Помоги проекту - поделись книгой:
Нынешний «Клипер» состоит из двух отсеков — возвращаемого или спускаемого аппарата и агрегатного или орбитального отсека. Возвращаемый аппарат массой 9,8 т представляет собой конус, составленный из трех частей. Причем одна из боковых сторон (нижняя при посадке) наплывами выровнена под своего рода «лыжу». Сам нос затуплен для лучшего рассеивания кинетической энергии торможения в атмосфере. Вокруг него видны узлы крепления двигателей системы аварийного спасения, срывающих корабль с ракеты в случае аварии.
В самом аппарате два отсека. Впереди — двигательный, в котором установлены ракетные двигатели системы ориентации и управления спуском и баки с топливом для них, за ним — отсек экипажа, в креслах которого разместятся шесть космонавтов. Причем только двое из них будут непосредственно заняты управлением «Клипером» — так что остальные четверо могут быть научными работниками или просто космическими туристами.
Люк в задней стенке возвращаемого аппарата связывает его с агрегатным отсеком массой около 4,5 т. В нем расположены двигатели орбитального маневрирования, топливо для них, система электропитания, а также оборудование, необходимое для работы на орбите, и припасы.
В случае необходимости обитаемая часть агрегатного отсека будет использоваться и как шлюзовая камера для выхода в открытый космос. Таким образом, помимо транспортных рейсов к орбитальной станции, «Клипер» сможет выполнять самостоятельные полеты продолжительностью до 10 суток.
ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Стивен Хокинг: «Информация в черной дыре все-таки сохраняется…»
Многим из вас, наверное, еще памятны споры времен детского сада: «А кто сильнее — слон или кит?» И никому в то время как-то было невдомек; что ответа на этот вопрос нет хотя бы потому; что слон с китом никогда не встретятся, чтобы побороться и таким образом выяснить, кто же из них сильнее. Слишком уж разные у них сферы обитания…
Еще более странно бывает слышать, когда подобными «детскими» вопросами задаются люди вполне взрослые. Тем не менее, такое порой тоже случается. Выходит же из этого вот что…
В 1997 году известные ученые-физики — англичанин Стивен Хокинг, профессор Кембриджского университета, и американец Джон Прескилл, профессор Калифорнийского технологического института и в то же время директор Института квантовой информации, — заключили пари на полное издание Британской энциклопедии, которое проигравший должен купить выигравшему.
Суть спора состояла в следующем: что будет, если эту самую энциклопедию уронить в черную дыру? Пропадет вся заключенная в многотомнике информация или хоть что-то останется?..
Спор, начатый, можно сказать, в шутку, неожиданно для самих участников вылился в яростную научную дискуссию, которая продолжается более пяти лет и в которой на стороне каждого из участников пари выступили уже десятки физиков со всего мира.
Чтобы понять, почему так получилось, придется оглянуться в историю почти на сто лет назад. И вспомнить, что сам по себе феномен черных дыр чисто теоретически был предсказан немецким физиком Карлом Шварцшильдом в 1916 году. Ученый предположил, что где-то во Вселенной может существовать объект, который втягивает в себя все: и материю, и излучение, и, наверное, информацию тоже…
В общем, что в такую дыру упало, то пропало.
Сколько-нибудь весомо подтвердить свое предположение Шварцшильд не успел, поскольку был призван в армию и вскоре погиб на фронте (шла ведь еще Первая мировая война).
А его гипотеза, оставшаяся без защитника, подверглась критике многих теоретиков того времени. В частности, Альберт Эйнштейн до самой смерти не соглашался поверить в такую шутку природы и вообще относился с большим подозрением к самой концепции существования черных дыр.
Со временем в возможность существования таких объектов в космосе стало верить все больше специалистов. Согласно последним утверждениям астрономов, им удалось к настоящему времени обнаружить свыше 300 черных дыр. Обладая сверхмощным тяготением, дыры эти, словно вселенские пылесосы, втягивают из окружающего пространства не только пыль, газ, материю окружающих небесных тел, но даже свет и прочее электромагнитное излучение. И не выпускают назад ровным счетом ничего.
Так, во всяком случае, полагали до недавнего времени два крупнейших специалиста по черным дырам, доктор Кип Торн и доктор Стивен Хокинг. Ну а поскольку носителем информации обычно является какой-либо материальный носитель (книжная, журнальная или газетная страница, дискета или диск) или радиоволна (электромагнитное излучение), то и информация, по идее, должна исчезать в черной дыре безвозвратно.
Казалось бы, логично. Однако доктор Джон Прескилл взглянул на проблему иначе. Он утверждает, что информация никуда пропасть в природе не может. Потому как есть, мол, такой закон — сохранения информации, подобный закону сохранения энергии. Да и вообще в природе ничто ниоткуда не возникает и никуда бесследно не исчезает…
В общем, дело дошло до пари…
Если вы думаете, что космологи занимаются за счет налогоплательщиков всякими глупостями, то не торопитесь с выводами. За шуточной формой пари скрывается серьезное содержание. Ведь от того, каков окажется на самом деле исход спора, может зависеть будущее физики, да и науки вообще.
Дело в том, что ныне лучшие умы планеты бьются над объединением теории гравитации и квантовой теории в некую «теорию всего». Если такое объединение удастся, одним из следствий этого может стать появление на свет неких антигравитаторов и прочих устройств, которые встречаются сейчас только в фантастических романах.
Так что давайте присмотримся для начала к аргументам доктора Прескилла. Свое убеждение, что информация должна сохраняться, он основывает на таком факте. Уравнения квантовой теории, описывающие движение микрочастиц, обратимы во времени. Если происходит реакция, в ходе которой одна такая частица превращается в несколько других, то обратимость уравнений означает, что, рассматривая реакцию, обратную данной, можно по конечным продуктам распада восстановить исходную картину.
Понятно, если природа допускает утрату информации, такое восстановление окажется не всегда возможным: будет недоставать данных о каких-то промежуточных этапах. По мнению Прескилла, такая «утечка информации» в одном каком-то месте (пусть и в черной дыре) обязательно должна вызвать появление провалов и в других местах. Это превратилось бы в некую «информационную эпидемию», и мы давно должны были бы ее заметить.
Профессор Прескилл также связывает сохранение информации с сохранением энергии. На ранних этапах становления квантовой теории — в 20-е годы XX века — было много разговоров о том, что в микромире закон сохранения энергии, возможно, нарушается. Такие толки были вызваны результатами исследования так называемого бета-распада, в ходе которого часть энергии действительно как будто бы исчезала. Позже, однако, удалось установить: недостающую энергию уносит с собой трудноуловимая частица нейтрино. Как только ее «засекли», справедливость закона была восстановлена. А поскольку всякая передача информации неизбежно связана с затратой энергии, бесследное исчезновение информации повлекло бы за собой исчезновение соответствующей энергии. То есть, говоря иначе, «отсюда следует, что аналогично закону сохранения энергии должен существовать и закон сохранения информации», — полагает Прескилл.
На первый взгляд, против рассуждений профессора можно выдвинуть сразу несколько возражений. Ну, например, такое: все мы свидетели, что информацию можно уничтожить. В свое время сгорела, например, бесценная библиотека в Александрии. Сгорела вторая часть рукописи «Мертвых душ», уничтоженная самим автором. Горели на кострах, разведенных нацистами, лучшие произведения мировой литературы…
Тем не менее, доктор Прескилл берет на себя смелость утверждать, что даже в этом случае информация на самом деле не исчезает, а лишь превращается в языки пламени. Их форма, цвет и другие особенности зависят от сжигаемой рукописи, даже от вида и расположения букв и прочих знаков на ней. «В принципе, — говорит он, — информацию можно восстановить именно по этим языкам пламени»…
К сожалению, пока у доктора Прескилла нет конкретных рецептов, как выловить написанное из огня. Тем не менее, он утверждает, что информация, в принципе, не исчезнет бесследно даже «в конце времен», когда Вселенная умрет «тепловой смертью», достигнув максимума энтропии, когда все упорядоченные виды движения превратятся в хаотическое тепловое движение атомов и частиц. Даже в этом случае, полагает Прескилл, информация всего лишь перейдет в «иную форму».
Все это так, соглашались с Прескиллом Стивен Хокинг и его сторонники, пока дело не касалось черных дыр. Такая дыра благодаря своей огромной массе так искривляет пространство около себя, что на ее «горизонте» (той воображаемой границе, из-под которой ничто уже не может вернуться наружу) спонтанно и непрерывно возникают пары «частица — античастица». Причем если одна из частиц такой пары возникнет над «горизонтом», то она может улететь в космос, оставив своего «партнера»-неудачника «под горизонтом». Этот процесс и ведет к постепенному «испарению дыры», то есть к ее исчезновению.
Казалось бы, что это меняет? Если, как говорит доктор Прескилл, информацию можно восстановить по языкам пламени, почему бы не восстановить ее по испарению частиц? «Тут не за что зацепиться, — утверждал Хокинг. — Черная дыра не имеет волос».
