Triel_Toria (science) все записи автора Очень интересно было с более близкой к научной точке зрения почитать и наглядно посмотреть действие алкоголя, никотина и различных наркотиков на мозг человека, советую! http://www.jellinek.nl/brain/

Зимбельштулькен (science) все записи автора Есть четыре учебника:

1. Курс Дифференциальных Уравнений и Вариационного Исчисления В.К.Романко. Издание 2. Москва: Лаборатория Базовых Знаний, 2006.

2. Дифференциальные Уравнения Л.Э.Эльсгольц. Издание 6. Москва: УРСС, 2006

3. Дифференциальные Уравнения А.Н.Тихонов и другие. Издание 4. Москва: Физматлит, 2005.

4. Дифференциальные Уравнения Ф.Трикоми. Издание 2. Москва: УРСС, 2003.


Какой бы вы посоветовали?

Triel_Toria (science) все записи автора Всем кому не безразлична судьба науки, вы можете добавлять новые сообщения!

Triel_Toria (science) все записи автора

Неожиданные свойства когерентных состояний экситонов, обнаруженные американскими учеными, позволят создать новые типы микроэлектронных устройств, а также новые виды материалов со странными на первый взгляд свойствами.

Физики из калифорнийского университета в Сан-Диего впервые наблюдали спонтанное возникновение когерентных состояний у экситонов Мотта (связанных пар электронов и дырок), что позволит в будущем создавать новые полупроводниковые устройства. Кроме того, это свойство, по мнению нанотехнологов, поможет в создании материалов с новыми необычными свойствами.

Работой, опубликованной в Physical Review Letters, руководил Леонид Бутов, профессор университета в Сан-Диего (ранее он работал в американской национальной лаборатории в Беркли). Проф. Бутов объясняет, что вся современная физика родилась из представлений о двойственной природе частиц, которые ведут себя также как и волны.

Когерентность означает, что волны ведут себя согласованным образом. Самые удивительные явления в физике, такие как сверхпроводимость и лазерное излучение, также обязаны явлению когерентности. Для упрощенного понимания когерентности можно привести сравнение с волнами, которые прокатываются в рядах болельщиков на стадионе. Если зрители верхних рядов поднимаются и садятся одновременно со зрителями нижних, это и означает, что волны в разных рядах когерентны. А спонтанность - это когда такие волны возникают по инициативе самих зрителей, без участия руководителей.

Экситоны при достаточном охлаждении стремятся к самоорганизации с образованием упорядоченной сборки микроскопических капель. Самый известный пример спонтанной когерентности - это волны в конденсате Бозе-Эйнштейна (состояние, предсказанное Эйнштейном около 80 лет назад).

Экспериментальное наблюдение конденсата Бозе-Эйнштейна в 1995 г. американскими учеными из университета штата Колорадо было удостоено в 2001 г. Нобелевской премии по физике. Конденсат Бозе-Эйнштейна состоял из атомов при очень низкой температуре и высокой плотности, при этом атомы теряли свои индивидуальные свойства и вели себя как единая частица-волна.

Конденсация Бозе-Эйнштейна происходит при температурах вблизи абсолютного нуля. Однако экситоны могут проявлять подобное явления при температурах, гораздо более высоких (в абсолютной шкале температур - в несколько миллионов раз выше). Проф. Бутову и его американским коллегам удалось получить такие состоянии при сравнительно высоких температурах.

Группа Бутова получила экситоны при облучении полупроводника из арсенида галлия, при этом образуется свободный электрон и положительно заряженная дырка. Электрон и дырка, тем не менее, удерживаются рядом электростатическими силами, образуя экситон Мотта, который является квазиатомом - связанным состоянием этих двух частиц. Электрон и дырка могут далее рекомбинировать с образованием излучения.

Бутову и коллегам удалось разделить электроны и дырки с помощью квантовых ям, образумых наноструктурами. Экситоны в таких структурах могут жить в миллионы раз дольше, чем в обычных полупроводниках. Концентрацию экситонов можно очень сильно увеличить, и плотность газа из экситонов может быть высокой. Но самым важным вопросом для исследователей оставалась охлаждение, которое предотвращает рекомбинацию.

При температуре около 5 градусов Кельвина длина когерентности становится измеримой и по мере охлаждения возрастает. Длина когерентности составила около двух микрон при самой низкой температуре. Эта длина была измерена с помощью оптического излучения, возникающего при рекомбинации экситонов.

Triel_Toria (science) все записи автора

Быстрые успехи роботостроения позволили реализовать на практике мечту некоторых военных об экзоскелете, превращающем любого бойца в несокрушимого терминатора – по крайней мере до тех пор, пока не кончится питание. Широкое внедрение экзоскелетов – по всей видимости, уже не за горами. Со следующего года начнется их серийное производство. Вероятно, первыми и основными их покупателями станут военные.

Экзоскелеты идут на конвейер

Разнообразные варианты экзоскелетов уже не раз появлялись на публике. Однако ни один из них не был пущен в серийное производство. Причины достаточно тривиальны: высокая стоимость готовых «силовых костюмов» и несовершенство технологий, из-за чего экзоскелеты получались слишком громоздкими.

Самым оптимальным по компактности, автономности и стоимости на сегодняшний день оставался японский экзоскелет HAL-5 (Hybrid Assistive Limb), созданный инженером Йошиюки Санкая (Yoshiyuki Sankai) из университета города Цукуба. Как сообщили конструкторы университета, разрабатывавшийся ими 10 лет экзоскелет полностью готов к серийному производству. В 2007 году первые роботизованные костюмы появятся на рынке.

Первоначально планируется выпустить в 2007 году 20 экзоскелетов, в 2008 - уже от 400 до 500 их штук. Цена на HAL-5 оказалась выше ранее заявленной (около $15 тыс.) - от $42273 до $59182 в зависимости от модификаций. Однако возможна аренда экзоскелета всего за $600 в месяц.

Конструктивно HAL-5 представляет собой классический экзоскелет. Это облегченный механический костюм с многочисленными датчиками, который человек надевает на себя.

Костюм содержит ряд электрических приводов, которые позволяют поднимать до ста килограмм, при этом для человека такая нагрузка окажется незаметной – она ложится на экзоскелет, человек оказывает лишь «управляющее» воздействие. Кроме поднятия тяжестей, экзоскелет, например, помогает облегчить жизнь инвалидам.

Медицинский потенциал HAL-5 был продемонстрирован 7 августа 2006, когда прикованному к инвалидному креслу 43-летнему японцу Сэйдзи Утида (Seiji Uchida) удалось пройти полпути на вершину 4,5 километровой горы Брейтгорн (Breithorn) в швейцарских Альпах с помощью силового роботизированного костюма.

Как уже продемонстрировали ученые, экзоскелеты будут, в первую очередь, улучшить механику человеческого тела. Кроме этого они будут незаменимы в специфических областях – например, при работе в космическом пространстве.

Успехи солдатского нанотеха

Однако параллельно с разработкой «силовых» экзоскелетов учеными из Института Солдатских Нанотехнологий (Institute for Soldier Nanotechnologies) ведутся исследования с целью создать непробиваемую солдатскую броню, которая служила бы и экзоскелетом одновременно.

Так, учеными из ИСН уже созданы отдельные компоненты "динамической наноброни", - одной из основных деталей экипировки солдата 2020 года. Она должна облегать человека наподобие водолазного костюма. При этом в его тонком слое будут содержаться довольно сложные молекулярные компоненты – наноактюаторы и сенсоры, с помощью которых новая форма будет и бронежилетом, и универсальным медицинским диагностическим инструментом, и силовым экзоскелетом.

Все жизненно важные параметры солдата (пульс, кровяное давление, энцефалограмма, температура тела и др.) будут измеряться встроенными в костюм датчиками. Состояние солдата будет выведено как на проектор на шлеме, так и на медицинский компьютер, который будет принимать решения о трансформировании костюма в экзоскелет или броню мгновенно и независимо от солдата.

Ряд полимерных наноактюаторов, из которых будет состоять костюм, по сигналу от медицинского компьютера будут делать определенные его участки жестче или мягче. Если, например, солдат поломает ногу, местный экзоскелет позволит захватить ее в искусственные шины, сформированные тканью костюма.

Для обеспечения нужного быстродействия актюаторы должны быстро принимать нужное положение в зависимости от поступившего сигнала. Для этого необходимо поработать с уже имеющимися полимерами, найти методы их "быстрой" самосборки в нужные структуры, и сделать их электропроводными.

Далее необходимо узнать, будут ли эти полимерные материалы совместимы с живой тканью при длительном контакте. И, наконец, воспользовавшись математическим моделированием, вычислить наиболее оптимальные места для размещения датчиков, их количество и типы. Затем действуют программисты - они пишут программное обеспечение для медицинского компьютера.

Надежды и реалии

На мультфильме, представленном на одном из заседаний Конгресса США, политики увидели историю про солдата, потерявшего сознание от ранения. Но медицинский компьютер вовремя включил экзоскелет, и это спасло солдату жизнь.

Однако в реальности пока существует только мультфильм-анимация и ряд разработок в области наноактюаторов, МЭМС-датчиков и сверхпрочных материалов. Ученые говорят, что ожидать первые появления «суперкостюма» на публике стоит не раньше 2015 года.

P.S. Что бы посмотреть подписи к рисункам просто держите возле них курсор мышки.

Triel_Toria (science) все записи автора

Если это кто-то будет читать кроме меня, и заинтересован мультиверсом, то выложу продолжение! Желаю вам приятного прочтения!

Помню, когда я был еще ребенком, мне говорили, что в древние времена очень образованный человек мог знать все, что было известно. Кроме того, мне говорили, что в наше время известно так много, что ни один человек не в состоянии изучить больше крошечной частички этого знания даже за всю свою жизнь. Последнее удивляло и разочаровывало меня. Я просто отказывался в это поверить. Вместе с тем, я не знал, как оправдать свое неверие. Но такое положение вещей меня определенно не устраивало, и я завидовал древним ученым.

Не то чтобы я хотел заучить все факты, перечисленные в миро­вых энциклопедиях: напротив, я ненавидел зубрежку. Не таким спо­собом я надеялся получить возможность узнать все, что только было известно. Даже если бы мне сказали, что ежедневно появляется столько публикаций, сколько человек не сможет прочитать и за целую жизнь, или, что науке известно 600000 видов жуков, это не разочаровало бы меня. Я не горел желанием проследить за полетом каждого воробья. Более того, я никогда не считал, что древний ученый, который, как предполагалось, знал все, что было известно, стал бы занимать себя чем-то подобным. Я иначе представлял себе то, что следует считать известным. Под «известным» я подразумевал понятым.

Сама мысль о том, что один человек в состоянии понять все, что понято, может показаться фантастической, однако фантастики в ней куда меньше, чем в мысли о том, что один человек сможет запомнить все известные факты. К примеру, никто не сможет запомнить все из­вестные результаты научных наблюдений даже в такой узкой области, как изучение движения планет, но многие астрономы понимают это движение настолько полно, насколько оно понято. Это становится воз­можным, потому что понимание зависит не от знания множества фак­тов как таковых, а от построения правильных концепций, объяснений и теорий. Одна сравнительно простая и понятная теория может охватить бесконечно много неудобоваримых фактов. Лучшей теорией планетар­ного движения является общая теория относительности Эйнштейна, которая в самом начале двадцатого века вытеснила теории гравитации и движения Ньютона. Теория Эйнштейна точно предсказывает не толь­ко принцип движения планет, но и любое другое влияние гравитации, причем точность этого предсказания соответствует нашим самым точ­ным измерениям. Дело в том, что, когда теория предсказывает что-ли­бо «в принципе», это означает, что предсказание логически истекает из теории, даже если на практике для получения некоторых таких пред­сказаний необходимо произвести больше вычислений, чем мы способны осуществить технологически или физически в той вселенной, которую мы себе представляем.

Способность предсказывать или описывать что-либо, даже доста­точно точно, совсем не равноценна пониманию этого. В физике предска­зания и описания часто выражаются в виде математических формул. Допустим, что я запомнил формулу, из которой при наличии времени и желания мог бы вычислить любое положение планет, которое когда-ли­бо было записано в архивах астрономов. Что же я в этом случае выиграл бы по сравнению с непосредственным заучиванием архивов? Форму­лу проще запомнить, ну а дальше: посмотреть число в архивах может быть даже удобнее, чем вычислить его из формулы. Истинное преиму­щество формулы в том, что ее можно использовать в бесконечном мно­жестве случаев помимо архивных данных, например, для предсказания результатов будущих наблюдений. С помощью формулы можно также получить более точное историческое положение планет, потому что ар­хивные данные содержат ошибки наблюдений. Однако даже несмотря на то, что формула суммирует бесконечно большее количество фактов по сравнению с архивами, знать ее — не значит понимать движение планет. Факты невозможно понять, попросту собрав их в формулу, так же как нельзя понять их, просто записав или запомнив. Факты можно понять только после объяснения. К счастью, наши лучшие теории наря­ду с точными предсказаниями содержат глубокие объяснения. Напри­мер, общая теория относительности объясняет гравитацию на основе новой четырехмерной геометрии искривленного пространства и време­ни. Она точно объясняет, каким образом эта геометрия воздействует на материю и подвергается воздействию материи. В этом объяснении и заключается полное содержание теории; а предсказания относительно движения планет — это всего лишь некоторые умозаключения, которые мы можем сделать из объяснения.

Общая теория относительности так важна не потому, что она мо­жет чуть более точно предсказать движение планет, чем теория Ньютона, а потому, что она открывает и объясняет такие аспекты действи­тельности, как искривление пространства и времени, о которых ранее не подозревали. Это типично для научного объяснения. Научные тео­рии объясняют объекты и явления в нашей жизни на основе скрытой действительности, которую мы непосредственно не ощущаем. Тем не менее, способность теории объяснить то, что мы ощущаем, — не самое ценное ее качество. Самое ценное ее качество заключается в том, что она объясняет саму структуру реальности. Как мы увидим, одно из самых ценных, значимых и полезных качеств человеческой мысли — ее способность открывать и объяснять структуру реальности.

Однако некоторые философы, и даже ученые, недооценивают роль объяснения в науке. Для них основная цель научной теории заключа­ется не в объяснении чего-либо, а в предсказании результатов экспе­риментов: все содержание теории заключено в формуле предсказания. Они считают, что теория может дать своим предсказаниям любое не противоречащее ей объяснение, а может и вовсе не давать такового до тех пор, пока ее предсказания верны. Такой взгляд называется инстру­ментализмом (поскольку в этом случае теория — всего лишь «инстру­мент» для предсказания). Саму мысль о том, что наука может помочь нам понять скрытую реальность, объясняющую наши наблюдения, ин­струменталисты считают ложной и тщеславной. Они не понимают, ка­ким образом то, о чем говорит научная теория помимо предсказания результатов экспериментов, может быть чем-то большим, чем пустые слова. Объяснения, в частности, они считают простой психологической опорой: чем-то вроде художественных вкраплений, которые мы вклю­чаем в теории, чтобы сделать их более занимательными и легко запо­минающимися. Лауреат Нобелевской премии, физик Стивен Вайнберг, явно говорил с позиций инструментализма, когда следующим образом прокомментировал объяснение гравитации Эйнштейном:

«Важно иметь возможность предсказать картины звездного неба на фотоснимках астрономов, частоту спектральных линий и т. п., а то, припишем ли мы эти прогнозы физическому воздействию гравитаци­онных полей на движение планет и фотонов [как это было в физике до Эйнштейна] или искривлению пространства и времени, просто не имеет значения.» (Gravitation and Cosmology, с . 147).

