Новости науки

[grek 0]

Выведение пятен: Затишье

 

Скоро на Солнце может совсем не остаться пятен – и не будет в течение нескольких десятилетий.

 

Появление пятен на Солнце – видимое проявление куда более масштабных событий в магнитном поле звезды, а активность этого магнитного поля все последние годы неуклонно снижается. Это позволило некоторым астрономам предположить, что к 2016 г. число пятен упадет до нуля, и уже надолго, на несколько десятилетий. Интересно, что в последний раз аналогичные события происходили в XVII-XVIII вв., в период пика так называемого Малого ледникового периода.

 

Наблюдение за пятнами на Солнце ведется непрерывно с начала XVII в. Именно их периодически вырастающее и снижающееся количество позволило установить 11-летние циклы солнечной активности. Минимумы этих циклов длятся обычно около 16 месяцев, но наблюдающийся сейчас минимум тянется уже 26, что делает его самым продолжительным за последние более чем сто лет.

 

Наблюдают за происходящим и гелиофизики Мэттью Пенн (Matthew Penn) и Уильям Ливингстон (William Livingston). Используя эффект Зеемана, расщепление спектральных линий атомов, находящихся под действием внешнего магнитного поля, они не только следят за пятнами на Солнце, но и измеряют величину магнитного поля в них. В данном случае, речь идет о расщеплении ИК-спектра атомов железа в атмосфере Солнца: чем сильнее это расщепление, тем сильнее магнитное поле.

 

Начиная с 1990 г. ученые пронаблюдали в общей сложности более 1500 пятен, но главное – за этот период средняя сила магнитного поля в них упала с 2700 Гс до 2000 Гс. Это, конечно, огромные цифры (магнитное поле всей Земли не превышает 1 Гс), но и падение существенное. Причины его пока неизвестны, но если процесс будет продолжаться с тою же скоростью, к 2016 г. это значение составит уже 1500 Гс – нижней границы, за которой величины магнитного поля будет недостаточно для формирования пятен.

 

Впрочем, даже если все произойдет по такому сценарию, никакой катастрофы не случится. Скажем, с 1645 по 1715 гг., во время так называемого Минимума Маундера, пятен также не было. Как было сказано в начале этой заметки, минимум солнечной активности тогда пришелся на самый разгар Малого ледникового периода. Стоит ли и нам ожидать подобного эффекта, сказать пока что трудно. В конце концов, никто не знает, продолжится ли падение, как это предсказывает Ливингстон с коллегами, или внутри Солнца что-то «щелкнет», и оно снова вернется к нормальной жизни.

 

popmech.ru

[grek 0]

Влияние скопления: Новичок на небе

 

Сканируя небо в микроволновом диапазоне, европейский орбитальный зонд Planck обнаружил ранее неизвестное сверхскопление галактик – едва ли не самый крупный структурный объект Вселенной.

 

Найденное зондом Planck сверхскопление настолько велико, что обнаруживается по его воздействию на фоновое микроволновое излучение Вселенной (реликтовое излучение). Микроволны, двигаясь сквозь межзвездный газ, взаимодействуют с его частицами, что, в частности, приводит к повышению частоты этого излучения. Это явление, названное в честь открывших его ученых, эффектом Сюняева-Зельдовича, впервые позволило обнаружить сверхскопление галактик. Вскоре его существование подтвердил и другой аппарат, орбитальный рентгеновский телескоп XMM Newton. По полученным данным, обнаруженное сверхскопление может состоять из трех отдельных скоплений и связывающих их тяжей материи.

 

Это открытие замечательно еще и тем, что оно подтвердило справедливость расчетов ученых, которые намерены с помощью исследований реликтового излучения, которое ведет зонд Planck, и эффекта Сюняева-Зельдовича, составить как можно более детальную карту крупномасштабной Вселенной.

 

Один из занятых на этом проекте астрономов Набила Аганим (Nabila Aghanim) говорит: «Пока “ископаемые” фотоны микроволнового излучения, оставшиеся еще со времен Большого Взрыва, путешествуют сквозь Вселенную, они взаимодействют с материей. К примеру, проходя сквозь скопление галактик, они иногда соударяются с электронами атомов газа, заполняющего его. Эти столкновения меняют частоту излучения таким путем, что мы можем восстановить картину произошедшего и выделить ценный сигнал из микроволнового фона».

 

Добавим, что поскольку «горячие» электроны, с которыми сталкиваются фотоны микроволнового излучения, несут больше энергии, они поглощают часть ее, переходя на более высокие энергетические уровни и, соответственно, в более высокочастотные области спектра. В итоге реликтовое излучение, пройдя сквозь крупное скопление или сверхскопление галактик, несет меньше низкоэнергетических и больше высокоэнергетических фотонов, чем изначально. Этот-то эффект и разыскивают астрономы.

 

popmech.ru

[grek 0]

Друзья по болезни: Парадокс дружбы

 

Изучение поведения людей в социальных сетях – и в особенности один интересный его парадокс – помогают предсказать распространение инфекционных заболеваний.

 

Речь о «парадоксе дружбы», обнаруженном в 1991 г. Состоит он в том, что у среднего человека в социальной сети число «друзей» меньше, чем у среднего его «друга». Несмотря на видимую парадоксальность утверждения, оно вполне математически логично и выводится из базовых принципов теории графов. Впрочем, обо всем по порядку.

 

Профессор медицины и социологии Николас Кристакис (Nicholas Christakis) и его коллеги в период прошлогодней регулярной эпидемии гриппа исследовали отношения нескольких сотен добровольцев. Они учитывали их социальные взаимосвязи и параллельно вели мониторинг состояния здоровья – и пришли к тому, что предложили интересный метод раннего обнаружения начинающегося распространения инфекции.

 

Дело в том, что эпидемиологи в идеале мечтали бы иметь информацию о центральных представителях каждой социальной группы, чтобы, отслеживая лишь их состояние, вовремя замечать начало эпидемии. Но собрать достаточно информации и поддерживать ее актуальность – занятие крайне трудоемкое, дорогостоящее и малопродуктивное.

 

Обойти эту загвоздку, по мнению Кристакиса с коллегами, и позволяет «парадокс дружбы». Возьмите обычного человека и предложите ему назвать одного из своих друзей. После небольшого исследования, вы почти наверняка обнаружите, что у названного друга будет больше социальных контактов, чем у назвавшего. Выстраивая цепочку таким образом, мы неминуемо придем к наиболее социально активному участнику группы.

 

Если это тяжело понять, давайте представим это на примере. Большая компания собралась на день рождения. В центре комнаты стоит именинник, его знают все пришедшие. Подпирают стены несколько плохо социализированных типов, которых не знает никто, кроме разве того же именинника. Остальные гости распределяются ровным слоем между этими условными полюсами. Теперь давайте попросим всех присутствующих написать на бумажке любое имя любого знакомого им присутствующего. Соберем эти бумажки и подсчитаем – больше всех голосов получит, как это теперь очевидно, именинник.

 

Как и шутки, приколы, номера телефонов, идеи, планы – так и инфекционные болезни распространяются через этот социальный центр, ядро группы, и границ иногда могут вовсе не достигать.

 

Итак, в 2009 г., когда разразилась сезонная эпидемия простуды, исследователи отобрали 319 студентов-добровольцев и попросили их назвать имена друзей (было названо 425 имен). Обнаружилось, что члены этой «группы друзей» демонстрируют признаки заболевания намного раньше, чем если выбирать для мониторинга людей случайным образом – в зависимости от метода, на 2-6 недель раньше.

 

Сам профессор Кристакис комментирует: «Медицинские организации следят за появлением и распространением эпидемий, делая случайные выборки людей и отслеживая их состояние. Но это дает представление лишь о текущей ситуации. А если взять ту же случайную группу и попросить их назвать друзей, чтобы затем вести параллельно мониторинг еще и этих людей, мы сможем еще и предсказывать дальнейшее развитие эпидемии. Это даст нам значительную фору в борьбе с ней».

 

По словам ученых, это самый надежный на сегодня способ предугадать дальнейшее распространение эпидемии. Более того, они уверены, что тот же парадокс можно использовать и куда шире, заранее предугадывая распространение в социуме всего, что нас только может заинтересовать, от модных тенденций до нелегальных наркотиков.

 

popmech.ru

[grek 0]

Анатомия самоанализа: С мыслью о себе самом

 

У людей, склонных к самоанализу и рефлексии, больше развито серое вещество префронтальной коры головного мозга, отвечающее за высшие психические функции. Впрочем, что здесь причина, а что – следствие, неизвестно.

 

Вообще, некоторые специалисты полагают, что интроспекция – то есть, «размышление о своих размышлениях», является ключевым аспектом человеческого сознания. В то же время, интроспективные способности разных людей могут сильно различаться.

 

Британские исследователи, возглавляемые знаменитым профессором Герайнтом Рисом (Geraint Rees), показали, что чем сильнее эти способности, тем сильнее у человека представлено серое вещество орбитофронтальной зоны префронтальной коры головного мозга (сразу за глазами), и корреляция эта выражена очень ясно. Напомним, что серым веществом (с некоторой условностью) называют нервную ткань, образованную, в основном, телами нейронов, тогда как белое состоит, по большей части, из покрытых миелиновой изоляцией волокон. Белое вещество этой части мозга также демонстрирует определенные структурные особенности, связанные с интроспекцией.

 

Стивен Флеминг (Stephen Fleming), один из соавторов исследования, поясняет: «Возьмите двух пациентов с различными нервными расстройствами или травмами – один из них, полностью лишенный интроспективных способностей, даже не предполагает о том, что болен. Он вряд ли согласится на лечение или прием лекарств. Так что если мы подтвердим структуры, отвечающие за самосознание на уровне нервной ткани, мы сможем создать методы лечения и для таких больных».

 

Для своих экспериментов исследователи отобрали 32 здоровых добровольца. На 2 экранах добровольцу демонстрировались по 6 узоров строго одинаковой яркости – лишь один из них был немного ярче других. От испытуемых требовалось показать лишь, на каком из экранов находится этот узор, а затем (уже элемент интроспекции) – оценить собственный выбор, указав, насколько они уверены в своем решении. По завершении испытания все добровольцы проходили томографию для установления особенностей их головного мозга.

