded pH range is still the holy grail of HPLC" - C18 колонки чаще всего устойчивы к кислым условиям, как в плане pH буфера, так и в плане наличия кислот в пробе. В отличие от неполярных диметилполисилоксановых капиллярных колонок для газовой хроматографии, с которых легко смывается фаза кислотами чуть сильнее уксусной (даже вода немного гидролизует фазу таких колонок). Зато C18 довольно чувствительны к основности буфера, и pH выше 8 стоит по умолчанию применять с опаской, если эксплицитно не прописано, что фаза конкретной колонки устойчива в высоких pH. Но я бы маркетологам не сильно верил. В общем, сорбенты на основе силикагелевого зерна лучше при высоких pH не гонять, но существуют полимерные сорбенты для обращенной фазы (например, на основе С18 модифицированных сополимеров гидроксиэтил метакрилата), которые устойчивы до pH~12.
*
Прямофазные, немодифицированные силикагелевые колонки могут быть убиты водой. Может быть, не мгновенно, но достаточно быстро вода сядет на фазу и ее дезактивирует. От остаточной воды в образцах спасают guard-колонки. nuff said.
*
Хорошее практическое замечание для преп- и полупреп- хроматографии: не обязательно изводить деньги на HPLC-grade ацетонитрил. Как оказалось, с практической точки зрения, достаточно чист для почти любого препаративного разделения обычный канистровый хч (sic!!!), например из "Компонент-Реактива". Да, в нем есть некоторые примеси, которые при градиентной хроматографии будут приводить к дрейфу фона, но это оказалось несущественно. к тому же эти примеси летучие, и в любом случае отсушиваются при выделении.
Если вас, так же как и меня, пугает словосочетание "кварто-квинтовый круг", а словосочетание "конструктивная интерференция звуковых волн" - нет, то вот вам максимально краткая логическая цепочка, которая позволила мне осознать, почему в музыке ВСЕ ТАК. Следите за руками:
1. Человеческое ухо было эволюционно устроено таким образом, чтобы различать звуки от разных источников. Поскольку IRL маловероятно точное совпадение частот излучаемых звуков от двух разных объектов - то такие звуки ухо не может различить (разложить их сумму на составляющие гармоники). Это приводит к тому, что мы слышим два звука с одной частотой, исходящие от разных источников, как будто он один: это унисон.
2.То же самое касается обертонов (звук, частота которого ровно в 2, 3, 4, етс раз выше начального тона = его обертон). Хотя обертон и тон мы уже можем различать по высоте, мы все равно понимаем, что тон и обертон похожи. Эволюционно это тоже объяснимо: любой природный объект не излучает только один тон, а всегда тон + обертона. Например, гитарная струна излучает не чистую синусоидальную волну, а сумму основного тона с кучей обертонов. То, какие именно обертона и в какой пропорции излучаются одновременно с основным тоном, определяет тембр инструмента.
3. Эта "похожесть" тона и обертона объясняется тем, что периодичность пучностей и узлов у этих стоячих волн подобна. Наложение тона и обертона дает в результате конструктивной интерференции результирующую волну с устойчивой периодичностью: а именно, длина результирующей волны будет равна длине волны основного тона, что ощущается нами как идеальное совпадение, пусть и менее классное, чем унисон.
4. В более общем случае, сумма двух волн также дает устойчивую периодичность результирующей волны, если соотношение их частот можно выразить как отношение простых целых чисел. Чем меньше эти числа, тем более красивая волна получается на выходе, и тем совершеннее звучит это сочетание звуков - которое в музыке называется интервал.
5. Получается, что человеческое ухо определяет разные степени похожести двух звуков, выделяя характерные пульсации амплитуды, и гармонию мы чувствуем сравнивая периоды суммарных волн с периодом основного тона. Чем ближе этот период к периоду основного тона, тем больше нам нравится сочетание звуков, тем совершеннее и гармоничнее звучание интервала. Так, интервал в октаву имеет период равный периоду начального тона; большая терция - в четыре раза больший период; малая терция в пять; чистая кварта в три раза, а чистая квинта - всего в два; большая секста - в три. Самый диссонансный из интервалов - малая секунда - имеет период колебаний в 15 раз больше периода начального тона, что мы явно слышим как "биения". См. прикрепленные картинки ниже.