Вайнберг и другие инструменталисты ошибаются. То, чему мы приписываем изображения на фотошаблонах астрономов, имеет зна­чение, и не только для физиков-теоретиков вроде меня, у которых же­лание в большей степени понять мир становится мотивацией для выра­жения теорий в виде формул и их изучения. (Я уверен, что эта моти­вация присуща и Вайнбергу: вряд ли его стимулирует одно лишь же­лание предсказать изображения и спектры!) Дело в том, что даже для чисто практического применения прежде всего важны объяснительные возможности теории, а уж потом, в качестве дополнения, — ее предсказательные возможности. Если это вас удивляет, представьте, что на Земле появился инопланетный ученый и преподнес нам ультратехноло­гичный «предсказатель», который может предсказать результат любого эксперимента, но без каких-либо объяснений. Если верить инструмен­талистам, то как только мы получим этот предсказатель, наши научные теории нам будут нужны разве что для развлечения. Но так ли это? Ка­ким образом предсказатель можно было бы использовать практически? В некотором смысле предсказатель содержал бы знания, необходимые для того, чтобы построить, скажем, космический корабль. Но насколько он бы пригодился нам при строительстве этого корабля, или при созда­нии другого подобного предсказателя, или даже при усовершенствова­нии мышеловки? Предсказатель всего лишь предсказывает результаты экспериментов. Следовательно, чтобы получить возможность пользо­ваться предсказателем, нам, прежде всего, нужно знать, о результа­тах каких экспериментов его можно спрашивать. Если бы мы задали предсказателю чертеж космического корабля и информацию о предпо­лагаемом испытательном полете, он мог бы сказать нам, как поведет себя корабль во время этого полета. Но спроектировать космический корабль предсказатель не смог бы. И даже если бы он сообщил нам, что спроектированный нами космический корабль взорвется при запуске, он не смог бы сказать нам, как предотвратить этот взрыв. Эту проб­лему снова пришлось бы решать нам. А прежде чем ее решить, прежде чем приступить хоть к какому-то усовершенствованию конструкции, нам пришлось бы понять, кроме всего прочего, принцип работы кос­мического корабля. И только тогда у нас появилась бы возможность выяснить причину взрыва при запуске. Предсказание — пусть даже самое совершенное, универсальное предсказание — не способно заме­нить объяснение.

Точно так же предсказатель не смог бы предоставить нам ни од­ной новой теории и в научных исследованиях. Вот если бы у нас уже была теория, и мы придумали бы эксперимент для ее проверки, тогда можно было бы спросить предсказатель, что произойдет, если подвергнуть теорию этому испытанию. Таким образом, предсказатель заме­нил бы вовсе не теории — он заменил бы эксперименты. Он избавил бы нас от затрат на испытательные лаборатории и ускорители частиц. Вместо того чтобы строить опытные образцы космических кораблей и рисковать жизнью летчиков-испытателей, все испытания мы могли бы проводить на земле, посадив летчиков в пилотажные тренажеры, управляемые предсказателем.

Предсказатель мог бы быть весьма полезен в различных ситуаци­ях, но его полезность всегда бы зависела от способности людей решать научные задачи точно так же, как они вынуждены делать это сейчас, а именно, изобретая объяснительные теории. Он даже не заменил бы все эксперименты, поскольку на практике его способность предсказать результат какого-то частного эксперимента зависела бы от того, что проще: достаточно точно описать этот эксперимент, чтобы предсказа­тель дал пригодный ответ, или провести эксперимент в действительнос­ти. В конце концов, для связи с предсказателем понадобился бы своего рода «пользовательский интерфейс». Возможно, описание изобретения пришлось бы вводить в предсказатель на каком-то стандартном языке. Некоторые эксперименты с трудом можно было бы описать на этом язы­ке. На практике описание многих экспериментов оказалось бы слишком сложным для ввода. Таким образом, предсказатель имел бы те же ос­новные преимущества и недостатки, что и любой другой источник экс­периментальных данных, и был бы полезен только в тех случаях, когда обращение к нему оказывалось бы удобнее, чем к другим источникам. Кроме того, такой предсказатель уже существует совсем рядом, — это физический мир. Он сообщает нам результат любого возможного экс­перимента, если мы спрашиваем его на правильном языке (т.е. если мы проводим эксперимент), хотя в некоторых случаях нам не очень удоб­но «вводить описание эксперимента» в требуемой форме (т.е. создавать некий аппарат и управлять им). Однако мир не дает объяснений.

В некоторых практических случаях, например, при прогнозе по­годы, предсказатель, обладающий исключительно предсказательной функцией, устроил бы нас не меньше, чем объяснительная теория. Но даже в этом случае для целесообразного использования предсказателя предсказанный прогноз погоды должен быть полным и совершенным. На практике прогнозы погоды неполны и несовершенны, и, чтобы ском­пенсировать неточность, в них включают объяснения того, как метео­рологи получили тот или иной прогноз. Объяснения позволяют нам су­дить о надежности прогноза и вывести дальнейший прогноз для нашего места расположения или наших нужд. К примеру, для меня есть раз­ница, чем будет вызвана ветреная погода, которую прогнозируют на завтра: близостью района с высоким атмосферным давлением или бо­лее отдаленным ураганом. В последнем случае я бы предпринял больше предосторожностей. Метеорологам самим необходимы объяснительные теории о погоде, чтобы они могли предположить, какие приближения можно допустить при компьютерном моделировании погоды, какие до­полнительные наблюдения обеспечат более точный и своевременный прогноз погоды и т. п.

Таким образом, идеал инструменталистов, представленный в ви­де нашего воображаемого предсказателя, а именно, научной теории, лишенной своего объяснительного содержания, будет полезен в стро­го ограниченном числе случаев. Так будем благодарны, что реальные научные теории не похожи на этот идеал и что, в действительности, ученые к нему не стремятся.

Крайняя форма инструментализма, называемая позитивизм (или логический позитивизм), утверждает, что все положения, отличные от тех, которые описывают или предсказывают наблюдения, не только из­лишни, но и бессмысленны. И хотя в соответствии со своими же кри­териями в этой доктрине отсутствует смысл, она, тем не менее, гос­подствовала в науке всю первую половину двадцатого столетия! Идеи инструменталистов и позитивистов широко распространены даже се­годня. Причина такой их убедительности заключается в том, что, хотя предсказание не является целью науки, оно является частью характе­ристического метода науки. Этот научный метод включает теорети­ческое принятие новой теории для объяснения некоторого класса яв­лений, затем проведение решающего экспериментального исследования, эксперимента, для которого старая теория предсказывает один види­мый результат, а новая теория — другой. Затем теорию, предсказания которой оказались ложными, отвергают. Таким образом, результат ре­шающего эксперимента, который позволяет сделать выбор между дву­мя теориями, зависит от предсказания теорий, а не от их объяснения. Именно отсюда истекает ошибочное представление, что в научной тео­рии нет ничего, кроме предсказаний. Однако экспериментальное иссле­дование — это далеко не единственный процесс, связанный с ростом научного знания. Подавляющее большинство теорий отвергли не пото­му, что их не подтвердили экспериментальные исследования, а потому, что у них были плохие объяснения. Мы отвергаем такие теории, да­же не проверяя их. Например, рассмотрим следующую теорию: съев килограмм травы, можно вылечиться от простуды. Эта теория делает предсказание, которое можно проверить на опыте: если люди попро­буют лечиться травой и найдут это неэффективным, появятся доказа­тельства ложности этой теории. Но эту теорию никогда не проверяли на опыте и, возможно, никогда не проверят, потому что она не дает объяс­нений: она не объясняет ни процесс лечения, ни что бы то ни было еще. Мы абсолютно правильно считаем ее ложной. Всегда есть бесконечно много возможных теорий такого рода, совместимых с существующими наблюдениями и предлагающих новые предсказания, и у нас не хвати­ло бы ни времени, ни средств, чтобы проверить их все. Мы проверяем новые теории, которые выглядят более обещающими для объяснения чего-либо, чем те, которые широко распространены сегодня.

Сказать, что предсказание — цель научной теории, значит перепу­тать средства и цели. Точно так же можно сказать, что цель космичес­кого корабля — сжигать топливо. На самом деле, горение топлива — это лишь один из многих процессов, которые корабль должен выполнить для достижения своей действительной цели, то есть транспортировки полезной нагрузки из одной точки космического пространства в дру­гую. Проведение экспериментальных исследований — это лишь один из многих процессов, которые должна осуществить теория для дости­жения истинной цели науки, которая заключается в объяснении мира.

Как я уже сказал, частично объяснения составляются на основе то­го, что мы непосредственно не наблюдаем: атомы и силы; внутренние области звезд и вращение галактик; прошлое и будущее; законы при­роды. Чем глубже объяснение, тем к более отдаленным от настоящего опыта категориям оно должно обращаться. Однако эти категории не вымышлены: напротив, они являются частью самой структуры реаль­ности.

Объяснения часто порождают предсказания, по крайней мере, в принципе. В самом деле, если что-то, в принципе, можно предсказать, то достаточно полное объяснение должно, в принципе, предсказать это полностью (помимо всего прочего). Однако можно объяснить и понять многие изначально непредсказуемые вещи. Например, вы не можете предсказать, какие номера выпадут на честной (т.е. беспристрастной) рулетке. Но если вы поймете, что в конструкции и действии рулетки делает ее беспристрастной, то вы сможете объяснить, почему невоз­можно предсказать номера. И опять: простое знание того, что рулетка беспристрастна, не равноценно пониманию того, что делает ее беспри­страстной.

И я говорю именно о понимании, а не просто о знании (или описа­нии, или предсказании). Поскольку понимание приходит через объясни­тельные теории, а эти теории могут быть схожи, быстрое увеличение количества записанных фактов не обязательно усложняет понимание всего, что понято. Тем не менее, большинство людей считает (и имен­но это говорили мне тогда, в детстве), что с ошеломляющей скоростью растет не только количество записанных фактов, но и количество и сложность теорий, через которые мы познаем мир. Следовательно (го­ворят они), не важно, было или нет такое время, когда один человек мог понять все, что было понято, в наше время это точно невозможно, и это становится все более и более невозможным по мере роста наше­го знания. Может показаться, что каждый раз, когда появляется новое объяснение или методика, существенная для данного предмета, к спис­ку, который должен выучить любой желающий понять этот предмет, следует добавить еще одну теорию; когда же количество таких теорий в любом предмете становится слишком большим, появляются специа­лизации. Физика, к примеру, разделилась на астрофизику, термодина­мику, физику частиц, теорию квантового поля и многие другие науки. Теоретическая основа каждой из этих наук, по крайней мере, так же обширна, как вся физика сто лет назад, и многие науки уже распа­даются на подспециализации. Кажется, что, чем больше открытий мы делаем, тем дальше и безвозвратнее нас уносит в век специалистов, и тем больше удаляются от нас те предполагаемые древние времена, когда понимание обычного человека могло охватить все, что только было понято.

Человека, столкнувшегося с этим огромным и быстро растущим меню теорий, созданных человеческой расой, можно простить за его сомнения в том, что один индивидуум способен за свою жизнь отве­дать каждое блюдо и самостоятельно, как это могло быть когда-то, оце­нить все известные рецепты. Однако объяснение — необычная пища: большую порцию не обязательно труднее проглотить. Теорию может вытеснить новая теория, более точная, с большим количеством объяс­нений, но и более простая для понимания. В этом случае старая теория становится лишней, и мы понимаем больше, а учим меньше, чем рань­ше. Именно это и произошло, когда теория Николая Коперника о том, что Земля движется вокруг Солнца, вытеснила сложную систему Птолемея, которая помещала Землю в центр Вселенной. Иногда новая те­ория может упрощать существующую, как в случае, когда арабские (десятичные) цифры заменили римские. (В данном случае теория вы­ражена неявно. Каждое обозначение определяет конкретные операции, положения и мысли о числах проще других и, следовательно, воплощает теорию, по которой операции с числами становятся более простыми и эффективными). Новая теория может объединять две старые теории, обеспечивая большее понимание, чем при отдельном использовании ста­рых теорий, как это произошло, когда Майкл Фарадей и Джеймс Кларк Максвелл объединили теории электричества и магнетизма в одну тео­рию электромагнетизма. Косвенно, более полные объяснения, в любом предмете направлены на усовершенствование методов, понятий и язы­ка, с помощью которых мы пытаемся понять другие предметы, и, та­ким образом, наше знание в целом может стать более простым для понимания.

Общеизвестно, что часто, когда новые теории таким образом заме­няют старые, последние не забываются навсегда. Даже римские циф­ры все еще используют сегодня в определенных случаях. Громоздкие методы, с помощью которых люди когда-то вычисляли, что XIX , ум­ноженное на XVII , равно CCCXXIII , уже не применяются всерьез, но даже сейчас они несомненно известны и понятны кому-то, например, историкам математики. Означает ли это, что человек не может понять «все, что понято», не зная римских цифр и их загадочной арифмети­ки? Совсем нет. Современный математик, который по какой-то причи­не никогда не слышал о римских цифрах, тем не менее, уже обладает полным пониманием связанной с ними математики. Узнав о римских цифрах, этот математик приобретет не новое понимание, а всего лишь новые факты — исторические факты, факты о свойствах каких-то про­извольно обозначенных символов, а не новое знание о самих числах. Он уподобится зоологу, который учится переводить названия видов на иностранный язык, или астрофизику, который узнает, каким образом люди различных культур распределяют звезды по созвездиям.

Необходимо ли знание арифметики римских цифр для понимания истории — отдельный вопрос. Допустим, что какая-то историческая теория — какое-то объяснение — зависела от определенных методов, которые древние римляне использовали для умножения (так же, как, например, оказалось, что их особые методы создания водопроводов из свинцовых груб, отравлявших питьевую воду, внесли свой вклад в па­дение Римской Империи). Затем, если мы хотим понять историю, а сле­довательно, и все, что понято, то нам следует узнать, какие это были методы. Но дело в том, что ни одно современное историческое объяс­нение не связано с методикой умножения чисел, так что наши записи относительно этих методов — не более чем констатация фактов. Все, что понято, может быть понято и без заучивания этих фактов. Мы в любое время можем посмотреть их в справочнике, если, например, расшифровываем древний текст, в котором они упоминаются.

Постоянно разграничивая понимание и «просто» знание, я не хочу преуменьшить важность записанной, но не объясненной информации. Такая информация безусловно важна для всего: от размножения микро­организма (который содержит такую информацию в молекулах ДНК) до самого абстрактного человеческого мышления. Чем же тогда отли­чается понимание от простого знания? Что есть объяснение, в отличие от простой формулировки факта, коей являются правильное описание или предсказание? На практике мы обычно достаточно быстро чувст­вуем разницу. Мы осознаем, когда чего-то не понимаем, даже если мы можем точно описать это и дать этому точное предсказание (например, течение известной болезни неизвестного происхождения), и также мы знаем, что объяснение поможет нам лучше понять это. Но дать точ­ное определение понятий «объяснение» или «понимание» сложно. Грубо говоря, они скорее отвечают на вопрос «почему», чем на вопрос «что»; затрагивают внутреннюю суть дел; описывают реальное, а не кажуще­еся состояние вещей; говорят о том, что должно быть, а не что случает­ся: определяют законы природы, а не эмпирические зависимости. Эти понятия можно отнести к связности, утонченности и простоте в про­тивоположность произвольности и сложности, хотя ни одному из этих понятий также нельзя дать простое определение. Но в любом случае, понимание — это одна из высших функций человеческого мозга и ра­зума, и эта функция уникальна. Многие другие физические системы, например, мозг животных, компьютеры и другие машины, могут срав­нивать факты и действовать в соответствии с ними. Но в настоящее время мы не знаем ничего, кроме человеческого разума, что было бы способно понять объяснение или желало бы получить его прежде всего. Каждое открытие нового объяснения и каждое понимание существу­ющего объяснения зависит от уникальной человеческой способности мыслить творчески.

Можно считать, что теория римских цифр утратила свое объяс­нительное значение и превратилась в простое описание фактов. Подоб­ное устаревание теорий происходит постоянно по мере роста нашего знания. Изначально римская система цифр действительно формирова­ла часть концептуальной и теоретической системы взглядов, которая помогала людям, использующим эти цифры, понимать мир. Но сейчас то понимание, которое когда-то достигалось таким образом, — не более чем крошечный аспект гораздо более глубокого понимания, воплощен­ного в современных математических теориях и неявно в современных условных обозначениях.

Это иллюстрирует еще одно свойство понимания. Возможно понять что-то, не осознавая, что понимаешь это, или даже не уделяя этому особого внимания. Возможно, это звучит парадоксально, но смысл глу­боких обобщенных объяснений состоит в том, что они охватывают не только знакомые ситуации, но и незнакомые. Если бы вы были совре­менным математиком и впервые столкнулись с римскими цифрами, возможно, вы бы сразу не осознали, что уже поняли их. Сначала вам бы пришлось выучить факты относительно того, что это такое, а потом поразмышлять над этими фактами в свете вашего настоящего понима­ния математики. Но завершив это, вы могли бы, оглянувшись назад, сказать: «Да, в римской системе цифр для меня нет ничего нового, кро­ме фактов». Именно это мы имеем в виду, когда говорим, что объясни­тельная роль римских цифр полностью устарела.

Точно также, когда я говорю, что понимаю, каким образом кривизна пространства и времени влияет на движение планет да­же в других солнечных системах, о которых я, возможно, никогда не слышал, я не утверждаю, что могу вспомнить без дальнейших размышлений объяснение всех подробностей вращения и колебаний орбиты любой планеты. Я имею в виду, что понимаю теорию, со­держащую все эти объяснения, и поэтому могу точно вывести лю­бое из них, если получу некоторые факты о конкретной планете. Сделав это, я, оглянувшись назад, смогу сказать в прошлое: «Да, в движении этой планеты я не вижу ничего, кроме фактов, которые не объясняет общая теория относительности». Мы понимаем струк­туру реальности, только понимая теории, объясняющие ее. А по­скольку они объясняют больше, чем мы непосредственно осозна­ем, мы можем понять больше, чем непосредственно осознаем, что поняли.

Я не утверждаю, что, когда мы понимаем теорию, мы обязатель­но понимаем все, что она может объяснить. В очень глубокой теории осознание того, что она объясняет данное явление, само по себе может быть значительным открытием, требующим независимого объяснения. Например, квазары — чрезвычайно яркие источники излучения в цент­ре некоторых галактик — в течение многих лет были одной из загадок астрофизики. Когда-то даже полагали, что для того, чтобы их объяс­нить, потребуется новая физика, но сейчас мы считаем, что их объяс­няет как общая теория относительности, так и другие теории, которые были известны еще до открытия квазаров. Мы полагаем, что квазары состоят из горячей материи в процессе падения в черные дыры (разру­шенные звезды с таким мощным гравитационным полем, что ничто не может избежать его). Однако потребовались многие годы наблюдений и теоретических исследований, прежде чем мы пришли к этому выводу. Теперь, когда мы считаем, что нашли меру понимания квазаров, мы не думаем, что и раньше обладали этим пониманием. Хотя мы и объ­яснили квазары через существующие теории, мы получили абсолютно новое понимание. Насколько сложно дать определение объяснению, на­столько же сложно определить, считать ли вспомогательное объяснение независимой составляющей того, что понято, или относить его к более глубокой теории. Это сложно определить, но не так сложно осознать: на практике, когда нам дают новое объяснение, мы понимаем, что оно новое. И снова: разница связана с творческими способностями. Объяс­нить движение какой-то планеты человеку, который понимает общую теорию относительности, — чисто механическая задача, хотя она мо­жет оказаться очень сложной. Но, чтобы использовать существующую теорию для объяснения квазаров, необходимо творческое мышление. Таким образом, чтобы понять все, что понято в астрофизике на сегод­няшний день, вам придется подробно изучить теорию квазаров. Но вам не придется изучать орбиту какой-то конкретной планеты.

Таким образом, несмотря на то, что количество известных нам те­орий, да и записанных фактов растет как снежный ком, сама структура не становится более сложной для понимания. Дело в том, что, становясь более подробными и многочисленными, отдельные теории постепенно «теряют актуальность», так как понимание, которое они содержат, пе­реходит к глубоким обобщенным теориям. А количество последних все уменьшается, но они становятся более глубокими и более обобщенны­ми. Под «более обобщенными» я подразумеваю, что каждая из этих теорий приводит больше доводов, охватывает большее количество ситу­аций, чем несколько отдельных теорий ранее. Под «более глубокими» я понимаю, что каждая из них объясняет больше (охватывает большее понимание), чем ее предшественники, вместе взятые.

Если бы вы захотели построить большое сооружение, мост или собор, несколько веков назад, вам понадобился бы проектировщик. Он бы знал, что необходимо сделать, чтобы обеспечить прочность и устойчивость конструкции с минимальными возможными усилиями и затратами. Он не смог бы выразить большую часть этого знания на языке математики и физики, как мы можем сделать это сегод­ня. Вместо этого он положился бы, главным образом, на свою инту­ицию, навыки и эмпирические зависимости, которые узнал во време­на своего ученичества, а впоследствии, возможно, усовершенствовал, руководствуясь догадками и долгим опытом работы. Но даже эта ин­туиция, эти навыки и эмпирические зависимости на самом деле были явными и неявными теориями, содержавшими реальное знание пред­метов, которые сегодня мы называем инженерным делом и архитек­турой. Именно из-за знания этих теорий, пусть очень неточных по сравнению с существующими сегодня и применимых в небольшом чис­ле случаев, вы и наняли бы этого проектировщика. Восхищаясь стро­ениями, простоявшими века, люди часто забывают, что видят лишь то, что уцелело. Подавляющее большинство сооружений, построенных в средние века и раньше, давно развалилось, часто вскоре после то­го, как они были построены. Особенно это касалось новых сооружений. Считалось доказанным, что любое нововведение может стать причи­ной катастрофы, и строители редко отступали от традиционных кон­струкций и методов. В наши дни, напротив, большая редкость, ес­ли какое-то строение (пусть даже непохожее ни на что, построенное раньше) развалится из-за неправильной конструкции. Все, что мог построить древний квалифицированный строитель, его современные коллеги могут построить лучше и с меньшими усилиями. Они так­же могут соорудить такие строения, о которых он вряд ли мечтал, например, небоскребы или космические станции. Они могут исполь­зовать такие материалы, как стекловолокно или железобетон, о ко­торых он никогда не слышал и которые вряд ли смог бы использо­вать, даже если бы они каким-то образом у него появились, т. к. он имел весьма смутные и неточные представления о поведении матери­алов.

Мы достигли настоящего уровня знаний не потому, что собрали много теорий, подобных той, что была известна древнему строителю. Наше знание, явное и неявное, не просто больше, оно отличается по своей структуре. Как я уже сказал, современных теорий меньше, но они более обобщенные и более глубокие. В каждой ситуации, с которой сталкивался проектировщик, выполняя какую-то работу, — к примеру, выбирая толщину несущей стены, — он пользовался довольно специфи­ческой интуицией или эмпирической зависимостью, которая примени­тельно к нестандартным случаям могла дать безнадежно неправиль­ные ответы. В наше время проектировщик принимает такие решения, используя теорию, обобщенную настолько, что ее можно применить к стенам, сделанным из любых материалов, в любой среде: на Луне, под водой и где угодно еще. Эта теория настолько обобщена, потому что основана на достаточно глубоких объяснениях принципа поведения материалов и конструкций. Чтобы найти оптимальную толщину стены из незнакомого материала, используют ту же теорию, что и для любой другой стены, но расчеты начинают, принимая различные факты — используя различные численные значения разных параметров. Прихо­дится смотреть в справочнике такие факты, как предел прочности на растяжение и упругость материала, но в дополнительном понимании нет необходимости.

Именно поэтому современный архитектор не нуждается в более длительной или трудоемкой подготовке, даже несмотря на то, что по­нимает гораздо больше, чем древний строитель. Возможно, типичную теорию из учебной программы современного студента понять сложнее, чем любую из эмпирических зависимостей древнего строителя; но со­временных теорий гораздо меньше, а их объяснительная способность придает им такие качества, как красота, внутренняя логика и связь с другими предметами, благодаря которым эти теории проще изучать. Сейчас мы знаем, что некоторые древние эмпирические зависимости были ошибочными, другие — истинными или близкими к истине, и мы знаем причины этого. Некоторыми эмпирическими правилами мы до сих пор пользуемся, но ни на одном из них уже не основывается пони­мание того, почему конструкции не рушатся.

Я, конечно, не отрицаю, что во многих предметах, где увеличи­вается знание, включая архитектуру, появляются специализации. Од­нако это не односторонний процесс, т. к. специализации часто исчеза­ют: колеса уже не проектируют и не изготавливают колесные мастера, плуги — мастера по плугам, а письма уже не пишут писцы. Тем не менее, достаточно очевидно, что тенденция углубления и объединения, которую я описывал, не единственная: параллельно ей происходит не­прерывное расширение. Поясню: новые идеи часто не просто вытесня­ют, упрощают или объединяют существующие. Они также расширяют человеческое понимание до областей, которые раньше не были поняты совсем или о существовании которых даже не догадывались. Они могут открывать новые возможности, новые проблемы, новые специализации и даже новые предметы. И когда это происходит, мы можем получить. по крайней мере на время, больше информации для изучения, чтобы понять все это.

Возможно, медицина — наиболее распространенный пример рас­тущей специализации, которая кажется неизбежным следствием роста знания, когда открывают новые способы лечения многих болезней. Но даже в медицине присутствует противоположная тенденция объедине­ния, которая непрерывно усиливается. Общеизвестно, что многие функ­ции тела, как, впрочем, и механизмы многих болезней, еще мало изуче­ны. Следовательно, некоторые области медицинского знания все еще состоят, главным образом, из собрания записанных фактов, навыков и интуиции врачей, имеющих опыт в лечении определенных болезней и передающих эти навыки и интуицию из поколения в поколение. Други­ми словами, большая часть медицины все еще не вышла из эпохи эмпи­рических правил, и вновь обнаруженные эмпирические правила стиму­лируют появление специализаций. Но когда в результате медицинских и биохимических исследований появляются более глубокие объяснения процессов болезни (и здоровых процессов) в теле, увеличивается и по­нимание. Когда в различных частях тела, в основе разных болезней обнаруживают общие молекулярные механизмы, на смену узким тео­риям приходят более обобщенные. Как только болезнь понимают на­столько, что могут вписать ее в общую структуру, роль специалиста уменьшается. Вместо этого врачи, столкнувшись с незнакомой болез­нью или редким осложнением, могут положиться на объяснительные теории. Они могут посмотреть эти факты в справочнике. Но затем они смогут применить обобщенную теорию, чтобы разработать необходи­мое лечение и ожидать, что оно будет эффективным, даже если никогда раньше оно не применялось.

Таким образом, вопрос о том, сложнее или проще становится по­нять все, что понято, зависит от равновесия двух противоположных ре­зультатов роста знания: расширения и углубления наших теорий. Из-за расширения наших теорий понять их сложнее, из-за углубления — про­ще. Одно из положений этой книги состоит в том, что углубление мед­ленно, но уверенно побеждает. Другими словами, утверждение, в ко­торое я отказывался поверить, будучи ребенком, в самом деле ложно, а истинно практически противоположное. Мы не удаляемся от состоя­ния, когда один человек способен понять все, что понято, мы прибли­жаемся к нему.

Я не утверждаю, что скоро мы поймем все. Это совсем другой во­прос. Я не верю, что сейчас мы близки или когда-то приблизимся к по­ниманию всего, что существует. Я говорю о возможности понимания всего, что понято. Это скорее зависит не от содержания нашего знания, а от его структуры. Но структура нашего знания — независимо от воз­можности его выражения в теориях, составляющих понятное целое — безусловно зависит от самой структуры реальности. Если свободный рост знания должен продолжаться и если мы, несмотря ни на что при­ближаемся к тому состоянию, когда один человек сможет понять все, что понято, значит, глубина наших теорий должна увеличиваться до­статочно быстро, чтобы обеспечить эту возможность. Это может про­изойти, если только сама структура реальности настолько едина, что по мере роста нашего знания мы сможем понимать ее все больше и больше. Если это произойдет, то в конечном итоге наши теории станут настолько общими, глубокими и составляющими друг с другом единое целое, что превратятся в единственную теорию единой структуры ре­альности. Эта теория не объяснит все аспекты реальности: это недости­жимо. Но она охватит все известные объяснения и будет применима ко всей структуре реальности настолько, насколько последняя будет по­нята. В то время как все предыдущие теории относились к конкретным предметам, это будет теория всех предметов: Теория Всего.

Эта теория, безусловно, не будет последней в своем роде, она будет первой. В науке считается доказанным, что даже наши лучшие теории обречены быть в некотором роде несовершенными и проблематичными, и мы ожидаем, что в свое время их вытеснят более глубокие и точные теории. И этот прогресс не остановится, когда мы откроем универ­сальную теорию. Например, Ньютон дал нам первую универсальную теорию тяготения и объединил, помимо всего прочего, небесную и зем­ную механику. Но его теории вытеснила общая теория относительнос­ти Эйнштейна, которая включает еще и геометрию (которую раньше считали отраслью математики) в физике, и поэтому наряду с большей точностью дает более глубокие объяснения. Первая универсальная тео­рия — которую я буду называть Теорией Всего — подобно всем нашим теориям, которые были до нее и будут после нее, не будет ни абсолютно истинной, ни бесконечно глубокой, а потому, в конечном итоге, ее за­менит другая теория. Но эта замена произойдет не через объединение с теориями других предметов, ибо она сама будет теорией всех пред­метов. В прошлом значительный прогресс в понимании иногда имел место при значительных объединениях. Иногда прогресс был вызван структурными изменениями в понимании конкретного предмета, как, например, когда мы перестали считать Землю центром Вселенной. Пос­ле первой Теории Всего уже не будет значительных объединений. Все последующие великие открытия будут переменами в понимании мира в целом: изменениями в нашем мировоззрении. Создание Теории Всего будет последним большим объединением и в то же время первым шагом к возникновению нового мировоззрения. Я считаю, что именно такое объединение и изменение происходят сейчас. Подобное мировоззрение и является темой этой книги.

Считаю своей обязанностью сразу подчеркнуть, что я говорю не просто о «теории всего», которую в ближайшее время надеются открыть специалисты в области физики элементарных частиц. Их «теория всего» стала бы объединенной теорией всех основных сил, известных физи­ке, а именно: гравитационных, электромагнитных и ядерных сил. Она также описала бы все типы существующих дробноатомных частиц, их массы, спины, электрические заряды и другие свойства, а также прин­цип их взаимодействия. При наличии достаточно точного описания на­чального состояния любой изолированной физической системы, такая теория сможет предсказать будущее поведение системы в принципе. В случае, когда точное поведение системы предсказать невозможно, теория опишет все возможные варианты поведения системы и предска­жет вероятность их возникновения. На практике нередки случаи, ког­да начальные состояния интересующих нас систем невозможно опре­делить точно, да и предсказать их слишком сложно во всех случаях, кроме простейших. Тем не менее, такая объединенная теория частиц и сил вместе с определением начального состояния Вселенной к моменту Большого Взрыва (сильный взрыв, от которого произошла Вселенная), в принципе, содержала бы всю информацию, необходимую для предска­зания всего, что можно предсказать (рисунок 1.1).

Но предсказание — еще не объяснение. «Теория всего», на кото­рую так надеются, даже совместно с теорией начального состояния, в лучшем случае представит лишь крошечную грань истинной Тео­рии Всего. Эта теория сможет предсказать все (в принципе). Но нельзя ожидать, что она объяснит гораздо больше, чем существующие теории, за исключением нескольких явлений, вызванных особенностями внут­риатомных взаимодействий, как-то: столкновения внутри ускорителей частиц и необычная история трансмутаций частиц во время Большо­го Взрыва. Что побуждает ученых использовать термин «теория всего» для названия столь малого, хотя и захватывающего отрезка знания? Я полагаю, еще один ошибочный взгляд на природу науки, который не одобряют многие научные критики, но (увы!) одобряют многие уче­ные: наука по существу является редукционной . Это все равно, что ска­зать, что наука сомнительно упрощает все объяснения, раскладывая их на составляющие. Например, сопротивление стены проникновению или сбиванию объясняется тем, что стена — это огромное скопление взаи­модействующих молекул. Свойства этих молекул объясняют на основе составляющих их атомов, взаимодействия этих атомов друг с другом и так далее до мельчайших частиц и самых основных сил. Редукционисты считают, что все научные объяснения и, возможно, любые достаточно глубокие объяснения принимают именно такую форму.

Концепция редукционистов естественно приводит к созданию ие­рархии предметов и теорий в соответствии с тем, насколько они близ­ки к «самому низкому уровню» известных предсказательных теорий. В этой иерархии логика и математика образуют непоколебимые прин­ципы, на которых строится система научных взглядов. Фундаментом станет упрощенная «теория всего», универсальная теория частиц, сил, пространства и времени вместе с некоторой теорией начального состо­яния Вселенной. Остальная физика образует первые несколько этажей. Астрофизика и химия займут более высокий уровень, геология — еще более высокий и т. д. Здание разделяется на множество башен — пред­метов еще более высокого уровня: биохимию, биологию и генетику. В нетвердых слоях стратосферы примостились такие предметы, как теория эволюции, экономика, психология и вычислительная техника, которые на этой картине почти немыслимо вторичны.

В настоящее время у нас есть только приближения к упрощенной «теории всего». Они уже достаточно точно могут предсказывать зако­ны движения отдельных дробноатомных частиц. Используя эти законы, современные компьютеры могут рассчитать движение любой изолиро­ванной группы из нескольких взаимодействующих частиц некоторого элемента, если известно их начальное состояние. Но даже мельчайшая частичка материи, видимая невооруженным глазом, содержит трилли­оны атомов, каждый из которых состоит из множества дробноатомных частиц и непрерывно взаимодействует с внешним миром, так что пред­сказать поведение этой частички не представляется возможным. Допол­няя точные законы движения различными приближениями, мы можем предсказать некоторые аспекты общего поведения достаточно крупных объектов, например, температуру плавления или кипения данного хи­мического соединения. Большая часть основной химии была таким об­разом сведена к физике. Для наук более высокого уровня программа редукционистов — всего лишь дело принципа. Никто на самом деле не собирается выводить принципы биологии, психологии или политики из принципов физики. Причина, по которой предметы более высокого уровня вообще поддаются изучению, состоит в том, что в определен­ных условиях непостижимо сложное поведение огромного количества частиц становится мерой простоты и удобопонятности. Это называет­ся исходом: простота высокого уровня «исходит» из сложности низкого уровня. Явления высокого уровня с понятными фактами, которые нель­зя просто вывести из теорий низкого уровня, называются исходящими явлениями. Например, стена могла быть крепкой, потому что те, кто ее строил, боялись, что их враги могут попытаться преодолеть эту сте­ну. Это объяснение прочности стены высокого уровня невыводимо из объяснения низкого уровня, которое я привел выше (хотя и сопостави­мо с ним). «Строители», «враги», «страх», «пытаться» — это исходящие явления. Цель наук высокого уровня — дать нам возможность понять исходящие явления, самыми важными из которых, как мы увидим, яв­ляются жизнь, мысль и вычисление.

Кстати, противоположность редукционизма — холизм, идея о том, что единственно правильные объяснения составлены на основе систем высокого уровня, — еще более ошибочна, чем редукционизм. Чего ожи­дают от нас холисты? Того, что мы прекратим наши поиски молеку­лярного происхождения болезней? Что мы откажемся от того, что люди состоят из дробноатомных частиц? Там, где существуют упрощенные объяснения, они столь же желанны, как любые другие. Там, где целые науки упрощаются до наук низкого уровня, мы, ученые, обязаны найти эти упрощения, так же как обязаны открывать любое знание.

Редукционист считает, что наука заключается в том, чтобы раз­ложить все на составляющие. Инструменталист считает, что цель нау­ки — предсказывать события. Для каждого из них существование наук высокого уровня — вопрос удобства. Сложность мешает нам исполь­зовать элементарную физику для получения предсказаний высокого уровня, поэтому мы гадаем, каковы были бы эти предсказания, если бы мы могли их получить, — исход дает нам возможность преуспеть в этом — именно в этом предположительно заключается смысл наук высокого уровня. Таким образом, для редукционистов и инструмента­листов, которые проигнорировали как истинную структуру, так и ис­тинную цель научного знания, основой предсказывающей иерархии фи­зики является, по определению, «теория всего». Но для всех остальных научное знание состоит из объяснений, а структура научного объясне­ния не отражает иерархию редукционистов. Объяснения существуют на каждом уровне иерархии. Многие из них независимы и относят­ся только к понятиям конкретного уровня (например, «медведь съел мед, потому что был голоден»). Многие объяснения содержат логичес­кие выводы, противоположные направлению упрощенных объяснений. То есть они объясняют вещи, не разделяя их на более маленькие, прос­тейшие, а рассматривают их как составляющие более крупных и слож­ных вещей, о которых у нас, тем не менее, есть объяснительные те­ории. Например, рассмотрим конкретный атом меди на кончике носа статуи сэра Уинстона Черчилля, которая находится на Парламентской Площади в Лондоне. Я попытаюсь объяснить, почему этот атом меди находится там. Это произошло потому, что Черчилль был премьер-ми­нистром в палате общин, которая расположена неподалеку; и потому, что его идеи и руководство способствовали победе Объединенных сил во Второй Мировой войне; и потому, что принято чествовать таких людей, ставя им памятники; и потому, что бронза, традиционный ма­териал для таких памятников, содержит медь и т.д. Таким образом, мы объясним физическое наблюдение низкого уровня — присутствие атома меди в определенном месте — через теории чрезвычайно высоко­го уровня о таких исходящих явлениях, как идеи, руководство, война и традиция.

Нет такой причины, почему должно существовать, даже в прин­ципе, какое-либо более низкоуровневое объяснение присутствия этого атома меди, чем то, которое я только что привел. Предположим, что упрощенная «теория всего» в принципе сделала бы низкоуровневое пред­сказание вероятности, что такая статуя будет существовать, если из­вестно состояние (скажем) солнечной системы в какое-то более раннее время. Точно также эта теория в принципе описала бы, как эта статуя могла туда попасть. Но такие описания и предсказания (конечно же, абсолютно нереальные) ничего бы не объясняли. Они просто описыва­ли бы траекторию движения каждого атома меди от медного рудника через плавильную печь, мастерскую скульптора и т.д. Они также мог­ли бы сформулировать, какое влияние на эти траектории оказывают силы от окружающих атомов, например, тех, из которых состоят тела шахтеров и скульптора, и, таким образом, предсказать существование и форму статуи. В действительности, такое предсказание следовало бы отнести к атомам по всей планете, вовлеченным, кроме всего проче­го, в сложное движение, которое мы называем Второй Мировой вой­ной. Но даже если бы вы обладали сверхчеловеческой способностью следовать таким многословным предсказаниям нахождения атома ме­ди в том месте, вы все равно не смогли бы сказать: «Да, я понимаю, почему он там находится». Вы просто знали бы, что его попадание туда таким образом неизбежно (или вероятно, или что угодно еще), если из­вестны начальные конфигурации атомов и законы физики. Если бы вы захотели понять, почему он там находится, у вас по-прежнему не было бы другого выбора, кроме как сделать следующий шаг. Вам пришлось бы выяснить все, что касается этой конфигурации атомов и их траек­торий, из-за которых атом меди оказался именно в этом месте. Такое исследование стало бы творческой задачей, какой всегда является от­крытие новых объяснений. Вам пришлось бы обнаружить, что опреде­ленные конфигурации атомов подтверждают такие исходящие явления, как руководство и война, связанные друг с другом объяснительными теориями высокого уровня. И только узнав все эти теории, вы смогли бы полностью понять, почему этот атом меди находится именно там.

Редукционисты уверены, что законы, управляющие взаимодейст­вием дробноатомных частиц, имеют первостепенную важность, по­скольку они являются основой иерархии всего знания. Но в реальной структуре научного знания и в структуре нашего знания в целом такие законы играют гораздо более скромную роль.

Какова же эта роль? Мне кажется, что ни одна из рассмотренных теорий, претендующих на звание «теории всего», не содержит много но­вого в способе объяснения. Возможно, самый передовой подход с объ­яснительной точки зрения — это теория суперструн, в которой эле­ментарными строительными блоками материи являются удлиненные объекты, «струны», а не точечные частицы. Но ни один существующий подход не предлагает нового способа объяснения — нового в смысле объяснения Эйнштейном сил притяжения на основе искривленного про­странства и времени. В действительности, ожидается, что «теория все­го» унаследует практически всю объяснительную структуру сущест­вующих теорий электромагнетизма, ядерных сил и гравитации: их фи­зические концепции, их язык, их математический формализм и форму их объяснений. Значит, мы можем рассчитывать, что эта структура основной физики, которая нам уже известна из существующих теорий, внесет вклад в наше общее понимание.

В физике существует две теории, значительно более глубокие, чем остальные. Первая — это общая теория относительности, по-моему, наша лучшая теория пространства, времени и гравитации. Вторая — еще более глубокая — квантовая теория. Эти две теории (а никакая другая существующая или ныне рассматриваемая теория дробноатом­ных частиц) предоставляют подробную объяснительную и формаль­ную систему взглядов, в которой выражаются все остальные теории современной физики, и содержат основные физические принципы, ко­торым подчиняются все остальные теории. Объединение общей теории относительности и квантовой теории — с целью получения квантовой теории относительности — стало в последние десятилетия основным предметом поисков физиков-теоретиков и должно было бы стать час­тью любой теории всего, как в узком, так и в широком смысле этого термина. Как мы увидим в следующей главе, квантовая теория, как и относительность, предоставляет революционно новый способ объяс­нения физической реальности. Причина, по которой квантовая теория глубже теории относительности, лежит большей частью не в физике, а вне ее, поскольку ее отрасли простираются далеко за пределы физики и даже за пределы самой науки в привычном ее понимании. Квантовая теория является одной из четырех основных нитей , образующих наше настоящее понимание структуры реальности .

Прежде чем назвать три других нити, я должен упомянуть еще один способ искаженного представления структуры научного знания редукционизмом. Редукционизм принимает не только то, что объясне­ние всегда состоит из разделения системы на более маленькие и прос­тые системы, но и то, что все поздние события объясняются на основе ранних; другими словами, единственный способ что-то объяснить — сформулировать причины этого. А это подразумевает, что, чем рань­ше произошли события, на основе которых мы что-то объясняем, тем лучше объяснение, так что, в конечном счете, все лучше объяснять на основе первоначального состояния Вселенной.

«Теория всего», исключающая определение первоначального состо­яния Вселенной, не является полным описанием физической реальнос­ти, потому что она содержит только законы движения; а законы дви­жения сами по себе делают лишь условные предсказания. То есть они формулируют не то, что происходит, а только то, что произойдет в ка­кое-то время, если известно, что это происходило раньше. Только если известно полное определение начального состояния, в принципе мож­но вывести полное описание физической реальности. Существующие космологические теории не обеспечивают полного определения началь­ного состояния даже в принципе, но они утверждают, что изначально Вселенная была очень маленькой, очень горячей и имела однородную структуру. Но мы также знаем, что Вселенная не могла иметь абсо­лютно однородную структуру, потому что в соответствии с теорией это будет несовместимо с россыпью галактик, которые мы наблюда­ем сегодня в небе. На первоначальные изменения плотности, «неодно­родность распределения материи», значительное влияние оказало гра­витационное сжатие (то есть относительно плотные участки притянули бы больше материи и стали бы более плотными), так что сначала эти изменения, должно быть, были совсем небольшими. Но какими бы маленькими они ни были, они имеют огромное значение для любых описаний реальности редукционистами, потому что почти все, что мы наблюдаем вокруг от россыпи звезд и галактик в небе до появления бронзовых статуй на планете Земля, с точки зрения основной физики является следствием этих изменений. Если наше редукционное описа­ние стремится охватить нечто большее, чем самые крупные свойства наблюдаемой Вселенной, нам нужна теория, определяющая те важней­шие первоначальные отклонения от однородности.

Я попытаюсь заново сформулировать последнее требование, не принимая во внимание предубеждения редукционистов. Законы дви­жения любой физической системы дают только условные предсказа­ния и, следовательно, совместимы со многими возможными варианта­ми развития этой системы. (Это не зависит от ограничений предсказа­ния, которые накладывает квантовая теория и о которых я расскажу в следующей главе). Например, законы движения, которым подчиняет­ся ядро, выпущенное из пушки, совместимы с многими возможными траекториями, каждая из которых соответствует одному из возможных направлений и подъемов ствола пушки при выстреле (рис. 1.2).

Математически законы движения можно выразить системой урав­нений, которые называют уравнениями движения. Существует много различных решений этих уравнений, каждое из которых описывает какую-то возможную траекторию. Чтобы определить, какое решение описывает действительную траекторию, необходимо обеспечить допол­нительные данные - некоторую информацию о том, что происходит в действительности. Один из способов осуществить это заключает­ся в определении начального состояния, в данном случае направления ствола пушки. Однако существуют и другие способы. Например, мы точно также могли бы определить конечное состояние — положение и направление движения пушечного ядра в момент его приземления. Или мы могли бы определить положение самой высокой точки траектории. Мы можем давать любые дополнительные данные, если они помога­ют выбрать одно конкретное решение системы уравнений движения. Объединение любых дополнительных данных такого рода с законами движения равноценно теории, которая описывает все, что происходит с пушечным ядром с момента выстрела до удара.

Точно также законы движения для физической реальности в целом будут иметь много решений, каждое из которых соответствует кон­кретному случаю. Для завершения описания нам придется определить, какой случай произошел в действительности, предоставляя достаточ­но дополнительных данных для получения одного из многих решений уравнений движения. В простых космологических моделях, по край­ней мере одним из способов получения таких данных является опре­деление начального состояния Вселенной. Но, кроме того, мы могли бы определить конечное состояние или состояние в любой другой мо­мент времени: или мы могли бы предоставить некоторую информацию о начальном состоянии, какую-то информацию о конечном состоянии и о промежуточных состояниях. В общем, объединив достаточное ко­личество дополнительных данных разного рода с законами движения, мы, в принципе, получили бы описание физической реальности.

Как только мы определим, скажем, конечное состояние пушечно­го ядра, мы сможем непосредственно вычислить его начальное состо­яние, и наоборот, поэтому между различными методами определения дополнительных данных не существует практической разницы. Однако большую часть таких вычислений для Вселенной трудно обработать. Я сказал, что мы делаем вывод о существовании «неоднородности рас­пределения материи» в начальных состояниях из сегодняшних наблю­дений этой «неоднородности». Но это исключение: большая часть на­шего знания о дополнительных данных — о том, что конкретно проис­ходит, — существует в форме теорий высокого уровня об исходящих явлениях и, следовательно, по определению практически не поддает­ся выражению в виде формулировок начального состояния. Например, в большей части решений уравнений движения Вселенная в своем на­чальном состоянии не обладает свойствами, необходимыми для появле­ния жизни. Следовательно, наше знание того, что жизнь появилась, — значительная часть дополнительных данных. Возможно, мы никогда не узнаем, что это ограничение значит для подробной структуры Боль­шого Взрыва, но мы можем сделать выводы непосредственно из него. Например, первая точная оценка возраста Земли была сделана на ос­нове биологической теории эволюции, которая противоречила самым выдающимся достижениям физики того времени. Только предубежде­ние редукционистов могло заставить нас считать, что эти доказатель­ства были по какой-то причине менее вескими или, в общем, теории о начальном состоянии были более «фундаментальны», чем теории об исходящих особенностях реальности.

Даже в области основной физики идея о том, что теории началь­ного состояния содержат наши самые глубокие знания, весьма ошибоч­на. Одна из причин этого состоит в том, что она логически исключает возможность объяснения самого начального состояния: почему было начальное состояние, каким оно было, — однако в действительности у нас есть объяснения многих аспектов начального состояния. В об­щем, ни одна теория времени не способна давать объяснения на основе чего-то «более раннего»; тем не менее, благодаря общей теории относи­тельности, а также квантовой теории (см. главу 2) у нас есть глубокие объяснения природы времени.

Таким образом, характер многих наших описаний, предсказаний и объяснений реальности не имеет ничего общего с теорией «начального состояния в совокупности с законами движения», к которой приводит редукционизм. Не существует причины рассматривать теории высоко­го уровня как «второсортные». Наши теории дробноатомной физики и даже квантовая теория относительности не имеют никаких преиму­ществ перед теориями об исходящих свойствах. Ни одну из этих облас­те

Triel_Toria (science) все записи автора

С недавних пор в центре внимания многих специалистов по квантовой хромодинамике находится некоторая аномалия, выявляемая в ходе экспериментов на "B-мезонных фабриках". Первоначально она была замечена исследователями Стэнфордского центра линейного ускорителя SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) Министерства энергетики США, ну а затем тот же феномен проявился и на ускорителе KEK японской Организации исследований в области ускорителей высоких энергий (High Energy Accelerator Research Organization) в Цукубе (эксперимент Belle). Сообщения об этом феномене, в частности, можно было услышать и на конференции по физике высоких энергий, организованной этим летом в Москве.

Стандартная модель физики элементарных частиц (Standard Model - SM) предсказывает, что два пути (канала) распада B-мезона (мезона, состоящего из тяжелого анти-b-кварка и другого легкого кварка) должны иметь примерно одинаковую вероятность, однако регистрируемые в эксперименте продукты распада в разных ветвях демонстрируют неожиданно большую диспропорцию. И теперь вот индийские физики-теоретики из Института математических проблем (Institute of Mathematical Sciences - IMSc) опубликовали в журнале Physical Review Letters (PRL, vol 97, p 131802) статью, где показали, что объяснить новое несоответствие в рамках Стандартной модели уже не представляется возможным (текст вышеупомянутой статьи доступен также и на arXiv.org - Has New Physics already been seen in B_d meson decays?). То есть, если верить этой статье, выходит, уже теперь в экспериментах можно наблюдать проявления так называемой Новой Физики (New Physics - NP).

Рахул Синха (Rahul Sinha), Басудха Мисра (Basudha Misra) и Вей-Шу Хоу (Wei-Shu Hou, Физический факультет Национального тайваньского университета) пробовали сначала "честно" объяснить несоответствие с использованием Стандартной модели, но у них ничего не вышло. После этого они склонились к альтернативному объяснению. "В настоящее время еще невозможно выявить точный вид Новой Физики, которая могла бы стоять за этими данными, - поясняет Синха. - Мы теперь нуждаемся не только в большем количестве статистических данных распадов B-мезонов, но и в большем количестве теоретических исследований. Это может оказаться проявлением суперсимметрии, а может - чем-то иным".

Две различные моды распада B-мезона приводят к появлению странного кварка (strange quark, s-кварк) наряду с двумя другими частицами - либо чармированного и античармированного кварков (другое название - "очарованный" кварк, charm, c-кварк), либо "q" и анти-"q" кварков, где q может быть верхним, нижним, либо странным кварком (u, d, s). В целом нейтральный, B-мезон имеет очень интересное свойство: он может смешиваться со своей античастицей, анти-B-мезоном (осцилляции, знакомые нам по осцилляциям разных "сортов" нейтрино, переходящих одно в другое), что приводит к появлению фазы, именуемой "B-мезоном смешанной фазы". Согласно Стандартной модели, B-мезоны распадаются через слабые взаимодействия, и распады, которые приводят к появлению странных кварков, имеют два различных вклада от двух различных (вышеупомянутых) слабых фаз. Только в первом случае все более-менее просто (нет эффектов квантовых флуктуаций от тяжелых частиц), а вот распад на "q" и анти-"q" проходит через так называемый "пингвиний" процесс ("пингвинный", penguin process), в результате которого частица на мгновение преобразуется в "истинный" кварк (самый тяжелый truth или, иначе говоря, top quark). И вот в этих-то "пингвиньих животах", вызывающих регистрируемую экспериментально асимметрию распадов, физики и надеются отловить еще какие-нибудь неизвестные миру частицы, появление которых необъяснимо с точки зрения Стандартной модели.

В принципе, некоторое отклонение при сравнении смешивающихся фаз B-мезона от двух различных мод распада ожидаемо и в случае "старой физики". Однако Стандартная модель предсказывает отклонение лишь в пределах нескольких градусов, в то время как измеренное отклонение значительно больше - приблизительно 13 градусов. Кроме того, направление этого отклонения прямо противоположно теоретически предсказанному с помощью СМ.

Чтобы объяснить несоответствие между предсказываемым и наблюдаемым распадами, Синха и его группа, как мы уже упоминали, первоначально изучили возможности, которые может предоставить для объяснений Стандартная модель. Используя модельно независимый подход, они показали (в цифровой форме и геометрически), что отклонение смешиваемой фазы не может превышать слабой фазы одного из вкладов.

"Исключив какие-либо предположения, задействовавшие адроны, мы показали, что в рамках Стандартной модели объяснить наблюдаемое несоответствие при смешивании фаз B-мезонов невозможно, измерения включают лишь эти две известные моды", - пишут Синха и его коллеги. Однако чтобы подтвердить вывод о том, что большое отклонение действительно свидетельствует о проявлении Новой Физики, требуется гораздо больше наблюдений: "Мы должны собрать большие наборы данных по B-мезонам на B-мезонных фабриках* SLAC и KEK, и надеяться на то, что будущие модернизации оборудования позволят улучшить статистическое значение стандартного отклонения, - говорит Синха. - Маленькая фаза (названная в статье 'beta_s') могла бы быть измерена в будущем непосредственным образом".

Если Стандартная модель не сможет объяснить эти наблюдения, то физики-ядерщики начнут прокладывать путь к Новой Физике - физике, описывающей явления за пределами Стандартной модели. Ведь хотя Стандартная модель в свое время и оказала физикам много неоценимых услуг (так, со времен ее бурного расцвета в 1970-х гг. последовали точные объяснения и предсказания существования нескольких ранее неизвестных частиц), в настоящее время эта модель достигла своих пределов и не в состоянии объяснить новые явления, открываемые в самых разных областях (например, присутствие во Вселенной темного вещества, природу гравитации и наличие масс у частиц), и поэтому в дальнейших открытиях большой помощи уже не оказывает. Даже самая маленькая погрешность вроде этого неправильного предсказания смешивания B-фаз теперь может привести к новому пониманию частиц и сил, которые царят во Вселенной.

В интервью, данном PhysOrg.com, индийский теоретик упоминает о потенциальных кандидатах на роль этой самой Новой Физики. В частности, речь идет о суперсимметрии - самом популярном сценарии для дальнейшего развития Новой Физики (согласно предсказаниям этой теории, все частицы из Стандартной модели на самом деле имеют еще и так называемых суперпартнеров, при этом "темное вещество" - то есть материя, которая никак не поддается обнаружению, хотя во много раз перевешивает обычное вещество в космосе, - может как раз состоять из огромных роев таких суперсимметричных частиц, пронизывающих пространство). К сожалению, никаких экспериментальных данных в пользу суперсимметричных построений пока еще не получено. Конечно, можно уже считать установленным, что нейтрино обладает ненулевой массой покоя, однако для того, чтобы этот факт стал совместим со Стандартной моделью, требуются всего лишь небольшие "косметические" вставки, и всерьез выйти за пределы Стандартной модели таким образом не получается. Казалось также, что признаки Новой Физики проявились в ходе измерений магнитного момента мюона (там возникали небольшие несоответствия между теорией и экспериментом). Однако, из-за неуверенности в оценке влияния со стороны адронов, эффектов, вызванных сильными взаимодействиями (то есть родственных тем силам, что склеивают воедино ядра химических элементов), мы не можем говорить с полной уверенностью о том, что данные несоответствия действительно определяются присутствием Новой Физики.

"При применении нашего метода (который пока работает очень хорошо) при изучении слабых распадов мезонов нет никакой неуверенности, связанной с возможным влиянием адронной природы частиц [и, стало быть, сильными взаимодействиями], - говорит Синха. - Единственной причиной, по которой это несоответствие может не оказаться Новой Физикой, было бы исчезновение эффекта по мере дальнейшего набора статистики. Экспериментаторы делают такие оценки в терминах статистической значимости результатов. Указывается значение порядка 2,6 сигмы (среднеквадратичного отклонения), а это означает не менее чем однопроцентный шанс на то, что это несоответствие является лишь статистическим выбросом". Так что все-таки не исключено, что авторы статьи в очередной раз поторопились отыскать "Новую Физику" там, где ее еще нет.

На иллюстрации:
Это так называемая "пингвинья диаграмма". Она показывает, в частности, возможный путь взаимодействия с top-кварком - в нижней части петли (формирующей этакий "живот" пингвина). Новая Физика подразумевает ко всему прочему и участие в этих процессах (вот в этой самой "петле") каких-то совершенно новых частиц. Изображение с сайта Wikipedia (en.wikipedia.org). Между прочим, там же говорится о том, что термин "пингвиновые диаграммы" ввел Дж. Эллис, после того, как однажды проиграл в дартс. Условием игры было, что проигравший обязан употребить слово "пингвин" в своей следующей статье. 

Источники:
Particle decay may point to New Physics - PhysOrg.com
Has New Physics already been seen in B_d meson decays? - arXiv.org - hep-ph

Triel_Toria (science) все записи автора

Анализируя сходство между процессом разбрызгивания капель воды и ростом раковых клеток, ученые США и Италии научились предсказывать возможный сценарий развития опухоли.

При столкновении с твердой поверхностью одни капли воды разбрызгивают в разные стороны множество водяных струек, другие же остаются неповрежденными. Это явление описывается в физике с помощью довольно простых уравнений.

Д-р Томас Дейсбоек (Thomas Deisboeck) из американского центра Harvard-MIT Center for Biomedical Imaging и его итальянские коллеги из университета Турина адаптировали эти уравнения для описания роста раковой опухоли. Исследователи обнаружили, что развитие опухоли подобно поведению падающих капель воды: раковая опухоль может пустить свои «щупальца» в окружающие здоровые ткани, а может и не сделать этого.

Преобразуя уравнения, которые описывают, какие именно капли воды будут разбрызгиваться при соударении, и сколько водяных струек они испустят в процессе, ученые определили «инвазивный параметр» для опухоли. Инвазивный параметр является функцией трех переменных: ограничивающего давления, которое оказывают на опухоль окружающие ткани, радиуса опухоли и ее поверхностного натяжения. При этом было установлено, что чем больше давление и радиус опухоли, тем больше вероятность распространения опухоли в здоровые ткани, а более высокое поверхностное натяжение снижает такую вероятность.

На основе полученных данных д-р Дейсбоек и его коллеги вывели две рекомендации для онкологов. Во-первых, для снижения инвазивного параметра необходимо с помощью лекарственных препаратов увеличить поверхностное натяжение, что обеспечит более сильное сцепление раковых клеток с поверхностью опухоли. Во-вторых, нужно уменьшить давление, оказываемое на опухоль окружающими тканями. Этого можно добиться, также используя соответствующие лекарственные препараты.

Капля воды, упавшая на твердую поверхность

Ряд экспериментов, проведенных группой д-ра Дейсбоека, подтвердил справедливость такого необычного подхода к лечению раковых опухолей.

Раковая опухоль под микроскопом

Инвазивный параметр IP (при IP<1 опухоль не распространяется)

Triel_Toria (science) все записи автора

Ученые из Института объединенных ядерных исследований в Дубне (ОИЯИ) в сотрудничестве с коллегами из лаборатории им. Лоуренса в Ливерморе (США) на российском циклотроне У-400 синтезировали элемент 118 Периодической таблицы Менделеева.

В экспериментах, проведенных на ускорителе в Дубне в феврале-июне 2005 года, удалось зафиксировать цепочку ядерных распадов с образованием другого сверхтяжелого элемента с атомным номером 116, который возникает в результате альфа-распада 118 элемента. Результаты этой работы будут опубликованы в октябрьском номере журнала Physical Review C, сообщает PhysOrg.

Сообщение об открытии 118 элемента уже появлялось в научной печати. Еще в 1999 году исследователи из американской национальной лаборатории в Беркли сообщили об этом открытии, но потом выяснилось, что они поспешили с выводами, поскольку дальнейшие эксперименты не смогли подтвердить их результаты. Более того, оказалось, что экспериментальные данные о синтезе трех атомов 118-го элемента были сфальсифицированы одним из главных участников проекта.

В нынешнем эксперименте в ОИЯИ в лаборатории ядерных реакций под руководством Юрия Оганесяна было также получено всего три атома в результате бомбардировки ионами кальция мишени из атомов калифорния. Новый 118-й элемент по своим химическим свойствам является благородным газом и может быть помещен в восьмую группу периодической системы элементов непосредственно под радоном. Имени для нового элемента пока не придумали. По традиции, его «неофициальное» название – ununoctium (118-й). Как сообщает «Российская газета», Международный союз по чистой и прикладной химии, скорее всего, отдаст приоритет российским ученым и удовлетворит их заявку назвать 118-й элемент периодической системы "Московием".

Обе группы ученых - в Дубне и в Ливерморе - много лет работают над синтезом сверхтяжелых элементов. Совместными усилиями им удалось синтезировать 5 новых элементов (с номерами 113, 114, 115, 116 и 118), которые образуют так называемый остров стабильности, предсказанный теоретиками еще в 70-е годы прошлого века. Тогда ученые предсказали, что, несмотря на общую тенденцию к росту неустойчивости ядер по мере увеличения общего количества протонов и нейтронов в ядрах, должны существовать изотопы, которые распадаются медленнее других сверхтяжелых ядер.

Синтез элемента 116 в 2001 году окончательно подтвердил эту гипотезу, а нынешний результат расширил границы острова стабильности. Однако ученые считают, что на острове стабильности должны быть и другие элементы. На 2007 год запланирована серия экспериментов по бомбардировке плутониевой мишени изотопами железа. Физики рассчитывают получить при этом элемент с номером 120. Ученые намерены продолжать эксперименты до тех пор, пока не найдут все элементы, принадлежащие к острову стабильности.

Triel_Toria (science) все записи автора

Исследование двух различных каналов распада В-мезона выявило различие, которое невозможно либо крайне затруднительно объяснить методами доминирующей в настоящее время Cтандартной модели. Авторы открытия рассматривают возможность использования новых, альтернативных теоретических моделей строения микромира — так называемой «новой физики» (NP).

Стандартная модель в физике элементарных частиц, созданная в 70-е годы прошлого века, не раз доказала свою эффективность в объяснении экспериментальных данных. Однако с каждым годом становится всё больше фактов, указывающих на ее неполноту.

На прошлой неделе индийские физики-теоретики Раул Синха (Rahul Sinha) и Басудха Мисра (Basudha Misra) совместно с их тайваньским коллегой Вэй-Шу Хоу (Wei-Shu Hou) опубликовали в журнале Physical Review Letters статью, где были проанализированы результаты многочисленных экспериментов на ускорителях, в ходе которых изучались два различных канала распада B-мезонов, сообщает PhysOrg. Ученые использовали в своем анализе данные, полученные на линейном ускорителе в Стэнфорде и в японском исследовательском центре по физике высоких энергий (ускоритель KEK).

Образующиеся В-мезоны могут распадаться по двум каналам. Распад приводит к появлению странного кварка (s-кварк) и двух других частиц – это может быть "очарованный" кварк с "антиочарованным" кварком или q и анти-q кварки, где q может быть верхним (u), нижним (d) или странным (s) кварком. Нейтральный В-мезон при этом может смешиваться со своей античастицей - анти-В-мезоном - с образованием фазы, называемой смешанной фазой В-мезона. Возникающие в результате слабых взаимодействий странные кварки получают разные вклады от двух различных слабых фаз.

Согласно Стандартной модели, оба канала распада B-мезона должны иметь примерно одинаковую вероятность. Однако эксперименты выявили заметную асимметрию распада. Авторы исследования утверждают, что это расхождение в рамках Стандартной модели нельзя объяснить обычными экспериментальными ошибками. Стандартная модель допускает небольшое отклонение при сравнении смешанных фаз B-мезона в двух различных вариантах распада, однако это отклонение может достигать лишь нескольких градусов. Измеренное отклонение значительно больше - оно составляет приблизительно 13 градусов и, кроме того, противоположно по направлению теоретически предсказанному.

Для объяснения этого феномена, который был выявлен в ходе экспериментов на ускорителях SLAC и KEK, д-р Синха и его коллеги сначала решили проверить, можно ли объяснить полученные данные в рамках Стандартной модели. В результате ученым удалось показать, что для смешанной фазы B-мезона отклонение не должно превышать величины отклонения слабой фазы каждого из вкладов.

Следовательно, как считают авторы исследования, полученные данные можно будет объяснить с помощью так называемой "новой физики". По мнению д-ра Синха, эти экспериментальные аномалии могут быть проявлением суперсимметрии, хотя возможны и другие объяснения. Ясно одно - для дальнейшего продвижения потребуется как значительное количество статистических данных по распадам B-мезонов, так и развитие новых теоретических подходов.

Стандартная модель за время своего существования продемонстрировала блестящие возможности как в описании поведения известных элементарных частиц, так и в предсказании новых частиц или эффектов. Однако она не объясняет наличие массы у элементарных частиц и природу гравитации, существование темной массы во Вселенной и т.д. Именно поэтому и теоретики, и экспериментаторы очень внимательно относятся к любым, даже самым незначительным фактам, не укладывающимся в рамки Стандартной модели. Важно только, чтобы эти факты были статистически достоверными.