 

Задание было устроено довольно сложным, так, что доброволец всегда испытывал некоторые сомнения в своем решении. Ученые решили, что чем более развиты у человека способности к самоанализу и рефлексии, чем лучше он прислушивается к тому, что происходит у него внутри, тем более уверен останется он в своем решении.

 

«Это как в игре “Кто хочет стать миллионером?”, - поясняет один из авторов, - Менее способный к интроспективному анализу участник не столь эффективен в оценке справедливости своего выбора ответа на вопрос, а более способный либо дает верный ответ, либо, чувствуя неуверенность, знает, когда обратиться к помощи зала или друга».

 

В целом все участники эксперимента справились с задачей неплохо. Однако их оценки сделанному ими же выбору сильно различались. Расположив эти оценки по условной шкале «самоанализа», ученые сопоставили их с данными томографии. Тогда-то и обнаружилась яркая корреляция между этими способностями, с одной стороны, и количеством серого и структурой белого вещества в правой орбитофронтальной зоне префронтальной коры – с другой.

 

В то же время, пока невозможно сказать, что здесь является причиной, а что – следствием. То ли эти анатомические особенности ведут к выраженной способности к интроспекции, то ли привычка к самоанализу стимулирует развитие этих особенностей. Тем более что все больше свидетельств подтверждает, что мозг, как какой-нибудь мускул, вполне можно «натренировать».

 

popmech.ru

[grek 0]

Охлаждение через нагревание: Венера остывает?

 

Ужасная жара, которую создает в атмосфере Венеры мощный парниковый эффект, на саму планету может оказывать охлаждающее действие.

 

«Уже несколько десятилетий назад установлено, что большое количество парниковых газов в венерианской атмосфере вызывает экстремальный ее разогрев, - рассказывает немецкий планетолог Лена Ноак (Lena Noack), - Диоксид углерода и другие парниковые газы выброшены в атмосферу тысячами вулканов, проявлявших высокую активность в прошлом. Постоянный жар – сегодня средняя температура в атмосфере Венеры составляет 470 ОС – раньше мог быть еще выше, еще более стимулируя вулканическую активность. Но он же привел и к обратному эффекту. При достижении определенной температуры в коре планеты стартовали новые процессы, приведшие к охлаждению ее мантии и резкому спаду вулканизма. Температура начала падать».

 

Считается, что процесс проходил примерно следующим образом. Распад радиоактивных элементах в глубине планеты приводил к повышению температуры. В результате находящиеся там кремний-, магний- и железосодержащие породы плавились, расширяясь до большего объема. Это создавало повышенное давление под твердой корой Венеры. Расплавленное вещество устремлялось вверх и, находя «слабые точки», изливалось наружу в виде вулканической магмы.

 

С ней вместе выбрасывались и огромные объемы газов, в основном, водного пара, диоксидов углерода и серы. Все эти газы демонстрируют мощный парниковый эффект: отлично поглощая энергию солнечного излучения, они весьма неохотно отдают ее, работая, как хороший теплоизолятор. Температура на планете росла.

 

Лена Ноак и ее коллега Дорис Бройер (Doris Breuer) решили исследовать эти процессы в виде математической модели. Их модель стала первой, включившей не только атмосферу Венеры и происходящее в ней, но и трехмерную картину самой планеты и ее недр.

 

Они показали, что из-за сильного повышения температуры она начинает активно влиять и на твердую поверхность Венеры. Теплоизолирующая способность коры сильно падает, и мантия остывает легче, соответственно падает и вулканическая активность. Модель показала, что после первой «вулканической эры» наступает эпоха постепенного снижения вулканизма и, как следствие, температуры атмосферы.

 

popmech.ru

[grek 0]

Наследственное влияние: Схемы и гены

 

Клетки могут обладать сложным механизмом передачи информации по наследству, не зависящим от последовательности ДНК.

 

Одна из самых больших тем современной биологии – вопросы передачи информации по наследству. Помимо генов, состоящих из последовательности нуклеотидов ДНК, в последние годы обнаружены и другие системы т.н. эпигенетической наследственности. К ним относится, например, присоединение метильной группы к цитозину (метилирование ДНК), или модификации работы белков, упаковывающих ДНК в хромосомы (ремоделирование хроматина). Роль и влияние этих «нетипичных» механизмов наследственности остаются предметом интенсивных дискуссий.

 

А недавно Георг Фритц (Georg Fritz) и его коллеги предложили еще один крайне любопытный механизм в качестве нового элемента эпигенетической наследственности. Известно, что гены никогда не функционируют независимо, они организованы в сложные цепочки: скажем, активность гена А стимулирует ген Б и подавляет В и Г; в свою очередь, подавление В стимулирует Д и так далее. Ученые рассмотрели эти цепочки взаимозависимостей по аналогии с электронными микросхемами, сама организация которых позволяет хранить информацию.

 

Чтобы проиллюстрировать подход, представим работу обычного «генетического переключателя», системы из двух генов, подавляющих активность друг друга. Существовать эта система может, как выключатель лампы, в двух альтернативных состояниях: ген А активен и производимый им белок ингибирует активность гена Б; либо наоборот, Б через свой белок ингибирует А. Однако то или иное состояние системе задается внешним фактором – третьим белком. Скажем, высокая концентрация этого белка (Х) ведет к активности гена А и посредством него «выключает» ген Б. В этом смысле информация о количествах белка Х сохраняется состоянии системы-генетического переключателя.

 

Это довольно простая схема, но она может действовать лишь в качестве одного из компонентов куда более сложной сети, способной не только к сохранению, но и даже к некоторой «обработке» входящего сигнала. «Такая память, - поясняют Фритц с коллегами, - может давать клеткам возможность манипулировать и объединять информацию, полученную при разных условиях и в разное время».

 

По расчетам ученых, подобная «память» может позволить клеткам отвечать на изменения окружающей среды в течение около 30 минут, а сохраненная ими информация – передаваться от материнской клетки к дочерней в течение множества поколений. К сожалению, эта оригинальная работа остается чисто теоретической, и вопрос о том, реально ли существование такого необычного механизма эпигенетической наследственности, остается открытым.

 

popmech.ru

[grek 0]

Лазерный морозильник: У самого нуля

Используя лазер, ученым впервые удалось охладить целую молекулу практически до абсолютного нуля.

 

Обычная материя, конечно, по-прежнему интересна и предлагает массу интересных и до сих пор неразрешенных загадок. Но материя, лишь на крохотные доли градуса теплее абсолютного нуля (около -273 ОС), еще интересней. Хотя бы тем, что она переходит в состояние Бозе-конденсата, удивительные эффекты квантовой механики начинают проявляться в ней на макроуровне. Не говоря о том, что возможность охлаждать вещество до подобной температуры и манипулировать с ним, открывает самые невероятные перспективы, включая создание квантовых компьютеров.

 

Охлаждать атомы лазерным лучом физики умеют уже довольно давно. Частицы лазерного излучения поглощаются и затем снова испускаются атомами., которые при этом каждый раз теряют кинетическую энергию. После многих тысяч таких столкновений они могут охладиться до миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля.

 

Проделать подобное с целыми молекулами куда сложней. Хотя бы потому, что молекулы куда тяжелее и, соответственно, хуже реагируют на облучение лазером. Кроме того, молекулы способны «накапливать» энергию в форме вибрации связей между атомами, их положения друг относительно друга. Иначе говоря, можно «накачать» молекулу энергией, но отдает она ее очень неохотно.

 

Как правило, ученым приходится, охлаждая атомы по отдельности и лишь затем соединяя их в молекулы. Лишь недавно команде Дэвида ДеМилля (David DeMille) удалось охладить молекулу целиком, используя ряд трюков. Во-первых, в качестве объекта были выбраны молекулы монофторида стронция (SrF): теоретические расчеты показывают, что для нее накопление энергии в форме вибрации ковалентных связей маловероятно. Во-вторых, заранее была просчитана и точно выбрана длина волны лазерного излучения: она не должна была вызывать накопление энергии во вращении атомов молекулы друг относительно друга.

 

Расчеты оправдались: на днях ученые сообщили о том, что им удалось охладить молекулы до 300 мкК. Конечно, показатель этот на фоне достигнутых для атомов температур не слишком впечатляет. Но сам подход, теоретически, позволит в будущем применить его для других молекул, а значит – практически решить многие вопросы, связанные с использованием удивительных свойств такой переохлажденной материи.

 

popmech.ru

[grek 0]

Притяжение античастиц: Отталкивающая проблема

 

До сих пор нельзя сказать, притягивает ли сила гравитация античастицы, или отталкивает… Возможно, новый подход позволит разрешить эту загадку.

 

Всем известно, что антивещество – «такое же, как и обычное вещество, только наоборот». Но вот что именно включает это «наоборот», большинство сказать затруднится. На самом деле, по-разному реагируют материя и антиматерия лишь на электрослабое взаимодействие, в остальном же антивещество, скорее всего, ведет себя так же, как и вещество. Скорее всего – но не наверняка. Дело в том, что отношение его к гравитационному взаимодействию неизвестно. Другими словами, притягивает ли масса антивещество, или отталкивает? Точно сказать никто не может.

 

И хотя антивещество – самая дорогая субстанция на Земле, грамм которой обойдется в миллиарды, а то и триллионы долларов, ученые потратили мизерные его количества для постановки экспериментов. Несмотря на настойчивые попытки выяснить, как же оно ведет себя в гравитационном поле, однозначных результатов они не принесли. Трудно оценивать гравитацию на столь мелких масштабах.

 

Но вот недавно работающий в Швейцарии физик Драган Хайдукович (Dragan Hajdukovic) предложил использовать для выяснения этого вопроса новые инструменты, которые могут обеспечить прорыв. Верней, инструменты уже имеющиеся, но предназначенные для других целей – детекторы нейтрино.

 

Ученый рассуждает так. С точки зрения квантовой механики, из-за локальных флуктуаций насыщенного энергией вакуума пары частиц и античастиц постоянно возникают и тут же снова аннигилируют. Генерация пар частиц и античастиц при обычных условиях совершенно не заметна и не оказывает влияния на происходящее. Но в определенных обстоятельствах – например, когда подобное происходит во внешнем силовом поле высокой мощности – она становится значимой.

