Помоги проекту - поделись книгой:
Когда руководитель проекта Вэнь Цзюньсе с помощью пинцета стал помещать под излучатель, создающий воздушные колебания при длине волны 20 мм, мелкую живность: муравьев, пауков, жуков, пчел, головастиков, маленьких рыбок, под влиянием ультразвуковой вибрации они «прыгали» вверх и зависали в воздухе до 30 минут.
По словам Вэнь Цзюньсе, результаты опыта могут подвигнуть ученых на важные открытия в области биофизики. Кроме того, он позволил себе предположить, что некоторые сказочные персонажи — например, ведьмы, летавшие в ступах и на метлах, — в силу неких природных аномалий могли быть источником подобных невидимых волн и с помощью вибраций преодолевали силу притяжения.
Ну, а ты лично в Бабу Ягу веришь? — задали журналисты вопрос юной исследовательнице.
— Я ее сама, конечно, не видела, — ответила Наташа. — Но не все же в сказках — сплошные небылицы…
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
«Радиоастрон» готовится к работе
У этого космического телескопа оказалась непростая судьба. Работа над ним началась около 12 лет тому назад. Но довести ее до конца все никак не удавалось — то денег не было, то преодоление тех или иных технических трудностей требовало больше времени, чем полагали сначала, то был очередной перерыв в космических запусках…
Но вот наконец в июле 2011 года спутник «Спектр-Р» с полезной нагрузкой около 2600 кг, из которых 1500 кг пришлось на раскрывающуюся параболическую антенну, а остальное на электронный комплекс, содержащий приемники космического излучения, усилители, блоки управления, преобразователи сигналов, систему передачи научных данных и т. д., был запущен.
Сначала ракета-носитель «Зенит-28Б», а затем разгонный блок «Фрегат-2СБ», вывели спутник на вытянутую орбиту вокруг Земли высотой около 340 тыс. км.
Казалось бы, создатели аппаратуры из НПО им. Лавочкина вместе с Главным конструктором Владимиром Бабышкиным могли вздохнуть свободно. Да не тут-то было!.. Поначалу операция по раскрытию антенны, которая состоит из 27 лепестков, находившихся во время транспортировки в сложенном состоянии, намечалась на 22 июля. Процесс раскрытия лепестков занимает приблизительно 30 минут. Однако сразу процесс не пошел, и завершено раскрытие параболической антенны радиотелескопа было лишь на следующий день.
Но теперь «зонтик» диаметром в 10 метров раскрыт полностью. Это позволит получать изображения, координаты и угловые перемещения различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением. После раскрытия зеркала приемной антенны космическому радиотелескопу требуется около трех месяцев для синхронизации с земными радиотелескопами. Дело в том, что работать он должен не в одиночку, а синхронно с наземными приборами — двумя стометровыми радиотелескопами в Грин-Бэнк, Западная Виргиния, США, и в Эффельсберге, Германия, а также знаменитой радиообсерваторией Аресибо в Пуэрто-Рико.
Направленные одновременно на один и тот же звездный объект, они будут работать в режиме интерферометра. То есть, говоря проще, с помощью компьютеров, полученные данные сведут воедино. И полученная картина будет соответствовать той, что могла быть получена от радиотелескопа, диаметр антенны которого был бы на 340 тыс. км больше диаметра Земли.
Разрешение, которого можно добиться с помощью «Радиоастрона», будет как минимум в 250 раз выше, чем можно добиться с помощью наземной сети радиотелескопов, и более чем в 1000 раз выше, чем у космического телескопа «Хаббл», — подчеркнул один из создателей уникального комплекса, директор Академического космического центра ФМАН, академик РАН Николай Кардашев.
УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Можно ли жить в черной дыре?
Черные дыры — это, пожалуй, самые загадочные небесные объекты во Вселенной. Они обладают столь сильным тяготением, что, оказавшись вблизи него, любой звездолет, планета или звезда будут безвозвратно втянуты внутрь. Сильнейшее гравитационное поле не дает вырваться даже световому лучу, отчего дыру и называют черной. Тем не менее, ученые предполагают, что внутри черных дыр могут существовать целые звездные системы с планетами, на которых может возникнуть жизнь.