Это загадочное утверждение надо понимать так: «горизонт» такой дыры абсолютно гладок, как череп лысого человека. Там нет ни одной «волосинки», которая позволила бы догадаться, что тут раньше было. Выражаясь точнее, «испарение», выходящее из черной дыры (или, как говорят, ее «хокинговская радиация»), — абсолютно бессмысленный шум, лишенный каких бы то ни было признаков логики. Уронили б мы в дыру первый том «Британики» или двадцать первый, понять это по хокинговской радиации принципиально невозможно.
Вот такие каверзы устраивают нам черные дыры. Такой вот возник «информационный парадокс». Или, говоря иначе, в поведении этих загадочных объектов Вселенной проявляется та еще не известная физикам единая теория «квантовой гравитации», в которой должны когда-нибудь объединиться обе вышеназванные составляющие. Не зная же законов этой теории, невозможно решить, кто прав.
Спор, таким образом, на некоторое время как бы замер в мертвой точке: его участники ждали подвижек в деле создания единой теории.
…И тут грянул гром среди ясного неба. Летом 2004 года на международной конференции по общей теории относительности и космологии в Дублине профессор Хокинг неожиданно для всех попросил слова и публично признал свою ошибку, согласившись наконец с мнением доктора Прескилла.
Казалось бы, можно вздохнуть облегченно, поздравить Прескилла с победой. Да не тут-то было. Теперь уже бывшие союзники, и в первую очередь доктор Кип Торн, требуют от самого Хокинга убедительных доказательств, математических выкладок, на основании которых он переменил свое мнение. А вот их-то у Хокинга, похоже, пока нет.
Более того, по словам, например, члена-корреспондента РАН Анатолия Черепащука, в мире велик и отряд астрономов, которые вообще ни в какие черные дыры не верят, утверждая, что из реального вещества подобные объекты создать невозможно. Что же касается наблюдаемых во Вселенной эффектов, то им, дескать, можно найти и другие объяснения.
В общем, получается, точку в этом споре ставить еще рано… Дискуссия по-настоящему только разгорается.
КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА
Звезда в награду
Санкт-Петербургский монетный двор выполнил заказ по производству медалей для лауреатов премии «Глобальная Энергия» 2004 года. Награды из золота весом в 172 г и размером 45x45 мм изготовлены по эскизам известных московских дизайнеров, постаравшихся в полной мере отразить цель, ради которой учреждена эта премия.
На лицевой стороне квадратной медали изображена восходящая звезда — символ совершенного открытия. На оборотной — восходящее светило, что отражает масштаб достижений ученого, а также символизирует область знания, которой посвящена премия, — энергетика.
Медали размещены на специальной подставке из падука — красного дерева ценной породы — и закреплены между двумя прозрачными стеклами таким образом, что создается впечатление, будто они висят в воздухе. Для обрамления награды выбрано специальное музейное стекло, которое позволит сохранить медаль на долгие годы.
«А вы ноктюрн сыграть смогли-бы…
…на флейте водосточных труб?» — вопрошал некогда поэт. Прозаик-технолог ответит, что это невозможно, поскольку трубы эти должны быть изготовлены из тонкостенного и мягко-упругого материала, который обычно в жилищно-коммунальном хозяйстве не применяется.
Еще бы! Ведь в состав такого сплава, кроме всего прочего, входят и драгоценные металлы, так что не случайно духовые музыкальные инструменты стоят очень дорого.
Удешевить трубу — музыкальный инструмент, а заодно и усовершенствовать ее попробовал музыкальный мастер из г. Гукова Ростовской области А.Г. Заболотский. Он сделал раструбную часть трубы не открытой, как обычно, а в виде камеры, похожей на полость рта человека. В результате труба приобрела как бы человеческий голос, теплое и глубокое звучание. Музыканты эстрадно-симфонического оркестра Ростовской области высоко оценили работу своего земляка, с успехом используют его изобретение в своих выступлениях. Тем более что мастер ныне изготовил еще насадку, позволяющую при желании модернизировать любую трубу. Достаточно насадить камерную полость на раструб, подобно сурдинке, и труба заметно меняет свой тембр. Сейчас мастер по просьбе своих земляков работает над созданием насадок для тромбона и саксофона.
ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Наука слышать ароматы
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2004 года присуждена за работу, которая была опубликована всего 13 лет назад, а сами лауреаты все еще продолжают активно работать в науке. Ее поделили между собой двое американских специалистов — Ричард Аксель и Линда Бак. Этой чести они удостоены за изучение механизма обоняния.
Произошел вообще редкий случай в науке. Всего двое ученых всесторонне и подробно исследовали данное явление и прояснили его механизм.
Конечно, изучением запахов наука занимается весьма давно. Скажем, еще древнеримский ученый Тит Лукреций Кар, автор поэмы «О природе вещей», написанной свыше двух тысячелетий назад, предположил, что в полости носа есть маленькие отверстия-поры, различные по размерам и формам. Всякое пахучее вещество испускает крошечные частицы, которые входят в соответствующие поры полости носа, словно ключ в замочную скважину.
Позднее природу запахов ученые попытались объяснить особенностями химического состава вещества. Частицы Лукреция получили название молекул. Каждая молекула, дескать, имеет свою пространственную форму, отсюда и разница в запахах. Однако довольно скоро выяснилось, что в природе есть немало соединений, которые имеют почти одинаковое строение, состоят из одних и тех же атомов, а пахнут совершенно по-разному.
Теория «ключа и замка» оказалась верной лишь в самом первом приближении. Пахучее вещество действительно должно обладать рядом определенных свойств.
Скажем, оно должно быть летучим, только тогда его молекулы смогут достичь органов обоняния. Что же касается формы молекул, то исследования с помощью самой современной аппаратуры показали, что между формой молекулы и ее запахом нет строгого соответствия.
Тем не менее, даже человек с его несовершенным обонянием способен различать тысячи различных запахов. А, скажем, собаки с их изощренным чутьем различают сотни тысяч запахов. Как им это удается? В этом и попытались разобраться исследователи.
Суть их открытия состоит в следующем. Нынешние нобелевские лауреаты на молекулярно-клеточном уровне изучили нейрофизиологический механизм обоняния, позволяющий живому существу легко различать в среднем около 10 000 запахов.
Сама Линда Бак поясняет этот механизм так: «Распознавание запахов начинается в полости носа, на том участке слизистой оболочки, где расположены миллионы специализированных сенсорных клеток, которые атакуются молекулами пахучих веществ. Сигналы от них передаются затем в соответствующий отдел головного мозга, именуемый обонятельной луковицей. А оттуда — в другие отделы головного мозга, которые, в конце концов, и позволяют нам осознанно различать запахи, испытывать связанные с ними эмоции»…
Такое описание, правда, следует признать слишком общим, лишенным многих подробностей. А они таковы.
Обоняние, как говорилось, долгое время оставалось наиболее загадочным из чувств. Эсперименты, в ходе которых животным давали нюхать самые различные пахучие вещества, измеряя при этом электрическую активность обонятельных нейронов, не принесли особой ясности. Одни и те же клетки реагировали на разные запахи с неодинаковой интенсивностью. Успех пришел лишь после того, как Аксель и Бак решили выявить и описать обонятельные рецепторы. То есть протеины, расположенные снаружи на мембране обонятельных клеток и способные улавливать молекулы пахучих веществ — одорантов. А затем отыскать те гены, которые кодируют эти белки. Все это оказалось не очень сложной задачей. Оставалось определить, какие из генов активны в обонятельных клетках и только в них.
Однако из этой затеи ничего не вышло. В чем дело?
Оказалось, что рецепторов этих огромное множество и все они разные. А главное, синтезируются в организме в ничтожных количествах. Так что выделить их очень сложно.
Впрочем, поиск генов, кодирующих обонятельные рецепторы, значительно упростился после того, как Бак сформулировала основные критерии, которым они должны были удовлетворять. Выяснилось, в частности, что эти рецепторные протеины имеют определенную доменную структуру; так что искать следовало лишь те гены, которые кодируют данную разновидность.
В итоге удалось обнаружить целые семейства подобных генов. Причем их оказалось свыше 1000!
Тем не менее, стало понятно, какие именно гены и как отвечают за обоняние. Больше всего научный мир поразило, что их столь много — три процента всего генома. И это у человека. А ведь у животных нюх куда острее, стало быть, и генов обоняния должно быть гораздо больше.
В самом деле, у подопытных мышей, с которыми экспериментировали исследователи, активных генов оказалось больше, чем у человека. Есть виды животных, у которых они составляют до 10 %. В общем, получается, что данное чувство обслуживается куда большим количеством генов, чем любое другое — будь то слух, осязание или даже зрение.
Это, в частности, говорит о том, что в истории эволюции распознавание запахов всегда играло и продолжает играть чрезвычайно важную роль. Даже бактерии — самые примитивные живые существа — отыскивают пищу с помощью запаха. У более высокоорганизованных животных, обитающих на суше, обоняние вообще служит главным средством коммуникации.
