Новости науки

[grek 0]

Неповторимые нейроны: Не баг, а фича

 

Как и снежинки, каждый нейрон нашего тела уникален и неповторим. Впрочем, речь не о форме или размерах – а о том, как реагирует он на внешний стимул. Это многообразие нервных клеток критически важно для обработки сложных сигналов и кодирования получаемой информации.

 

«По-моему, на интуитивном уровне нейрофизиологи давно осознали тот факт, что между нейронами существуют большие различия, но всерьез этот вопрос не рассматривали, поскольку не считали его чем-то важным, - говорит профессор Натан Урбан (Nathan Urban), - Мы хотели бы переосмыслить этот момент. Мы сочли, что эти различия важны, возможно, они имеют какое-то физиологическое значение».

 

По современным оценкам, только мозг человека содержит порядка 100 млрд нейронов, которые можно разбить на несколько различных типов. Представители каждого из них структурно близки и, группируясь, обычно выполняют одни и те же функции. Каждый из них реагирует сигналом в ответ на поступающий сигнал. Прочие различия между ними обычно отбрасываются, как несущественные.

 

«Если речь идет об обработке сигнала в компьютере, мелкие различия между одинаковыми компонентами имеет самые негативные последствия, - продолжает Натан Урбан, - Но мозг, будучи “самым сложным компьютером”, напротив, способен использовать неизбежные различия между своими сложными, живыми компонентами, с тем, чтобы работать еще эффективнее».

 

Профессор Урбан и его команда провели исследование этого вопроса, отслеживая реакцию отдельных нейронов на комплексный входящий сигнал. Основным объектом для ученых служили митральные клетки, возбуждающие нейроны, получающие сигналы от рецепторов (например, от обонятельной луковицы) и после первичной обработки передающие их дальше по цепочке. Ученые помещали в такую клетку миниатюрные электроды и ими подавали на нее нужный сигнал, контролируя его компьютером и отслеживая реакцию отдельного нейрона.

 

Выяснилось, что из десятков изученных ими клеток не было ни одной, которая бы реагировала одинаково. Это само по себе удивительно: получается, что на один и тот же входной стимул нейроны создают разные реакции. Может быть, лишь работая в группе, они «по кусочкам» воссоздают адекватную исходную картину, будто складывая фрагменты мозаики?

 

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи усложнили задачу, каждый раз определяя ту характеристику исходного сигнала, которая вызывала реакцию нейрона. И действительно, показано, что одни нейроны сильнее реагируют на резкое изменение входного стимула, другие – на медленное, третьи – на периодический его характер. С помощью математических алгоритмов объединив информацию из разных разновидностей клеток, ученые сравнили с той, что можно было бы получить от аналогичной группы совершенно идентичных нейронов. Оказалось, что, в самом деле, такая гетерогенная группа нейронов создает сигнал вдвое более насыщенный информацией, чем гомогенная.

 

Как говорят программисты, «это не баг, это фича», или, по словам того же профессора Урбана, «индивидуальные различия между нейронами – это положительное качество». Группа, в которую входят слегка отличные по характеристикам клетки, оказывается эффективней, как в футболе, где каждый – и вратарь, и полузащитник, и нападающий – имеет свою индивидуальную задачу в общей командной игре.

 

По мнению ученых, эти индивидуальные различия между нейронами могут играть важную роль и в развитии всевозможных расстройствах, от эпилепсии до шизофрении, которые, как уже показано давно, проявляются в «рассинхронизации» работы нейронных цепочек.

 

popmech.ru

[grek 0]

Скрытое наблюдение: Амебы и бактерии

 

Новый метод «слежки» за отношениями между простейшими и бактериями позволит понять, как они, взаимодействуя, способствуют быстрейшему развитию и распространению болезней.

 

В 1980 г. микробиолог Тим Роуботэм (Tim Rowbotham) изучал поведение одной из разновидностей всем известных простейших, амеб. Эти одноклеточные более чем широко распространены – фактически, их можно найти везде, где встречается жидкая вода. А начиная с 1950-х ученым известна и их роль в развитии заболеваний – в целом безвредные существа могут иногда оказываться чрезвычайно опасными, особенно для людей с нарушениями в работе иммунной системы. Впрочем, все это в 1980-х уже не было новостью. Новостью стало нечто более пугающее.

 

Амебы, как известно, питаются более мелкими организмами – другими простейшими, водорослями и бактериями. И Роуботэм показал, что, даже будучи поглощенными амебой, патогенные бактерии рода Legionella (вызывающие пневмонию, «болезнь легионеров»), не только выживают внутри простейшего, но и чувствуют себя более чем замечательно. По сути, ученому удалось показать, что между простейшими и бактериями может развиваться нечто вроде симбиотических отношений, природа которых сегодня совершенно неясна.

 

Микробиологи до сих пор с увлечением спорят о значении и сути этой находки. С тех пор обнаружено, что те же амебы могут «давать приют» и другим малоприятным микробам – таким, как участвующая в развитии гастритов и язв Helicobacter pylori, патогенные представители рода Lysteria, хламидии и даже бич современных клиник, метициллин-резистентный золотистый стафилококк.

 

По сути, простейшее предоставляет бактерии отличное убежище, где та может спокойно переждать атаку антибиотиками, из-за чего опасность ее намного возрастает. Суть этих отношений, их механизмы и влияние на вирулентность бактерий неизвестны. Тем больший интерес привлекают они у микробиологов и медиков. К сожалению, исследования этого вопроса оказываются крайне трудны.

 

Качественный толчок им может дать новый инструмент, разработанный греческими учеными во главе с Гиоргосом Цибидисом (Giorgos Tsibidis). Им удалось создать систему, включающую компьютер со специальным программным обеспечением и микроскоп. Система способна идентифицировать в среде отдельное простейшее, определить его по форме и автоматически следить за ним по мере его движения. Бактерии, имеющие на порядок меньшие размеры, система не различит, но может проводить постоянный мониторинг их количества.

 

Ученые протестировали инструмент в действии, следя за тем, как та же амеба «пасется» на «лужайке», полной сальмонелл. Система успешно обнаружила ее и следила за ее движением, параллельно отмечая снижение концентрации бактерий в среде. Будем надеяться, что с таким оружием исследователи быстрее выяснят, что же такого происходит иногда между простейшими и бактериями, на чем основан их неожиданный «роман» - и как бы нам их разлучить.

 

popmech.ru

Суперструнный эксперимент: Проверка непроверяемого

 

Впервые предложена схема эксперимента для проверки Теории струн.

 

Как известно, Теория струн претендует на объединение идей Теории относительности и квантовой механики – и, как следствие, на то, чтобы стать окончательной и долгожданной «теорией всего».

 

Сегодня Теория струн, а точнее – ее самое развитое ответвление, М-теория, получила большое признание у физиков всего мира.

 

Несмотря на бурное развитие Теории струн в последние десятилетия, она остается чисто теоретической конструкцией. До сих пор никто и никогда не поставил ни единого опыта, который доказывал бы ее состоятельность – или опровергал бы ее. Так что, в отличие от той же Теории относительности или квантовой механики, Теория струн не проверена экспериментально. А значит, во многом остается умозрительным конструктом, не хуже и не лучше прочих космологических систем – разве что куда более обоснованной математически.

 

Проблема в том, что Теория струн оперирует объектами и масштабами порядка планковских единиц, и энергии, и чувствительности, необходимые для соответствующих измерений, далеко превосходят все, что сегодня способны предложить даже самые «продвинутые» технологии. Лишь на днях известный английский профессор Майкл Дафф (Michael Duff) выступил с интересным предложением, позволяющим, в принципе, проверить Теорию струн экспериментально. И – возможно, дать ей новый сильный толчок, а возможно, закрыть эту бурно дебатируемую тему.

 

Для этого Дафф предлагает использовать эффект сцепленности («запутывания») квантовых частиц, заключающийся во взаимосвязанности их состояний. Независимо от разделяющего спутанные частицы расстояния, изменение свойств одной частицы моментально сказывается на второй, и наоборот.

 

Это странное, не укладывающаяся в голове явление не подлежит сомнению, поскольку было многократно проверено в самых дотошных экспериментах и вскоре получит даже повсеместное использование, когда ученым удастся, наконец, создать основанный на совершенно новых принципах и невероятно производительный квантовый компьютер.

 

Итак, неважно, какая дистанция разделяет сцепленные квантовые частицы; измеряя состояние одной из них, вы моментально меняете коррелирующее состояние другой. В принципе, в эту систему возможно включение и других связанных частиц, хотя с каждой новой частицей расчеты о взаимном их влиянии становятся все более и более сложными.

 

Дафф и его коллеги заметили, что квантовомеханические математические формулы, описывающие поведение трех сцепленных квантовых частиц, весьма напоминают математическое описание определенного класса… черных дыр в рамках Теории струн. Что бы значило такое сходство, сказать пока невозможно – «оно может говорить о чем-то глубоко важном в устройстве нашего мира, а может оказаться простым совпадением», как говорит сам профессор Дафф.

 

Как ни удивительна эта параллель, по мнению группы Даффа, она позволяет, основываясь на соответствующих уравнениях Теории струн, рассчитать поведение трех связанных квантовых частиц и затем поставить эксперименты по измерению поведения этих частиц. Останется лишь сравнить предсказания теории с практическими результатами. И каким бы ни был итог этого сравнения, нас обязательно ждет нечто чрезвычайно важное.

 

popmech.ru

[grek 0]

Геомагнитный переворот: По-быстрому

 

Процесс инверсии магнитного поля Земли занимает тысячелетия. Но некоторые наблюдения свидетельствуют, что смена магнитных полюсов может пройти, по геологическим меркам, в мгновение ока.

 

Магнитные породы в Батл-Маунтин (Невада, США), возраст которых составляет около 15 млн. лет, хранят «память» о том времени, когда северный магнитный полюс Земли превратился в Южный, и наоборот. Промежуток между инверсиями магнитного поля может составлять от десятков тысяч до нескольких миллионов лет, и, как правило, сам переход занимает около 4000 лет. Но горные породы в Неваде позволили предположить, что такая смена полюсов может произойти намного быстрее.

 

Каждый обладатель компаса мог бы заметить – его показания изменяются на один градус в неделю – практически мгновенно в геологических масштабах времени. Работа, описывающая это открытие, готовится к публикации в Geophysical Research Letters.

 

Настолько быстрое изменение геомагнитного направления описано только второй раз. Первый случай, отмеченный в 1995 году в Стинс-Маунтин (Орегон, США), не удостоился широкого признания в научном сообществе. Еще один пример может укрепить теорию, утверждающую, что инверсия может произойти за годы или века, а не за тысячелетия.

 

Ученые не пришли к единому мнению о том, почему «переворачивается» магнитное поле Земли. Многие из них полагают, что это связано с конвективными перемещениями жидкого железа во внешнем ядре планеты.

 

Исследователи Скотт Бог (Scott Bogue) и Джонатан Гленн (Jonathan Glen) отправились в Неваду, чтобы изучить хорошо сохранившиеся лавовые потоки. По мере отвердевания каждый поток сохраняет «магнитную память», позволяющую определить направление магнитного поля в далеком прошлом. Один из потоков привлек особое внимание ученых, поскольку запечатлел весьма сложную магнитную историю. Эта лава сперва остыла, а затем (менее, чем через год) была снова нагрета, когда свежий лавовый поток накрыл её. Ориентация магнитных кристаллов изменилась на 53 градуса. А это значит, что магнитное поле менялось приблизительно на один градус каждую неделю.