 

Как правило, гравитация не достигает таких величин, чтобы стимулировать эту генерацию пар. Однако, как замечает Хайдукович, в пределах черной дыры с ее колоссальным притяжением все обстоит иначе. Ученый математически показал, что гравитационное поле ее вполне может достигать такой силы, что будет порождать непрерывный поток пар нейтрино и антинейтрино.

 

Дальше – дело техники. Если под действием гравитации античастицы ведут себя, как и обычные частицы, и те и другие будут оставаться в пределах черной дыры. Если же гравитация отталкивает их, античастицы будут покидать дыру с той же «поспешностью», с какой частицы в нее падают. Можно сказать, в этом случае черная дыра будет своего рода колоссальным пулеметом, непрерывно выстреливая в пространство потоки высокоэнергетических антинейтрино.

 

Конечно, обнаружить антинейтрино так же непросто, как и нейтрино: эти частицы участвуют лишь в гравитационном и слабом взаимодействиях, и притом имеют крайне малую массу, даже по меркам элементарных частиц. Но зато черные дыры должны выбрасывать их в огромных количествах. По расчетам Хайдуковича, сверхмассивная черная дыра в центре достаточно крупной галактики (такой, как Млечный Путь или Туманность Андромеды) должна «светиться» антинейтрино достаточно ярко, чтобы этот поток можно было бы обнаружить детекторами нейтрино текущего поколения.

 

Самый масштабный из таких инструментов – высокочувствительный IceCube, который возводится в окрестностях Южного полюса планеты. Он должен быть готов к работе в следующем году. Возможно, он поставит точку в вопросе взаимодействия антивещества и гравитации.

 

popmech.ru

[grek 0]

Магнитное эхо: Поле повсюду

 

Получено новое подтверждение существованию чрезвычайно слабого, но пронизывающего всю Вселенную магнитного поля, возможно, появившегося вместе с самим мирозданием.

 

Еще в 1960-х было сделано, без преувеличения, эпохальное открытие – обнаружение микроволнового фона, реликтового излучения, оставшегося своего рода «эхом» Большого Взрыва. Новая находка обещает стать почти такой же важной – возможно, ученым удалось зафиксировать еще один след, который оставило рождение мироздания в современности. Очень слабое магнитное поле, пронизывающее всю Вселенную.

 

Такие выводы сделали исследователи, изучавшие снимки сверхмассивных черных дыр, образующих активные центры большинства достаточно крупных галактик. Черными эти объекты, весящие порой в миллиарды солнц, отнюдь не предстают. Поглощая все, что подвернется под руку – облака газа и пыли, планеты и звезды и даже черные дыры помельче, они ускоряют эту материю и сияют во всем диапазоне, от радиоволн до жестких гамма-лучей, на околосветовой скорости выбрасывая частицы излучения мощными джетами.

 

Этим колоссальным объектам и посвящено новое исследование работающих в США астрономов Шинчиро Андо (Shin'ichiro Ando) и Александра Кусенко, которые провели анализ снимков сверхмассивных черных дыр, полученных орбитальным гамма-телескопом Fermi. Искали же ученые нечто необычное, свидетельства существования «первичного» межгалактического магнитного поля.

 

Если это поле, о котором до сих пор рассуждали лишь гипотетически, действительно пронизывает Вселенную, обнаружить его чрезвычайно сложно – хотя бы потому, что оно исключительно слабо. Но оно может быть замечено на джетах заряженных частиц, которые испускают сверхмассивные черные дыры. Это магнитное поле должно рассеивать небольшую долю высокоэнергетических фотонов и делать их снимки более размытыми, чем можно было бы ожидать.

 

Эффект этот чрезвычайно слаб и на отдельно взятом снимке определить его невозможно. Поэтому Кусенко и Андо пришлось скомбинировать данные по 170-ти сверхмассивным черным дырам в единое композитное изображение. А в качестве «идеального варианта» - проделать то же на компьютерной модели, которая выдала картинку, которая должна была бы получиться в результате. Результат оказался неожиданным – и вместе с тем давно ожидаемым: картинки не совпали. Реальный снимок вышел заметно более размытым (взгляните на иллюстрацию слева).

 

Тщательный анализ несовпадений между теоретическими и реальными данными подтвердил: нечто в безбрежном пространстве, которое разделяет черную дыру и датчики гамма-телескопа Fermi действительно, хотя и чрезвычайно слабо, рассеивает часть фотонов. Расчет показал, что соответствующая этому сила магнитного поля действительно очень мала, составляя порядка одной квадриллионной магнитного поля Земли. Осталось понять, откуда это поле берется.

 

popmech.ru

Биореакторы в космосе: Фабрика бактерий

 

Будущей пилотируемой миссии к Луне или к Марсу стоит прихватить с собой не большой запас топлива и пищи, а микроорганизмы, производящие все на месте. Лучше всего – специально созданные для этой цели.

 

Учащийся и работающий в NASA студент Джон Камберс (John Cumbers) заявляет: «По-моему, в нашем будущем имеется всего две альтернативы. Либо отправляться в космос и жить, запертыми внутри кораблей, как в банках. Либо постараться воссоздать в космосе те прекрасные условия, которые существуют на Земле».

 

При этом Камберс говорит не о проектах «терраформирования», создания идеальных условий для жизни в масштабах целых планет с тем, чтобы превращать необитаемые миры в нечто подобное Земле. Он защищает куда более скромную идею обширного использования биотехнологий. О похожих проектах мы уже писали – правда, тогда речь шла о пернатых, теперь же стоит поговорить о синтетических организмах для создания более-менее приемлемых условий будущим первопроходцам космоса.

 

Конечно, проекты создания и использования искусственных микроорганизмов вызывают массу страхов, связанных с невозможностью предсказать результат распространения этих форм жизни. Возможно, они окажутся не столько полезными, сколько прямо опасными, в том числе и для людей, особенно в трудных условиях далекого космоса.

 

С другой стороны, если подойти к делу взвешенно, никакой опасности быть не может. Как говорит еще один исследователь из NASA, Крис МакКей (Chris McKay), «микробы, эффективно извлекающие минеральные вещества – например, ацидофилы, - по самой природе своей неспособны вызывать заболевания». Ну а с точки зрения опасности «заражения» чужих миров несвойственной им микрофлорой они не более опасны, чем обычные земные микроорганизмы.

 

Чтобы создать бактерию, идеальную для практического использования в космосе, ученые намерены «извлечь и смешать» необходимые им качества из генома различных существующих бактерий. К примеру, способность производить биотопливо или съедобный белок. Или приспособленность к определенным условиям – скажем, таким как на Марсе, с отсутствием кислорода, жестким ультрафиолетовым излучением и крайне низкой температурой.

 

Надо сказать, что некоторые шаги в этом направлении уже сделаны. Джон Камберс с коллегами уже сумели получить синтетический штамм обыкновенной кишечной палочки, в который внедрен ген из другой бактерии, способной переживать низкие температуры и в норме населяющей приполярные льды. Как результат, эта «синтетическая палочка» вполне сносно себя чувствует на таком холоде, на котором ее «дикий тип» погибает. В данном случае, это обеспечено простой заменой генов шаперонов – белков, обеспечивающих правильную трехмерную «упаковку» других белков и ее восстановление после повреждения.

 

Понятно, что до реального создания «космического микроба» еще очень далеко. Тем более что работать, видимо, придется совсем с другими бактериями, например, спирулиной, сине-зеленой водорослью и очень продуктивным производителем белка, содержащего все необходимые людям аминокислоты. Адаптировать эту обитательницу теплых морских вод к суровым условиям Луны или Марса может оказаться крайне трудной задачей.

 

Но игра стоит свеч: возможность получения топлива и пищи прямо в полете или на базе слишком уж привлекательна. Ведь доставка этих материалов на место обойдется в любом случае дороже. А если удастся получить хотя бы один вид, способный самостоятельно жить и размножаться на том же Марсе – и при этом поставлять колонистам нужные соединении – это будет просто бесценным.

 

popmech.ru

[grek 0]

Новая Земля: Можно жить!

 

Обнаружена первая потенциально обитаемая планета.

 

Планета не слишком отличается от Земли размерами – всего втрое тяжелее – а главное, она расположена в пределах «обитаемой зоны» своей звезды, на таком от

нее расстоянии, где температура достаточно мягка, чтобы на поверхности могла существовать жидкая вода – ключевой компонент, необходимый возникновения жизни. Словом, этот мир похож на наш больше, чем любой другой, известный на сегодня. Он имеет и отличные шансы на населенность.

 

Сразу оговоримся: шансы на населенность еще не означают, что там обязательно найдутся зеленые или какие-нибудь другие человечки. Это лишь возможность существования жизни в том виде, в котором мы ее представляем. Возможно, в весьма примитивных формах. А возможно, и полное отсутствие – жизнь штука сложная, и хотя наличие воды и атмосферы играют для нее важнейшую роль, имеется масса и других факторов.

 

Находка стала итогом 11-летних исследований экзопланет, которые велись расположенной на Гавайях обсерваторией W. M. Keck с использованием все более и более совершенных методов. «Наша возможность обнаруживать потенциально обитаемые планеты теперь ограничена лишь доступностью телескопа», - говорит один из авторов работы Пол Батлер (Paul Butler). А его коллега Стивен Вогт (Steven Vogt) добавляет: «То, что нам удалось довольно быстро найти такую планету, и так близко от Земли, может свидетельствовать, что они вполне широко распространены». Батлер и Вогт возглавляют долговременный проект поиска и изучения экзопланет Lick-Carnegie Exoplanet Survey, в рамках которого и сделано долгожданное открытие.

 

В опубликованном учеными сообщении говорится об обнаружении сразу пары экзопланет в системе красного карлика Gliese 581. Расположена она в созвездии Весы, в 20 световых годах от нас. Звезда эта уже привлекала внимание общественности после того, как здесь была обнаружена планета также близких к Земле размеров (мы рассказывали об этом в заметке «Соседи»). Как выяснилось позже, расположена эта планета слишком близко к звезде, что делает ее раскаленной и совершенно неподходящей на роль колыбели жизни.

