Улучшаем свой английский: изобретаем субтитры заново

25 февраля в 08:44 by  Andrey Korchak @57uff3r

В чем дело?

Сериалы и фильмы — прекрасная штука для улучшения английского. Ты уже знаешь грамматику, владеешь большим набором слов. Поддерживать свободную беседу с носителем языка еще рано, а практиковаться в тестах и упражнениях — уже скучно. Ты начинаешь смотреть кино и сериалы.

Смотришь себе и смотришь. Вроде все ясно-понятно, но тут начинается быстрый диалог двух героев, из которого ты понимаешь только предлоги. Ок, включаем сабы. И они решают проблему — ты начинаешь понимать происходящее.

Однако, посмотрев несколько видео с сабами, люди часто замечают две вещи.

• Вместо тренировки восприятия на слух ты становишься мастером по скоростному чтению сабов на иностранном языке. Теперь ты быстро понимаешь фразу, только взглянув на нее, но слуховое восприятие прогрессирует незначительно. Отключив отображение сабов, ты снова перестаешь понимать, что же происходит в некоторых сценах на экране. Школьная учительница Татьяна Леонидовна была права, запрещая нам смотреть французские фильмы с сабами — «малолетние дятлы» и правда не прогрессировали в восприятии на слух и в языковом мышлении.
  
• Некоторые участки фильма остаются абсолютно непонятными из-за того, что содержат трудные слова. «I can't jeopardize my company's success»? Что, простите? Jeopardize?. Окей, Гугл, я поставлю кино на паузу, а ты скажешь, что это значит.
  Есть ребята, которые предлагают смотреть фильмы с субтитрами сразу на двух языках — английском и русском. Что быстро делает вас уже абсолютным чемпионом в скоростном чтении сабов на двух языках, но мало способствует слуховому восприятию и выработке языкового мышления.
  

Без сабов бывает ничего не понятно, а с сабами тормозится прогресс в слуховом восприятии и… все равно бывает непонятно.

3. Now what?

На этом скрине из «Южного Парка» видно 7 слов. 6 из них знакомы почти всем, изучающим английский. И их вполне можно узнать и понять, даже если они произнесены быстро и с акцентом. Остается одно слово, с которым (с высокой вероятностью) будут проблемы. Слово weary — уставший, утомленный.

• Это слово не так часто встречается. Велик шанс, что вы не распознаете его на слух.
• Хорошо бы прямо на экране показать перевод. Иначе либо придется отвлекаться и переводить со словарем, либо просто забить и смотреть дальше.

А остальные слова можно выкинуть. Они знакомы почти всем и совершенно не нуждаются в показе на экране. Если применить эту логику к остальным сценам, мы получим сабы, в которых появляются только трудные слова, а остальное нам придется слушать и понимать.

Как оказалась, эта идея совсем не нова. Беглый гуглинг показал, что как минимум несколько блоггеров писали статьи с аналогичной идеей, но предлагали делать адаптацию субтитров вручную. А мы, гики, будем делать автоматическую адаптацию сабов программно!

4. Строим велосипед

Задача сводится к поиску сложных слов в тексте, которые нуждаются в переводе.

Основная идея в том, что можно проанализировать ооооочень много текстов на английском, посчитать статистику по использованию слов и понять, что одни слова используются намного реже, чем другие. Эти редкие слова и подпадают под понятие «сложное слово» — они редко встречаются, поэтому вы не знаете их перевода и написания.

Я уже занимался всем этим в качестве хобби после работы (кстати, вот статья о том, как все начиналось). Все это вылилось в проект Bamboo Ninja, который позволяет анализировать книги на английском, находить сложные слова в них, вставлять перевод и собирать книгу обратно. Субтитры — это тоже текст, поэтому я возьму наработки оттуда и применю их к субтитрам.

Мы открываем сабы, разбиваем их на кусочки, потом на отдельные слова и начинаем анализ. Для каждого слова нам нужно решить задачу бинарной классификации — пропустить слово через алгоритм, который вернет на выходе 1 или 0 — является ли слово простым для изучающего английский или сложным. Свое решение классификатор делает на основании статистических данных, полученных из анализа ~40 Гб текстовых данных из разных источников (вообще стоило собирать данные действительно по очень разным источникам: выпотрошить логи чатов, новости, тексты песен. А я поленился и использовал в основном тексты книг, но об этом чуть позже).

Дальше идет некоторое количество возни с базой данных, написания кода и получаются сабы, которые выглядят примерно так

5. Ездим на построенном велосипеде

Я прогнал через программу 3-4 десятка сабов, оценил значения метрик, которые выдал анализатор. Попробовал смотреть фильмы с тем, что получилось. Показывал друзьям, знакомым и посетителям сайта.

Для оценки результатов я использовал две классические метрики для задач машинного обучения:

• Точность (precision) — способность правильно классифицировать слово
• Полнота (recall) — способность находить все слова, требующие перевода

Выяснилось, что значения метрик имеют тенденцию прыгать от фильма к фильму. На одних фильмах полнота и точность показывали 85%-90% от желаемого, а на других — в районе 55%. Покопавшись в проблеме, я нашел причину — большую часть данных для статистического анализа я собрал из художественных книг за последние 300 лет и некоторые слова в них встречаются чаще, чем встречаются в современном английском. Например, слово bayonet (штык) в те времена встречалось гораздо чаще, чем сейчас, но наш классификатор это слово считает не таким уж редким.

Хотя Колин, мой друг из Британии, долго смеялся и сказал, что выражение «мой мясной штык» (beef bayonet) сейчас очень часто встречается среди военных, но этот случай мы рассматривать не будем.

Я решил откатиться к старой версии классификатора, который я использовал еще несколько месяцев назад. Он был построен еще летом с использованием всего лишь 500 больших книг, но книги в той выборке были более разнообразными: «Гарри Поттер», «Песнь льда и пламени», техническая документация для программистов, книги по психологии, медицине и многое другое. Классификатор с меньшим но более разнообразным количеством данных оказался на порядок лучше, чем классификатор, построенный только на английской художественной литературе. Алгоритм распознавания слов стал ошибаться намного реже.

Полученный результат в целом отвечает цели, но алгоритм все еще выдает сабы, пригодные для человека, имеющего солидный опыт в использовании английского. Нужно иметь определенный навык в распознавании речи на слух и ощутимый словарный запас в несколько тысяч базовых слов. В этом случае сабы сослужат хорошую службу в улучшении английского.

Все свои опыты я оформил в сервис и прикрутил к своему хобби-сайту и добавил туда же небольшую библиотеку сабов для желающих потестить эту штуку не отходя от кассы.

6. Outro

Превратить просмотр сериалов в учебный процесс вместо тупого чтения с экрана кажется стоящей задачей. А улучшение работы алгоритма позволит провести с пользой еще много вечеров.

Всем спасибо! Хороших фильмов и успехов в английском.

Застывшее время. Научные подходы к датированию

6-02-16 by @ra3vdx

Сегодняшний рассказ будет о методологии науки, в частности о том, каким образом мы можем устанавливать возраст археологических находок, какие основные методы при этом используются и какие физические принципы и процессы лежат в их основе.
Прелесть научных методов датировок состоит в том, что они взаимодополняемы и взаимопроверяемы, то есть с помощью одного метода мы можем проверить корректность другого и наоборот, при необходимости внося в него поправки. Также эти «часы» перекрывают огромный временной диапазон – около 9 порядков (на самом деле больше, но для исторических целей «быстрые» часы бесполезны, масштабы эволюционного времени захватывают семь или восемь порядков).
Это можно сравнить с работой опоздавших криминалистов, где нет непосредственных свидетелей с «места преступления», и нашедших лишь его следы.

