Соня и наука

Сегодня (я моргнула, прошло пять дней) на экзамене слушала рассказ про квазикристаллы и поняла, что тянуть дальше некуда. Встречайте первый из серии задротских лонгридов.

Чтобы отправиться в увлекательное путешествие по дороге из желтого кирпича плиток Пенроуза, нам с вами нужно договориться об определениях. Попробую в формате блица, чтобы не заскучать:

Нас окружают разные вещества. Физика твердого тела изучает вещества (омг *муж заглядывает через плечо и спрашивает, что это у меня за отдельные малые группы*) твердые. Под этим обычно понимают кристаллы. Кристалл, пусть и происходит от латинского «лед», совсем не обязательно прозрачный и красивенький. Кристаллы состоят из трансляционно упорядоченных атомов: представьте как много-много шариков упорядоченно заполняют пространство. В этой модели предусмотрен дальний и ближний порядок. Это значит, что зная симметрию кристалла и то, как выглядит его микроскопический кусочек, можно достроить весь остальной кристалл.

Чтобы определить, что за кристалл вам попался, на него принято светить* рентгеновским излучением. В результате дифракции рентгеновских лучей на кристалле получается картина, из которой можно извлечь межплоскостное расстояние, симметрию, ориентацию и многое другое. Картинки, которые получаются на выходе, называют дифрактрограммами (дебае- или лауэграммы по названию методов).

Вместе с разговором о кристалле, сразу возникает вопрос о симметрии. Для простоты можно думать о том, какими одинаковыми фигурами можно заполнить плоскость, если фигуры можно только двигать (не поворачивать и не отражать). Так, мы поймем, какие симметрии допустимы на плоскости. Понятно, что бесконечную плоскость можно заполнить правильными треугольниками, прямоугольниками и шестиугольниками. Тогда говорят, что в кристаллах могут существовать оси второго, третьего, четвертого, шестого порядка (номер оси = 360/угол допустимого поворота).

Дальше в качестве простого упражнения обычно предлагается доказать, что оси пятого, например, порядка не существует. Чтобы это понять, можете порисовать пятиугольники (или посмотреть на картинку в комментариях).

Базу обсудили. Переходим к приколам. Первым приколистом был Иоганн Кеплер, большой любитель симметрий, гармоний, автор законов о движении небесных тел и просто философ. Так, Кеплер долго не мог выбрать подарок на новый год и подарил другу свое философско-математическое эссе о симметриях, которое родилось из наблюдений за снежинками (почему бывают только шестиконечные?). Позже, размышляя о запретных симметриях, Кеплер предложил фигуру с локальной симметрией пятого порядка (из звезд, пятиугольников, etc), такую, что ей можно замостить всю плоскость.

Предлагаю на сегодня остановиться и пойти смотреть на снежинки. В следующий раз продолжим с этого же места и поговорим о задаче замощения плоскости и нетривиальных математических разгадках.

Откликнитесь, если читаете этот тред, буду быстрее копить ману и писать продолжение.

*есть три типа людей: первые называют светом только излучение видимого диапазона, вторые — любое электромагнитное излучение. Третьи — нигилисты и спрашивают, можно ли считать излучение светом, если частота ноль? :)

www.tgoop.com/sonyascience/553

842 viewsDec 16 at 18:02

Сегодня (я моргнула, прошло пять дней) на экзамене слушала рассказ про квазикристаллы и поняла, что тянуть дальше некуда. Встречайте первый из серии задротских лонгридов.

Чтобы отправиться в увлекательное путешествие по дороге из желтого кирпича плиток Пенроуза, нам с вами нужно договориться об определениях. Попробую в формате блица, чтобы не заскучать:

Нас окружают разные вещества. Физика твердого тела изучает вещества (омг *муж заглядывает через плечо и спрашивает, что это у меня за отдельные малые группы*) твердые. Под этим обычно понимают кристаллы. Кристалл, пусть и происходит от латинского «лед», совсем не обязательно прозрачный и красивенький. Кристаллы состоят из трансляционно упорядоченных атомов: представьте как много-много шариков упорядоченно заполняют пространство. В этой модели предусмотрен дальний и ближний порядок. Это значит, что зная симметрию кристалла и то, как выглядит его микроскопический кусочек, можно достроить весь остальной кристалл.

Чтобы определить, что за кристалл вам попался, на него принято светить* рентгеновским излучением. В результате дифракции рентгеновских лучей на кристалле получается картина, из которой можно извлечь межплоскостное расстояние, симметрию, ориентацию и многое другое. Картинки, которые получаются на выходе, называют дифрактрограммами (дебае- или лауэграммы по названию методов).

Вместе с разговором о кристалле, сразу возникает вопрос о симметрии. Для простоты можно думать о том, какими одинаковыми фигурами можно заполнить плоскость, если фигуры можно только двигать (не поворачивать и не отражать). Так, мы поймем, какие симметрии допустимы на плоскости. Понятно, что бесконечную плоскость можно заполнить правильными треугольниками, прямоугольниками и шестиугольниками. Тогда говорят, что в кристаллах могут существовать оси второго, третьего, четвертого, шестого порядка (номер оси = 360/угол допустимого поворота).

Дальше в качестве простого упражнения обычно предлагается доказать, что оси пятого, например, порядка не существует. Чтобы это понять, можете порисовать пятиугольники (или посмотреть на картинку в комментариях).

Базу обсудили. Переходим к приколам. Первым приколистом был Иоганн Кеплер, большой любитель симметрий, гармоний, автор законов о движении небесных тел и просто философ. Так, Кеплер долго не мог выбрать подарок на новый год и подарил другу свое философско-математическое эссе о симметриях, которое родилось из наблюдений за снежинками (почему бывают только шестиконечные?). Позже, размышляя о запретных симметриях, Кеплер предложил фигуру с локальной симметрией пятого порядка (из звезд, пятиугольников, etc), такую, что ей можно замостить всю плоскость.

Предлагаю на сегодня остановиться и пойти смотреть на снежинки. В следующий раз продолжим с этого же места и поговорим о задаче замощения плоскости и нетривиальных математических разгадках.

Откликнитесь, если читаете этот тред, буду быстрее копить ману и писать продолжение.

*есть три типа людей: первые называют светом только излучение видимого диапазона, вторые — любое электромагнитное излучение. Третьи — нигилисты и спрашивают, можно ли считать излучение светом, если частота ноль? :)

BY Соня и наука