Текст книги "Юный техник, 2009 № 08"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Чем пахнет в пустоте?

Недавно услышал по радио, будто космос пахнет ромом, а на вкус Вселенная – как сочная малина. Это что – астрофизики так шутят?.. И вообще, как можно «унюхать» или попробовать на вкус что-либо в космосе? Ведь для распространения запаха нужно, чтобы молекулы пахучего вещества как-то распространялись в пространстве, могли достичь чьего-либо носа или иного органа для распознавания запахов или вкусов…

Илья Калиниченко, г. Ставрополь

Попробуем разобраться во всем по порядку. Гастрономическое исследование Вселенной, как сообщает электронное издание Lenta.ru, проводила группа специалистов из разных стран. Ученые обследовали газопылевое облако Стрелец В2 ( Sagittarius В2, или сокращенно Sgr В2), расположенное в нашей галактике Млечный Путь. Огромный сгусток газов и частиц различного состава располагается на расстоянии 120 парсеков от центра нашей Галактики. Его масса превосходит массу Солнца в 300 миллионов раз.

Конечно, на самом деле никто туда не летал, не принюхивался и на вкус ничего не пробовал. Просто астрономы изучали спектры излучения веществ, присутствующих в регионе Sgr В2, известном под названием Большая колыбель молекул ( Large Molecule Heimat).

«Колыбель» эта представляет собой плотное сгущение горячего газа, окружающее молодую, совсем недавно, по космическим меркам, сформировавшуюся звезду. Большая часть из обнаруженных астрономами органических молекул образовалась именно здесь.

Таким образом, с помощью 30-метрового телескопа из Института миллиметровой радиоастрономии ученые обнаружили в облаке два особых соединения. Одно из них со сложным названием этилформиат, как ученым известно по земному опыту, и придает малине ее вкус. Второе вещество – n-пропилцианид – «отвечает» за характерный запах рома. Химическая формула этилформиата – С ₂Н ₅ОСНО, а n-пропил цианида – C ₃H ₇CN.

К сказанному можно добавить, что этилформиат и n-пропилцианид далеко не первые органические соединения, найденные в космическом пространстве. Интерес же к органике возник вот откуда. Ученые давно уже спорят, как возникла жизнь на нашей планете. Одни полагают, что первые органические соединения были синтезированы непосредственно на Земле в теплой воде первичного океана под воздействием разрядов молний. Другие считают, что в качестве своеобразных химических реакторов выступали вулканы. Ну, а третьи утверждают, что органические соединения попали на Землю уже в готовом виде на борту природных «космолетов» – астероидов и комет.

И вот ныне сторонники панспермии – теории распространения во Вселенной жизни посредством космических «агентов» – получили существенное подтверждение своей правоты. Пока ведь никому не удалось убедительно показать на практике, что в природных земных условиях неорганическое соединение может превратиться в органическое. А вот органику в космосе уже обнаружили. Находят споры микробов или органические соединения и внутри упавших на Землю метеоритов.

Причем космические «пассажиры», как полагают, путешествуют внутри комет и астероидов даже от галактики к галактике. «Небесные странники» не только выполняют транспортную функцию, но также защищают своих «пассажиров» от агрессивных внешних воздействий, например, жесткого космического излучения.

В 1969 году ученые получили убедительные доказательства правомерности этой теории. Анализ изотопного состава углерода в органических соединениях, найденных на метеорите Мурчисон, показал, что эти вещества образовались за пределами нашей планеты.

Метеорит принес на Землю урацил и ксантин. Если бы астероид упал не в XX веке, а на несколько миллиардов лет раньше, то история жизни на Земле могла бы начаться с этого момента. Урацил и ксантин являются веществами-предшественниками, из которых образуются молекулы ДНК и РНК. А в этих молекулах, как известно, записана генетическая информация обо всех организмах, населяющих нашу планету.

Этилформиат и n-пропилцианид пополнили список потенциальных «прародителей жизни». Правда, они не являются предшественниками нуклеиновых кислот или белков, но их обнаружение доказывает, что космос может служить источником сложных органических веществ. И даже если ни одно из них никогда не попадало на Землю, это знание само по себе очень важно для понимания законов развития Вселенной.

Простые соединения излучают на одной характерной частоте. Чем больше различных атомов входит в состав вещества, тем больше линий появляется в спектре его излучения. При этом «разглядеть» каждую отдельную линию становится все сложнее. В случае богатых химическими соединениями источников, каким является Sgr В2, астрономам еще необходимо вычленить линии, соответствующие тем или иным индивидуальным веществам, из общего спектра звездного излучения. Этилформиату и n-пропилцианиду соответствуют 36 спектральных линий, а всего телескоп выявил в Большой колыбели молекул 3700 линий.

Астрономам также удалось обнаружить в космосе и более сложные молекулы. В 2004 году исследователи из Университета Толедо в Огайо, изучавшие туманность Красный Прямоугольник, нашли в ней молекулы антрацена и пирена. Эти соединения представляют собой циклические углеводороды и содержат 24 и 26 атомов соответственно.

Но каким образом во Вселенной образуются органические молекулы? Расстояния между небесными телами огромны, и в первом приближении космос представляет собой пустое пространство. Лишь в отдельных его участках наблюдается некоторое увеличение плотности материи. Например, в газопылевых облаках, из которых рождаются звезды. Молекулы газа в таких «населенных пунктах» расположены достаточно близко для того, чтобы сталкиваться друг с другом. Кроме того, молекулы могут оседать на частицах пыли и реагировать в «спокойной обстановке».

Компьютерное изображение этилформиата (вверху) и n-пропилцианида (внизу).

Впервые мысль о возможности образования органических соединений при столкновении космических частиц, двигающихся с очень высокими скоростями, была высказана несколько лет назад российскими учеными, работавшими под руководством Георгия Манагадзе из Института космических исследований РАН.

Прежде всего, таким путем в космическом пространстве образуются простейшие молекулы, например, метанол или формальдегид. Для синтеза сложных веществ необходим более изощренный технологический процесс.

Компьютерные модели показывают, что небольшие молекулы выступают в качестве строительных блоков для создания более крупных соединений. По мнению ученых, этилформиат и n-пропилцианид образовались именно таким путем.

Итак, получается, что в космическом пространстве вполне могут образоваться пахучие вещества. Но вот «унюхать» непосредственно этот запах ни человек, ни иное земное существо в безвоздушном пространстве не смогут. Да и распробовать Вселенную на вкус тоже никому не удастся.

СУМАСШЕДШИЕ МЫСЛИ
Вселенная из одного электрона?

Помните: чтобы быть верной, идея должна быть совсем уж сумасшедшей? Видимо, этой мыслью и руководствовался известный американский теоретик Ричард Фейнман, разрабатывая вот какую теорию…

В начале XX века английский теоретик Джеймс Максвелл составил систему уравнений, позволившую описать поведение электромагнитного излучения. При этом неожиданно выяснилась одна деталь. Решение максвелловых уравнений для света дает не один, а два ответа. Один из них описывает «запаздывающую» волну, которая представляет собой обычное движение света из одной точки в другую. А вот второй – некую «опережающую» волну, которая, по идее, физически представляет собой луч света, уходящий назад во времени.

В течение сотни лет «опережающее» решение попросту отбрасывалось как не имеющее практической ценности, в то время как «нормальное» решение достаточно точно предсказывало поведение радиоволн всех диапазонов. А вот физикам-теоретикам опережающая волна все эти годы не дает спокойно спать. Уравнения Максвелла – один из столпов современной науки, поэтому к любому их решению следует отнестись очень серьезно, рассуждали ученые.

Интерес к опережающим волнам проявили и мистики; появились даже рассуждения о том, что эти волны могут нести послания из будущего. Конечно, опережающие волны не позволят нам лично посещать прошлое – это все же не машина времени, – зато, как считают не– которые исследователи, помогут организовать отправку в прошлое сообщений с предупреждениями о ключевых событиях, которые еще не произошли.

Так это или не так, решил выяснить американский теоретик Ричард Фейнман, которого всегда занимала идея вернуться в прошлое. И вот, анализируя работы английского теоретика Поля Дирака, согласно которым получалось, что у электрона обязательно должен быть брат-близнец, имеющий положительный заряд, Фейнман обнаружил нечто странное. Если изменить направление времени в уравнении Дирака на обратное и одновременно изменить знак заряда электрона, то вид уравнения остается прежним.

Другими словами, у Фейнмана получилось, что электрон, движущийся назад во времени, – это то же самое, что позитрон, который движется во времени вперед! Опять-таки, с точки зрения здравого смысла, такое математическое упражнение не имеет физического обоснования. И будь на месте Фейнмана кто-либо другой, он, вполне возможно, выбросил бы это решение в мусорную корзину. Но Ричард, будучи человеком, который всегда любил разного рода чудачества и загадки, решил пойти на поводу собственного любопытства.

Продолжая копаться в этом загадочном решении, Фейнман заметил нечто еще более странное. Обычно если электрон и позитрон сталкиваются, они оба аннигилируют с одновременным выделением гамма-кванта энергии.

Но если рассматривать позитрон как электрон, движущийся назад во времени, то реакцию аннигиляции можно представить себе и так. Летел себе электрон. Затем он неожиданно резко развернулся во времени и направился обратно, высвободив в момент разворота некоторое количество энергии. Другими словами, процесс аннигиляции электрона и позитрона – это просто момент разворота частицы во времени! Таким образом, Фейнману удалось заодно раскрыть тайну антивещества: это обычное вещество, движущееся назад во времени.

Теперь представим, что у нас есть некоторое количество антивещества, и мы сталкиваем его с обычным веществом, порождая сильнейший взрыв. В этот момент аннигилируют между собой триллионы электронов и триллионы позитронов. Но можно, по Фейнману, интерпретировать этот процесс и так, что один-единственный электрон выписывает зигзаги и мечется вперед-назад во времени триллионы раз подряд.

Обсуждая этот парадокс со своим научным руководителем Джоном Уилером, Фейнман даже высказал мнение, что во Вселенной, возможно, вообще имеется всего один электрон. И большего количества не надо…

В самом деле, представим себе, что некогда из хаоса Большого взрыва родился один-единственный электрон.

Когда-нибудь, через несколько триллионов лет, этот электрон доживет до катастрофы и гибели Вселенной; тогда он развернется и направится назад, к моменту Большого взрыва, где еще раз поменяет направление движения во времени.

Так что, обладая большой фантазией, можно предположить, что этот электрон с огромной скоростью постоянно путешествует во времени туда-сюда. А тогда вся наша Вселенная XXI века – всего лишь временной срез путешествий этого электрона, который, словно карандаш на бумаге, рисует нам портрет Вселенной. Конечно, многим эта гипотеза может показаться очень странной, даже безумной, но она, между прочим, объясняет, почему все электроны, как показывает опыт, совершенно одинаковы.

Но если антивещество представляет собой обычную материю, движущуюся назад во времени, то нельзя ли с его помощью послать сообщение в прошлое? Ответ прост: нельзя. Если мы мысленно или на бумаге меняем направление оси времени для позитрона и отправляем его в прошлое, то это ничего не значит, мы всего лишь выполняем некую математическую операцию. Практически же антивещество очень трудно получить и еще труднее закодировать в античастице некую информацию.

…В общем, получается, что Фейнман занимался чисто умозрительными построениями?.. А вот и нет! Продолжая развивать свою безумную идею, он, в конце концов, построил полную квантовую теорию электрона – квантовую электродинамику. И в 1965 году эта работа принесла Фейнману и его коллегам Джулиану Швингеру и Синьитиро Томонаге Нобелевскую премию. А самой теорией физики пользуются и поныне, проводя исследования на ускорителях и предсказывая заранее, что должно получиться в итоге. И знаете, их предсказания зачастую оказываются точны.

Максим ЯБЛОКОВ

Кстати…

ФЕМТО ВМЕСТО НАНО?..

Ричард Фейнман – не единственный любитель сумасшедших идей. Профессор Александр Болонкин, наш бывший соотечественник, ныне проживающий в США, тоже отличается разработкой на редкость парадоксальных идей. Мы уже писали, к примеру, о Е-существах – электронных двойниках реальных людей, с помощью которых любой желающий сможет обрести этакое виртуальное бессмертие (подробности см. в «ЮТ» № 2 за 1999 г.). Очередная его идея касается фемтотехнологии, которая будет работать даже не с отдельными молекулами и атомами, как нынешняя нанотехнология, а с их частицами.

Как известно, любой атом состоит из ядра и облака электронов. В свою очередь, ядро содержит в себе протоны и нейтроны. Размеры их равны долям фемтометра, который в миллион раз меньше нанометра. Как раз из составных частей атомных ядер Александр Болонкин и предлагает создавать материалы будущего.

«Давно известно, что внутри атомного ядра господствуют силы, в миллионы раз большие, чем силы взаимодействия между атомами и молекулами, – поясняет он. – Исходя из этого, можно предположить, что и материалы, составленные из таких частиц, также будут обладать свойствами, которые и не снились сегодняшней науке»…

Фемтоматерия, или, как ее называет сам профессор, АБ-материя (по первым буквам собственного имени и фамилии), будет обладать фантастической прочностью и твердостью – в миллионы раз выше, чем у нанотрубок, не говоря уже об обычных материалах. Кроме того, фемтоматериалы смогут выдерживать температуры в миллионы градусов и не пропускать тепло. По мнению профессора, они будут также абсолютно непроницаемы для любых газов, жидкостей, твердых тел и даже радиации. И при этом окажутся совершенно невидимыми как для человеческого глаза, так и для специальных приборов. Наконец, они не подвержены коррозии, а время их службы сопоставимо с продолжительностью существования Вселенной.