Однако на практике черных дыр пока никто не видел, и ученые описывают их, опираясь на теории. Так, несколько лет назад знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг доказал с помощью уравнений, что дыра вовсе не всемогуща. От нее может исходить рентгеновское излучение. И некие таинственные источники такого излучения уже обнаружены исследователями.
Более того, некоторые теоретики допускают, что тело, попавшее в черную дыру, не пропадает окончательно, не распадается на элементарные частицы, как полагали ранее, а просто переходит в другое пространственное измерение, где время идет совершено по-другому и физические законы совсем не те, что в нашей Вселенной.
Материальные тела из нашего мира внутри черной дыры могут попасть на особые орбиты внутри ее, которая тоже представляет собой своего рода вселенную. «Собственно, почему бы и нет? — говорят теоретики. — Черная дыра — это не звезда, не планета, а некая точка, то есть микроскопическое образование, перед которым атомы — просто астрономические гиганты. Иными словами, это своего рода пылинка, сосредоточившая в себе чудовищную массу в сотни, а то и в миллионы солнечных масс и окруженная чистейшим вакуумом. А окружает ее некая воображаемая сфера, за пределы которой, по законам релятивистской динамики, не может вырваться даже свет…»
Внутри этой сферы со своим пространством и временем, если верить ученым, и могут твориться всякие чудеса. О такой возможности еще в начале прошлого века говорил петербургский физик Александр Фридман, осмелившийся спорить с самим А. Эйнштейном, причем последний признал правоту нашего ученого. А другой российский исследователь, академик А.А. Марков, даже описал математически условия, при которых такие миры (Марков назвал их фридмонами), способны существовать.
И вот ныне сделан следующий логический шаг. Профессор Московского Института ядерных исследований РАН, доктор физико-математических наук Вячеслав Иванович Докучаев математически показал, что у некоторых черных дыр могут быть стабильные орбиты для фотонов и нейтральных частиц. Фотон, пролетая мимо звезды, немного отклоняется в сторону под действием ее тяготения; а попав в гравитационную ловушку черной дыры, вообще может закрутиться вокруг нее по орбите, наподобие спутника.
Ученый предполагает, что внутри черных дыр существуют не только мелкие частицы, но и целые системы, наподобие нашей — Солнечной, с целым рядом планет и спутников, которые движутся по своим орбитам. Среди них и могут найти себе прибежище развитые цивилизации.
Докучаев задался вопросом: можно ли находиться внутри черной дыры, не распадаясь на частицы и не улетая в другую вселенную? Иными словами, есть ли такие орбиты для фотонов и других частиц, которые находятся полностью внутри черной дыры. И он такие орбиты нашел. «Фактически я ничего принципиально нового не придумал, — заявил Докучаев в беседе с журналистами. — Я просто детализировал то, что было известно раньше, и показал, что подобные орбиты могут быть только у вращающихся черных дыр».
По его расчетам, если вращается черная дыра, набравшая более миллиона солнечных масс, наподобие той, что находится в центре нашей Галактики (4 млн. солнечных масс), то внутри ее для фотонов и для нейтральных частиц могут существовать стабильные периодические орбиты. Для фотонов это орбиты круговые. У нейтральных частиц — нейтронов, молекул и даже планет вроде Земли — орбиты сложнее, они напоминают собой вращающуюся розочку. По словам Докучаева, орбиты эти не замкнуты, что, собственно, и не удивительно — орбита Земли, например, тоже не замкнута.
Планета наша, строго говоря, обращается вокруг Солнца по некой спирали. И самый главный вывод, который можно сделать из расчетов В. Докучаева: на планетах, движущихся по таким внутренним орбитам, может существовать жизнь.
Запредельной гравитации, царящей внутри черных дыр, жители таких планет не почувствуют, поскольку фактически будут все время находиться как бы в состоянии свободного падения. А все чудеса, связанные с пространством-временем, будут существовать только для стороннего наблюдателя, но не для них самих. Их планета будет вращаться вокруг центральной точки, словно Земля вокруг Солнца. И на ней никогда не будет ночи, поскольку в дополнение к свету, идущему от центра, ее будут освещать фотоны, движущиеся по своим стабильным орбитам.
Правда, сам Докучаев не утверждает того, что в таких условиях в черной дыре может зародиться жизнь. Он лишь предполагает, что внутри черной дыры может найти себе прибежище цивилизация, попавшая туда волею судеб уже в развитом состоянии.
«Цивилизации такого рода, — говорит ученый, — по уровню развития должны обгонять нас на миллионы, если не на миллиарды лет. Если вдруг по каким-то причинам они захотят укрыться в черной дыре, то могут поселиться на уже существующей планете, а смогут остаться и в собственной «сфере Дайсона».
Такие сферы еще в середине прошлого века придумал известный американский физик Фримен Дайсон в качестве транспортного средства для межзвездных путешествий. По размеру эти сферы могут быть сравнимы с планетами или даже располагаться вокруг них этакой замкнутой защитной оболочкой. А внутри них могут жить сотни тысяч и даже миллионы людей, воспроизводя свой род поколение за поколением, пока не достигнут цели. И уж они-то, с их уровнем развития науки и техники, смогут справиться с прожигающим светом внутри черной дыры.
Итак, в черной дыре тоже возможна жизнь… Воистину физики могут додуматься до вещей, которые и не снились фантастам. Впрочем, Докучаев подчеркивает, что от фантастики его работа далека, поскольку все его расчеты основаны на известных физических законах.
Жалко только, что пока нельзя практически проверить гипотезу российского ученого, слетав в гости к жителям черных дыр. Ведь никто еще не сумел разглядеть толком и сами дыры. Некоторые исследователи до сих пор сомневаются в их существовании. Тем не менее, не зря же, наверное, говорят, что истинными оказываются как раз самые безумные теории.
ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Нож не режет, пуля не берет!
Исследователи Голландии под руководством биохимика и дизайнера Джалилы Эссаиди смогли, казалось бы, невозможное. Они нашли способ сделать пуленепробиваемой человеческую кожу. Причем помогали им в этом… паук, коза и генетика. А дело было так…
Мы вам уже рассказывали (см. «ЮТ» № 2 за 2003 г.), как канадские и американские ученые внедрили в геном козы гены паутины, смогли получить козье молоко, которое теперь может быть использовано для создания… прочных бронежилетов и наложения послеоперационных швов.
Паучий же ген понадобился вот для чего. Природа создала множество материалов с удивительными свойствами. Взять, к примеру, обыкновенную паутину. Ее нити способны вытягиваться на треть своей длины, впятеро прочнее стали на разрыв и при этом несравненно легче.
Справедливости ради надо отметить, что речь идет лишь об одном сорте паутины — нити основы, самой прочной и толстой (около 5 мкм), из которой некоторые виды пауков строят каркасы ловчих сетей. На самом деле самка паука может делать семь видов паутинного шелка: их выделяют разные железы насекомого, и предназначены они для разных целей, поэтому их структура и свойства сильно отличаются.
В свое время, использовав паутину крупных тропических пауков, искусные ткачи смогли соткать тончайшие, но очень прочные перчатки для Наполеона. Узнав, из чего сделан подарок, император тут же загорелся идеей оснастить свой флот паутинными парусами. Однако расчет показал: даже пауки всей Земли не в состоянии наткать паутины, чтобы обеспечить парусным вооружением хотя бы один корабль.
С той поры исследователи стараются заменить паутину ее искусственным аналогом. Однако синтезировать материал, из которого сделана паутина, долгое время никому не удавалось. Дело в том, что, как показал анализ, паучий шелк — сложнейший композиционный материал, состоящий из двух видов белков. Молекулы эти весьма хитро переплетены, причем часть белка находится в аморфном состоянии, а часть (от 30 до 45 %) — в виде кристаллов: первые обеспечивают эластичность, а вторые — прочность. Сделать такой материал, что называется, вручную невозможно. И тогда исследователи монреальской компании «Нексиа биотекнолоджиз» пошли обходным путем — вывели породу коз, в геном которых встроены гены паука, отвечающие за выработку паутины. Выработанный ими протеин и стал основой для получения легкого и прочного волокна, которое президент фирмы «Нексиа» Джеффри Тернер назвал «биосталью».