В науке имеется много вещей, недоступных прямому наблюдению. В этом и состоит одна из причин недоверия и сопротивления науке на «бытовом» уровне. Сегодня, несмотря на всё увеличивающийся разрыв в знаниях между «учёными» и «простыми людьми», необходимо прикладывать значительные усилия, чтобы у людей не складывалось впечатления a la «эти учёные сами не могут ничего объяснить, потому что пользуются данными таких же учёных, взявших эти данные с потолка». К сожалению, именно такое мнение бытует за пределами науки, в частности, среди многочисленных «опровергателей» истории – где-нибудь на кухне или в гараже. Разумеется, сомнения в науке полезны, ведь любая теория, претендуемая на научность, должна быть принципиально фальсифицируемой. Беда в том, что для того, чтобы поставить под сомнение нижеописанные методы, необходимо сфальсифицировать факты из биологии, физики, геологии, археологии, истории и химии.
Все часы можно условно разделить на две категории – отсчитывающие (например, колебания маятника или кварцевого кристалла в бытовых часах) – или измеряющие (например, время течения каких-либо нециклических процессов). И те и другие часы в некоторые (по счастью, нужные нам) моменты могут или «обнуляться» или останавливаться, фиксируя события. Начнём с самых «быстрых» часов.

Дендрохронология.

В нужном нам масштабе, например, историческом, очень удобными являются отсчитывающие часы, используемые в дендрохронологии – это годовые кольца деревьев. К примеру, по ним можно определить, в каком году срубили дерево, которое было использовано для постройки дома или сооружения культа несколько веков назад (на самом деле, имеется непрерывная дендрохронологическая шкала порядка 11500 лет).
Как работает этот метод? Многие знают, что для определения возраста недавно срубленного дерева нужно подсчитать кольца в его стволе, считая внешним кольцом настоящее время. Кольца отражают изменения скорости роста в разные сезоны года — летом или зимой, в сухой сезон и в сезон дождей, и особенно ярко выражены в высоких широтах, где сильная разница между сезонами. При этом, для определения возраста не требуется срубать дерево. Можно высверлить отверстие до середины дерева и извлечь образец. Но простой подсчёт колец не покажет, в каком веке бревно из вашего дома или мачты вашего корабля было живо. Если необходимо датировать давно мёртвую древесину, вам придётся посмотреть на характерный узор из колец. Так же, как само наличие колец означает годовые циклы, так и некоторые года бывают хуже, чем другие, поскольку погода меняется каждый год: засуха замедлит скорость роста, а дождливый год её ускорит; бывают холодные и тёплые года, и даже годы Эль Ниньо или извержения Кракатау. Годы с плохими климатическими для дерева условиями производят более узкие кольца чем хорошие. И узор из узких и широких колец в конкретном регионе, созданный конкретной последовательностью разных лет, является характерным «отпечатком», который точно маркирует годы образования этих колец, узнаваемым от дерева к дереву. Кроме того, всегда можно взять образец материала из нужного кольца для радиоуглеродного датирования (об этом ниже).
Всё это, конечно, хорошо, но редкие из нынеживущих деревьев были живы в Петровские времена, уже не говоря о бронзовом веке или ранее. Существуют деревья, которые живут тысячелетия, но большинство из них вырубается на древесину, когда им нет и ста лет. Как же создаётся справочная коллекция колец для более древних времен? Я думаю, что Вы уже догадались.

Перекрытия. Канат может быть и стометровой длины, но отдельные волокна в нём намного короче. Чтобы использовать принцип перекрытия, вы берёте справочные образцы узоров, дату которых можно установить по современным деревьям.
Затем вы ищете узор старых колец современных деревьев и определяете соответствия узора среди младших колец давно мёртвых деревьев. Затем идентифицируете узор старых колец этих давно мёртвых деревьев, и ищете тот же узор в молодых кольцах еще более старых деревьев, и т.д. На практике этот метод используется только в археологических сроках, в масштабах нескольких тысяч лет.
Кстати, это — не единственная система, которая обещает точность до года. Осадочные слои откладываются в ледниковых озерах. Как и годичные кольца, они меняются по сезонам и теоретически, здесь может быть использован тот же самый принцип, с той же степенью точности. У кораллов также есть годичные кольца, как и у деревьев. Они были использованы для определения даты древних землетрясений. Большинство других доступных нам систем датирования, включая все радиоизотопные методы, точны только в пределах погрешности, которая пропорциональна масштабу измеряемого времени.

Радиоизотопы.

Для тех, кто благополучно успел забыть физику, вначале расскажу базовые сведения о строении вещества и о том, что такое радиоизотопы, поскольку здесь мы имеем дело с физическими процессами.
Вся материя состоит из элементов, которые химически взаимодействуют с другими элементами. В природе существует 92 элемента минус технеций, немного больше, если считать искусственно синтезированные элементы. Атомная теория строения вещества, которую, я думаю, принимают даже креационисты, говорит нам, что элементы состоят из характерных атомов, являющихся наименьшими частицами, на которую можно разделить элемент, чтобы он не перестал быть этим элементом. На что похож атом, например азота, или меди, или углерода? На стоячую волну. Можно лишь использовать модели, чтобы помочь визуализировать атом. Все мы помним со школы планетарную модель атома, предложенную Нильсом Бором. Сегодня она является устаревшей, но в качестве модели подойдёт для наших целей. Роль «Солнца» играет ядро, а вокруг него вращаются электроны, играющие роль планет. Как и в солнечной системе, почти вся масса атома содержится в ядре («Солнце»), и почти весь объём занимает пустое пространство, отделяющее электроны («планеты») от ядра. Электроны ничтожны по сравнению с ядром, а пространство от них до ядра огромно по сравнению с размерами и того и другого.