Прочтя такой перечень, даже фантасту остается лишь развести руками в удивлении. Подишь ты! Неужто такое возможно на самом деле?..

Профессор Болонкин отвечает на этот вопрос утвердительно. Более того, по его расчетам, космолет с фемтоагрегатом сможет путешествовать до самых далеких планет, достигая при этом скорости, равной 0,1 скорости света. Авиалайнер, оснащенный супермаховиком весом всего лишь 100 граммов, все время службы отлетает без единой дозаправки. А автомобиль, имеющий вместо двигателя всего лишь двухграммовый маховик, заставит водителя напрочь забыть о бензоколонке.

Болонкин также полагает, что его идея позволит создавать электронных разумных существ, не уступающих по интеллекту нам с вами, но размером меньше микроба. Основу их составят микросхемы, в миллиарды раз меньшие нынешних чипов.

Профессор А. Болонкин.

В начале 2009 года Александр Болонкин сделал доклад по фемтотехнологии для своих коллег по Корнеллскому университету. Они признали идею хотя и любопытной, но и весьма спорной. Того же мнения придерживается и большинство отечественных специалистов. Так, скажем, по словам Сергея Магницкого, доцента лаборатории фемтосекундной нанофотоники физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, сама возможность формования АБ-материи вызывает серьезные сомнения. Создавать ее придется из нуклонов – протонов и нейтронов, составляющих атомные ядра. Но ныне известно, что в природе атомы сверхтяжелых элементов, в которых около 100 нуклонов, очень нестабильны. По всей вероятности такая же неустойчивость будет наблюдаться и при синтезе фемтоматерии.

В общем, получается, что пока профессор Болонкин просто подкинул фантастам интересную идею для научно-фантастического рассказа. Однако стоит вспомнить, что и идеи, впервые высказанные в 1959 году физиком Ричардом Фейнманом, который, кроме прочего, считается ныне еще и одним из отцов-основателей нанотехнологии, тоже долгое время считались чем-то вроде околонаучного бреда.

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

САМЫЙ БЫСТРЫЙ «СОЛНЦЕМОБИЛЬ».Житель Арабских Эмиратов Сакар бин Саиф модернизировал поразившую его на Dubai Motor Showмодель, движущей силой которой являлась солнечная энергия, доведя ее скорость до невообразимых ранее 50 км/ч.

Впервые Сакар узнал о транспортных средствах на солнечных батареях в 2007 году на Дубайской международной автовыставке. «Солнцемобили» настолько впечатлили изобретателя-самоучку, что Сакар сразу же задался целью их оптимизировать. Это ему вполне удалось – прототип, построенный молодым арабом, в настоящее время признан самым быстрым автомобилем на планете, передвигающимся на солнечных батареях.

ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ САМОЛЕТ-РЮКЗАК. Американская компания Atair Aerospaceпостроила опытный реактивный самолет-рюкзак EXO-Wingи представила его в Нью-Йорке. На этом аппарате человек, десантировавшийся с достаточно большой высоты, может улететь на приличное расстояние. А дальше в дело вступит обычный парашют.

Стоит сказать, что сама идея самолета-рюкзака не нова. Очевидно, многим инженерам не дают покоя лавры летчика, изобретателя и искателя приключений Ива Росси. Напомним, швейцарец не один год выполняет зрелищные полеты на крыльях, снабженных миниатюрными турбореактивными двигателями.

Но Росси – самодельщик-одиночка, а его самолеты – штучные изделия. Atair Aerospaceже имеет все шансы сделать такой самолет серийным. Эта компания специализируется на парашютных системах, беспилотных летательных аппаратах и парапланах, причем строит их для военных, так что дальнейшая судьба EXO-Wingнаходится в руках Минобороны США.

Экспериментальный самолет-рюкзак выполнен из композитных материалов. Под его крыльями закреплены два турбореактивных двигателя. Общий вес устройства позволяет человеку носить эти крылья на себе без особого труда, и компания называет EXO-Wingсамым маленьким в мире реактивным пилотируемым самолетом.

ВЕЛОСИПЕД КАК ГЕНЕРАТОР ЭНЕРГИИ.Велосипед – полезный, экологичный и экономичный вид транспорта. Но и в нем есть потери энергии, использовать которые предлагает американский изобретатель Деко Гудман с помощью устройства « Commuter Cyclists Sustainable Energy Source», которое запасает энергию, высвобождающуюся при велосипедной езде.

Генератор Гудмана состоит из нескольких элементов, которые прикрепляются к разным частям велосипеда. Например, на спицы колеса крепятся магниты и катушки медной проволоки, а в крепление сиденья вставляются пьезоэлектрические элементы.

В задней части рамы велосипеда устанавливается аккумулятор, в котором запасается электроэнергия; ею можно питать фонарик, маленький магнитофон или подзаряжать сотовый… Система аккумулирует энергию, высвобождающуюся при торможении, кручении педалей, съезде с горки вниз и даже от тряски на дорожных неровностях.

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Телевизор вместо обоев?

Говорят, в скором будущем исключительно все телевизоры станут цифровыми и объемными. Так ли это? Какие новинки готовы представить зрителям специалисты телеиндустрии?

Алексей Пивоваров, г. Москва

По мнению британских специалистов, аналоговое телевидение с электронно-лучевыми кинескопами уже отжило свой век. В конце прошлого столетия на смену ему пришли новые – жидкокристаллические и плазменные экраны.

А совсем недавно японцы выпустили в продажу цифровой телевизор нового поколения – на основе токопроводящего пластика. И хотя цена новинки пока около 5000 долларов, эксперты уверены: через несколько лет такие дисплеи станут вполне доступны. Их же преимущества перед ЖК-мониторами и плазменными панелями очевидны уже сейчас – это яркость и насыщенность картинки, хорошая передача цвета, низкое энергопотребление. При этом толщина японского телевизора не превышает одного… миллиметра! В идеале такой экран можно свернуть в рулон. Или наклеить на стену подобно обоям.

И это еще не все. Наряду с домашними кинотеатрами, которые вскоре будут иметь настенные экраны практически неограниченных размеров, заменяя ковры и обои, все большее распространение получат телевизоры, дающие объемное изображение.

Современная микроэлектроника позволяет свернуть экран в рулон.

Телевизор в глазу – не лишняя ли деталь?..

Исследователи полагают, что именно трехмерные «телики» станут самыми востребованными в ближайшем будущем. И хотя это будет не абсолютное трехмерное изображение, у зрителя все же возникнет ощущение объемности. Люди как бы заглянут в глубину экрана.

Эти телевизоры сделаны по тому же принципу, что и открытки с трехмерными картинками. Телеэкран будет транслировать девять изображений одной сцены, но под разными углами, что обеспечит устойчивое восприятие объемности, даже если человек будет пересаживаться с места на место.

«В обычной жизни, если вы смотрите на объект с расстояния два метра, ваши глаза видят слегка разное изображение, так как они расположены в нескольких сантиметрах друг от друга. На основе этой разницы мозг создает ощущение объемности и глубины восприятия. Чтобы добиться такого же эффекта при просмотре телепрограмм, мы будем посылать такие же, слегка разные, изображения, что заставит мозг воспринимать их объемность», – пояснил один из разработчиков голографических телевизоров компании «Филипс», Ханс Дриссен.

Подобные телевизоры в течение ближайших 5 лет предполагается установить в аэропортах и торговых центрах, чтобы люди привыкали к объемному изображению. Ориентировочная цена первых стереотелеприемников будет около 3000 долларов. Отчасти это обусловлено тем, что для трехмерного телевещания понадобится еще и снимать специальные программы в трехмерном формате.

В дальнейшем системы объемного телевидения позволят создать шлем, надев который телезритель не только увидит объемное изображение и услышит стереозвук, но будет также ощущать в зависимости от сюжета тепло и холод, всевозможные запахи, дуновение ветра… Словом, инженеры обещают задействовать с помощью этого шлема четыре из пяти чувств человека – лишь дотронуться до изображаемого объекта будет нельзя. Впрочем, и этот недостаток обещают поправить, добавив к шлему пару интерфейс-перчаток.

«Благодаря неким цифровым татуировкам зрители смогут также ощущать и эмоции актеров», – говорит руководитель группы британских исследователей Ян Пирсон.

Схема объемного голографического ТВ:

_{1– голографический дисплей; 2– субголограмма; 3– видимое объемное изображение; 4– наблюдатель.}

Плоский телевизор можно повесить на стену.

Наконец, лет через десять, обещают специалисты, телепередачи начнут транслировать прямо в глаза. Для этого зрителю достаточно будет надеть особые очки или вставить контактные линзы, на которые и станут транслировать изображение.

Впрочем, далеко не все в восторге от такой перспективы. Некоторые ученые предупреждают: не стоит увлекаться трехмерными играми с человеческим мозгом. Еще не известно, какое действие может оказать на здоровье человека и его зрение просмотр программ, заставляющих нас видеть то, чего нет на самом деле.

А. ПЕТРОВ