На космической станции скоро появится "металлургическая печь" - электромагнитный левитатор MSL-EML

Астронавтам, работающим на борту Международной космической станции (МКС) в скором времени придется периодически одевать сварочные защитные очки для того, чтобы предохранить свои глаза от яркого света металла, расплавленного в недрах новой научной установки. Эта научная установка, которая называется Materials Science Laboratory-Electromagnetic Levitator (MSL-EML), будет доставлена на космическую станцию грузовым космическим кораблем Европейского космического агентства (ЕКА) Automated Transfer Vehicle 5 (ATV-5) "Georges Lemaitre", старт которого намечен на июнь этого года. Основной задачей, которая будет решаться при помощи установки MSL-EML, станет изучение процессов плавления металлов и сложных сплавов в условиях нулевой гравитации.

Большинство металлов и сплавов имеют микрокристаллическую структуру, размеры которой зависят от режимов плавления и охлаждения расплава, и от размеров которой напрямую зависят механические свойства материала. В качестве понятного всем примера можно привести процесс закаливания лезвия ножа, когда металл разогревается до температуры свечения красным цветом и затем погружается в воду или специальный раствор. Резкое и быстрое охлаждение изменяет кристаллическую микроструктуру стали, делая ее более твердой и способной сохранять длительное время остроту граней.

Пример кажется достаточно простым, на сами процессы, происходящие при этом, весьма сложны. Но еще более сложные процессы происходят, когда расплавленный металл заливают в литьевую форму. Различия температуры элементов формы, металла и его плотности приводят к возникновению конвекционных потоков из-за которых получившаяся отливка имеет неоднородную структуру. Происходящие в расплавленном металле процессы малоизученны, поэтому до сих пор литье из металла более напоминает некий вид искусства, нежели технологию.

Исследовательский модуль Columbus Laboratory

Литье в невесомости или в условиях микрогравитации является одним из способов избежать неоднородности металла при литье. В отсутствие гравитации не возникает никаких конвекционных потоков, способствующих неравномерному распределению тепла внутри отливки. Кроме этого, при литье в невесомости нет необходимости в использовании традиционных литьевых форм, расплавленный металл может удерживаться и формоваться при помощи магнитных полей. Это, также, полностью исключает загрязнение металла элементами из материала формы.

К сожалению, на Земле очень сложно получить невесомость. Внутри самолета, летящего по параболической траектории, невесомость возникает максимум на 20 секунд времени, чего недостаточно даже для проведения более-менее серьезных исследований. И сейчас единственным местом, где постоянно существует невесомость, является космическая станция.

Установка MSL-EML, вес которой составляет 360 килограмм, была изготовлена компанией Airbus Defence and Space при содействии специалистов ЕКА и Германского космического агентства DLR. Установка будет установлена в отсеке лаборатории Columbus Laboratory и она состоит из высокотемпературной камеры внутри которой в вакууме или в газовой атмосфере будут плавиться образцы металлов или сплавов. Эти образцы будут удерживаться с помощью магнитного поля, а нагрев будет производиться при помощи индукционной катушки. Все, происходящее с образцами, будет фиксироваться при помощи обычной цифровой камеры, высокоскоростной камеры, способной снимать со скоростью 30 тысяч кадров в секунду, а для контроля температуры образца там установлен пирометр.

Во время использования в камеру установки MSL-EML будет помещен один из 18 образцов материалов, среди которых различные виды алюминия, меди, металлических и никелевых сплавов. Магнитное поле будет удерживать образцы в центре камеры, не допуская их контакта со стенками, а индуктор сможет разогреть эти образцы до температуры в 2 тысячи градусов по шкале Цельсия.

Варьируя условия нагрева и охлаждения, ученые будут определять наборы основных факторов, влияющих на свойства конечного материала. Камеры и датчики будут производить запись всех процессов, происходящих в моменты плавления и охлаждения материала образцов во всех деталях. Все обработанные образцы будут отправлены на Землю для дальнейшего их анализа, который позволит выявить различия и совпадения практических результатов с результатами многочисленных компьютерных моделирований.

Результаты исследований, произведенных при помощи установки MSL-EML, будут иметь чисто практическое применение. На их основе будут разработаны новые технологии высокотемпературной обработки и литья, при помощи которых на Земле можно будет производить большие количества некоторых уникальных металлов и сплавов, крохотные количества которых можно было получить раньше только в космосе.

http://www.gizmag.com/msl-eml-iss/31042/

Просто о сложном

Загадка наблюдателя: 5 знаменитых квантовых экспериментов

Никто в мире не понимает квантовую механику — это главное, что нужно о ней знать. Да, многие физики научились пользоваться ее законами и даже предсказывать явления по квантовым расчетам. Но до сих пор непонятно, почему присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. В статье подобрали примеры экспериментов, на исход которых неминуемо влияет наблюдатель, и попытались разобраться, что квантовая механика собирается делать с таким вмешательством сознания в материальную реальность.

Кот Шредингера

Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики, самой популярной среди которых остается копенгагенская. Ее главные положения в 1920-х годах сформулировали Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. А центральным термином копенгагенской интерпретации стала волновая функция — математическая функция, заключающая в себе информацию обо всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она одновременно пребывает.

По копенгагенской интерпретации, доподлинно определить состояние системы, выделить его среди остальных может только наблюдение (волновая функция только помогает математически рассчитать вероятность обнаружить систему в том или ином состоянии). Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической: мгновенно перестает сосуществовать сразу во многих состояниях в пользу одного из них.

У такого подхода всегда были противники (вспомнить хотя бы «Бог не играет в кости» Альберта Эйнштейна), но точность расчетов и предсказаний брала свое. Впрочем, в последнее время сторонников копенгагенской интерпретации становится все меньше и не последняя причина тому — тот самый загадочный мгновенный коллапс волновой функции при измерении. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедолагой-котом как раз был призван показать абсурдность этого явления.

Итак, напоминаем содержание эксперимента. В черный ящик помещают живого кота, ампулу с ядом и некий механизм, который может в случайный момент пустить яд в действие. Например, один радиоактивный атом, при распаде которого разобьется ампула. Точное время распада атома неизвестно. Известен лишь период полураспада: время, за которое распад произойдет с вероятностью 50%.

Получается, что для внешнего наблюдателя кот внутри ящика существует сразу в двух состояниях: он либо жив, если все идет нормально, либо мертв, если распад произошел и ампула разбилась. Оба этих состояния описывает волновая функция кота, которая меняется с течением времени: чем дальше, тем больше вероятность, что радиоактивный распад уже случился. Но как только ящик открывается, волновая функция коллапсирует и мы сразу видим исход живодерского эксперимента.

Выходит, пока наблюдатель не откроет ящик, кот так и будет вечно балансировать на границе между жизнью и смертью, а определит его участь только действие наблюдателя. Вот абсурд, на который указывал Шредингер.

Дифракция электронов

По опросу крупнейших физиков, проведенному газетой The New York Times, опыт с дифракцией электронов, поставленный в 1961 году Клаусом Йенсоном, стал одним из красивейших в истории науки. В чем его суть?

Есть источник, излучающий поток электронов в сторону экрана-фотопластинки. И есть преграда на пути этих электронов — медная пластинка с двумя щелями. Какой картины на экране можно ожидать, если представлять электроны просто маленькими заряженными шариками? Двух засвеченных полос напротив щелей.

В действительности на экране появляется гораздо более сложный узор из чередующихся черных и белых полос. Дело в том, что при прохождении через щели электроны начинают вести себя не как частицы, а как волны (подобно тому, как и фотоны, частицы света, одновременно могут быть и волнами). Потом эти волны взаимодействуют в пространстве, где-то ослабляя, а где-то усиливая друг друга, и в результате на экране появляется сложная картина из чередующихся светлых и темных полос.

При этом результат эксперимента не меняется, и если пускать электроны через щель не сплошным потоком, а поодиночке, даже одна частица может быть одновременно и волной. Даже один электрон может одновременно пройти через две щели (и это еще одно из важных положений копенгагенской интерпретации квантовой механики — объекты могут одновременно проявлять и свои «привычные» материальные свойства, и экзотические волновые).

Но при чем здесь наблюдатель? При том, что с ним и без того запутанная история стала еще сложнее. Когда в подобных экспериментах физики попытались зафиксировать с помощью приборов, через какую щель в действительности проходит электрон, картинка на экране резко поменялась и стала «классической»: два засвеченных участка напротив щелей и никаких чередующихся полос.

Электроны будто не захотели проявлять свою волновую природу под пристальным взором наблюдателя. Подстроились под его инстинктивное желание увидеть простую и понятную картинку. Мистика? Есть и куда более простое объяснение: никакое наблюдение за системой нельзя провести без физического воздействия на нее. Но к этому вернемся еще чуть позже.

Нагретый фуллерен

Опыты по дифракции частиц ставили не только на электронах, но и на куда больших объектах. Например, фуллеренах — крупных, замкнутых молекулах, составленных из десятков атомов углерода (так, фуллерен из шестидесяти атомов углерода по форме очень похож на футбольный мяч: полую сферу, сшитую из пяти- и шестиугольников).

Недавно группа из Венского университета во главе с профессором Цайлингером попыталась внести элемент наблюдения в подобные опыты. Для этого они облучали движущиеся молекулы фуллерена лазерным лучом. После, нагретые внешним воздействием, молекулы начинали светиться и тем неминуемо обнаруживали для наблюдателя свое место в пространстве.

Вместе с таким нововведением поменялось и поведение молекул. До начала тотальной слежки фуллерены вполне успешно огибали препятствия (проявляли волновые свойства) подобно электронам из прошлого примера, проходящим сквозь непрозрачный экран. Но позже, с появлением наблюдателя, фуллерены успокоились и стали вести себя как вполне законопослушные частицы материи.

Охлаждающее измерение

Одним из самых известных законов квантового мира является принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно установить положение и скорость квантового объекта. Чем точнее измеряем импульс частицы, тем менее точно можно измерить ее положение. Но действие квантовых законов, работающих на уровне крошечных частиц, обычно незаметно в нашем мире больших макрообъектов.

