Текст книги "Открытия и гипотезы, 2014 №12"

Автор книги: Открытия и гипотезы Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 8 страниц)

Журнал «Открытия и гипотезы»
_{Ежемесячный научно-популярный журнал}
№ 12 (154) Декабрь 2014

ДЕВИЦА С ПЕРУАНСКИХ АНД

Группа исследователей из Нью-Йоркского университета во главе с Анжеликой Кортэлс изучила образцы мумии (так называемой Maiden, «Девицы»).

Уникальная мумия была обнаружена в 1999 году на склоне вулкана Льюльяйльяко, возвышающегося на 6739 метров над уровнем моря на границе Аргентины и Чили.

Девочка-подросток 14–15 лет пять столетий пролежала во льдах на вершине шеститысячника, что способствовало отличной сохранности. Рядом с ней замороженные тела еще двух юных жертв: семилетнего мальчика и шестилетней девочки.

Тело семилетнего мальчика также подвергли изучению, а вот исследовать останки шестилетней девочки ученые пока не решаются. Скорее всего, трех детей принесли в жертву, о чем свидетельствуют находящиеся рядом с ними артефакты: золото, серебро, одежды, миски с едой и экстравагантный головной убор из белых перьев неизвестных птиц.

В ходе предыдущих исследований было установлено: перед тем как принести их в жертву, на протяжении года детей кормили "элитными" продуктами – маисом и высушенным мясом лам, хотя до этого они ели исключительно крестьянскую пищу, состоящую из картофеля и овощей.

НЕИЗВЕСТНОЕ ОБ ИЗВЕСТНОМ
Температура и термометры

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества – теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково – градусами.

Первичные и вторичные свойства

Окружающий нас мир мы ощущаем через данные нам природой чувства. Но не всегда эти чувства позволяют адекватно оценить и понять происходящее. Известен отрывок из «Пробирщика», где Галилей воспроизводит соображения Демокрита: «…я думаю, что все эти вкусы, запахи, цвета и т. д. сточки зрения предмета, в котором, казалось бы, они пребывают, суть не что иное, как одни лишь наименования, местом их пребывания является лишь ощущающее тело, так что если убрать ощущающее животное, то будут устранены и уничтожены все эти свойства».

Наконец, «тепло», т. е. то, что мы теперь называем температурой, является для Галилея чувственным признаком: «…я весьма склонен думать, что тепло носит такой же характер, и что те вещества, которые заставляют нас чувствовать тепло и которые мы называем общим именем «пламя», представляют собой множество мелких частиц той или иной формы, движущихся с той или иной скоростью, которые, встречаясь с нашим телом, проникают в него с величайшим проворством, их прикосновение, осуществляемое при прохождении в нашу ткань и ощущаемое нами, и есть то воздействие, которое мы называем теплом, приятным или неприятным в зависимости от величины и большей или меньшей скорости этих малых частиц, которые колют и пронизывают нас».

В «Пробирщике» пожалуй, впервые сказано, что холод не является положительным качеством, а есть лишь отсутствие тепла. Здесь еще нет кинетической теории тепла, и все же это был первый шаг к теории, утвердившейся в следующем столетии.

История термометров

Изобретателем термометра принято считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но его ученики, Нелли и Вивиани, засвидетельствовали, что уже в 1597 году он сделал нечто вроде термобароскопа. Галилей изучал в это время работы Герона Александрийского, у которого уже описано подобное приспособление, но не для измерения степеней тепла, а для поднятия воды при помощи нагревания. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Шарик слегка нагревали, и конец трубки опускали в сосуд с водой. Через некоторое время воздух в шарике охлаждался, его давление уменьшалось, и вода под действием атмосферного давления поднималась в трубке вверх на некоторую высоту.

В дальнейшем при потеплении давление воздуха в шарике увеличивалось, и уровень воды в трубке понижался, при охлаждении же вода в ней поднималась. При помощи термоскопа можно было судить только об изменении степени нагретости тела: числовых значений температуры он не показывал, так как не имел шкалы. Кроме того, уровень воды в трубке зависел не только от температуры, но и от атмосферного давления.

В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учеными. Они снабдили прибор шкалой из бусин и откачали воздух из резервуара (шарика) и трубки. Это позволило не только качественно, но и количественно сравнивать температуры тел. Впоследствии термоскоп был изменен: его перевернули шариком вниз, а в трубку вместо воды напили спирт и удалили сосуд.

Термометр Галилея к Галилею особого отношения не имеет. Представляет собой запаянный стеклянный цилиндр, наполненный жидкостью, в которой плавают стеклянные сосудики-буйки. К каждому такому сферическому поплавку прикреплена бирка с выбитым на ней значением температуры. Поплавки по-разному наполнены жидкостью таким образом, что их средняя плотность различна: самая маленькая плотность у верхнего, самая большая – у нижнего.

С понижением температуры воздуха в помещении соответственно понижается температура воды в сосуде, вода сжимается, и плотность её становится больше и тем самым изменяется положение буйков. При понижении температуры шарики поднимаются вверх, при повышении – опускаются. Текущее значение температуры определяется по нижнему из всплывших шариков.

Виды термометров

Существуют различные виды температурных измерителей: Жидкостные термометры, описанные выше, основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.

В связи с запретом применения ртути во многих областях деятельности ведется поиск альтернативных наполнений для бытовых термометров. Например, такой заменой может быть сплав галинстан (68,5 % галлия, 21,5 % индия и 10 % олова).

Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды. Электрические термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры).

Механические термометры действуют по принципу расширения или сжатия металлической или биметаллической спирали.

Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров при изменении температуры. Например, широко распространены инфракрасные измерители температуры тела.

В процессе исследования теплоты члены Парижской «Академии опытов», желая доказать, что все тела расширяются при нагревании, предложили опыт, который и сейчас повторяется в школах и известен как «кольцо Гравезанда», но вместо шара, который в холодном состоянии может пройти сквозь кольцо, а в горячем не проходит, члены Академии применяли цилиндр. Они показали также, что тепловое расширение жидкостей больше, чем твердых тел, и имели ясное понятие о теплоемкости.

Температурные шкалы

Иметь термометр и понимать, что он показывает это разные вещи. Поэтому одновременно с изобретением разных типов термометров видоизменялись и температурные шкалы.

Абсолютная температура. Шкала Кельвина

Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина.

Используемые в быту температурные шкалы не являются абсолютными и поэтому неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды, из-за чего температуру приходится выражать отрицательным числом. Шкала Кельвина лишена этого недостатка.

Температуре замерзания воды при стандартном атмосферном давлении соответствуют 273,15 К или 0 °C или 32 F.

Масштаб шкалы Кельвина привязан к тройной точке воды, при этом от неё зависит постоянная Больцмана. Это создаёт проблемы с точностью интерпретации измерений высоких температур. Сейчас Международное бюро мер и весов рассматривает возможность перехода к новому определению кельвина, основанному на фиксации численного значения постоянной Больцмана, вместо привязки к температуре тройной точки замерзания воды.

Температуры абсолютного нуля достичь невозможно. Наиболее низкая температура (450±80)∙10^-12К конденсата Бозе-Эйнштейна атомов натрия была получена в 2003 г. исследователями из МТИ.

В 1954 году X Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую температурную шкалу с тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °C, так что по шкале Цельсия абсолютному нулю соответствует температура – 273,15 С.

Шкала Цельсия

В 1742 году шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней за ноль была принята точка кипения воды, а за 100 °C – температура замерзания воды (точка плавления льда). Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники – ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер – использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0 °C стали принимать температуру таяния льда, а за 100 °C – кипения воды). В таком виде шкала и используется до нашего времени.

В настоящее время в системе СИ термодинамическую шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: t(°C) = Т(К) – 273,15 (точно), т. е. цена одного деления в шкале Цельсия равна цене деления шкалы Кельвина. По шкале Цельсия температура тройной точки воды равна приблизительно 0.01 С, и, следовательно, точка замерзания воды при давлении в 1 атм очень близка к 0 С.

Что касается температуры кипения воды то, если быть точным, температура кипения при нормальном атмосферном давлении в термодинамической шкале Цельсия составляет около 99,975 С.

Шкала очень удобна с практической точки зрения, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь.

Тройная точка воды — строго определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз – в твердом, жидком и газообразном состояниях.

Среднегодовая температура по всему миру.

Фаренгейт

Габриэль Даниэль Фаренгейт изготовлял ртутные и спиртовые термометры той формы, которая применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке. Его термометрическая шкала во втором варианте, принятом с 1714 г.) имела три фиксированные точки: 0° соответствовал температуре смеси воды, льда и нашатыря, 96° – температуре тела здорового человека (под мышкой или во рту). В качестве контрольной температуры для сверки различных термометров было принято значение 32° для точки таяния льда.

Эта шкала используется в основном в США.

Шкала Реомюра

Рене Антуан Фершо де Реомюр не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730 г. он предложил применять в термометрах спирт и ввел шкалу, построенную не произвольным образом, как шкала Фаренгейта, а в соответствии с тепловым расширением спирта. И поскольку Реомюр нашел, что применяемый им спирт, смешанный в пропорции 5:1 с водой, расширяется в отношении 1000:1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, то предложил шкалу от 0 до 80°.

Единица – градус Реомюра (°Re). 1 Re равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками – температурой таяния льда (0 Re) и кипения воды (80 Re)

1 Re = 1,25 С.

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

История установления метрической системы служит наглядным примером того, как трудно остановиться на какой-либо системе мер, преодолев для этого силу традиций, различие интересов изготовителей и национальные чувства. Практичность зачастую уступает место традиции, нежеланию переучиваться и финансовым затратам с этим связанным. Поэтому до сих пор в некоторых странах измеряют температуру в Фаренгейтах, расстояние в милях, а вес в фунтах.

Георгий Лятошинский

Жидкостный термометр.

Механический термометр.

Термометр инфракрасный.

Интересные факты

Самая высокая температура, созданная человеком, ~ 10 трлн. К (что сравнимо с температурой Вселенной в первые секунды её жизни) была достигнута в 2010 году при столкновении ионов свинца, ускоренных до околосветовых скоростей. Эксперимент был проведён на Большом Адронном Коллайдере.

Самая высокая теоретически возможная температура – планковская температура.

Более высокая температура по современным физическим представлениям не может существовать, так как придание дополнительной энергии системе, нагретой до такой температуры, не увеличивает скорости частиц, а только порождает в столкновениях новые частицы, при этом число частиц в системе растёт и растёт масса системы. Можно считать, что это температура "кипения" физического вакуума. Она примерно равна 1.41679(11)∙10³² К (примерно 142 нониллиона К).

Поверхность Солнца имеет температуру около 6000 К.

Самая низкая температура, достигнутая человеком, была получена в 1995 году Эриком Корнеллом и Карлом Виманом из США при охлаждении атомов рубидия. Она была выше абсолютного нуля менее чем на 1/170 миллиардную долю кельвина (5.9∙10^-12 К).

Рекордно низкая температура на поверхности земли -89.2 °C была зарегистрирована на советской внутриконтинентальной научной станции Восток, Антарктида (высота 3488 м над уровнем моря) 21 июля 1983 года.

Группа исследователей из Американского геофизического союза сообщила о том, что 10 августа 2010 года температура воздуха в одной из точек Антарктиды опускалась до -93,2 °C. Полученное значение не будет зарегистрировано в качестве рекордного, поскольку определено в результате спутниковых измерений, а не с помощью термометра.

Рекордно высокая температура воздуха вблизи поверхности земли + 56,7 °C была зарегистрирована 10 июля 1913 года на ранчо Гринленд в долине Смерти (штат Калифорния, США).

Семена некоторых высших растений сохраняют всхожесть после охлаждения до минус 269 °C.

Температура тела каждого человека в течение дня колеблется в небольших пределах, оставаясь в диапазоне от 35,5 до 37,4 °C для здорового человека. Следуя суточному ритму, наиболее низкая температура тела отмечается утром, около 6 часов, а максимальное значение достигается вечером. Человек впадает в ступор, если температура тела снижается до отметки 32,2 °C, большинство теряют сознание при 29,5 °C и погибают при температуре ниже 26,5 °C. Рекорд выживания в условиях переохлаждения составляет 14,2 °C.

Температура тела человека способна подниматься в результате стресса, страха, ночных кошмаров, при интенсивной умственной работе, сексе.

Типичные результаты измерения температуры здорового человека следующие:

– температура в анусе (ректально), вагине или ухе – 37,5 °C;

– температура во рту (орально) – 37,0 °C;

– температура в подмышечной впадине – 36,5 °C.

* * *

Уважаемые читатели!

Уже четырнадцать лет журнал «Открытия и Гипотезы» приходите ваши дома. Не смотря на все кризисы и даже военные действия мы, по-прежнему, вместе с вами узнаём всё больше и больше фактов о нашем удивительном мире.

Перед вами последний номер уходящего 2014 года. В следующем году нас с вами ждут новые Открытия и новые Гипотезы.

Напоминаем, что в декабре заканчивается подписка на 2015 год. До её окончания остались считанные дни.

Ситуация в стране сложнопрогнозируема, но, по всей видимости, существенного роста цен не избежать. В то же время по подписке цена останется прежней.

В условиях нестабильной экономической ситуации подписка – лучший способ застраховать себя от увеличения стоимости «ОиГ».

Подписку можно оформить до 15 декабря в любом почтовом отделении.

Ищите нас в «Каталоге изданий Украины» на 60 странице.

Цена подписки на один месяц – 15,83 грн.; на три месяца – 47,49 грн.; на полугодие – 94,98 грн.; на год – 189,96 грн.

До встречи в Новом 2015 году!

Коллектив редакции

ПСИХОЛОГИЯ

Машина по производству привидений

Истории о привидениях будоражат умы на протяжении многих столетий, однако мало кому удается «увидеть» призраков собственными глазами. Гораздо чаще, по сравнению со зрительными галлюцинациями, люди ощущают эффект невидимого присутствия, когда им кажется, что рядом с ними находится какой-то невидимый субъект.

Физиологи из Швейцарского федерального технологического института научились вызывать такую иллюзию. Открытие поможет объяснить многие паранормальные явления с научной точки зрения.

Авторы эксперимента решили выяснить, с чем связано возникновение этого эффекта. На первом этапе своей работы они наблюдали за 12 пациентами с нервными расстройствами, которые постоянно ощущали поблизости присутствие невидимого существа. Ученые заметили, что чаще всего положение этого невидимки совпадает с положением тела самого пациента – если человек сидит то ему кажется, что «нечто» тоже сидит и так далее.

Компьютерная томография показала, что иллюзия сопровождается нарушениями сразу в трех зонах коры головного мозга – височно-теменной, лобно-теменной и инсулярной (она находится чуть в глубине мозга). Эти зоны отвечают за представления о положении собственного тела и за самосознание.

На втором этапе исследования ученые решили искусственно вызвать эффект присутствия у здоровых людей. Всего в опытах приняли участие 48 добровольцев. Их сажали на стул и ставили перед ними устройство, на которое они давили пальцем. За стулом находился робот, который в точности повторял движение пальца добровольца, при этом касаясь своим манипулятором его спины.

Когда движения пальца и робота-имитатора были точно синхронизированы, добровольцы не ощущали ничего необычного. Но когда робот касался их спины с задержкой всего в полсекунды, примерно трети участников начинало казаться, что за ними находится реальное невидимое существо.

Иллюзия была столь сильной и пугающей, что двое добровольцев отказались от дальнейших экспериментов.

По мнению авторов статьи, эффект присутствия возникает во время сбоя в работе мозга, из-за которого ощущение собственного тела проецируется вовне. В норме нам кажется, что мы и наше тело совпадаем в пространстве, но мозг может разделять эти ощущения. В результате возникает иллюзия, что рядом находится двойник.

Глас внутри нас

Гипотеза о том, что при восприятии речи на слух и воспроизведении слов про себя задействованы одинаковые нейрофизиологические механизмы, успешно подтвердилась. О проведенных экспериментах ученые рассказали в журнале Frontiers in Neuroengineering.

Калифорнийские нейрофизиологи записали активность мозга семи страдающих от эпилепсии пациентов (в их череп были имплантированы электроды). Добровольцам показали на экране текст Геттисбергской речи Авраама Линкольна, инаугурационного выступления Джона Кеннеди и стихотворения про Шалтая-Болтая. Каждого пациента попросили прочесть текст сначала вслух, затем про себя.

Когда речи и стихи зачитывали вслух, создавалась электроэнцефалограмма, показывающая, какие нейроны мозга включались от конкретных слов. На основе этих данных специальная программа, настроенная на мозг конкретного человека, воссоздавала изначальный текст.

Когда такой «декодер» применили к активности мозга пациентов, читающих текст про себя, он смог успешно воссоздать исходные слова – фактически прочитать мысли людей.

Хотя алгоритм все еще далек от совершенства, ученые надеются сконструировать на его основе «протез» для парализованных или лишившихся дара речи по иным причинам. Пациенты могли бы думать, а машина переводила бы внутреннюю речь для окружающих.

Различие между фантазиями

Канадские ученые из Монреальского университета попытались определить, какие сексуальные фантазии входят в пределы нормы, а какие являются чем-то аномальным.

Большинство ученых изучали сексуальные фантазии, опрашивая студентов вузов, но канадские авторы решили взять более репрезентативную выборку и поэтому опросили взрослых мужчин (799) и женщин (718), жителей Квебека, чей средний возраст составил 30 лет. Участники исследования заполнили анкету, указав свои фантазии.

Выяснилось, что у мужчин эротических фантазий больше и описывают они их ярче, чем женщины. Что касается последних, то очень большая их группа (30–60 процентов) фантазируют на темы, связанные с сексуальным подчинением (в частности, связывание, принуждение). Однако, в отличие от мужчин, женщины очень четко разделяют свои фантазии и желания. Рассказав о мечтах даже о таком экстремальном опыте, они отмечают, что не хотели бы реализовать это в реальной жизни. Мужчины, напротив, обычно хотят воплотить свои фантазии. Как и ожидалось, в фантазиях женщин чаще фигурирует их постоянный партнер, а женатые мужчины гораздо больше мечтают о сексе вне брака.

Подготовил К.Савинов