От квантов до Вселенной

Итоги года от НВ: 14 научных побед

21 декабря, 2014
На фоне драматических событий 2014 года в Украине и мире научно-технический прогресс незаслуженно ушел в категорию второстепенных новостей. НВ решило исправить эту ошибку и приготовило Топ-14 ключевых открытий и событий в области науки
Кандидат на жизнь: открытие океана на спутнике Сатурна

Спутник Сатурна Энцелад в 2014 году стал основным претендентом на поиски жизни в Солнечной системе.

В 2005 году миссия Кассини обнаружил извержения пара и льда на Энцеладе.

Ученые предположили, что под твердой ледяной поверхностью может прятаться океан - при том, что температура на спутнике не превышает -200°C, в самом океане вода может быть в жидкой форме при температуре около нуля.

Астрономы еще не разобрались, почему на космическом теле образовался океан - спутник слишком далеко от Солнца, и слишком мал, чтобы своей внутренней энергией создать такую экосистему. Одно из предположений - гравитационная связь с Сатурном, которая могла помочь сохранить воду.

Наличие воды на Энцеладе, как и на любом другом объекте во Вселенной, преполагает возможность наличия на нем жизни. По мнению ученых, комплекс на спутнике Сатурна целиком допускает возникновение и существование микроорганизмов. Сейчас исследователи намерены скорректировать дальнейшие задачи для Кассини, который анализирует спутники Сатурна уже десять лет и может функционировать в полутора миллиардах километров от Земли еще три года.

Атомный прорыв: технология коммерческого использования графена

Впервые графен - уникальное вещество, слой углерода толщиной в один атом - был создан в лаборатории в 2004 году. Это материал необычен своей прочностью (в 200 раз прочнее стали), гибкостью и проводимостью. Ключевая проблема - его размер. Ранние попытки укрепить графен оказались тщетны, поскольку лишь ухудшали его характеристики.

Специалисты южнокорейского Samsung заявили, что сумели сломать эту преграду, приспособив графен для коммерческих нужд. Компания совместно с южнокорейским Университетом Сонгюнгван разработала технологию производства графена в больших масштабах. Новинка пока на ранней стадии, из-за чего первое производство неизбежно приведет к огромным затратам, однако после будет налажен недорогой выпуск материала.


ВИДЕО


Графеновый прорыв позволить совершить очередную революцию в технике. Он может превратить привычные смартфоны в гибкие устройства, которые можно сворачивать в рулон.

Графен является лучшим чем медь проводником и сможет заменить кремний, ускорив компьютеры. Неудобство с целевым применением графена вызвано с необходимостью создания многослойной структуры с участием нитрида бора, который будет функционировать как изоляция.

Успех южнокорейцев на этом поприще может привести к скорому выходу на рынок гибких сенсорных дисплеев и компьютеров, легких летательных аппаратов, тончайших HD-телевизоров и сверхскоростного интернета.

Я, Перец. Создание первого эмоционального дроида

Французское подразделение Aldebaran Robotics японской компании Softbank разработало робота, который умеет выражать эмоции и разговаривать со своим владельцем. Розничная цена аппарата не превысит $2000.


ВИДЕО


Гуманоид по имени Pepper способен в быту заниматься различными функциями, будучи как няней для маленьких детей, так и сторожем квартиры.

Робот учится в процессе разговоров с людьми, анализируя и запоминая их поведение, регулярно загружая свои наблюдения в облачную систему искусственного интеллекта, чтобы другие роботы также могли использовать собранные данные.

Таким образом "Перец" должен быстро научиться вести себя так, чтобы отдаленно напоминать человека.

Pepper похож на одного из персонажей манги или аниме. Для перемещения он оснащен колесами. На груди дроида - дисплей для трансляции важной информации. "Перец" пока умеет говорить только на японском, но разработчики уже адаптируют его под другие распространенные языки планеты.

Комета по-киевски. Посадка на Чурюмова-Герасименко

Аппарат Филы, отделяемый модуль исследовательского зонда Розетта, 12 ноября совершил посадку на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко. Проработав там всего пару суток перед "сном" из-за севшей батарей, аппарат выяснил, что космический объект - "пушистый" и вонючий.

Первые снимки кометы, сделанные Розеттой, стали сенсацией - оказалось, что небесное тело имеет два ядра, определяющие ее "неправильную форму". Полученное изображение 67P/Чурюмова-Герасименко - последнее перед спуском модуля Фила на ядро космического тела. Расположенная на модуле CIVA состоит из семи микрокамер и спектрометра.


20248_big

Пейзажи открытой киевскими учеными кометы


Комета 67P/Чурюмова-Герасименко была открыта в 1969 году киевским астрономом Климом Чурюмовым при исследовании фотоснимков, сделанных Светланой Герасименко. Комета находится на расстоянии 400 миллионов километров от Земли, она двигается со скоростью примерно 55 тысяч километров в час, период ее обращения равен 6,6 года.

Общая стоимость миссии Розетты оценивается в 1,3 миллиарда евро. Зонд был запущен в марте 2004 года и преодолел 6 миллиардов километров за 10 лет, по пути однажды сблизившись с Марсом и трижды - с Землей, а также пролетев мимо астероидов Штейнс и Лютеция. Более 30 месяцев аппарат провел в гибернации для экономии ресурсов, активизировавшись в январе 2014 года. Миссия завершится в декабре 2015 года.

Игры в бога. Имитация взрыва сверхновой в лаборатории

Британские физики использовали один из мощнейших лазеров мира в лаборатории имени Резерфорда для испытания миниатюрных моделей сверхновых. Теперь процесс их взрыва можно исследовать прямо на Земле.

Джианлука Грегори из Оксфордского университета с коллегам сделал "карманный" вариант сверхновой Cas A, которая вспыхнула в созвездии Кассиопеи около 300 лет назад. Выбор в пользу именно этой звезды был сделан из-за того, что с момента ее обнаружения в 1980 году физики так и не нашли объяснений странным "узелкам" в возникшей на ее месте туманности.

Создания мини-сверхновой оказалось непростым, поскольку модель звезды требовалось равномерно сжимать со всех сторон при особой температуре и поддерживать давление "межзвездной среды".

Для определения всех параметров физики разработали компьютерную модель сверхновой, на которую было использовано более 20 миллионов часов работы суперкомпьютеров в Аргоннской национальной лаборатории в США.

Для запуска "карманной" сверхновой ученые вырастили нить из углерода толщиной в человеческий волос и расположили его камеру с тремя лаземрами Vulcan. Излучатель за 0,3 микросекунды превратил нить в подобие сверхновой - материя "звезды" успела сжаться, разогреться до сверхвысоких температур, взорваться и стать туманностью.

Суперпозиция кубитов: сжатие квантовых данных

Физики из Канады и Японии сумели впервые сжать аналога квантовых данных, расположив в двух кубитах информацию, которая ранее хранилась в трех. Технология позволит более эффективно использовать квантовую память и испытывать квантовые логические элементы.

Обычное сжатие данных превращает строку информации в данные о повторении тех или иных блоков, благодаря чему полученная строка становится короче исходной. Необычная природа кубитов (квантовый аналог бита) не позволяет организовать аналогичный процесс.

Кубиты в отличии от своих "традиционных" аналогов могут иметь значения 1, 0, а также быть в суперпозиции сразу с несколькими значениями.

По законам квантовой физики, можно измерить и определить, есть ли у отдельно взятого кубита значение 1, однако само измерение уничтожит любые данные о значении 0. Это обусловлено тем, что кубиты не определяют конкретные значения, но указывают на шанс исхода измерений. Физики решили, что вероятностую природу кубита можно записать в цепи, которая потребует меньший объем квантовой памяти.

Открытие ученых в очередной раз показало странности квантового мира. Разработчики приводят пример: "Если бы вы в руках держали книгу, в которой много раз повторяется единица, то вы могли бы пересказать своему приятелю, что она состоит из одних лишь единиц. Тем не менее, с точки зрения квантовой механики, это неправда - даже если взять миллиард одинаково подготовленных фотонов, пользователи могли бы получить различную информацию от каждого из них".

Космический фонарь: открытие сети темной материи из-за квазара

В двух миллионах световых лет от Земли астрономы нашли квазар, который освещает скопление газа или туманность, находящуюся неподалеку. Благодаря этому видна "сеть" из темной материи, которая, по словам исследователей, соединяет галактики в нашей Вселенной.

