Юный техник, 2011 № 08

В общей сложности работы по проекту Deep Carbon Observatory займут около десяти лет.

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!

Молекулярная гастрономия, или как алхимики наших дней узнали, что творится в кастрюле

Мы редко задумываемся, что происходит в кастрюле или сковородке во время приготовления того или иного блюда. И напрасно. От того, насколько правильно протекает физико-химический процесс на плите, во многом зависит не только вкус, но и полезность пищи для нашего организма.

К такому выводу пришли британский физик Николас Курти и французский химик Эрве Тис. Они долгие годы занимались изучением явлений, происходящих при разного рода кулинарных трансформациях, создав в конце концов новую область науки, которую назвали «молекулярной гастрономией».

В конце XIX века знаменитый химик того времени Пьер Бертло предсказал, что к 2000 году человечество откажется от традиционной пищи и перейдет на питательные таблетки. И ошибся. Даже в космосе люди не питаются из тюбиков, а перешли на обычные блюда. Ведь человеку, кроме питательных веществ, требуются вкус и аромат еды, красота сервировки и приятная беседа за столом.

Тем не менее, весной 1988 года упомянутые в начале британец и француз пришли к выводу, что за прошедшие тысячелетия цивилизации люди так и не удосужились разобраться, что же происходит в кипящей кастрюле. А потому поставили перед собой множество вопросов и попытались ответить на них. Например, при какой температуре и сколько времени надо варить куриные яйца? Почему варенье надо варить в медном тазу? По какой причине фрикадельки и пельмени всплывают, когда доходят до состояния готовности?..

Понятно, что для любой хозяйки важно не подробное описание с формулами, что именно происходит в кастрюле. Ей нужен надежный рецепт желаемого блюда и конечный результат — скажем, вкусный борщ. Однако все продукты, которые мы используем на кухне, состоят из молекул и при приготовлении того или иного блюда, хотим мы того или нет, они вступают между собой в химические реакции. Посолил суп — и хлорид натрия (в просторечье — поваренная соль) тут же начинает взаимодействовать с остальными ингредиентами раствора. Повар же, как правило, об этом не думает, он часто действует по наитию, руководствуясь своим вкусом и чутьем. Видимо, поэтому поварское искусство иногда представляют как своего рода модернизированный вид алхимии.

Впрочем, гастроном-любитель Николас Курти на самом деле не алхимик, а профессор физики на кафедре низких температур в Оксфорде. Более того, он даже вице-президент Лондонского Королевского общества — аналога нашей Академии наук. Так что, являясь авторитетным ученым, он мог себе позволить такое высказывание: «Мне очень жаль, что мы знаем больше о том, что происходит на молекулярном уровне внутри самой далекой звезды, чем внутри обычного суфле».

Французский ученый Эрве Тис тоже многое знает. Если повара прислушиваются к своей интуиции, то профессор внимает формулам и точным расчетам. Он постигает секреты кулинарного искусства с помощью электронного микроскопа и прочего современного оборудования. И уже сделал немало маленьких открытий.

Например, по мнению Тиса, яйца относятся к основным продуктам питания. «Тот, кто может сварить или поджарить яйцо, сможет приготовить любое мясное блюдо», — считает исследователь.

Яичный белок, отмечает он, на 10 % состоит из протеинов, которые представляют собой длинные цепочки из аминокислот, свернутые в клубок и плавающие в воде. Свет может легко проходить через них, поэтому белок кажется нам почти прозрачным. При температуре 42–62° белок сворачивается. Образуется гель, который можно представить в виде упругого каркаса из молекулярных цепочек, содержащих множество маленьких капсул, наполненных водой. Это образование способно отражать лучи света, поэтому гель видится нам уже белым.

Но это, так сказать, голая теория. Исходя из нее, Тис пришел к выводу, что яйца вообще варить… не нужно — для того чтобы они были готовы к употреблению, им достаточно температуры 70 °C. А можно обойтись и вовсе без нагревания, полагает французский ученый. Белки можно денатурировать. Для этого достаточно просто долить к яичному белку немного этилового спирта, перемешать, и он сразу же превратится в белую массу.