В состав атома входят три вида частиц, по крайней мере, в модели Бора. С электронами мы уже знакомы. Две другие частицы, значительно большие, называются протонами и нейтронами, и они находятся в ядре и их размер почти одинаков. Количество протонов постоянно для любого конкретного элемента и равно количеству электронов. Это число называется атомным номером и пишется в нижнем индексе возле названия элемента. Это уникальная характеристика элемента, и в списке атомных номеров знаменитой периодической системы [Менделеева] нет никаких пробелов. Каждому номеру в ней соответствует ровно один и только один элемент. Элемент с атомным номером 1 — водород, 2 — гелий, 3 — литий, и так далее, до 92 у урана.
Протоны и электроны несут электрический заряд противоположного знака. Мы называем один из них положительным, а другой отрицательным, в соответствии с произвольным соглашением. Эти заряды важны, при образовании химических связей элементов друг с другом, главным образом через взаимодействие электронов. Нейтроны в атоме связаны в ядре с протонами и не имеют заряда, и они не участвуют в химических реакциях. Нейтроны, протоны и электроны в любом элементе точно такие же, как и в любом другом. Нет такого понятия как протон кислорода, или электрон калия, или нейтрон меди. Протон — он везде протон, а вот делает атом меди медью то, что в нём ровно 29 протонов (и 29 электронов). То, о чём мы думаем в повседневном смысле как о меди, является вопросом химии. Химия — танец электронов. Вся её суть заключается во взаимодействии атомов через свои электроны. Химические связи легко разрушаются и заново создаются, потому что только электроны отделяются или обмениваются в химических реакциях. Силы притяжения внутри атомных ядер гораздо могущественнее. Вот почему «расщепление атома» звучит так зловеще, но оно может происходить в «ядерных» (в отличие от химических) реакциях, и радиоактивные часы основаны на них.
У электронов незначительная масса, таким образом, полная масса атома, его «атомная масса», равна суммарному числу протонов и нейтронов. Как правило, она чуть более чем вдвое превышает атомный номер, потому что обычно в ядре, как правило, больше нейтронов, чем протонов. Атомная масса пишется верхним индексом возле обозначения элемента в периодической таблице. В отличие от числа протонов, число нейтронов в атоме не является уникальной чертой элемента. Атомы любого конкретного элемента могут быть в различных «версиях», называемых изотопами, различающихся количеством нейтронов, но всегда с одинаковым количеством протонов. У некоторых элементов, таких как фтор, есть только один встречающийся в природе изотоп. Атомный номер фтора — 9, а его атомная масса 19, из чего ясно, что у него 9 протонов и 10 нейтронов. У других элементов существует несколько изотопов. У свинца пять распространённых изотопов. У них одинаковое число протонов (и электронов) — 82, что является атомным номером свинца, но с различной атомной массой — от 202 до 208. У углерода три изотопа, встречающихся в природе. Углерод-12 это обыкновенный углерод с одинаковым количеством нейтронов и протонов — по 6. Существует также углерод -13, слишком короткоживущий для наших целей, и углерод -14, который редок, но не настолько, чтобы быть полезным для датировки органических образцов.
Следующий важный теоретическим фактом является то, что не все изотопы являются стабильными. Свинец-202 является нестабильным изотопом, а свинец-204, -206, -207 и -208 — стабильными. «Нестабильный» означает, что атомы спонтанно распадаются во что-то другое, с предсказуемой скоростью, хотя и в непредсказуемые моменты. Предсказуемость скорости распада — ключ ко всем радиометрическим часам. Синоним для слова «нестабильный» — «радиоактивный». Есть несколько видов радиоактивного распада, пригодных в качестве часов, в которых участвуют нейтроны. При одном виде (β^--распад) нейтрон превращается в протон. Это означает, что атомная масса остается та же (у протонов и нейтронов одинаковая масса), а атомное число увеличивается на единицу, таким образом, атом становится иным элементом, на одну ячейку правее в периодической системе. Например, цезий-55 превращается в барий-56. При другом виде радиоактивного распада (β⁺-распад) наоборот — протон превращается в нейтрон. Атомная масса вновь остаётся та же, но на этот раз атомное число уменьшается на единицу, а атом становится следующим элементом левее в периодической системе. Третий вид радиоактивного распада (электронный захват) имеет тот же результат. Протон способен захватить один из электронов оболочки своего атома и превратиться в нейтрон (испустив нейтрино). Опять же, нет никаких изменений в атомной массе, атомный номер уменьшается на один, и атом превращается в следующий элемент левее в периодической системе. Существует также более сложный вид распада, при котором атом испускает так называемую альфа-частицу. Она состоит из двух нейтронов и двух протонов, «склеенных» вместе (или ядро атома гелия без электронов). Это означает, что атомная масса уменьшается на четыре, а атомный номер понижается на два. Атом превращается в тот элемент, который находится на две ячейки левее в периодической таблице. Пример альфа-распада — превращение очень радиоактивного изотопа урана-238 (с 92 протонами и 146 нейтронами) в торий-234 (с 90 протонами и 144 нейтронами).
Теперь к сути дела. Каждый нестабильный изотоп распадается с точно известной скоростью, для каждого изотопа своей. Во всех случаях распад экспоненциальный. Общепринятой мерой скорости распада является «период полураспада». Это время, затраченное на распад половины его атомов. Период полураспада одинаков и не зависит от того, сколько атомов уже распалось. Например, период полураспада (T½) углерода-14 составляет 5730±40 лет. На 2010 год предельный возраст образца, который может быть точно определён радиоуглеродным методом — около 60 000 лет, то есть около 10 периодов полураспада ¹⁴C. За это время содержание ¹⁴C уменьшается примерно в 1000 раз (около 1 распада в час на грамм углерода) и мы должны будем обратиться к более медленным часам.

Калий-аргоновый метод

Изотопом, часто используемым в масштабе эволюционного времени, является калий-40 с периодом полураспада в 1,26 млрд. лет, и он будет использован в качестве примера для объяснения в целом идеи радиоактивных часов. Эти «часы» называют калий-аргоновыми, поскольку аргон-40 (он на ячейку левее в периодической системе) является одним из элементов, в которые распадается калий-40 (другим, в результате другого вида радиоактивного распада, является кальций-40, находящийся на единицу правее в периодической системе). Если начать с некоторого количества калия-40, то через 1260 миллионов лет половина калия-40 распадётся в аргон-40. Это называется периодом полураспада. Ещё через 1,26 миллиарда лет распадётся половина того, что осталось (1/4 от исходного) и так далее. За промежуток времени более короткий, чем 1,26 миллиарда лет, распадётся соответственно меньшее количество исходного калия. Предположим, что у нас есть некоторое количество калия-40 в закрытой системе, без аргона-40. После того, как прошли несколько сотен миллионов лет, учёный наталкивается на это замкнутое пространство и измеряет относительные пропорции калия-40 и аргона-40. Из этой доли, независимо от абсолютных количеств, зная период полураспада калия-40 и предполагая, что аргона вначале не было, можно оценить время, прошедшее с момента запуска процесса, то есть, с того времени, как часы «были обнулены». Заметьте, что мы должны знать соотношение родительского (калий-40) и дочернего (аргон-40) изотопов. Более того, как говорилось ранее, необходимо, чтобы наши часы были обнулены.
Но что имеется в виду под «обнулением»? Процесс кристаллизации.
Как и все радиоактивные часы, используемые геологами, калий-аргоновый отсчёт времени работает только для так называемых магматических пород. Магматические породы затвердевают из расплавленных горных пород — подземной магмы в случае гранита, лавы из вулканов в случае базальта. Когда порода затвердевает, она кристаллизуется и формирует гранит или базальт. Эти, как правило, небольшие, прозрачные кристаллы, как кварц, слишком малы, чтобы выглядеть как кристаллы для невооруженного глаза. Некоторые из них, такие как полевые шпаты и слюда, содержат атомы калия. Среди них есть атомы радиоактивного изотопа калия-40. Когда кристалл формируется в момент отвердевания магмы (система «закрывается»), присутствует калий-40, но нет аргона (предполагается, что пузырьки этого газа, если они были, поднялись к поверхности жидкой лавы и смешались с атмосферным воздухом). Часы «обнуляются» в том смысле, что в кристалле нет атомов аргона. По прошествии миллионов лет калий-40 медленно распадается, и, один за другим, атомы аргона-40 заменяют в кристалле атомы калия-40 и остаются в нём, как в ловушке. Накапливающееся количество аргона-40 является мерой времени, прошедшего с момента кристаллизации. Но эта величина имеет смысл только тогда, когда выражается как соотношение калия-40 к аргону-40. Когда часы были обнулены, соотношение составляло 100% в пользу калия-40. Через 1,26 млрд. лет соотношение будет 50 на 50. Спустя ещё 1260 млн. лет, половина оставшегося калия-40 превратится в аргон-40, и так далее. Промежуточные пропорции показывают промежуточные времена, с момента, когда кристаллические часы были обнулены. Таким образом, измеряя соотношение ⁴⁰K/⁴⁰Ar в куске магматической породы сегодня, можно сказать, когда порода кристаллизовалась. Магматические породы, как правило, содержат много различных изотопов, и не только калий-40. Положительным моментом является то, что магматические породы в данном куске затвердевают одновременно, обнуляя все часы, что очень удобно для датировки. Однако во время кристаллизации минерала может происходить захват аргона извне. Как отличить этот аргон от того, что образовался позднее в ходе распада изотопа ⁴⁰K? Можно исходить из предположения, что захваченный аргон имел такое же соотношение изотопов ⁴⁰Ar / ³⁶Ar, как в современной атмосфере. Измерив количество ³⁶Ar, можно затем вычислить количество «чистого» радиогенного аргона ⁴⁰Ar.
Однако есть проблема. Ископаемые крайне редко встречаются в магматической породе. Они формируются в осадочных породах, таких как известняк и песчаник, которые не являются застывшей лавой. Они встречаются в слоях грязи, ила или песка, постепенно отлагающихся на дне моря, озера или реки. Песок или ил уплотняется в течение многих веков и твердеет, как камень. Останки, попавшие в осадочную породу, имеют шанс фоссилизироваться (сохраниться как ископаемое). Хотя только небольшая часть трупов становится ископаемыми, осадочные породы — единственные, которые содержат ископаемые, о которых стоит говорить.
К сожалению, эти породы не могут быть датированы с помощью радиоактивности. Вероятно, отдельные частицы ила или песка, входящие в состав осадочных пород, содержат ⁴⁰K и другие радиоактивные изотопы, но, к сожалению, эти часы бесполезны, потому что они не обнулены должным образом, или обнулены в различное время. Каждая песчинка имеет часы, обнуленные в своё время, вероятно, задолго до формирования этих пород и захоронения ископаемых, которые мы пытаемся датировать. Так, с точки зрения хронометрирования, осадочная порода — сплошной беспорядок. Лучшее, что мы можем сделать, и это довольно хорошее «лучшее» — это использовать возраст вулканических горных пород, которые находятся вблизи осадочных пород или внедрены в них.
Для датировки ископаемого не требуется в буквальном смысле найти его запрессованным между двумя плитами магматических пород, хотя это отличный способ для иллюстрации принципа. Фактически, используется более утончённый метод. Узнаваемые слои осадочных пород встречаются по всему миру. Задолго до того, как радиоактивное датирование было открыто, эти слои были идентифицированы и названы: кембрийский, ордовикский, девонский, юрский, меловой, эоцен, олигоцен, миоцен. Девонские отложения узнаваемы как девонские, не только в Девоне (графство на юго западе Англии, давшее им их название), но и в других регионах. Они явно похожи друг на друга, и они содержат те же виды ископаемых. Геологам уже давно известен порядок, в котором откладывались названные отложения. До появления радиоактивных часов мы просто не знали, когда они образовались. Мы могли расположить их по порядку, потому что, очевидно, более древние отложения, как правило, лежат ниже более молодых отложений. Девонские отложения, например, старше отложений каменноугольного периода (названного так потому, что каменный уголь часто встречается в этом слое), и мы знаем это, потому что в тех частях мира, где эти два слоя встречаются в одном месте, девонский слой лежит под каменноугольным (исключения встречаются в местах, где мы можем сказать, исходя из других свидетельств, что породы были наклонены, или даже перевёрнуты). Редко бывает так, чтобы обнаружился полный набор слоёв — от Кембрийского в нижней его части до современных на самом верху. Но, поскольку слои являются столь узнаваемыми, можно определить их относительные возрасты, выстраивая друг за другом и собирая их как паззл по всему миру.

Вернемся к датированию. Поскольку относительный порядок проименованных осадочных слоёв хорошо известен, и один и тот же порядок обнаруживается во всем мире, можно использовать магматические породы, которые лежат выше или ниже осадочных слоев, или которые внедрены в них, для датирования проименованных осадочных слоёв, и, следовательно, окаменелостей внутри них. Нам не обязательно искать магматические породы в окрестностях того или иного отдельного ископаемого для его датировки. Мы можем сказать, что наши ископаемые относятся к, скажем, концу девонского периода, по их позиции среди слоёв. И мы знаем по радиоактивному датированию магматических пород, обнаруженных в связи с девонскими слоями по всему миру, что девонский период закончился около 360 миллионов лет назад.
Калий-аргоновые часы — только одни из многих часов, доступных геологам, которые используют тот же принцип в различном масштабе времени. Более быстрые часы, такие как углерод-14, работают несколько иным способом по интересной причине, а именно — его запасы постоянно пополняются. Роль углерода-14 в датировании несколько иная, чем у более долгоживущих изотопов. В частности, что означает «обнулить эти часы»?

Углерод

Из всех химических элементов этот кажется, наиболее важный для жизни, без которого жизнь на любой планете представить труднее всего из-за его замечательной способности к формированию цепочек, колец и других сложных молекулярных структур. Он вводится в пищевые цепи с фотосинтезом, процессом, при котором зелёные растения (и некоторые бактерии и животные) поглощают молекулы углекислого газа из атмосферы и используют энергию солнечного света, чтобы объединить атомы углерода с водой, создавая сахара. Весь углерод во всех живых существах происходит, в конечном счете, посредством растений, из углекислого газа в атмосфере. И он возвращается обратно в атмосферу когда мы выдыхаем, когда мы выделяем, и когда мы умираем.
Большая часть углерода в углекислом газе атмосферы это углерод-12, который не радиоактивен. Однако, примерно один атом на триллион является радиоактивным углеродом-14. Он распадается достаточно быстро, с периодом полураспада 5730 лет, как уже говорилось, в азот-14. Для биохимии растений нет разницы между этими двумя изотопами. Для растений углерод – всего лишь углерод. Таким образом, растения включают оба этих вида атомов углерода в сахара в той же самой пропорции, в какой они присутствуют в атмосфере. Углерод, входящий в состав атмосферы (вместе с такой же пропорцией атомов ¹⁴C) быстро (по сравнению с его периодом полураспада) распространяется через пищевую цепь, когда растения поедаются травоядными, травоядные хищниками и так далее. Все живые существа, будь то растения или животные, имеют примерно равное соотношение ¹⁴C/¹²C, которое является тем же самым соотношением, что и в атмосфере.

Итак, когда эти часы обнуляются? В момент, когда живое существо, будь то животное или растение, умирает. В этот момент оно отсекается от пищевой цепи, и от притока свежего ¹⁴C. С течением столетий ¹⁴C в трупе, или куске дерева, или части ткани, или иной органики постоянно распадается в азот-14. Поэтому соотношение ¹⁴C/¹²C в образце постепенно падает ниже стандартного соотношения, которое живущие существа делят с атмосферой. В конце концов, останется только ¹²C или, точнее, содержание ¹⁴C будет слишком малым, чтобы его измерить. И соотношение ¹⁴C/¹²C может быть использовано для расчета времени, которое прошло со дня смерти существа, отрезанного от пищевой цепи, и его обмена с атмосферой.

Это очень хорошо, но это работает только потому, что идет непрерывное пополнение запаса ¹⁴C в атмосфере. Без этого ¹⁴C с коротким периодом полураспада давно бы исчез с лица Земли, вместе со всеми другими естественными короткоживущими изотопами. ¹⁴C является особенным, потому что он непрерывно создается космическими лучами, бомбардирующими атомы азота в верхних слоях атмосферы.

Азот — самый распространённый газ в атмосфере, и его атомное число 14, такое же, как и у углерода-14. Различие лишь в том, что у углерода-14 6 протонов и 8 нейтронов, тогда как у азота-14 7 протонов и 7 нейтронов (нейтроны, помните, имеют почти ту же массу, что и протоны). Частицы космических лучей способны, бомбардируя протон в ядре атома азота, превратить его в нейтрон. Когда это происходит, атом становится углеродом-14, который стоит на одну ячейку левее, чем азот, в периодической системе. Скорость этого преобразования примерно постоянна (зависит от колебаний солнечной активности) и поэтому радиоуглеродное датирование работает. К счастью, у нас есть точная калибровка колебаний поставки ¹⁴C в атмосферу, и мы можем ввести поправку на них, чтобы уточнить наши вычисления возраста. Помните, что, примерно для того же самого временного диапазона, покрываемого датированием по радиоуглероду, есть альтернативный метод датирования древесины — дендрохронология, который абсолютно точен до года. Глядя на датируемые по радиоуглероду возрасты деревянных образцов, возраст которых независимо установлен датированием с помощью годичных колец, мы можем откалибровать эту колеблющуюся ошибку в датировании по углероду. Теперь мы можем использовать эти калибровочные измерения, когда мы возвращаемся к органическим образцам, для которых у нас нет данных годичных колец (для большинства).


Датирование по радиоуглероду – сравнительно недавнее изобретение, оно было предложено Уиллардом Либби в 1946 году (Нобелевская премия по химии, 1960). В первые годы требовались существенные количества органического материала для этой процедуры. Только, в 1970-х техника, называемая масс-спектрометрией, была адаптирована для датирования, и сейчас необходимы только крошечные количества органического вещества. Это произвело революцию в археологическом датировании. Самым известным примером является Туринская плащаница. Поскольку на этом пресловутом куске ткани оказался запечатлён, кажется таинственным образом, лик бородатого, человека (причём, по неясной причине, почему-то в цилиндрической проекции), многие люди надеялись, что он может происходить со времен Иисуса. Она впервые появляется в исторической летописи в середине четырнадцатого века во Франции, и никто не знает, где она была до этого. Она находилась в Турине с 1578, и в Ватикане с 1983 года. Когда масс-спектрометрия сделала возможным датирование по крошечному образцу плащаницы, а не значительному куску, который был бы необходим прежде, Ватикан позволил отрезать маленькую полосу. Она была разделена на три части и отправлена в три ведущих лаборатории, специализирующиеся на радиоуглеродном датировании, в Аризоне, Оксфорде и Цюрихе. Работающие абсолютно независимо, не сравнивая записей, эти три лаборатории представили свои отчёты о дате, когда лён, из которого соткана ткань, умер. Лаборатория Аризоны указала на 1304, Оксфорд — на 1200, и Цюрих — 1274 годы нашей эры. Все эти даты в пределах погрешности, совместимы друг с другом и с датой 1350 года, в котором саван впервые упомянут в истории. Датирование плащаницы остаётся спорным, но не по причинам, которые ставят под сомнение саму технику радиоуглеродного датирования. Например, углерод в саване мог быть внесён пожаром, который произошёл в 1532 г. Это хороший пример, чтобы проиллюстрировать метод и тот факт, что, в отличие от дендрохронологии, он не обладает точностью до года, только до столетия или около.

Известно много различных часов, которые можно использовать, и они работают лучше всего на различных, но перекрывающихся временных масштабах. Радиоактивные часы могут быть использованы для независимой оценки возраста одного и того же куска породы, если помнить, что все часы были обнулены одновременно, когда этот кусок породы кристаллизовался. Когда такие сравнения были сделаны, различные часы были сопоставлены друг с другом — в рамках ожидаемых пределов погрешности. Это даёт большую уверенность в правильности часов. Таким образом, взаимно откалиброванные и проверенные на известных породах, эти часы можно с уверенностью применять к интересным проблемам датирования, таким как возраст самой Земли. В настоящее время установленный Клэром Паттерсоном в 1956 г. возраст в 4,55±0,05 млрд. лет является оценкой, на которой сходятся несколько различных часов.

История установления возраста Земли

Критика

Итак, приверженцы «альтернативной истории» могут заявить, к примеру, что что-то неладно с калий-аргоновыми часами. Что, если современная очень малая скорость распада ⁴⁰K действовала только после Ноева потопа? Если до него период полураспада ⁴⁰K радикально отличался, и составлял, например, несколько веков, а не 1,26 миллиарда лет? Специальная оговорка в таком заявлении бросается в глаза. С какой стати законам физики меняться именно так, Ad Hoc —так удобно и так масштабно? Это выглядит даже более кричащим, если нужно сделать специальные взаимосогласованные оговорки по каждым из часов отдельно. В настоящее время все применяемые методы согласуются друг с другом в определении даты формирования Земли в диапазоне между четырьмя и пятью миллиардами лет назад. И они основаны на предположении, что период полураспада всегда один и тот же, что мы и фиксируем сегодня, как известные законы физики прямо предписывают им быть. Отрицатели истории должны были бы так поиграться с периодом полураспада всех изотопов в их разных пропорциях, чтобы они все согласовывались с тем предположением, что Земля образовалась 6000 лет назад. Это — то, что я называю специальной оговоркой. Здесь даже не упомянуты некоторые другие методы, например, «трековое датирование», которое также приводит к тому же результату. Следует принять во внимание огромные различия во временных масштабах различных часов, подумать о степени натянутости и сложности подгонки законов физики, которые были бы необходимы, чтобы заставить все часы согласоваться между собой в диапазоне нескольких порядков, что Земле 6000 лет, а не 4,55 миллиарда! Учитывая, что единственный мотив для таких подгонок — это желание поддержать миф о сотворении, принадлежащий частной группе племён бронзового века, неудивительно, что на это покупаются, в основном, невежественные люди.

Однако, ошибки бывают всегда. Захороненная органика может загрязняться посторонним углеродом, как «древним» (с низкой долей ¹⁴C), так и «молодым». В результате возникают, соответственно, «ошибки удревнения» и «ошибки омоложения». Кроме того, соотношение ¹⁴C/¹²C в атмосфере не постоянно. Например, хозяйственная деятельность человека и особенно ядерные испытания сильно сказываются на этой величине. Скорость образования ¹⁴C в верхних слоях атмосферы зависит от интенсивности космического и солнечного излучения, а это — величины переменные. Соотношение ¹⁴C/¹²C зависит и от общей концентрации CO₂ в атмосфере, состав которой также меняется. Все эти естественные колебания, однако, не очень велики и они учитываются. По-настоящему серьёзную проблему представляет лишь возможность загрязнения образца посторонним углеродом. Ведь точность зависит и от «людей в поле» и от лаборанта. Именно тут пытаются скомпрометировать науку, заявляя: «Учёные определили возраст живой овцы в 15000 лет!», умалчивая о некорректной методологии — образец мог быть взят у животного, пасшегося возле шоссе. А углерод попадал в растения из выхлопов автомобилей, которые, сжигая продукты нефтеперегонки, высвобождают углерод из давно умерших организмов.

Что же касается «мезозойского молотка», «цепочки в каменном угле», «трилобита, раздавленного ботинком» — при самостоятельной оценке степени достоверности подобных «новостей» нужно иметь в виду, что должна быть ссылка на некую статью, где подробно описано – где, когда, кем и при каких обстоятельствах сделана находка. Сделана ли она самим учёным? Должен быть археологический контекст: слой, какие объекты находились рядом и так далее.
Информация, полученная через цепочку «свидетельских показаний» — самая недостоверная информация (хотя и принимается кое-где в судах). Типичный пример подобного искажения информации – детская игра «сломанный телефон». Я уже не говорю о нашем несовершенном восприятии и ненадёжной памяти.

Сверим часы

Неточность большинства методов абсолютной геохронологии не даёт оснований отрицать достоверность датировок в археологии, палеонтологии и эволюционной биологии (как это делают, например, сторонники креационизма, «Новой хронологии» Фоменко и других псевдонаучных концепций). Главное достоинство этих методов в том, что их много. И в подавляющем большинстве случаев они всё-таки дают сходные результаты, которые к тому же замечательно согласуются с данными относительной геохронологии (порядком расположения геологических слоёв). Если бы это было не так, говорить было бы не о чем! Это как с корабельными хронометрами: если он один, никак нельзя определить, когда он врёт; если их два — уже можно понять, что один из них врёт, неясно лишь, какой из двух, а если три или больше — точное время можно узнать практически всегда.

Именно по этой причине в научных исследованиях возраст объектов сегодня принято определять при помощи нескольких независимых методов. Если это правило нарушено, результат выглядит спорным для большинства специалистов.

Напоследок извиняюсь за несколько «капитанский» стиль изложения – оказалось, что 95% населения достаточно много людей не имеют представления о методах датировки. Да и самому было полезно разобраться в этой интересной теме.

Литература

1. Ричард ДОКИНЗ «Самое грандиозное шоу на Земле»
2. Сайт «Элементы»
3. Билл БРАЙСОН «Краткая история почти всего на свете»
4. Википедия

Немного об истории возникновения шахмат

6-02-16 by As1x

Предлагаю отвлечься от прямого соприкосновения с миром ИТ и обратить свое внимание на такую разновидность тренажеров для головного мозга как настольные игры.
Сейчас во многих офисах специально проводят коллективные настольные игрища, которые помогают отвлечься от рутины (чем повысить производительность труда) и положительно влияют на налаживание хороших отношений в коллективе. В этой статье будет приведен краткий экскурс в историю возникновения одной из главных игр человечества — ШАХМАТ.
В современном виде такая знаменитая и известная настольная игра как шахматы появилась не сразу. До знакомого всем варианта настольной игре пришлось пройти ряд изменений и форм. В настоящее время «шахматы» это целый класс игр.



Некоторые из настольных игр этого класса являются самостоятельными, самобытными и значительно отличаются от современного представления шахмат.
Помимо общеизвестных классических шахмат, существует большое количество других вариантов шахматной игры. Есть национальные варианты шахмат, например, распространённые в Южной Азии сянци, сёги, чанги, макрук. Некоторые варианты используют дополнительные фигуры и/или необычные доски, так, известны варианты на больших по размеру досках, на круглых досках, с фигурами, объединяющими ходы коня и ладьи и/или коня и слона, с магараджей (фигура, объединяющая ходы ферзя и коня) вместо ферзя, гексагональные шахматы (играются на шестиугольной доске, состоящей из полей-шестиугольников).
Существуют шахматы для более чем двух игроков: трёх- и четырёхсторонние шахматы, в которых за одной доской играют три или четыре игрока (пара на пару или каждый за себя), управляющие каждый своим комплектом фигур, а также «командные» варианты шахмат, где игра ведётся команда на команду на одной или нескольких досках, причём на ход партии за одной доской влияют действия более чем одного игрока из каждой команды (например, шведские шахматы).


Изобретением новых вариантов шахмат увлекались многие «шахматные композиторы», а также учёные, шахматисты-любители и профессионалы. Известны, например, шахматы Капабланки — на доске 10×8, с двумя новыми фигурами. В последнее время приобретают всё большую популярность шахматы Фишера, в них игра ведется по классическим правилам, но со случайной начальной расстановкой фигур на последних горизонталях. В части вариантов правила сохранились неизменными (или минимально изменёнными), а изменена лишь начальная расстановка фигур. Кроме уже упомянутых шахмат Фишера и вольных шахмат, таковыми являются кингчесс и боевые шахматы.
Согласно классификации Роберта Белла шахматы относятся к одноименной группе настольных игр и являются «военной игрой».
В группе «Шахматы» можно выделить следующие игры:
— шатуранга (чатуранга);
— шатрандж;
— круговые шахматы (разновидность шатранджа);
— курьерские шахматы (еще одна разновидность шатранджа);
— магараджа и сипаи;
— китайские шахматы (сянци);
— японские шахматы (сёги);
— игра джунгли;
— тибетские шахматы.
Каждая из этих игр ведется, как правило, на квадратном поле, разделенном на квадраты и/или разлинованном в соответствии с требованиями правил игры.
И так, приступим с рассмотрения игр прародителей ШАХМАТ. Обратимся к истории Древнего Востока.

ШАТУРАНГА (ЧАТУРАНГА)

В сельскохозяйственных районах Древней Индии среди населения в период созревания урожая была популярна игра ТААЯМ. В нее играли на квадратном поле, состоящем из 64 квадратов, которые размечались на простой земле. Сама по себе игра не относится к классу шахматных игр и представляла собой игру-преследование, в которой фигуры двигались против часовой стрелки по полю с целью скорейшего достижения центра поля. Кто из игроков первым выводил свои фигуры с поля, то и выигрывал.
Приблизительно в 5 веке нашей эры на доске для игры ТААЯМ стали играть в новую игру, ШАТУРАНГУ, которая в миниатюре представляет собой битву четырех армий, каждая из которых управляется собственным командиром (в оригинале раджа) и состоит из четырех родов войск: пехота, кавалерия, боевые слоны и боевые лодки (думаю наше название этой фигуры «ладья» связано с этим).
ШАТУРАНГА (в некоторых источниках — ЧАТУРАНГА) — древнеиндийская игра, считающаяся прародителем шахмат, сёги и многих других игр. Шатуранга — игра, распространённой на Востоке и позже попавшей в Европу, от которой и произошли современные шахматы.
Название «шатуранга» переводится как «четырёх составная» и предположительно объясняется тем, что первоначально в нее играли вчетвером. Шатурангой в древней Индии называлось войско, состоявшее из боевых колесниц (ратха) и слонов (хасти), конницы (ашва) и пеших воинов (падати). Игра символизировала битву с участием четырёх родов войск, которыми руководил предводитель (раджа).
В игре участвовало четыре игрока, причем «битва» на игровом поле организовывалась между союзами игроков (игра «два на два»).
Описание ШАТУРАНГИ присутствует в одном из ранних произведений на санскрите, «Бхавишиа пурана».
В этом произведении ведется повествование о том, что один из правителей проиграл все свое имущество (включая собственную жену) в кости. После этого, он отправился к своему старому другу, чтобы овладеть тайнами игры в шатурангу, чтобы отыграться.
В точности правила игры неизвестны, имеющиеся сведения неполны и противоречивы. Основной источник сведений — трактат хорезмского учёного XI века Аль-Бируни, в котором содержится лишь неполное описание шатуранги. Кроме того, правила шатуранги наверняка имели местные варианты и, совершенно точно, изменялись со временем.
Из-за малой подвижности фигур партия чатуранги длилась очень долго — 100 — 200 ходов.
В игре для четырёх игроков использовались комплекты фигур четырёх цветов: чёрные, зелёные, жёлтые и красные. Играли пара на пару. Каждый комплект содержал восемь фигур: раджу (короля), слона, коня, колесницу (аналог ладьи) и четыре пешки. Игроки занимали места по сторонам игрового поля. Фигуры выстраивались в левом нижнем углу доски (относительно игрока). На первой линии (от игрока): слон в углу, за ним конь, колесница и раджа. На второй линии — ряд пешек.



Целью игры являлось условное уничтожение всей армии противника. Партия продолжалась до уничтожения всех фигур одной из сторон. В игре двух игроков победа также достигалась взятием вражеского короля. Не было таких понятий, как шах, мат и пат. Взятие всех фигур, кроме короля (оголение короля) тоже было победой, кроме случая, когда противник мог взять вашу последнюю фигуру следующим ходом. Тогда объявлялась ничья. Кроме этого у ШАТУРАНГИ был ряд особенностей.
Так, например, право «первого хода» определялось числом, выпавшим при бросании игрового дайса (прародитель современного игрового кубики с точками от 1 до 6). Игрок перед ходом бросал дайс и выпавшее значение указывало на фигуру, которой он должен сделать ход.
Судя по историческим источникам, шатуранга была изобретена именно в Индии, где была игрой, в основном, интеллектуалов высших каст. Никаких сведений о проведении официальных соревнований в те времена не сохранилось. Не осталось и записей сыгранных партий. Шатуранга существовала в Индии до начала XX века и, по свидетельству бенгальского автора Рагхунанды (XV-XVI вв.), стала со временем называться «чатурраджа» — «игра четырёх королей».
В VI или, возможно, в VII веке чатуранга попала в Китай, а также в Персию (Иран). В Китае вариант игры для двух игроков был существенно трансформирован, превратившись в итоге в китайские сянци. В странах арабского востока чатуранга в течение нескольких веков видоизменялась, сохраняя, впрочем, основные черты. В конечном итоге появилась игра-потомок — шатрандж, который впоследствии превратился в шахматы.
Кроме того, ШАТУРАНГА изначально была азартной игрой. Перед началом игры все игроки ставили определенную сумму денег на кон. Выигрыш делился между победителями.
Азартные игры были запрещены в ранние периоды индуисской культуры. Об этом сказану в девятой книге «Закона Ману»:
«Пусть владыка накажет телесно по своему усмотрению как играющего, так и хозяина игрального заведения, даже если они имеют дело с неживыми предметами, такими, как кости или шатуранга, или с живыми существами, к примеру, бой петухов до крови и бой баранов».
Игроки обошли требования данного закона отказавшись от дайса. После этого с игрой произошел еще ряд изменений:
Первое, в игре произошло объединение сил союзников в единую армию. Игра преобразовалась в игру для двоих. В игре для двух игроков использовались два комплекта фигур. Каждый комплект содержал восемь пешек, два слона, два коня, две колесницы, раджу и советника (визиря) — аналог ферзя. Порядок построения фигур перед партией стал такой же, как и в современных шахматах.
Второе, фигура раджи союзников после понижения до советника (визиря) потеряла часть своего «влияния» на игровой процесс.
Третье, изменился способ передвижения по игровому полю фигур колесниц (ратха) и слонов (хасти).
После введения таких преобразований игра перестала называться ШАТУРАНГА и превратилась в начальный вариант средневековых шахмат — ШАТРАНДЖ.

ШАТРАНДЖ

Шатрандж сформировался в VII — VIII веке на арабском Востоке, как изменённый вариант шатуранги, пришедшей из Индии.
Поэт Фирдоуси в своей поэме «Шахнаме» рассказал о том, как шахматные игры появились в Персии:
«Ко двору шаха Шосроеса I прибыло посольство от правителя Хинд. После обмена любезностями посол Хинд подарил шаху множества подарков, среди которых была удивительная клетчатая доска, на которой стояли причудливые резные фигуры. Посол предложил шаху и его мудрецам разобраться в правилах этой игры и тогда верховный правитель Хинда признает его своим верхоным правителем. Доску показали всем придворным и через сутки один из них (согласно поэме — Бузурджамихр) разгадал секрет этой игры. Правители Древней Индии признали свой вассалитет от Персии.
Вероятнее всего сутки ушли на подкуп посла, чтобы выведать у него правила игры.
В последующие годы ШАТРАНДЖ проникает по всему арабскому миру и в Византию.



Уже в IX веке игра была исключительно популярна в Средней Азии. В шатрандж играли представители всех социальных слоёв. Существовали признанные мастера игры, имелась собственная иерархия классов игроков. Активно развивалась теория. Выходили книги, обучающие искусству шатранджа. Пользовались популярностью мансубы (задачи, главным образом на быстрый выигрыш комбинацией). Сохранились «шахматные легенды», в которых драматическая история (например, игрока, который ставил на кон что-то последнее, особенно дорогое, и оказывался в последней партии в положении, выглядящем безнадёжным) соединялась с задачей, решение которой обычно достигалось неожиданной и красивой комбинацией.
Органический недостаток шатранджа — недостаток динамизма, особенно в дебюте, вызванный слабостью унаследованных от чатуранги фигур. В начале партии игроки могли длительное время делать ходы, не вступая в соприкосновение с противником. Чтобы оживить игру, арабские мастера начали применять табии — искусственно сформированные условные позиции, обычно более-менее симметричные, в которых шансы игроков были, как и в начальной позиции партии, примерно равны. По договорённости игроки начинали игру не с исходной позиции, а с одной из табий, чтобы можно было сразу перейти к активным действиям. Табии были распространены повсеместно, применялись очень широко, о чём говорит такой факт: когда в книгах приводились фрагменты из партий, игранных с начальной позиции, без табий, это всегда отмечалось особо.
Имелась достаточно интересная форма игры в шатрандж: мастер разрабатывал позицию и предлагал желающим сыграть с ним из этой позиции на ставку, причём противнику предлагалось самому выбрать, каким цветом играть. Для таких игр разрабатывались позиции, в которых, на первый взгляд, одна из сторон имела серьёзное преимущество, однако, это преимущество могло быть сведено каким-либо неожиданным ходом.
В IX веке, в период завоевания арабами Испании, шатрандж попал в Западную Европу, где и превратился в современные шахматы. Тогда же или несколько раньше через Среднюю Азию игра попала на Русь, уже под современным названием «шахматы», которое было принято у персов и таджиков.
В шатрандж играли на квадратной доске размером 8x8 полей, аналогичной шахматной. В игре участвовали два игрока, каждый из них имел по одному комплекту фигур своего цвета (чёрные и белые). В комплект входят: король, ферзь, два слона, два коня, две ладьи, восемь пешек. В начале партии фигуры располагаются по противоположным сторонам доски, полностью аналогично классическим шахматам за исключением того, что королей и ферзей можно было поменять местами (но короли в любом случае должны были стоять друг напротив друга).
Порядок ходов в ШАТРАНДЖ близок к современным шахматам.
Первый ход делает игрок, играющий белыми фигурами. Затем ходы делаются по очереди. Пропускать ход нельзя. Каждый ход состоит из передвижения в соответствии с правилами одной из своих фигур. Фигура может быть поставлена на пустое поле доски или на поле, занятое фигурой противника. Во втором случае фигура противника считается взятой, снимается с доски и более в игре не участвует.
Побеждает игрок, который объявил мат королю противника или поставил его в положение пата. Кроме того, игрок объявляется победителем в случае взятия последней фигуры противника (оставляя его с голым королём, в некоторых вариантах шатранджа могла быть объявлена ничья, если соперник в ответ также брал последнюю фигуру).
Фигуры ШАТРАНДЖА практически идентичны фигурам современных шахмат, но правила хода немного отличаются:
Король (шах) ходит на одно поле в любом направлении. Ситуация, когда король находится под боем (может быть взят противником на следующем ходу), называется «шах». Игрок, чей король оказался под шахом, должен следующим ходом вывести его из-под шаха, делать другие ходы, оставляя короля под шахом, нельзя.
Ладья (рух) ходит по вертикали или горизонтали на любое количество полей.
Конь (фарас) — аналогично шахматному коню (это единственная фигура, правила хода которой не изменились за весь период от шатуранги до современных шахмат).
Слон (алфил) ходит по диагонали через одно поле, причём поле, через которое делается ход, может быть занято (в современных шахматах слон может ходить только по свободной диагонали на любое количество полей). Очень слабая фигура, могла ходить только по восьми полям доски (современный слон может ходить по половине полей).
Ферзь (ферс) ходит и бьёт на одно поле по диагонали (в современных шахматах ферзь может ходить на любое количество полей в любом направлении, кроме случая, когда путь ферзю преграждает другая фигура).
Пешка (байдак) ходит только вперёд на одно поле, или бьёт по диагонали на одно поле вперёд. Пешка, достигшая конца доски, превращается в ферзя. Первым ходом новый ферзь имел право пойти на второе поле по вертикали или диагонали, независимо от того, было ли это поле занято.
Согласно правил ШАТРАНДЖА рокировка короля и ладьи была не разрешена (появилась в намного более поздних правилах шахмат).
Сегодня нам известны следующие варианты шатранджа:
Шатрандж камил I — вариант игры на доске 10x10 с двумя верблюдами, дополнительными фигурами, которые являются ортогональным аналогом слонов. Возможно это самый первый вариант шахмат на увеличенной доске с нетрадиционными фигурами.
Шатрандж камил II — вариант игры на доске 10x10 с двумя боевыми машинами (осадные орудия), имеющими те же ходы, что и король.
Цитадель — играли также на доске 10x10, но имелись дополнительные поля («цитадели») по углам. Кроме этого в игре присутствовали дополнительные фигуры боевые машины, имеющие те же ходы, что и современный слон.
Удлинённые шахматы — имеет те же фигуры, что и обычный шатрандж, но играется на доске 4x16. Часто играли с шестигранными костями, ограничивающими ходы фигур.
Византийские шахматы — игра ведется обычными фигурами, но на круглой доске. Существует также современный вариант с той же доской, но современными фигурами и правилами (круговые шахматы).
Четыре времени года — это шатрандж для четырёх игроков на обычной доске.
Шахматы Тамерлана — вариант игры на доске 11x10 с полями-цитаделями, несколькими видами дополнительных фигур и разными пешками (видимо вводились различные рода войск для пехоты). Изобретение игры приписывается непосредственно Тамерлану.
Шахматы курьера (Courier chess) — европейский вариант игры на доске 12x8 с несколькими видами дополнительных фигур, в том числе курьер с ходом современного слона.
Многие исследователи считают, что классические шахматы появились именно благодаря шахматам курьера.



Таким образом, пройдя ряд видоизменений, игра ШАХМАТЫ появилась в Европе и на Ближнем Востоке. Но движений шахмат шло не только на Запад. С купцами, путешественниками и завоевателями древние шахматные игры проникли в Азию. Здесь правила этих игры смешивались с правилами местных национальных игр, проникались взглядом жителей этого региона и представлением о стратегических играх.
В Юго-Восточной Азии появились увлекательные и самобытные игры сянци (Китай), макрук (Таиланд) и сёги (Япония). В Азии эти игры даже более популярны чем классические шахматы. Но это следующая история.

Открытие гравитационных волн и новая эра астрономии: комментарии российских физиков

11/02/2016 by @alizar

11 февраля 2016 года навсегда войдёт в историю. В этот день состоялось одно из величайших научных открытий последнего времени — открытие гравитационных волн, предсказанных почти сто лет назад общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Рябь в ткани пространства-времени, которая искажает пространство и время вокруг себя, дошла до Земли и впервые была напрямую зарегистрирована.

«Мы открываем новую эру — эру гравитационно-волновой астрономии. Это можно сравнить с появлением телескопа или радиоастрономии. У нас появился новый инструмент для исследования Вселенной», — считает один из участников проекта LIGO, руководитель группы «Когерентная микрооптика и радиофотоника» Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Городецкий.

Международный проект LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, был запущен в 1992 году, сейчас в нём участвуют учёные из 15 стран. С самого начала в экспериментах участвовали российские физики, в том числе научные группы под руководством профессора физического факультета МГУ Валерия Митрофанова.

Сегодня Валерий Митрофанов и другие видные российские физики приняли участие в пресс-конференции, на которой подробно рассказали об открытии. Ниже — видеозапись пресс-конференции. Профессор Митрофанов выступает первым, сначала он комментирует в прямом эфире трансляцию из Вашингтона. Там официально объявили сенсационную новость, слухи о которой ходили уже несколько недель.

Затем Валерий Митрофанов сам объяснил вкратце техническую сторону, как проходил эксперимент:

«Сигнал ловили от двух чёрных дыр, которые расположены от нас на расстоянии примерно в 1,3 миллиарда световых лет. Дыры вращались вокруг друг друга и в конце концов слились в одну. Об этом гравитационные волны просигнализировали всплеском, который и зафиксировали детекторы. Важно подчеркнуть, что это прямая регистрация волн, а не косвенная. За косвенную в 1993 году была присуждена Нобелевская премия. Детекторы поймали сигнал в 10 минус 19 степени метра. Это сегодня предельная точность измерения, которую до сих пор удалось достичь на Земле.

Что касается вклада российских учёных, то это, прежде всего, создание систем, которые позволяют выделить такой слабый сигнал на фоне шума. Задача, прямо скажем, сложнейшая».

Чёрные дыры имели массу примерно по 30 масс Солнца каждая и вращались друг вокруг друга с частотой 150 Гц. Масса после слияния оказалась на три солнечные массы меньше, чем сумма масс до слияния: оставшаяся энергия была испущена в форме гравитационных волн.

Дойдя до Земли, гравитационные волны начали искажать наше пространство-время. Соответственно, начало периодически изменяться расстояние между элементами антенн обсерватории LIGO, что зарегистрировали детекторы лазерных лучей.

Гравитационные волны были зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 13:51 по московскому времени.

«Это предельное достижение человеческой цивилизации, — заявил профессор МГУ Сергей Вятчанин. — LIGO почти достиг квантового предела измерений. Удалось зарегистрировать смещение двух макроскопических объектов массой в несколько килограммов и разнесенных на несколько километров с точностью, предрекаемой квантовой неопределённостью Гейзенберга».

«Сейчас у нас всего два детектора, но даже с ними мы сможем определить массы объектов, а по времени задержки — оценить их примерное положение на небе, — сказал один из авторов открытия, научный директор Российского квантового центра, профессор МГУ Михаил Городецкий. — Для двух антенн локализация получается не очень хорошая — некоторая дуга на небе, но, когда полностью заработает третья Европейская гравитационная антенна, методом триангуляции мы сможем определять положение источников достаточно точно».


Г-образная антенна и обсерватория LIGO в штате Луизиана

Кстати, именно российские физики предложили подвешивать зеркала на кварцевых нитях вместо стальных (лазерные лучи отражались от зеркал в каждом четырёхкилометровом плече Г-образного интерферометра), что снизило посторонние шумы в системе. Без этого открытие вряд ли бы состоялось.

Видеозапись пресс-конференции https://www.youtube.com/watch?v=MxEcxDbFUMA

• Альберт Эйнштейн,
• гравитационные волны,
• черные дыры,
• МГУ,
• LIGO,
• пространство-время

Впервые зарегистрированы гравитационные волны: теперь официально

11 февраля 2016 в 18:49 by @Shkaff

 Сегодня на специальной пресс-коференции ученые международной коллаборации LVC (LIGO) объявили о первом прямом детектировании гравитационных волн от слияния двух черных дыр с достоверностью 5.1σ.

UPD Запись пресс-конференции — историческое видео теперь. Кстати, отлично объясняю, что к чему. Еще добавил в конец статьи больше ссылок на материалы.


Image Credit: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel (see www.black-holes.org/lensing)

14 сентября 2015 год в 09:50:45 UTC два детектора LIGO (расположенные в США) одновременно наблюдали гравитационно-волновой сигнал GW150914. Сигнал с возрастающей частотой от 35 Гц до 250 Гц и амплитудой деформации метрики в 1x10^-21. Сигнал соответствует предсказаниям Общей Теории Относительности (ОТО) для слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечной.

Что еще интереснее, это открытие впервые позволяет с уверенностью сказать о существовании систем черных дыр, и характеризовать динамику системы черных дыр с позиций ОТО.

Результаты исследования опубликованы сегодня в Physical Review Letters.

Как детектировали

С момента предсказания существования гравитационных волн Эйнштейном в 1916 году было предпринято множество попыток их наблюдения. С середины семидесятых велись работы над твердотельными детекторами (Вебер) – предполагалось, что массивные куски металла будут резонировать с гравитационными волнами, и изменение длины этих масс можно зарегистрировать достаточно чувствительными приборами. Однако это направление оказалось не перспективным – слишком большие шумы не позволяли достичь необходимой чувствительности. С 70х годов начали развиваться интерферометрические детекторы.



Гравитационная волна меняет расстояние между подвижными конечными зеркалами интерферометра, вследствие чего наблюдается изменение интерференционной картины на выходе детектора. Для увеличения чувствительности такого детектора к расстоянию между зеркалами плечи интерферометра достигают длины 4 км, оптическая мощность на зеркалах – 100 кВт, а сами зеркала массой в 40 кг закреплены на высокодобротных (Q~10⁷) подвесах и снабжены дополнительной системой изоляции от сейсмических шумов.



В США расположено два одинаковых детектора на значительном расстоянии друг от друга, что позволяет производить независимое наблюдение, а затем коррелировать результаты для исключения локальных шумов и ложных сигналов. Кроме того, наличие двух (и более) детекторов помогает триангулировать сигнал для определения положения на небе.

Оба детектора в начале сентября 2015 года закончили многолетнюю процедуру обновления и находились в полностью рабочем состоянии на момент детектирования.

Что детектировали

Сигнал, зарегистрированный детекторами совпадает с предсказаниями ОТО для слияния двух черных дыр. На протяжении 0.2 секунды две вращающиеся вокруг друг друга черные дыры сблизились из-за потери энергии вращения за счет гравитационного излучения и слились в одну черную дыру. Однако суммарная масса этой новой черной дыры оказалась на 3 солнечной массы меньше, чем сумма двух старых — энергия была излучена в гравитационных волнах.

Симуляция слияния черных дыр

Изначально две дыры находились чрезвычайно близко друг от друга – на расстоянии 350 км (при том что радиус Шварцшильда для них порядка 210 км). Расстояние (фотометрическое) до источника оценивается в 410 Мегапарсек.

Сигнал был задетектирован с очень высокой достоверностью: соотношением сигнал/шум 24 и достоверностью в 5.1σ (соответствующей одному ложному сигналу в 203 000 лет).
Было проведено множество проверок как на ложный сигнал, так и намеренную инжекцию. Все они показали отрицательный результат.

Что будет дальше?

Ученые продолжают исследовать событие, и вскоре будет представлено больше результатов как анализа данных, так и проверок ОТО. На этой странице можно найти подробную информацию о событии и прочие результаты исследования.

Сам гравитационно-волновой детектор будет усовершенстован и далее, что позволит детектировать больше событий. Ожидается увеличение чувствительности еще в несколько раз. В то же время детекторы Advanced VIRGO в Италии и KAGRA в Японии скоро начнут работу, а ученые уже планируют строительство новых детекторов для развития гравитационно-волновой астрономии: десятикилометровый Einstein Telescope в Европе и космический телескоп LISA с длиной плеч интерферометра в 5 миллионов километров.

В заключение добавлю пару ссылок и хороший фильм про LIGO.

• Обсуждение обновленного детектора
• Как сжатый свет применяется для увеличения чувствительности детекторов
• Фильм LIGO generations
• UPD Отличная статья на Элемантах