Потому тем ценнее недавние эксперименты группы профессора Шваба из США, в которых квантовые эффекты продемонстрировали не на уровне тех же электронов или молекул фуллерена (их характерный диаметр — около 1 нм), а на чуть более ощутимом объекте — крошечной алюминиевой полоске.

Эту полоску закрепили с обеих сторон так, чтобы ее середина была в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом с полоской находился прибор, способный с высокой точностью регистрировать ее положение.

В результате экспериментаторы обнаружили два интересных эффекта. Во-первых, любое измерение положения объекта, наблюдение за полоской не проходило для нее бесследно — после каждого измерения положение полоски менялось. Грубо говоря, экспериментаторы с большой точностью определяли координаты полоски и тем самым, по принципу Гейзенберга, меняли ее скорость, а значит и последующее положение.

Во-вторых, что уже совсем неожиданно, некоторые измерения еще и приводили к охлаждению полоски. Получается, наблюдатель может лишь одним своим присутствием менять физические характеристики объектов. Звучит совсем невероятно, но к чести физиков скажем, что они не растерялись — теперь группа профессора Шваба думает, как применить обнаруженный эффект для охлаждения электронных микросхем.

Замирающие частицы

Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются в мире не только ради экспериментов над котами, но и вполне сами по себе. При этом каждая частица характеризуется средним временем жизни, которое, оказывается, может увеличиваться под пристальным взором наблюдателя.

Впервые этот квантовый эффект предсказали еще в 1960-х годах, а его блестящее экспериментальное подтверждение появилось в статье, опубликованной в 2006 году группой нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.

В этой работе изучали распад нестабильных возбужденных атомов рубидия (распадаются на атомы рубидия в основном состоянии и фотоны). Сразу после приготовления системы, возбуждения атомов за ними начинали наблюдать — просвечивать их лазерным пучком. При этом наблюдение велось в двух режимах: непрерывном (в систему постоянно подаются небольшие световые импульсы) и импульсном (система время от времени облучается импульсами более мощными).

Полученные результаты отлично совпали с теоретическими предсказаниями. Внешние световые воздействия действительно замедляют распад частиц, как бы возвращают их в исходное, далекое от распада состояние. При этом величина эффекта для двух исследованных режимов также совпадает с предсказаниями. А максимально жизнь нестабильных возбужденных атомов рубидия удалось продлить в 30 раз.

Квантовая механика и сознание

Электроны и фуллерены перестают проявлять свои волновые свойства, алюминиевые пластинки охлаждаются, а нестабильные частицы замирают в своем распаде: под всесильным взором наблюдателя мир меняется. Чем не свидетельство вовлеченности нашего разума в работу мира вокруг? Так может быть правы были Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийcкий физик, лауреат Нобелевской премии, один из пионеров квантовой механики), когда говорили, что законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие?

Но так остается только один шаг до дежурного признания: весь мир вокруг суть иллюзорное порождение нашего разума. (см. Больцмановский мозг ) Жутковато? («Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на нее смотрите?» — комментировал Эйнштейн принципы квантовой механики). Тогда попробуем вновь обратиться к физикам. Тем более, в последние годы они все меньше жалуют копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с ее загадочным коллапсом волной функции, на смену которому приходит другой, вполне приземленный и надежный термин — декогеренция.

Дело вот в чем — во всех описанных опытах с наблюдением экспериментаторы неминуемо воздействовали на систему. Подсвечивали ее лазером, устанавливали измеряющие приборы. И это общий, очень важный принцип: нельзя пронаблюдать за системой, измерить ее свойства не провзаимодействовав с ней. А где взаимодействие, там и изменение свойств. Тем более, когда с крошечной квантовой системой взаимодействуют махины квантовых объектов. Так что вечный, буддистский нейтралитет наблюдателя невозможен.

Как раз это объясняет термин «декогеренция» — необратимый с точки зрения термодинамики процесс нарушения квантовых свойств системы при ее взаимодействии с другой, крупной системой. Во время такого взаимодействия квантовая система утрачивает свои изначальные черты и становится классической, «подчиняется» системе крупной. Этим и объясняется парадокс с котом Шредингера: кот представляет собой настолько большую систему, что его просто нельзя изолировать от мира. Сама постановка мысленного эксперимента не совсем корректна.

В любом случае, по сравнению с реальностью как актом творения сознания, декогеренция звучит куда более спокойно. Даже, может быть, слишком спокойно. Ведь с таким подходом весь классический мир становится одним большим эффектом декогеренции. А как утверждают авторы одной из самых серьезных книг в этой области, из таких подходов еще и логично вытекают утверждения вроде «в мире не существует никаких частиц» или «не существует никакого времени на фундаментальном уровне».

Созидающий наблюдатель или всесильная декогеренция? Приходится выбирать из двух зол. Но помните — сейчас ученые все больше убеждаются, что в основе наших мыслительных процессов лежат те самые пресловутые квантовые эффекты. Так что где заканчивается наблюдение и начинается реальность — выбирать приходится каждому из нас.

Как квазары помогут проверить квантовую механику

Эйнштейновские сомнения в верности основных постулатов квантовой механики можно ещё раз опровергнуть — хотя, увы, и не до конца.

Не секрет, что Альберт Эйнштейн сомневался в достижениях коллег, занимавшихся квантовой механикой. Принцип неопределённости Гейзенберга, уравнение Шрёдингера — это всё замечательно, считал он, но... здорово подрывает стабильность микромира.

Что конкретно его не устраивало — разговор очень длинный, поэтому сосредоточимся на самых острых моментах. Квантовая механика (КМ), как было ясно уже тогда, описывает микромир в терминах волновых функций и вероятностей. То есть, несколько упрощая, координата и скорость частицы могут быть известны до какой-то степени, и с некоей вероятностью частица (электрон, скажем) будет в одном месте, а с какой-то — в ином. Точные измерения и расчёт параметров их движения а-ля определение траекторий планет нереальны, и это, полагал Эйнштейн, не очень-то похоже на то, какой должна быть физика. Если попытаться свести его возражения в единое целое, то учёный считал, что необходимость использования принципа неопределённости и вероятностного подхода к выяснению скорости и координат частиц в КМ является не результатом реальной «плавающей» природы микромира, а итогом неполного понимания КМ-поклонниками этой самой реальной картины микромира: их представлениям о нём не хватает каких-то важных деталей, чего-то мы в микромире упорно не видим.

Квазар 3C 186, один из самых далёких среди всех известных. Ещё один такой объект на радикально другом участке земного неба — и теорему Белла можно будет проверить с невиданным размахом. (Иллюстрация NASA / CXC / SAO / A.Siemiginowska et al., AURA / Gemini Obs.)

Нельзя сказать, что он был единственным сторонником подобных взглядов. Раздавались голоса: в самом деле, почему мы не можем точно одновременно узнать скорость и координаты частицы? Возьмём квантовый объект, опять-таки электрон. Чтобы измерить его параметры, надо устроить ему сеанс взаимодействия с другим квантовым объектом. Такое взаимодействие квантовых по природе объектов непременно закончится изменением состояния измеряемого (отсюда и ноги у принципа неопределённости). Но что если есть иной способ измерения, без условных электронов, с помощью неких инструментов, которые позволяли бы, во-первых, определить параметры электрона, а во-вторых, «не трогать» его?

В 1960-х появилась так называемая теорема Белла. Чтобы ответить на вопрос, существуют ли такие «чудесные» способы измерения «скрытого параметра», влияющего на любую физическую характеристику квантовой частицы, Джон Стюарт Белл предложил провести следующий эксперимент. Под внешним воздействием любой природы атом синхронно заставляют испускать две частицы (фотоны) в противоположных направлениях. Потом эти частицы «ловятся», и инструментально определяется направление их спина. Проделать это надо было очень много раз, иначе не накопить нужной статистики, и сделать это в конечном счёте удалось, попутно заложив основы квантовой криптографии, так как оба фотона в этом случае квантово запутаны. Тогда и выяснилось, что волновая функция распределения вероятностей действительно безошибочно описывает движение частиц от источника к детектору. То есть уравнения волновой квантовой механики не содержат скрытых переменных. Победа?

Не совсем. Теоретики изобретательны, и, по идее, волновые функции могут выполняться даже не будучи верными, если есть некий неявный способ взаимодействия детекторов с квантовой системой, который маскирует наличие классических связей между ними и заставляет нас видеть неклассическую физику там, где её нет. Опять же подтянулись вот такие объяснения: если допустить возможность путешествий во времени (в прошлое, со свободой действий) или то, что далёкое общее прошлое до возникновения запутанной пары заранее определяет как её поведение, так и все скрытые переменные, связанные с измерениями её параметров, то так называемая КМ всё же может быть по сути классической.

Так что эпидемия экспериментальных проверок теоремы Белла на самом разном экспериментальном материале далеко не закончилась — как и многочисленные проверки ОТО на разнообразнейших объектах.

И вот теперь исследователи во главе с Джейсоном Галличчио (Jason Gallicchio) из Чикагского университета (США) предложили использовать свет от квазаров на противоположных сторонах неба (в разных «концах» Вселенной), чтобы проверить теорему Белла при помощи, так сказать, особо большой лаборатории.

Что это даёт? Ну, смотрите сами: чёрные дыры в максимально удалённых друг от друга концах Вселенной, вызывающие свечение возле своих аккреционных дисков и выбрасывающие материю из своих окрестностей, так далеки, что информация от одной из них никакими классическими средствами не может дойти до другой за всё то время, что существует Вселенная. То есть без грубого мухлевания вроде путешествий во времени утверждать о наличии связи между такими источниками излучения не приходится. Использовав свет от далёких квазаров для настройки детекторов обычной лаборатории, можно гарантировать, что если какие-то скрытые взаимодействия между детекторами и частицами и бывают, то детекторы, сконфигурированные на основе наблюдений разных квазаров, дадут одни результаты, а сконфигурированные стандартными случайностными процедурами — другие.