 

С новооткрытой парой количество известных планет в системе Gliese 581 достигло шести – это самое большое число для изученных звездных систем (за исключением, конечно, Солнечной). Как и у нас, планеты Gliese 581 вращаются по устойчивым и упорядоченным круговым орбитам. Правда, две планеты лежат у самых границ обитаемой зоны, с ее «горячей» (Gliese 581c) и «холодной» (Gliese 581d) сторон, а три остальные – вообще вне ее пределов. Так что самой интересной среди них оказывается Gliese 581g, оказавшаяся почти ровно в центре – как Земля. Да и массу Gliese 581g имеет всего в 3-4 раза больше, чем наша планета, что делает ее достаточно крупной для того, чтобы удерживать над собой атмосферу.

 

Есть, правда, одно немаловажное различие. Gliese 581g постоянно обращена к своей звезде одной и той же стороной, так что одно ее полушарие постоянно освещается и нагревается, а другое остается в вечной тьме и холоде, хотя температурные различия не должны быть экстремальными. Средняя температура поверхности оценивается где-то в промежутке между -31 и -12 ОС. Тем не менее, простор для жизни здесь ограничен, видимо, окрестностями промежуточной «сумеречной» зоны, разделяющей полушария.

 

Если Gliese 581g представляет собой планету с твердой корой, как у Земли, Венеры или Марса (а есть все причины считать так), диаметр ее составляет 1,2-1,4 земного. Соответственно, притяжение у поверхности лишь немногим больше нашего, так что мы с вами наверняка смогли бы ходить по ней вертикально, как обычно.

 

Ученые также оценили следствия находки с точки зрения возможной статистики существования подобных, потенциально обитаемых планет. Исходя из того, что поиски экзопланет сосредоточены пока лишь на очень ограниченном числе звездных систем из колоссальной массы известных, то, что среди них, среди порядка полутысячи открытых экзопланет, уже появилась одна такая, вселяет большие надежды.

 

«Если б они были большой редкостью, - поясняет Вогт, - мы б не нашли одной из них так быстро и в такой близости от нас. Число звездных систем с потенциально обитаемыми планетами может составлять 10-20% от всех. А если умножить эту цифру на сотни миллиардов звезд, которые имеются в одной только нашей галактике, мы получим громадное число. Только в Млечном Пути их должны быть десятки миллиардов».

 

popmech.ru

[Skean 5]

Китайцы неутомимо ищут способы избавления от пробок

Очередное изобретение - автобуcы, которые частично работают на солнечной энергии. А главное - не занимают проезжую часть.

Вот изображение автобуса:

http://city.brovary.net/portal/uploads/1285429413/gallery_8801_2366_7722.jpg

Идея родилась в городе Шенцен на юге Китая. Вместимость автобуса - 1200 пассажиров, максимальная скорость - 40 километров в час. Странное на вид средство передвижения шириной в два дорожных ряда - шесть метров. Его днище поднято на такую высоту, чтобы под ним, как в тоннеле, свободно проезжали легковые автомобили. Дизайнеры окрестили свое детище "расставленным автобусом". Он движется не по земле, а по паре стальных рельсов. Источник энергии - городская энергосеть и солнечные панели, установленные на крыше автобуса и на стоянках. Один такой автобус способен заменить сорок обычных. Это даст экономию 860 тонн горючего и сокращение длины пробок на 20-30%.

 

- Я работал над дизайном парковок для велосипедов и автомобилей, основанным на принципе их подвешивания над землей, - рассказывает конструктор чудо-техники Йоу Чжоусон. - Наблюдая за пробками на городских улицах, я подумал: а почему не поднять в воздух и автобусы?

 

Пекинский район Ментугу уже испытывает технологию "расставленного автобуса" и планирует к концу года проложить 9-километровый экспериментальный путь. Если эксперимент окажется успешным, будут проложены 200-километровые рельсы.

 

- Это изобретение отвечает нашей концепции "зеленого транспорта" и нашему видению урбанизации, - говорит Вен Бочан, председатель комиссии по науке и технологии района Ментугу.

 

Строительство гигантских автобусов начнется уже в конце этого месяца на заводах China South Locomotive и Rolling Stock Corporation. По словам изобретателя, стоимость строительства одного автобуса плюс 25 миль дорожной линии для него равняется 50 миллионам юаней (7,4 миллиона долларов). Это приблизительно одна десятая стоимости строительства линии метро аналогичной длины.

 

По мнению московского эксперта, если китайский эксперимент окажется удачным, то использовать новую технику смогут во всем мире, в том числе и в российской столице.

 

- Идеи нового подвижного состава в мире возникают постоянно, - пояснил "Известиям" научный руководитель НИИ транспорта и дорожного хозяйства Михаил Блинкин. - Особенно популярен легкий рельсовый общественный транспорт - среднее между трамваем и метрополитеном. Где есть возможность, ему устраивают путевые конструкции, где нельзя, он идет по улицам. Гибкость и огромное количество вариантов (существует около 120 разновидностей) сделали его самым перспективным городским транспортом в мире. Китайцы вкладывают гигантские средства в совершенствование скоростного транспорта в мегаполисах. За собственные деньги проводят эксперимент, который может оказаться полезным для всего мира.

Змінено 2 жовтня, 2010 користувачем moOpS)

[grek 0]

Есть излучение: Черная дыра в пробирке

 

Излучение Хокинга, теоретически предсказанное почти 40 лет назад, впервые удалось наблюдать. Правда, не в небесах, а в лаборатории.

 

Известный популяризатор науки Стивен Хокинг приобрел всемирную известность еще в 1970-х – прежде всего, своими теоретическими исследованиями, посвященными физике черных дыр. Возможно, главной его заслугой стала гипотеза испарения черных дыр в результате испускания частиц, в честь ученого названного излучением Хокинга.

 

Чтобы вкратце объяснить этот процесс, вспомним, что с точки зрения квантовой механики даже самый идеальный вакуум никогда не остается спокойным. В нем постоянно кипят флуктуации, возникают пары частиц и античастиц, которые тут же снова аннигилируют, отчего и называются виртуальными. Чем сильнее внешние поля, тем активнее идет этот танец случайностей. То, как он идет в окрестностях черной дыры, и рассмотрел Хокинг.

 

Действительно, при таком мощном внешнем гравитационном поле, как у черной дыры, квантовые флуктуации в окрестностях ее должны достигать сравнительно большой интенсивности. Но самое интересное происходит на условной границе дыры, у ее горизонта событий. Это воображаемая линия, попав за пределы которой ни материя, ни излучение, уже не могут вырваться обратно: здесь сила притяжения дыры царствует надо всем.

 

Итак, Хокинг рассуждал: в непосредственной близости от черной дыры интенсивно появляются и исчезают пары виртуальных частиц. Но что, если случайно одна из них окажется разделенной горизонтом событий? Линия-то это умозрительная, как экватор, в реальности никакой границы не существует, и частица вполне может родиться снаружи нее, а античастица – внутри. Тогда античастица неминуемо будет поглощена, и масса черной дыры уменьшится, а частица устремится в космос. Это и будет «испарением» черной дыры: теряя массу, дыра излучает.

 

С тех самых пор астрономы без устали исследуют небеса, пытаясь обнаружить излучения Хокинга, - но безрезультатно. Лишь на днях итальянцы, работающие во главе с Франко Бельджорно (Franco Belgiorno) сумели его наблюдать. Правда, не в далеких небесах, а в собственной лаборатории.

 

Здесь стоит сказать, что черные дыры – вовсе не единственные объекты, которые могут иметь горизонт событий. Теоретически, он может быть создан в любой среде, по которой перемещаются волны разной природы. Этот факт и использовали итальянские ученые. Для начала они взяли образец материала, проявляющего нелинейные оптические свойства. Упрощенно говоря, вещества, индекс преломления для которого меняется под воздействием излучения большой интенсивности.

 

Ученые воздействовали на него лазером: по мере того, как пучок перемещался по материалу, возникала своего рода волна изменения индекса преломления – внутри нее он был намного выше, чем снаружи. Разница в оптических свойствах буквально запирала внутренность, создавая будто вывернутый наизнанку горизонт событий, внутрь которого излучение не могло пробраться. В нашем случае ориентация этой границы неважна, важно, что она теоретически создает те же условия для появления излучения из виртуальных пар частиц.

 

И действительно, Бельджорно с коллегами вскоре зафиксировали подобное: помимо 1055-нанометрового излучения самого ИК-лазера, который они использовали, было зафиксировано излучение на 850 нм и под теми углами, которые предсказывал расчет для излучения Хокинга.

 

Конечно, еще потребуется немало потрудиться, чтобы со стопроцентной надежностью отсечь другие возможные источники этого излучения – флуоресценцию, эффект Вавилова-Черенкова и прочее. Но если наблюдение подтвердится, это будет крайне важным событием. Хотя бы потому, что излучение Хокинга раскрывает и механизм гибели черных дыр через испарение и возможное образование странных частиц-максимонов.

 

popmech.ru

[grek 0]

Подозрительное подозрение: Первый пошел

 

Не успела затихнуть шумиха вокруг открытия первой потенциально обитаемой экзопланеты, как один астроном уже выступил с заявлением о том, что ему удалось получить с нее «очень подозрительные» сигналы.

 

Gliese 581g - это первая обнаруженная астрономами далекая планета, размерами лишь немногим больше Земли и, к тому же, обращающаяся вокруг своей звезды в пределах зоны обитаемости, температура в которой позволяет существовать воде в жидкой фазе. Звезда эта – красный карлик Gliese, находящийся в 20 световых годах от нас. У Gliese 581g, возможно, имеется и атмосфера, и каменистая кора. Радиус ее составляет 1,2-1,5 земного, масса — 3,1-4,3 земной, а средняя температура поверхности оценивается где-то в промежутке между -31 и -12 ОС.

 

С обнародования этих данных прошло совсем немного времени – и австралийский астроном Рагбир Баталь (Ragbir Bhathal) выступил с новой сенсацией. Ученому, вроде бы, еще пару лет назад удалось детектировать «подозрительную пульсацию» излучения, приходящего как раз из той области галактики, где расположена планета Gliese 581g.

 

Баталь является не только профессиональным астрономом, но и активным участником проекта SETI, в рамках которого ведется поиск потенциально «разумных» сигналов из космоса и, соответственно, следов внеземной жизни. Сам ученый рассказывает: «Мы обнаружили очень ясный сигнал, возможно, лазерный». Впрочем, и тогда, и сейчас многие специалисты отнеслись к этим заявлениям довольно скептически.

 

Так, легендарный Фрэнк Дрейк (Frank Drake) – один из первых организаторов SETI и автор знаменитого уравнения – сказал: «Я знаю этого ученого, и когда он впервые обнародовал свои результаты, я попросил представить детали его работы – и никаких деталей на этот счет не получил… Я отношусь к этому с большим подозрением». Дополнительные исследования могут поставить точку в этом вопросе, но сам Дрейк весьма сомневается в истинности слов Баталя.

 

Первое заявление австралийский астроном сделал в конце 2008 г., т.е. почти за два года до открытия Gliese 581g. Однако, опять же, по словам Дрейка «Я не уверен в том, что источник сигнала вообще находится там, а Баталь до сих пор не предоставил информации на этот счет».

 

popmech.ru

[grek 0]

Белая дыра в раковине: Подтверждение модели

 

Найден способ создать в лаборатории простой и адекватный аналог весьма экзотических космических объектов – белых дыр. Не только в лаборатории, но и на вашей кухне.

 

Если дно вашей раковины плоское, то дело за малым. Откройте кран и отрегулируйте так, чтобы вода лилась стабильной, ровной струей средней силы. Вы увидите сами, как вокруг точки ее падения на поверхность раковины вода, растекаясь ровным диском, образует странный резкий бугор. В гидравлике его называют «гидравлическим прыжком», впервые этот феномен был математически описан еще в начале прошлого века, но до конца он не изучен до сих пор.

 

В последнее время особый интерес к явлению гидравлического прыжка проявляют астрофизики – а все дело в том, что этот интересный феномен может, как считают многие, служить моделью еще более интересного, так называемых «белых дыр». Коротко говоря, белая дыра является полной противоположностью черной – если из той ничто не может выйти, то в эту ничто не может войти. Иначе говоря, это черная дыра, время в которой взято с противоположным знаком. При всей своей привлекательности белая дыра – чисто теоретическое построение; некоторые полагают, что она может существовать «на противоположном конце» черной дыры, но в реальности обнаружить ни саму такую дыру, ни связанные с ней феномены пока не удалось ни разу.

 

До недавнего времени. Недавно французский ученый Жиль Жане (Gil Jannes) нашел нечто, что с определенным допущением вполне можно назвать белой дырой – точнее, ее физической моделью. Для этого и понадобится гидравлический прыжок, течение воды в котором быстрее, чем скорость распространения волн по самой воде. Таким образом, волна может выйти из этой «дыры», но никоим образом не войти в нее против течения.

 

Доказать это, впрочем, оказалось не так-то просто. Для начала понадобилось найти способ измерять обе эти характеристики в области гидравлического прыжка – и скорость течения воды, и скорость распространения волн. Толщина же водного слоя настолько мала, что для этого ученым пришлось прибегнуть к хитрости. Вместо того, чтобы проводить замеры напрямую, они решили измерять лишь их соотношение. А для этого достаточно измерить размеры конуса Маха, который ограничивает волны, исходящие из точечного источника и движущиеся медленнее среды, в которой они распространяются.

 

Звучит довольно сложно, но на практике достаточно было додуматься до этой остроумной идеи, остальное – дело техники. Давайте снова вернемся на кухню, откроем кран и создадим гидравлический прыжок. Теперь возьмите тонкую палочку и поместите ее в поток воды, на плоский диск, расходящийся от того места, где струя ударяется в поверхность раковины. От палочки к краю диска будет расходиться V-образный конус – это и есть тот самый. А характеристика, которая требуется для нас – это угол, под которым он расходится.

 

Результаты, к которым пришел Жане с коллегами, подтвердили, что гидравлический прыжок и вправду обладает нужными характеристиками для того, чтобы служить отличной лабораторной моделью для исследований белых дыр. Значит, мы можем простым (и даже элементарным) образом воспроизводить свойства этих экзотических (и даже гипотетических) объектов – и исследовать их. Несмотря на то, что во Вселенной они пока не обнаружены.

 

popmech.ru

Жизненно важные детали: Две формы воды

 

Сложные взаимодействия между молекулами воды могут объяснить, почему именно эта полярная жидкость стала основой для жизни – в том виде, в каком мы ее знаем.

 

Только на первый взгляд вода кажется такой простой и понятной. На молекулярном уровне они представляет собой крайне интересный и загадочный объект. К примеру, лишь недавно компьютерное моделирование показало, что молекулы воды образуют структуры двух типов, которые формируются, распадаются и переходят друг в друга за считанные мгновения. Это открытие может объяснять и тот факт, почему именно вода стала основой жизни.

 

Даже молекула воды кажется предельно простой: равнобедренный треугольник с парой атомов водорода и одним кислородом на вершине. Со школы мы помним, что кислород, оттягивая на себя электроны из атомов водорода, приобретает слабый отрицательный заряд, а атомы водорода становятся заряжены положительно. Противоположные заряды притягиваются, и это позволяет молекулам воды образовывать друг с другом водородную связь, почти в 20 раз более слабую, чем обычная ковалентная связь между атомами в молекуле.

 

Благодаря водородным связям в воде образуются сложные надмолекулярные структуры, существующие ничтожные доли секунды, и снова распадающиеся. Считается, что именно это свойство позволило воде стать основой жизни на Земле. Однако к подобным взаимодействиям способны и другие низкомолекулярные полярные вещества – например, аммиак или пероксид водорода. Почему же именно вода? Вопрос этот интересен и сложен – несколько лет назад журнал Science, отмечая свое 125-летие, назвал его в числе 125-ти самых важных неразрешенных проблем современной науки.

 

Возможно, ответ на этот вопрос даст недавнее исследование, в ходе которого ученые впервые создали компьютерную модель формирования, эволюции и распада подобных структур в воде. Сюрпризом оказалась сложность и динамичность этого процесса. Судя по всему, такие структуры могут относиться к двум возможным типам – одни бесформенные и «рыхлые», другие более упорядоченные и плотные (кстати, некоторые свидетельства тому, что в воде существуют два типа структур, были получены ранее в лабораторных исследованиях). И те, и другие структуры устойчивостью не отличаются и за секунду успевают миллиарды раз распасться и образовать новые агломераты – время их существования исчисляется 200-400 фемтосекундами.

 

В итоге в смеси молекул воды каждая отдельная молекула движется почти хаотично. Но атомы водорода в ней могут служить своего рода «временными якорями», взаимодействуя с которыми атомы кислорода или азота, входящие в состав органических соединений, позволяют им легче стабилизироваться в составе более сложных макромолекул. Насколько сегодня известно, ни одна другая полярная жидкость неспособна к образованию разных типов надмолекулярных агломератов.

 

По словам авторов работы, мы лишь только начинаем приоткрывать то, как внутренняя структура воды на молекулярном уровне влияет на функционирование белков и других биологических соединений. А влияние это, видимо, простирается дальше, чем кажется на первый взгляд. Как говорит один из них, швейцарец Питер Хамм (Peter Hamm), «становится все яснее, что вода является чем-то большим, нежели просто растворитель, ее скорее можно назвать существенной частью функциональной структуры белков».

 

popmech.ru

Усиление мозгом: Переквалификация

 

Слепые или глухие люди нередко демонстрируют повышенную чувствительность сохранившегося органа чувств. Недавно было показано, за счет каких именно процессов происходит «усиление» зрения – на примере глухих кошек.

 

Исследователи, работавшие под руководством Стивена Ломбера (Stephen Lomber), обнаружили связь между улучшением зрения, которое наблюдалось у кошек с врожденным отсутствием слуха, и структурными перестройками в той части мозга, которая в норме отвечает за обработку аудиосигналов. Наверняка нечто подобное происходит и у людей.

 

Сравнивая кошек с врожденной глухотой и нормальных животных, ученые показали, что в случае глухоты зрение улучшается в двух аспектах – а именно, в способности лучше локализовать объекты, находящиеся на периферии зрительного поля, а также в способности оценивать мельчайшее движение предметов. Более того, обнаружилось, что часть слуховой зоны коры головного мозга, обычно отвечающая за обработку приходящих с далекой периферии звуков, сохраняет эту функцию, лишь меняет «специализацию» и переходит на обработку зрительной информации.

 

«Мозг – инструмент весьма эффективный, и в нем не допускается пустая трата неиспользуемых ресурсов, - комментирует Стивен Ломбер, - Потерю одного чувства мозг компенсирует улучшением другого. Так, если вы страдаете глухотой, вы сможете заметить автомобиль, движущийся далеко на периферии, по самому краю поля зрения, не по его звуку, а заметив его визуально, и точнее оцените скорость его движения».

 

popmech.ru

[grek 0]

Звук в пустоте: Пьезомикрофон и пьезодинамики

 

Предложен оригинальный способ передавать звук даже через глубокий вакуум космического пространства.

 

Впечатляющий грохот взрывающихся во время битвы космических кораблей – верный признак дурного тона авторов научно-фантастических фильмов. Ведь всем известно, что в вакууме звук не распространяется, и галактические баталии, если они, не дай бог, когда-нибудь начнутся, будут для стороннего наблюдателя совершенно бесшумны.

 

Действительно, звук представляет собой упругую волну механических колебаний, которая распространяется в среде, в которой есть чему колебаться, будь то газ, жидкость или твердое тело. В космосе же с его чрезвычайно разреженной средой, практически вакуумом, для волны нет среды. Его ледяное пространство оглушает гостей не только поразительным количеством ярко сияющих звезд, но и абсолютной, непредставимой тишиной.

 

Это не значит, что передать звуковые колебания в космосе невозможно. Экипаж МКС свободно общается с Землей по радиосвязи, а еще более простой (и очень остроумный) метод передачи звука в космосе предложил недавно физик из Финляндии Мика Прунила (Mika Prunnila) с коллегами.

 

Ученые обратили внимание на основное свойство пьезоэлектрических кристаллов – способность генерировать на своей поверхности электрический заряд при механической деформации. Этот пьезоэлектрический эффект бывает и обратным, т.е. деформацией пьезоэлектрика под действием внешнего электромагнитного поля. Вот и всё!

 

Достаточно взять достаточно чувствительный пьезоэлектрик, который под механическим воздействием звуковой волны – скажем, внутри космического корабля – будет деформироваться и, как следствие, создавать электромагнитное поле. Полю этому никакой вакуум нипочем, и оно будет распространяться, воздействуя, в том числе, и на работающий с ним «в команде» второй пьезоэлектрик – например, расположенный внутри второго корабля. Тот будет деформироваться и порождать механические колебания воздуха. Звук пошел.

 

Вообще, пьезоэлектрики могут иметь большое будущее: при все большей миниатюризации электронных компонентов то незначительное количество энергии, которое они позволяют давать, может оказаться вполне достаточным для питания множества перспективных инструментов.

 

popmech.ru

Змінено 18 жовтня, 2010 користувачем grek

[grek 0]

Разломы мироздания: Старые струны

 

Получены первые экспериментальные подтверждения существования космических струн – колоссальных одномерных «разломов» пространства-времени.

 

Еще в 1970-х была теоретически предсказана возможность существования удивительных объектов, космических струн. Это фактически одномерные образования, диаметром меньше протона (порядка 10-29 м) и длиной в десятки парсек. Развитая советскими учеными теория космических струн показала, что они должны иметь невероятную плотность, порядка 1019 кг/см. По сути, струны эти представляли собой гигантские складки пространства-времени, одномерные дефекты в его крупномасштабной структуре. Не стоит путать эти объекты с одноименными героями Теории струн. Хотя бы потому, что в существовании космических струн почти ни у кого нет сомнений, даже несмотря на то что наблюдать их при такой толщине практически невозможно.

 

Предполагается, что возникли они в первые моменты после Большого взрыва, когда мироздание представляло собой огромный раскаленный «бульон» материи, энергии и излучения. По мере расширения Вселенной разные ее области остывали с разной скоростью, и между ними и образовались эти струны, как разломы на льду замерзшего озера. С тех пор струны непрерывно изгибаются, перехлестываются и рвутся, и снова соединяются в замкнутые образования. Вместе с расширением Вселенной росли и струны, и сегодня они, возможно, тянутся сквозь всю нее или образуют гигантские кольца, в тысячи раз больше чем, скажем, наша галактика.

 

И вот на днях группа американских исследователей заявила, что им, наконец, удалось различить следы существования космических струн в квазарах. Напомним, что квазары представляют собой точечные и очень яркие источники излучения, вытянутыми потоками (джетами) исходящими от них – считается, что это далекие сверхмассивные черные дыры в активных центрах удаленных галактик.

 

Ученые анализировали данные наблюдений, полученных при изучении 355 квазаров, находящихся в самых дальних углах Вселенной. Обработав данные, они получили информацию о том, в каком точно направлении ориентированы джеты квазаров. Выстроив их векторы, обнаружилось, что 183 квазара ориентированы в два гигантских кольца, охватывающих едва ли не весь небесный свод – и вряд ли подобное можно назвать случайностью.

 

По мнению ученых, на ориентацию квазаров оказало влияние магнитных полей двух кольцевых космических струн. Сами струны могли уже и исчезнуть: теория говорит, что они должны испускать гравитационные волны (сами по себе являющиеся очень интересным и долгожданным объектом). Испуская же их, струны должны терять энергию и понемногу сходить на нет. «Струна уже исчезла, но ее магнитное поле оставило след в структуре ранней Вселенной», - говорит один из авторов работы.

 

Чтобы проверить эти свои выводы, ученые смоделировали теоретически эффект, который должны оказывать космические струны на формирование квазаров, и результат неплохо согласовался с данными наблюдений. Это просто замечательно, хотя для того, чтобы окончательно заявить, будто удалось заметить действительно следы космических струн, понадобятся новые исследования. Некоторые специалисты относятся к вопросу довольно скептически – космические струны должны были сформироваться в пределах наносекунд начиная от Большого взрыва и могли распасться слишком быстро, чтобы оказать какое-либо влияние на появившиеся куда позднее квазары.

 

popmech.ru

[grek 0]

По мнению физиков, графен может генерировать массу

 

Закон сохранения массы, изобретённый Ньютоном, утратил свою актуальность более полувека назад. С появлением квантовой физики стало понятно, что он является только частным и ограниченным случаем закона сохранения энергии и не всегда выполняется. При поступлении энергии в систему масса увеличивается и наоборот. Например, при нагревании утюга его масса увеличивается, а при термоядерных реакциях внутри Солнца масса получившегося гелия меньше, чем масса водорода. В случае с утюгом энергия поглощается, а в случае с Солнцем — выделяется.

 

Необычные свойства графена (а именно то, что электроны в графене предположительно ведут себя как фермионы Дирака с нулевой эффективной массой — релятивистские частицы) дали богатую пищу для размышлений физикам-теоретикам. Например, группа физиков из Саудовской Аравии и Марокко выдвинула интересную теорию, в которой предположительные свойства графена объединены с теорией струн, а именно — с гипотезой о компактификации измерений.

 

Компактификация измерений — один из основных постулатов теории струн, с помощью которого теорию струн можно вписать в наблюдаемый нами мир. Окружающая нас действительность, согласно специальной теории относительности, является четырёхмерной. В то же время теория струн предусматривает существование 26 или хотя бы 11 измерений.

 

Гипотеза компактификации предполагает, что остальные измерения существуют на исключительно малых масштабах и мы просто их не наблюдаем. Предполагается, что именно в процессе компактификации пространств образуется масса. Образно можно сказать, что в процессе распада или синтеза физических структур масса не появляется и не исчезает, а просто переходит в другие измерения (масса протона (≈938 МэВ) в несколько десятков раз больше массы составляющих его кварков (около 11 МэВ)).

 

Если гипотеза о компактификации верна, то невесомые электроны в графене будут приобретать массу при сворачивании графена в трубку, поскольку смогут пролетать через ось трубки (то есть при компактификации пространства 2D в 1D).

 

Другими словами, эксперименты с графеном могут доказать одну из самых многообещающих теорий в современной физике — теорию струн.

 

Остаётся только предполагать, как генерацию массы можно использовать на практике, например, в микроэлектронике.

 

habrahabr.ru

[HIdeN 1]

Астрономы объяснили симбиоз уникальной звездной системы, состоящей из звезды и черной дыры

 

Ученые из Северо-западного университета в американском штате Иллинойс смогли объяснить развитие уникальной звездной системы, состоящей из массивной звезды и черной дыры, которые расположены необычайно близко по отношению друг к другу.

 

По словам ученых, данная двойная система М33 X-7 состоит из тусклой звезды, чья масса в 70 раз превышает солнечную, и черной дыры, вес которой равен массе 16 массам Солнца. Эта редкая система была обнаружена в 2007 году. По мнению ученых, она обладает рядом странностей: черная дыра расположена слишком близко к звезде. Кроме того, последняя является необычайно тусклой для своего веса.

 

Исследователи предположили, что изначально система состояла из двух звезд, вращающихся друг вокруг друга. Более крупное светило постоянно расширялось, и, поскольку расстояние между звездами было невелико, меньшая звезда получила часть материи своего крупного собрата. Последний же впоследствии превратился в черную дыру. И расстояние между звездами при этом еще более сократилось из-за гравитационных взаимодействий.

 

Ученые отмечают, что звезда в системе М33 X-7 должна обладать необычными свойствами, ведь она получила материю уникальным способом. Кроме того, находящаяся рядом черная дыра влияет на своего соседа: она изменяет распределение вещества в звезде, в частности, засасывает в себя выбрасываемый космическом объектом раскаленный газ. Именно этим и можно объяснить странную для звезды с такими параметрами тусклость.

 

 

Напомним, ранее группа итальянских ученых в лабораторных условиях получила излучение черной дыры, впервые предсказанное физиком Стивом Хокингом в 1974 году.

[grek 0]

Звукодиод: Одностороннее движение

 

Подтвердились предположения о том, что можно создать «полупрозрачное зеркало» для звука, которое блокирует акустические волны, движущиеся в одном направлении, но пропускает идущие в другом.

 

Так же, как электрический диод пропускает ток только в одном направлении, устройство, называемое «акустическим выпрямителем», меняет частоту входящего сигнала и пропускает звук этой частоты сквозь себя, в то время как сигнал исходной частоты не может преодолеть барьер в обратном направлении. В некоторых областях такое устройство может оказаться полезным, подобно тому, как электрические диоды когда-то нашли свое применение в информатике.

 

В прошлом году Цзянь-чунь Чен (Jian-chun Cheng) и его коллеги из Нанкинского университета (Китай) предложили теоретический путь создания акустического диода. А теперь они продемонстрировали практическую реализацию устройства (статья исследователей опубликована в журнале Nature Materials).

 

«С появлением первого экспериментального акустического выпрямителя не следует более полагать, что акустические волны могут одинаково легко распространяться по заданному пути в обоих направлениях, как это обычно воспринимается», - пишут ученые.

 

Устройство состоит из двух частей: слоя специального геля, применяемого для ультразвуковых исследований, и решетки, состоящей из чередующихся слоев воды и стекла. Чтобы звук прошел сквозь диод, он должен сначала миновать слой геля. Ультразвуковой гель представляет собой нелинейную среду, при прохождении которой частота акустических волн удваивается. Решетка отсеивает все частоты, кроме той, удвоенной, что позволяет звуку частично пройти сквозь устройство.

 

Однако, если исходная волна попытается пройти через диод в обратном направлении, она в первую очередь должна будет миновать решетку. И поскольку её частота не была увеличена при прохождении слоя геля, эта волна будет полностью блокирована решеткой.

 

Подобные устройства могут найти применение для медицинских ультразвуковых исследований, при которых может потребоваться сфокусировать звуковые волны определенных частот, пишут авторы работы.

 

Кьяра Дарайо (Chiara Daraio), доцент кафедры аэронавтики и прикладной физики в Калифорнийском технологическом институте (США), описывает устройство, созданное исследователями из Нанкина, как «умную и оригинальную экспериментальную установку». Вместе с тем она отмечает потенциальные ограничения устройства, работающего только с заранее заданным диапазоном частот. Кроме того, акустический диод Чена передает не исходную, а увеличенную частоту. «Это как полупрозрачное зеркало, которое меняет цвет изображения», - поясняет Дарайо.

 

Группа Дарайо работает над созданием «звукодиодов» с использованием различных типов акустических кристаллов, что позволит сделать устройство более настраиваемым.

 

Николас Фанг (Nicholas Fang), специалист по нанофотонике из университета штата Иллинойс (США), говорит, что изобретение Чена столь же важно, как изобретение электрического диода в своей области. По словам Фанга, следующим важным шагом должно стать объединение подобных устройств, которое позволит пройти путь «от диода к интегральной схеме». Будет ли это возможно с тем типом акустического диода, который разработала группа Чена – еще предстоит выяснить.

 

popmech.ru

[grek 0]

Солнечная химия: Проблема в рутении

 

Хранение энергии солнца в химической форме позволит транспортировать её и запасать на долгий срок. Что же мешает реализации этого подхода?

 

Существует два основных подхода к получению солнечной энергии: во-первых, это солнечные батареи, которые преобразуют энергию солнечного излучения в электричество; во-вторых – системы, передающие тепловую энергию солнца для нагрева воды, которая может быть либо использована в системах отопления и горячего водоснабжения, либо (при достижении температуры кипения) служить рабочей средой турбины. Но есть и третий подход, потенциал которого был замечен десятилетия назад. Однако из-за отсутствия практичных и экономичных способов реализации этого подхода он долгое время оставался в стороне.

 

Речь идет о термохимическом способе запасания солнечной энергии, который предполагает использование химических связей как накопителей энергии. И в отличие от систем, использующих нагретый теплоноситель, термохимические «хранилища» энергии не требуют эффективной теплоизоляции и могут запасать энергию на долгие годы.

 

Ученые занимались изучением термохимических солнечных систем еще в 1970-х годах, но они столкнулись с серьезной проблемой: никому не удавалось найти вещество, способное надежно и обратимо «переключаться» между двумя состояниями. Такое вещество должно поглощать энергию солнца и переходить из состояния №1 в состояние №2, а затем в нужный момент выделять энергию и возвращаться в состояние №1. Одно из таких соединений было обнаружено в 1996 году, но в его состав входит рутений, довольно редкий и дорогой элемент, что делает широкое использование этого вещества непрактичным. Кроме того, никто так и не понял механизм работы данного соединения, что затруднило поиски более дешевых аналогов.

 

Разгадать эту загадку удалось исследователям из Массачусетского технологического института (MIT). В результате серии экспериментов и теоретических изысканий они смогли выяснить, как именно молекулы (фульвален)тетракарбонилдирутения выполняют функцию поглощения я высвобождения энергии. Это понимание, по словам ученых, открывает дорогу к созданию аналогичных веществ на основе менее редких и дорогих элементов, чем рутений.

 

Фактически, молекула претерпевает структурные преобразования, поглощая энергию солнечного излучения, и переходит в более высокое энергетическое состояние, в котором может оставаться в течение неопределенного времени. Затем, при воздействии катализатора, молекула возвращается к своей первоначальной форме, выделяя при этом тепло. Но исследователи обнаружили, что на самом деле процесс этот несколько сложнее.

 

«Оказывается, есть промежуточный этап, который играет важную роль», - говорит Джеффри Гроссман (Jeffrey Grossman), ведущий автор исследования, результаты которого опубликованы в журнале Angewandte Chemie. На полпути между двумя известными ранее состояниями молекулы образуют полустабильные конфигурации. По словам Гроссмана, это было неожиданным открытием. Наличие промежуточной энергетической ступени позволяет объяснить устойчивость конечных состояний молекулы, а также - почему процесс обратим и почему «не работали» соединения с другими элементами вместо рутения.

 

«Солнечное топливо» на основе (фульвален)тетракарбонилдирутения, говорит Гроссман, может нагреваться до температур около 200°С, что достаточно для отопления здания или работы генератора электроэнергии. Его можно хранить долгое время без «утечек» энергии, а после использования поместить на солнце для «подзарядки». Проблема высокой стоимости рутения – слабое место в этой замечательной схеме. Но теперь, когда ученые выяснили механизм работы (фульвален)тетракарбонилдирутения, найти ему замену будет гораздо легче, считает Гроссман. «Зная, что заставляет этот материал работать, мы обнаружим и другие», - говорит он. Следующим шагом на пути к дешевому «солнечному топливу» должен стать поиск молекул, имеющих с известным соединением рутения структурное сходство и способных демонстрировать аналогичное поведение.

 

Химик Роман Булатов (Университет штата Иллинойс) говорит, что «главным достижением этого исследования стало решение значительных проблем квантово-механического моделирования реакции», что позволит синтезировать новые вещества, которые могут накапливать и отдавать энергию. Но остаются и нерешенные вопросы, например – как трудно будет получить такие соединения, и какой катализатор необходим для запуска процесса?

 

popmech.ru

Уязвимое место: Вирус и его протоны

 

Уточнение механизмов работы вируса гриппа – важный шаг к получению универсальной вакцины.

 

Попытки найти вакцину против вируса, особенно такого изменчивого, как грипп, похожи на борьбу с неизвестным противником. Каждый раз он появляется в новом облике – и каждый год вакцина требуется новая, а мир охватывает очередная волна эпидемий. Но вот благодаря детальному установлению структуры одного из белков вируса мы получаем надежду однажды создать вакцину нового поколения, универсальную.

 

Речь о белке М2, который жизненно необходим вирусу для инфицирования клетки. Это встроенный в вирусную оболочку ионный канал, избирательно проводящий сквозь себя протоны из клетки внутрь вируса. Дело в том, что, попав в клетку-хозяина, вирус заключен в мембранные структуры-эндосомы, своего рода пузырьки. При определенном значении кислотности среды белок М2 активируется действует, начинает перекачивать протоны, понижая рН внутри вирусной частицы и вызывая ее распад. Так внутри клетки-хозяина высвобождается генетический материал вируса – и продолжает ее заражение.

 

И вот недавно сразу две группы ученых сообщили об интересных результатах исследований, посвященных изучению белка М2. Обе работы проведены с помощью ядерного магнитного резонанса, одного из самых распространенных методов исследования структуры белков и нуклеиновых кислот. В обоих случаях целью было установление детальной структуры с тем, чтобы разобраться в молекулярном механизме, обеспечивающем работу М2 – перекачку протонов. И там, и там работали группы под руководством американских ученых – Мэй Хун (Mei Hong) и Хуань-Сяном Чжоу (Huan-Xiang Zhou).

 

Им удалось подтвердить правоту предложенной ранее модели перекачки протонов через небольшой участок белка М2, богатый аминокислотой гистидином – от одного аминокислотного остатка к другому, по цепочки. Однако есть между результатами и противоречия: по данным группы Мэй Хун, этот механизм не включает критически важны по версии коллег элемент – триптофан. «По-моему, - удивляется Чжоу, - триптофан просто необходим для этого, и опускать его из общей картины значило бы чрезмерно упрощать ее». По его описанию, белок захватывает протон у молекулы воды, и затем по цепочке гистидинов он движется на триптофан – пока снова не оказывается на другой молекуле воды, уже внутри вируса.

 

Сама Мэй Хун соглашается, что работа команды (более сконцентрировавшихся на компьютерной симуляции) Чжоу более детальна, нежели их более экспериментальный подход. С другой стороны, она «необязательно готова согласиться» с коллегами. Она говорит: «Вообще-то эксперимент – более надежный метод исследований», впрочем, соглашаясь, что нужно дополнительно поработать, чтобы согласовать результаты и найти истину.

 

В любом случае, нарушение этого механизма должно позволить создать эффективную вакцину против гриппа, даже тех его штаммов, которые оказываются устойчивы к воздействию более традиционных средств. Команда Чжоу уже начала поиск подходящих кандидатов, способных блокировать передачу протонов по гистидиновой цепочке.

 

popmech.ru

[grek 0]

Марс навсегда: На поселение

 

Увидеть восход над пыльной пустыней Марса. Первым ступить на его поверхность и покорить одну из его вершин. Стать новым Адамом, основателем первого человеческого поселения на целой планете. На что вы готовы ради этого? Например – навсегда распрощаться с Землей?..

 

Именно к этому призывают американские ученые Дирк Шульц-Макуч (Dirk Schulze-Makuch) и Пол Дэвис (Paul Davies) в своей новой статье. Причем, не впервые: тот же Пол Дэвис еще несколько лет предлагал приступить к немедленной реализации проекта по колонизации Марса, с безвозвратной отправкой туда добровольцев. Мы писали об этом в статье «Билет в один конец».

 

И на сей раз ученые подчеркивают, что технически, финансово и политически пилотируемая миссия к Марсу и обратно мало реализуема даже в ближайшей перспективе. Немалую долю трудностей составляет колоссальное расстояние до планеты и, соответственно, огромные объемы топлива и массивность корабля, необходимого для полета туда, посадки, нового взлета и возвращения на Землю. Это делает проект особенно сложным технически и неподъемным финансово. Поездка в одну сторону упрощает и удешевляет его более чем вдвое – а с точки зрения успешной колонизации Красной планеты еще более выгодна.

 

На сегодня именно Марс является наиболее привлекательным объектом для основания постоянной, самостоятельной и развивающейся колонии – несмотря на внешнюю непривлекательность, он более других планет и спутников похож на Землю. Гравитация на Марсе лишь немногим слабее нашей, здесь обнаружено достаточно воды и углекислого газа, немало полезных минералов. После совершенно бесприютной Венеры, это самая близкая к нам планета, путь в одну сторону на современном космическом корабле займет около полугода.

