Помоги проекту - поделись книгой:
Затем этот кронштейн еще уменьшили, доведя его длину до 22,5 мкм, а канал и вовсе имел всего 1 мкм в ширину и 0,4 мкм в глубину. Одновременно источник энергии колебаний заменили с электростатического на пьезокристаллический, имеющий большую собственную амплитуду вибраций и меньший уровень шумов. В итоге сейчас размеры измеряющей системы уменьшены в несколько раз, за счет чего погрешность измерения составляет 0,85 аттограмма, снизившись в 30 раз по сравнению с предшествующим устройством.
«Теперь мы в состоянии взвешивать мелкие вирусы и большинство искусственно созданных на сегодня наночастиц, используемых в молекулярной медицине», — подчеркнул Селим Олкум, один из авторов нынешней разработки. — Наша система весьма производительна — на взвешивание 30 тысяч наночастиц у нее ушло 1,5 часа. И у нас еще есть возможность для совершенствования как методики измерений, так и конструкции самого устройства».
Для демонстрации возможностей прибора исследователи взвешивали наночастицы, сделанные из фрагментов ДНК, прикрепленных к золотым наносферам. При этом удалось установить, какую долю массы составляет золото, а какую — ДНК. Но практическое использование «весов» видится куда более широким.
УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Невозможная химия началась с обычной соли
Школьные учебники по химии нужно переписывать. К такому выводу пришел российский ученый Артем Оганов со своими коллегами, изучая кристаллические структуры из натрия и хлора. С помощью метода USPEX, разработанного Огановым, исследователям удалось синтезировать совершенно невозможные, с точки зрения правил классической химии, соединения натрия и хлора — NaCl3 и NaCl7, Na3Cl, Na3Cl2, Na2Cl. Оказалось, что они не только существуют, но и вполне стабильны при определенных условиях окружающей среды.
А началось все вот с чего. По воспоминаниям самого 39-летнего ученого, химиком он решил стать в 4 года. Очень уж его интересовали те «фокусы» по превращению одних веществ в другие, которые происходили в химических колбах и пробирках. В школе он особенно заинтересовался соединениями натрия. И вот почему.
С одной стороны, химикам хорошо известно, что и натрий, и хлор по отдельности довольно агрессивные элементы, которые охотно вступают в химические реакции с другими элементами. Так, натрий, брошенный в воду, начинает самопроизвольно гореть и очень быстро окисляется на воздухе, его обычно хранят под слоем керосина или в инертной среде.
С другой стороны, в начале школьного курса химии нам рассказывают о том, что связи могут быть ковалентными или ионными, и как пример классической ионной связи приводят хлорид натрия или поваренную соль — NaCl. Один электрон от менее электроотрицательного натрия переходит к более электроотрицательному хлору, тот, согласно «правилу 8 электронов», обретает электронную конфигурацию благородного газа. По всем классическим правилам, NaCl — единственное соединение, которое может существовать в этой системе.
Так написано во всех учебниках.
Но Артем Оганов позволил себе учебникам не поверить. «Подобные истины могут быть верны для так называемых нормальных условий — атмосферного давления, комнатной температуры, — рассказывал он журналистам. — Именно такие условия царят на поверхности Земли, и мы привыкли рассчитывать и проводить химические реакции именно в таком режиме.
Но давайте копнем чуть глубже. В недрах нашей планеты царят огромные давления и высокие температуры. Они еще больше в недрах планет-гигантов, а также Солнца и других звезд. А значит, и химические реакции там могут протекать совершенно иначе».
Как именно? Это российский ученый и его коллеги попытались себе представить, рассчитать с помощью метода предсказания кристаллических структур, разработанного Огановым и известного множеству ученых во всем мире. Артем назвал свой метод USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xrystallography). Так что теперь русское слово «успех» хорошо известно кристаллографам и материаловедам.
Выпускник МГУ, А. Оганов сейчас является профессором Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук. Кроме того, под его руководством работают лаборатории в Швейцарии и Китае. Недавно он начал также работать по мегагранту российского правительства в Московском физико-техническом институте в Долгопрудном, где тоже организована специализированная лаборатория.
В своей статье «Неожиданные стабильные хлориды натрия» (Unexpected stadle stoichiometries of sodium chlorides) в журнале Science А. Оганов и его коллеги показали, что в природе вполне могут существовать и другие соединения натрия и хлора, в том числе и те, что перечислены выше.
Когда ученые помещали кристаллы соли в зону высокого давления (200 000 атмосфер), а затем добавляли хлор или натрий, появились такие «невозможные» соединения, как Na3Cl и NaCl3. Более того, удалось найти и другие устойчивые соединения натрия и хлора, которые считались невозможными, поскольку требуют совершенно иной формы химической связи — с более высокой энергией, чем обычно.
Тем не менее, ученые создали данные соединения, причем они, как уже говорилось, стабильны, то есть при высоком давлении сохраняют свои свойства долгое время, а при обычном давлении — несколько минут.
Это начало революции в химии, уверен Артем Оганов. «Мы обнаружили, что при давлениях, достижимых в лаборатории, получаются новые стабильные соединения, которые противоречат классическим правилам химии, — говорит он. — Если применить относительно небольшое давление в 200 000 атмосфер (давление в центре Земли составляет 3,6 млн. атмосфер), многое из того, что мы знаем из учебников химии, перестает работать».
На практике это означает, что возможно создание материалов с необычными свойствами, которые кажутся на первый взгляд абсурдными. Например, среди созданных командой Артема Оганова соединений есть двумерные металлы, которые проводят электричество лишь вдоль слоев материала, но не поперек.
Скажем, Na3Cl состоит из слоев NaCl и слоев чистого натрия, при этом слои NaCl обладают свойствами диэлектрика, а слои чистого натрия проводят ток. Системы с подобной двумерной электропроводностью могут иметь большой успех в полупроводниковой технике.
Экзотические соединения не только расширяют теоретические горизонты познания химии, но и могут принести ощутимую пользу на практике. Так, NaCl7, NaCl3, Na3Cl2 и Na2Cl — металлы, которые могут оказаться весьма полезными в микроэлектронике.
«Если даже простое химическое соединение, соль, способно превратиться в такие разнообразные вещества в условиях высокого давления, то и другие, вероятно, также на это способны, — объясняет Артем Оганов. — Это может помочь ответить на многие важные вопросы, например, о начале развития ядер планет, а также поможет создать новые материалы.
Такое вещество, как NaCl, не может быть исключением, скорее мы имеем дело с новым классом соединений, которые будут возникать в огромном множестве систем. Мы это уже подтвердили для KCl, а сейчас у нас уже есть предсказание для системы магний-кислород, где мы предсказываем два соединения — MgO2 и Mg3O2».
Несмотря на экспериментальное подтверждение существования новых веществ, понять природу их стабильности получается не сразу. «Нам удалось разобраться со строением Mg3O2. Это не металл, кислорода в нем меньше, чем магния. Позиции, которые пусты между атомами магния, занимают электроны. Получается отчасти ионная структура», — пояснил ученый.
Интернациональный коллектив лаборатории А. Оганова в МФТИ, в частности, изучает природу химической связи в новых, «невозможных» соединениях. Эти работы — ключ к объяснению их свойств и конструированию веществ с заранее заданными полезными особенностями.
«Такие структуры можно смоделировать на компьютере, рассчитать их энергию. Оказалось, что целый ряд «странных» соединений можно успешно стабилизировать, повысив давление, — говорит Оганов. — Но я думаю, что можно создать и другие экстремальные условия, при которых эти вещества можно получить, а также сделать стабильными. Например, подобные условия можно создать на поверхностях кристаллов. Поверхность — это тоже экстремальное состояние, где примерно половина связей разорваны. Известно, что химический состав на поверхностях кристаллов бывает совсем не тот, что в объеме».
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
ЧТЕНИЕ ДЕЙСТВУЕТ НА МОЗГ
Длительное погружение в художественную реальность производит долговременное воздействие на мозг. Изменения в некоторых его участках, вызванные, к примеру, чтением романа, остаются с нами иной раз даже на всю жизнь. В этом убедились исследователи из Университета Эмори (США).
Грегори Бернс и его коллеги пригласили 21 добровольца поучаствовать в эксперименте. Людей заставили в течение 9 дней читать роман Роберта Харриса «Помпеи». Сюжет в книге довольно распространенный: главный герой предчувствует опасность извержения и пытается предупредить других, но ему, как водится, никто не верит.
Испытуемые каждый день ходили в лабораторию, где после сканирования мозга им давали прочесть 30 страниц романа. Участников эксперимента также просили почитать на ночь, а на следующее утро проверяли, «усвоили» ли они очередной фрагмент.
В итоге, как уверяют профессор Бернс и его коллеги, регулярное чтение усиливало нейронные связи в левой височной коре, участвующей в анализе языка. Исследователи особо отмечают, что усиление этой зоны наблюдалось даже в спокойном состоянии, на следующее утро после вечернего чтения романа и до утреннего сеанса чтения. Авторы сравнивают это с мышечной памятью, когда к мышцам возвращается былая сила, даже если человек долго не тренировался.
Многие из участников эксперимента отметили, что они теперь с большим вниманием относятся к событиям окружающей жизни, развивают в себе интуицию, способность предугадывать грядущие события.
ГЕН, ОТВЕТСТВЕННЫЙ ЗА ЛИЦА
Ученые отыскали ген, ответственный за запоминание лиц. Им оказался ген OXTR, который отвечает за усвоение гормона окситоцина, играющего также важную роль в укреплении чувства привязанности, доверия и социального сближения.
К такому выводу ученые пришли в ходе исследования, участниками которого стали 198 семей из Великобритании и Финляндии.
В то же время у животных данный ген играет несколько иную роль. Он позволяет «запоминать» незнакомых людей, других животных, насекомых и растения в основном по запаху.
КТО ВЗРОСЛЕЕТ БЫСТРЕЕ?
Ученые из Университета Ньюкасла выяснили, что девочки взрослеют быстрее мальчиков, причем не только физически, но и психологически.
В ходе эксперимента, в котором принял участие 121 человек в возрасте от 4 до 40 лет, было проведено массовое сканирование головного мозга. В результате выяснилось, что по мере взросления человека идет своего рода «оптимизация» мозга: некоторые его участки уменьшаются, а соединения между клетками, став ненужными, исчезают.
У девочек такой процесс начинается примерно в возрасте 10 лет, тогда как у мальчиков — лишь в 20 лет. Затем юноши догоняют девушек быстрыми темпами — к 22 годам развитие мужчин и женщин выравнивается.
СЛЕДИМ ЗА СОБЫТИЯМИ
Каким был ковчег?
Если в эпосе многих народов существует одна и та же легенда, она может быть основана на исторических фактах, полагают исследователи. Свою версию создания ковчега предпринял недавно исследователь из Британского музея
Самая известная версия истории о Всемирном потопе приведена в библейской книге «Бытие». Излагается там она примерно так.
Праведнику Ною Бог заблаговременно сообщил, что собрался наказать всех грешников. И предложил ему построить ковчег длиной 300 и шириной 50 локтей (135x22,5 м), который поплывет по водам, когда Творец затопит ливнем грешный мир. При этом в сознании многих утвердилось представление, что ковчег, говоря попросту, являл собой огромную деревянную барку, на которой нашлось место «всякой твари по паре».
А потому вот уже много лет исследователи ищут (и даже находят!) остатки библейского судна на горе Арарат, куда вроде бы и пристал ковчег Ноя, когда вода стала спадать. Дело в том, что, хотя в тексте Библии упоминается, что построен был ковчег «из дерева гофер», есть сомнения: реально ли исполнение такого указания? Такое строительство потребовало бы огромного количества дерева, а лесов в Месопотамии было не так уж много.
А потому профессор Ирвин Финкель, видный специалист по древней Месопотамии из Британского музея, расшифровав клинописную глиняную табличку, которой почти 3 900 лет, утверждает, что Ноев ковчег не был похож на корабль в нашем привычном понимании этого слова, а имел круглую форму. По мнению И. Финкеля, ошибались историки и археологи и относительно материалов, из которых он был сделан. В книге «Ковчег до Ноя: расшифровка истории Великого потопа» Ирвин Финкель утверждает, что это был огромный хлев для скота диаметром 66 м и что он был сделан не из дерева гофер, а из тростника, стянутого веревками. Тростник был пропитан битумом для придания ему водонепроницаемости. Правда, в тексте Библии сказано, что Господь велел Ною покрыть судно «смолою внутри и снаружи», но это, по мнению профессора, уже мелочи.
Находка таблички, которая датируется примерно 1850 годом до н. э., была сделана во время раскопок на Ближнем Востоке в 1945–1948 годах. На ней 60 строк текста, якобы описывающего разговор Бога с шумерским царем Атрамом-Хасисом. По словам Финкеля, текст вполне можно назвать руководством по строительству ковчега.
Ноев ковчег был окружен стеной 6-метровой высоты и разделен на отсеки для разных животных. Это было двухэтажное сооружение с крышей. Его форма, коренным образом отличающаяся от общераспространенного представления, пишет газета Mail on Sunday, объясняется тем, что ему не нужно было куда-то плыть. Главная его задача была просто продержаться на плаву, пока не спадет вода. Между прочим, подобного рода плавучие средства для скота до сих пор изредка используются в Иране и Ираке.
По мнению исследователей, такое разночтение может свидетельствовать о том, что потопов было несколько.
РАССКАЗЫ О ПРОСТЫХ ВЕЩАХ
Укрощение «молнии»
Как известно, самое трудное — это изобретать простые вещи. «Вжик!» — застегнуты джинсы. «Вжик-вжжжик!» — застегнута длинная «молния» на куртке. «Вжик! Вжик!» — застегнуты сапоги. Застегнули также «молнии» на рюкзаке или сумке — и побежали в школу, вуз или на работу. А все благодаря изобретению, которое сначала не хотели признавать.
В самом деле, внедрение застежки-«молнии» молниеносным не назовешь. Да и как оно могло быть таким, если сам изобретатель Э. Хоу не придавал ему значения. Человек, создавший также и швейную машинку, назвал свое новое изобретение, сделанное в 1851 году, «автоматической непрерывной застежкой». Получил на него патент и… позабыл.
Лишь когда спустя 20 лет в Чикаго случился огромный пожар, о «молнии»-застежке вспомнили вновь. Помог тому случай. В бушующем пламени оказалась маленькая девочка. Она бы погибла, если бы рядом не оказался скромный чертежник Стайл, который спас себе и ей жизнь, прыгнув с девочкой на руках со второго этажа. Прыжок получился не очень удачным, Стайл серьезно повредил спину. И хотя прошел затем курс лечения, но все равно стал инвалидом — ему было трудно наклоняться, чтобы зашнуровать обувь.
Увидев это, У. Джадсон — инженер-изобретатель, который имел на своем счету 12 патентов, решил помочь Стайлу. Он заново создал застежку, которая позволяла бы быстро застегивать обувь одной рукой. В итоге 7 ноября 1891 года патентом под номером 504038 была зарегистрирована еще одна «застежка для обуви».
Она представляла собой две цепочки: на одной — крючки, на другой — петельки. Они сцеплялись между собой с помощью ключа-язычка («claps locker»). А если его перевернуть, то изделие расстегивалось.
В 1894 году Джадсон основал компанию «Universal Fastener», которая занималась выпуском изобретенной им застежки. Однако изделие оказалось не очень надежным, инструкция по пользованию им занимала две страницы мелкого шрифта, так что дела фирмы пошли не очень успешно. Тем более что застежка порой стоила дороже самой обуви или сумки.
Нужно было что-то предпринимать. В 1904 году Джадсон усовершенствовал конструкцию, расположив крючки и петли на матерчатых лентах. Теперь застежка не прикреплялась к обуви, а пришивалась. Однако и это новшество не принесло компании особого успеха.
Выручил компаньонов американский инженер шведского происхождения — Гидеон Сундбэк. Он еще раз модернизировал застежку, создав практически новую конструкцию под названием Hookless № 1, что означает «бескрючковая № 1». Изготовление застежки было упрощено, количество металлических зубьев — увеличено, к тому же теперь они были скреплены пружинкой.
Новая конструкция опять-таки оказалась не очень надежной, и Сундбэк придумал Hookless № 2. Дела пошли лучше. Впрочем, ситуация кардинально поменялась лишь в 1917 году, когда США приняли участие в Первой мировой войне. Фирма получила крупный заказ от армии, и вскоре на летных комбинезонах, карманах мундиров, даже на брезенте, которым накрывали самолеты, засверкали «молнии».
1, 8 — свободные концы тесьмы, 2 — ограничитель, 3 — бегунок (слайдер), 4 — брелок (пулер), 5 — тесьма, 6 — ширина застежки, 7 — ограничитель, 9 — ширина тесьмы, 10 — штифт, 11 — разъемный ограничитель с гнездом, 12 — уплотнительная лента.
Поделиться книгой: