wpis na stronie startowej w sekcji ‚Warto wiedzieć”

Nagrody Nobla z fizyki

Tegoroczne nagrody Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali: Roger Penrose, emerytowany profesor Uniwersytetu Oxfordzkiego, Andrea Ghez z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (czwarty Nobel z fizyki dla kobiety, ale już drugi w ostatniej dekadzie!) oraz Reinhard Genzel z Instytutu Maxa Plancka w Garching pod Monachium. Nagrodę przyznano za odkrycia w dziedzinie fizyki czarnych dziur, egzotycznych obiektów, których istnienie przewiduje einsteinowska ogólna teoria względności. Ogólna teoria względności, jedno z najpiękniejszych osiągnięć ludzkiej myśli, przyniosła radykalną zmianę rozumienia tak podstawowych pojęć, jak przestrzeń i czas. Przykładem są właśnie czarne dziury, posiadające tzw. horyzont zdarzeń, powierzchnię, przez którą materia może wpaść do wnętrza czarnej dziury, ale nie może się z niej wydostać. Co więcej, wnętrze czarnej dziury zawiera tzw. osobliwość, miejsce,  w którym pojęcia czasu i przestrzeni tracą sens i załamują się znane prawa fizyki.

Równania teorii względności są bardzo skomplikowane (choć, równocześnie, z punktu widzenia matematycznej harmonii, bardzo proste) i tylko w szczególnych przypadkach można znaleźć ich rozwiązania, również te opisujące czarne dziury. Aby je otrzymać, należy poczynić dodatkowe założenia, które z pewnością nie są spełnione w realnym świecie. Można by więc podejrzewać, że czarne dziury są bardziej matematyczną ciekawostką niż obiektami realnie istniejącymi. Zasługą Rogera Penrose’a było opracowanie nowatorskich, wyrafinowanych metod matematycznych, pozwalających opisywać ogólne własności rozwiązań równań Einsteina, nawet jeśli nie jesteśmy w stanie tych rozwiązań znaleźć. Najważniejszym wnioskiem z jego badań było stwierdzenie, że, wbrew początkowym podejrzeniom, czarne dziury mogą, a nawet muszą się pojawiać jako rezultat fizycznych procesów, takich jak zapadanie się masywnych gwiazd. Jego pierwsza praca na ten temat z 1965 r., którą bez przesady można nazwać epokową, liczy niecałe trzy strony (!) i jest prawdziwą perełką.

Wielką zasługą pozostałej dwójki laureatów było wykazanie, że czarne dziury rzeczywiście istnieją. Rozwinięte przez nich metody obserwacyjne, dotyczące zarówno teleskopów naziemnych (tzw. optyka adaptatywna, pozwalająca na wyeliminowanie zaburzeń spowodowanych drganiami atmosfery), jak i satelitarnych, pozwoliły na śledzenie ruchów gwiazd w centrum naszej Galaktyki. Okazało się, że krążą one wokół bardzo masywnego obiektu zwanego Sagittarius A*; jego masę ocenia się na ok. cztery miliony mas Słońca. Biorąc pod uwagę całokształt danych dotyczących tego obiektu, nie ulega wątpliwości, że jedynym wyjaśnieniem, zgodnym z aktualnym stanem wiedzy fizycznej, jest przyjęcie, że Sagittarius A* jest tzw. supermasywną czarną dziurą. W ten sposób ogólna teoria względności znalazła spektakularne potwierdzenie.