Но если белок начинает сворачиваться при температуре 42 °C, зачем же мы ставим омлеты в духовку, разогретую до 160 °C? Ученый объясняет, что только при достаточно высокой температуре мы сможем связать одним яйцом максимальное количество жидкости, чтобы получить классический гель. Кроме того, высокая температура позволяет нам обезопаситься от вредных микробов, которые имеют свойство иной раз поселяться в яйцах.

В рецептах французского исследователя-кулинара есть и еще одна молекулярно-гастрономическая особенность: Тис использует меньше яиц, чем это принято по традиционным рецептам. Химик объясняет, что большое количество яиц негативно отражается на вкусовых качествах приготавливаемых блюд, так как ароматические молекулы соединяются с яичными протеинами и теряют свой запах.

Молекулярная гастрономия предложила столь необычные технологии, что вызвала у кулинаров живой интерес. И нашла, естественно, как сторонников, так и противников.

Одним из самых пламенных сторонников «инновационной» гастрономии стал известный испанский ресторатор из Каталонии Ферран Адриа. А французский кулинар Пьер Ганьэр почти каждый месяц пробует на своей кухне какое-нибудь из новшеств Эрве Тиса. «Речь идет не о том, чтобы поставить химию выше кулинарного искусства, а о том, чтобы придать этому искусству больше средств выражения», — говорит он.

Мода на молекулярную кулинарию дошла и до России. Одним из первых ее подхватил Анатолий Комм. В итоге теперь в заведениях общепита многих городов России можно попробовать кофе в виде печенья, чай в виде желе, мороженое со вкусом ветчины… Все выглядит необычно и нравится далеко не всем. Но есть и те, кто в полном восторге от такой еды.

Тьерри Маркс — еще один сторонник молекулярной кухни — пытается примирить сторонников и противников нового кулинарного течения. «Я вовсе не за пробирки и шприцы на разделочном столе, — говорит он. — Но мне, например, интересно знать, каким образом можно приготовить совершенно новые блюда из всем известных продуктов»…

Кухня всегда соответствует времени и обществу, в котором она развивается, считает Т. Маркс. К середине нынешнего века молекулярная кулинария тоже может стать традиционной и ей на смену придет еще что-то куда более необычное…

Подробности для любознательных

ЧТО ТВОРИТСЯ В ПИРОГЕ?

При выпечке пирогов важен не только талант кулинара, но и точное соблюдение им законов взаимодействия белков, сахара и жира при разных температурах, полагают британские исследователи.

Главный компонент муки — крахмал. Плюс два очень важных белка, которые вместе с водой образуют сетчатую структуру под названием клейковина. Она придает тесту упругость. Вначале надо положить в сухую муку небольшие кусочки замороженного масла или лярда (топленого свиного сала). Затем добавляют ледяную воду. Она увлажняет муку и слегка сцепляет белки клейковины. Поскольку жир отталкивает воду, в тех местах, где находятся его частички, клейковина не образуется.

«Можно также сократить ее количество, используя муку из пшеницы мягких сортов, которая содержит меньше клейковины, — замечает молекулярный биофизик Вик Моррис из британского Института продуктов питания в Норидже. — Еще одно обязательное условие — как можно меньше месить тесто вручную. Теплые потные руки поднимают температуру и увеличивают влажность теста, способствуя образованию клейковины»…

Итак, тесто содержит капельки жира, окруженные каркасом из клейковины. Когда его раскатывают, эти окутанные белком капельки расплющиваются в хлопья. Таким образом, тесто состоит из наслоений клейковины и жира.

В духовке жир расплавляется и впитывается в слои клейковины, оставляя вместо себя заполненные воздухом пустоты, которые образуют хрустящую слоеную выпечку. Пока пирог сидит в духовке, часть воды испаряется через пустоты, образующиеся в результате плавления жира, оставляя вместо себя белки клейковины и гранулы крахмала. Содержание воды в тесте перед посадкой в духовку составляет 30 процентов, а после выпекания — 8 — 10 процентов. «Очень важно подсушить пирог. Тогда он будет хрустеть во рту», — уточняет Вик Моррис.