Обычный тип лабораторного эксперимента по проверке теоремы Белла оперирует двумя фотонами с противоположной поляризацией. Экспериментатор не может узнать поляризационное состояние любого из них без выполнения измерения, а как только он выяснит поляризацию одного фотона, это немедленно повлияет на любые измерения состояний другого фотона, причём даже если между ними будет, например, 90 млрд световых лет. Даже если учёные рандомизируют конфигурацию обоих детекторов, чтобы гарантировать отсутствие между ними какой-либо связи, измерения обоих фотонов в разных концах Вселенной должны дать кореллирующийся результат.

Критики такого подхода объясняют нам, что всё это лишь кажется экспериментаторам. Сторонники локального реализма считают, что во вроде бы запутанном состоянии фотоны связаны посредством той самой «скрытой переменной», которая в разных районах пространства изначально неодинакова, однако за время эксперимента может быть передана посредством детекторов.

Использование двух квазаров посредством такой гипотетической «скрытой переменной» приравнивает время корреляции не к миллисекундам, как в лабораторных условиях, а к миллиардам лет. В идеале для этого нужно наблюдать пару квазаров, свет от которых шёл до Земли 12 млрд лет (и таких кандидатов много), разделённых на нашем небе 180°. Увы, для этого эксперимент надо проводить в космосе, поскольку на Земле одновременно наблюдать противоположные две точки неба таким образом не получится, но и 130°, по расчётам авторов, будет достаточно, чтобы решить все проблемы с независимостью конфигурации детекторов.

В этом случае частицы обоих далёких квазаров, по идее, никогда не взаимодействовали друг с другом со времён очень ранней Вселенной, и почти любая возможность сохранения в столь отдалённых местах пар запутанных частиц к данному моменту должна быть исчерпана. Тем самым скрытая переменная не сможет связать показания двух детекторов, поскольку в этих локациях она будет радикально разной, а временной разрыв — слишком большим.

При этом фотоны от одного квазара предлагается использовать для ориентации одного поляризационного фильтра, и так далее. Если скрытая переменная существует, тогда результаты двух фильтров будут разными — и это пойдёт вразрез с предсказаниями КМ, что укажет на её неполноту.

Ещё более выпуклым вариантом такого эксперимента может быть использование фотонов реликтового излучения с противоположных участков земного неба (идущих из мест, более отдалённых, чем любые квазары) — для такой же настройки поляризационных фильтров, хотя в этом случае некоторые проблемы может вызвать избыток шума, затрудняющего организацию эксперимента.

Схема предложенного эксперимента.

Увы, даже после его проведения проблемы с локальным реализмом полностью не исчезнут. Предположим, что результаты всех опытов по квантовому запутыванию были предопределены до Большого взрыва через локальные скрытые переменные. В этом случае каждый эксперимент даст одинаковые результаты вне зависимости от того, существует ли скрытая переменная или права квантовая механика, и мы никогда не узнаем, как же обстоят дела на самом деле. Но авторы не зря называют такой итог «супердетерминистским космическим заговором»: предположения такого рода, мягко говоря, сложно проверить, не говоря уже о тех допущениях, которые они требуют.

Тем не менее в случае реализации предложенного эксперимента вопрос о чайниках Рассела — принципиально непроверяемых и неопровергаемых теорий, которые нет смысла рассматривать в научной дискуссии, — отпадёт. Что, бесспорно, будет существенным КМ-достижением.

Отчёт об исследовании вскоре появится в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Ars Technica. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock

Александр Березин

Ученые воспроизвели процесс появления "кирпичиков" жизни в космосе

Российские и итальянские ученые смогли в эксперименте воспроизвести химические процессы, которые приводят к появлению на астероидах предбиологических соединений — жирных и нуклеиновых кислот, приблизившись еще на шаг к разгадке тайны происхождения жизни.

«Все это происходит в одной пробирке, в одной гигантской пробирке космоса, в среде под воздействием сильного излучения», — сказал профессор Эрнесто Ди Мауро из римского университета Сапиенца на пресс-конференции в посольстве Италии в Москве.

Он и группа российских ученых под руководством академика Евгения Красавина, директора лаборатории радиационной биологии Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), с 2011 года занималась проблемой возможного появления «кирпичиков жизни» в космосе.

Ди Мауро напомнил, что в межзвездном пространстве ранее было обнаружено около 80 органических молекул, из них наиболее распространенные — молекулы цианистоводородной кислоты (HCN). При контакте с водой из нее образуется формамид, который встречается в космической пыли, в хвостах комет. Из этого вещества, в свою очередь, могут возникать нуклеиновые кислоты, жирные кислоты, из которых возникают мембраны клеток.

Ученые воспроизвели в эксперименте космические условия — они брали образцы метеоритов и подвергали их воздействию частицы и атомные ядера на ускорителях ОИЯИ, воспроизводя космические излучения — галактические космические лучи.

«Проводилось облучение взвеси метеоритной пыли в формамиде, а затем исследовалось, что возникает. Облучение только формамида рождает некоторые продукты, но при облучении протонами с веществом метеоритов мы получает здесь абсолютно все — РНК, различные сахара», — сказал Красавин.

«Здесь есть все элементы, чтобы сконструировать информационные макромолекулы и для начальных этапов того, что обеспечивает обмен веществ», — добавил академик. Ди Мауро отметил также, что полученные ими результаты могут быть полезны при синтезе некоторых соединений в промышленности.

Ученые планируют в ближайшее время провести эксперимент, в рамках которого образцы будут изолированы от магнитного поля Земли, «чтобы полностью воспроизвести условия межзвездного пространства», добавил Красавин.

Зачем на МКС будет создана самая холодная точка во Вселенной?

МКС

Квантовая физика любит холод. В частности, макроскопические квантовые явления, вроде сверхпроводимости, сверхтекучести и конденсата Бозе-Эйнштейна встречаются только при достаточно низких температурах. В настоящее время методы охлаждения могут достигать температуры в несколько нанокельвинов, достижение еще более низких температур на Земле связано с определенными трудностями из-за необходимости охлаждать материю под действием земного притяжения. Лаборатория охлаждения атомов NASA появится на МКС в 2016 году, что позволит создать температуру примерно в три раза меньше самой низкой из всех, воссозданных доселе.

Пролить свет на природу квантовой материи (формы материи, в которых макроскопические свойства продиктованы квантовой механикой) — это одна из основных тем за последние полвека в физике, которая собрала девять Нобелевских премий. Примеры: сверхпроводимость, сверхтекучесть, дробный квантовый эффект Холла и конденсаты Бозе-Эйнштейна.

Предположительно новые и неожиданные квантовые эффекты должны быть открыты при более холодных температурах. В частности, эксперименты на спокойном фоне должны предоставить данные о крошечных эффектах, не омраченных тепловым шумом. Ключи к природе пространства и времени, квантовой запутанности, принципу эквивалентности и другим вопросам могут быть скрыты именно в холоде.

Диапазон новых применений достаточно широк, к примеру, потенциальные квантовые датчики на основе атомной интерферометрии длины волны, в которых волновая природа атомов настолько усилена низкими температурами, что они интерферируют между собой.

Как понимать холодную температуру? По температурной шкале Кельвина, нулевая температура — это абсолютный ноль, при котором все классическое движение останавливается. Изменение температуры связывается с одним градусом Кельвина, который равен одному градусу Цельсия.

На пути к сверххолодным температурам есть свои маркеры. У сухого льда температура 195 К, жидкий азот кипит при 77 К, а гелий становится жидким при 4,2 К. Реликтовый микроволновый фон Вселенной отвечает 2,725 К, а в самом холодном месте, известном во Вселенной, в туманности Бумеранга температура в 1 К.

Маркеры хороши, но материя при температуре в 1 пикокельвин в триллион раз холоднее, чем туманность Бумеранга. Огромный скачок, который позволяет ощутить по-настоящему сильный мороз. Как вариант — можно взглянуть на длину волны де Бройля (в примерном квантовом размере) атомы в холодном газе.

При комнатной температуре атом среднего веса имеет длину волны около 0,02 нм, что примерно в 10 раз меньше, чем физический размер атома. Расхождение в размерах объясняет, почему атомные газы вообще не демонстрируют квантовую природу при комнатных температурах. При температуре в 1 К длина волны около 0,3 нм, куда больше, чем разделение атомов в жидкости, и можно наблюдать квантово-механический сверхтекучий гелий, который появляется примерно при такой температуре.

При пикокельвине длина волны составляет примерно 0,3 мм, размером со среднюю песчинку, и значительно больше классического размера атома. Когда квантовые волны отдельных атомов в газе накладываются друг на друга, в системе начинают доминировать квантовые эффекты; в случае атомного газа из бозонов, вы получите конденсат Бозе-Эйнштейна.

Конденсат Бозе-Эйнштейна

Квантовые корреляции, в которых проявляются свойства сверххолодной материи, как правило, довольно слабые и разрушаются тепловыми флуктуациями, тем самым предотвращая формирование конденсированных квантовых фаз. Поэтому квантовые свойства обычно появляются при более низких температурах.

Эксперименты при самых низких температурах на сегодняшний день вовлекают квантовые атомные газы. Чтобы провести такой эксперимент, нужно поймать в ловушку, охладить и испытать коллекцию отдельных атомов. К сожалению, атомные ловушки страдают от предельной температуры, которой можно достичь и от однородности захваченной системы.

Сегодня лучшие ловушки для атомов работают на базе гравитомагнетического баланса. Диамагнитные атомы отталкиваются от магнитных полей, поэтому при размещении градиентного магнитного поля атомы будут опускаться до уровня, в котором сила магнитного взаимодействия будет просто уравновешивать силу тяжести. Гравитомагнетическая ловушка сконструирована таким образом, что магнитное поле меньше в центре ловушки, нежели по краям, поэтому атомы ограничены горизонтальной плоскостью.