6. Поскольку интервал в октаву дает тон, звучащий точно так же как начальный, только с большей частотой, мы приходим к мысли, что можно выбрать некоторый участок спектра между частотами f и 2f, разбив его на набор стандартных тонов, и тогда мы сможем получить любой другой возможный тон удвоением или делением на два какой либо из частот из набора стандартных тонов.
1. Человеческое ухо было эволюционно устроено таким образом, чтобы различать звуки от разных источников. Поскольку IRL маловероятно точное совпадение частот излучаемых звуков от двух разных объектов - то такие звуки ухо не может различить (разложить их сумму на составляющие гармоники). Это приводит к тому, что мы слышим два звука с одной частотой, исходящие от разных источников, как будто он один: это унисон.
2.То же самое касается обертонов (звук, частота которого ровно в 2, 3, 4, етс раз выше начального тона = его обертон). Хотя обертон и тон мы уже можем различать по высоте, мы все равно понимаем, что тон и обертон похожи. Эволюционно это тоже объяснимо: любой природный объект не излучает только один тон, а всегда тон + обертона. Например, гитарная струна излучает не чистую синусоидальную волну, а сумму основного тона с кучей обертонов. То, какие именно обертона и в какой пропорции излучаются одновременно с основным тоном, определяет тембр инструмента.
3. Эта "похожесть" тона и обертона объясняется тем, что периодичность пучностей и узлов у этих стоячих волн подобна. Наложение тона и обертона дает в результате конструктивной интерференции результирующую волну с устойчивой периодичностью: а именно, длина результирующей волны будет равна длине волны основного тона, что ощущается нами как идеальное совпадение, пусть и менее классное, чем унисон.
4. В более общем случае, сумма двух волн также дает устойчивую периодичность результирующей волны, если соотношение их частот можно выразить как отношение простых целых чисел. Чем меньше эти числа, тем более красивая волна получается на выходе, и тем совершеннее звучит это сочетание звуков - которое в музыке называется интервал.
5. Получается, что человеческое ухо определяет разные степени похожести двух звуков, выделяя характерные пульсации амплитуды, и гармонию мы чувствуем сравнивая периоды суммарных волн с периодом основного тона. Чем ближе этот период к периоду основного тона, тем больше нам нравится сочетание звуков, тем совершеннее и гармоничнее звучание интервала. Так, интервал в октаву имеет период равный периоду начального тона; большая терция - в четыре раза больший период; малая терция в пять; чистая кварта в три раза, а чистая квинта - всего в два; большая секста - в три. Самый диссонансный из интервалов - малая секунда - имеет период колебаний в 15 раз больше периода начального тона, что мы явно слышим как "биения". См. прикрепленные картинки ниже.
6. Поскольку интервал в октаву дает тон, звучащий точно так же как начальный, только с большей частотой, мы приходим к мысли, что можно выбрать некоторый участок спектра между частотами f и 2f, разбив его на набор стандартных тонов, и тогда мы сможем получить любой другой возможный тон удвоением или делением на два какой либо из частот из набора стандартных тонов.
7. Исторически, сначала предпринимались попытки построить гармоничные интервалы на октаве используя чистые отношения целых чисел. В Пифагоровом строе использовались отношения степеней двойки и тройки: строилась нота полуторной частоты от начальной, затем полуторной частоты от полуторной, и т.д. Проблема заключается в том, что с использованием таких интервалов невозможно замкнуть ряд так, чтобы получилась абсолютно гармоничная гамма, в которой все интервалы представлены отношением целых чисел: поскольку корень любой степени n > 2 из двойки число иррациональное, и не представимо в виде отношений конечных целых чисел (см. теорему о рациональных корнях), то, в частности, невозможно на чистых квинтах построить ноты в октаве так, чтобы при некотором, "последнем", умножении частоты на 3/2 нота попала в удвоенную начальную. Точно так же не получится создать строй ни на одном отношении целых, взаимно простых чисел, так чтобы в конечном итоге придти точно в удвоенную начальную ноту. Поэтому в разных случаях поступали по разному, чаще выбирая такую итерацию, на которой реализуется максимальное приближение к попаданию в октаву. Например, одним из таких вариантов построения является пентатоника, когда в Пифагоровом строе останавливаемся на пятой итерации, приближенно считая полученный интервал октавой.
7.1 Развитием Пифагорова строя является натуральный, который получается при использовании трёх разных чистых интервалов (16/15, 25/24, 135/128) между соседними тонами-ступенями такого строя. В пределах одной тональности получаются гаммы полностью гармоничные основному тону.