Podcast

Materiał źródłowy: prof. dr hab. Piotr Kosiński, Katedra Informatyki WFiIS UŁ

Kadencja Rektora UŁ 2016-2020

John Horton Conway zmarł na COVID-19

Gdyby zapytać pierwszego napotkanego człowieka o osobę Johna Conway’a, mało kto prawdopodobnie potrafiłby powiedzieć kilka słów o tym matematyku. Jednak, kiedy wspomni się o „Grze w Życie”, sporo osób, nawet nie pamiętając jej szczegółów, byłoby w stanie przypomnieć sobie błyskające pojawiające się i znikające na kartce kwadraciki. Wydaje się, że nadszedł czas, aby przypomnieć, zarówno o osobie, jak i jej dziele. Właśnie ostatnio świat obiegła informacja o śmierci, w wyniku zakażenia koronawirusem SARS-Cov-2, Johna Hortona Conwaya, brytyjskiego matematyka, którego życie naukowe podzieliło się między Cambridge i Princeton. W tym ostatnim, do śmierci, nosił zaszczytny tytuł „John von Neumann Professor Emeritus”, co, oprócz uhonorowania jego dorobku, jest w ciekawym związku z tym obszarem badań, który przyniósł mu największy rozgłos.

Nieraz twierdził, że nienawidzi „Gry w Życie”, a to właśnie ona uczyniła go sławnym. Może przyczyną tego był fakt, że uznawał, że ta, prosta w swoich założeniach zabawa, przesłoniła to, co sam uważał za znacznie ważniejsze. A były to, jego zdaniem, rozważania nad liczbami nadrzeczywistymi, czy zestaw twierdzeń dotyczących problemu tzw. monstrous moonshine, łączącego grupy monstrum z eliptycznymi funkcjami modularnymi.

Skąd wzięła się gra w życie?

Nie była ona wcale efektem rozrywkowego stawiania krzyżyków w pustych kratkach kartki papieru. Mniej więcej 20 lat wcześniej, dwaj wybitni matematycy: Węgier John von Neumann i Polak Stanisław Ulam, rozważając pojęcie automatu, szczególnie w kontekście jego samoreprodukowalności, zaczęli zajmować się konstrukcjami tworzonymi w oparciu o dyskretną strukturę przestrzeni dwuwymiarowej, podzielonej na równe kwadraciki. Jako przyczyny tego stanu można wskazać dwa czynniki: praktyczny i teoretyczny. Czynnik praktyczny to konieczność wykonywania skomplikowanych obliczeń numerycznych dotyczących na przykład konstrukcji bomby wodorowej. Przecież ENIAC, którego używał von Neumann, miał możliwości obliczeniowe (mierzone w tzw. FLOPSach, czyli liczbie operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę) miliard razy mniejsze, niż procesory we współczesnych telefonach komórkowych. Czynnik teoretyczny to poszukiwanie rzeczywistych rozwiązań realizujących modele obliczeń wprowadzone przez Alana Turinga, szczególnie w odniesieniu do pojęcia kompletności oraz uniwersalności obliczeń.

I ten właśnie aspekt interesował w szczególności Conwaya. Jak sam mówił w wywiadzie, kiedy wymyślił grę, nie był pewien, czy będzie ona miała wspomniane właściwości, ale potem, w większości inni uczeni, udowodnili ten fakt. Sama gra jest bardzo prosta, w każdej z kratek na kartce (komórce) można położyć jakiś obiekt lub nie. Co ważne, nie istnieje jednoznacznie zdefiniowany stan początkowy, czyli układ tych obiektów jest całkowicie dowolny. Następnie liczymy, ile obiektów jest w ośmiu kratkach otaczających każdą z kratek. Jeśli w komórce jest obiekt, a w komórkach sąsiednich są 2 lub 3 obiekty, to badany obiekt przeżywa, jeśli nie ginie bądź to z „samotności” bądź z „przeludnienia”. Jeśli komórka jest pusta, nowy obiekt może w niej się narodzić, jeśli w komórkach sąsiednich są dokładnie 3 obiekty. I właśnie taka gra została przedstawiona przez Martina Gardnera w dziale „Gry matematyczne” Scientific American w październiku 1970 roku, wzbudzając wielkie zaciekawienie czytelników.

Skąd wzięła się jej popularność?

Dla matematyków – z możliwości udowodnienia własności przewidywanych przez von Neumanna i Ulama, dla informatyków i fizyków – z pokazania nowych możliwości modelowania wielu zjawisk. Dla wszystkich – z możliwości zafascynowania  rozwijającym się niezależnie od obserwatora gry światem agregatów tworzonych przez „żyjące” komórki. A nie można zapomnieć, że model Conway’a odtwarza tylko jedną z ponad dwustu sześćdziesięciu tysięcy (co wynika z prostego przeliczenia liczby możliwych zasad przeżywania i rodzenia się obiektów w komórkach) reguł możliwych do zastosowania dla automatu bazującego na jego założeniach dotyczących kształtu sieci i liczby stanów.

Albowiem, i to okazało się szczególnie ważne dla informatyków, gra Conway’a jest najpopularniejszym przejawem szerokiej klasy systemów zwanych Automatami Komórkowymi (Cellular Automata – CA). Bazują one na trzech pojęciach: siatki, stanów i reguły. W tym kontekście, „Gra w Życie” jest automatem binarnym (2 stany {0, 1}) na regularnej sieci dwuwymiarowej, z regułami opisanymi wcześniej, a zapisywanymi zwykle 23/3 lub B3/S23. Już sam fakt szczegółowości powyższej definicji pokazuje, jak duże, wobec możliwości modyfikacji każdego jej elementu,  są możliwości oferowane przez automaty.

Te możliwości są wykorzystywane. Kiedy popatrzymy, w jakich obszarach badań teoretycznych i praktycznych wykorzystywane są Automaty Komórkowe znajdziemy tu zarówno analizę ruchu samochodowego czy ruchu pieszych, jak i wiele zagadnień z obszaru bioinformatyki, badanie problemów synchronizacji i asynchroniczności, jak i problemy epidemiczne.

Wiele spośród tych zagadnień zostanie poruszona także na, zaplanowanej na grudzień 2020 roku, konferencji z cyklu Cellular Automata for Research and Industry (14th ACRI), która odbędzie się w tym roku w Łodzi i jest organizowana przez Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej UŁ.

Opracowanie: dr hab. Tomasz Gwizdałła, prof. UŁ (Katedra Systemów Inteligentnych, WFiIS UŁ)

Gala finałowa „Projektowania zespołowego” z Fujitsu

Zimowy semestr roku akademickiego 2019/20 był niezwykle intensywny dla studentów Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej UŁ i zaowocował współpracą Wydziału z firmą Fujitsu Technology Solutions Sp. z o.o. – światowym gigantem usług informatycznych, półprzewodników i komputerów. Gala Finałowa „Projektowania zespołowego”, która odbyła się 19. lutego była zwieńczeniem pracy studentów i ekspertów Fujitsu. W wydarzeniu wzięło udział 5 grup projektowych, które pod okiem mentorów Fujitsu przygotowywali swoje projekty.

Głównym celem przedsięwzięcia było zachęcenie studentów informatyki do podjęcia wyzwania zmierzenia się z problemami współczesnego świata zebranymi przez ONZ w 17. Celach Zrównoważonego Rozwoju. A to wszystko z wykorzystaniem technologii informacyjnej, przy wsparciu ekspertów z Fujitsu. W swoich innowacyjnych rozwiązaniach studenci przedstawili problem głodu i nadmiernego zużycia zasobów, równouprawnienia i wykluczenia społecznego, a także zdrowia oraz gospodarowania odpadami.

Podczas uroczystej Gali finałowej przyznane zostały specjalne nagrody dla najlepszych aplikacji. Zwycięska aplikacja  „zdrova.cc” dotyczy najważniejszego aspektu życia człowieka – zdrowia. Nasza aplikacja nadaje informacje o możliwych zagrożeniach i niezbędnych szczepionkach w różnych krajach świata, a także posiada dane użytkownika na temat badań krwi oraz listę zrobionych szczepień. Dodaliśmy także portfele rodzinne, które pozwalają rodzicom dodać konta swoich dzieci i łatwo monitorować ich stan zdrowia oraz plan szczepień. Stworzyliśmy działający prototyp aplikacji z rzeczywistymi danymi z Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) oraz z Wojewódzkiej Stacji Epidemiologicznej w Łodzi. Poza tym WSSE jest zainteresowana naszym projektem i nawet już się odbyło pierwsze spotkanie w ich siedzibie, na którym ustaliliśmy możliwe kierunki naszej współpracy. Mamy dużo ciekawych pomysłów dla rozwijania naszej aplikacji i wdrożenia planu biznesowego w rzeczywistość. – tłumaczy lider zwycięskiego projektu Yelyzaveta Koliechkina.

Sukces dr. hab. Zbigniewa Szadkowskiego na Sri Lance

W dniach 18-19 grudnia 2019 na Sri Lance odbyła się XIV Międzynarodowa Konferencja nt. przemysłowych systemów informatycznych (ICIIS 2019). Kapituła Konferencji ICIIS 2019 przyznała dr. hab. Zbigniewowi Szadkowskiemu pierwsze miejsce za najlepszy artykuł w kategorii „Innowacje techniczne dla przemysłu 4.0”. Artykuł dotyczył implementacji triggera FPGA w oparciu o logikę rozmytą w wykrywaniu promieni kosmicznych, w wodnych detektorach Czerenkowa.

Promienie kosmiczne ultra wysokich energii (rzędu 1020 eV) są przedmiotem badań Obserwatorium Pierre Auger zlokalizowanym w Argentynie. Na obszarze 3000 km2 1660 detektorów powierzchniowych Czerenkowa rejestruje Wielkie Pęki Atmosferyczne inicjalizowane przez super-energetyczne cząstki przychodzące spoza Galaktyki. Strumień cząstek będących przedmiotem zainteresowania jest bardzo rzadki (1 cząstka na km2 na steradian na stulecie). Stąd rocznie na obszarze 3000 km2 rejestrowanych jest średnio tylko 30 przypadków. Do tej pory nie zarejestrowano ani jednego przypadku pochodzenia neutrinowego. Powodem może być bardzo nikły strumień neutrin lub bardzo niska efektywność triggera opracowanego jeszcze w latach 90-tych ubiegłego wieku – trójkrotna koincydencja w jednym slocie czasowym. Artykuł przedstawiony na konferencji omawiał kolejny zaawansowany trigger oparty o logikę rozmytą. Wcześniej prof. dr hab. Zbigniew Szadkowski opracował triggery oparte o dyskretną transformatę cosinusową, sieci neuronowe, czy transformatę falkową. Postęp w elektronice i coraz to bardziej potężne obliczeniowo układy FPGA umożliwiają implementację coraz to bardziej złożonych algorytmów detekcji pracujących w czasie rzeczywistym. Mamy nadzieje, że zaawansowane algorytmy matematyczne pomogą w obniżeniu progu detekcji przypadków neutrinowych.

Dyplom

Nasza aparatura częścią Polskiej Mapy Infrastruktury Badawczej

Zespół stworzony przez śp. prof. Zbigniewa Kluska, zaś obecnie kierowany przez dr. hab. Pawła Kowalczyka, oraz aparatura dostępna w Katedrze Fizyki Ciała Stałego na  naszym Wydziale są częścią Narodowego Laboratorium Fotowoltaiki, które 14 stycznia br. zostało wpisane na listę Polskiej Mapy Infrastruktury Badawczej.

Polska Mapa Infrastruktury Badawczej skupia najnowocześniejsze i cechujące się największym potencjałem krajowe infrastruktury badawcze, które są istotne dla rozwoju nauki oraz przemysłu. Na Mapie uwzględniono 70 projektów.

Infrastruktura stworzona w łódzkiej Katedrze Fizyki Ciała Stałego, stanowiąca część Narodowego Laboratorium Fotowoltaiki, została umieszczona na liście w wyrazie uznania dla jej badawczego potencjału. Uniwersytet Łódzki był jednym ze współwnioskodawców projektu złożonego przez Uniwersytet Warszawski.

Narodowe Laboratorium Fotowoltaiki (NLF) to konsorcjum złożone z wiodących polskich instytucji naukowych prowadzących prace badawczo-rozwojowe w zakresie wykorzystania energii słonecznej dla wytwarzania energii elektrycznej i jej magazynowania. W skład wchodzi 16 grup badawczych (6 z jednostek kategorii A+ i 10 z jednostek kategorii A) z Warszawy, Wrocławia, Łodzi, Katowic i Krakowa. Celem NLF jest integracja w skali kraju środowiska naukowego w zakresie prac nad wykorzystaniem energii słonecznej dla produkcji czystej energii, a przez stworzenie potencjału ludzkiego oraz zaplecza aparaturowego. Fotowoltaika jest najszybciej rozwijającą się gałęzią energii, choć jej udział w globalnym zużyciu energii jest ciągle najmniejszy. Jednakże wysiłki rozwiniętego świata zmierzają w kierunku znaczącego wzrostu udziału energii ze źródeł odnawialnych, w tym fotowoltaiki. Takie podejście jest podyktowane zagrożeniem istnienia życia na Ziemi wskutek postępujących zmian klimatycznych, wywołanych w dużej mierze stosowaniem paliw kopalnych.

Łódzkie Dni Informatyki 2019 r.

Pasjonaci informatyki z Łodzi i województwa – uczniowie i studenci oraz praktycy z branży ICT spotkali się 21 listopada na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej. Była, to niepowtarzana okazja do zapoznania się z najnowszymi trendami w rozwoju nowoczesnych technologii. W gronie prelegentów znalazł się m. in. dr Tomasz Stopa z IBM.

Trzecia edycja Łódzkich Dni Informatyki to największa tego typu inicjatywa w Łodzi, której organizatorami są: ICT Polska Centralna Klaster oraz dwie największe łódzkie uczelnie – Uniwersytet Łódzki oraz Politechnika Łódzka.

W tym roku frekwencja była wyjątkowa – odwiedziło nas blisko 1 200 uczestników – studentów, uczniów szkół średnich jak i specjalistów z branży ICT, którzy mieli możliwość wzięcia udziału w serii wykładów, warsztatów i paneli dyskusyjnych prowadzonych przez praktyków z branży IT.

Łódzkie Dni Informatyki na Uniwersytecie Łódzkim zainaugurował wykład otwierający o Komputerach kwantowych dziś i jutro, który wygłosił dr Tomasz Stopa z IBM. Podczas 30 wydarzeń na Wydziale, w tym 18 warsztatów prowadzonych przez wybitnych ekspertów zostały poruszone zagadnienia związane z najszybciej rozwijającymi się obszarami informatyki tj. sztuczną inteligencją, nowinkami technologicznymi wykorzystywanymi w telewizji, czy też aplikacje mobilne. Młodzi adepci informatyki ze szkół średnich z Łodzi i regionu wzięli udział w warsztatach ucząc się m.in. programowania, animacji i tworzenia gier komputerowych. Juniorzy mieli możliwość zaprojektowania własnej gry z wykorzystaniem technologii 3D oraz przenieśli się w świat makrokontrolerów.

Studenci planujący karierę w sektorze ICT wzięli udział w mini targach IT, które dały możliwość indywidualnych rozmów z pracodawcami i konsultacji podczas giełdy ofert pracy. W czasie ŁDI został rozstrzygnięty konkurs na hasło promujące ŁDI, którego laureatami zostali studenci naszego Wydziału. Zwycięzcom gratulujemy!

Link do zdjęć: https://www.flickr.com/photos/promocja_ul/albums/72157711945287202