Tranh cãi về Electron Band Structure của germani
(pages.cs.wisc.edu)Cấu trúc vùng của điện tử sản xuất tại Đức
- Tóm tắt: Khẳng định rằng điện trở suất của điện tử sản xuất tại Đức thay đổi theo hàm mũ theo nhiệt độ là sai. Thông qua mô hình hóa lý thuyết và thí nghiệm, đã phát hiện thiết bị và các tài liệu liên quan đều rất sơ sài.
Giới thiệu
- Điện tử sản xuất tại Đức bị giam trong các vùng năng lượng rõ ràng, và giữa các vùng này tồn tại một "vùng cấm" không có hạt tải điện. Khi nhiệt độ tăng, điện tử di chuyển từ vùng năng lượng không dẫn điện sang vùng dẫn điện, gây ra sự thay đổi về điện trở suất. Mối quan hệ này xuất hiện theo hàm mũ trong một khoảng nhiệt độ nhất định.
Quy trình thí nghiệm
- Đã chọn tinh thể sản xuất tại Đức ít bị hư hại nhất và hàn dây điện vào tinh thể. Việc hàn rất khó khăn, và thiết bị trong phòng thí nghiệm không hoạt động đúng cách. Cuối cùng đã mang thiết bị tốt hơn từ phòng nghiên cứu đến để sử dụng. Để kiểm soát nhiệt độ, tinh thể được gắn vào một thanh đồng; một đầu thanh nối với cuộn dây gia nhiệt, đầu còn lại được nhúng vào bình cách nhiệt chứa nitơ lỏng. Giữa chừng, bình cách nhiệt bắt đầu bị rò rỉ.
Kết quả
- Đây là dữ liệu được tự thu thập trong suốt 2 tuần. Không thể tìm thấy sự phụ thuộc theo hàm mũ trong dữ liệu. Một đường cong hàm mũ đã được vẽ chèn vào dữ liệu, và một chương trình máy tính phức tạp đã được sử dụng để tăng độ phù hợp.
Kết luận
- Việc học chuyên ngành vật lý là sai lầm lớn nhất đời tôi. Lẽ ra tôi nên học khoa học máy tính.
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Một trong những ký ức còn đọng lại mạnh nhất từ giáo dục khoa học của tôi là thí nghiệm đo gia tốc trọng trường trong giờ vật lý trung học.
Chúng tôi lăn một quả bóng từ bàn học trong lớp cho rơi xuống; dùng đồng hồ bấm giờ đeo tay thập niên 1990, bấm bắt đầu khi bóng bắt đầu rơi và dừng khi nó chạm sàn. Với loại nút bấm trên đồng hồ như vậy thì khó mà kỳ vọng độ chính xác dưới mức giây.
Dĩ nhiên dữ liệu rất tệ; nếu vẽ thanh sai số cho đúng thì thậm chí còn bao gồm cả 0 hoặc giá trị âm, nhưng kết quả tính ra khoảng 6.8m/s^2 nên tôi nộp nguyên như vậy và bị điểm trượt.
Rốt cuộc, từ tiểu học ta đã học rằng mình được đánh giá không phải theo việc “đã trung thực báo cáo những gì quan sát được sau khi cố gắng hết sức hay chưa”, mà theo việc có đưa ra kết quả mà người chấm muốn hay không; tôi cho rằng cấu trúc này không dễ biến mất, ngay cả khi lên tới vị trí giáo sư.
Tất nhiên cũng có những giáo viên tuyệt vời đánh giá cao câu trả lời sai nhưng trung thực, nhưng tôi cảm thấy việc chủ nghĩa lý tưởng đó trụ được bao lâu trong những năm sau đó lại là chuyện khác.
Phải hoàn thành một thí nghiệm mới được chuyển sang thí nghiệm tiếp theo, và nếu không qua được thí nghiệm thì dù điểm số thế nào cũng trượt môn.
Ở thí nghiệm thứ hai hoặc thứ ba, chúng tôi phải đo đáp ứng của một transistor đóng gói DIP-8 được phát, nhưng làm thế nào cũng không ra đầu ra tuyến tính; trợ giảng thí nghiệm chỉ nói đó hẳn là vấn đề dây nối hoặc sơ đồ mạch, chứ không thể là vấn đề thiết bị.
Mãi đến khi đã qua 8 tuần trong khóa học 10 tuần, chúng tôi mới phát hiện con DIP đó không phải transistor mà là một timer 555 bị lẫn vào. Dù được phát linh kiện mới, gần như không thể hoàn thành lượng thí nghiệm của 8 tuần trong 2 tuần còn lại.
Giáo sư khuyên rút môn rồi học lại, nhưng vì sẽ ảnh hưởng đến lịch tốt nghiệp nên cuối cùng tôi nhận điểm C- với điểm thí nghiệm tệ hại nhưng đủ qua, và coi như chưa có chuyện gì xảy ra.
Vì không đủ chỗ trả lời nên tôi viết tiếp ra lề; giáo viên ban đầu chấm sai, rồi sửa thành đúng, rồi lại sửa thành sai. Trong buổi gặp phụ huynh, giáo viên thừa nhận bản thân định nghĩa là chính xác, nhưng vì phần giải thích bổ sung khiến cô “nổi giận” nên đã chấm sai.
Trong đó có ví dụ rằng sau thí nghiệm giọt dầu của Millikan, các giá trị đo điện tích electron lúc đầu cứ quanh quẩn gần giá trị của Millikan rồi dần dần tăng lên tới giá trị thực; lý do là nếu ra giá trị lớn hơn Millikan quá nhiều thì người ta cho rằng có gì đó sai và đi tìm nguyên nhân, còn nếu ra giá trị gần thì ít nghi ngờ hơn.
Feynman nói rằng giờ chúng ta đã học được mẹo đó nên căn bệnh ấy không còn nữa, nhưng tôi thấy khó đồng ý 100% với câu cuối đó.
https://calteches.library.caltech.edu/51/2/CargoCult.htm
Việc đó làm tôi mất hứng thú với vật lý trong một thời gian dài, và đến tận đại học tôi tập trung vào sinh học.
Vấn đề là giáo viên đã không nói rõ rằng tiêu chí đánh giá không phải là phương pháp thí nghiệm hay độ chính xác lặp lại, mà chỉ là độ đúng; phương pháp của tôi có độ chính xác lặp lại cao nhưng không đúng, còn phương pháp chuẩn thì đúng nhưng độ chính xác lặp lại kém.
Có lẽ vì đó là năm đầu tôi chuyển trường nên tôi cũng không biết văn hóa của trường ấy không đánh giá sự sáng tạo theo cách tôi quen thuộc.
Đó là thí nghiệm đo hằng số khí đoạn nhiệt của không khí; khi ấy bài tập quá nhiều nên nhiều sinh viên cứ viết báo cáo và nộp giá trị trong sách giáo khoa, rồi bị chấm sai.
Hóa ra trợ giảng đã cho cồn vào đáy bình đo bằng thủy tinh tối màu để phá thí nghiệm, nên nếu thực sự làm thí nghiệm thì sẽ ra hằng số của “không khí có trộn khá nhiều hơi cồn”, khác với giá trị trong sách giáo khoa.
Chính giá trị “sai” đó mới là bằng chứng duy nhất rằng thí nghiệm đã được làm đúng.
Tôi đọc bài này khi vào đại học năm 1999; nó đem lại cảm giác mới mẻ vì một sinh viên cho thấy đời sống bậc cử nhân ở một cơ sở nổi tiếng thế giới thực tế ra sao.
Câu cuối cũng ứng nghiệm như lời tiên tri; cuối cùng tác giả đã chuyển sang khoa học máy tính và lấy bằng tiến sĩ tại University of Wisconsin at Madison.
https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/
Đó là thứ buồn cười nhất tôi từng đọc lúc ấy, và mừng là có vẻ giờ anh ấy đang sống tốt.
Hơn 20 năm trước tôi từng làm trợ giảng cho một lớp thí nghiệm chế tạo bán dẫn.
Chủ yếu là gieo vào sinh viên nỗi sợ rằng khi xử lý HF thì tuyệt đối không được lơ là, nhưng ở phần cuối cũng có công đoạn thực sự quét điện áp để đo đặc tính transistor.
Tất nhiên chỉ khi đã tạo được transistor; cũng có trường hợp thực chất chỉ tạo ra một điện trở phức tạp một cách vô ích.
Tôi đã chuyền bài này cho các trợ giảng khác xem và thấy nó thật sự buồn cười.
Đoạn “vì được fit bằng một chương trình máy tính phức tạp nên tính chính đáng bề ngoài tăng lên. Tôi hiểu là quark top cũng được phát hiện bằng cùng quy trình đó” vừa buồn cười vừa phổ biến hơn ta tưởng.
Ngay cả trong lĩnh vực của tôi là vật lý vật chất ngưng tụ siêu nhanh, cũng có nhiều trường hợp hợp lý hóa dữ liệu đầy nhiễu bằng “fit đường cong”, và thường không cho xem phần dư hay kiểm định độ phù hợp.