С помощью 10-метрового телескопа Кек I на Гавайях, астрономы рассмотрели очень большую и яркую газовую туманность протяженностью около 2 миллионов световых лет, вдвое больше известных ранее.

Космологическая модель появления структур во Вселенной гласит, что галактики связаны космической сетью вещества, приблизительно 84% которого - невидимая темная материя. Прежде эти нити не удавалось рассмотреть.

Однако, раньше эти нити никто не видел. В начале 2014 года ученые обнаружили флуоресценцию водорода из-за излучения квазара. Водород из-за этого начал излучать ультрафиолетовый свет, известный как лаймановское альфа-излучение. Из-за расстояния до квазара - около 10 миллиардов световых лет - этот свет "растянулся" из-за эффекта Доплера с невидимого ультрафиолета до видимого фиолетового, пока дошел до телескопа. С помощью компьютерной симуляции ученые сделали изображение на той же длине волны для получения "реальной" картинки.

Злые электроны: открытие нового кольца в поясе Ван Аллена

Физики из США выявили новые структуры в радиационном поясе Земли. Ученые провели параллели с силовым полем, которое ограждало корабли в sci-fi сериале Звездный путь.

Радиационный пояс Земли был открыт в 1958 году группрй ученых под руководством американского физика Джеймсом Ван Алленом. У планеты обнаружили два кольца, внешнее (преимущественно из электронов) и внутренне (в основном из протонов), которые опоясывают Землю на высоте до 40 тысяч километров.

Между внутренним и внешним радиационными поясами находится щель в интервале от 2 до 3 радиусов Земли. Потоки частиц во внешнем поясе превышают внутренний. Использование неэкранированных детекторов существенно расширило сведения о радиационных поясах. Были найдены электроны и протоны с энергией несколько десятков и сотен килоэлектронвольт соответственно. Эти частицы имеют существенно иное пространственное распределение по сравнении с проникающими.

В 2013 году спутники NASA RBSP (Van Allen Probes) выявили третье, промежуточное кольцо. Оно оказалось способно менять свои размеры исходя из солнечной активности, защищая планету от опасных для жизни высокоэнергетических заряженных частин.

Свежее исследование открыло четвертую кольцевую структуры в радиационнос поясе. "Силовой щит" расположен на высоте более 11,5 тыс. км над поверхностью планеты между ранее обнаруженными внешним и промежуточным кольцами. Он не позволяет высокоэнергетичным электронам, которые несутся с околосветовой скоростью, входить в атмосферу Земли.

Молодая кровь: открытие на пути к предотвращению старения

Ученые выяснили, что старые мыши становятся сильнее, сохраняют физические и умственные способности после вливания крови молодых мышей или вещества из более молодой крови.

Саул Вилледа, сотрудник Университета штата Калифорния в Сан-Франциско проводил тесты над мышами, чей биологический возраст отвечает возрасту людей в 20 и 60 лет. Старым мышам вливали кровь либо молодых, либо других немолодых особей. Подопытные, получившие молодую кровь, показали лучшие результаты по тестам на обучение и память по сравнению с теми, кому вливали кровь старых мышей.

Ли Рубин, автор исследования, считает, что эти результаты могут помочь лечить возрастные умственные отклонения и старческий маразм.

По мнению ученых Гарвардского университета, за это отвечает вещество, которого больше в кровяных клетках молодых мышей. Это протеин GDF11, который также есть в кровяных клетках человека, но его концентрация падает с возрастом. Инъекции протеина GDF11 дали схожий эффект для пожилых мышей.

Изобретатели секса: открытие рыб - первооткрывателей совокупления

Группа ученых в результате исследований выяснила, что древняя панцирная рыба Microbrachius dicki - первый известный биологии вид животных, которые начали заниматься совокуплениями.

Microbrachius dicki - вид небольших костных рыб, которые около 385 млн лет назад обитали в водах на территории нынешней Шотландии. Открытие вышло во многом случайным. Перебирая окаменелости в архиве, специалист австралийского Университета Флиндерса Джон Лонг увидел необычный L-образный придаток у самца рыбы.


ВИДЕО


Впоследствии выяснилось, что это - гениталии этих рыб.

Бороздки на кости были специальными канальцами для проведения спермы к самке, у которой были специальные пластинки из кости, которые зажимали этот отросток.

