Теория относительности и GPS
Одним из следствий теории относительности является замедление времени для движущихся объектов. В быту мы этого заметить не можем, потому что скорости всех встречающихся нам тел сопоставимы и этот эффект на нашу жизнедеятельность никак не влияет. Все меняется, когда вы находитесь на орбите 20 тысяч километров над уровнем моря и летите сквозь пространство со скоростью 14 тысяч километров в час — это параметры орбиты спутников GPS. Их атомные часы запаздывают по сравнению с земными на 7 микросекунд. Это значительная погрешность для приборов, определяющих расстояние по времени прохождения сигнала. Но есть еще один фактор, наоборот, ускоряющий часы спутников на целых 45 микросекунд — гравитационное воздействие Земли, которое на такой высоте слабее. Чтобы нивелировать эти неточности, атомные часы спутников были специально замедлены при производстве, а алгоритмы программного обеспечения GPS в принимающих устройствах учитывают фактические значения погрешностей, которые для каждого спутника группировки могут отличаться.
Эффект Холла и компас
В конце XIX века американский ученый Эдвин Холл обнаружил, что на концах токопроводящей пластины, помещенной в магнитное поле возникает разность электрических потенциалов. Этот эффект был назван его именем. А спустя сто с лишним лет, датчики, основанные на этом эффекте обеспечивают работу встроенного компаса и позволяют смартфонам определять, закрыт или открыт их чехол-книжка. Когда вы открываете навигационное приложение, геометка в нем сориентирована согласно направлению вашего взгляда, а точнее, положению смартфона. Трудно поверить, что все начиналось с золотой пластинки на стеклянном блюдечке.
Датчик приближения и Лидар
Лидар или оптический радар, вошел в обиход геодезистов, картографов и военных около полувека назад. Первые экземпляры весили более 10 килограммов, но уже позволяли с высокой точностью измерять расстояния от 200 метров до 10 километров. Сегодня лидары широко используются, в том числе с их помощью роботы ориентируются в пространстве. Крайне примитивный, но от этого не менее функциональный лидар есть в каждом смартфоне — это датчик приближения, который блокирует экран при появлении перед ним предметов на расстоянии менее 5−10 мм. Благодаря военным технологиям 1960-х годов вы случайно не сбросите вызов.
Квантовая физика — туннельный эффект в процессорах и памяти
В привычном и знакомом нам макромире любой объект имеет точные размеры, скорость и массу. Его описывает классическая (ньютоновская) механика. Очевидно, что встретив непреодолимую преграду, объект окружающего мира не сможет оказаться на другой ее стороне. При переходе к масштабам элементарных частиц этот принцип перестает работать, и в игру вступает квантовая физика. Одним из ее следствий является туннельный эффект: существует вероятность того, что частица преодолеет барьер, несмотря на недостаточную энергию. В чипах флэш-памяти этот эффект используется для записи ячеек. При производстве микропроцессоров наоборот, приходится идти на различные ухищрения, чтобы не допустить стекания заряда через границы транзисторов, размеры которых в современных чипах измеряются десятками атомов.
Нобелевская премия и дисплей
В новых моделях смартфонов все чаще можно встретить OLED-экраны: сочные цвета, «настоящий» черный, высокая контрастность и энергоэффективность. В начале 1960-х годов никто и подумать не мог, что медицинские исследования белков меланинов приведут к прорыву в микроэлектронике. Жидкокристаллические дисплеи на органических светодиодах — относительно молодая технология, за совершенствование которой ученым выдали нобелевскую премию.
Глава Александрийской библиотеки и Telegram
Два тысячелетия назад греческий ученый Эратосфен Киренский, глава Александрийской библиотеки, заинтересовался быстрым поиском простых чисел. Созданный им метод на сегодняшний день, конечно же, устарел, но является первым известным алгоритмом подобного рода, позволившим своему автору создать таблицу простых чисел до тысячи. В современной криптографии простые числа играют ключевую роль. Так, известный мессенджер Telegram использует алгоритм шифрования требующий простые числа длиной от 2048 бит. В десятичной системе это триллионы, и для проверки такого числа на простоту по решету Эратосфена современный игровой компьютер потратит несколько дней.