Но в целом, переход в другие тональности в системах с неравномерной темперацией осложнен возникающими диссонансами, которые в некоторых случаях аж удостоились собственного названия - см. волчья квинта.
8. Поскольку дистанция между тонами определяется отношением частот, а не разницей, то для того, чтобы построить на октаве n тонов с равными, в музыкальном смысле, интервалами, нужно использовать логарифмическую шкалу. Каждый следующий тон в октаве таким образом получается умножением предыдущего на корень степени n из двойки, чтобы, в конечном итоге, ряд замыкался тоном ровно в 2 раза выше начального.
9. Разделение именно на 12 полутонов в европейской музыке — не случайное число. Это наилучшее приближение к чистым интервалам: при выборе интервала в корень 12-степени из двойки на октаве получается расположить 12 полутонов, среди которых образуется 7 приятно звучащих интервалов, относительно близко расположенных к идеальным.
10. Это решение позволило, например, легко транспонировать музыку выше или ниже по тональности. В равномерной 12-ти ступенчатой темперации музыка будет звучать во всех своих вариантах одинаково, хотя и консонанс будет не идеальным, по сравнению с тем, как звучат чистые интервалы. Это заметно по легким "биениям" и "wah-wah"-звучанию интервалов в равномерной темперации. А еще их очень круто визуализировать траекториями Лиссажу: в равномерной темперации они неустойчивы (разность фаз меняется со временем), а в натуральной - устойчивы. На графиках выше видно, как отличается внешний вид интервалов в равномерной и натуральной темперации.
Вообще об этом уже написано многократно в разных местах, на одном хабре бегло нашлось 3 статьи. Я постарался изложить суть максимально сжато и доступно, но кто хочет погрузиться основательнее - ссылки вот (и пройтись по вложенным ссылкам очень рекомендую):
https://habr.com/ru/company/wirex/blog/397945/
https://habr.com/ru/company/audiomania/blog/389699/
https://habr.com/ru/post/416969/
7.1 Развитием Пифагорова строя является натуральный, который получается при использовании трёх разных чистых интервалов (16/15, 25/24, 135/128) между соседними тонами-ступенями такого строя. В пределах одной тональности получаются гаммы полностью гармоничные основному тону.
Но в целом, переход в другие тональности в системах с неравномерной темперацией осложнен возникающими диссонансами, которые в некоторых случаях аж удостоились собственного названия - см. волчья квинта.
8. Поскольку дистанция между тонами определяется отношением частот, а не разницей, то для того, чтобы построить на октаве n тонов с равными, в музыкальном смысле, интервалами, нужно использовать логарифмическую шкалу. Каждый следующий тон в октаве таким образом получается умножением предыдущего на корень степени n из двойки, чтобы, в конечном итоге, ряд замыкался тоном ровно в 2 раза выше начального.
9. Разделение именно на 12 полутонов в европейской музыке — не случайное число. Это наилучшее приближение к чистым интервалам: при выборе интервала в корень 12-степени из двойки на октаве получается расположить 12 полутонов, среди которых образуется 7 приятно звучащих интервалов, относительно близко расположенных к идеальным.
10. Это решение позволило, например, легко транспонировать музыку выше или ниже по тональности. В равномерной 12-ти ступенчатой темперации музыка будет звучать во всех своих вариантах одинаково, хотя и консонанс будет не идеальным, по сравнению с тем, как звучат чистые интервалы. Это заметно по легким "биениям" и "wah-wah"-звучанию интервалов в равномерной темперации. А еще их очень круто визуализировать траекториями Лиссажу: в равномерной темперации они неустойчивы (разность фаз меняется со временем), а в натуральной - устойчивы. На графиках выше видно, как отличается внешний вид интервалов в равномерной и натуральной темперации.
Вообще об этом уже написано многократно в разных местах, на одном хабре бегло нашлось 3 статьи. Я постарался изложить суть максимально сжато и доступно, но кто хочет погрузиться основательнее - ссылки вот (и пройтись по вложенным ссылкам очень рекомендую):
https://habr.com/ru/company/wirex/blog/397945/
https://habr.com/ru/company/audiomania/blog/389699/
https://habr.com/ru/post/416969/
YouTube
Just Intonation vs Equal Temperament
© Justonic Tuning Inc. http://www.justonic.com/demos.html (website currently down, use http://web.archive.org/web/20160209025444/http://www.justonic.com/ instead)
Sorry for the ads, I was forced into acknowledging third party content because this video…
Sorry for the ads, I was forced into acknowledging third party content because this video…