Кстати, сам звук хруста — нечто вроде микроскопического звукового удара, возникающего при преодолении звукового барьера на том же микроскопическом уровне.

ЧЕМ КОРМИТЬ УМНИКА?

«Как полопаешь, так и потопаешь», — говорит русская пословица. Питание, впрочем, сказывается не только на физической форме, но и на умственных способностях. Особенно это верно для подрастающего поколения.

Главный источник энергии для мозга — углеводы в виде глюкозы, которая обычно поступает из рафинированных продуктов (пшеничного хлеба, пирожных, конфет). Но такая глюкоза быстро поступает в кровь и столь же быстро из нее улетучивается. Полезные углеводы можно получить из зернового хлеба и бобовых.

Для концентрации внимания нашему мозгу необходимо железо. Нежирное мясо — источник железа и цинка, способствующих улучшению способности мозга к восприятию информации. Морская рыба опять-таки содержит полезную для деятельности мозга жирную кислоту омега-3. Полезны также рыбные консервы, в которых много кальция и фосфора.

Молочные продукты богаты протеином и витаминами группы В — важными компонентами роста мозговой ткани, образования нейротрансмиттеров и энзимов. Кроме того, это источник кальция.

В куриных яйцах особенно полезны желтки, содержащие холин. Это вещество входит в состав лецитина, который, в свою очередь, способствует работе памяти.

Очень полезны фасоль, горох и чечевица. Они являются поставщиками сложных углеводов. Яблоки очищают организм от шлаков и нормализуют обмен веществ.

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

КЛУБНИКА СТАНЕТ ВКУСНЕЕ. Расшифровать генетический код клубники удалось международной группе ученых. Установлено, что лесная клубника содержит 35 тысяч генов и по этому показателю почти на треть превосходит код человека, в котором «всего» до 25 тысяч генов. А поскольку клубника генетически близка к таким фруктам, как яблоки, груши, персики и малина, то раскрытие ее генетического кода позволит улучшить и их качество.

«Заложены основы для создания фруктов, которые обладают повышенной устойчивостью к вредителям, требуют меньше удобрений, способны лучше храниться, имеют более привлекательный запах, вкус и аппетитнее выглядят», — сказал один из участников исследования, английский профессор Тодд Моклер.

ЦЕНТР ОБЩИТЕЛЬНОСТИ. Ученые обнаружили в человеческом мозге «центр общительности», от величины которого зависит, как много у человека друзей в реальной жизни или на страницах социальных сетей. Как сообщает английский журнал «Нейчур нейросайенс», исследования, которые провели ученые из Медицинской школы Гарвардского университета под руководством доктора Лайзы Фельдман-Барретт, показали, что активность человека в общественной жизни оказалась напрямую связана с участком мозга под названием миндалевидное тело.

В нашей голове находится два таких участка, напоминающих миндалину, один в левом, другой в правом полушарии. Науке известно, что эти районы мозга связаны с эмоциональным восприятием. Миндалевидные тела участвуют в выполнении нашим мозгом таких функций, как интерпретация выражения лица собеседника, реакция на видимые угрозы, а также принятие решения по поводу того, стоит ли доверять незнакомому человеку.

Ученые замерили размеры парных миндалевидных тел мозга при помощи метода магнитно-резонансной томографии у 58 человек. После этого участникам эксперимента был задан вопрос о том, с каким числом людей они находятся в регулярном контакте. Выяснилось, что наиболее активные контакты с окружающими и наибольшее число друзей и знакомых имели люди с более крупным миндалевидным телом.

Правда, ученые пока не знают, что является причиной, а что следствием. Возможно, более развитый «центр общительности» помогает человеку находить новых друзей, но не исключено, что именно активная социальная и светская жизнь ведет к увеличению этой части человеческого мозга.

МУРАВЬИ-ЧИСТЮЛИ. Европейские лесные муравьи собирают кусочки смолы для дезинфекции своего жилища. Такое открытие сделали биологи из Университета в Лозанне, обнаружив в большом муравейнике около 20 кг смолы хвойных деревьев. Создав затем несколько экспериментальных муравейников — со смолой и без, — исследователи выяснили, что в муравейниках, где нет смолы, втрое больше плесени и болезнетворных бактерий.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ

Телепортация в пробирках

Люк Монтанье, знаменитый нобелевский лауреат, — один из исследователей, доказавших, что СПИД вызывается особым вирусом, — выступил с заявлением, вызвавшим в научном сообществе настоящую бурю, пишет журнал New Scientist.

Говоря кратко, заявление Монтанье сводится к следующему. Ученый сообщил, что молекулы ДНК могут «телепортировать» себя на некоторое расстояние и оставлять в структуре воды свои электромагнитные отпечатки. При этом РНК, содержащиеся в водном растворе, могут принимать эти «фантомы» за настоящие молекулы, считывать с них информацию и синтезировать вполне реальные белки.

Что стоит за этим заявлением? Давайте попробуем разобраться.

Термин «телепортация» — общее название гипотетических процессов, при использовании которых объект способен перемещаться из одного места в другое практически мгновенно, не существуя в промежуточных точках между ними. Это понятие было введено в 1931 году американским писателем Чарлзом Фортом для описания странных исчезновений и появлений, паранормальных феноменов, которые, по его мнению, имели что-то общее. Он соединил греческий префикс tele- (означающий «дальность») с латинским глаголом portare (означающим «переносить»).

Хотя фантасты с тех пор использовали телепортацию в своих произведениях достаточно широко и даже придумали для обозначения этого явления еще несколько слов-заменителей — джантация, трансгрессия, нуль-транспортировка, нуль-прыжок, гиперскачок и т. д., — к настоящему времени реальная возможность таких перемещений практически не подтверждена.

На сегодняшний день единственным доказанным видом такого перемещения является телепортация квантовая. При этом вещество или энергия не переносится, однако происходит передача информации. Вообще-то это уже давно никого не удивляет — по большому счету можно сказать, что передачи теле- и радиовещения есть в какой-то мере телепортация информации через эфир.

Основой же для квантовой телепортации является существование так называемой квантовой запутанности — явления, при котором состояние нескольких объектов описывается только во взаимосвязи друг с другом. В случае квантовой запутанности изменения одного из объектов моментально сказываются на другом, даже если они находятся вдали друг от друга.

Этот эффект весьма наглядно продемонстрирован на парах электронов. Однако до сих пор ученым не удавалось экспериментально осуществить квантовую телепортацию органических структур. Этот шаг как будто и сделал в начале 2011 года французский доктор Люк Монтанье.

Эксперимент, который привел его к такому удивительному открытию, не очень сложен. Две пробирки, находящиеся рядом друг с другом, изолированы от магнитного поля Земли и подвергаются слабому электромагнитному облучению с частотой в 7 Гц. В одной пробирке содержатся фрагменты ДНК длиной примерно по сто нуклеотидов, в другой — чистая вода. Спустя 16–18 часов содержимое обеих пробирок исследовалось методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) — стандартной процедуры для поисков следов ДНК. По словам Монтанье, в обеих пробирках после этого обнаружились фрагменты ДНК. Вот, собственно, и все.

И шума бы, наверное, эти опыты вызвали гораздо меньше, если бы, комментируя их, Монтанье не вспомнил об опытах более чем 30-летней давности, утверждая, что эффект наблюдался только в том случае, если до эксперимента жидкость с фрагментами ДНК предварительно несколько раз (от 7 до 12) подвергалась десятикратному разбавлению водой. А это, в свою очередь, напоминает опубликованную журналом Nature в 1988 году работу француза Жака Бенвенисты, который разбавлял растворы с биологически активными веществами до невообразимых пропорций и делал с ними настоящие чудеса.

Про гомеопатию слышали, наверное, многие. Главный ее принцип — лечить болезни возможно малыми дозами лекарства, которое в большем количестве может вызвать явления, похожие на саму болезнь. Но где он, предел «возможно малого»? Отыскать его и поставил перед собой целью Жак Бенвениста. Проводя серию опытов с одним из лекарств, он наконец добился результата, когда концентрация раствора достигла 1:10120.

Когда несколько капель этого сверхслабого раствора добавили в пробу крови и посмотрели под микроскопом, заметили, что клетки крови среагировали так, как в присутствии сыворотки, — дегранулировали: т. е. комочки кровяных телец распадались.

Но ведь этого не может быть! Ведь в растворе такой концентрации, да еще взятом лишь частью в пипетке для опыта, скорее всего вообще нет ни одной молекулы антисыворотки. И все-таки клетки крови чувствовали ее присутствие!

Может быть, в эксперименте допущена ошибка? Об этом прежде всего подумал сам автор открытия. Он попросил своих коллег из Италии, Израиля, Канады перепроверить эффект. Во многих лабораториях были получены аналогичные результаты.

Столь неожиданный разворот событий заставляет нас вспомнить, насколько необыкновенное вещество — вода. Доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой общей и химической физики МГУ В. Киселев для объяснения подобного феномена выдвинул тогда следующее предположение. «О том, что на снегу остаются отпечатки обуви, а на льду — царапины от коньков, всем хорошо известно, — сказал он. — Кристаллы, в том числе и ледяные, способны запоминать прежние воздействия и сохранять память о них. Гораздо меньше известно, что вода и в жидком состоянии тоже обладает многими свойствами кристалла…»

«Возмутитель спокойствия» Л. Монтанье и схема его эксперимента.

Дело в том, что даже при комнатной температуре большая часть молекул воды объединена в структуры, подобные твердому льду. Есть даже теория, которая рассматривает воду как лед с большей концентрацией дефектов. Но если мы признаем наличие у жидкой воды развитой пространственной структуры, то и наличие у нее своеобразной памяти вовсе не покажется таким же удивительным, подчеркнул Киселев.

Но такая точка зрения была в то время редкостью. Большинство ученых ополчились на Бенвенисту, упрекая его во всех смертных грехах. Исследователю устроили нечто вроде суда инквизиции, фактически погубили его как ученого. Он так и не сумел восстановить свою репутацию до конца жизни.

Нынешние эксперименты Монтанье опять-таки вызвали бурю в стакане воды. Ученые тут же поделились на два лагеря. «Эксперименты с биологическим материалом крайне любопытны, и я не стал с ходу отвергать их результаты», — считает Грэг Скоулз из Университета Торонто (Канада). Физик Джузеппе Витьелло из Университета Салерно (Италия) также уверен, что описанный феномен реально существует.

Однако многие западные ученые не верят в истинность полученных данных. «Никакой «памяти» у воды нет. Невозможно создать в ней отпечаток, а тем более воспроизвести его через некоторое время», — утверждают они.

СУМАСШЕДШИЕ МЫСЛИ

Жизнь в черной дыре

Ученые высказали недавно предположение, что внутри черных дыр могут существовать целые планеты.

Такое мнение, в частности, высказал сотрудник Института ядерных исследований РАН профессор Вячеслав Докучаев, допуская, что в центре некоторых черных дыр при сочетании определенных условий возникает область, в которой возможно существование пространства и времени.

Более того, профессор Докучаев утверждает, что в некоторых черных дырах могут быть даже планеты, на которых есть жизнь. Развитые цивилизации могут спокойно существовать внутри особо крупных черных дыр в ядре галактики и одновременно оставаться невидимыми снаружи, полагает он.

И это еще не самая «сумасшедшая» гипотеза наших дней. Американский физик Никодем Поплавски также предложил теоретическую модель, согласно которой наша Вселенная расположена внутри черной дыры, сообщает журнал Physical Review Letters. Ученому удалось показать, что все астрономические черные дыры можно рассматривать как входы в червоточины Эйнштейна — Розена. Эти объекты представляют собой гипотетические тоннели, соединяющие различные регионы пространства.

Поплавски полагает, что тоннели соединяют между собой черные дыры с белыми. При этом внутри такой червоточины возникают условия, напоминающие расширяющуюся Вселенную, аналогичную наблюдаемой нами. Из этого следует, что и наш мир может оказаться просто внутренней частью какой-то червоточины.

Интересно, что о подобном устройстве Вселенной говорил еще в 20-е годы прошлого столетия теоретик Александр Александрович Фридман. Он родился в 1888 году в Санкт-Петербурге. В городе на Неве прошла и вся его короткая, но яркая жизнь. Закончив Петербургский университет, Фридман в 1920 году заинтересовался общей теорией относительности Эйнштейна. Причем он быстро овладел ее понятиями настолько, что уже в 1922 году была опубликована первая из его двух статей, которые положили начало отечественной космологии. Она называлась «О кривизне пространства».

С тех пор как общая теория относительности получила признание, в словаре многих физиков появились такие необычные понятия, как «кривизна пространства», «замкнутый мир», «незамкнутый мир», писал Фридман. Попробуем понять, что это такое.

Если на плоский лист железа поставить гирю, то он заметно искривится. Причем степень искривления будет увеличиваться по мере приближения к гире. Двухмерный мир (лист тонкой жести) нетрудно изогнуть (хотя бы при помощи гирь) таким образом, что получится какая-нибудь незамкнутая поверхность — например, нечто похожее по форме на седло. А если очень уж постараться, то можно согнуть плоский лист и в замкнутую сферу. Подобным же образом, согласно Фридману, искривленное трехмерное пространство может быть разомкнутым, а может быть и замкнутым. Каким именно оно станет, зависит от многих обстоятельств.

Например, если плотность материи в таком мире будет ниже некой критической величины, то он окажется незамкнутым и сможет расширяться до бесконечности. И луч света, выпущенный из какой-либо точки внутри его, никогда не вернется назад, разве что отразится, натолкнувшись на какую-либо преграду. Если же плотность вещества превысит некоторое критическое значение, то пространство окажется замкнутым. Оно будет то расширяться, то сжиматься, не выходя все-таки за некоторые пределы.

Для наглядности такой пульсирующий замкнутый мир мы можем представить, скажем, в виде баскетбольного мяча, внутри которого то раздувается, то спускает воздух резиновая камера. Само собой разумеется, что при всем старании нам вряд ли удастся раздуть камеру больше внутреннего объема покрышки. Только в теории Фридман имел дело с более многомерным пространством, чем мы в своей аналогии. И в таком замкнутом пространстве свет, направленный в одну сторону, сможет облететь всю полость и вернуться с другой стороны, так и не вырвавшись наружу.

Академик А.А. Марков, попытавшийся описать подобный мир математически, назвал такие образования фридмонами — в честь Фридмана. Удивительные вещи должны происходить в замкнутом мире, полагал академик. Полностью замкнутый мир, по идее, никак не проявляет себя вовне: из него не проникают наружу даже световые лучи. Значит, снаружи он должен представлять для стороннего наблюдателя нечто, не имеющее ни размеров, ни массы, ни электрического заряда.

Но если в каком-то месте средняя плотность материи в замкнутом пространстве меньше критической, то полностью замкнутого мира в данном случае не получается. Получится почти замкнутый. Между двумя мирами образуется нечто вроде коридора или тоннеля, по которому они могут сообщаться между собой. Таким образом, в нашем воображении вырисовывается картина, на описание которой решился бы не каждый фантаст. Быть может, и наша Вселенная со всеми ее солнцами, млечными путями, туманностями, квазарами — всего лишь один из фридмонов.

Впрочем, фридмоны не обязательно должны заключать в себе только гигантские мироздания. Их содержимое может быть и более скромным: например, содержать в себе «всего лишь» одну галактику, звезду… Или даже несколько граммов, несколько сотых грамма вещества. Самое удивительное, что при всем этом все фридмоны внешне могут выглядеть совершенно одинаково.