Tôi đã cố khá nhiều để chuyển hướng quan tâm nghiên cứu từ thị giác máy tính sang tính toán DFT trong hóa học lượng tử, nhưng giờ thấy bực vì lĩnh vực này có quá nhiều công việc không công khai
Các bài báo kiểu như nói hết mọi thứ, trừ đúng cách tái lập với nỗ lực tối thiểu, nên trông như đang che giấu điều gì đó
Đồ thị thì vẽ bằng
Origin, bài báo thì viết bằng MS Word trong nhiều trường hợp, mà cả hai đều không có giấy phép tự do, khiến việc cộng tác và tái lập càng khó hơnTôi từng làm ở một lĩnh vực lân cận và ai cũng công khai làm vậy; vì phải cạnh tranh kinh phí nghiên cứu, họ lo rằng nếu tiết lộ bí quyết thì nhóm khác sẽ vượt lên nhanh hơn
Viết rằng đã làm tính toán DFT thì dễ, nhưng ai từng làm các mô phỏng hay tính toán kiểu này đều biết việc triển khai cực kỳ khó, đòi hỏi nhiều kỹ năng lập trình và mẹo số học
Tôi cho rằng nếu không có cách tiếp cận chi tiết về thuật toán thì việc tái lập là cực kỳ khó
Tôi cũng phụ trách tài liệu để dạy cho người trong phòng thí nghiệm, nhưng được chỉ thị là không được công khai, vì nhóm khác có thể lấy phương pháp đó rồi với nhiều tiền và tài nguyên tính toán hơn sẽ tiến nhanh hơn
Nó gần với vấn đề văn hóa hơn, và theo kinh nghiệm của tôi, nhóm nghiên cứu càng lâu đời thì càng ít khả năng công bố phần mềm nghiên cứu
Ở mảng mô phỏng dựa trên deep learning, netket là một ví dụ tốt về phần mềm mở, và nhà nghiên cứu đó cũng khá tích cực trong hệ sinh thái GitHub/GitLab/Hugging Face
Gần đây tôi cũng thử vẽ biểu đồ trục x bị ngắt, một nhu cầu cơ bản trong khoa học vật lý, nhưng với matplotlib thì cần khá nhiều hack
Tôi hoàn toàn không quan tâm công cụ có phải mã nguồn mở hay không, miễn là khoa học cho ra đúng
Chỉ xử lý mẫu thôi đã đủ mệt rồi, nên tôi muốn giảm căng thẳng tối đa ở phần mềm vẽ đồ thị
Cần một cảm quan khá đặc thù mới có thể tiếp nhận bài viết ngắn này không phải như hư cấu, mà như sự thật và một trò đùa sắc bén về vật lý nói chung
Nó chân thật và đẹp, và trải nghiệm ở tuyến đầu thực nghiệm có lẽ đúng là như vậy
Tái hiện một phát hiện cũ bằng thiết bị hiện đại thì dễ, nhưng hãy tưởng tượng những người đầu tiên phát hiện ra tính chất này của germani đã trải qua thế nào
Công cụ và đầu dò không thể phát triển nhanh hơn nhiều so với hiểu biết về lĩnh vực liên quan, và chúng ta vẫn liên tục dùng tri thức khoa học tối tân để phát minh rồi ứng biến tạo ra công cụ
Kiểu giai đoạn này nhất định sẽ gặp
Vài tuần gần đây tôi đang vật lộn với một thí nghiệm khó chịu: cho kết quả tái lập được nhưng lại vô lý, mà lĩnh vực này cũng không phải nơi có thể tình cờ phát hiện vật lý mới
Một sự thật thú vị là cuối cùng ông ấy đã chuyển sang khoa học máy tính
Theo CV, ông nhận bằng tiến sĩ khoa học máy tính tại University of Wisconsin, Madison vào tháng 11/2004, bằng thạc sĩ tháng 5/2001, và bằng cử nhân vật lý tại Stanford University tháng 6/1999
https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/cv.html
Sau đó có vẻ ông làm ở IL&M 5 năm và đã làm ở Google đến năm thứ 14
Rốt cuộc đúng là đã kiếm được rất nhiều tiền: https://www.linkedin.com/in/lucas-kovar-185a3531/
Bài này có vẻ là từ năm 2000
Ít nhất trên Wayback Machine còn lưu tại https://web.archive.org/web/20001031193257/http://www.cs.wisc.edu/~kovar/hall.html
Cuối cùng ông ấy lấy tiến sĩ khoa học máy tính và hiện theo LinkedIn có vẻ là Staff SWE ở Google
Có vẻ rốt cuộc cũng ngồi trên đống tiền thật
Vì tác giả nhận bằng cử nhân vật lý ở Stanford vào thời điểm đó: https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/cv.html
Tôi tò mò hậu truyện của bài này
Muốn biết ông ấy được điểm gì, hay là sau khi hoàn toàn thoát khỏi môn học đã tự trút giận bằng cách đăng bài này lên web, và liệu dự án này có thật sự là bước ngoặt quyết định khiến ông chuyển sang khoa học máy tính không
https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/bio.html
Không quan trọng lắm, nhưng header HTTP của trang có một giá trị Last-Modified khá ấn tượng
Sun, 26 May 2002 22:33:04 GMTCấu trúc mã HTML cũng hoàn toàn khớp với thời đó
Bài viết vui, nhưng ai đó phải nói điều này
Cấu trúc dải và lý thuyết chất rắn là một trong những lĩnh vực đẹp nhất của vật lý, còn việc nó đã thay đổi hoàn toàn xã hội mà chúng ta biết thực ra chỉ là chuyện phụ :)