Обратите внимание хотя бы на свою собаку, с которой вы гуляете. Пес то и дело сует свой нос во все уголки и щели. Таким образом он «читает свою утреннюю газету» — узнает, кто побывал в данном месте до него и что при этом произошло.
Говорят, что у животных существует даже своеобразный химический язык, с помощью которого они распознают опасность, сообщают о своих притязаниях на данную территорию, находят источники пищи и даже передают друг другу любовные послания.
Лишь у человека со временем обоняние притупилось — мы общаемся друг с другом с помощью языка и слов, а не азбукой запахов. Тем не менее, даже мы стараемся обратить на себя внимание с помощью духов или одеколона. И это при том, что у нас в активном состоянии находится лишь около 350 активных запаховых генов. У человекообразных обезьян их вдвое больше. А вот у «братьев наших меньших» около 100 000 генов реально кодируют различные запахи; так что палитра химического языка весьма разнообразна!
Итак, Аксель и Бак обнаружили и описали те тысячи генов, которые кодируют соответствующее количество протеинов-рецепторов, ответственных за восприятие запахов. В носовой полости на площади всего нескольких квадратных сантиметров (у человека, например, около 6 кв. см) расположено около 30 млн. клеток обонятельного эпителия. Причем каждый из них имеет на поверхности мембраны лишь один какой-то вид рецепторного белка. И, стало быть, способен воспринимать ограниченное количество родственных запахов.
Таким образом, теория «ключа и замка», о которой некогда писал Лукреций Кар, в какой-то степени верна. Данный рецептор-«замок» срабатывает лишь в том случае, если ощущает определенный запах-«ключ». Лишь тогда от него поступает соответствующий сигнал в обонятельную луковицу головного мозга, где расположено около 2000 узкоспециализированных образований — так называемых клубочков; они осуществляют прием сигналов от соответствующих рецепторов, их обработку и передачу информации в другие отделы мозга.
Поскольку же подавляющее большинство запахов вызывается одновременным действием различных молекул, а каждая из обонятельных клеток реагирует сразу на несколько родственных запахов, то все разнообразие воспринимаемых нами ароматов создает в мозге своего рода мозаику. Эта цветовая картина позволяет не только определить конкретно, чем пахнет — жареным мясом, розой или, скажем, керосином, но и может возбуждать у человека определенные воспоминания. Не зря же писал некогда поэт: «И дым Отечества нам сладок и приятен!..»
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Как рождается нефть?
Удивительные результаты лабораторных экспериментов представил на 26-й Геологической конференции специалистов северных стран российский нефтехимик Владимир КУЧЕРОВ. По его словам, полученные коллективом наших ученых данные подтверждают возможность синтеза сложных углеводородных систем в условиях верхней мантии Земли из неорганического сырья.
Чтобы понять суть этого высказывания, нам придется заглянуть в историю нефти. С той самой поры, когда воины Александра Македонского, как писал Плутарх, начали использовать нефть для того, чтобы смачивать в ней зажигательные стрелы, которые затем огненным градом обрушивались на крепости и корабли противника, не утихают и споры о том, откуда взялась нефть на Земле.
Древние римляне полагали, что нефть — это кровь Земли. И использовали эту чудодейственную жидкость в качестве лекарства от кожных болезней. В Средние века алхимики научились перегонять нефть, получая тяжелые и легкие фракции, и высказали предположение, что нефть сродни углю. Позднее их предположение поддержали такие авторитеты, как М.В. Ломоносов и Н.Д. Зелинский.
Суть рассуждений сторонников органического происхождения нефти такова. Нефть, подобно углю, получается в недрах Земли из органических остатков, которые попадают в недра вследствие перемещения горных пластов при сейсмических подвижках. Оказавшись глубоко под землей, в условиях сильного давления и практически полного отсутствия кислорода, эти органические остатки и превращаются со временем либо в уголь, либо в нефть. А именно древесные стволы и прочая растительность превращаются в уголь, а остатки животных организмов и продукты их жизнедеятельности — в нефть. Кроме того, имеют значения величины температур, давлений и прочие условия…
Однако такая точка зрения вызывала справедливые нарекания. Хотя бы потому, что как-то чересчур сложно уж все получалось. Отложения эти в определенное время должны были попасть в некие пограничные условия, должны были пройти миллионы, а то и миллиарды лет, прежде чем из этого сырья получилось «черное золото»…
Поделиться книгой: