Текст книги "Журнал «Компьютерра» N8 от 27 фераля 2007 года"

Автор книги: Компьютерра Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц)

Не самогоном единым

Калифорнийская компания Amyris Biotechnologies, созданная тремя выпускниками Беркли (два биолога и один химик), собирается получать бензин, дизельное и реактивное топливо из сахара. Утверждается, что сделать это можно при помощи «синтетической биологии». Специально выведенные микроорганизмы будут вырабатывать из сахара не спирт, а углеводороды, которые могут заменить бензин или дизтопливо. Компания утверждает, что ее продукция может появиться на заправках уже через пять-десять лет.

Amyris Biotechnologies была основана в 2004 году после получения гранта в 43 млн. долларов от фонда Билла и Мелинды Гейтсов для разработки более дешевого лекарства от малярии. Несмотря на успехи (получена культура генномодифицированной кишечной палочки, упрощающая получение одного из наиболее эффективных противомалярийных препаратов – артемизинина), останавливаться на этой задаче компания не стала. Вице-президент фирмы сказал в интервью, что рынок сбыта для лекарства от малярии невелик, а вот биотопливо, наоборот, очень перспективное направление. Так что теперь Amyris получила еще 20 млн. долларов венчурных инвестиций, а новым главой назначен Джон Милоу (John Melo), работавший до этого в должности директора по операциям в США нефтяного гиганта BP. Если компании удастся достичь задуманного, человечество получит не только практически неисчерпаемый источник бензина и дизтоплива для наших автомобилей, но и керосина для самолетов. СК

Березовым веселым языком

«Вот расчелся Яков с Гюргием и с Харитоном по бессудной грамоте, которую Гюргий взял по поводу вытоптанной при езде пшеницы, а Харитон по поводу своих убытков». Для того чтобы познакомиться с обстоятельствами сей финансовой транзакции, свершившейся шесть с половиной веков назад, вовсе необязательно идти в краеведческий музей. Полюбоваться этим «кассовым чеком» XIV века отныне можно на дисплее своей «тачанки»: на сайте «Древнерусские берестяные грамоты»

[Закрыть] находится полный архив писем наших предков, когда-либо обнаруженных археологами.

Выкладыванием бересты в Паутину занималась исследовательская группа Новгородской археологической экспедиции под руководством академиков РАН Андрея Зализняка и Валентина Янина, а финансирование работ взяла на себя Международная ассоциация по содействию кооперации ученых СНГ. Начало работы над сайтом в прошлом году совпало с 55-летием обнаружения первой берестяной грамоты, а ныне число известных науке «березовых писем» XI-XV веков уже перевалило за тысячу. Пальму первенства (примерно девять грамот из каждых десяти) держит Великий Новгород, но есть также находки из Витебска, Звенигорода, Пскова и еще десятка городов. Любопытно, что на долю нынешней столицы Руси приходится всего лишь одна грамота, чудом обнаруженная при раскопках на Красной площади. Для удобства посетителей сайта манускрипты на нем не свалены в одну кучу, а аккуратно размещены в базе данных, позволяющей производить поиск по месту находки, жанру рукописи (деловые записи, фольклор, письма и т. д.), а также степени ее сохранности. Любой из березовых свитков доступен как в виде цветного снимка, так и «прориси» – черно-белой схемы, четко очерчивающей сохранившийся текст. Загрузив специальный «Новгородский» шрифт, послания предков можно увидеть и в древнерусском печатном виде, а затем «поиграть в толмача»: русский перевод будет доступен лишь после нажатия кнопки-подсказки.

Как планируют участники проекта, наряду с онлайновым в течение 2007 года грамоты обретут и современное материальное воплощение – планируется выпуск тематического «экспортного» CD, где к текстам на древнем и современном «великом и могучем» добавится английская версия. Несомненно, нынешнее перерезание ленточки стало настоящим праздником как для самих «грамотоведов», так и для всех любителей русской старины. Вот только закрадываются в душу упрямые мысли: что же останется далеким предкам от нашего бурного времени безбумажных технологий? ДК

Антарктическое тепло

Ученые из Калифорнийского Института океанографии объявили о заметных изменениях, которые произошли с подледными водами Антарктики.

Существование воды под толщей материкового льда южного континента еще в середине прошлого века предсказал советский ученый Игорь Зотиков. Вскоре было открыто первое антарктическое озеро Восток, названное в честь известной отечественной научной станции. Площадь скрытого льдами водоема составляет около 20 тысяч кв. км, а глубина достигает 750 м. Поверхности озера и материка разделяет слой льда толщиною почти в четыре километра.

Это самое известное и, возможно, самое большое антарктическое озеро не является единственным водоемом в недрах континента. Расчеты, подтвержденные радиолокационными исследованиями, показали, что тепло, идущее из центра Земли, во многих местах материка должно вызывать постоянное таяние нижней части ледяной шапки. Образовавшаяся вода, в частности, способствует перемещению льдов как вдоль поверхности, так и перпендикулярно ей. Соответственно, интенсивность перемещения льдов, а также скорость водообмена с мировым океаном определяется скоростью таяния.

В последние месяцы американский спутник ICESAT зафиксировал резкое понижение уровня поверхности в некоторых местах материка, как будто под толщей льда появились провалы. Ученые связывают это с изменениями в пустотах, образованных таянием, а именно – перераспределением в них воды. При этом подчеркивается, что важен не сам факт появления новых пустот и водоемов, наблюдавшийся и прежде, а невиданная ранее скорость их образования.

Ускорением таяния льдов Антарктиды из-за глобального потепления ученые уже давно пугают жителей прибрежных городов. Возможно, теперь у этой гипотезы есть лишнее подтверждение. Но у ледяных озер имеются и другие тайны.

Озеро Восток давно приковало внимание ученых своей изолированностью от остального мира. Неизвестно, сколько веков или тысячелетий «восточный» животный мир, если он есть, предоставлен сам себе. Пробурить четыре километра в Антарктике – настоящий подвиг, и отечественные ученые смогли пройти больше трех с половиной тысяч метров, остановил их буквально в двух шагах от цели только страх перед возможным биологическим загрязнением уникального водоема. В настоящий момент разработаны безопасные с этой точки зрения методы исследования озера, почти исключающие внешнее заражение. Оставшиеся несколько десятков метров планируется преодолеть в этом или следующем году. Пока же в глубинах скважины обнаружили бактерии, подобные тем, что обитают в геотермальных источниках, поэтому вполне можно ожидать, что и озеро не окажется безжизненным.

Как ни странно, Соединенные Штаты недавно прекратили финансирование работ по изучению озера, хотя американский проект был многообещающим. Он включал в себя разработку специального робота, который смог бы перемещаться в толще озерных вод. Робот прошел даже первые испытания, но выделение средств официально было приостановлено, что породило немало конспирологических теорий (см. «Книгу о странном» Бёрда Киви). АБ

Телескопическая память

Любопытную конструкцию энергонезависимой памяти исследуют в Калифорнийском университете в Риверсайде. Две вложенные одна в другую углеродные нанотрубки могут хранить полтора бита информации.

Внутренняя нанотрубка чуть длиннее и способна скользить внутри внешней, удерживаемая межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса. Совсем она вылезти не может, поскольку ограничена с обеих сторон парой платиновых электродов. Третий контакт присоединяется к внешней нанотрубке. Память работает, казалось бы, очень просто. Если подать напряжение на один из электродов, то внутренняя нанотрубка начнет притягиваться к нему электростатически и станет выдвигаться, пока не упрется в электрод. В таком положении она и останется при выключенном напряжении.

Точно так же нанотрубку можно выдвинуть и в противоположном направлении до упора в другой электрод или остановить в среднем положении, если вовремя выключить напряжение. Чтобы считать информацию с такой трехзначной ячейки памяти, достаточно проверить, течет ли ток между внешней нанотрубкой и каждым из электродов.

Однако заставить эту конструкцию работать как следует совсем не просто. С одной стороны, переключаться она должна как можно быстрее, а с другой – между нанотрубками должно быть достаточно сильное «трение», чтобы они надежно удерживались в каждом из положений и быстро затухали вредные колебания этой механической системы. Еще есть опасность, что постоянно втыкающаяся в электрод нанотрубка постепенно может разрушиться. Поиск оптимальных параметров ученые ведут, моделируя движение методами молекулярной динамики. Пока удалось получить время стирания и записи информации в диапазоне 1-10 пикосекунд, а время считывания ограничено лишь скоростью электроники. Это очень неплохой результат по сравнению с другими конструкциями энергонезависимой памяти. Конечно, сейчас трудно сказать, сможет ли «трубочная память» конкурировать с другими разработками, многое будет определяться технологическими потребностями массового производства. ГА

Официоз вокруг апофеоза с Апофисом

Миру в очередной раз напомнили, что он не вечен, особенно если останется таким же беспечным, как сейчас. Вероятность в 2,2х10-5 столкновения астероида Апофис с Землей в 2036 году побудила группу ученых, инженеров и астронавтов инициировать процесс всемирного мозгового штурма для решения этой проблемы. В нынешнем году должны быть уточнены детали плана по спасению планеты, а в 2009-м окончательный вариант проекта направят в Комитет ООН по мирному использованию космического пространства.

В основе плана лежит идея изменения орбиты астероида с помощью космического аппарата, который за счет тяги своих двигателей наставит непрошеного гостя на путь истинный. Не очень большой Апофис, по расчетам, придется толкать дней двенадцать.

Разовым действом ограничиваться не собираются, так как предполагается, что рано или поздно за Апофисом последуют и другие опасности. А посему миру нужна глобальная система для защиты от космической бомбардировки. В нее могут войти орбитальные аппараты-наблюдатели, цель которых – вовремя засечь неприятеля, а также средства для устранения угрозы различной степени тяжести: не каждый небесный камень так легко согласится подвинуться.

Есть, правда, один нюанс. Все члены активной группы так или иначе связаны с NASA. Поэтому можно ожидать, что Америка, конечно, посоветуется с остальными, но сделать все захочет в рамках всем известной линии. Дело в том, что упомянутые спутники-наблюдатели вполне могут осуществлять и слежение за поверхностью земли, а избирательного оружия, которое представляет опасность только для астероидов, еще не изобрели. Более того, одобрение ООН может стать ширмой, за которой будут разрабатываться элементы, способные в равной степени послужить и составляющими новой американской ПРО, и щитом против Апофиса и ему подобных.

Возможно, это лишь фантазия автора, но трудно представить, что США согласятся участвовать в создании глобальной системы защиты от астероидов, которой будут управлять, скажем, из Пекина. В заключение хотелось бы задаться риторическим вопросом: нет ли на Земле еще какой проблемы поважнее, ради которой стоило бы сплотить усилия? АБ

Янтарное бессмертие

Несколько лет назад шахтер из мексиканского штата Чьяпас нашел кусок янтаря с вмурованной в него лягушкой. Находка попала к коллекционеру, а тот через какое-то время дал согласие на ее научное исследование. Теперь мексиканские биологи установили, что возраст лягушки – 25 млн. лет. Ориентировочно она жила в эпоху перехода от олигоцена к миоцену. В это время мир был совсем иным. Северная Америка еще не встретилась с Южной, Африка только начинала «наезжать» на Евразию, образуя Альпы, а результатом столкновения Индии и Азии стало возникновение Гималаев. Землю населяли невероятные носороги индрикотерии (самые крупные наземные млекопитающие) и мелкие лошади, обитавшие в лесах. В Африке в это время появились древнейшие человекообразные обезьяны, некрупные древесные жители с коротким хвостом, наподобие египтопитеков. А лягушки, по крайней мере внешне, с тех пор практически не изменились!

Проблема неравномерности темпов эволюции до сих пор не нашла окончательного решения. Характерные для классического дарвинизма представления о медленных и практически непрерывных изменениях значимых признаков ушли в прошлое. Как выразился один из биологов, жизнь видов, как и жизнь солдат, состоит из длительных промежутков скуки (относительной стабильности) и коротких периодов страха (быстрых изменений). Кроме того, сами изменения отличаются по своей сути. Те, что связаны с возникновением новых планов строения (конструктивных решений), как ни странно, протекают относительно быстро, тогда как устойчивые и удачные варианты шлифуются (то быстрее, то медленнее) в течение длительного времени. Эволюционный «возраст» любого существа один и тот же – от возникновения жизни на Земле до наших дней. Но разные ветви древа жизни проходили через горнило эволюционных изменений в разное время. Лягушки вот «перековались» достаточно давно…

В естественных экосистемах, особенно лесных, у погибающих организмов почти нет шансов попасть в геологическую летопись. Погибшее живое существо вернет материал, из которого создано, в экосистемный круговорот. Избежать общей участи могут лишь «счастливчики», попавшие в экстраординарный переплет (например, влипшие в древесную смолу). Находки позвоночных в янтаре чрезвычайно редки и, вероятно, могут дать много ценной информации. Как было бы хорошо, если бы хозяин янтаря разрешил высверлить в нем дырочку и взять пробу ДНК древней лягушки! Генетическая индивидуальность, сохранившаяся в течение 25 млн. лет, могла бы рассказать очень многое – если она сохранилась. Увы, даже действия радиационного фона в течение такого срока может быть достаточно, чтобы стереть молекулярную «память».

На протяжении огромных промежутков времени все существа исчезали бесследно или оставляли после себя скудные останки (зубы, кости, следы на влажной почве). Где-то глубоко под слоем осадочных пород спрятаны бесценные находки будущего, которые (если все будет хорошо) могут продвинуть наше понимание вперед. Увы, это фрагментарный и ограниченный ресурс. Значительная часть прошлого исчезла без следа… ДШ

Счастливый случай

Новый класс сверхтонких кремниевых мембран удалось получить в Университете Рочестера (штат Нью-Йорк). Мембрана толщиной всего 15 нм способна отфильтровывать даже отдельные молекулы на порядок быстрее, чем ее лучшие аналоги.

Современные мембраны для ультратонкой фильтрации обычно изготавливают из пористых полимеров. Они по крайней мере в тысячу раз толще тех молекул, которые должны быть отделены. Такие мембраны дороги, хрупки и имеют длинные извилистые поры, которые быстро засоряются. Сквозь эти поры нужные молекулы просачиваются крайне медленно и то под высоким давлением.

Новая кремниевая мембрана была получена случайно. Сотрудник университета Кристофер Стример (Christopher Striemer) занимался совершенно другим делом – старался лучше понять, как кристаллизуется аморфный кремний при нагреве. Ученый изготовил пленки толщиной в пятьдесят атомов, для того чтобы потом разглядеть в электронный микроскоп нанокристаллы, образующиеся при различных вариантах нагрева. Кристофер обнаружил, что иногда кремний кристаллизуется так, что между выросшими кристалликами возникают поры размером 5-25 нм. Этот процесс похож на образование групп беседующих людей, поначалу равномерно распределенных по помещению.

После этого открытия разработать метод изготовления наномембран оказалось уже делом техники. Метод включает несколько стадий, которые вполне вписываются в современную технологию изготовления чипов. Ученые уже научились делать мембраны толщиной до 5 нм и размером до 2х2 мм. Они оказались на удивление прочными. Мембрана толщиной 15 нм и размером 0,2х0,2 мм, которую выбрали для экспериментов, легко выдерживает перепад давлений в одну атмосферу.

Новые мембраны сравнительно дешевы и, как надеются экспериментаторы, быстро найдут массу применений. Их можно использовать не только в научных лабораториях и химическом производстве. С помощью наномембран можно разделять белки и другие биологические субстанции и даже фильтровать воздух в «чистых комнатах» для производства чипов. А уж в грядущих нанотехнологиях такие мембраны для фильтрации всевозможных нанорастворов будут просто незаменимы. ГА

А все-таки они квантовые!

Французские ученые осуществили «в железе» эксперимент, который известный американский физик Джон Уилер (John Wheeler) почти три десятилетия назад придумал в качестве мысленного опыта. Эта работа вновь подтвердила, что никакие ухищрения не помогут обойти законы квантовой механики.

Уилер предложил изменить схему проведения знаменитого интерференционного эксперимента, который впервые поставил английский физик Томас Юнг еще в начале XIX века. В его стандартном варианте свет от точечного источника падает на непрозрачную стену с двумя щелями и рисует на расположенном за нею экране интерференционную картину. Причем интерференция возникает лишь в том случае, если открыты обе щели. В классической физике интерференция рассматривается как свидетельство волновой природы света. Согласно же квантовой механике, свет переносят частицы с волновыми свойствами, поэтому с ее точки зрения природа этого эффекта гораздо глубже. Если бы фотоны были только частицами и ничем иным, освещенность экрана при обеих открытых щелях была бы просто суммой освещенностей, возникающих при открывании каждой из щелей по отдельности. Иначе говоря, в этом случае экран выглядел бы светлее. Однако в действительности на нем появляются светлые и темные участки интерференционной картины.

Но самое интересное в другом. Можно предположить, что такая интерференция возникает только в результате падения на экран множества фотонов, каждый из которых проходит или только через первую щель, или только через вторую. В этом случае фотоны при движении вели бы себя как обычные частицы и только при попадании на экран взаимодействовали друг с другом как волны. Однако эта гипотеза безоговорочно опровергнута экспериментом. Физики давно научились изготовлять источники единичных фотонов, следующих друг за другом через бо,льшие промежутки времени, нежели те, что требуются свету для прохождения дистанции между излучателем и экраном. Тем не менее результат от этого не меняется: при одной открытой щели интерференции нет, при двух – есть. Это и означает, что каждый фотон – не только частица, но и волна, проходящая через обе открытые щели.

С помощью двухщелевого эксперимента квантовую природу фотонов можно продемонстрировать даже эффектнее. Пусть обе щели открыты, и пусть мы каким-то образом можем следить за движением фотонов – например, с помощью промежуточных детекторов, расположенных вблизи каждой щели. Оказывается, что при включении детекторов интерференция исчезает! Таким образом, любая попытка проследить путь фотона уничтожает квантовую волновую неопределенность и делает фотон аналогом обычной классической частицы, движущейся по хорошо определенной траектории. А вот когда фотон «гуляет сам по себе», не контактируя по пути с измерительной аппаратурой, он сохраняет свой корпускулярно-волновой дуализм. Такое поведение полностью согласуется с принципами квантовой механики.

Казалось бы, вопрос закрыт. Тем не менее в 1978 году Уилер подметил еще одну возможность, которая никому не приходила в голову. Допустим, что фотон каким-то образом заранее «узнает», намерен ли экспериментатор задействовать промежуточные детекторы, и в соответствие с этим меняет свое поведение? Конечно, эта гипотеза выглядит весьма причудливо, но ведь квантовая механика вообще полна парадоксов. Во всяком случае, Уилер считал, что проверить гипотезу стоит.

Это и сделали французские ученые. Правда, в классическом двухщелевом эксперименте такая проверка была бы слишком сложной технически, поэтому Жан-Франсуа Рош (Jean-Francois Roch) и его коллеги построили другую приборную схему. Стенку с двумя щелями заменил двухплечевой интерферометр. Единичные фотоны от источника попадали на полупрозрачное зеркало BS1, которое с равной вероятностью направляло их по двум 48-метровым путям, приводящим к двум детекторам. Оба пути совершенно разные, так что регистрация фотона детектором, стоящим на пути 1, означает, что этот фотон не мог пройти по пути 2. Таким образом, пути фотонов точно прослеживаются, и детекторы, в соответствии с принципами квантовой механики, не должны регистрировать никакой интерференции.

Однако экспериментаторам надо было ответить на вопрос Уилера, поэтому они расположили на пересечении обоих путей еще один делитель света BS2, который, подобно первому, с равной вероятностью пропускал и отражал фотоны. Если бы этот делитель действовал постоянно, не стоило бы и огород городить. Его присутствие уже не позволяет сказать, по какому пути фотон попадает в тот или иной детектор, поэтому эти приборы обязаны показать интерференцию (правда, для ее наблюдения требуются определенные ухищрения, но это не принципиально). Во всяком случае, вопрос Уилера в этом случае остался бы без ответа.

Но ученые действовали хитрее. Второй делитель – и в этом-то все дело! – был соединен с управляющим устройством, которое могло его включать и выключать. При этом электронный контроллер был синхронизирован с источником света и начинал работать лишь после того, как очередной квант встречался с делителем BS1. Получив информацию, что фотон уже внутри интерферометра, контроллер иногда активировал второй делитель. Однако эти команды подавались без ведома кого бы то ни было, ими управлял генератор случайных чисел. Так что «осведомиться» о намерениях экспериментаторов фотон никак не мог.

Физики из группы Роша провели великое множество тестов и набрали обширную статистику. Оказалось, что квантовая механика и тут не подвела. Когда второй делитель отсутствовал, интерференции, как и положено, не наблюдалось, фотоны вели себя как классические частицы. А вот когда экспериментаторы устанавливали BS2 с его управляющей системой, возникала интерференционная картина, и фотоны самым честным образом демонстрировали свой корпускулярно-волновой дуализм. Именно этого и требуют от них принципы квантовой механики. А поскольку делитель BS2 включался и выключался случайно, фотонам уж точно было неоткуда узнать, что задумали экспериментаторы. Более того, даже если бы такая информация откуда-то и поступала, ей бы пришлось распространяться быстрее света, чтобы достичь фотона без запоздания – а этого теория относительности не допускает. Так что поставленная Уилером проблема теперь разрешена, только он сам, к сожалению, до этого счастливого дня не дожил. АЛ