 

«Мы уверены, что освоение Марса начнется и будет развиваться в результате постоянных отправок “односторонних” миссий с Земли – людей, припасов, оборудования, - говорит Шульц-Макуч, - Для начала будет достаточно послать четверых человек на паре кораблей с отдельными спускаемыми модулями и достаточными запасами, чтобы основать первый форпост, который затем станет центром постоянного присутствия человека на Марсе».

 

Ученые подчеркивают, что добровольцы, в общем-то, не будут просто выброшены на чужую планету и заброшены там. Будет иметься постоянная связь с Землей, стоит ожидать громадного интереса всех землян к жизни «марсиан», а время от времени к ним будут отправляться новые миссии.

 

«В общем-то, - добавляет Пол Дэвис, - будет мало разницы с жизнью первых поселенцев в Северной Америке, которые оставляли Европу без каких-либо планов вернуться. Даже великие путешественники вроде Колумба, Фробишера, Амундсена и Скотта, хотя и не намеревались оставаться в новооткрытых землях, с готовностью шли на огромный риск навсегда исчезнуть, погибнуть в пути». Как и некогда в Америке, колония понемногу будет все разрастаться и все меньше будет зависеть от «метрополии». В конце концов она неизбежно станет самодостаточной.

 

Предлагаемый учеными проект должен начаться с выбора подходящего места основания колонии – желательно, чтобы поблизости были запасы необходимых ресурсов, включая воду, а также естественные укрытия, например, пещеры.

 

Шульц-Макуч комментирует: «На Марсе имеется масса довольно объемных лавовых пещер, некоторые из них находятся в ближайших окрестностях некогда существовавшего в северном полушарии обширного океана воды. Это значит, что в них могут сохраниться внушительные залежи льда. Пещеры надолго обеспечат колонистов водой, в том числе в качестве источника для получения кислорода. К тому же, на Марсе, лишенном озонового слоя и глобального магнитного поля, пещеры станут хорошим укрытием от ионизирующего и УФ-излучения».

 

Конечно, даже при наличии пещер и в отсутствие необходимости возвращать людей на Землю проект остается крайне сложным. Колония может стать спасением человечества в случае глобальной катастрофы. Она станет платформой для новых небывалых исследований. Возможно, именно колонистам удастся обнаружить на Марсе следы примитивной жизни и изучить ее. Впервые в истории мы получим шанс изучить в деталях геологию другой планеты, помимо Земли. В конце концов, основание и развитие колонии станет толчком к развитию новых технологий, которые когда-нибудь помогут нам двинуться еще дальше.

 

popmech.ru

[grek 0]

Вакуум-убийца: Слабое губит сильное

 

Флуктуации энергии вакуума, происходящие на крайне малых масштабах пространства и времени, могут влиять даже на такие крупные тела, как нейтронные звезды – приводя к их почти моментальной гибели.

 

Известно, что на квантовых масштабах физический вакуум не представляет собой пустого и спокойного объема – непрерывные флуктуации энергии порождают виртуальные частицы, которые (при обычных условиях) тут же снова уничтожаются. При всей своей «виртуальности» этот процесс имеет вполне реальные последствия и не раз подтверждался наблюдениями. Он ответствен за ряд природных явлений, в том числе за «испарение» черных дыр.

 

Казалось бы, подобные события энергетически несопоставимы со всем тем, что происходит в масштабе макромира и уж тем более – целых звезд. Но в присутствии сильного внешнего поля процесс идет намного интенсивнее. Например, такого мощного поля, как гравитация нейтронных звезд. Напомним, что эти необычные объекты – останки сверхновых, недостаточно крупных для того, чтобы образовать черную дыру. Нейтронные звезды – одни из самых плотных тел во Вселенной, при массе порядка 1,-1,5 солнечной они могут иметь диаметр в несколько десятков километров. Легко представить себе, сколь мощно влияние гравитации в непосредственных окрестностях нейтронной звезды.

 

Его влияние на вакуум и смоделировали бразильские физики во главе с Дэниелом Ванцеллой (Daniel Vanzella) – со всеми искажениями, которое вносит эта гравитация в структуру пространства-времени – и с тем, как она «пробуждает» энергию вакуума. Показано, что энергия эта растет с массой звезды экспоненциально. Так, что после достижения определенной границы она становится большей, чем энергия самой нейтронной звезды. После чего события могут развиваться по двум сценариям: либо звезда коллапсирует в черную дыру, либо вновь разорвется и растеряет почти всю свою массу.

 

popmech.ru

[grek 0]

Живое плюс неживое: Молекулярное одомашнивание

 

Ученые впервые научили живую клетку передавать электроны на внешний электрод, фактически, установив прямой контакт между органическим и неорганическим миром.

 

Научная фантастика буквально кишит живыми созданиями с необычными, искусственно приданными им способностями, «усиленными» всевозможной электроникой и прочей неживой материей. В реальности, однако, соединить живой и неживой миры оказывается совсем непросто. Лишь недавно ученым удалось создать инструмент прямой передачи электронов через клеточную мембрану и создавать ток в подведенном электроде. Такая клетка может получать электрический сигнал и отвечать на него – а мы в будущем можем получить электронику, способную воспроизводить и ремонтировать себя самостоятельно.

 

«Просто взять и соединить живую и неживую материю – это и вправду фантастика, - говорит Каролина Эджо-Франклин (Caroline Ajo-Franklin), одна из авторов работы, - Допустим, вы возьмете очень тонкий и достаточно прочный электрод и попытаетесь воткнуть его в клетку. Результат будет предсказуем: она погибнет».

 

Опасно даже и переносить просто так значительные количества электронов сквозь мембрану клетки, что способно нарушить ее функционирование или, опять же, убить. И если вам подобное, все-таки, удастся, не имеется средств, способных уловить электроны сразу на выходе из клетки и направить их в нужном направлении.

 

Ученые решили пойти другим путем. Для начала они культивировали анаэробные бактерии Shewanella oneidensis, обладающие способностью восстанавливать соединения тяжелых металов в условиях отсутствия кислорода – иначе говоря, переносить на них электроны. Для Shewanella oneidensis эта способность – все равно что для нас дыхание.

 

Из этих бактерий были выделены гены, ответственные за этот перенос электронов из клетки наружу, и перенесены в обычную Escherichia coli, пожалуй, самого любимого объекта генетических и биохимических исследований. В итоге они получили штамм, способный переносить электроны из клетки на внешнее неорганическое соединение, точнее говоря, на оксид железа – знакомую всем ржавчину. Эксперимент подтвердил, что эта генно-инженерная кишечная палочка действительно восстанавливала наночастицы оксида железа.

 

Казалось бы, слишком «мелочная» работа? Как бы не так. Она – часть огромного направления по новому «одомашниванию» живых организмов человеком, теперь уже на молекулярном уровне. Научившись «скрещивать» живую материю с неживой, мы получим невероятные перспективы использовать ее возможности. Например, получать энергию.

 

Та же группа ученых уже планирует повторить перенос тех же генов уже не в E.coli, а в какой-нибудь фотосинтезирующий микроорганизм. Такая бактерия, способная генерировать электроны в процессе фотосинтеза, затем сможет выдавать их на внешний электрод – и мы получим дешевую, самоподдерживающуюся и самовоспроизводящуюся, живую солнечную батарею.

 

popmech.ru

[grek 0]

Видимо? Невидимо: Управление светом

 

Представлен первый метаматериал, делающий предметы невидимыми глазу.

 

Всевозможные работы, посвященные созданию «плаща-невидимки», вернее говоря, материалу, способному сделать невидимыми укрытые за ним объекты, привлекают огромное внимание – даже несмотря на то, что все они приводят к результатам крайне несовершенным и работающим отнюдь не в видимом нами оптическом диапазоне. Все они работают лишь под определенными углами и лишь в узких диапазонах волн. Все они используют т.н. метаматериалы, искусственные структуры, обладающие необычными электромагнитными или другими свойствами, которые определяются не столько их химическим составом, сколько микроскопической структурой.

 

Аналогичный подход применили и шотландские физики – однако на этот раз им удалось довести дело непосредственно до видимого глазу оптического диапазона. Теперь – невидимого. Многократно отражаясь от внутренних поверхностей структуры метаматериала, свет как бы огибает его, надежно укрывая все, находящееся внутри.

 

В сравнении с предыдущими работами эта действительно прорывна, хотя бы потому, что создать структуру, подходящую для видимого диапазона, сложнее, чем для более длинных инфракрасных или микроволн. «Изгибающие» свет структуры должны иметь размер, соизмеримый с длиной волны, и должны отличаться высокой упорядоченностью. Так что для видимого света структуры должны быть, в прямом смысле слова, наноструктурами. Группе Андре Ди Фалко (Andrea Di Falco) это удалось, готовый прототип уже получил название Metaflex, и ученые приступили к изучению оптических свойств этой гибкой прозрачной пленки.

 

popmech.ru

[Skean 5]

Ученые нашли причину неизлечимости ВИЧа

 

Недавно ученые выяснили причину, по которой человечество не могло излечить ВИЧ. Согласно предоставленной учеными информации, даже после курса лечения с использованием самых современных лекарств ВИЧ в крови зараженного человека обнаружить не удается, однако это не значит, что заболевание полностью отступило. Через некоторое время после лечения вирус вновь проявляется. Такое поведение вируса обуславливается тем, что он способен избегать полного уничтожения и выведения из организма. Это достигается благодаря тому, что вирус инфицирует клетки костного мозга и там «пережидает» действие вводимых медикаментов. Открытие группы специалистов под руководством Кэтлин Коллинз из Мичиганского университета в Энн-Эрбор (США) объясняет неудачи ученых, которые на протяжении многих лет пытались разработать лекарство для уничтожения и выведения из организма вируса иммунодефицита. Ранее было доказано, что ВИЧ обладает способностью инфицировать гематопоэтические клетки иммунной системы и оставаться внутри них в латентной форме. Иными словами, после того, как вирус проникает в такую клетку, он остается в «режиме ожидания», благодаря чему его не замечает иммунная система организма. Теперь специалисты приступили к разработке лекарства, которое поможет обнаружить вирус внутри гематопоэтических клеток — и уничтожить его иммунной системой человека.

http://novostinauki.ru/

Змінено 22 листопада, 2010 користувачем grek