По мере накопления новых данных о распадах на мезонных фабриках может случиться так, что наблюдаемая сегодня асимметрия распада исчезнет. Экспериментаторы, представляя данные о распадах, делают оценки в терминах статистической достоверности результатов. В данном случае этот параметр оценивают в 2,6 сигмы (среднеквадратичного отклонения). Иными словами, это означает, что с вероятностью менее одного процента наблюдаемое несоответствие может оказаться лишь статистической флуктуацией - так что, может быть, Стандартная модель еще послужит ученым.

Triel_Toria (science) все записи автора

Исследование необычной структуры листьев лотоса помогло ученым создать «самоочищающееся» покрытие, которое может найти широкое применение в электротехнике и медицине.

Известно, что на листья и цветы лотоса никогда не налипает грязь - их поверхность состоит из микро и наноструктур, которые, наряду с восковым покрытием, препятствуют загрязнениям. Если растение попадает под дождь, на его листьях образуются капли, которые скатываются, когда лист наклоняется под небольшим углом. Капли воды уносят с поверхности частицы пыли.

Уникальная способность лотоса к «самоочищению» давно привлекает к себе внимание ученых. Ранее японским исследователям уже удалось синтезировать вещество из группы диарилэтенов, которое напоминает по свойствам покровы лотоса и может быть нанесено на поверхность в виде микрокристаллической пленки.

Свойство листьев и цветков лотоса отталкивать воду и пыль обусловлено наличием на поверхности растения микровыпуклостей и микровпадин, а также микроскопических восковых неровностей. Ученые выяснили, что благодаря комбинации микро и наноструктур капли воды могут контактировать только с 3% поверхности растения.

Недавно исследователи из Технологического института Джорджии под руководством проф. Вонга (C.P. Wong) попыталась воссоздать подобную двухрядную структуру и получить самоочищающееся диэлектрическое покрытие для ЛЭП. Ученым пришлось разработать новый материал, т.к. множество протестированных в ходе работы покрытий не подходило по разным причинам. Так, например, полибутадиен оказался непригодным из-за того, что под действием солнечного света происходит разрушение его углеродных связей.

В итоге для создания самоочищающейся поверхности, устойчивой к солнечному свету, ученые использовали соединение кремния, фторуглеродов и неорганических веществ, таких как диоксид титана и диоксид кремния. Полученное покрытие показало хорошие результаты при тестировании.

В настоящее время ученые заняты созданием покрытий, которые смогут самоочищаться без воды. Для достижения такого эффекта в поверхность будут имплантированы углеродные нанотрубки, к которым будет приложен слабый электрический заряд, отталкивающий частицы пыли через электростатическое взаимодействие. Такие покрытия могут быть использованы для защиты оборудования от пыли на Луне и Марсе. По мнению ученых, самоочищающиеся покрытия найдут также широкое применение в электротехнике и медицине.

Triel_Toria (science) все записи автора Анализ экспериментальных данных, полученных на ускорителе Центра европейских ядерных исследований ЦЕРН в Женеве показал, что в них могли происходить химические реакции обычной материи с "гибридной" - так называемым позитронием.

Позитроний представляет собой атом "антиводорода", точную "копию" обычного атома водорода, в котором протон и электрон заменены их античастицами - антипротоном и позитроном соответственно.

Как сообщает New Scientist, группа ученых под руководством Эвандро Риццини (Evandro Rizzini) из университета Бречии в ходе анализа собранных экспериментальных данных пришла к выводу, что атомы антиводорода, образовывавшиеся в ходе экспериментов, могли вступать в реакции с ионзиованными атомами обычного водорода - протонами. Подобная "химическая" протон-антипротонная система могла существовать до аннигиляции в течение микросекунд.

Если выводы итальянских ученых подтвердятся, открывается перспектива экспериментального изучения химических свойств антиматерии. Это, в свою очередь, позволит лучше понять одно из фундаментальных свойств Вселенной - преобладание в ней обычной материи - а также прояснить перспективу и саму возможность накопления антиматерии и ее использования в двигателях космических кораблей и в оружии нового класса.

Triel_Toria (science) все записи автора

Изучение генома бактерии Carsonella ruddii показало, что его величина в три раза меньше известного на сегодняшний день минимального генома. Генетики утверждали, что для нормальной работы живой клетки требуется намного больше генов.

В ДНК Carsonella ruddii обнаружено менее 160 тыс. комплементарных пар оснований, которые транслируют всего 182 гена, кодирующих белки, сообщает Physorg.

Бактерия карсонелла является эндосимбионтом (непаразитическим организмом, «сожителем», населяющим другой организм) небольшого насекомого – галлообразующей листоблошки. Эти насекомые, как и многие другие виды со сходной экологией, живут за счет бедного питательными веществами корма – древесины и древесного сока. Бактерии, населяющие кишечник насекомых, помогают им перерабатывать пищу, снабжая хозяев необходимыми питательными веществами, в частности – аминокислотами. Взамен они получают благоприятную среду для своего развития и достаточные количества «питательного сырья».

В большинстве подобных случаев эндосимбионты не могут выжить самостоятельно, вне организма хозяина. Но и насекомые также не могут существовать без своих «сожителей». Взаимосвязи между насекомыми и их эндосимбионтами очень тесны и отличаются эволюционной древностью. В ходе совместной эволюции у насекомых даже сформировались особые структуры – бактериосомы, в которых и располагаются клетки, населенные симбионтными бактериями.

Длительное сосуществование насекомых и их эндосимбионтов обязательно должно было отразиться на их геномах. Очевидно, что геномы обитающих в защищенных условиях симбионтов могут быть менее сложными, чем у микробов, населяющих сложную «открытую» среду.

Изучение феномена упрощения генома представляет чрезвычайный интерес для науки – потеря многих метаболических функций у симбионтов указывает на пути возможной эволюции микроорганизмов и насекомых-хозяев. К тому же ясно, что чем проще набор генов, тем легче его исследовать.

Ученые отмечают, что утерянные в ходе коэволюции гены бактерий считались абсолютно необходимыми для выживания микроорганизмов. Если удастся объяснить, как клетки могут обходиться без таких генов, это позволит понять многие общие закономерности функционирования живых клеток.

Исследователи считают, что в эволюционном прошлом бактерий некоторые задачи их генов были «делегированы» хозяевам, реализующим необходимые функции. В частности, насекомые-хозяева могут снабжать бактерий какими-либо необходимыми биохимическими соединениями.

Cогласно одной из гипотез, клеточные органеллы произошли от внедрения в прото-клетки более простых эндосимбионтов, которые взяли на себя часть работы. Дальнейшее изучение сосуществования карсонеллы и листоблошек может пролить новый свет на то, каким именно образом бактерии дали начало органеллам.

Triel_Toria (science) все записи автора По сообщению Sciencedaily, ученым из Калифорнийского университета Ирвин удалось доказать, что нейромедиатор ацетилхолин играет ключевую роль при запоминании деталей событий.

В принципе, роль этого соединения в процессах запоминания была известна давно, но впервые было показано, что более высокие уровни ацетилхолина в мозгу подопытных животных наблюдаются при запоминании деталей.

Опыты проводились на лабораторных крысах, которым давали прослушивать звуки определенной частоты и тональности. При некоторых звуковых сигналах одновременно стимулировали базальное ядро (nucleus basalis) - отдел мозга, в котором запоминаемые аудиосигналы координируются с выработкой определенного количества ацетилхолина.

Более сильная стимуляция приводила к соответственно более интенсивной выработке ацетилхолина и наоборот. На следующий день у крыс регистрировали (по частоте дыхания) общую активность центральной нервной системы в ответ на звуковой раздражитель при воздействии тех же звуковых сигналов.

Оказалось, что при слабой стимуляции базального ядра и меньшем количестве нейромедиатора крысы были способны запомнить тон звука, но не его частотные характеристики. И наоборот, сильная стимуляция и большие количества произведенного ацетилхолина способствовали более детальному запоминанию – животные запоминали и частоту звуковых колебаний.

Таким образом, показано, что уровни ацетилхолина в мозгу связаны с детальностью запоминаемой информации. Следовательно, это соединение играет ключевую роль для детализации памяти и регулирование его уровня в центральной нервной системе может помочь в лечении некоторых заболеваний (например, болезнь Альцгеймера), при которых нарушается память.

Triel_Toria (science) все записи автора

Исследования особого класса нейтронных звезд – магнитаров – имеет не только академический интерес. Сверхмощные гамма-вспышки способны оказать непосредственное воздействие на климат нашей планеты. Российским ученым из физико-технического института им. Иоффе удалось зарегистрировать гамма-всплеск, который может оказаться ультрамощной вспышкой далекого магнитара.

Переменчивый гамма-лик Вселенной

Исследования электромагнитного излучения за пределами видимого глазом диапазона длин волн представляют одну из наиболее интересных и «перелистываемых» на наших глазах страниц книги знаний о Вселенной. Долгое время о возможностях, которые откроет перед человечеством всеволновая астрономия, люди могли только догадываться. Все изменилось 49 лет назад – с началом космической эры. Космические вспышки в самой «жесткой» области электромагнитного излучения – гамма-области – были зарегистрированы практически сразу, как только космические аппараты приступили к исследованию Вселенной за пределами земной атмосферы. Открытия новых источников посыпались как из рога изобилия – лик Вселенной в гамма-излучении оказался на редкость переменчивым.

Быстро выяснилось, что сами по себе гамма-всплески – не редкость. Сейчас их регистрируют примерно по одному в день. Впервые гамма-всплески были обнаружены в 60-е годы благодаря появлению искусственных спутников Земли совершенно случайно благодаря работе американских спутников-шпионов. Эти аппараты должны были регистрировать гамма-излучение возникающее при при испытании ядерного оружия – однако оказалось, что видят они не только наземные вспышки, но и нечто, приходящее из космоса.

Космический исследовательский аппарат Wind

Около 30 лет природа гамма-всплесков оставалась одной из самых сложных проблем в астрофизике. Для ее объяснения было выдвинуто множество гипотез. Авторы разных гипотез «помещали» источники космического гамма-излучения то в пределах Солнечной системы, то относили их на дальние пределы видимой части Вселенной. И только в 1997 году удалось показать, что такие вспышки происходят в глубоком космосе, в далеких галактиках на расстояниях в миллиарды световых лет от нас.

Расположение в нашей Галактике 10 из 12 известных науке "кандидатов" в магнитары (март 2003, Robert Dunkan, Техасский университет)

Большая часть гамма-всплесков относится к так называемым «длинным». Они длятся в среднем несколько десятков секунд. Современная теория связывает их с конечными стадиями эволюции самых массивных звезд, превращающихся в конце своей жизни в черные дыры. Реже встречаются короткие – так называемые GRB-вспышки, их продолжительность составляет около секунды. Такие вспышки сейчас объясняют слияниями двойных нейтронных звезд.

Нейтронные звезды: далекие и непредсказуемые

В последние годы ученые зарегистрировали целый ряд мощных и непредсказуемых вспышек, ассоциируемых с нейтронными звездами. Одними из наименее предсказуемых объектов во Вселенной являются нейтронные звезды, продуцирующие мягкие повторяющиеся гамма-всплески (МПГ). Эти звезды, даже находясь на расстояниях в тысячи световых лет, способны своей активной жизнью оказывать влияние на нашу планету – например, на степень ионизации в верхних слоях атмосферы Земли.

В наши дни большинство астрофизиков полагает, что источниками МПГ являются так называемые магнитары – нейтронные звезды, чья активность питается энергией, запасенной в их мощнейшем магнитном поле. Хрестоматийным примером объектов с очень сильным магнитным полем являются другие нейтронные звезды - радиопульсары. Тем не менее, мощность магнитных полей магнитаров превосходит типичные для радиопульсаров значения в сотни и тысячи раз.

Профиль гамма-всплеска GRB 051103 в сравнении со всплеском 27 декабря 2004 года

Первый МПГ был зарегистрирован в 1979 году. Тогда важнейшие результаты были получены группой советских ученых под руководством Евгения Мазеца из ФТИ им. Иоффе, проводивших наблюдения с помощью установленных на межпланетных станциях «Венера» приборов. Сегодня аппаратура, разработанная этой группой в рамках эксперимента «Конус», работает на ряде отечественных и зарубежных спутников. Один из них установлен на американском спутнике Wind. Очень мощный всплеск гамма-излучения был зарегистрирован в декабре 2004 года. Однако год спустя произошло еще одно интересное событие, позволившее впервые «локализовать» загадочный источник.

Первая весть от магнитара

В ноябре 2005 года российский прибор, установленный на борту Wind, зарегистрировал всплеск гамма-излучения, получивший обозначение GRB 051103. Открытие было подтверждено другими исследовательскими группами – кроме «Конуса» на борту Wind, всплеск увидела также аппаратура спутников HETE-2, Mars Odyssey, Swift, RHESSI. Всплеск GRB 051103, обнаруженный в ноябре 2005 года российским прибором, относился как раз к коротким всплескам. Однако исследования показали, что в данном случае речь идет о весьма специфическом механизме вспышки.

Еще в 80-е годы обсуждалась возможность того, что гигантские вспышки далеких магнитаров могут наблюдаться как короткие гамма-всплески. Однако тогда еще не знали об ультрамощных вспышках, подобных наблюдавшейся в декабре 2004 года, когда практически все приборы, наблюдавшие всплеск в гамма и рентгеновском диапазонах, на короткое время «ослепли».

С помощью одного из приборов «Конус», установленного на российском спутнике серии «Коронас», удалось увидеть даже отражение гамма-сигнала от Луны! Близкий всплеск такой мощности был бы опасен для биосферы Земли. К счастью, в окрестности Солнечной системы не известно ни одного такого источника. Расстояние до ближайших из них исчисляется тысячами световых лет.

Если в нашей Галактике и ее спутниках уже обнаружены четыре источника мягких повторяющихся гамма-всплесков, то в близких галактиках сравнимой массы их должно быть не меньше. В галактиках, где сейчас идет бурное звездообразование, а значит,велико число молодых нейтронных звезд, их должно быть намного больше.

Значит, время от времени приборы должны регистрировать ультрамощные вспышки, которые можно легко перепутать с короткими гамма-всплесками. Помочь в установлении их природы должно то обстоятельство, что они будут наблюдаться в направлении близких крупных «звездных островов».

Галактика М81: ключ к разгадке

Местоположение всплеска GRB 051103, как пишут в своей статье Д. Фредерикс и его коллеги, совпадает с известной яркой галактикой М81. Соответственно, возникает мысль о том, что мы наблюдали гигантскую вспышку внегалактического магнитара, а не короткий гамма-всплеск, произошедший в нашей Галактике. Эту интерпретацию независимо предлагает и американский исследователь Е. Офек с коллегами.

Галактика М81

В самом деле, по своим свойствам всплеск 2005 года оказался похож на вспышку декабря 2004 года. Если источник в самом деле находится в М81, то мощность этого всплеска всего в 2-3 раза больше, чем декабрьского. Анализ звездного населения этой галактики в направлении всплеска говорит о том, что появление там молодой нейтронной звезды (а МПГ относятся именно к ним) вполне вероятно.

Так что вполне возможно, что мы можем с уверенностью говорить о регистрации активности столь далекого магнитара. И это заставляет еще раз задуматься о том насколько хрупкое явление жизнь – ведь такой всплеск, произошедщий на растоянии в несколько тысячь световых лет от Земли, мог бы легко уничтожить не только всех динозавров, ходивших по суше, но и многих обитателей морских глубин на нашей планете.

Triel_Toria (science) все записи автора

На небе появилась чрезвычайно редкая изумрудная комета, удивительный цвет которой обусловлен высокой концентрацией в ней ядовитого газа циана, а также углерода.

Комета C/2006 M4 SWAN (30 сентября 2006 года, Michael Jager)

Комета C/2006 M4 (SWAN), отличающаяся удивительным изумрудно-зеленым цветом, достигла максимума своей яркости - теперь она хорошо видна в любительский телескоп и даже в бинокль. К сожалению, именно в нынешний период своей максимальной яркости для земного наблюдателя комета находится на небесной сфере очень близко к Солнцу и наблюдать ее можно лишь ранним утром, в предрассветные часы.