 

Породы в Стинс-Маунтин зафиксировали еще большие изменения – 6 градусов в сутки. Представьте, каково это – ориентироваться по компасу, показания которого меняются на несколько градусов в день. Этот показатель был столь высок, что многие ученые поставили доклад под сомнение. Один из контраргументов состоял в том, что жидкое внешнее ядро Земли просто не может создавать столь быстрые изменения в магнитном поле. Другой – если бы даже такие изменения происходили, их нельзя было бы наблюдать на поверхности: толща земных пород экранировала бы сигналы благодаря своей электропроводности.

 

Однако наблюдения в Неваде подтверждают, что столь быстрые изменения возможны – даже если ученые не могут объяснить, почему.

 

Некоторые эксперты ставят под сомнения новое исследование. В частности, вызывает сомнение тот факт, что два лавовых потока могли перекрыться и зафиксировать 53-градусное изменение магнитного поля именно в период инверсии, которая может происходить раз в миллион лет. «Любопытное совпадение», по словам Денниса Кента (Dennis Kent) из Университета Рутгерса, США.

 

Последняя стабильная инверсия магнитного поля планеты произошла 780 тысяч лет назад. Некоторые геологи считают, что очередной «переворот» может наступить в ближайшее время, поскольку в течение прошедших 150 лет (или более) магнитное поле Земли слабеет. Но вопреки фантазиям кинематографистов, опасаться «геомагнитного хаоса» не следует. Даже если мы доживем до очередной инверсии – вероятно, никаких апокалиптических последствий она не вызовет.

 

popmech.ru

[grek 0]

Миссия «Плимутрок»: В гости к астероиду

 

Планы по отправке пилотируемой миссии на астероид становятся все более реальными – один космический гигант уже проводит оценку необходимых для нее технологий.

 

По словам анонимного представителя в NASA, отправка людей к астероиду важна и с научной точки зрения, и как генеральная репетиция пилотируемой экспедиции на Марс. Вдобавок, она может дать бесценную информацию для оценки «астероидной угрозы» и подготовки необходимых мер.

 

Отправка миссии к астероиду озвучена в качестве задач NASA президентом Бараком Обамой еще в апреле, он же назвал и планируемую дату – 2025 г. (притом что пилотируемый полет к Марсу должен состояться в середине 2030-х). Пока что основным подрядчиком в проекте выступает корпорация Lockheed Martin, которая продолжает разработку перспективного пилотируемого космического корабля Orion – и недавно закончила предварительную проработку «астероидной миссии».

 

Напомним, что с будущего года США заканчивает эксплуатацию собственных «шаттлов» и в космических полетах целиком будет целиком зависеть от российских, японских и европейских кораблей. Если, конечно, коммерческие производители Америки не закончат разработку собственных носителей раньше срока – и пока не будет закончена разработка корабля Orion, первый полет которого намечен на 2013 г.

 

Изначально Orion разрабатывался в качестве основной «рабочей лошадки» для возвращения NASA на Луну, но после того, как Обама отложил работу в этом направлении, ему подыскивается иное применение. В частности, конструкторы Lockheed Martin рассматривают возможность превращение корабля в средство для куда более амбициозных дальних миссий – например, к тем же астероидам.

 

«Астероидная миссия» получила название Plymouth Rock. Она подразумевает использование сразу двух модифицированных для дальних перелетов КК Orion – в паре они создадут 50-тонный корабль с достаточной двигательной силой, достаточным внутренним пространством и средствами жизнеобеспечения для двух астронавтов. По оценке специалистов, в такой конфигурации полет может продолжаться до 5-6 месяцев.

 

Один из горячих сторонников проекта Plymouth Rock, бывший астронавт Томас Джонс (Thomas Jones) говорит: «Планы NASA по астероидам пока еще остаются на предварительных этапах. Однако ключевой компонент любой пилотируемой миссии – спускаемая капсула для экипажа. И обновленная версия Orion этой функции отлично соответствует, в качестве составной части более крупного корабля, способного добраться и исследовать астероид».

 

Такой «тандем» из кораблей может собираться на низкой околоземной орбите, в спокойной гавани точки либрации. Он будет включать двигательную систему, обитаемые отсеки, небольшой аппарат для исследования астероида – и возвращаемый модуль. По словам Джонса, «привлекает здесь и то, что большинство элементов этого корабля можно будет использовать повторно».

 

Такая модульная система, по мнению Джонса, может оказаться намного надежней и долговременней существующих систем, а возможности ее можно наращивать по мере того, как становятся доступными новые технологии и решения. Единственное, что будет требовать полной замены – это спускаемая капсула, остальное можно просто оставлять на околоземной орбите и после необходимого ремонта и обновления снова отправлять в дальний полет.

 

Цель возможной миссии Plymouth Rock пока не определена, хотя специалисты уже ведут поиск подходящих кандидатов из числа тел, которые в нужный период времени окажутся близко к Земле и имеют размеры от 4 до 70 м, а возможно, и больше.

 

Астронавты смогут собрать и доставить на Землю до 100 кг вещества, собранного из разных точек астероида, в том числе и забранных с глубины. На астероиде можно будет оставить некоторое оборудование, которое вело бы автоматические измерения – или которое пригодится будущим экспедициям.

 

popmech.ru

[grek 0]

Сила коллектива: Устойчивый альтруизм

 

Устойчивые к антибиотикам бактерии представляют большую проблему для современной медицины. И если в целом механизмы этой резистентности установлены, стратегии, которые используют это преимущество и позволяют бактериям выживать, открываются все новые – и все более интересные.

 

Исследование, проведенное недавно группой профессора Джеймса Коллинза (James Collins), выявило удивительную особенность: на самом деле, лишь небольшой процент бактерий в популяции превращаются в высоко резистивных «супер-мутантов». И при этом большинство бактерий спокойно переносит воздействие критических доз антибиотиков. Словом – отдельные представители популяции, как правило, не обладают устойчивостью к лекарствам – а популяция в целом обладает.

 

«Эти первоначальные результаты просто удивили нас, - говорит Джеймс Коллинз, - И заставили полностью, с самого начала пересмотреть представление о том, как резистентность в бактериальной популяции возникает, развивается и работает»

 

Ученые поставили дополнительные эксперименты, показав, что те самые немногочисленные «супермутанты», устойчивые к воздействию антибиотиков, не просто устойчивы сами, но и помогают выжить остальным. Они в огромных количествах производят и выделяют индол, ароматическое соединение, которое бактерии используют в качестве одного из химических сигналов. Индол стимулирует прочие бактерии в сообществе улавливать попавшие в низ молекулы антибиотика и «выбрасывать» их наружу.

 

Таким образом резистентные бактерии работают на благо всей популяции – и, кстати, во вред себе. По крайней мере, так все выглядит на первый взгляд: перепроизводство индола обходится этим «супермутантам» слишком дорого, поглощая массу ресурсов и замедляя их собственный рост.

 

Профессор Коллинз добавляет: «Это альтруистичное поведение – очередное свидетельство тому, что одноклеточные организмы живут хорошо организованными сообществами (…) Сообщества эти имеют обширный набор средств противостояния воздействию антибиотиков. И чем лучше мы поймем эти средства и стратегии, которые бактерии используют для выживания, тем легче нам будет лечить людей».

 

Возможно, весьма эффективным средством борьбы с такими неподдающимися бактериями будет не прямая атака, а хитрая политика, «натравливание» одних из них на другие.

 

popmech.ru

[grek 0]

Не жильцы: Жизнь под двойной звездой

 

Двойные звездные системы – не лучшее место для жизни. По мнению ученых, вращающиеся вокруг них планеты довольно скоро оканчивают жизнь в разрушительных столкновениях друг с другом.

 

Началось все с наблюдений, сделанных орбитальным ИК-телескопом Spitzer. Разглядывая несколько двойных звезд, он обнаружил в них аномально большие количества пыли и мелких фрагментов. Откуда же эта пыль взялась?

 

Джереми Дрейк (Jeremy Drake), один из ученых, анализировавших эти данные, говорит: «Наша работа говорит о том, что входящие в двойные системы планеты должны то и дело сталкиваться друг с другом. Если вокруг таких звезд обращается планета, на которой возникла жизнь, жизнь эта будет обречена».

 

Объектом исследования служил особый тип двойных, переменные звезды типа RS Гончих Псов (RS CVn). Участниц этих пар разделяет небольшое расстояние порядка 3,2 млн км, намного меньше, чем расстояние от нас до Солнца. Звезды в системе вращаются друг вокруг друга за несколько дней и, как считается, постоянно повернуты друг к другу одной и той же стороной. Размерами участницы исследованных систем не выделяются – это средние звезды примерно с Солнце и близким к нему возрастом, от 1 до нескольких миллиардов лет. Но, в отличие от нашего Солнца, они вращаются куда быстрее, что обусловливает намного более высокую активность их магнитных полей.

 

Эта активность создает в системе мощнейшие звездные ветры – потоки заряженных частиц наподобие солнечного ветра, но куда сильнее его. Такое истечение вещества понемногу замедляет вращение (как раскинутые руки останавливают кручение человека), что, в свою очередь, приводит ко все большему сближению звезд в двойной системе. Тут-то и начинается опасный хаос.

 

Движение звезд друг относительно друга создает настоящую путаницу в их гравитационном воздействии на планеты и другие тела, которые вращаются вокруг них. Вместо того, чтобы спокойно и величественно двигаться по своим давно установившимся орбитам, они буквально срываются с цепи и принимаются носиться совершенно неупорядоченно – что, естественно, рано или поздно приводит к космической аварии.

 

Исследовав три такие двойные звезды, Spitzer обнаружил в них инфракрасное излучение горячих газопылевых дисков, температура которых характерна для расплавленной лавы. Астрономы полагают, что в обычных условиях эти скопления пыли быстро рассеялись бы и отправились в дальний космос. А значит, в двойных системах существует механизм, постоянно пополняющий запасы пыли. Скорее всего, этим механизмом и являются частые межпланетные столкновения, выбрасывающие прочь большие объемы вещества.

 

popmech.ru

[grek 0]

Непостоянная постоянная: Тонкости тонкой структуры

 

Появились новые подтверждения тому, что одна из важнейших констант современной физики меняется со временем – и в разных частях Вселенной по-разному.

 

Почему Вселенная такова, какова есть? Почему численные соотношения безразмерных констант именно такие, какими мы их знаем? Почему пространство имеет три протяженных измерения? Почему существует именно фундаментальных взаимодействия, а не, скажем, пять? Почему, наконец, все в ней так сбалансировано и точно «подогнано» одно под другое? Сегодня популярно считать, что если б что-то было иначе, если б одна из базовых констант была иной, мы просто не могли бы задаваться этими вопросами.

 

Такой подход называется антропным принципом: если б константы соотносились иначе, не могли б образоваться устойчивые элементарные частицы, если б у пространства было больше измерений, планеты не могли бы обрести устойчивые орбиты и так далее. Иначе говоря, не смогла бы образоваться Вселенная – и уж тем более не могли бы развиться такие разумные организмы, как мы с вами.

 

В общем, мы появились просто в нужном месте – в единственном, где могли появиться. А возможно, и в нужном времени, о чем говорит недавнее громкое исследование одной из фундаментальных физических констант.