Очевидно, что магнитные взаимодействия различных атомов в такой ловушке не однородны, особенно если учесть дефекты в конструкции и работе магнитов ловушки. В результате ни одна система не предлагает к изучению однородный материал, и легче провести анализ его свойств. Кроме того, любые колебания или другие изменения в магнитном поле будут иметь тенденцию заставлять атомы двигаться быстрее, что эквивалентно увеличению температуры. Из-за таких эффектов самая низкая температура квантового атомного газа, достигнутая на сегодняшний день, составляет около 0,45 нК, в рамках эксперимента Массачусетского технологического института.

Лаборатория охлаждения атомов NASA должна сломать температурный барьер и дать возможность провести эксперименты с квантовыми газами на температурах в несколько пикокельвинов. NASA задают глупый, на первый взгляд, вопрос: зачем нам ловушка для сверххолодных экспериментов с атомными газами?

Этот вопрос демонстрирует фундаментальный переломный момент. Если атомы будут достаточно охлаждены, ловушка, возможно, и не понадобится. Обычный эксперимент с пойманными в ловушку атомами проводится в пределах нескольких квадратных миллиметров. С образцом при температуре в 1 К, атомы сбегут из этих пределов за миллисекунду, не оставив ни копейки времени для проведения эксперимента. При температуре в 1 нК атомы будут оставаться в экспериментальных пределах около 5 секунд. При температуре в 1 пК время побега может составить более 3 минут, даже невзирая на взаимодействия между атомами. Высокоточные и значимые эксперименты легко можно будет провести в течение нескольких секунд, тем самым сведя необходимость ловить атомы в ловушку к нулю.

И хотя может быть нет необходимости удерживать атомы при низких температурах (если не считать использование ловушки между экспериментами), остается еще сила тяжести. На Земле атомы разлетелись бы из экспериментального пространства за 25 миллисекунд. Также по мере падения атомы выдают очень много кинетической энергии, что приводит к проблемам.

Какое есть решение при низких температурах? Вывести лабораторию по изучению квантового атомного газа на орбиту. При достаточно низкой температуре ловушки будут не нужны, а также не понадобится устройство для компенсирования силы гравитации.

В результате NASA образно назвало свою лабораторию Cold Atom Lab, и она будет запущена на Международную космическую станцию в 2016 году. Эта лаборатория станет пионером в сфере новых техник и видов анализа, управления и использования пресловутых квантовых явлений при сверхнизких температурах. Это позволит пролить свет на некоторые крайне интересные феномены

Станция Конкордия: наука на краю света

concordiahero

Исследовательская станция «Конкордия», совместное предприятие французского Полярного геофизического института и итальянской национальной программы исследования Антарктиды (PNRA), без всяких сомнений является одним из самых удаленных от человеческой цивилизации и одним из самых негостеприимных мест, куда добраться даже сложнее, чем слетать на Международную космическую станцию. Европейское космическое агентство, пользуясь уникальным расположением станции и уникальными условиями окружающей ее среды, использует «Конкордию» для проведения масштабного исследования по вопросам возможных последствий длительного пребывания человека в условиях долгих космических полетов. Предлагаем ознакомиться с тем, в каких условиях здесь живут и работают люди и чем конкретно они занимаются.

«Конкордия» расположена в одном из самых удаленных и экстремальных мест на нашей планете — Антарктиде, — где температура окружающей среды нередко опускается до -80 градусов по Цельсию. Благодаря своему расположению, здесь совершенно безумная суточная световая активность: летом Солнце никогда не садится ниже горизонта, а зимой команде станции приходится жить практически в полной темноте, потому что многие месяцы в году Солнце вообще не встает из-за горизонта. Станция находится примерно в 3200 метрах над уровнем моря, где воздух сильнее разряжен и содержит намного меньше кислорода. Здесь люди постоянно пребывают в состоянии гипоксии (нехватки кислорода). Все эти факторы создают окружающую среду, которую очень сложно назвать идеальной для проведения научных исследований, ведь даже для того, чтобы просто выйти из жилого помещения, человеку нужно надевать в несколько слоев плотную, не пропускающую холод зимнюю одежду.

concordiahero-4

Вокруг станции установлены наблюдательные платформы

Разумеется, проблемы и вопросы технического обслуживания и обеспечения людей продовольственными припасами в столь жестких условиях жизни являются предельно критическими. Доставка небольших грузов и продуктов питания в том числе может осуществляться сюда самолетом Twin-Otter (здесь имеется своя собственная посадочная площадка), в свою очередь крупногабаритные грузы доставить можно только наземным способом с большой земли, ближайшая база на которой находится почти в 1200 километрах от станции. На преодоление такого расстояния уходит около 12 дней, и то только в том случае, если позволяет погода.

concordiahero-6

Шесть месяцев в году люди здесь в буквальном смысле живут в полном мраке

Помимо противостояния жесточайшему арктическому климату, команда станции проводит время за выполнением серии различных научных экспериментов. Исследовательское оборудование расположено вокруг двух башен станции и включает установку сейсмической активности, которая углублена на 15 метров под поверхность и позволяет ученым вести наблюдение за арктическим льдом. Эта сейсмологическая установка является частью общей глобальной системы подобных устройств по всему миру и предоставляет человеку важную информацию, помогающую лучше понять то, как ведет себя земное ядро. Кроме того, на станции проводятся исследования магнитного поля нашей планеты. Благодаря тому, что «Конкордия» расположена вблизи одного из полюсов Земли, ученые могут следить за воздействием поля в его практически горизонтальной точке.

concordiahero-8

Станция состоит из «комплекса шума» (кухня, обеденный зал, игровая комната, спортивный зал, морозильная камера, кинотеатр и рабочие помещения) и «комплекса тишины» (здесь находятся лаборатории, спальные места, ванные комнаты и медицинский отсек)

Ввиду чрезвычайно экстремальных условий здесь не могут существовать даже большинство обычных бактерий, но именно такие условия интересуют Европейское космическое агентство, так как по части сложности жизни в них в теории они могут быть аналогичны условиям жизни в рамках проведения сверхдолгих космических перелетов.

concordiahero-7

Добраться сюда не легче, чем полететь на другую планету

«Конкордия» находится от цивилизации даже дальше, чем находится от цивилизации МКС. В случае с последней, ближайшая станция снабжения расположена в 600 километрах (орбитальная высота самой МКС при этом составляет 322 километра) от МКС. Но в отличие от космической станции, к которой можно добраться в любое время года, к «Конкордии» можно добраться по воздуху или земле исключительно в рамках шестимесячного окна. В остальное время до станции не доедет, не доплывет и не долетит ни одно техническое средство. Все это фактически заставляет ее команду полагаться исключительно на свои силы, даже в рамках чрезвычайных ситуаций. Здесь, как и в случае с МКС, до начала пути к «Конкордии» команда должна пройти многомесячную специальную подготовку.

В начале этого года на станцию прибыл спонсируемый ЕКА врач Адреанос Големис. В ближайший год он будет заниматься наблюдением за командой исследователей: как люди могут справляться со стрессовыми ситуациями и изоляцией, то есть теми состояниями, с которыми определенно столкнутся будущие космические исследователи.

Зимой 2012 года ЕКА провела эксперимент, направленный на осознание того, чего стоит ожидать от долгих космических перелетов. Исследователи работали над созданием специального режима тренировок для тех, кто будет работать в условиях замкнутого пространства (например на МКС). Задачей эксперимента был поиск наиболее подходящих решений для возникающих в условиях длительного пребывания в такой среде проблем, вроде изменения в настроении людей, изменения уровня когнитивного здоровья, а также общих изменений физических показателей здоровья в жестких условиях пребывания в столь экстремальной для жизни среде.

concordiahero-3

Полярная ночь на «Конкордии»

Даже наблюдение за тем, как человеческий организм реагирует на изменение среды с низким процентом содержащегося в ней кислорода очень важно для будущих миссий на другие планеты. Ведь если плотность кислорода в космическом корабле будет ниже, в нем также будет и ниже показатель внутреннего атмосферного давления, а значит такой корабль будет легче разработать и собрать.

concordiahero-5

Северное сияние глазами «Конкордии»

В скором времени станцию «Конкордия» ожидает смена персонала. В течение всего 2014 года новые исследователи продолжат заниматься изучением и расширением границ наших знаний о тех опасностях, что могут ожидать нас при длительных космических путешествиях в будущем. Один из новых экспериментов на этот счет предполагает проверку физического состояния организма во время чрезвычайно долгого пребывания в условиях невесомости. Симуляция этого состояния будет проводиться путем долгого пребывания человека в лежачем положении, когда его голова будет находиться под нижним углом по отношению к горизонту.

С огромным количеством предложений и разработок, которые уже ведутся в отношении будущих пилотируемых миссий на другие планеты, объем работ на «Конкордии» будет постоянно пропорционально увеличиваться.

Человечество покидает утробу

Getty Images/Fotobank

В мировой науке супер-сенсация: революционный прорыв совершил японский профессор Есинори Кувабара — он создал искусственную матку и сумел вырастить в ней козленка. Теперь уже нет сомнений: дело за гомункулом, которым ученые бредили с XIII века. Мир неумолимо приближается к рубежу, за которым само воспроизводство человека в искусственных условиях станет просто технологией и бизнесом.

У этой козы еще нет имени, более того, формально этого животного даже еще не существует, но тем не менее она уже стала самой настоящей научной сенсацией, а фотографии этой красавицы на прошлой неделе обошли весь мир. Снимки фантастические: профессор Есинори Кувабара из университета Juntendo в Токио склонился над полупрозрачным белым мешком, в котором и покоится коза, опутанная с головы и до копыт гибкими трубочками и проводами. Это первая в мире искусственная матка, в которой, как утверждают японцы, была выращена первая в мире искусственная коза, которая должна вот-вот родиться на свет.

Известие вызвало настоящую бурю в научном мире. Еще бы! 30 лет назад, когда ученые изобрели процедуру экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и провели первые опыты по зачатию «детей из пробирки», мир вдруг с ужасом узнал, что мужчины больше не нужны для продолжения рода. Именно тогда появились фантастические фильмы в стиле «Новых амазонок», предрекавшие скорую и безжалостную победу феминизма во всем мире. Но прогресс не стоит на месте. И теперь выясняется, что для продолжения человеческого рода не нужны и женщины. Строго говоря, для воспроизводства homo sapiens скоро уже будет не нужен сам человек.

Борьба за дни и граммы

Об изобретении искусственной матки ученые серьезно задумались еще полвека назад, когда перед медициной встала задача поддержания жизни недоношенных детей. Вообще, кувезы для недоношенных, появившиеся в роддомах в конце 70-х годов прошлого века, и есть первые модели искусственных маток — эти пластиковые контейнеры, снабженные водяными матрасами, были призваны имитировать условия пребывания плода в амниотической жидкости в теле матери. Для этого в кувезах поддерживается постоянная температура и влажность воздуха (около 60 процентов), также кувезы снабжены системой искусственной вентиляции легких и аппаратами искусственного питания как через кровь, так и через назогастральный зонд.

В 1979 году врачи сделали открытие, что искусственная вентиляция легких далеко не всегда может спасти жизнь новорожденного. Дело в том, что легкие из всех органов развиваются последними, и только на 22–24-й неделе беременности в организме младенцев появляется сурфактант — специальное вещество, противодействующее спадению альвеол в легких (при помощи этих крошечных пузырьков и совершается газообмен, когда кислород воздуха переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух). И если нет сурфактанта, то проводить вентиляцию легких не только бессмысленно, но и смертельно опасно. Поэтому для спасения малышей нужно создавать не только специальную газовую среду, но и синтезировать многие вещества, которые плод получает от матери. Так медики научились моделировать в лабораторных условиях многие процессы, происходящие внутри человека, а «порог выживаемости» младенцев был сдвинут с 24 до 20 недель, то есть медики научились выхаживать 500-граммовый плод, по каким-то причинам отторгнутый материнским организмом. И каждый раз, когда этот «порог» удается сдвинуть хотя бы на несколько граммов, это событие равноценно взятию новой горной вершины — такова цена борьбы за жизнь. Кстати, не так давно в Научном центре акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова был поставлен новый мировой рекорд: врачи сумели сохранить жизнь недоношенной девочке весом всего в 450 граммов! То есть, чтобы сдвинуть «порог выживаемости» еще на 50 граммов, понадобилось свыше трех десятилетий напряженных научных исследований.

В конце 70-х произошло еще одно знаковое событие: в Лондоне родилась Луиза Джой Браун, прозванная журналистами Super-Baby — это был первый ребенок, зачатый методом ЭКО. Ученые получили возможность моделировать in vitro процессы внутриутробного развития плода как с самого начала возникновения жизни на клеточном уровне, так и в финальных стадиях. Возникла логичная мысль объединить эти два процесса в единое целое и создать некий аппарат для выращивания людей. Правда, тогда это казалось чистой воды фантастикой — в мире не было вещества, способного заменить плаценту. В итоге медики, занявшиеся изучением свойств этой чудо-ткани, открыли стволовые клетки и основали новую науку — стволовую медицину, благодаря которой и стал возможен новый научный прорыв.

Гонка за маткой

Профессор Есинори Кувабара, заведующий кафедрой акушерства и гинекологии университета Juntendo, занялся проблемой создания искусственной матки еще в 1995 году. Тогда он изобрел «мультиматку» — крохотное устройство, всего 2 мм в диаметре, в которое могут поместиться до 20 яйцеклеток подопытных мышей. Все их можно одновременно оплодотворить, и они будут развиваться до того момента, пока не придет черед провести имплантацию зародыша в матку суррогатной матери. Правда, в те годы из-за нарушений температурного режима и кислотности окружающей среды эмбрионы часто гибли, и тогда профессор Кувабара задумался, что неиспользованные яйцеклетки можно не замораживать, а дать возможность им развиваться. Вскоре он разработал новую технологию поддержания жизни зародышей. Профессор Кувабара извлекал матки у коз и помещал их в стерильные пластиковые емкости, заполненные искусственной амниотической жидкостью (околоплодными водами), в которых постоянно поддерживалась температура тела. В эти матки он помещал зародыши животных, подавая в емкости питательный «бульон».

«Мы обеспечиваем зародышам комфортные условия, имитируя естественную среду, в которой они существуют в организме животного,— цитировал слова Есинори Кувабары авторитетный журнал New Scientist.— Все эксперименты с искусственной маткой, проведенные на козах, показали, что аппарат работает более эффективно, чем обычное искусственное оплодотворение ЭКО, и больше половины эмбрионов в нем вырастают здоровыми».

Правда, довести эксперименты до логического завершения — рождения здорового животного — ученым так и не удалось: все зародыши гибли на самых различных стадиях. Тем не менее за годы бесчисленных экспериментов японцы смогли до совершенства отточить приемы поддержания жизни в искусственных матках. Также были изобретены и полимеры, способные заменить натуральные ткани, но пока об этих искусственных материалах японцы предпочитают не распространяться, справедливо опасаясь, что любое неосторожное слово будет тут же услышано конкурентами.

Действительно, сегодня в мире среди биотехнологических лабораторий развернулась настоящая гонка за право создания действующей технологии искусственного выращивания людей. Свои проекты искусственной матки есть и у американцев, и у корейцев, и у европейцев. Самый интересный проект разработали ученые из Центра репродуктивной медицины и искусственного осеменения Корнельского университета, которым удалось вырастить из стволовых клеток, взятых у женщин, некое подобие женского лона. Были проведены и эксперименты по искусственному оплодотворению, и, как заверила журналистов руководитель исследовательской группы доктор Хан-Чин Лиу, эмбрионы успешно прижились к стенкам лабораторных маток. Но вскоре эксперименты были прекращены — по ряду морально-этических соображений. Но факт остается фактом: даже если эксперимент Есинори Кувабары по рождению искусственной козы и завершится неудачей (а такую возможность осторожный профессор Кувабара, как он объяснил на сайте университета, никогда не исключает), то объединенными усилиями ученых мира искусственная матка так или иначе появится, причем в течение ближайших двух-трех лет.

Обидно, правда, что России даже и близко нет в списках участников этой новой биотехнологической революции. Обидно вдвойне — ведь в свое время советские ученые из Института акушерства и гинекологии АМН СССР сделали немало фундаментальных открытий в области антенатальной терапии (то есть лечения плода до его рождения). Можно еще вспомнить и о работах «чудика» Олега Белокурова из Ленинградского института акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта, который еще в 1970-е годы пытался запатентовать свою «искусственную женщину» — так назывался прибор, который, как и кувезы в роддомах, при помощи света и нагрева воды имитировал внутриутробную среду, только не для новорожденного, а для некоего питательного «бульона» и оплодотворенной яйцеклетки. Изобретатель в итоге был подвергнут настоящей обструкции. Конечно, у академиков были веские причины — вряд ли эта «женщина» могла бы принести полноценное потомство, но сам факт ее появления был свидетельством бурления исследовательской работы в научных лабораториях страны. Сегодняшняя же российская наука низведена до того состояния, что мы можем только осваивать чужие разработки, да и то не самые передовые. Тем не менее новая биотехнологическая революция неизбежно затронет и Россию, как бы ни хотелось обратного всем поклонникам патриархального уклада, традиционных консервативных «ценностей» и духовных «скреп», которые шельмуют даже идею о возможности суррогатного материнства. Раздаются даже призывы отказывать суррогатным детям в возможности посещать христианские храмы. Но что будет с нашими консерваторами, когда в мире появятся настоящие репликанты — люди, вообще не имеющие биологических матерей?

Готова ли Россия к таким переменам?

Фотография из лаборатории профессора Кувабары: так выглядит плод искусственной козы в искусственной матке

Недетские вопросы

Безусловно, заверили корреспондента «Огонька» в Научном центре акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова, менее всего медики, работающие в области биотехнологий, задумываются о создании нового — «искусственного» — человечества. Пока что на повестке дня стоят более приземленные задачи. Например, новые технологии позволят иметь собственных детей всем женщинам, страдающим дефектом матки или ее недоразвитием.

Новые технологии позволят решить репродуктивные проблемы у многих молодых пар,— говорит профессор Владимир Бахарев.— Частота врожденных наследственных патологий у нас настолько высокая, что именно генетические факторы сегодня занимают второе место среди всех факторов младенческой смертности. Сегодня до 5 процентов новорожденных страдают различными наследственными патологиями, и поэтому мы настаиваем на том, чтобы молодые пары перед зачатием ребенка проходили бы генетическую экспертизу.

Технология выращивания плода в искусственной матке поможет решить все эти проблемы. При этом никто из молодых родителей даже не задумывается о технологиях генетического усовершенствования своих отпрысков — были бы здоровы, и слава богу. Впрочем, даже стопроцентно здоровые гены не гарантируют полного здоровья малышу. Бывает и так, что один из двух братьев-близнецов начинает буквально поглощать другого, забирая у него все жизненные силы, что в дальнейшем чревато проблемами уже для обоих. Спасти близнецов от столь сильной братской «любви» и поможет искусственная матка.

Другая область применения новых биотехнологий — фетальная хирургия. Это операции на зародышах человека, которые хирурги — ради дородового излечения младенца от пороков сердца — проводят прямо в материнской утробе. Зачастую эти операции очень опасны для жизни не только младенца, но и матери. Теперь же риск можно значительно снизить, поместив малыша в искусственную утробу.

Мамонты и папонты

Конечно, новая биотехнологическая революция открывает перспективы не только перед медициной. Помнится, несколько лет назад директор Музея мамонта СВФУ Семен Григорьев из Якутии делился своими планами о возрождении этих доисторических животных. Требовалось всего ничего — найти живые клетки с ДНК мамонта, причем генокод мамонта был уже вычислен по останкам шерсти. И найти слониху подходящих размеров для вынашивания мамонтенка — все-таки древние мамонты были крупнее нынешних слонов. Правда, сетовал ученый, в этом случае это будет уже не чистокровный мамонт, а полукровка, «слономамонт». Но вот благодаря искусственной матке можно вырастить хоть мамонта, хоть древнего гигантского мастодонта.

Между прочим, возрождение мамонтоводства давно уже стало национальной идефикс якутских ученых. Только представьте себе, какие перспективы открываются перед сельским хозяйством России в случае успешного окончания эксперимента по возрождению мамонтов! Представьте себе стада этих гигантских животных, прекрасно адаптированных для жизни в суровой тундре, которые дают тонны сверхполезного продукта — сотни тысяч лет эволюции и нашего совместного бок о бок проживания с мамонтами привели к тому, что именно мясо мамонтов человеческий желудок усваивает лучше всего. Во всяком случае, так утверждают ученые, исследовавшие влияние мамонтятины на человеческий организм.

Кроме того,— доказывали якутские ученые,— это наш с вами неоплатный человеческий долг! Ведь именно антропогенный фактор привел к полному истреблению мамонтов — проще говоря, первобытные охотники истребили всех этих животных. И теперь, когда мы вышли на новую ступень эволюции, мы должны вернуть к жизни этих удивительных животных.

Вернуться могут не только мамонты, но и другие исчезнувшие виды фауны. Например, стеллерова корова — гигантское водное млекопитающее, истребленная в XVIII веке охотниками Командорских островов. Или сумчатый тасманийский волк, обитавший некогда в Австралии.

Впрочем, гораздо интереснее генным инженерам будет конструировать новые виды — в биологии такие животные называются химерами. И первые образцы химер уже созданы — к примеру, не так давно была получена межвидовая химера овцы и козы, ведутся эксперименты по вживлению части человеческого генома в геном свиньи. Пока что такие эксперименты были ограничены не только морально-нравственными критериями, но и параметрами материнского организма — ведь биологу мало получить химерный зародыш, нужно его еще вырастить и родить. Теперь же, как говорят футурологи, никаких биологических ограничений уже не будет — можно вырастить что угодно, хоть хомяка размером с бегемота, хоть помесь слона и ежа.

Рано или поздно реконструкции подвергнется и сам человек. А уж как изменится сексуальная жизнь человека, трудно себе даже вообразить. Неслучайно первыми тревогу забили феминистки. Стоило профессору Кувабаре опубликовать первые снимки с нерожденной козой в синтетической матке, как его страничка в интернете была атакована возмущенными японскими девушками, опасавшимися, что из-за этого изобретения мужчины в скором времени смогут отказаться от общения с нормальными женщинами.

Ох, чувствуется, затрещат скоро скрепы по всему миру.

Как рождался биотех

От лечения бесплодия к изменению человека как биологического вида — «Огонек» проследил историю будущей революции

1677 – Голландский натуралист Антони ван Левенгук первым рассмотрел в микроскоп и составил описание сперматозоидов.

1780 – Итальянский священник и ученый Лазарро Спалланцани разработал технику искусственного осеменения собак с целью улучшения породы.

1790 – Шотландский исследователь и врач Джон Хантер впервые осуществил внутриматочную инсеминацию женщины.

1827 – Немецкий врач Карл Эрнст фон Баер первым составил описание яйцеклетки человека. Также была осуществлена первая успешная попытка оплодотворения яйцеклетки in vitro у млекопитающих (кроликов и морских свинок) с последующим рождением потомства.

1897 – Российский академик Викторин Груздев провел исследование о возможности оплодотворения по методу ЭКО одной крольчихи донорской яйцеклеткой, взятой у другой крольчихи.

1961 – Врачи Всемирной организации здравоохранения разработали методику оценки жизнеспособности недоношенных новорожденных. Считалось, что ребенка можно выходить только при рождении после 28 недель беременности (из стандартных 38–42).

1977 – Появление технологий реанимации недоношенных детей. Нижний порог жизнеспособности сдвигается до 22 недель.

1978 – Рождение первого в мире «ребенка из пробирки» Луизы Браун. До этого было сделано свыше 600 неудачных попыток ЭКО. В СССР первый ребенок из пробирки был рожден в 1986 году.

1996 – Рождение клонированной овечки Долли, созданной Яном Вилмутом и Кейтом Кэмпбеллом в Рослинском институте, в Шотландии. Сегодня ученые клонировали практически все виды животных и даже, как утверждают анонимные источники из Южной Кореи, человека.

http://www.kommersant.ru/doc/2388134

Ученые сообщили о старте нового космического проекта "Нанокосмос".

Группа европейских астрономов начала амбициозный и дорогой новый проект. В течение шести лет будут построены три лаборатории космического моделирования, две в Испании и одна во Франции.

Три новые махины по пять метров в длину, работающие с водородом, углеродом, азотом, кислородом, кремнием, титаном, железом и другими металлами при температуре 1500 градусов C (2732 F), дадут ученым возможность создать в лабораторных условиях и изучить умирающие звезды.

Это не первый раз, когда астрономы создают "звездный материал", чтобы разгадать астрономические тайны. Астрономы уже пытаются создать белых карликов в пустыне на Земле. Лаборатория Z - самый большой генератор по созданию звездного материала в мире. Она разработана, чтобы проверить материалы в условиях чрезвычайной температуры и давления.

Теперь, пора изучить красных гигантов!

В проекте под названием Nanocosmos примет участие 40 инженеров и астрономов во всем мире, а также телескоп ALMA в Чили и различные радио-телескопы во всем мире.

Впервые, в ходе проекта Нанокосмос будет построена специальная лаборатория, в которой можно будет создать межзвездные зерна пыли, подражающие физическим и химическим условиям внешних слоев умирающих звезд - красных гигантов.

Звезды преобразовывают водород в гелий, чтобы произвести свет и другую радиацию.

Стоимость проекта составляет 15 миллионов евро.

Ученые надеются, что проект Nanocosmos окажет значительное влияние на область астрофизики, нанонаук, химии.

Муравьиная колония обживает МКС

Среди научных экспериментов, которые космический грузовик Cygnus доставил на Международную Космическую Станцию 12 января, была колония из 600 муравьев вида Tetramorium caespitum, или дерновый муравей. Насекомые прибыли на МКС в контейнере, готовые к началу эксперимента, который выяснит, как влияют на коллективное поведение муравьев условия невесомости.

Сейчас эксперимент, который называется Ant Forage Habitat Facility (туннельная жилище-лаборатория для муравьев) установлен на борту лаборатории Destiny (Дестини) МКС, и астронавты могут изучать поведение колонии в условиях недостаточной гравитации. За поведением следят камеры, которые в режиме реального времени передают данные студентам в США.

Возможности применения результатов этого эксперимента очень широки. Колонии муравьев на Земле согласованно действуют без «центрального руководства», вместо этого полагаясь на отдельных муравьев для распределенного сбора информации. Согласно описанию эксперимента МКС, поведение муравьиных колоний все чаще используется для координации роботизированных систем и решения других сложных проблем на Земле. Поэтому, понимая, как муравьи адаптируются и переносят невесомость, можно будет построить улучшенные алгоритмы для скоплений роботов.

Многие могут подумать: ведь колония может сбежать, размножиться и захватить космическую станцию? Ученые предусмотрели такую возможность: для участия в эксперименте отбирались только стерильные рабочие муравьи.

Ученые хотят проверить теорию струн экспериментально

Калаби-Яу

Теория струн — красивая и элегантная научная теория, согласно которой все силы во Вселенной представлены мельчайшими точечными частицами в виде одномерных вибрирующих струн. Это чертовски умно звучит, но также чертовски не проверяется. По крайней мере, до сегодняшнего дня.

Проблема в том, что теория струн, которой прочили звание «теории всего», использует такие экстремальные энергетические уровни и настолько миниатюрные размеры (каждая струна в квинтиллион раз меньше, чем и без того крошечный атом водорода), что нет никакого аппарата, способного измерить струну и убедиться в том, что теория верна. Это грустно, но однако защищает от попыток забраковать теорию, хотя бы до того момента, пока ее нельзя проверить наверняка.

Как пишет PhysOrg, исследователи из Университета Таусона утверждают, что невероятно точные измерения положений тел солнечных систем могут предоставить доказательства того, верна или нет теория струн. Как утверждают ученые, незначительные расхождения между предсказаниями, сделанными в рамках ОТО и теории струн, можно выявить, если сделать достаточно точные измерения, которые и коронуют теорию струн, либо оставят ее за бортом науки. Пара ученых представила свою работу на конференции Американского астрономического общества в Вашингтоне. Вот что Джеймс Овердуин, один из исследователей, рассказал источнику:

«Ученые шутят о том, что теория струн обещает и всегда будет обещать [хоть что-то], поскольку нет возможности проверить ее. Мы определили простой метод обнаружения трещин в общей теории относительности, которые могут быть объяснены теорией струн практически без проблем».

Тест представляет собой сложное расширение легендарного эксперимента Галилея, в котором он ронял два шара с разным весом с Пизанской башни. Позднее Ньютон понял, что все вращающиеся тела по сути повторяют этот же эксперимент, будучи в постоянном процессе падения друг на друга, как и в пространстве.

Исследование Овердуина предполагает, что могут быть крошечные нюансы в пути, по которому тела обращаются друг вокруг друга: отклонения от третьего закона Кеплера о движении планет; дрейф из зон гравитационного равновесия, известного как точки Лагранжа; и колебания в пределах орбиты из-за ускорения, которое придает третье тело. На сегодняшний день эти особенности никогда не были измерены, поскольку колебания чрезвычайно малы.

Команда ученых полагает, что в Солнечной системе есть тела, которые можно измерить — луны Сатурна Тетис и Диона, например. И если они могут быть измерены и они существуют, возможно, теория струн найдет свое подтверждение или опровержение. У сторонников теории еще есть время, чтобы затаить дыхание, либо насладиться последними моментами жизни струн.

Илья Хель

Богатство разрушает общество

Американский психолог Пол Пиф (Paul Piff) из университета Беркли выступил с публичной лекцией на нетрадиционную для США тему: он рассказал об экспериментах, проведенных в Университете Беркли, которые наглядно показывают: богатые люди более аморальны, чем бедные. Лекция была недавно выложена на очень популярном просветительском англоязычном сайте ted.com и быстро набирает количество просмотров, вызывая серьезную дискуссию.

Пиф рассказал о целой серии экспериментов. Например, в кампусе университета Беркли психологи отобрали случайным образом 100 пар студентов для участия в эксперименте, основанном на игре "Монополия". Вначале с помощью монеты определялось, кто из двух студентов будет играть роль богатого игрока, а кто бедного. Потом "богатый" получал набор привилегий, которые давали ему гораздо лучшие стартовые позиции, чем "бедному". Далее с помощью скрытой камеры исследователи наблюдали за поведением игроков.

Оказалось, что в течение 15 минут игры обнаруживалось существенное изменение поведения: "богатый" игрок начинал демонстрировать все признаки доминирования, становился все бесцеремоннее по отношению к "бедному", начинал громче стучать фишками по доске, бросать пренебрежительные замечания и даже брал себе больше печенья из корзины на столе. Причем, все эти особенности поведения успевали развиться всего лишь за 15 минут игры! Задавая после эксперимента вопросы о ходе игры, психологи обнаружили, что "богатые" игроки объясняют свой успех своими удачными действиями и личными качествами, "забывая" о своем изначально привилегированном положении.

По мнению Пола Пифа, ситуация с игрой в "Монополию" может быть спроецирована на отношения между людьми, находящимися на разных ступенях иерархии в обществе. Чем человек становится богаче, тем меньше он проявляет сочувствия и сопереживания к другим и тем больше он сконцентрирован на собственных интересах и своих правах, настаивает психолог. В доказательство Пиф привел результаты еще нескольких экспериментов.

Например, в ходе эксперимента выяснялось, насколько люди с разным уровнем дохода готовы делиться с неизвестными им нуждающимися. Оказалось, что люди с доходом 15-25 тыс. долларов в год на 44% чаще проявляют готовность пожертвовать деньги, чем те, чей доход составляет свыше 150 тыс. В ходе другого эксперимента испытуемые "случайно" оказывались в помещении, где стояла корзинка с конфетами. Предварительно их невзначай предупреждали: "Там стоят конфеты, они для детей, участвующих в эксперименте в соседней лаборатории". Так вот оказалось, что богатые люди в два раза чаще, чем бедные, брали конфеты из "детской корзинки". Также выяснилось, что люди с более высоким достатком в большей степени склонны мошенничать в ходе эксперимента, когда выигравший получал в качестве награды 50 долларов вознаграждения.

Еще один эксперимент был посвящен изучению поведения на дороге водителей дешевых, средних, дорогих и очень дорогих машин. Исследователи несколько дней замеряли, как часто владельцы всех этих машин нарушают закон, не пропуская пешеходов на "зебре". Результаты действительно впечатляют. Водители самых дешевых машин по результатам исследования не нарушили закон ни разу. Далее, чем дороже машина, тем выше процент нарушений. В группе самых дорогих машин – "БМВ" и "Тойота" — нарушения составили 50%, то есть пешеходов не пропускал каждый второй.

Подводя итог, Пиф заметил, что более богатые члены общества демонстрируют асоциальное поведение по всем направлениям – они склонны не считаться с интересами других людей, готовы обманывать и вводить в заблуждение при переговорах, не считают зазорным обманывать покупателей товаров и услуг, а также демонстрируют готовность брать взятки и нарушать закон.

Затем Пиф привел данные о катастрофически нарастающем последние двадцать лет разрыве между богатыми и бедными в США. Приведя данные за 1993 год, он показал, как кривые достатка разных групп все больше расходятся. Особенно заметен возрастающий отрыв наиболее богатых пяти процентов населения с годовым доходом выше 375 тыс. долларов. Сегодня, по его словам, 20% наиболее богатых американцев владеют 90% всех богатств страны, и эта ситуация беспрецедентна для США.

Касаясь вопроса об "американской мечте", Пиф подчеркнул, что ее суть — равные возможности для всех. И эта суть подрывается нарастающим неравенством. Проблемы общества с большим разрывом между богатыми и бедными не в тех людях, которые оказались на дне, – подчеркнул психолог, — а в том, что подобное общество ухудшается по всем своим параметрам для всех групп. Чем больше нарастает разрыв между богатыми и бедными, тем больше проблем с образованием, здравоохранением, тем выше процент заключенных и наркозависимых, количество матерей-тинейджеров, тем больше насилия и обмана. А вот степень кооперации, взаимопомощи и доверия, без которых общество не может развиваться, в обществах с нарастающей дифференциацией доходов становится все ниже, подчеркнул психолог.

Каким образом можно вернуться на правильную дорогу? Как победить один из главных сегодняшних вызовов, стоящих перед США, — нарастающее неравенство? По мнению Пола Пифа, пример подают движения и организации богатых людей, число которых все увеличивается, готовых отчислять часть своих доходов на усиление социальной политики, призванной обеспечить если не равные, то хотя бы сравнимые возможности для людей из разных групп населения. Упомянул он и о богатейших гражданах США, жертвующих на благотворительность половину своих состояний. Они действуют против своих экономических интересов, но помогают вернуть "американскую мечту" – подчеркнул психолог.

В заключение он процитировал Билла Гейтса, который как-то сказал, что главный успех человечества — не в сделанных людьми открытиях, а в том, чтобы использовать их для победы над неравенством.

Татьяна Чеснокова
http://www.rosbalt.ru/main/2013/12/28/1215584.html

В Швейцарии хотят ввести закон о «Безусловном основном доходе» для всех, включая тех, кто не хочет работать

"В Швейцарии собраны 126 тысяч подписей за введение «Безусловного основного дохода» в 2000 евро, гарантирующего безбедную жизнь даже тем, кто не хочет работать. Теперь вопрос о «безусловном основном доходе» будет вынесен на всенародный референдум. Быстрота сбора 126 тысяч подписей стала рекордной за всю историю референдумов в Швецарии. Сторонники БОДа уверены, что гарантированный прожиточный минимум не лишит швейцарцев желания работать."

"Не материальная нужда заставляет нас работать, а наоборот, материальная обеспеченность позволяет нам работать по-настоящему." Гётц Вернер (Götz Werner)

«Безусловный основной доход» (БОД) гарантировал бы каждому взрослому жителю Швейцарии ежемесячный доход в размере 2500 франков (примерно 2000 евро). За эти деньги не надо было бы работать или стоять на бирже труда, эти деньги не являются социальной помощью нуждающимся. Они выплачиваются государством просто так, без каких-либо условий, повторюсь – настолько это невероятно звучит – всем жителям Швейцарии независимо ни от чего. Работающим, кстати, тоже.

Это звучит как утопия. Швейцарская газета Neue Zürcher Zeitung уже сравнила проект закона с идеей отменить силу тяжести. Однако не всё так просто. Инициаторы введения БОД считают, что законопроект вполне реалистичен, полезен для общества и посилен для бюджета.

Сторонники БОДа уверены, что гарантированный прожиточный минимум не лишит нас желания работать. Большинство работает, поскольку видит в своей деятельности смысл и чувствует, что работа положительно оценивается обществом. С введением гарантированного дохода в этом ничего не изменится.

Однако чтобы привлечь людей на работу, которая сейчас является непривлекательной и низкооплачиваемой, работодателю придётся создавать лучшие условия труда и повышать зарплату.

Как ни странно, многие работодатели не являются противниками БОДа. Так, основатель сети магазинов dm Гётц Вернер (Götz Werner) уже в течение нескольких десятилетий последовательно отстаивает идею БОДа для всех.

Вернер сравнивает возможное введение гарантированного дохода с открытием, которое сделало человечество, когда узнало, что Земля не плоская, а круглая. По мнению Вернера, с введением БОДа мы неожиданно поймём, что не материальная нужда заставляет нас работать, а наоборот, материальная обеспеченность позволяет нам работать по-настоящему. Продуктивность труда вырастет, поскольку все будут заниматься тем, что им действительно по душе. Никто не будет бояться менять работу и экспериментировать. Для Вернера также важно, что при наличии гарантированного дохода каждый из нас сможет больше времени посвящать воспитанию детей и уходу за больными родственниками.

Здравый смысл как будто подсказывает, что невозможно найти средства для выплаты БОДа. Однако государство уже сейчас тратит огромные деньги на социальные выплаты. Так сторонники законодательной инициативы подсчитали, что в Швейцарии БОДа на уровне 2500 франков для взрослых и 625 франков для детей необходимы 200 миллиардов франков в год. Сейчас расходы государства на социальные выплаты составляют 70 миллиардов – и это без учёта расходов на бюрократический аппарат, который решает, кому положена социальная помощь, а кому нет. БОД сделает бюрократию в этом вопросе ненужной. Деньги будут положены всем.

Кроме того, инициаторы БОДа планируют упростить налоговую систему. Например, владелец сети магазинов dm Вернер считает, что все налоги можно заменить налогом на добавленную стоимость в размере 50% – сейчас в стоимости товара все налоги учтены, поэтому резкое повышение налога на добавленную стоимость при полной отмене других налогов не приведёт к инфляции, однако позволит сократить бюрократию. В итоге у государства появятся дополнительные средства.

Сейчас БОД не выплачивается ни в одном государстве мира, однако эксперименты проводились, и результаты были положительными. Так, в Намибии, в деревне Очиверо с населением около тысячи человек, благотворительные организации в течение года выплачивали каждому жителю ежемесячно 100 намибийских долларов (примерно 9 евро). В первый месяц жители просто напились на эти деньги. Однако затем в деревне начали происходить удивительные изменения. Жители открывали булочные, парикмахерские, артели по производству кирпича. Дети перестали голодать, мужчины перестали заниматься браконьерством. Потребление алкоголя и преступность резко сократились. Иными словами, всё произошло по рецепту Вернера: «не материальная нужда заставляет нас работать, а наоборот, материальная обеспеченность позволяет нам работать по-настоящему».

В Швейцарии идея ввести БОД мгновенно нашла активных сторонников. С 1891 года жители Швейцарии могут вынести любой вопрос на референдум. За более чем век были собраны подписи для 420 различных инициатив. Однако ещё никогда не удавалось собрать необходимые 100 тысяч подписей так быстро, как в случае с БОДом, – всего за полгода. Общее количество собранных подписей также стало рекордом – в итоге 4 октября 126 тысяч заверенных подписей были переданы в федеральную канцелярию.

Процедура передачи подписей сопровождалась художественной акцией. В Берне на площади из грузовика были высыпаны 8 миллионов медных монеток – по монетке на каждого жителя Швейцарии. Для проведения акции инициаторам БОДа пришлось взять кредит. Затем в банке в течение 10 дней 75 добровольцев вытаскивали монетки из бумажных рулонов. Общий вес мелочи составил 15 тонн.

Теперь у правительства есть максимум пять с половиной лет, чтобы вынести на референдум проект закона о «безусловном основном доходе». Однако возможно, что голосование состоится уже в следующем году.

Швейцария – один из рекордсменов по доходам на душу населения - $43,3 тыс. Но идея «швейцарского коммунизма» основывается не не только на деньгах – в конце концов, Швейцарию обходят другие страны - Гонконг с его $ 44.996 на человека; США - $ 46.874; ОАЭ - $ 47.694; Бруней – $ 48.943; Норвегия – $ 51.959; Сингапур – $ 56.498; Люксембург – $ 85.432; Катар – $ 88.222, - где о «коммунизме» никто не говорит по разным на то причинам.

тут вот еще про это пишут
http://pixanews.com/society/v-shvejcarii-dengi-syplyut-na-ulice.html

Физики «встряхнули» конденсат Бозе-Эйнштейна

Физики изучили воздействие периодической внешней силы на конденсат Бозе-Эйнштейна. Такое воздействие, по их словам, можно представлять как обычную физическую встряску конденсата. Статья ученых появилась в журнале Physicale Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.

Распад одного конденсата на множество конденсатов. Компьютерное моделирование Иллюстрация D.Vorberg et al.

Конденсат Бозе-Эйнштейна представляет собой систему, состоящую из бозонов, охлажденных до близкой к абсолютному нулю температуры. При таком охлаждении подавляющее большинство частиц оказывается в состоянии с минимальной энергией.

Как следствие, квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. За получение этого конденсата в лаборатории в 1995 году Эрик Корнелл и Карл Виман были удостоены Нобелевской премии по физике 2001 года.

Как показали ученые в новой работе, воздействие периодической внешней силы приводит к «расщеплению» минимальных уровней. Конденсат разбивается на области, в которых частицы находятся на одном и том же новом уровне. Ученые говорят, что каждая из этих областей ведет себя как конденсат Бозе-Эйнштейна.

Свои выводы ученые подкрепили компьютерным моделированием. В частности, им удалось продемонстрировать динамику поведения такого конденсата – в нем частицы постоянно перетекают из области в область. Исследователи обнаружили также, что количество новых конденсатов всегда нечетно. Если количество областей четно, то некоторые достаточно быстро теряют все бозоны, пока число областей опять не станет нечетным.

По словам ученых, следующим шагом в исследовании должна стать экспериментальная проверка теоретических выводов.

Проверить их предлагается на известной экситонной модели конденсата Бозе-Эйнштейна. Роль бозонов в этой модели играют экситоны – квазичастицы в полупроводнике, состоящие из связанных дырки и электрона. Встряску при этом предлагается моделировать с помощью лазера. Насколько хорошо такая модель будет соотносится с теорией, ученые ответить пока затрудняются.

В конце ноября исследователи из Австралии и Великобритании предложили способ пронаблюдать за конденсатом напрямую. Для этого ученые предложили использовать так называемую динамическую стабилизацию конденсата с помощью лазерного луча.

Стрельба из АК-47 под водой. Кавитация, как она есть.

Физики приготовились к поиску «темного света»

Экспериментальная установка Фото: MIT.

Группе физиков из США удалось преодолеть одно из главных технических препятствий на пути к детектору, который может помочь найти темные фотоны, гипотетические кандидаты на роль частиц темной материи. Ученые смогли сфокусировать пучок релятивистских электронов с энергией 100 мегаэлектронвольт и мощностью около мегаватта так, что он прошел через двухмиллиметровое отверстие. Подробности со ссылкой на статью в журнале Physical Review Letters приводит Symmetry.

Исследователи из нескольких научных центров США сообщают о том, что им удалось направить пучок электронов от лазера на свободных электронах в Джеферсоновской лаборатории на алюминиевую пластину, в которой проделано двухмиллиметровое отверстие.

На протяжении семи часов опытный образец сохранял постоянную температуру и относительные потери энергии пучком оценивались на уровне двух миллионных долей.

Этот эксперимент показал принципиальную возможность проведения другого опыта, который носит кодовое название Darklight (дословно «темный свет»).

Физики намерены использовать узкий канал, по которому будет проходить мощный пучок частиц и через который одновременно пойдет поток газа: в текущем варианте использовался водород, а в окончательном ученые хотят применить кислород. Столкновение электронов с ядрами атомов спровоцирует ядерные реакции и анализ продуктов этих реакций должен помочь в проверке гипотезы о массивном фотоне.

Массивный фотон является гипотетической частицей с массой покоя не более сотни мегаэлектронвольт, которая относится к бозонам (переносчикам взаимодействия) и может распадаться на электрон-позитронные пары. Предварительные расчеты показывают, что

такие гипотетические частицы можно выявить при столкновении электронов с протонами, но реализовать столкновения с нужными параметрами пока что не представлялось возможным. По оптимистичным прогнозам эксперимент Darklight удастся начать через два года.

Физики планируют проверить существование антигравитации

Физики из ЦЕРНа и американской Национальной лаборатории Беркли готовятся провести эксперимент, который, возможно, позволит впервые оценить степень воздействия гравитации на антивещество и проверить, существует ли антигравитация, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Антиматерия устроена так же, как обычная, но состоит из античастиц: роль электронов в ее атомах играют положительно заряженные позитроны, роль протонов — отрицательные антипротоны, а нейтронов — антинейтроны (не имеющие заряда, но с обратным магнитным моментом).

Авторы статьи, участники проекта ALPHA в ЦЕРНе, с помощью особой магнитной ловушки получают и удерживают атомы антиводорода.

Рис. 1. Схема «ловушки» для антиводорода.

«После первых экспериментов мы поняли, что полученная информация об аннигиляции антиводорода может быть использована для оценки возможных границ его гравитационной массы», — говорится в комментарии для РИА Новости, подготовленном соавторами исследования из лаборатории Беркли — Джоэлом Фадженсом, Андреем Жмогиновым и Джонатаном Вуртле.

Большинство ученых считает, что гравитация действует на антивещество так же, как на обычное, то есть «не видит разницы» между ними. Но ряд теоретиков считает, что антивещество должно отталкиваться от вещества, а атомы антиматерии должны падать вверх в гравитационном поле Земли.

«Лабораторное измерение гравитационного взаимодействия вещества с антивеществом до сих пор не было осуществлено. Если "антигравитация» все же будет обнаружена, это окажет огромное влияние на развитие теоретической физики", — говорится в комментарии.

Ученые получили ограничения на отношение инерциальной и гравитационной массы атомов антиводорода.

«В будущем, когда лазерное охлаждение антиводорода будет реализовано, точность нашего метода может заметно улучшиться. Это позволит ответить на вопрос о взаимодействии вещества с антивеществом и сделать выбор в пользу гравитации или антигравитации», — говорят физики.

http://www.nanonewsnet.ru/news/2013/fiziki-planiruyut-proverit-sushchestvovanie-antigravitatsii

СВЕТ МОЙ ЗЕРКАЛЬЦЕ: СКОРОСТЬ ОТРАЖЕНИЯ

Мысленный эксперимент Эйнштейна, в ходе которого зеркало, движущееся с околосветовой скоростью, меняет длину волны отраженного излучения, удалось выполнить на практике.

В повседневной жизни мы, как правило, видим зеркальные отражения на поверхностях, находящихся в покое или движущихся с небольшой скоростью. Но что произойдет, если зеркало будет двигаться почти также быстро, как сам свет? В 1905 году Альберт Эйнштейн ответил на этот вопрос: отражение в таком случае превратится в серию импульсов в ультрафиолетовом диапазоне. Теперь международной группе исследователей удалось подтвердить это экспериментально.

Естественно, обыкновенное зеркало проблематично разогнать до околосветовой скорости. В эксперименте был использован плоский фронт электронов, обладающий отражающей способностью. Его источником послужила металлическая пленка нанометровой толщины, облученная лазерным импульсом продолжительностью 50 фемтосекунд. Интенсивности импульса было достаточно, чтобы «выбить» из фольги электроны, помчавшиеся прочь с околосветовой скоростью. Навстречу этой структуре исследователи выстрелили другим лазерным импульсом длительностью несколько фемтосекунд, длина волны которого лежала в коротковолновой области инфракрасного излучения.

Подобно тому, как ускоряется теннисный мяч, отскочивший от ракетки, инфракрасный лазерный импульс тоже «разогнался», но вместо увеличения скорости (невозможного для фотонов) «зеркало» из электронов сместило частоту излучения. Вместо фемтосекундного инфракрасного импульса от «зеркала» отразился аттосекундный ультрафиолетовый импульс.

Помимо очередного повода сказать, что «Эйнштейн был прав», работа исследователей подарила ученым новый инструмент, позволяющий генерировать необычайно короткие и интенсивные лазерные импульсы в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне, идеально подходящие для изучения микромира.

По пресс-релизу Max Planck Institute of Quantum Optics