Комета C/2006 M4 SWAN (24 сентября 2006 года, Michael Jager и Gerald Rhemann)

Тем не менее, согласно имеющейся информации, многие наблюдатели сообщают о том, что комета видна и невооруженным глазом - ее яркость достигла 6 звездной величины. Это делает ее доступной для наблюдения даже без оптических инструментов вообще - однако лишь в районах, где засветка не мешает наблюдениям. Наблюдениям кометы способствует высокая степень конденсации – относительная яркость ее ядра очень высока.

В дальнейшем, по мере того как блеск кометы будет угасать, период видимости будет смещаться в сторону вечерней видимости. При этом комета будет перемещаться из созвездия Гончих Псов в созвездие Волопаса.

Комета имеет протяженный хвост и отличается удивительным цветом. Изумрудный цвет обусловлен присутствием в веществе кометы ядовитого газа циана (CN), а также молекул углерода С₂.

История открытия кометы C/2006 M4 (SWAN) интересна сама по себе. Комета была обнаружена 20 июня 2006 года независимо американцем Робертом Мэтсоном (Rob Matson) и австралийцем Майклом Матиаццо (Michael Mattiazzo) на снимках, сделанных детектором SWAN зонда SOHO, ведущего наблюдение за Солнцем и солнечной короной. В тот момент комета имела 12 звездную величину.

Поиск околосолнечных комет, постоянно попадающих в поле зрения камер SOHO, на оперативно публикуемых в интернете снимках стал излюбленным занятием большой группы астрономов-любителей из разных стран мира.

Число комет, открытых с помощью зонда SOHO, уже в этом году перевалило за 1 тыс., а в августе был пройден еще один рубеж - автоматическая станция обнаружила тысячную комету, относящуюся к одной из групп этих небесных тел - так называемой группе Крейца.

Карта движения кометы по небу (Seiichi Yoshida)

Triel_Toria (science) все записи автора

8 ноября 2006 года Меркурий пройдет между Солнцем и Землёй. Меркурий можно будет разглядеть при помощи небольших телескопов. Он будет виден как небольшая точка на фоне солнечного диска. Это будет вторым из 14 прохождений Меркурия между Землёй и Солнцем в XXI веке.

С самого начала проход можно будет увидеть только с западного побережья Северной Америки, Гавайских островов, Новой Зеландии и восточного побережья Австралии. Для жителей двух последних стран прохождение будет наблюдаться утром 9 ноября 2006 года.

Прохождение начнётся в 22:12 по московскому времени, перемещение Меркурия на диск Солнца займёт 2 минуты. Планета будет проходить от нижнего левого края Солнца. Диаметр тёмной точки будет в 194 раза меньше диаметра Солнца. Спустя пять часов Меркурий достигнет правого края солнечного диска, а спустя еще 2 минуты покинет его пределы. Наблюдение за прохождением Меркурия перед диском Солнца требует применения телескопа с минимум 30 кратным увеличением.

Triel_Toria (science) все записи автора

Разработка новой технологии, открывающей перспективы более полного использования электромагнитного излучения Солнца при прямом преобразовании в электричество открывает новые перспективы и в энергетике, и в экологии.

Эффективность преобразования солнечного света с помощью фотоэлектрических преобразователей остается сравнительно небольшой. В частности, это связано с тем, что при этом используется лишь часть электромагнитного спектра с энергией выше определенного порога, в то время как фотоны низкой энергии длинноволновой области спектра «не работают».

Ученым из института исследований полимеров имени Макса Планка и лаборатории материаловедения компании Sony удалось существенно расширить возможности фотоэффекта за счет использования двух молекул-посредников, способных поглотить излучение двух фотонов и затем испустить один фотон с более короткой длиной волны.

Известное физическое явление флуоресценция состоит в поглощении света с последующим его переизлучением, при этом длина волны излучаемого света возрастает — соответственно, энергия фотона при переизлучении снижается. Способы превращения длинноволнового излучения в коротковолновое также были известны, однако они требовали мощного когерентного излучения, при котором происходит так называемое «двухфотонное поглощение».

Станислав Балушев и его коллеги из института имени Макса Планка разработали иной способ преобразования энергии света, который может использовать обычное солнечное излучение. Для этого использовали раствор, в котором одновременно присутствуют молекулы двух типов с совершенно разными свойствами. Одна молекула играет роль антенны, улавливающей длинноволновое излучение, другая является источником света.

При облучении молекулы-антенны зеленым светом (излучение выделяли при помощи фильтров) происходит изменение электронной конфигурации молекулы, она переходит в возбужденное состояние. Роль молекулы-антенны играет октаэтилпорфирин платины. Затем молекула-антенна при столкновении с молекулой-излучателем (дифенилантраценом) передает ей энергию возбуждения. Молекула-излучатель должна сохранить свое возбужденное триплетное состояние до тех пор, пока не столкнется с другой такой же молекулой-излучателем. Время жизни такого триплетного состояния оценивается в 5 мс.

При столкновении двух возбужденных молекул происходит т.н. триплет-триплетная аннигиляция, в результате которой одна из молекул возвращается в исходное состояние, а другая, напротив, становится еще более возбужденной — ее электроны переходят на более высокий уровень, с которого затем молекула быстро возвращается в исходное состояние с излучением фотона уже более высокой энергии, соответствующей синему диапазону видимой области спектра.

Пока эффективность преобразования зеленого света в синий невелика — на 100 поглощенных фотонов приходится 1 фотон синего света. Но важно отметить, что эти поглощенные фотоны для фотоэлементов раньше и вовсе были бесполезными.

Схема передачи энергии в процессе двухфотонного синтеза. Молекула-антенна (зеленая; красным выделены атомы платины) полгощает фотон зеленого света, затем передает энергию молекуле-излучателю (синего цвета), которая и излучает в конечном итоге, после взаимодействия с другими молекулами этого типа, фотон голубого света

Ученые намерены продолжить свои исследования, расширив набор возможных взаимодействующих молекул (и, тем самым, диапазон различных длин волн). Особенно важно найти такие молекулы, которые использовали бы поглощение инфракрасного диапазона — тогда можно будет использовать наиболее распространенные сейчас фотоэлементы на основе кремния. Другое важное направление работ — перейти от использования растворов к полимерным матрицам, куда будут включены взаимодействующие со светом и друг с другом молекулы. Всё это позволит эффективнее использовать солнечный свет для преобразования его в электрическую энергию.

Для справки:

Новая технология «фотонного синтеза» позволит существенно повысить эффективность солнечных батарей и других преобразователей лучистой энергии, а также создать совершенно новые устройства и приборы различного назначения.

В настоящее время эффективность непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую ограничена возможностью использования лишь определенной области спектра электромагнитного излучения – слишком длинноволновое излучение использовать невозможно. Метод «попарного объединения» фотонов позволяет, изменяя длину волны на более короткую, повысить их энергию и искусственным образом изменить спектральный состав падающего на преобразователь излучения.

Технология «слияния» фотонов уже была известна науке, однако раньше эффекта конвертации длинноволнового в более коротковолновое излучание удавалось достичь только с использованием пучков монохромного лазерного излучения с высокой плотностью энергии.

Ученым из института исследований полимеров имени Макса Планка и лаборатории материаловедения компании Sony удалось существенно расширить возможности реализации данного эффекта, продемонстрировав возможность «объединения» в единое целое двух фотонов обычного излучения, изменяя тем самым длину волны «результирующего» фотона на более короткую.

Triel_Toria (science) все записи автора

Рост потребления природных ресурсов привел к тому, что в этом году цивилизация начала «поедать планету» 9 октября, говорят специалисты. Ранее такой день начала нанесения невосполнимого урона экологии был определен еще в 1987 году и постоянно сдвигался, но сейчас баланс между уровнем потребления и скоростью восстановления может быть серьезно нарушен. Если человечество и дальше будет так эксплуатировать природу, оно подвергнет риску механизмы жизнеобеспечения нашей планеты, а заодно и свои собственные.

Анализируя широкий спектр различных данных, ученые каждый год выводят день, когда запросы человека начинают превалировать над способностью Земли обеспечивать его ресурсами и абсорбировать наносимый им урон. Первый такой «день отрицательного экологического сальдо» был определен в 1987 году, и тогда он пришелся на 19 декабря. Однако в результате постоянного глобального экономического роста год от года эта дата передвигается на все более ранний срок.

Исследованиями в этой области занимаются американская «Сеть глобального следа» (СГС) и британский «Новый экономический фонд» (НЭФ). Последний, кстати, утверждает, что для Соединенного Королевства день смещения баланса пришелся в этом году на 16 апреля.

Все это значит, говорят авторы только что обнародованного доклада, что Земле нужно 15 месяцев на восстановление всего потребленного человечеством в этом году. «Мы прожигаем гораздо больше того, что можем себе позволить в экологическом отношении, и, влезая в экологические долги, совершаем две ошибки - говорит один из директоров «Нового экономического фонда» Эндрю Симмс. - Во-первых, миллионы людей на Земле, которые и там не имеют в своем пользовании достаточно земли, продовольствия и чистой воды, лишаются возможности удовлетворить свои потребности. Во-вторых, подвергаем риску механизмы жизнеобеспечения нашей планеты».

Методика вычисления баланса основана на концепции «экологического следа», системы, измеряющей количество земельных и водных ресурсов, необходимых человечеству, а также объемов продуктов его жизнедеятельности, которые вынуждена абсорбировать Земля.

Генеральный директор «Сети глобального следа» Матис Вакернагел говорит, что человечество слишком активно использует свою «экологическую кредитную карту» и «уничтожает природные ресурсы нашей планеты». «На протяжении небольшого срока это допустимо, однако в конце концов превышение кредита приводит к истощению ресурсов - таких как леса, океаны, сельскохозяйственные земли, - от которых зависит наша экономика», - считает Вакернагел.

Фредрик Эриксон, директор работающего в Брюсселе Европейского центра международной политической экономики, говорит, что склоняет голову перед авторами доклада, пытающимися по-новому взглянуть на проблему истощения ресурсов. Однако, добавляет он, сама концепция экологической задолженности «просто смехотворна».

«Если использовать принцип «следа» с целью отслеживания микропоследствий различного экономического поведения на экологию, все хорошо, - поясняет Эриксон. - Однако они неверно собирают и оценивают информацию. У нас на самом деле в этой сфере нет сколько-нибудь серьезных данных».

Кроме того, Эриксон ставит под вопрос и употребление самого слова «задолженность». «Задолженность - это когда у тебя в одной области экономики есть большие накопления, а в другой - нехватка средств, - говорит он. - Тогда ты можешь перевести средства из одного сектора в другой, например, в виде займа. А мы кому должны?»

«Вероятно, «экологическое изобилие» было бы лучшим термином, чем «экологическая задолженность», - полагает Эриксон и добавляет: история свидетельствует, что новые технологии приводят к более эффективному использованию природных ресурсов и - одновременно - к более стабильному экономическому росту.

Triel_Toria (science) все записи автора

Интерес к использованию углеродных нанотрубок (Carbon nanotubes, CNT) в электронике в качестве замены полупроводников не ослабевает. Ученые сходятся во мнении, что они отлично подходят на роль материала для построения «наноэлектромеханических» систем (nanoelectromechanical systems, NEMS). Причиной тому – уникальные механические, электрические и химические свойства CNT.

Исследователям из Северо-Западного университета (г. Эванстон, штат Иллинойс. США) удалось создать NEMS-переключатель на базе CNT, имеющий два стабильных состояния. В электронике такие устройства называются триггерами. Утверждается, что прибор, созданный учеными, поможет продвинуться в создании более сложных NEMS-изделий – чипов памяти и датчиков.

Как известно, с момента изобретения интегральных схем, их развитие шло в соответствии с законом Мура. Однако, возможности фотолитографической технологии неминуемо приближаются к порогу, определяемому физическими ограничениями, поэтому ученые находятся в поиске новых материалов и новых концепций, которые бы помогли продолжить рост степени интеграции схем.

Производство наноматериалов сложно и дорого, создание наноприборов ставит перед исследователями невероятные трудности. Немудрено – манипулируя объектами столь малого размера, ученым с трудом удается достичь нужной ориентации компонентов и воспроизвести однажды полученный результат.

Команде Северо-Западного университета удалось решить некоторые из этих проблем, создав переключатель с двумя стабильными состояниями. Его устройство можно представить, как нанотрубку, подвешенную над поверхностью электрода за счет электростатической силы. Последовательно с нанотрубкой включен резистор, играющий важную роль: он позволяет регулировать падение напряжения на участке между нанотрубкой и электродом. На первый взгляд, все просто, но, поскольку ситуация имеет место в наномире, действие прибора описывается теорией, находящейся на стыке нескольких дисциплин, включая квантовую механику, электронику и механику. По мнению ученых, важным является то, что нанотрубка, используемая в приборе, имеет геометрические параметры, которые могут быть получены в сегодняшнем массовом производстве.

Источник: Северо-Западный университет

Triel_Toria (science) все записи автора

Группа ученых под руководством Джона Купера (John Cooper) из Центра космических полетов Годдарда (NASA) в Мэриленде предложило новое объяснение загадочной вулканической активности спутника Сатурна Энцелада в районе южного полюса, сообщает NewScientist.

Поверхность Энцелада

Суть новой теории состоит в следующем. В результате химических реакций, возникающих при соударении космических частиц с поверхностью спутника, выделяется тепло. При этом происходит расщепление молекул воды, которая в замороженном виде в большом количестве присутствует на поверхности Энцелада, и выделение кислорода. Этот же процесс может являться причиной наличия кислорода вокруг ледяных колец Сатурна.

Далее кислород может проникать вглубь спутника Сатурна сквозь трещины, имеющиеся в районе южного полюса Энцелада, и реагировать с аммиаком, который, как полагают ученые, содержится в недрах спутника. В результате бурной реакции между кислородом и аммиаком выделяется тепло и образовывается водяной пар, который выстреливается в окружающее пространство в виде фонтана.

Некоторые ученые, в том числе и Каролин Порко (Carolyn Porco), руководитель проекта «Кассини», ставят под сомнение гипотезу, предложенную группой Купера. Д-р Порко считает, что если бы причиной фонтанов Энцелада являлись космические лучи, то аналогичные явления наблюдались бы и на других спутниках Сатурна. Однако ученые из группы Купера объясняют этот факт тем, что, в отличие от других спутников Сатурна, аммиак на Энцеладе залегает неглубоко от поверхности и поэтому легче вступает в реакцию с кислородом.

Следует отметить, что космический аппарат «Кассини» пока не обнаружил следов аммиака на Энцеладе.

Triel_Toria (science) все записи автора Источник жесткого ультрафиолетового излучения, разработанный в университете центральной Флориды, в 30 раз превышает по мощности аналогичные разработки других групп. Его применение позволит создать технологию производства микросхем методом фотолитографии с более высоким, чем прежде, разрешением, что позволит в несколько раз уменьшить размер элементов чипов, что повысит их быстродействие и снизит энергопотребление.

Новый источник монохроматического ультрафиолета обеспечивает излучение с длиной волны 15,5 нм, что, по мнению разработчиков, позволит выйти на технологический уровень 12 нанометров в серийном производстве микросхем. В настоящее время промышленность вышла только на 65 нм технологию.

Triel_Toria (science) все записи автора

Астрономам с помощью телескопа обсерватории Кек, расположенной на горе Мауна-Кеа на Гавайях, удалось получить изображение поверхности крупнейшего астероида главного пояса – Цереры – с чрезвычайно высоким разрешением (30 км). Для съемок использовался ближний инфракрасный диапазон (J/H/K-поддиапазоны), позволяющий с более высокой, чем при использовании других спектральных диапазонов, точностью изучать состав поверхности небесных тел.

Церера, открытая итальянским астрономом Пиацци в 1801 году, стала первым объектом принципиально нового, неизвестного ученым прежде класса небесных тел — астероидов. Орбиты астероидов в основном находятся в области между орбитами Марса и Юпитера (так называемый центральный пояс астероидов).

Изображения Цереры, полученные телескопом Кек

Высказывались предположения, что астероиды могут либо являться осколками разрушенной гравитационными силами гипотетической планеты — Фаэтона — либо представлять собой протопланетное вещество, из которого не удалось образоваться планете вследствие близости массивного Юпитера.

В результате наблюдений, проводившихся при максимальном сближении Земли с Церерой в 2002 году, удалось построить карту отражающей поверхности (альбедо) астероида в ближнем ИК-диапазоне. На ней различимы географические объекты размером от 40 до 160 км в поперечнике.

Их отражающая способность изменяется в пределах 12%. По мнению ученых, эти различия обусловлены и наличием сложного рельефа, и неоднородным химическим составом пород поверхности Цереры. Спектральные наблюдения позволят уточнить наличие и распределения льда на Церере — согласно оценкам плотности небесного тела, астероид на 25% состоит из водяного льда и может содержать его больше, чем имеется на Земле.

В свою очередь, наличие изображений Цереры с беспрецедентно высоким разрешением позволило уточнить и размеры, и форму крупнейшего астероида. Согласно новым данным, Церера представляет собой сплюснутый сфероид, оси которого составляют 481 км и 447 км (с точностью +/-14 км). Направление оси вращения (на эпоху 2000 года) — 287^o прямого восхождения и 69^o склонения (точность +/-5^o). Эти данные не противоречат результатам, полученным в 2005 году при наблюдениях Цереры с помощью космического телескопа Хаббла, но существенно уточняют их. 

Карта одного из полушарий Цереры

Результаты наблюдений окажут важную роль при планировании полета зонда DAWN, которому предстоит достичь Цереры в 2015 году и провести подробное исследование астероида с орбиты, включая получение снимков высокого разрешения. Кроме того, в ноябре 2007 года планируется проведение комплексных исследований Цереры с использованием адаптивной оптики телескопа VLT Южной Европейской обсерватории в Чили.

Triel_Toria (science) все записи автора Компания LaunchPoint Technologies по заказу научно-исследовательского подразделения ВВС США (US Air Force's Office of Scientific Research) разработала концепцию вывода космических аппаратов на околоземные орбиты с помощью ускорительных колец, сообщает Washington ProFile со ссылкой на NewScientist.

«Кольцо запуска» диаметром 2 км будет напоминать кольцо ускорителя элементарных частиц. Спутники закладываются в особые капсулы конической формы, которые помещаются в туннель ускорительного кольца, оборудованный сверхпроводящими магнитами. В туннеле капсула, подобно пучку частиц в ускорителе, будет разогоняться до скорости 10 км в секунду за несколько часов. После этого капсула попадает в канал вывода, имеющий угол наклона по отношению к горизонту около 30 градусов, при этом скорость капсулы снижается за счет трения о стены туннеля до 8 км в секунду, что в 23 раза выше скорости звука. Затем капсула раскрывается, и спутник выходит на орбиту.

ВВС США рассчитывают подобным образом выводить на орбиты небольшие спутники весом до 10 кг. К числу недостатков подобной технологии относятся колоссальные перегрузки, которые будет испытывать радиоэлектроника спутника, вероятность его перегрева и возможность совершения ошибки в расчетах траектории запуска.

К достоинствам относится дешевизна запуска: если в год будет проводиться 300 запусков, то стоимость выведения одного спутника на орбиту составит $745 за 1 кг его веса. Если число запусков будет увеличено до 3 тыс., то стоимость еще более уменьшится - до $189 за кг. Это примерно в 100 раз дешевле, чем вывод грузов на орбиту с использованием традиционных ракетных технологий.

Запуск спутника с помощью ускорительного кольца (глазами художника)

В настоящее время ученые планируют создать пилотную модель ускорителя для запуска спутников с диаметром кольца 20-50 м.

Triel_Toria (science) все записи автора

Ученым удалось показать, что квантовые характеристики импульса света можно передать веществу. Данный эксперимент является первым, в котором осуществлена передача квантовых состояний от одного вида материи другому. Однако полученный результат интересен не только с точки зрения фундаментальной науки — открываются новые возможности создания квантовых компьютеров.

Термин "телепортация", означающий мгновенную передачу вещества на расстояние, был изобретен писателями-фантастами. Однако с 1993 года, когда впервые была обоснована теоретическая возможность квантовой телепортации, это понятие прочно вошло в лексикон серьезных ученых, а проблемы телепортации изучают в крупнейших научных центрах мира.

Последняя публикация по этому поводу появилась на прошлой неделе в журнале Nature. Группа исследователей из института им. Нильса Бора (Дания) и института квантовой оптики им. Макса Планка (Германия) сообщила о первой удачной попытке передачи квантовой информации макроскопическому объему вещества на заметные расстояния.

Это явление получило название квантовой телепортации, и оно не подразумевает переноса массы. Речь идет о моментальной передаче веществу информации о свойствах объекта, в данном случае - о свойствах излучения. Квантовая телепортация осуществляется за счёт разделения информации на квантовую и классическую части и независимой передачи этих двух компонент. Квантовая часть информации основана на существовании т.н. квантово-запутанных частиц и характерных для них корреляций (любое воздействие на первую частицу мгновенно вызывает аналогичные изменения у второй). Для передачи классической информации годится любой обычный канал связи.

Напомним основные вехи в развитии квантовой телепортации. В 1998 году была осуществлена квантовая телепортация поляризационного состояния фотона. Затем в 2004 году сразу две исследовательские группы сообщили об экспериментальной реализаци квантовой телепортации квантового состояния атома. Cовсем недавно, в сентябре 2006 года, впервые осуществили телепортацию комбинированного квантового состояния двух фотонов. Нынешнее достижение группы датских и немецких ученых состоит в том, что впервые удалось осуществить квантовую телепортацию состояний между объектами разной природы - фотонами и атомами.

Эксперимент европейских ученых заключался в следующем: стеклянный сосуд, содержащий атомы цезия в газообразном состоянии, помещали в сильное однородное магнитное поле, которое выстраивало магнитные моменты всех атомов в одном направлении. Затем сосуд облучали интенсивным лазерным импульсом, в котором фотоны имеют определенную поляризацию, т.е. вектор напряженности электрического поля имеет строго определенное направление.

В результате взаимодействия с фотонами лазерного луча часть атомов цезия приобретала квантовые свойства фотонов, а фотоны - свойства атомов цезия. По сути, эксперимент представлял собой квантовомеханический вариант эффекта Фарадея (вращение плоскости поляризации света в магнитном поле).

Изменение состояния атомов сказывалось на параметрах вышедшего из сосуда светового пучка. Влияя на пространственную ориентацию атомов с помощью магнитного поля, ученые меняли фазу и поляризацию фотонов. Одновременно, изменение параметров пучка влияло на ориентацию атомов в колбе.

Для проверки успешного завершения телепортации сосуд через 0,1 мсек облучали вторым интенсивным лазерным импульсом, который "считывал" квантовые состояния атомов цезия. Ученые подсчитали, что передача квантового состояния атомам цезия осуществляется с высокой степенью достоверности (равной 0,6). Очень важно, что в опытах использовали вполне ощутимое количество вещества - около триллиона атомов цезия.

Этот эксперимент, по мнению руководителя группы Юджина Ползика (Eugene S. Polzik), открывает новые горизонты для квантовой телепортации и ее применений. Речь идет в первую очередь о создании квантовых компьютеров и развитии методик квантовой криптографии при передаче данных.

Triel_Toria (science) все записи автора

Государство решило раскошелиться на науку - федеральная целевая программа "Развитие инфраструктуры нанотехнологий в РФ на 2007-2010 гг." стоимостью около 30 млрд. руб. будет финансироваться в основном за счет средств федерального бюджета. Однако нанопрограмма РФ вызывает смешанные чувства: средств для того, чтобы догнать аналогичные программы сверхдержав, выделено явно недостаточно, но зато сделан первый шаг в направлении развития этой приоритетной отрасли науки и технологии.

В последнее время термин «нанотехнологии» считается модным, а продукты с его использованием — популярными. Как-то сложилось, что политики и бизнесмены также считают приоритетной именно эту отрасль науки и технологии. Однако мало кто из них полностью представляет не только что это такое, но и что в будущем может произойти, если нанотехнологии будут развиваться такими же темпами, как сегодня.

Основные направления исследований в области нанотехнологий.

На самом деле за коротким, на первый взгляд, непонятным термином скрывается обширная отрасль науки и техники, охватывающая практически все направления человеческой деятельности.

Фундаментальная база для развития и внедрения нанотехнологий закладывалась еще в середине прошлого века, а на практике первые наноструктуры начали создаваться в начале восьмидесятых годов прошлого века, как только появилась технологическая возможность.

Для понятия «нанотехнология», пожалуй, не существует единого определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии — это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Это ничтожно малая величина, в сотни раз меньшая длины волны видимого света и сопоставимая с размерами атомов. Поэтому переход от «микро» (10^-6 м) к «нано» (10^-9м) — это уже не количественный, а качественный переход: скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.

Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления: изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов; разработка и изготовление наномашин, т.е. механизмов и роботов размером с молекулу; непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них всего существующего.

Реализация всех этих направлений уже началась. Почти десять лет назад были получены первые результаты по перемещению единичных атомов и сборки из них определенных конструкций, разработаны и изготовлены первые наноэлектронные элементы.

Основной проблемой в наноиндустрии на сегодняшний день является управляемый механосинтез, т.е. составление молекул из атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи. Для обеспечения механосинтеза необходим наноманипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. Наноманипулятор должен управляться либо макрокомпьютером, либо нанокомпьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего манипулятором. На сегодня подобные манипуляторы не существуют.

Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время производят перемещение отдельных молекул и атомов, ограничена в диапазоне действия, и сама процедура сборки объектов из молекул из-за наличия интерфейса «человек — компьютер — манипулятор» не может быть автоматизирована на наноуровне.

Однако до развития «чистой» нанотехнологии с применением наноробототехники широчайшее развитие получат различные наноматериалы и наноэлектронные компоненты. Причем наноэлектроника уже вошла в повседневное использование не только заводами-производителями, но и потребителями — МР3-iPOD-плееры, NRAM-память, чипы по 45-нм техпроцессу прочно вошли на рынок.

Прогнозы развития нанотехнологий в мире.

По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation, объем рынка товаров и услуг с использованием нанотехнологий может вырасти до одного триллиона долларов в ближайшие 10–15 лет:

1. В промышленности материалы с высокими заданными характеристиками, которые не могут быть созданы традиционным способом, могут занять рынок объемом $340 млрд. в ближайшие 10 лет.
2. В полупроводниковой промышленности объем рынка нанотехнологичной продукции может достигнуть $300 млрд. в ближайшие 10–15 лет.
3. В сфере здравоохранения использование нанотехнологий может позволить помочь увеличить продолжительность жизни, улучшить ее качество и расширить физические возможности человека.
4. В фармацевтической отрасли около половины всей продукции будет зависеть от нанотехнологий. Объем продукции с использованием нанотехнологий составит более $180 млрд. в ближайшие 10–15 лет.
5. В химической промышленности наноструктурные катализаторы имеют применение при производстве бензина и в других химических процессах, с приблизительным ростом рынка до $100 млрд. По прогнозам экспертов, рынок таких товаров растет на 10% в год.
6. В транспорте применение нанотехнологий и наноматериалов позволит создавать более легкие, быстрые, надежные и безопасные автомобили. Рынок только авиакосмических продуктов может достичь $70 млрд. к 2010 году.
7. В сельском хозяйстве и в сфере защиты окружающей среды применение нанотехнологий может увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечить более экономические пути фильтрации воды и позволит ускорить развитие возобновимых источников энергии, таких, как высокоэффективная конверсия солнечной энергии. Это позволит снизить загрязнение окружающей среды и экономить значительные средства.

Согласно прогнозам ученых, применение нанотехнологий в сфере использования энергии света через 10–15 лет может снизить потребление энергии в мире на 10%, предоставить общую экономию $100 млрд. и соответственно сократить вредные выбросы углекислого газа в размере 200 млн. тонн.

Среди развитых стран уже сложилась определенная политика в области нанотехнологий. Она заключается в развитии стратегии: «Bringing product from laboratory to the market» — перенесение продукта из лаборатории на рынок. Этим занимаются не только государственные, но и многие частные организации, поэтому процесс появления новых продуктов, содержащих нанотехнологические улучшения, происходит достаточно быстро, если, естественно, это экономически выгодно.

Роль государства состоит в поддержке фундаментальных исследований и даже отдельном финансировании наиболее перспективных частных компаний, проводящих НИОКР своими силами.

Многие большие предприятия и корпорации, которым по плечу проводить исследования и которые уже без НИОКР не были бы конкурентоспособными на мировом рынке (Samsung, HP, SIEMENS, INFINEON, BIOPHAN и т.д.), проводят их как на свои средства, так и за счет различных грантов, сторонних инвестиций от частных лиц и компаний.

Нанопрограмма РФ.

В России эта система развита слабо — если не сказать, что не сложилась вообще. О государственных вложениях в нанотехнологии говорить уже поздно, т.к., к примеру, финансирование национальной нанотехнологической инициативы США только на 2007 год составит 1,3 млрд. долларов, в то время как бюджет РФ выделит 30 млрд. рублей на 5 лет. При этом финансирование нанопрограммы США с каждым годом увеличивается в среднем на 10%.

Кроме того, эти средства будут выделены различным НИИ в рамках программы, а не попадут частным компаниям, тоже занимающимся исследованиями в области нанотехнологий. Естественно, адаптировать к рынку продукты, разработанные в государственных НИИ, частным компаниям смысла нет. Но зато будет польза оборонной промышленности, в которой через 10–20 лет без нанотехнологий не обойдется ни один продукт.

Поэтому нанопрограмма РФ вызывает смешанные чувства: с одной стороны, с ее объявлением мы и так опоздали, средств для того, чтобы догнать аналогичные программы сверхдержав, выделено недостаточно, но зато сделан первый шаг, чтобы хотя бы не стоять на месте.

Потенциал фундаментальной науки, конечно, в стране велик, это немаловажно для дальнейшего развития исследований, но самое важное — не исследования, которые будут проводиться, а результат — продукт, который в конечном счете должен появиться на рынке, чтобы государство получило не только возврат средств, но и технологическое превосходство в данной отрасли.

Подобное случилось при развитии микроэлектроники — ведь база в стране была, и исследования проводились, и была мощная поддержка государства — но не склеилось с потребительской стороной, и, как следствие, сегодня большинство электронных товаров импортируют в РФ.

Частный капитал с опаской смотрит на инвестиции в долгосрочные исследования, так как боится не только заморозить деньги, но и вообще их потерять. Поэтому в РФ малый процент компаний и частных лиц, инвестирующих в нанотехнологические предприятия.

Ранее при обсуждении государственной нанопрограммы Фурсенко уделял особое внимание механизму государственно-частного партнерства. Как он говорил, «министерство образования и науки выступает также за развитие венчурных фондов». Однако неясно, будет ли этот механизм работать в новой программе.

Подобное привлечение частного бизнеса позволит построить технологические коридоры и снять риски, что эти коридоры не будут востребованы рынком. Сейчас в России работают около 40 таких фондов с общим объем инвестирования в высокотехнологичные производства порядка $300 млн. Для страны, естественно, этого недостаточно, так как в мировой практике венчурные инвестиции являются самыми высокодоходными. В США, к примеру, распределение инвестиций в нанотехнологии между государством и частным капиталом происходит примерно в равных долях.

Так что неясно, что будет делать государство в рамках новой нанопрограммы с полученными результатами исследований. Программа сама по себе вещь хорошая, но под нее нет готовой инфраструктуры, без которой полученные знания осядут мертвым грузом в институтах. Но вот если в рамках программы получат поддержку не только «фундаментальщики», но и частные компании, то результат, естественно, будет. К примеру, на базе Белгородского Центра нанотехнологий и наноматериалов, презентация которого состоялась на прошлой неделе, планируется проводить и научные исследования, и разработку новых технологий, и их внедрение в производство, что, как предполагается, позволит высоким технологиям быстро и экономически эффективно реализоваться в науке, производстве и повседневной жизни россиян.

Однако, скорее всего, в области нанотехнологий Россия вряд ли выйдет в лидеры, и поэтому главная задача на сегодняшний день — сделать разрыв между российскими разработками и техносферой будущего как можно меньше.

В этом сообществе обсуждаются новые открытия в различных областях науки, представляются на обсуждения спорные научные проекты и вопросы, а так же не малая часть от всех сообщений уделяется проблемам космоса.