 

Речь о постоянной тонкой структуры, величине безразмерной и ни из каких формул не выводимой. Устанавливается она эмпирически, как отношение скорости вращения электрона (находящегося на Боровском радиусе) к скорости света, и равна 1/137,036. Она характеризует силу взаимодействия электрических зарядов с фотонами.

 

Несмотря на то, что называется она постоянной, физики уже не первое десятилетие дискутируют о том, насколько постоянна эта константа на самом деле. Несколько «скорректированное» ее значение для разных случаев могло бы решить определенные проблемы в современной космологии и астрофизике. А с выходом на сцену Теории струн многие ученые вообще склоняются к тому, что и прочие константы могут быть не столь уж неизменными. Изменения в постоянной тонкой структуре могли бы косвенно свидетельствовать о реальном существовании дополнительных свернутых измерений Вселенной, что абсолютно необходимо в Теории струн.

 

Все это подстегнуло поиски доказательств – или опровержений – тому, что постоянная тонкой структуры может быть иной в других точках пространства и (или) времени. Благо, для того, чтобы оценить ее, можно воспользоваться таким доступным инструментом, как спектроскопия (постоянная тонкой структуры как раз и была введена для интерпретации спектроскопических наблюдений), а для того, чтобы «заглянуть в прошлое», достаточно посмотреть на далекие звезды.

 

Поначалу эксперименты, казалось, опровергали возможность изменений этой постоянной, но по мере того, как инструменты становились все совершенней, можно было оценивать ее величину на все большем удалении и со все большей точностью, стали появляться более интересные свидетельства. В 1999-м, например, австралийские астрономы во главе с Джоном Уэббом (John Webb) проанализировали спектры 128-ми далеких квазаров и показали, что некоторые их параметры могут объясняться постепенным ростом постоянной тонкой структуры на протяжении последних 10-12 млрд лет. Однако эти результаты были крайне спорными. Скажем, работа, датируемая 2004-м, напротив, не обнаружила заметных изменений.

 

А уже на днях тот же Джон Уэбб выступил с новым сенсационным сообщением – новая его работа названа некоторыми специалистами «открытием года» в физике. Ранее, в конце 1990-х Уэбб с коллегами работали с обсерваторией Keck на Гавайях и наблюдали квазары северной небесной полусферы. Тогда они пришли к выводу, что 10 млрд лет назад постоянная тонкой структуры была примерно на 0,0001 меньше и с тех пор немного «подросла». Теперь же, поработав с телескопом VLT обсерватории ESO в Чили и пронаблюдав 153 квазара южной полусферы, они получили те же результаты, но… с обратным знаком. Постоянная тонкой структуры «в южном направлении» 10 млрд лет назад была на 0,0001 больше и с тех пор «уменьшилась».

 

Эти различия, названные исследователями «австралийским диполем», имеют высокую статистическую достоверность. А главное – они могут свидетельствовать о фундаментальной асимметрии нашего мироздания, которое может наблюдаться и в пространстве, и во времени. Возвращаясь к антропному принципу, с которого мы начали, можно сказать, что мы родились не только в идеальном месте, но и в идеальное время.

 

popmech.ru

[grek 0]

Запутанность в кристалле: Шаг навстречу квантовым повторителям

 

Первая квантовая память, позволяющая сохранять и воспроизводить запутанность, создана швейцарскими физиками.

 

Квантовая запутанность – это странное явление, при котором частицы находятся в некотором общем состоянии (фактически, имеют одинаковые волновые функции). Таким образом, измерения, проведенные над одной из спутанных частиц, мгновенно влияют и на другие, независимо от расстояния между ними.

 

«Действие на расстоянии» лежит в основе многих существующих и только разрабатываемых технологий: это и квантовая криптография, и квантовая телепортация, и квантовые вычисления. Благодаря этому современные физики начинают думать о запутанности как о некотором ресурсе, вроде воды или электроэнергии, который в случае необходимости может быть привлечен к работе. И было бы неплохо иметь возможность создавать запутанность, использовать её и хранить там, где нужно.

 

Первые два пункта – создание и использование запутанности – являются предметом исследований на протяжении последних 30 или 40 лет. Но задача «хранения» и последующего воспроизведения запутанности не была решена до сих пор. Кристоф Клаузен (Christoph Clausen) и его коллеги из Женевского университета нашли способ сделать это.

 

Принцип действия созданного учеными устройства основан на свойствах кристалла силиката иттербия, легированного атомами неодима. Такой кристалл в охлажденном состоянии способен поглощать и сохранять фотоны. Клаузен попытался ответить на вопрос – а может ли кристалл сохранять и запутанность тоже?

 

Исследователи создали пару запутанных фотонов и отправили один из них в кристалл. По прошествии некоторого времени фотон был снова излучен кристаллом. Затем ученые провели тест Белла – эксперимент, позволяющий выявить запутанность, - и оказалось, что фотоны все еще запутаны между собой.

 

Данные Клаузена являются весьма впечатляющими, и причин тому несколько. Во-первых, в сохранении запутанности участвует весь кристалл целиком. Этот кристалл имеет размеры около одного сантиметра, и удивительна сама мысль о том, что запутанность может передаваться от фотона к столь крупному объекту.

 

Во-вторых, нельзя не отметить возможность передачи запутанности от подвижного кубита (фотона) к стационарному (кристаллу). Причем возможность эта существует и для фотонов с длиной волны 1338 нм, а ведь длины волн именно этого диапазона используются для телекоммуникаций посредством волоконно-оптических кабелей. Другие длины волн хоть и интересны с исследовательской точки зрения, но совершенно бесполезны для практической передачи информации.

 

И, конечно же, удивителен сам факт того, что запутанность можно сохранить и впоследствии воспроизвести. Это может привести к созданию таких устройств, как квантовые повторители. Квантовый Интернет (и это лишь один из примеров) потребует возможности хранения и передачи запутанных фотонов. Когда-то это казалось неосуществимым на практике, запутанность была слишком хрупким явлением. Но теперь, похоже, переход информационных сетей на квантовые технологии – лишь вопрос времени.

 

popmech.ru

[grek 0]

Измерение притяжения: С точностью до нанометра

 

Оригинальная схема эксперимента, предложенная американскими физиками, позволит изучить гравитационное взаимодействие с высочайшей точностью и на небольших – порядка нанометров – дистанциях. Возможно, при этих условиях проявятся какие-то новые экзотические свойства гравитации.

 

Из четырех фундаментальных взаимодействий гравитация – самое понятное и доступное нам. Но по странной иронии, для физиков она стала как раз самой трудной для точного научного описания и включения в единую картину. Для объектов космических масштабов, разделенных космическими же расстояниями, влияние ее точно измерено, рассчитано и предсказуемо. Но вот как гравитация ведет себя на микроскопическом уровне, порядка миллионных долей метра, где доминируют обычно электромагнитные силы, известно крайне мало. И, как водится, недостаток знаний стимулирует самые горячие дискуссии и самые разные гипотезы.

 

Физик из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) Эндрю Джерачи (Andrew Geraci) говорит: «Существует масса теорий, предлагающих собственные взгляды на то, как проявляет себя гравитация на таких масштабах. Однако проверить их нелегко, поскольку чрезвычайно сложно сблизить предметы на нужное расстояние и при этом с необходимой точностью измерять их относительное смещение». Именно для этого Джерачи и его команда предложили поставить оригинальный эксперимент.

 

Для начала следует взять крохотную – порядка 300 нм в диаметре – стеклянную сферу и поместить ее под воздействие пучка лазерного излучения с длиной волны 1,5 мкм. Сфера окажется как бы подвешенной в пределах лазерного луча, что позволяет свести практически к нулю влияние трения. Сфера сможет двигаться вдоль луча, но если диаметр его будет почти совпадать с ее диаметром, не будет его покидать.

 

Такая схема, известная под названием «оптического захвата» (optical trapping), используется для ряда нанотехнологических задач – скажем, для так называемого «оптического пинцета». Градиент интенсивности излучения затягивает крохотную частицу и удерживает ее почти так, как вертящиеся ураганы увлекают за собой предметы покрупнее.

 

Движения сферы, не стесненной трением, будут высоко чувствительны к воздействию внешних сил – включая гравитационное влияние какого-нибудь достаточно тяжелого объекта, который может появиться поблизости. Это может быть золотой стержень, который ученые предлагают приблизить к сфере на мельчайшее расстояние – порядка нескольких нанометров, в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса. Под притяжением стержня сфера слегка изменит свое положение, что и можно измерить другим лазерным лучом (длиной волны 1 мкм). Наблюдения за эффектами гравитации будут проведены с такой точностью, с какой этого еще никто и никогда не делал. В сотни тысяч, а то и миллионы раз чувствительнее, чем уже поставленные эксперименты.

 

Впрочем, продумать схему эксперимента и воплотить ее в реальность – две разные вещи. По мнению авторов, постановка опыта может занять еще несколько лет, хотя бы потому, что потребует разрешения ряда других сложностей. Речь, прежде всего, о том же трении. Конечно, подвешенная в пучке лазера частица испытывает куда меньшее воздействие трения, чем частицы в предыдущих экспериментах, когда их помещали на кончик тончайшей иглы или пружинки. Но и здесь, при такой чувствительности эксперимента, трение дает о себе знать – это и соударения с частицами окружающего газа, и с излучением самого лазера. Все эти влияния экспериментаторам придется учитывать.

 

popmech.ru

Почем фунт счастья: Купишь или не купишь?

 

Ученые в очередной раз обратились к вопросу – делает ли богатство людей счастливыми? Предлагаем познакомиться с некоторыми их выводами.

 

Если рисовать «усредненный» образ человека, считающего себя счастливым, на основании проведенных опросов, это будет работающая женщина с высоким уровнем дохода, состоящая в браке, не среднего возраста. А классический «неудачник», считающий себя несчастным, беден, не имеет работы, разведен и чем-то болен.

 

Казалось бы, все это очевидно. Тем не менее, вопросы о счастье человеческом продолжают вызывать споры. Например, о причинах и следствиях: люди становятся счастливыми после свадьбы, или же счастливые люди чаще вступают в брак? И кого называть «счастливым»? Того, кто много и искренне смеется? Или того, кто полон оптимизма и чувствует себя защищенным? Что такое счастье – безмятежное спокойствие или безумный гедонизм? И является ли счастье граждан именно той целью, к которой следует стремиться государству? С одной стороны, это более точный показатель благосостояния нации, чем, к примеру, валовой внутренний продукт. Но с другой стороны, кто сказал, что одурманенные жители «Дивного нового мира» Олдоса Хаксли не назвали бы себя счастливыми?

 

Один из самых спорных вопросов – как соотносится счастье с величиной доходов. Большинство из вас согласится с тем, что крайняя нищета – это несчастье. Но если отойти от этой крайности, то на вопрос о «цене счастья» ответить уже непросто. Если на вопрос о половой принадлежности или семейном положении существует весьма ограниченное число ответов (вы либо мужчина, либо женщина – третьего не дано), то доход – количественный фактор. Если богатство делает человека счастливым, значит ли это, что став еще богаче, он станет еще счастливее?

 

Интуитивно можно предположить, что существует некоторый «порог богатства», при достижении которого человек не становится счастливее с ростом доходов. Но экономист Дэниэл Канеман (Daniel Kahneman), лауреат Нобелевской премии, и его коллега Ангус Дитон (Angus Deaton) утверждают, что доход продолжает оказывать влияние на оценку степени «удовлетворенности жизнью», даже когда человек становится действительно богатым.

 

Значит ли это, что прав аноним, язвительно заметивший: «Те, кто говорят, что счастье не купишь, просто не знают, где его продают»? Не совсем. Канеман и Дитон утверждают, что чистоту предыдущих исследований нарушала путаница между понятиями «эмоционального благополучия» и «оценки качества жизни». Первое из них имеет отношение к повседневной жизни: как часто мы смеемся, к примеру, или насколько подвержены стрессу. Второе же представляет собой сознательную оценку ситуации в целом: насколько мы довольны нашей работой, семьей, материальным положением… Нетрудно представить, что глава финансовой корпорации может чувствовать себя довольным жизнью, но при этом даже улыбки не промелькнет на его лице.

 

Опрос, на результатах которого основывались выводы Канемана и Дитона, охватил более 700 тысяч американцев. Исследователи «выбросили» около четверти ответов, производивших впечатление неискренних. На основании оставшихся данных они заключили, что уровень доходов более тесно связан с оценкой качества жизни, чем с эмоциональным состоянием.

 

Оценка качества жизни продолжает расти с повышением уровня доходов (по крайней мере, до уровня $160 000 в год). А эмоциональное благополучие достигает своего плато при доходах около $75 000 в год.

 

При всей неоднозначности результатов, исследования, посвященные человеческому счастью, находятся под пристальным вниманием политических деятелей. Не в последнюю очередь этот интерес вызван тем, что политик, делающий людей счастливыми, получает большую поддержку избирателей. Вопрос в том, какие они сделают из этого выводы. Что приоритетнее – стимулировать рост оценки качества жизни или эмоционального благополучия?

 

Канеман и Дитон не придерживаются какой-либо строгой позиции по этому вопросу. Масштаб их исследования и возможные «подводные камни» трактовки информации предостерегают от поспешных решений. Любое государство должно стараться помочь тем людям, которые эмоционально подавлены и не видят перед собой никаких радужных перспектив. Но результаты исследования, только усложняющие и без того непростую картину, показывают, что для состоятельных людей доход не всегда является мерилом «счастья». Все зависит от того, что понимать под этим словом.

 

popmech.ru

[grek 0]

Банда астероидов: Удар, удар, еще удар

 

Гипотеза, обвиняющая в гибели динозавров крупный астероид, снова под ударом – или снова на коне: метеоритов могло быть несколько.

 

Примерно 65,5 млн лет назад, в конце Мелового периода, на Земле случилось очередное великое вымирание – Меловая катастрофа. Исчезло более половины видов животных, наступил конец царствованию динозавров.

 

О причине той катастрофы сегодня идут горячие споры. Наиболее распространена гипотеза о том, что виновником ее стало падение крупного астероида, оставившего по себе колоссальную воронку в виде кратера Чиксулуб на месте современного Мексиканского залива. Сторонники этой версии даже «проследили» путь этого гипотетического астероида до самого места его рождения. Но и ее противники, сторонники, например, «вулканической» гипотезы, находят в свою пользу довольно весомые доводы.

 

Новое исследование этой интригующей темы проведено группами британских профессоров Дэвида Джолли (David Jolley) и Симона Келли (Simon Kelley), которые пришли к выводу о том, что, по меньшей мере, еще один кратер – Болтышский, расположенный на Украине, следует связать с Меловой катастрофой. Возможно, в ту тяжкую годину планета пережила настоящий ливень из астероидов – от незаметных и мелких до убийственных великанов.

 

Открытый лишь в 2002 г. Болтышский кратер находится под Кировоградом и имеет около 25 км в диаметре при глубине до 1 км (для сравнения: упомянутый уже кратер Чиксулуб имеет 180 км в поперечнике). Точный его возраст не установлен, по разным источникам, он колеблется от 55 до 170 млн лет, чаще всего его оценивают в 90-100 млн лет.

 

Ученые решили уточнить эту цифру, для чего исследовали окаменевшие останки растительной пыльцы и спор, выделенных из проб, полученных в Болтышском кратере. Они показали, что вскоре после образования кратера это место колонизировали папоротники – но, что интересней, поверх этой первой волны колонизации следовала вторая.

 

Это позволяет предположить, что после падения этого первого астероида последовала еще одна катастрофа (например, падение второго астероида в другой области планеты), вызвавшая гибель первой волны «колонистов». По оценке Джолли и Келли, эти два события разделяют 2-5 тыс. лет, и они уверены, что второй удар нанесло падение астероида, создавшего Чиксулуб.

 

По словам профессора Келли, возможно, в скором будущем будут обнаружены следы и других столкновений с астероидами, случившихся примерно в то же время – и гибель динозавров стала следствием падения целого множества небесных тел, растянувшегося на целые тысячелетия и повлекшего губительные изменения климата Земли.

 

popmech.ru

Красные клетки и Красный Треугольник: Температурная аномалия

 

Уже почти 10 лет, с того самого дня, когда в Индии выпал темно-красный дождь, о нем не перестают циркулировать самые невероятные слухи – например, о том, что выделенные из него клетки имеют внеземное происхождение. Новое исследование снова подогревает подобные спекуляции.

 

Для начала стоит напомнить о гипотезе панспермии, сторонники которой уверены в том, что первые представители жизни были принесены на Землю из космоса – конечно, вряд ли это были «зеленые человечки» на звездолетах, а скорее простейшие микробы на метеоритах. Хотя идею панспермии трудно назвать общепринятой в научном мире, у нее имеется немало сторонников, и в пользу ее говорит все большее количество исследований.

 

К примеру, показана способность не только микроорганизмов, но и некоторых простейших животных долгое время выживать в суровых условиях открытого космоса. Стоит вспомнить также свидетельства о возможном внеземном происхождении органики, найденной на одном из метеоритов. Словом, если где-то там, вдалеке, имеется жизнь, простейшие ее формы, насколько можно судить, вполне способны пережить длительный межпланетный, а возможно, и межзвездный перелет на космическом теле.

 

Перейдем к красному дождю, который летом 2001 г. несколькими «волнами» пролился над южноиндийской провинцией Керала. Краткий обзор этого интересного явления можно найти в заметке «Не кара», где мы, в частности, говорили, что, по мнению индийских ученых, странную окраску дождю придали вполне земные микроорганизмы, споры лишайников.

 

Впрочем, эти объяснения удовлетворили далеко не всех специалистов. Одним из них стал физик Годфри Луис (Godfrey Louis), который стал непосредственным свидетелем этого красного дождя. Ему удалось собрать достаточное количество образцов воды, чтобы лично удостовериться в том, что же придает ей необычную окраску.

 

Под микроскопом Луис не увидел присутствия ни песка, ни частиц пыли, которые могли быть подняты ветром в какой-нибудь далекой пустыне, перенесены в Индию и захвачены каплями дождя, придавая ему красный цвет. Зато он обнаружил красноватые клетки – видимо, те самые, которые были идентифицированы, как споры лишайников.

 

Однако по утверждению Луиса, анализ состава этих клеток показал, что они… не содержат ДНК, в отличие от подавляющего большинства клеток земных живых существ. Исключение составляют разве что некоторые вирусы или, скажем, красные кровяные тельца, не имеющие ДНК (но эритроциты были бы быстро разрушены в воде).

 

Впервые свои результаты Луис опубликовал еще в 2006 г., тогда же высказав дерзкое предположение о том, что клетки эти могут иметь внеземное происхождение – возможно, они были принесены в атмосферу кометой, разрушившейся в верхних слоях атмосферы. Более того, по утверждению ученого, ряд свидетелей подтверждает, что примерно в это время в Керале был слышен странный взрыв.

 

С тех пор Годфри Луис продолжает изучение сохранившихся образцов совместно со своим земляком Чандрой Викрамасингхом (Chandra Wickramasinghe), работающим сегодня в Великобритании (и, что характерно, одним из наиболее крупных сторонников гипотезы панспермии).

 

И вот на днях ученые опубликовали некоторые новые – и совершенно ошеломляющие данные относительно выделенных из проб «красных клеток». По их словам, клетки остаются полностью инертными при комнатной температуре. Зато культивируя их при температуре 121ОС, удалось добиться нормального роста и размножения. «При этих условиях, - пишут исследователи, - дочерняя клетка появляется внутри материнской, и со временем число клеток в образце возрастает».

 

Это делает клетки, осторожно выражаясь, крайне необычными. Даже самые теплолюбивые земные организмы (экстремальные термофилы) демонстрируют температурный оптимум роста в районе 80 ОС, но чтобы он был выше точки кипения воды при атмосферном давлении… Лишь редкие споры выдерживают подобную температуру и, конечно, ни о каком размножении при такой жаре речи идти не может.

 

Столь сенсационные заявления, разумеется, нуждаются в самой тщательной независимой проверке. Но даже если эта температурная аномалия подтвердится, сама по себе она еще не говорит о внеземном происхождении «красных клеток». В разных экзотических экологических нишах и на Земле имеется немало микроорганизмов, покуда не открытых и неисследованных.

 

Хотя Викрамасингх и его команда уверены в обратном. Они даже заявляют о том, что изучили свечение «красных клеток» под интенсивным облучением – и что оно удивительно похоже на некоторые пока не имеющие объяснений элементы спектра, полученного из ряда областей нашей галактики. Например, из туманности Красный Треугольник, газопылевого облака, окружающего молодую звезду в созвездии Единорог.

 

Насколько эти данные подтвердятся – покажет время и ответственные независимые исследования. В любом случае, красный дождь Кералы наверняка еще не раз нас удивит.

 

popmech.ru

[grek 0]

Исцели себя сам: Солнечные батареи берут уроки у растений

 

Самоорганизующиеся фотоэлектрические элементы могут восстанавливать сами себя, чтобы избежать потери производительности.

 

Растения давно научились делать то, к чему ученые и инженеры стремятся на протяжении десятилетий: не только преобразовывать солнечный свет в энергию, но и делать это день за днем, год за годом без потери производительности. Сегодня исследователям из Массачусетского технологического института (MIT) удалось воспроизвести некоторые ключевые аспекты этого процесса.

 

Одна из проблем, возникающих при утилизации энергии солнца – разрушительное действие солнечных лучей на многие материалы. Их влияние приводит к постепенной деградации многих систем, используемых для преобразования солнечного света в электроэнергию. Растения решают подобную проблему следующим образом: они непрерывно разрушают и воссоздают заново молекулы, ответственные за «сбор урожая» лучей солнца. Поэтому основные структуры, захватывающие солнечную энергию, постоянно обновляются.

 

Именно этот процесс и постарался воспроизвести Майкл Страно (Michael Strano) совместно с командой аспирантов и научных сотрудников. Исследователи синтезировали самоорганизующиеся молекулы, способные превращать солнечный свет в электричество. Молекула может быть разрушена, а затем быстро воссоздана путем введения дополнительного раствора. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Chemistry.

 

Страно вспоминает, что эта идея впервые пришла ему в голову, когда он читал о биологии растений. «Я был впечатлен тем, насколько эффективен механизм восстановления растительных клеток, - говорит он. – В ясный, солнечный день лист дерева полностью обновляет все свои белки в течение примерно 45 минут, даже если вы думаете о нем, как о статическом фотоэлементе».

 

Одна из долгосрочных целей исследований Страно – найти способ имитации природных принципов с использованием нанокомпонентов. Если рассматривать механизм фотосинтеза растений, можно отметить, что солнечный свет вызывает образование реактивного кислорода, который способствует разрушению белков. По словам Страно, «кислород обрывает трос, удерживающий части белка вместе». Но белки быстро восстанавливаются, чтобы начать весь процесс заново. Все это происходит внутри хлоропластов – крошечных капсул, которые содержатся в каждой клетке растения и отвечают за фотосинтез. «Хлоропласты – удивительные устройства, - говорит Страно. - Это замечательные реакторы, которые потребляют углекислый газ и используют свет для производства глюкозы, обеспечивающей энергию для метаболизма».

 

Для имитации этого процесса исследователи из команды Страно синтезировали молекулы, называемые фосфолипидами, которые способны образовывать дискообразные структуры. Эти диски служат «поддерживающей основой» для других молекул, которые и реагируют на свет: их реакционные центры выделяют электроны после попадания в них фотонов. Диски, несущие на себе такие реакционные центры, помещаются в раствор, где они сами по себе закрепляются на поверхности углеродных нанотрубок. Нанотрубки удерживают фосфолипидные диски в определенном положении, так что реакционные центры могут одновременно подвергаться воздействию солнечных лучей. Также нанотрубки выступают в роли проводника для «выбитых» светом электронов.

 

Система, созданная командой Страно, состоит из 7 различных соединений, в том числе углеродных нанотрубок, фосфолипидов, белков (составляющих реакционные центры). Страно полагает, что это рекордная по сложности самоорганизующаяся система. При добавлении ПАВ эта система распадается на отдельные компоненты, образуя густой раствор. Но если удалить ПАВ из этого раствора при помощи мембранного фильтра, соединения спонтанно собираются в исходную структуру.

 

Построенный исследователями прототип фотоэлемента в течение 14 часов проходил через циклы сборки-разборки, но это ничуть не повлияло на его производительность. Страно говорит, что при разработке новой системы, преобразующей солнечный свет в электроэнергию, исследователи часто не принимают во внимание изменение свойств системы с течением времени. Для обычных кремниевых фотоэлектрических элементов деградация незначительна, но многие новые системы, обладающие большей производительностью, низкой стоимостью, механической гибкостью или другими улучшенными характеристиками, могут со временем в значительной мере терять эффективность. Нередко подобные системы, проработав каких-то 60 часов, теряют до 10% производительности.

 

Молекулярные структуры построенного командой Страно прототипа обладают эффективностью около 40%, что почти в 2 раза превышает эффективность лучших производимых сегодня солнечных батарей. Теоретически, эффективность системы может вплотную приблизиться к 100%, говорит Страно. Но в данной работе концентрация структур в растворе была низкой, поэтому в целом эффективность устройства была невысока. Исследователи продолжают поиск методов повышения концентрации.

 

Филипп Коллинз (Philip Collins) из Университета Калифорнии, не принимавший участия в данной работе, прокомментировал: «Одно из немногих оставшихся принципиальных несоответствий между природными и антропогенными системами – возможность регенерации и самовосстановления. Использование наноструктур для преодоления этого разрыва казалось многообещающим на протяжении многих лет. Работа Страно - первый признак прогресса в этом направлении, позволяющий предположить, что «нанотехнологии» наконец-то выходят за рамки уже ставших обычными наноматериалов и композитов в эту новую область».

 

popmech.ru

[grek 0]

Прыжок вглубь Солнца: Проба звезды

 

Продолжается подготовка беспрецедентной миссии Solar Probe+: аппарат впервые погрузится в атмосферу Солнца.

 

Миссия Solar Probe+, проект которой был утвержден руководством NASA в 2008 г., изначально должна была отправиться в космос в 2015 г., хотя сегодня сроки называются более осторожные – «до 2018 г.» Задача ее – раскрыть некоторые самые интригующие тайны современной гелиофизики. «Аппарат отправится в области, где до сих пор не бывал никто, - говорит Лика Гухатакурта (Lika Guhathakurta), работающая над Solar Probe+, - Впервые мы сможем “потрогать, понюхать и попробовать” Солнце непосредственно».

 

В прошлом году NASA объявило среди ученых конкурс предложений о том, какие именно научные инструменты должны быть установлены на зонде. Было получено 13 вариантов, из которых на днях окончательно отобраны:

 

? SWEAP, инструмент для улавливания частиц солнечного ветра, их подсчета и измерения важнейших характеристик.

? WISPR, телескоп для получения трехмерных снимков солнечной атмосферы.

? FIELDS, прибор для прямых замеров электромагнитных полей Солнца, возмущений радиоволнового фона и других событий, то и дело сотрясающих раскаленную плазму атмосферы звезды.

? Пара датчиков ISIS для мониторинга частиц солнечного ветра.

 

«Именно эти приборы на борту Solar Probe+ должны разрешить важнейшие проблемы физики Солнца», - говорит еще один из участников проекта Дик Фишер (Dick Fisher).

 

Первая из этих проблем – странно высокая температура солнечной короны. Поверхность звезды разогрета до 6 тыс. градусов. Интуиция подсказывает, что если удаляться от нее, поднимаясь все выше в солнечную атмосферу, то температура будет падать. На самом деле, все наоборот: внешние слои атмосферы раскалена до миллионов градусов. До сих пор этой странности однозначного объяснения нет.

 

Вторая проблема – быстрое ускорение частиц солнечного ветра. Напомним, что Солнце непрерывно выбрасывает колоссальные количества раскаленных заряженных частиц, уносящихся в космос на околосветовых скоростях. Влияние этого солнечного ветра ощущает все в Солнечной системе. Но вот поблизости от поверхности звезды никаких постоянных потоков этого ветра нет. Что-то выше, что-то в ее атмосфере придает частицам направление и ускорение. Но что? Опять же, неизвестно.

 

Чтобы понять это, Solar Probe+ войдет в верхние слои солнечной короны. Где-то там все и происходит. При максимальном сближении со звездой зонд пройдет в 7 млн км от ее поверхности. Термозащитный экран из углеродных композитов должен помочь ему перенести температуру порядка 2 тыс. ОС, мощную бомбардировку излучением и солнечным ветром – условия по-настоящему адские. Даже солнечные батареи аппарата время от времени придется сворачивать и складывать, укрывая за экраном, чтобы избежать перегрева.

 

На таком приближении Солнце будет выглядеть в 23 раза большим, чем с Земли. «Что мы увидим с этого расстояния? – добавляет Лика Гухатакурта, - Пока неизвестно, пока это полностью неисследованная территория».

 

popmech.ru

[grek 0]

Регулировщик: Нервная работа

 

Исследователи выявили фермент, поддерживающий нужное направление «трафика» в нервной системе.

 

Яцек Гертиг (Jacek Gaertig), профессор кафедры клеточной биологии в Университете штата Джорджия (UGA) и один из авторов работы, говорит, что изначально никаких прикладных целей для исследования не ставилось. Изучать особенности передачи нервных импульсов исследователей побудило лишь научное любопытство. Но полученные результаты вполне могут привести к появлению новых методов лечения таких заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

 

Клетки (в том числе и нейроны) содержат сеть так называемых микротрубочек, состоящих из молекул белка, которые служат для переноса вещества из одной части клетки в другую. «Дорожными знаками», регулирующими движение в этой сети, служат функциональные группы химических соединений, такие как ацетильные метки. Например, в той части нейрона, которая передает сигнал, ацетильные метки в микротрубочках находятся в изобилии. А в «принимающей» части нейрона микротрубочки содержат совсем немного ацетильных меток.

 

Ацетильные метки в микротрубочках были обнаружены в 1983 году, и исследователи выделяют их роль в регуляции связывания моторных белков, транспортирующих вещество от одного конца микротрубочки к другому. Однако клеточные процессы, в ходе которых образуются ацетильные метки, оставались неизученными. Другими словами, какие ферменты определяют, где ставить дорожные знаки?

 

Проведя серию исследований на инфузориях тетрахименах, нематодах C. elegans, рыбках данио рерио и человеческих раковых клетках, ученые показали, что белок MEC-17 выступает в роли «регулировщика» в нервной системе.

 

MEC-17 выступает в роли катализатора реакции ацетилирования микротрубочек. Этот белок важен, чтобы нематода могла ощущать прикосновения. Его удаление у данио привело к появлению ряда нервно-мышечных дефектов. Следует отметить, что ранее несколькими научными группами отмечалось изменение количества ацетильных меток в микротрубочках у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями (в частности, болезнями Паркинсона, Хантингтона и Альцгеймера).

 

По словам Гертига, теперь, когда выявлен регулирующий фермент и раскрыт механизм его действия, можно начать поиск препаратов, которые блокируют (или, наоборот, стимулируют) активность MEC-17.

 

popmech.ru

[grek 0]

Органика Красной планеты: Дело о пропавших веществах

 

Новый анализ данных о составе марсианского грунта, собранных в 2008 г., подтверждает подозрения об обнаружении в нем органических соединений – «кирпичиков жизни».

 

«Это не говорит совершенно ничего относительно наличия или отсутствия на Марсе жизни, - подчеркивает исследователь Крис МакКей (Chris McKay), - Зато говорит многое о том, как нам следует действовать в поиске ее возможных следов».

 

Первоначально, в 1970-е, когда на Марсе работали зонды Viking, им удалось обнаружить лишь хлорметан и дихлорметан, соединения, которые, по мнению большинства исследователей, стали результатом некорректной обработки образцов и инструментов перед анализом. Лишь недавно был поставлен интересный эксперимент, позволивший сказать, что соединения эти вполне могут иметь марсианское происхождение.

 

Исследователи отталкивались от того, что пару лет назад новый зонд Phoenix идентифицировал в составе марсианского грунта перхлораты, соли хлорной кислоты.

 

На сей раз ученые решили смешать перхлораты с сухим песком, взятым в чилийской пустыне (и содержащим органические вещества) – и с максимальной точностью повторить анализ по той же методике газовой хроматографии, по которой это делали зонды Viking. Пришли они к тому же результату: образовывались хлорметан и дихлорметан.

 

«Эти результаты предполагают, что в местах посадки аппаратов Viking могли присутствовать органические соединения, а также перхлораты», - резюмирует один из авторов работы Рафаэль Наварро-Гонсалес (Rafael Navarro-González). Впрочем, органика – еще не значит жизнь. Источником ее может быть что угодно, включая метеориты, падающие на Марс миллиардами лет.

 

Скорее наоборот, на Марсе должна была найтись органика, хотя бы того же метеоритного происхождения, и ее отсутствие в анализах, проведенных аппаратами Viking, немало озадачивало специалистов. Теперь же можно сказать, кто виновник этому – те самые перхлораты. При нагревании они становятся весьма агрессивными окислителями, и если они могли спокойно сосуществовать с органическими соединениями в холодной почве Красной планеты, то при нагревании, которое требуется для анализа, - моментально ее разрушали.

 

Подтвердить или опровергнуть эти выводы помогут новые миссии на Марс, которые готовятся в настоящее время. Например, аппарат Curiosity, отправка которого намечена на 2012 г., будет иметь в своем арсенале инструменты, позволяющие вести анализ образцов и без их нагревания.

 

popmech.ru

[grek 0]

Долгая лета!: Выпить бывает полезно

 

Недавнее исследование взаимосвязи между продолжительностью жизни и потреблением спиртного озадачивает: получается, что часто выпивающие люди живут дольше, чем те, кто полностью воздерживается от алкоголя.

 

Американские ученые следили за жизнью более чем 1800 человек на протяжении 20-ти лет. Они показали, что на протяжении этого времени наименьший процент смертей зарегистрирован у людей с умеренным пристрастием к спиртному (1-3 «дринка» в день). Примерно на 70% выше, чем у умеренных, вероятность смертного исхода была у активных выпивох. А вот у тех, кто вообще воздерживался от спиртного на момент смерти – более чем на 100%. Даже если учесть прочие факторы – например, тот факт, что часть трезвенников относилась к категории «завязавших» алкоголиков, социодемографические и медицинские факторы – смертность среди заядлых выпивох оказывается на 45% выше, чем у умеренных, а у полных трезвенников – на 51%.

 

Авторы исследования осторожно воздерживаются от того, чтобы давать какое-то однозначное объяснение этим фактам, однако настаивают: выпивка, особенно в умеренных количествах, является приятным способом продления жизни.

 

Ученые уже достаточно долго исследуют так называемые «Синие зоны» на карте мира – области, подавляющее большинство жителей которых без особых проблем со здоровьем доживают до 90, а то и 100 лет. Это итальянский остров Сардиния, японский Окинава, греческий Икария, калифорнийский городок Лома Линда и изолированный залив Никоя в Коста-Рике. В целом факторы, ведущие к долголетию, понятны: здоровая пища (с упором на растительную), регулярные физические нагрузки и минимум стрессов. Конечно, свою роль играет и наследственность, особенно в поздние годы, но вплоть до 70-летнего возраста их влияние не слишком значительно на фоне влияния стиля жизни, социальных привычек и т.п.

 

Как же данные нового исследования укладываются в эту картину? Разумеется, известны некоторые положительные эффекты умеренного (в первый и последний раз подчеркнем это слово – умеренного) потребления алкоголя, связанного с ним снижения опасности развития сердечно-сосудистых заболеваний. Особенно ярко это проступает при употреблении красного вина, - возможно, из-за влияния содержащегося в нем ресвератрола, соединения, которое воспринимается многими едва ли не как источник бессмертия. Однако ученые полагают, что куда более значимы другие эффекты умеренного потребления спиртного – социальные. За кружечкой пива или бокалом вина легче расслабиться, найти контакт, с удовольствием пообщаться, поделиться, выслушать.

 

Возможно, именно этот фактор и делает смертность среди крепких выпивох несколько ниже, чем среди трезвенников. Даже на фоне развивающейся деградации печени, изношенного сердца и сосудов положительный вклад социального фактора оказывается весьма значительным. Естественная в современных условиях большой скученности психологическая изолированность, которую без выпивки бывает так трудно преодолеть, затрудняет трезвенникам процесс общения, снижает их социализацию и не дает хороших путей снятия стресса.

 

Впрочем, прежде чем вы наберете номер приятеля и пригласите его посидеть в какой-нибудь бар, «чтобы продлить жизнь», необходимо сделать некоторые важные замечания. Во-первых, работа ученых охватила людей в возрасте 55-65 лет (и до возраста 75-85 лет), которые в течение 3 лет перед началом исследования уже получали ту или иную форму амбулаторной помощи. Иначе говоря, все это были уже люди пожилые и больные – и алкоголь может приводить к увеличению смертности среди молодых потребителей совершенно другими путями, которые менее свойственны пожилым (включая несчастные случаи, убийства и т.п.). Во-вторых, 63% выборки представлено мужчинами, так что применять выводы к прекрасному полу также следует с большой осторожностью.

 

Наконец, несмотря на то, что ученые постарались максимально учесть такие факторы, как пол, возраст, состояние здоровья, предыдущие привычки к выпивке и образ жизни, какие-то другие вполне могли выпасть из их внимания. Жизнь, как известно, сложная штука, и учесть всё на свете просто невозможно.

 

popmech.ru

[grek 0]

Древнейшие антибиотики: Пиво бывает полезно

 

Химический анализ костей из древненубийских захоронений удивил ученых: обнаружилось, что представители этой погибшей цивилизации пользовались антибиотиками. Скорее всего, источником их в те годы могло быть только… пиво.

 

Это действительно поражает: официально эра использования антибиотиков началась в 1928 г., с открытием пенициллина – возможно, одним из самых важных событий в истории медицины. Получается же, что, хотя и неосознанно, человечество пользовалось этими веществами уже за несколько тысяч лет до этого.

 

К такому выводу пришла группа американских исследователей во главе с антропологом Джорджем Эрмелагосом (George Armelagos) и химиком Марком Нельсоном (Mark Nelson). Эрмелагос рассказывает: «Лечащие вещества, антибиотики – обычно мы связываем все это лишь с современной медициной. Но сегодня становится все более ясно, что даже доисторические цивилизации использовали эмпирический подход для поиска эффективных лечебных соединений. Лично у меня нет никакого сомнения: они понимали, для чего и что использовать».

 

Еще в 1980-х команда Эрмелагоса, исследуя образцы костей из древненубийских захоронений, обнаружила в них следы тетрациклина – притом что находка датируется 350-550 гг. до н.э. и относится к обществу, на наш взгляд, довольно примитивному, не оставившему по себе никаких письменных свидетельств.

 

Впоследствии ученые предположили, что источником антибиотика для нубийцев той эпохи могло служить пиво. Дело в том, что зерна, использовавшиеся ими для ферментации и варки напитка, содержали почвенные бактерии-стрептомицеты, продуцирующие тетрациклин. По современным меркам, это было загрязнение – но загрязнение чрезвычайно полезное.

 

Заинтересовавшись работой Эрмелагоса, к ней подключился и Марк Нельсон, крупный специалист в области антибиотиков. Взяв образцы костной ткани из коллекции антропологов, он в ходе сложного (и довольно опасного, включающего растворение в чрезвычайно токсичной плавиковой кислоте) процесса подтвердил наличие в них тетрациклина. Нельсона это просто поразило: «Кости древних людей содержали такое количество антибиотика, - говорит он, - что они явно получали его в течение весьма долгого времени. Как будто они имели современную развитую химическую промышленность и биопроизводство».

 

Интересно, что тетрациклин обнаружился и в берцовой кости и черепе, идентифицированным как останки 4-летнего ребенка. Это говорит о том, что – либо нубийцы начинали пить пиво уже в этом нежном возрасте, либо этому ребенку давали его с конкретной лечебной целью.

 

Возвращаясь же о наши дни, добавим, что тетрациклин был открыт в 1948 г. и получил поначалу название ауреомицина, от латинского aureos, т.е. «золотоносный» - из-за золотистого цвета, который приобретают производящие его колонии бактерий-стрептомицетов. Возможно, именно этот цвет на пенной пивной шапке поначалу оценили древние люди, и лишь затем заметили и терапевтические свойства.

 

popmech.ru

[grek 0]

Вулкан на горизонте: Следы активности

 

Вулканическая активность планеты или спутника свидетельствуют о том, что в недрах ее есть жизнь – не биологическая, а геологическая, без которой и биологическая, насколько мы знаем, вряд ли возможна. Теперь ученые нашли способ определять, есть ли действующие вулканы на далеких эзкопланетах.

 

Правда, как говорит одна из авторов идеи Лиза Кальтенеггер (Lisa Kaltenegger), «понадобится нечто совершенно могучее, извержение, способное выбросить в атмосферу огромные количества газов». И добавляет: «С использованием орбитального телескопа James Webb можно обнаружить у ближайших звезд извержения, если они будут в 10-100 раз сильнее вулкана Пинатубо». Напомним, что этот находящийся на Филиппинах вулкан проснулся в 1991 г. после более чем полутысячи лет спячки и стал одним из мощнейших извержением в ХХ веке, из-за которого высота вулкана сократилась на 300 м, а последствия ощущались по всему миру.

 

До того момента, как научные инструменты смогут напрямую делать снимки экзопланет, еще довольно далеко, пока что мы наблюдаем их лишь по косвенным признакам. Однако это не мешает в некоторых случаях получать данные о составе их атмосферы. А поскольку масштабные извержения выбрасывают в атмосферу целый набор довольно характерных соединений, их наличие вполне может служить признаком вулканической активности.

 

Осталось понять, какие именно вулканические газы могут обнаруживаться в подобных условиях. Вопросом этим и задалась Лиза Кальтенеггер и ее коллеги, в том числе и Димитар Сасселов (Dimitar Sasselov), фигурант одного интересного астрономического скандала. Ученые смоделировали процесс масштабного извержения на планете земного типа – исходя из данных по нашей Земле – и проанализировали, какие же следы этого явления могут быть заметны далекому наблюдателю. Они пришли к выводу, что главной уликой может служить диоксид серы, поскольку он выбрасывается в огромных количествах и медленно удаляется из атмосферы. «Запах вулканов далекой планеты земного типа должен быть очень резким», - замечает по этому поводу Кальтенеггер (диоксидом серы узнаваемо пахнет загорающаяся головка спички, но вообще этот газ очень токсичен).

 

Если вспомнить то же извержение Пинатубо, за несколько дней вулканом было выброшено около 17 млн тонн диоксида серы, который поднялся аж в стратосферу. Кстати, самое мощное извержение, о котором имеются достоверные и приемлемо точные данные, было вдесятеро сильнее (вулкан Тамбора на территории современной Индонезии, 1815 г.). К счастью для нас, столь гигантские события не особенно часты – но для астрономов это не очень-то радостно. Судя по всему, придется обнаружить и внимательно исследовать сотни экзопланет земного типа (которых пока что известно совсем немного) прежде, чем на одной из них будет замечено сильное извержение.

 

Впрочем, возможно, далекое небесное тело будет куда более активно, чем Земля. Тому имеется и отличный пример, юпитериарский спутник Ио, самый вулканически активный объект Солнечной системы.

 

popmech.ru

[Jokеr 0]

Расщепление электрона на две новых частицы

Теоретически предсказанная возможность расщепления электрона привела к десятилетней исследовательской программе, финалом которой стало деление электрона на две субчастицы: холон и спинон. И это стало возможным даже не в церновском БАКе, здесь подход абсолютно иной — низкие энергии и очень, очень низкие температуры.

 

Но для меня, как телевизионного репортера возникла другая проблема: как можно снять репортаж об открытии субатомных частиц?

 

Для этого я взял график, убрал из него непонятные оси и подсветил ту область, в которой электрон распадается на две частицы. Я полагаю эти две линии могут рассказать свою собственную историю, вы согласны?

Вот оригинальная картинка:

http://www.bbc.co.uk/blogs/davidgregory/electronfinal.jpg

 

Другой вопрос, как это открытие может повлиять на нашу науку. Некоторые образованные люди могут предположить что это может дать новый толчок в области квантовых вычислений. Но что еще?

 

Ну вообщем я пока могу сказать, что нам не нужно слишком долго ждать чтобы это узнать. Сейчас интервал между чисто физическим открытием и реальным применением резко сужается. Для примера можно вспомнить нобелевскую премию по физике за 2007г. Гигантский магниторезистивный эффект звучит довольно абстрактно, но он позволил резко увеличить плотность жестких дисков. Так же это используется в Ipod-плеерах (имеются ввиду плеера с жестким диском), так что вы можете это назвать «Нобелевской премией за IPod».

 

Так что если людям, которые открыли электрон пришлось бы прожить 120 лет для того, чтобы увидеть применение из открытию, то те ученые, которые открыли спинон и холон вполне могут пощупать их применение при жизни.

 

Так что поживем — увидим.

 

Перевод статьи на BBC Splitting the electron

[Skean 5]

Предки людей были вымирающим видом

 

Сейчас на Земле живет почти 7 миллиардов людей, и сложно даже представить, что когда-то было не так. Однако, недавно было установлено, что один миллион двести тысяч лет назад на Земле жило и размножалось всего 18 с половиной тысяч древних людей, и человек находился под угрозой уничтожения. Это даже меньше, чем минимальное количество особей, достаточное для устойчивого размножения вида крупных приматов, -- например, шимпанзе сейчас на Земле 21 тысяча, а горилл 25 тысяч.

 

Исследователи давно заметили, что генетические вариации у современных людей меньше, чем у близких к нам видов приматов - шимпанзе и горилл, хотя численность людей намного выше. Существование людей на планете как вида было под угрозой крайней мере в течение миллиона лет, временами наши предки сильно прореживались, особенно 160 тысяч лет назад, в связи с миграцией людей из Африки. Исследованием этого феномена занимается группа ученых под руководством Линн Джорди, генетика из Университета Юта в Сэлт Лэйк Сити.

 

Одно из объяснений меньшей изменчивости у людей - что наш вид прошел через "бутылочное горлышко" -- то есть ситуацию, когда большой процент особей вида погибает либо еще по какой-то причине не может участвовать в размножении. Некоторые исследователи полагают, что недостаточная изменчивость наследуемой по матери митохондриальной ДНК говорит о том, что "бутылочное горлышко" случилось когда наши предки стали распространяться из Африки по всему миру.

 

Одна из гипотез - это произошло 70 000 лет назад, когда супер-вулкан Тоба извергался, что привело к очень сильной зиме, и тогда выжило менее 15 000 людей. Изучение разнообразия других регионов генома человека, однако, показало, что за последние два миллиона лет бывали ситуации, когда на планете жило всего лишь около 10 000 участвующих в размножении людей. Однако, проблема проведенных ранее исследований в том, что исследовались лишь отдельные люди и отдельные части генома, а не весь геном в целом.

 

И вот недавно новый метод изучения маркеров по всему геному позволил генетикам заглянуть глубже в наше прошлое, во времена до появления нашего вида человек разумный Homo sapiens 200 тысяч лет назад. Оказалось возможным понять особенности истории популяции наших предков - людей вида человек прямостоячий Homo erectus. Для того, чтобы изучить особенности древних участков генома, Джорди и его коллеги использовали так называемые Alu - повторы-- короткие участки ДНК, обладающие способностью встраиваться в разные области генома. Вставки Alu-повторов - редкое явление, но, раз уж они встроились, то исчезнут вряд ли, поэтому Alu-повторы можно использовать, чтобы маркировать древние участки генома.

 

Если изучить мутации в участках ДНК рядом с Alu-вставками в двух полностью сиквенированных человеческих геномах, то можно рассчитать генетическую изменчивость у наших дальних предков. По анализу этого генетического разнообразия между двумя геномами ученые смогли рассчитать, какое количество людей жило в древности.

 

Как выяснили исследователи, число людей, живших на Земле и участвующих в размножении 1 200 000 лет назад, было всего примерно восемнадцать с половиной тысяч, и точно не больше, чем двадцать шесть тысяч. Это значит, что, даже до того, как люди стали распространяться по всему миру из Африки, популяция наших предков из вида человек прямостоячий Homo erectus была очень мала.

[grek 0]

Смерть юпитеров: Приливный приговор

 

«Горячие юпитеры» обычно не живут долго: их уничтожает материнская звезда.

 

Их называют «горячими юпитерами» - планеты размерами с самого крупного жителя Солнечной системы, но с намного более высокой температурой поверхности. Находясь в несколько раз ближе к своим звездам, чем Меркурий – к Солнцу, они порядком разогреваются.

 

Из-за этих экстремальных свойств их проще других обнаруживать у далеких звезд. Ученым известно немало экзопланет, относящихся к этому классу. Но большинство из них обречены: по новым данным, приливные силы материнской звезды редко оставляют им шанс на долгую и спокойную жизнь, довольно активно разнося их на куски.

 

На самом деле, еще только приступая к поиску экзопланет в скоплениях, насчитывающих многие миллионы звезд, ученые ожидали чего-то большего. Однако каждая такая находка становится настоящим событием: за чуть более десятка лет поиска открыто порядка 500 таких тел. К примеру, исследование шарового скопления 47 Тукана, охватившее 34 тыс. звезд, по расчетам, должно было принести несколько десятков новых планет. Но не нашлось ни единой.

 

Этому предложено несколько объяснений. Во-первых, для планет подобные неупорядоченные скопления – не лучшее место; высокая плотность звезд создает крайне неспокойную обстановку. Во-вторых, 47 Тукана (как и другие аналогичные скопления) отличаются низким содержанием металлов (напомним, что в астрономии металлами условно называют все элементы тяжелее водорода и гелия), которые и служат основным материалом для формирования планет.

 

А недавно появилось и третья причина. Недавнее исследование показало, что и в 47 Тукана, и в подобных ему скоплениях вполне могло быть немало «горячих юпитеров». Они все просто погибли. Колоссальная мощь гравитационных взаимодействий огромной газовой планеты, вращающейся очень близко к еще более огромной звезде, создает разрушительные приливные силы, противостоять которым пухлые и горячие великаны не в силах.

 

Напомним, что приливные силы появляются при движении любого достаточно протяженного тела в любом неоднородном силовом поле (будь то поле электромагнитное или гравитационное). Упрощенно говоря, сила, действующая со стороны поля на одну часть тела, отличается от силы, действующей на другую. Это вызывает в теле напряжение и деформацию. Этот механизм не только приводит к появлению приливов и отливов на Земле, но и, по мнению некоторых ученых, подогревает один из спутников Сатурна. Эти же силы разрушают крупные кометы, оказавшиеся слишком близко к Солнцу или тому же Юпитеру.

 

Итак, по мере того, как крупный «горячий юпитер» движется по своей низкой орбите вокруг звезды, его гравитация порождает на поверхности светила своего рода «цунами», волну вещества, притянутого планетой и движущуюся вслед за ней – с некоторым, конечно, опозданием. Этот процесс понемногу отбирает энергию вращающегося тела, и планета подходит еще ближе к звезде. «Цунами» на ней становится выше и отбирает еще больше энергии, планета еще больше опускается… Процесс может продолжаться миллиарды лет, пока планета окончательно не рухнет на поверхность звезды или, что более вероятно, не будет разорвана на куски колоссально возросшими приливными силами.

 

Такая картина получилась у исследователей, проведших моделирование действия приливных сил на условный «горячий юпитер», расположенный в скоплении 47 Тукана. Исходя из известных размеров и массах представленных здесь звезд, ученые подсчитали наиболее вероятные положения и орбитальные характеристики планет – и, действительно, практически ни одна из них не протянула долго и была разрушена.

 

Точнее говоря, к тому моменту, когда смоделированное скопление достигло 1 млрд лет от роду, в нем погибло уже около трети «горячих юпитеров». А ведь это очень юный возраст; даже Солнечная система насчитывает 4,5 млрд лет, а само 47 Тукана, по оценке ученых, старше 11 млрд лет. К этому возрасту, как показало моделирование, должно исчезнуть более 96% его планет. Неудивительно, что обнаружить ничего не удается.

 

popmech.ru

[grek 0]

Звездная шрапнель: Следы древнейшей катастрофы

 

В составе метеорита обнаружена микроскопическая «шрапнель», попавшая в него в результате взрыва близкой сверхновой, случившегося 4,5 млрд лет назад, прямо перед рождением Солнечной системы – и, видимо, помогшему ей родиться.

 

До сих пор ученые полагали, что различные изотопы хрома и других тяжелых элементов были распределены чрезвычайно однородно в том газопылевом облаке, из которого сформировалась Солнечная система. Профессор Брэдли Майера (Bradley Meyer) замечает: «Этот “протобульон” был очень хорошо перемешан. Лишь некоторые его ингредиенты, похоже, попали в него в самый последний момент и не успели гомогенизироваться достаточно».

 

Кроме того, уже достаточно давно предположено, что около 4,5 млрд лет назад неподалеку от этого облака произошла мощная вспышка сверхновой, которая, должно быть, внесла свою роль в процесс формирования Солнечной системы. Свидетельствами той катастрофы считаются следы алюминия-26 и железа-60, короткоживущих изотопов, которые обнаруживаются в составе некоторых метеоритов – но не встречаются на Земле. Эти изотопы могли образоваться в сверхновой II типа, взрыве крупной одиночной звезды. Часть ее материи вошла затем в состав и Солнца, и его планет – и нас с вами.

 

Подобные следы взрыва сверхновой II типа обнаружены во множестве, в виде гранул-включений в метеоритах – и до сих пор никогда подобные находки не указывали на сверхновую типа Iа, взрыв которой возникает в двойной звездной системе, включающей небольшого, но чрезвычайно плотного белого карлика. Какой же была та сверхновая, что, возможно, подарила нам жизнь? «Индикатором мог бы служить кальций-48, - говорит астроном Николас Дофас (Nicolas Dauphas), - В сверхновых типа Ia он производится в больших количествах, но не в сверхновых типа II». Так что если в метеоритах обнаружится этот изотоп, он наверняка появился в результате взрыва сверхновой Ia.

 

Интересен и такой изотоп, как хром-54, которого – несмотря на «хорошо перемешанный “протобульон”» – на разных планетах и метеоритах Солнечной системы обнаруживаются совершенно различные количества.

 

Ученые ведут поиски хрома-54 в составе метеоритов уже не первое десятилетие. Но лишь современные технологии и инструменты позволили им добиться успеха. Группа Николаса Дофаса анализировала более 1500 микроскопических гранул, выделенных из метеоритов Оргейл, обнаруженного во Франции в XIX в., и Марчисон, упавшего в Австралии в середине ХХ в. Каждая из гранул имеет менее 100 нм в диаметре – в них-то и обнаруживаются большие концентрации хрома-54.

 

Эта работа подтверждает общую картину происходившего миллиарды лет назад. Близкий взрыв сверхновой насытил газовое облако будущей Солнечной системы тяжелыми элементами, обломками и пылью. Динамические процессы, происходившие в этом облаке, рассортировали эти частицы по размерам, что привело к диспропорциональному содержанию их в разных телах Солнечной системы.

 

popmech.ru

[grek 0]

Вода из пламени: Просто добавь UV

 

Умирающая крупная звезда окружена облаком пара – откуда он взялся? Похоже, для того, чтобы на просторах Вселенной образовалась вода, достаточно просто облучения ультрафиолетом.

 

У каждого рецепта должен быть свой секретный ингредиент. Еще в 2001 г. астрономы, наблюдая за старой звездой IRC+10216, обнаружили вокруг нее обширное облако горячего водного пара. И с тех самых пор они пытались установить, откуда вода взялась в этом царстве огня? Вообще, IRC+10216 относится к углеродным звездам, практически весь кислород которых уходит на соединение с углеродом – и неспособен производить достаточные количества Н2О.

 

Звезда эта представляет собой позднюю стадию красного гиганта, в сотни раз превосходя размерами Солнце (если мысленно поместить ее в центр Солнечной системы, ее поверхность будет простираться далеко за пределы орбиты Марса). Расположена она в 500 световых годах, и хотя в оптическом диапазоне практически не видна даже через самые совершенные телескопы, в инфракрасных лучах она сияет очень ярко. Облако окружающей IRC+10216 материи поглощает почти весь видимый свет и переизлучает его – уже в виде ИК-излучения. Именно в этом облаке и обнаружена неясно откуда взявшаяся вода.

 

Поначалу ученые даже склонялись к тому, что тепло звезды испаряет приблизившиеся к ней кометы или даже небольшие планеты, откуда и появляется пар. С другой стороны, пар этот слишком горяч, чтобы стать результатом испарения. По счастью, недавно работа орбитального ИК-телескопа Herschel показала, что рецепт проще и элегантней: к водороду и кислороду нужно добавить побольше ультрафиолетового излучения.

 

«Этот результат – замечательный пример тому, как более совершенная научная аппаратура способна дать полностью другую картину происходящего», - говорит один из авторов работы, бельгийский исследователь Лин Дисин (Leen Decin). Невероятная чувствительность инструментов Herschel позволила в точности показать, что температура пара, окружающего IRC+10216, варьирует от –200 °C до 800 °C. Если б источником его были кометы, они не смогли бы приблизиться к звезде достаточно близко, чтобы разогреться до верхних величин и испарились бы куда раньше.

 

По мнению ученых, ультрафиолетовое излучение близких звезд способно проникать даже в самые глубокие области облака, окружающего IRC+10216. Оно разрушает соединения кислорода с углеродом и кремнием, освобождая свободный – и весьма активный кислород, который тут же вступает в новые соединения, в том числе и с обильно представленным тут же водородом.

 

«Это единственный механизм, способный объяснить не только присутствие воды, но и весь разброс ее температур, - поясняет Лин Дисин, - Чем ближе к звезде сформировалась вода, тем горячее она будет». Чтобы подтвердить свои выводы, ученые намерены провести аналогичные исследования и других известных углеродных звезд.

 

popmech.ru

[grek 0]

Ожидание собратьев: Уже скоро

 

Если находки экзопланет продолжатся с текущей скоростью, первая потенциально обитаемая планета земного типа будет обнаружена в мае будущего года. Ждем-с.

 

Измерить скорость научно-технического прогресса не так-то просто. Но в некоторых случаях это вполне возможно, и тогда футурологические прогнозы на недалекую перспективу могут оказаться вполне точными.

 

Хороший пример такой ситуации – Закон Мура, согласно которому плотность электронных микросхем удваивается примерно каждые 2 года (соответственно растет их производительность и уменьшаются размеры). Впервые выдвинутое больше 40 лет назад, это предположение работает до сих пор – и продолжит работать еще, по крайней мере, несколько лет. Затем может наступить предел этой миниатюризации, но это уже другая история.

 

Ну а на днях еще один вполне однозначный набор данных позволил ученым сделать новый смелый прогноз. Американские исследователи Сэмуель Эрбсман (Samuel Arbesman) и Грегори Лафлин (Gregory Laughlin) обратили внимание на то, что начиная с 1995 г. частота обнаружения экзопланет непрерывно растет, равно как и уменьшаются размеры планет, которые мы способны найти. Первые известные экзопланеты намного превосходили Юпитер, но по мере того, как совершенствуются используемые для поиска инструменты, все меняется, и сегодня мы порой находим планеты лишь в несколько раз больше Земли.

 

Для того, чтобы планета подходила на роль колыбели жизни – по крайней мере, в нашем представлении – важен и еще один фактор. Температура, при которой вода может существовать в жидком виде. А температура эта определяется и яркостью звезды, и расстоянием от нее до планеты, и рядом других факторов.

 

Сегодня нам известны самые невероятные климатические условия на далеких планетах. Это могут быть и раскаленные газовые гиганты, и замороженные ледяные миры. Но наблюдается тенденция и к обратному, к тому, чтобы найти, наконец, планеты, расположенные в «обитаемой зоне», где условия вполне подходящи для жизни. К слову, некоторые данные позволяют предполагать, что уже открытая планета Gliese 581d находится в этой области, хотя размеры ее намного больше земных. В общем-то, никто не сомневается, что рано или поздно планета земного типа в обитаемой зоне будет найдена. Вопрос лишь в том, когда это произойдет.

 

Эрбсман и Лафлин представили весьма оптимистичный взгляд на эту проблему – и отлично мотивированный. Построив график даты обнаружения планет и их «потенциальной обитаемости», они показали, что график этот обладает весьма длинным «хвостом». Возможность находки такой планеты тянется аж на пару сотен лет вперед – к 2264 г. она будет обнаружена с 95-процентной вероятностью. Но «хвост» этот, при всей своей внушительной длине, не слишком толст: с 75% вероятности мы найдем подходящую планету к 2020 г. и с 66% - уже к 2013 г. Серьезные шансы на находку появляются еще раньше, в мае 2011 г.

 

Главные надежды в этой связи возлагаются, конечно, на работу орбитального телескопа Kepler, специально созданного для поиска экзопланет. Первый набор данных получен с него в июне и продолжает анализироваться – планируется, что обработка их закончится в феврале, когда будет представлен список новооткрытых планет.

 

Немало специалистов надеется, что уже он будет содержать хотя бы одну потенциально обитаемую планету земного типа. В таком случае предсказание Эрбсмана и Лафлина будет не слишком точно – возможно, первый приз достанется не Kepler, а другому телескопу, тем более что методы поиска экзопланет, в том числе и наземными обсерваториями, непрерывно совершенствуются.

 

popmech.ru

[grek 0]

Макроскачок: Пойман на горячем

 

Физики впервые наблюдали квантовый скачок в макроскопической системе.

 

Одна из определяющих характеристик квантовых объектов – их способность переходить из возбужденного состояния в основное, минуя любые промежуточные точки. С проявлениями квантовых переходов мы сталкиваемся повсеместно: например, вся современная химия – фактически наука квантовых скачков.

 

Но если заметить последствия квантовых скачков нетрудно, то поймать это явление «в действии» - гораздо более сложная задача. В последние годы физикам удалось пронаблюдать то, как фотоны, электроны, захваченные в ловушки ионы, атомы и даже некоторые молекулы совершают квантовые прыжки. Это было трудно, но возможно. Но увидеть скачок макроскопического объекта с одного энергетического уровня на другой ранее не удавалось. И дело не в отсутствии квантовых явлений в макромире (вспомнить хотя бы сверхпроводимость). Ситуация изменилась благодаря работе Раямани Виджаярагхавана (Rajamani Vijayaraghavan) из Университета штата Калифорния и его коллег.

 

В качестве объекта наблюдения выступал сверхпроводящий кубит, объединенный с СВЧ-резонатором. Кубит фактически играл роль элемента сверхпроводящей цепи, в которой электрический ток в одном направлении может, например, представлять 0, а в обратном – 1.

 

Физики могут судить о состоянии системы, облучая кубит в резонаторе микроволоновыми фотонами. В результате взаимодействия с кубитом изменяются свойства фотонов, такие как их фаза, и эти изменения могут быть зафиксированы на выходе из резонатора. Проблема в том, что для наблюдения квантового скачка необходимо «завесить» эти фотоны вокруг кубита на микросекунду или около того. Но шустрые фотоны успевают покинуть резонатор гораздо раньше.

 

Решение, найденное группой Виджаярагхавана - разработка такого резонатора, который удерживает фотоны «при деле» достаточно долго, чтобы наблюдать скачок. Исследователи утверждают, что это «первое наблюдение квантовых скачков в макроскопической системе». Под «макроскопической системой» они подразумевают сверхпроводящую цепь размером около 10 микрометров в поперечнике – это примерно равно величине красных кровяных телец.

 

Эти результаты могут иметь обширное практическое применение. Возможность напрямую контролировать переходы кубитов из одного состояния в другое позволят разработать технологию коррекции ошибок квантовых вычислений. Кроме того, по словам Виджаярагхавана, идеи ученых могут быть легко применены к другим квантовым системам: «Наша технология может быть интегрирована в гибридные системы, использующие молекулярные магниты, азото-замещенные вакансии в алмазе или полупроводниковые квантовые точки».

 

popmech.ru

[grek 0]

Тайны внутреннего уха: Встроенный усилитель

 

Способность нашего внутреннего уха служить усилителем звука долгое время оставалась таинственной. Лишь недавно предложен механизм этой его функции.

 

Одна из удивительных особенностей уха высших животных – способность различать звуки очень широкого диапазона. Человек слышит акустические колебания в диапазоне от 16 Гц до 20 тыс. Гц, некоторые другие млекопитающие слышат инфразвук куда меньшей, или инфразвук куда большей частоты.

 

Даже слабый звук мы различаем – наше внутреннее ухо усиливает сигнал на поразительную величину – до 4000 раз. Подобное трудно приписать чисто механическим системам усиления, так что среди специалистов вопрос о том, как именно происходит усиление звука во внутреннем ухе, считается открытым.

 

По крайней мере частично эти способности уха могут объясняться тем, что усиление звука здесь – не пассивный процесс. Напомним, что внутреннее ухо представляет систему из полых изогнутых трубочек, заполненных жидкостью и разделенных эластичной мембраной. Мембрана покрыта чувствительными к колебаниям волосковыми клетками двух типов. Первые генерируют и посылают сигнал в ответ на перепады давления в жидкости, а вторые работают в роли усилителей. Когда их настигает волна перепада давления, их волоски сами начинают активно колебаться с той же частотой, еще более усиливая эти волны.

 

Все это известно уже не первый год. Проблема в том, что эксперименты показывают: эти клетки способны усилить сигнал максимум на порядок, т.е. куда меньше того, что наблюдается в действительности. Им необходима существенная помощь – и откуда она приходит, предположила недавно группа ученых во главе с Джеймсом Хадспетом (James Hudspeth). В их представлении, происходит примерно следующее.

 

Звук во внутреннем ухе представлен волнами перепада давления, которые двигаются по заполненным жидкостью канальцам и заставляют вибрировать упругие мембраны. Поскольку волосковые клетки располагаются на мембране, они тоже вибрируют вместе с ней. Второй тип волосковых клеток, усиливающих сигнал, колеблются с той же частотой. Это не только усиливает волны давления, но и – что еще более важно – заставляет саму мембрану колебаться интенсивнее. Происходит примерно то же, что и при прыжке на батуте: если частота прыжков совпадает с собственной частотой колебания батута, начинается резонанс, и амплитуда колебаний мигом и мощно нарастает.

 

Как показали расчеты группы Хадспета, оба эти фактора вместе действуют весьма мощно, легко объясняя даже 4000-кратное усиление. Более того, теоретически оно может быть еще выше, как указывают исследователи, до 10 тыс. раз. Осталось проверить эти выкладки экспериментально. Если это действительно так, возможно, аналогичные усилители удастся создать искусственно и использовать, скажем, в уникальной радиосхеме, действующей на тех же принципах, что и внутреннее ухо человека.

 

popmech.ru

Змінено 20 вересня, 2010 користувачем grek