Лонг отметил, что анатомия не позволяла рыбкам совокупляться в "миссионерской" позиции - им приходилось делать это бок о бок. Плавники позволяли им удерживаться в необходимой позиций. Физически это напоминало процесс застегивания "липучки" - крупный половой орган самца состыковывался с жесткими гениталиями самки, которые ученые сравнили с теркой для сыра.

Динозавр-дредноут: обнаружение наибольшего наземного животного

Ученые обнаружили окаменелые останки неизвестного науке динозавра с длинной шеей и огромным хвостом, который наверняка был крупнейших наземным животным. Исследования костей задней ноги и передней конечности показало, что животное весило 65 тонн и на момент своей гибели около 77 млн лет назад в Патагонских горах Аргентины все еще росло.

Автор исследования и палеонтолог Кеннет Лаковара назвала его "бесстрашным" - Дредноутом - в честь знаменитых бронированных линкоров начала прошлого века.

Хаотическая инфляция: доказательство стремительного расширения Вселенной

Нынешняя теория появления Вселенной гласит, что в первые мгновения после Большого взрыва происходило стремительное расширение (экспоненциальная инфляция) пространства-времени. При этом гравитационные волны должны были воздействовать с изначальным излучением Большого взрыва.

Американские ученые из группы Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и телескопа BICEP2 на Южном полюсе обнаружили следы гравитационных волн.

Это может служить доказательством того, что сразу после Большого взрыва Вселенная расширялась с невероятной скоростью. Эксперимент стал первым практическим подтверждением хаотической теории инфляции - модели первых мгновений жизни Вселенной, которую Андрей Линде описал в 1983 году. Советский физик давно живет в США и преподает в Стэнфордском университете.

Горячий фьюжн: прорыв на пути к термоядерной энергетике

Американская Lockheed Martin Corp, специализирующаяся в области авиакосмической техники, сообщила, что ее исследователи совершили технологический прорыв в разработке нового мощного источника энергии.

Предварительные результаты показали реалистичность создания термоядерного реактора мощностью 100 мегаватт размером примерно в 10 раз меньше существующих ядерных реакторов.

Источник разработан на основе термоядерного синтеза. Первые реакторы, размер которых будет не больше грузовика, могут заработать уже через десять лет.

Работы тайно велись последние шесть лет. Рассекретить разработки крупнейший поставщик Пентагона решил с целью поиска партнеров - частных или государственных.

Джонни-склеротик. Способ удаления неприятных воспоминаний
Джонни-склеротик. Способ удаления неприятных воспоминаний

Ученые из США сумели изменить ассоциативную связь воспоминаний с эмоциями в мозгу мышей, генетически подобных человеку. В будущем с помощью этого метода можно будет лечить психические расстройства у людей.

Чтобы изменить ассоциативную связь воспоминаний с эмоциями, был применен метод оптогенетики. Путем генной инженерии клетки мозга наделяются чувствительностью к свету. Затем в мозг мышей проводится микроскопический оптоволоконный кабель, и лазерный луч может возбуждать отдельные нейроны, вызывая определенные воспоминания.

У самцов мышей сформировали приятные и неприятные воспоминания - удар электрошоком вызывал страх, встреча с самкой - удовольствие.

Подконтрольная ученым область их мозга снова активизировалась, но удовольствие от встречи оказывалось сильнее страха.

Эти конкретные воспоминания у мышей вызывали с помощью света, когда они приходили на определенный участок в лаборатории. Испытывая страх, мыши убегали оттуда, а мыши с приятными воспоминаниями оставались там.

В другой день мышей, испытавших страх, поместили в другой участок вместе с самками. Подконтрольная ученым область их мозга снова активизировалась, но удовольствие от встречи оказывалось сильнее страха. Таким образом, воспоминание и связанные с ним эмоции изменялись. Это подтвердилось, когда мышей поместили на участок, откуда они ранее убегали. Они оставались там, переживая уже позитивные эмоции. Таким образом, неприятное воспоминание было заменено приятным.

___________________________________

Текст: Стас Соколов

Фото: NASA, ESA, UPenn, California University, Phys.org, ornl.gov, Aldebaran Robotics, stfc.at.uk, UCSC, Lawrence Livermore National Lab

Новое Время

Итоги года от НВ: