Текст книги "Юный техник, 2006 № 10"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ВОЗВРАЩАЯСЬ К НАПЕЧАТАННОМУ
Как сделать плащ-невидимку

Слышал, что в России создано устройство, позволяющее сделать невидимым любой объект. Так ли это на самом деле? Какие подробности вам известны?

Анатолий Лазарев,

г. Обнинск

По следам шапки-невидимки

Публикации на эту тему в нашем журнале появляются довольно регулярно (см., например, «ЮТ» № 3 за 2004 г.) – Но поскольку у журнала появляются новые читатели, а сообщения на эту тему продолжают появляться, вернемся к этой теме еще раз.

Человека-невидимку, если помните, придумал Герберт Уэллс. Он же и показал, как неуютно жить такому человеку. В самом деле, не будешь же ходить все время голышом?

Пытливый читатель может найти в романе английского фантаста еще две неясности. Во-первых, так и остается неясно, каким образом можно стать невидимым. Во-вторых, человек-невидимка вдобавок ко всем неудобствам должен быть еще и… слепым. Ведь световые лучи тогда проходили бы через его глазные яблоки, не преломляясь и не отражаясь, а значит, герой романа ничего бы не видел.

Так что плащ Гарри Поттера в этом смысле намного удобнее. Его можно надеть поверх любой одежды и все равно оставаться невидимым. А еще лучше, пожалуй, обзавестись шапкой-невидимкой, бытующей в русских сказках.

Физические «фокусы»

Однако сказки сказками, но давайте подумаем, как бы мы с вами действовали, получив техзадание на изобретение подобного устройства.

Прежде всего, нужно, наверное, изучить, что реально сделано в этой области. Первое, что приходит в голову, – фокус с бриллиантами, неоднократно описанный во многих книгах. Как известно, если опустить бриллианты «чистой воды» в ту самую чистую воду, они станут невидимыми. Известна и физическая подоплека этого фокуса. Коэффициент преломления световых лучей в алмазе и в воде прочти одинаков. Потому бриллианты как бы исчезают.

Кстати, этим свойством издавна пользуются некоторые жители морских глубин. Их тела, как и наши с вами, на 80, а то и все 95 % состоят из жидкости. Поскольку оболочка медузы почти прозрачна, в воде это животное почти невидимо.

Подобные же физические «фокусы» возможны не только в воде, но и в воздухе. По некоторым сведениям, 27 января 1776 года в одной из аудиторий Петербургского Горного училища, где, кроме студентов, присутствовали и известные ученые-минералоги, академики Леман, Брикман и Канкрин, их коллега А.М.Карамышев прочел удивительную лекцию, сопровождавшуюся демонстрациями полученных результатов.

«Господа! – провозгласил оратор. – Сегодня я покажу вам придуманное мною действие над горными породами. Оное действие сводится к приданию идеальной прозрачности горным породам. Изобретенный мною аппарат пока несовершенен, но он действует»…

С этим словами академик Карамышев продемонстрировал ошеломленной аудитории, как под воздействием его аппарата известняковый шпат стал прозрачен, словно стекло.

Ученый полагал, что с помощью сделанного им открытия исследователи в будущем смогут усматривать «под землей всякие руды и металлы, увидят нутро печей, узрят суть чудесных превращении веществ».

Однако до сих пор никто толком не знает, как работал загадочный аппарат Карамышева. А судьба самого ученого довольно трагична. Вскоре после той лекции он почему-то прервал свою блестящую научную карьеру, покинул столицу и оказался, по меркам того времени, в полнейшей глуши – в Иркутске. И оставался он там долгих 10 лет, почти до самой своей смерти. Сам же его прибор таинственным образом исчез.

Что же произошло? По мнению известного историка А.Б. Широкорада, скорее всего Карамышев создал некое устройство, которое выдавало поток электромагнитного излучения неизвестного спектра и частоты, в лучах которого многие вещества и предметы становились прозрачными. Изобретением, как считают некоторые исследователи, заинтересовались военные чины. И когда ученый отказался от сотрудничества, его, чтобы сохранить завесу секретности над перспективной разработкой, сослали в глушь…

Инструмент спецагента

Впоследствии изобретатели не раз и не два подступали к этой проблеме, пытаясь решить ее разными способами. Известно, например, что в 30-е годы XX века были попытки создать самолет-невидимку. Однако дальше попыток сделать обшивку летательного аппарата прозрачной изобретатели не пошли. И практического применения эта конструкция не получила.

Гораздо дальше продвинулись в конце прошлого столетия сотрудники кафедры радиотехнических устройств и систем Московского государственного открытого университета. И.А.Наумов, В.А.Каплун и В.П.Литвинов создали современный вариант шапки-невидимки, которая может быть использована, скажем, вместо традиционных маскировочных сетей для сокрытия важных военных объектов – самолетов на стоянках или ракетных установок.

Главное в системе – множество светодиодов с линзами на обоих концах. Эти линзы-объективы воспринимают, скажем, изображение окружающего ландшафта и транслируют его к линзам-окулярам. В результате, когда наблюдатель смотрит на замаскированный, укрытый под такой сеткой объект, он его не видит, поскольку световые лучи как бы обтекают спрятанное по гибким нитям световодов, а шестиугольные линзы прилегают друг к другу столь плотно, что в щелки между ними не видно ничего.

«К сожалению, для человека такая «шапка» будет, пожалуй, тяжеловата, – полагает Литвинов. Но это если исходить из возможностей сегодняшней технологии. А она ведь развивается быстро»…

Плащ японского профессора

И изобретатель Литвинов словно в воду глядел. Недавно в Сан-Франциско японский изобретатель Сусуму Тачи продемонстрировал накидку-невидимку, напоминающую плащ Гарри Поттера. Придуманная профессором Тачи накидка действует следующем образом. Расположенные на тыльной части накидки крохотные видеокамеры проецируют изображение окружающего ландшафта на переднюю часть накидки. Таким образом у любого, кто спереди смотрит на человека в накидке, создается впечатление, будто он видит его насквозь – точнее, может различить деревья, машины, пешеходов и прочее, что находится за спиной «человека-невидимки».

Понятно, что проектом заинтересовались военные. Проявили к изобретению интерес и криминальные элементы, которые в определенные моменты тоже не прочь стать невидимками. Поэтому после первой демонстрации изобретение засекретили, и на какой стадии оно находится в данный момент, неизвестно.

Зато известно другое. В начале нынешнего, 2006 года свое изобретение обнародовал наш соотечественник Олег Николаевич Гадомский, профессор кафедры квантовой и оптической электроники Ульяновского государственного университета. Его изобретение называется так: «Способ преобразования оптического излучения».

За этим общим названием скрываются следующие подробности. В своей работе исследователь основывался на свойствах света, его способности отражаться от поверхности различных предметов. Кроме того, профессора весьма заинтересовали некоторые особенности нанопокрытий, в которых используются микрочастицы золота.

Оказывается, при определенных условиях тончайший слой этого драгоценного металла весьма существенно меняет условия отражения световых лучей.

Скажем, вместо того, чтобы отражаться, создавая таким образом изображение предмета в глазах наблюдателя, световые лучи преломляются в покрытии и уходят в стороны. В итоге изображение объекта как бы размывается, становится малозаметным. Однако пока такой эффект, как самокритично заметил профессор, удается осуществить лишь для неподвижных предметов и объектов. Но в будущем, уверены многие, аналогичный эффект может быть использован и для создания плаща для невидимок, подобного накидке, что описана выше.

Что из этого получится, мы постараемся вам рассказать в следующий раз.

В. ЧЕРНОВ, С. ЗИГУНЕНКО

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
С глазу на глаз

Из всех органов чувств зрение для нас самое главное: мир мы ощущаем не в звуках, не в запахах, а в образах, созданных с помощью линий и красок. Как живые существа научились различать свет и тьму? Когда и как обрели они зрение?

Вот уже второе столетие биологи спорят о происхождении зрения. Одни – вслед за Чарлзом Дарвином – полагают, что все разнообразные органы зрения, встречаемый в природе, можно свести к одному-единственному прототипу: своего рода «первоглазу». Их оппоненты считают, что все эти органы возникали независимо друг от друга. Кто прав?

В принципе, все органы зрения предназначены для того, чтобы захватывать отдельные частицы света – фотоны. Вполне возможно, что еще в докембрийский период жили организмы, способные воспринимать свет. Это могли быть и одноклеточные существа, и многоклеточные.

Однако первое известное нам животное, наделенное зрением, появилось около 540 млн. лет назад. А всего через 100 млн. лет, в ордовикском периоде, уже существовали все известные нам сегодня типы органов зрения. Нам остается лишь правильно расставить их, чтобы попять их эволюцию.

* * *

У одноклеточных животных например, эвглены зеленой – имеется лишь светочувствительное пятно: «глазок». Оно различает свет, что жизненно важно для этого растения, ведь без энергии света в ее организме не может протекать фотосинтез, а, значит, не образуются органические вещества.

У первых многоклеточных животных органы зрения тоже были крайне примитивны. Так, у многих морских звезд по всей поверхности тела разбросаны отдельные светочувствительные клетки. Эти животные способны лишь различать светлое и темное, чтобы, заметив проплывающую тень, успеть зарыться в песок: вдруг это хищник?

Так выглядят глаза паука при большом увеличении.

Поверхность глаза пчелы состоит из многих тысяч фасеток, каждая из которых дает изображение лишь фрагмента того или иного объекта. И лишь в мозгу насекомого эти фрагменты объединяются в единое целое.

У некоторых животных светочувствительные клетки группировались в виде «глазного пятна». Оно позволяло оценить, с какой стороны двигался хищник.

Более 500 млн. лет назад глазные пятна появляются у медуз. Этот орган зрения позволял им ориентироваться в пространстве, и медузы заселяют открытое море.

Следующую ступень эволюции глаза демонстрируют ресничные черви. В передней части их тела имеются два симметричных пятна: в каждом из них до тысячи светочувствительных клеток. Эти пятна наполовину погружены в пигментную чашку. Свет падает лишь на верхнюю половину пятен, не прикрытую пигментом, и это позволяет животному определить, где находится источник света. При желании можно назвать ресничного червя «животным с двумя глазами».

Постепенно глазное пятно еще глубже вдавливалось в эпителий. Образовался желобок – «глазной бокал». Подобным органом зрения обладают, например, речные улитки. Его чувствительность заметно зависит от направления взгляда. Однако улитка видит все вокруг себя расплывчатым, словно сквозь матовое стекло.

Острота зрения повышалась по мере того, как сужалось наружное отверстие глаза. Так появился глаз с точечным зрачком, напоминавший камеру-обскуру. Им смотрит на мир моллюск наутилус, родич давно вымерших аммонитов. Толщина глаза у наутилуса – около сантиметра. На его сетчатке имеется до 4 млн. светочувствительных клеток. Однако этот орган зрения улавливает слишком мало света. Поэтому мир для наутилуса выглядит мрачно.

* * *

Итак, на каком-то этапе эволюция привела к появлению двух различных органов зрения. Один – назовем его «глаз оптимиста» – позволял видеть все в светлых красках, но очертания предметов были смутными, неясными, расплывчатыми. Другой – «глаз пессимиста» – видел все в черных топах; мир казался грубым, изломанным, резко очерченным. Именно от него и происходит наш человеческий глаз.

Позднее над зрачком нарастает прозрачная пленка; она защищает его от попадания грязи и в то же время меняет его преломляющую способность. Теперь все больше частиц света попадает внутрь глаза, к его светочувствительным клеткам. Так возникает первый примитивный хрусталик. Он фокусирует свет. Чем больше хрусталик, тем острее зрение. Для обладателя такого органа зрения – а именно он и называется «глазом» – окружающий мир становится ярким и отчетливым.

Глаз оказался таким совершенным органом зрения, что природа «изобрела» его всего дважды: он появился у головоногих моллюсков, а позднее у нас, позвоночных. Причем у обеих групп животных выглядит он по-разному, да и развивается из различных тканей: у моллюсков – из эпителия, а у человека и других позвоночных сетчатка со стекловидным телом возникают из нервной ткани, а хрусталик и роговица – из эпителия.

Добавим, что у насекомых, трилобитов, ракообразных и некоторых других беспозвоночных животных сформировался сложный – фасеточный – глаз. Он состоял из множества отдельных глазков омматидиев. Глаз стрекозы содержит, например, до 30 000 таких глазков.

Фасеточный глаз при крупном увеличении.

Разрез глаза позвоночных под микроскопом.

* * *

Шведские биологи Дан-Эрик Нильссон и Сюзанна Пелгер из Лундского университета смоделировали на компьютере историю эволюции глаза. У них получилось, что отдельные, незначительные мутации могли менять, например, толщину прозрачного слоя или кривизну светочувствительного слоя. Они происходили случайно. Ученые лишь внесли в свою математическую модель правило: если мутация улучшала качество изображения хотя бы на один процент, то она закреплялась в последующих поколениях.

В конце концов, «зрительная пленка» превратилась в «пузырек», заполненный прозрачным студнем, а затем и в «рыбий глаз», снабженный настоящим хрусталиком.

Нильсон и Пелгер попробовали оценить, сколько времени могла длиться подобная эволюция, причем они выбрали худший, самый медленный вариант развития. Все равно результат оказался сенсационным. Краткая история глаза насчитывала всего… чуть более полумиллиона лет – сущий миг для планеты. За это время сменилось 364 000 поколений животных, наделенных различными промежуточными типами органов зрения. Путем естественного отбора природа «проверила» все эти формы и выбрала лучшую – глаз с хрусталиком.

* * *

Эта математическая модель, а также генетические открытия убеждают нас в том, что различия между известными типами органов зрения не так велики, как казалось прежде. «Мы убедились, – отмечает немецкий биолог Кристоф Кампенхаузен, – что разные типы органов зрения возникают из-за незначительных изменении в геноме: одни гены активизируются, другие отключаются».

Так, его коллега Вальтер Геринг выяснил, что ген под названием Рах-6 формирует органы зрения у человека, мышей и плодовых мушек дрозофил. Если он имеет дефект, глаз не развивается вовсе или остается в зачаточном виде. В свою очередь, при встраивании гена Рах-6 в определенные участки генома, у животного появлялись дополнительные глаза.

Вертикальные зрачки кайманов, которые охотятся преимущественно ночью, могут расшириться настолько, что крокодилы неплохо видят возможную добычу даже при свете звезд.

Опыты показали, что ген Рах-6 отвечает лишь за развитие органов зрения, а не за их тип. Так, с помощью гена, принадлежавшего мыши, ученый запускал механизм развития глаз у дрозофил, причем у них появлялись дополнительные органы зрения – тоже фасеточные – на ногах, крыльях и усиках.

Позднее В.Геринг сумел вырастить на голове лягушки дополнительные глаза, манипулируя геном Рах-6, взятым у дрозофилы. Его коллеги обнаружили тот же самый ген у лягушек, крыс, перепелов, кур и морских ежей. Исследование гена Рах-6 показывает, что все известные нам типы органов зрения могли возникнуть благодаря генетическим мутациям одного и того же «первоглаза».

Впрочем, есть и другие мнения. Ведь, например, у медуз нет гена Рах-6, хотя органы зрения есть. Возможно, этот ген лишь на каком-то этане эволюции стал управлять развитием зрительного аппарата.

Возможно также, полагают другие биологи, эволюция этих органов начиналась с… симбиоза. «Зрячие» одноклеточные организмы стали гнездиться на поверхности многоклеточных существ – те согревали и защищали их. Пожалуй, эти «прилипалы» сперва досаждали своим слепым хозяевам, по позднее те научились пользоваться необычным талантом своих постояльцев – умением видеть приближающихся к ним животных – и стали следить за поведением и передвижениями этих зрячих клеток. И таким образом получили преимущество над конкурентами: они быстрее находили пищу и спасались от врагов.

Александр ВОЛКОВ

Улитки обладают простейшим органом зрения типа «глазной бокал».

Так под микроскопом выглядит голова бабочки-огневки.

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

ТАК ЯЙЦО ИЛИ КУРИЦА?Мучившая в течение веков человечество загадка – что появилось первым: яйцо или курица – разрешена британским ученым Джоном Брукфилдом. На основе новейших знаний в области генетической инженерии оп пришел к выводу, что первоначально все-таки появилось яйцо. Брукфилд утверждает, что генетический материал не подвергается революционным изменениям во взрослом организме. Именно поэтому для появления первой курицы необходимо, чтобы в яйце образовался ее эмбрион.

Вывод ученого широко обсуждался в британском научном мире и признан верным. Таким образом, яйцо, из которого получилась первая курица, снесла особь иного зоологического вида. Однако эмбрион в яйце был куриным.

ПАЛЬЦЫ ВАС ВЫДАДУТ.С некоторых пор посетителям ночных клубов и баров британского города Йоувила предлагают приложить палец к специальному чипу. И компьютер тут же выдает всю «подноготную» посетителя. И если раньше тот был замечен в пьяных дебошах или иных безобразиях, то охрана заведения тут же дает ему от ворот поворот. Есть предположение, что в скором будущем подобную систему начнут использовать и на стадионах, чтобы не пропустить на трибуны особо рьяных бузотеров.

ЛАСКОВЫЙ ШАРФИК.Четверо ученых Массачусетского технологического института (США) во главе с Леонардо Бонанни изобрели шарф, в котором «написаны» прикосновении любимого человека. Называется чудо-шарф «Тар-Тар». На самом деле это целая осязательная система, предназначенная для эмоциональной терапии. Она представляет собой набор из вибромоторов, имитаторов тычков, давления, а также нагревательных элементов.

Изобретение было испытано на группе добровольцев. Они-то и решили, что эффективнее всего на человека действуют прикосновения к шее, то есть имитаторы надо поместить в шарф. Силой прикосновений можно управлять спрятанной внутри складок клавиатурой. Единственное неудобство – необходимость во внешних источниках питания, но эту проблему Бонанни с коллегами обязуются решить в ближайшее время.

ТАК СКОЛЬКО ЛЕТ ЛУНЕ?Торстен Кляйне и его коллеги из университета Мюнстера впервые непосредственно определили возраст Луны, основываясь на анализе доставленных с нее когда-то пород. Ранее ученые давали лишь оценку этого возраста – немногим более 4,5 миллиарда лет, то есть он должен быть сопоставим с возрастом Земли. Так, в общем, и вышло: согласно новым данным, полученным на основе распада вольфрама-182, возраст Луны составляет 4 миллиарда 527 миллионов лет плюс-минус 10 миллионов лет.

«Заметим, эта оценка поддерживает популярную теорию, что оба космических тела сформировали свою твердую кору почти в одно и то же время – после столкновения с молодой Землей гигантского тела размером с Марс.

РАЗБЕРЕМСЯ, НЕ ТОРОПЯСЬ…
Повелители мух

В лаборатории генетики Йельского университета (США) можно увидеть такой «фокус»: стоит включить ультрафиолетовый лазер, как мухи дрозофилы тут же дружно взлетают.

«Эка невидаль! – скажете вы. – Обыкновенная дрессировка». Но дело в другом.

Для того чтобы превратить живое существо в киборга, исследователям пришлось перестроить сразу несколько систем организма. Система управления состоит из трех частей: замка, ключа и выключателя.

Роль замка играют молекулы чужеродных белков, которые были встроены в нервную систему мух генно-инженерными манипуляциями. Эти белки могут активировать нейроны под действием молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) – довольно простого органического соединения, выполняющего в организме множество функций, – в частности, являющегося биотопливом клетки. АТФ к тому же является и «ключом» – когда эти молекулы действуют, на белки, нужные нервные клетки активируются, и муха взлетает.

Разумеется, ничего бы не работало, если бы АТФ все время действовала на весь организм разом. Поэтому ученые встраивают в нужные участки мозга маленькие капсулы, наполненные молекулами АТФ, делая специальные микроинъекции. Эти капсулы затем и разрушаются под действием ультрафиолета, проникающего внутрь мушиного организма.

Таким образом, когда ученые включают ультрафиолет, молекулы АТФ под его действием освобождаются от оболочки, воздействуют на модифицированные гены в клетках нервного узла, те вырабатывают белок, который раздражает нервный центр паники, и мухи взлетают.

Руководитель проекта надеется, что таким образом управлять можно будет не только мухами и тараканами, но даже млекопитающими, на пример мышами. Причем им даже не придется делать инъекции АТФ – достаточно будет дать это вещество в виде порошка или таблеток.

Удобно и то, что облучать ультрафиолетом можно любую часть подопытного животного или насекомого: нейроны есть везде, а не только в головном мозге.

Хотя ученые утверждают, что цель их эксперимента не дистанционное управление мухами, а изучение деятельности нейронов, верится с трудом. Ведь перспективы у подобных экспериментов широкие – от превращения насекомых в шпионов, способных проникнуть в самые укромные уголки, до дистанционного управления людьми, которые волею ученых превратятся в настоящих зомби.

А. ПЕТРОВ