जर्मेनियम की इलेक्ट्रॉन band structure? मज़ाक मत करो (2000)

 (archive.md)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2023-08-07 | 2 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • यह एक व्यंग्यात्मक undergraduate lab report है, जो जर्मेनियम resistance के temperature के साथ exponential रूप से बदलने की आम धारणा को सीधे खारिज करती है; असली physics experiment के format का सहारा लेकर हताशा और कटाक्ष को जस का तस दिखाती है
  • abstract में resistance-temperature exponential relation को "सरासर झूठ" बताया गया है, और equipment की खराबी, textbook की कमज़ोरी और समय की बर्बादी को मुख्य निष्कर्ष घोषित किया गया है
  • experiment के दौरान जर्मेनियम को solder करने की कठिनाई, काम न करने वाला equipment, और leak करता liquid nitrogen thermos जैसी environmental limitations जमा होती गईं
  • measurement data में exponential dependence बिल्कुल भी observe नहीं हुई, फिर भी noise के ऊपर जबरन exponential curve खींचकर उसे believable बनाया गया
  • physics major को ज़िंदगी की सबसे बड़ी गलती बताकर और CS (Computer Science) major चुनना चाहिए था—ऐसी self-deprecating बात के साथ report खत्म होती है

सारांश (Abstract)

  • जर्मेनियम में resistance के temperature पर exponentially dependent होने की आम धारणा को "सरासर झूठ" बताया गया
  • theoretical modeling और कठिन experiment के बाद निकले दो निष्कर्ष: ① equipment बेहद खराब है और related textbooks भी उतनी ही कमजोर हैं, ② यह पूरा experiment पूरी तरह समय की बर्बादी है

परिचय (Introduction)

  • जर्मेनियम के अंदर electrons, zero charge carrier density वाले "forbidden regions" से अलग किए गए स्पष्ट energy bands में फंसे होते हैं
  • sample को heat करने पर electrons non-conducting band से conducting band में jump करते हैं, जिससे measurable resistance change होता है
  • temperature-resistance का exponential relation एक खास temperature range में valid होता है, लेकिन formula को "to first order" कहकर गोलमोल तरीके से derive किया जाता है
  • related textbook की आलोचना की गई है कि वह मनमाने number of uncoupled harmonic oscillator potentials consider करती है और limit लेती है—यानी मुश्किल और बेवजह लंबी है

प्रयोग प्रक्रिया (Experiment procedure)

  • जर्मेनियम crystal के box में से सबसे कम दरार वाला दिखने वाला crystal चुना गया
  • Lab Handout 32 के figure 2b में दिखाए गए स्थानों पर wires solder किए गए, लेकिन जर्मेनियम को solder करना बेहद कठिन था
    • solder चिपकता नहीं था, और solid state lab के graduate students से भी मदद नहीं मिली
  • पीछे से उठाया गया second-rate equipment सब काम नहीं कर रहा था, इसलिए अच्छी तरह equipped lab से parts चुपके से लाकर replace किए गए
    • undergraduate students को खराब tools देकर फिर शिकायत करना कि results क्यों नहीं आ रहे, इस पर तंज किया गया
  • temperature control के लिए crystal को copper rod से attach किया गया; ऊपर का हिस्सा heating coil से और नीचे का हिस्सा liquid nitrogen thermos में डाला गया
    • project के बीच में thermos leak करने लगा — quarter के 10,000 डॉलर देने के बावजूद 5 डॉलर का ठीक-ठाक thermos तक न मिल पाने की स्थिति पर टिप्पणी

परिणाम (Results)

  • 2 हफ्तों में खुद measured "100% असली data" (Fig. 1) पेश किया गया, लेकिन expected exponential dependence कहीं नहीं दिखी
  • data को "कचरे का ढेर" बताते हुए इसे समय की बर्बादी कहा गया
  • इस उम्मीद में कि grader सिर्फ figure देखेगा, noise के ऊपर मनमाने ढंग से exponential curve खींच दी गई
    • complex computer program से fitting करके उसे और believable बनाया गया; कटाक्ष में कहा गया कि यही तरीका top quark की खोज में इस्तेमाल हुई प्रक्रिया जैसा है

निष्कर्ष (Conclusion)

  • physics major को ज़िंदगी की सबसे बड़ी गलती बताया गया
  • self-deprecating अंदाज़ में कहा गया कि CS (Computer Science) major चुनना चाहिए था; तब भी शायद girlfriend नहीं होती, लेकिन कम से कम बहुत पैसा तो कमाया होता

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2 टिप्पणियां

 
joyfui 2023-08-07

कूल्हा वगैरह...
 
GN⁺ 2023-08-07
Hacker News टिप्पणियाँ

  • अजीब संयोग है, लेकिन मैंने भी तंग बजट और बेहद खराब उपकरणों के साथ वही प्रयोग किया था, और एक ठीक-ठाक computer algorithm से best fit निकाला था
    फर्क बस इतना था कि नतीजे में चार significant figures तक मिल गए थे, और वह पुराने textbook से भी बेहतर result था
    यह दिलचस्प है कि गुस्से से भरे लेखक के लिए भारी निराशा जीवन को परिभाषित करने वाला अनुभव बन गई, जबकि वही हालात मेरे लिए सकारात्मक रूप से जीवन को परिभाषित करने वाला अनुभव बने
    एक जैसी conditions में भी चीजें कैसे आगे बढ़ेंगी, इसका अंदाज़ा लगाना सचमुच मुश्किल है

    • तंग बजट भी कभी-कभी अच्छी चीज़ होता है। Electrical/Electronics Engineering मैंने undergraduate classes से ज़्यादा खराब measurement उपकरणों की मरम्मत करते हुए उपयोगी ढंग से सीखी
      classes theory पर इतनी ज्यादा केंद्रित थीं कि असली prototype बनाते समय कुछ भी काम नहीं करता था, और lab technicians तक को वजह नहीं पता होती थी
      इसलिए मैंने अपना ज्यादातर समय इधर-उधर घूमकर दूसरे students के लड़खड़ाते graduation projects ठीक करने में लगाया। जिंदगी इस पर निर्भर करती है कि आप उससे क्या निकालते हैं :)
    • फिर भी, किसी न किसी तरह हम सब एक ही जगह, यानी HN, पर पहुँचते हैं :)
      मुझे experimental classes सचमुच बहुत पसंद थीं, और जब predictions आंखों के सामने सही साबित होते दिखे तो पहली बार दिलचस्पी जगी
      बस यह जानना चाहिए कि आप किसमें कूद रहे हैं। experiments में बहुत ज्यादा समय लगता है और तैयारी भी चाहिए

  • काफी मज़ेदार
    low-temperature condensed matter experiments पढ़ा चुका हूँ, और उस नज़रिए से grade का बड़ा हिस्सा यह पता लगाने में होता है कि क्या गलत हुआ, फिर उसे correct करना या कम से कम यह स्वीकार करना कि वह गलत था
    student को experimental setup के बारे में ज्यादा जानकारी देनी चाहिए थी। कौन-सा equipment इस्तेमाल हुआ, 4-terminal resistance measurement था या 2-terminal, resistivity थी या resistance, R_0 क्या है, और क्यों लगता है कि experiment fail हुआ—ऐसी बातें
    मुझे तो लगता है wiring गलत थी और उसने बस noise ही measure किया

    • मेरी समझ में undergraduate experiment का उद्देश्य result पाना नहीं, बल्कि lab में काम करना सीखना होता है

  • पहले जो mandatory “advanced experimental physics lab semester” होता था, वह बिल्कुल ऐसा ही था। एक semester में उस लेख में बताए स्तर के करीब 14 बिल्कुल अलग-अलग experiments करने पड़ते थे, equipment पुराना था और experiment के दौरान ही खराब हो जाता था, और कम उत्साह वाले PhD students या postdocs teaching assistants होते थे
    14 experiments में से सिर्फ दो ही ठीक से चले और expected results आए
    इस अनुभव की वजह से मैं सीधे theoretical physics और confined semiconductors में electron dynamics व light-matter interactions की computer simulations की तरफ चला गया। quantum dots, graphene जैसी चीजें थीं, और मज़ा आया
    अब ऐसी चीजों से रोज़ी-रोटी नहीं चल सकती, इसलिए मैं medical device software development कर रहा हूँ

    • “experiment के दौरान खराब हो जाने वाला पुराना equipment” मैंने सीखने का मौका माना। कौन-सा adhesive cryogenic temperatures झेलता है, amplifier fuse कैसे बदलते हैं, ज्यादा complex electronics की temporary repair कैसे करते हैं, और उधार देने लायक equipment वाले लोगों को जानना कितना जरूरी है—यह सब सीखा
      अगर lab के पास पैसों की भरमार नहीं है, तो ये skills experimentalist के लिए बहुत कीमती हैं
      पैसे बहुत हों तब भी शानदार नया equipment खरीदने में कम से कम 8 हफ्ते लगते हैं, लेकिन corridor के अंत में सही shelf से चुपचाप उठा लाना 5 मिनट का काम है और lunch से पहले result मिल सकता है
      “कम उत्साह वाले PhD student या postdoc teaching assistants” उन हर जगहों की दुखद सच्चाई थी जहाँ मैंने पढ़ाया
      एक ही semester में वही content 14 बार पढ़ाना मज़ेदार नहीं है, और जिन्हें पढ़ाना पसंद है और जो इसमें अच्छे हैं, वे यह जानते हैं, इसलिए वे जितना संभव हो lectures, seminars, tutorials, practice classes जैसी चीजें ले लेते हैं। वे हर हफ्ते कुछ नया पढ़ाने और उन्हीं students के साथ ज्यादा समय बिताने वाला विकल्प चुनते हैं
    • physics curriculum कैसे तय होता है, यह मुझे ठीक से समझ नहीं आता। समय के साथ खोजी गई physics बढ़ती ही जा रही है, लेकिन पढ़ाई का समय वही है
      सच में कुछ करने के लिए जरूरी math और physics सीखने को 4 साल कम पड़ते हैं। English writing, parties, breakup जैसी दूसरी जरूरी चीजें छोड़ भी दें तो
    • “experiment के दौरान खराब हो जाने वाला पुराना equipment” क्या असल research lab conditions के ज्यादा करीब नहीं है?
      मैं NASA scientists से मिला था जो airplane से atmospheric sampling कर रहे थे; महंगी sampling process के दौरान equipment problem आए तो खुद संभाल सकें, इसलिए उन्हें equipment के साथ ही flight में रहना पड़ता था
      अगर याद सही है, तो वह Hawaii से New Zealand जाने वाला modified 747 था
    • “एक semester में उस लेख के स्तर के 14 बिल्कुल अलग-अलग experiments”—मेरे पास अभी भी जो graduation fail होने वाले nightmares बची हैं, वे इसी course को पूरा न कर पाने के बारे में हैं। जबकि मैं experimentalist था, फिर भी
      “इस अनुभव की वजह से सीधे theoretical physics में चला गया” भी समझ आता है। मेरे लगभग असंभव thesis experiment पर काम करने वाला summer student तुरंत theory में चला गया था
    • वाह, grad school applications में एक साल से भी कम बचा है और मेरी undergraduate research experience भी लगभग इसी field में है, लेकिन मुझे theory side ज्यादा suit करती है
      जानना चाहूँगा कि आपने PhD की थी या नहीं। अगर की थी, तो क्या अब लगता है कि वह worth it थी?

  • मूल स्रोत Kovar, L. “Electron Band Structure In Germanium, My Ass.” Annals of Improbable Research, vol. 7, no. 3, May/June 2001, p. 4, https://web.archive.org/web/20010620051228/http://www.improb... है

  • यह लेख शायद 1999 के आसपास आया था। बाद में लेखक ने Computer Science में MS और PhD की
    मैंने भी college life के अंत में ऐसी ही कठिनाई और निराशा झेली थी, और आखिर में experimentalists और technical staff के लिए सबसे ज्यादा सम्मान लेकर निकला
    [0]https://pages.cs.wisc.edu/~kovar/cv.html

  • जब मैं school में था, physics department में घूमने वाले सबसे मज़ेदार लेखों में यह एक था। यह पक्का 2007 से पुराना है, और मेरी याद में 1998 या 1999 के आसपास का है

    • सबसे पुरानी copy जो मैं trace कर पाया, वह 2000 की है। क्या किसी के पास उससे भी पुरानी copy है?
      https://web.archive.org/web/20001031193257/http://www.cs.wis...
    • मैंने इसे undergraduate के दौरान 2001 में देखा था

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    Electron Band Structure In Germanium, My Ass - https://news.ycombinator.com/item?id=2513293 - मई 2011, 97 टिप्पणियाँ

  • काफ़ी मज़ेदार है, लेकिन जो हिस्सा डरावने ढंग से सच लगा, वह यह था:
    “Physics चुनना मेरी ज़िंदगी की सबसे बड़ी गलती थी। मुझे Computer Science में major करना चाहिए था। तब भी लड़कियाँ नहीं होतीं, लेकिन कम-से-कम पैसा तो बरसता।”
    काश academia में वेतन बेहतर होता

    • समस्या सिर्फ़ वेतन नहीं है। Graduate students और अभी tenure न पाने वाले professors पर डाला जाने वाला दबाव भी बहुत ज़्यादा है
      “Prof. Hardass Slavedriver” द्वारा लिखा बताया जाने वाला dark humor वाला “A (de)motivational letter” इसे अच्छी तरह समेटता है: https://lifesciencephdadventures.wordpress.com/2013/01/04/a-...

  • अगर यह सच है, तो लगता है उसने काफ़ी high-quality noise मापा था
    Resistivity 5 degrees के बीच 2x उछल जाए और फिर constant temperature पर वैसी ही बनी रहे, ऐसा हो नहीं सकता। उसकी अपनी स्वीकारोक्ति के हिसाब से भी यही सबसे संदिग्ध बात है
    सही ढंग से करने पर ऐसी figure मिलती है
    https://pdfs.semanticscholar.org/3753/2b8a21825d66633f33684a...

  • 1990s और शुरुआती 2000s में हम मज़ेदार websites के links या copy-paste किए हुए jokes से भरे Word documents ईमेल पर आगे भेजा करते थे
    Applied Physics की degree बीच में छोड़ने वाले के तौर पर यह लेख मेरे पसंदीदा लेखों में था। वजह यह थी कि मेरे पास एक ऐसे optics experiment की याद थी, जो आगे जारी रखने की इच्छा तोड़ देने वाला “आख़िरी वार” जैसा था
    Equipment बेहद खराब था, और मेरी pairing दुनिया के सबसे अनाड़ी partner के साथ हुई थी। तीसरे साल के work-placement semester में वह अकेला student था जिसे employer से पूरी तरह नकारात्मक evaluation मिली थी, और summary थी “employable नहीं”. शायद उसने आग भी लगा दी थी
    हर बार जब हम fiber-optic cable को strip करके laser के सामने fix करते, तो लगता था पूरा ब्रह्मांड मिलकर उस नाज़ुक glass core को तोड़ने की कोशिश कर रहा है
    आख़िरकार जब सब कुछ align कर लिया और खुशी-खुशी measurements लिए, तो मेरे भी नतीजे noise के बीच line खींचने जैसे ही निकले। सच तो यह है कि मैंने अभी यह लेख दोबारा पढ़ा भी नहीं है, लेकिन 15 साल से ज़्यादा समय से न देखने के बावजूद मुझे अब भी याद है कि उस वाक्य पर मैं ज़ोर से हँसा था