Кстати, подобные работы ведутся и в России. В Государственном научно-исследовательском институте генетики и селекции промышленных микроорганизмов под руководством доктора биологических наук, члена-корреспондента РАН Владимира Георгиевича Дебабова расшифровали ген, ответственный за выработку паутинного белка у крестовика уемуры — крупного, размером в полкулака, паука, обитающего на Дальнем Востоке. Затем ученые сумели синтезировать аналог этого гена. Синтезированный ген встроили в геном дрожжей-сахаромицетов, после чего эти микроорганизмы стали вырабатывать паутинный белок.
Ученые сумели выделить его из дрожжей в достаточных количествах, очистить, подобрать для него растворитель и сделать тончайшие пленки на стекле, которые были подвергнуты затем всестороннему изучению. Исследования показали, что в полученных пленках прослеживается та же структура, что и в природной паутине. Другими словами, ученым удалось получить аналог природного композиционного материала. Технологические решения по части прядения разрабатывают ученые в научно-исследовательском центре «Углехимволокно» (г. Мытищи). Впрочем, исследователи еще тогда, около десяти лет назад, полагали, что проведенные исследования — лишь первый шаг на пути к промышленной технологии, когда из наработанного микроорганизмами белка можно будет делать тончайшие нити. «Рукотворную» паутину предполагалось использовать для изготовления легких и надежных бронежилетов, частей летательных аппаратов, в строительстве и медицине…
Однако даже сами дерзкие исследователи не додумались, что вместо бронежилета можно сделать пуленепробиваемой саму кожу человека или, скажем, полицейской собаки. И вот ныне этот следующий шаг сделан в Голландии. Проект носит название «2,6 г, 329 м/с». Это стандартный вес и скорость пули, выпущенной из винтовки 22-го калибра. На эти характеристики рассчитан самый мощный бронежилет.
В лабораторных условиях исследователи смогли совместить человеческую кожу и паучью нить. Получившийся материал при этом действительно способен наделить людей суперспособностями. Например, отражать пули калибра 5,66.
Испытания показали, что кусок синтетической кожи, выращенной в лаборатории, выстоял под ударом свинца. Ради этого момента, который можно увидеть только при замедлении сверхскоростной съемки, ученые со всего мира упорно трудились около года.
«Когда выяснилось, что паутину можно использовать для производства бронежилетов, я подумала: «Зачем себя ограничивать?» — рассказала о том, как родилась идея, руководитель проекта Джалила Эссаиди. — Почему бы не вживить паутинную нить сразу в человеческую кожу? Если бы гены пауков стали частью нашего генома, то люди, наверное, стали бы пуленепробиваемыми?»
Заданные вопросы требовали ответов. Однако эксперименты с человеческим геномом в мировой науке запрещены, так что материал решили синтезировать в лаборатории. Искусственную кожу ученые выращивают уже давно. А как добавить гены паука, рассказали американские генетики из университета штата Юта, которые освоили опыт канадцев.
Шесть месяцев работы, использование генетически модифицированных насекомых и специального текстильного оборудования — все это только для того, чтобы произвести небольшой кусочек ткани. Получился материал, который превосходит по своим качествам кевлар, который сейчас используют в производстве бронежилетов.
Следующий этап — пересадка куска пуленепробиваемой кожи живому человеку. Добровольцев, несмотря на этическую сомнительность открытия, нашлось множество.
Но военные не заинтересовались шедевром биотехнологии. Во-первых, потому, что создавать бронежилеты намного дешевле, чем искусственную кожу, которую затем еще надо вживлять людам. Во-вторых, неизвестно, как затем поведет себя пересаженная кожа. В-третьих, как показал опыт, в те же кевларовые жилеты приходится монтировать вставки из особо прочной керамики, иначе пуля, даже не пробив кевлар, может все же нанести человеку увечье.
В общем, как сказал Абдул эль-Галбзуриа, профессор Центра медицины университета Лейдена, «с научной точки зрения, гораздо интереснее и важнее выяснить, как клетки кожи уживаются с паутиной, чтобы мы могли научиться пересаживать эту кожу жертвам ожогов или использовать те же нити в хирургии для наложения швов, чем мудрить с бронежилетами». Да и сама Джалила Эссаиди созналась, что главная цель их работы — привлечь внимание публики к возможностям современной биотехнологии.
ПРЕМИИ
Почти кристаллы
Лауреатом Нобелевской премии по химии за 2011 год стал ученый из Израиля Даниель Шехтман за работу, которую в 1982 году сделал практически в одиночку.
Путь профессора в науку был вполне традиционен. Дан Шехтман родился в 1941 году в г. Тель-Авиве. В 1972 году окончил Израильский технологический институт в Хайфе. С тех пор он работает в том же институте исследователем. Кроме того, Д. Шехтман — профессор израильского технологического института Технион в Хайфе, а также сотрудник департамента энергетики США и профессор в Университете штата Айова.
Свою награду он получил «за открытие квазикристаллов». Так сказано в пресс-релизе Нобелевского комитета. Однако обосновавшие свое решение члены этого комитета сочли необходимым пояснить, что профессор из Хайфы открыл нечто, что «потрясает основы представления о том, как устроено твердое тело».
И вот здесь, наверное, необходимы пояснения. А дело было так. В начале 1982 года Шехтман был отправлен на научную стажировку в США, в Национальное бюро стандартов. Здесь он и проводил эксперименты по изучению кристаллической решетки сплава алюминия и марганца с помощью электронного микроскопа.
Всем, наверное, известно, что любой объект в нашем мире, даже мы с вами, состоит из молекул и атомов. В твердых телах атомы расположены в строгом порядке, определяемом так называемой кристаллической решеткой. Увидеть эту решетку невооруженным глазом нельзя — уж слишком невелики атомы и расстояния между ними. И микроскоп, даже электронный, помогает слабо. А потому судят о строении решетки еще и по данным рентгено-структурного анализа.
Каждый, кто хоть однажды видел медицинские рентгеновские снимки, согласится, что понять по ним, какой орган где расположен и какой здоров, а какой болен, не каждому по силам. Анализом рентгенограмм занимаются в медицине особые специалисты.
Таким специалистом, только в области структуры сплавов, и стал Шехтман. Во время своих опытов он пропускал через образцы пучки электронов. Некоторые из электронов при этом сталкивались с атомами, изменяли траекторию своего полета (то есть, говоря иначе, осуществлялась дифракция пучка электронов), и на дисплее возникало некое изображение структуры сплава.
Исследователь заметил, что изучаемая им структура хорошо упорядочена, но в то же время и необычна.
Шехтман увидел окружности, образованные 10 яркими точками. Из теории ему было известно, что кристаллическая решетка обычно дает 2, 3, 4 или даже 6 точек, но никак уж не 10. Он повторил эксперимент и получил ту же картину. Д. Шехтман сделал запись о странном явлении в своем рабочем дневнике и тем самым точно датировал открытие — 8 апреля 1982 года. Продолжая эксперименты, Д. Шехтман вскоре получил дифракционный рисунок из 5-точечных окружностей, что тоже было против кристаллографических закономерностей.
Не поделиться своими результатами с американскими коллегами Дан Шехтман не мог. Но ему… просто не поверили. А когда исследователь написал статью о своей работе и отправил ее в редакцию научного журнала, рукопись была отвергнута примерно с той же формулировкой.
Д. Шехтман вернулся в Израиль и разослал копии рукописи своим коллегам в разных странах с просьбой проверить его эксперименты. И два года спустя двое других исследователей — Джон Кан и Жерве Гратиа — получили такую же картину. Статью Д. Шехтмана и его коллег принял к публикации журнал
Так мир узнал о существовании квазикристаллов.
Такое название они получили потому, что их кристаллическая решетка обладает осями симметрии разных порядков: это ранее противоречило представлениям кристаллографов. В настоящее время обнаружено около сотни разновидностей квазикристаллов, имеющих точечную симметрию икосаэдра, а также десяти-, восьми- и двенадцатиугольника (см. рис.).
Поделиться книгой: