Новости науки

[Agent 007]

Здесь можно оставлять последние сведения о достижениях из мира науки.


Впервые создан беспорядочный магнит.

Цитата: Впервые удалось создать ферромагнетик с беспорядочным магнитным полем внутри. Первые же эксперименты подтвердили давно предсказанные теоретиками необычные свойства этого магнита. Магнетизм удается успешно описывать на редкость простыми математическими моделями. Магнетизм интересует физиков по разным причинам. Прежде всего, из-за многочисленных практических приложений, реализация которых требует глубокого понимания явления. Во-вторых, потому что он помогает лучше понять свойства материалов на атомном уровне — ведь магнетизм в веществе возникает из-за сложного устройства и взаимодействия электронных оболочек соседних ионов. Наконец, в отличие от многих других областей материаловедения, магнетизм можно промоделировать с помощью простых, но очень емких теоретических конструкций, например спиновых цепочек. А это значит, что иногда путь от математических изюминок в этих конструкциях до эксперимента может оказаться на удивление коротким. В недавней статье, появившейся в журнале Nature, сообщается, фактически, об открытии нового направления в экспериментальной физике магнитных явлений. Исследователи из США и Великобритании впервые в мире создали беспорядочный магнит, который теоретики придумали 40 лет назад, и уже первые эксперименты подтвердили предсказанные теоретиками забавные свойства этого магнита. Но сначала несколько слов о ферромагнетизме. Ферромагнетик (то, что в повседневной жизни называется просто магнитом) содержит такие атомы, электронные оболочки которых обладают собственным магнитным моментом. Образно выражаясь, каждый атом похож на маленький магнитик со своим «северным» и «южным» полюсом. Находясь в кристалле, он взаимодействует со своими соседями и стремится развернуться в согласии с ними, из-за чего весь кристалл целиком становится намагниченным. Однако при повышении температуры тепловые колебания атомов начинают расшатывать эту строгую упорядоченность — начинается борьба порядка и теплового беспорядка. Максимальная температура, до которой магнетизм еще «держится», называется точкой Кюри; при более высоких температурах тепловой беспорядок пересиливает, и спонтанная намагниченность пропадает. Свойства вещества в непосредственной близости к точке Кюри чрезвычайно заинтересовали теоретиков. Оказалось, что вещество в этом случае становится «критическим» — в нём появляется самоподобность, и оно реагирует на внешние возмущения не на уровне атомов, а целиком огромными областями. Начав разбираться с этой задачей, теоретики поняли, что есть еще один способ внести в задачу беспорядок — поместить образец в хаотическое поперечное магнитное поле. В таком магните тоже может возникнуть критическое состояние, но со своими особенностями. Например, в 1969 году Роберт Гриффитс предсказал, что магнитная восприимчивость такого магнита (то есть то, насколько сильно он намагничивается в том или ином поле) будет зависеть от силы внешнего поля не плавно, как это обычно бывает, а с резким изломом. Благодаря симметрии, в строго периодической решетке не возникает никаких поперечных полей. Однако если часть магнитных ионов гольмия (Ho) заменить на немагнитные ионы иттрия (Y), появятся беспорядочно ориентированные поперечные поля (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи) Благодаря симметрии, в строго периодической решетке не возникает никаких поперечных полей. Однако если часть магнитных ионов гольмия (Ho) заменить на немагнитные ионы иттрия (Y), появятся беспорядочно ориентированные поперечные поля (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи) Такую особенность, получившую название «сингулярность Гриффитса», экспериментаторы до сих пор не могли «нащупать», и их можно понять. Ведь для того, чтобы получить такой магнит, надо создать хаотическое магнитное поле. Но как это сделать? В 1970-е годы возникла идея внедрить в магнит «чужеродные» атомы, которые и изменят магнитное поле внутри кристалла. Эту идею уже даже применили к антиферромагнетикам — веществам со «скрытым магнетизмом», — но только сейчас, в описываемой работе, удалось реализовать ее для настоящего магнита. Для своих экспериментов авторы научились создавать кристаллы с общей формулой LiHoxY1-xF4 с разным значением числа x (x = 1,0, 0,65 и 0,44). В таком кристалле ионы лития (Li) и фтора (F) играют роль каркаса, а магнитные ионы гольмия (Ho) обеспечивают ферромагнетизм. В случае, когда x не равно единице, часть мест, «предназначенных» для гольмия, занимают немагнитные ионы иттрия (Y) — то есть строгая периодическая решетка магнитных ионов оказывается как бы «разбавлена» немагнитными примесями. Такое внедрение немагнитных примесей кардинально влияет на магнитное поле внутри кристалла. Если раньше, при x = 1, из-за строгой симметрии никакого поперечного поля внутри вещества не было, то теперь то там, то тут возникало нескомпенсированное поперечное поле. А так как ионы примеси расположены в кристалле хаотично, то это поперечное поле тоже беспорядочно менялось от места к месту — как раз то, что и требовалось создать! Очень важный момент: сила этого беспорядочного поля внутри кристалла не фиксирована, ею можно легко управлять с помощью внешних полей. А это значит, что все свободные параметры задачи можно настроить так, как хочется экспериментатору, и проверить давние предсказания теоретиков. С этой задачей экспериментаторы справились блестяще. Они научились контролировать силу хаотического магнитного поля в очень широком диапазоне, покрывавшем пять (!) порядков. График полученных данных показал четкий излом — как раз проявление сингулярности Гриффитса. Авторы пишут, что они использовали одну из самых простых методик изучения ферромагнетиков. Применение гораздо более чувствительных методик позволит узнать устройство и поведение этого «беспорядочного магнита» во всех деталях.

http://elementy.ru

[Agent 007]

Реализована сверхминиатюрная и ультрабыстрая рентгеновская голография.

Цитата: Продемонстрирован в действии новый метод исследования вещества — рентгеновская голография на масштабе в десятки нанометров с временным разрешением в доли пикосекунды. В перспективе возможна голографическая визуализация атомных процессов. Типичная голограмма взрывающегося шарика субмикронных размеров. Обработав ее, можно получить как распределение яркости, так и фазовую картину. Изображение из обсуждаемой статьи. Фотографирование предметов — самый простой способ запечатлеть информацию о форме исследуемого предмета. Однако рассматривая фотографию, человек видит лишь точки на фотографии, но не сами предметы. Пространственный ход лучей от расположенных поодаль предметов и от фотографии с их изображением — разный. С точки зрения физики, ход лучей в пространстве определяется распределением фазы световой волны. При фотографировании сохраняется лишь информация о яркости света, а распределение фаз теряется. Именно поэтому свет от фотографии расходится совсем не так, как изначально он шел от предметов. Распределение фазы можно запечатлеть с помощью голографии. В этом методе экран (фотопленка, матрица цифровой камеры, и т. д.) освещается одновременно двумя лучами: прямым опорным лучом, а также регистрирующим лучом, который предварительно отразился от предмета. Накладываясь, эти два луча интерферируют, и на экране появляются светлые и темные полосы или иные области замысловатой формы. Интерференция — это волновое явление, и поэтому она чувствительна к фазе световой волны. Яркость и расположение этих светлых и темных областей как раз кодирует полную информацию о предмете, принесенную регистрирующим лучом. Теперь эту интерференционную картину можно запечатлеть на негатив, а затем осветить его «восстанавливающим» лучом света. Пройдя сквозь голограмму, он создаст распределение световых лучей в пространстве, полностью идентичное картине световых лучей при записи. Световые лучи будут идти ровно так же, как если бы предметы действительно были. Рассматривая такое распределение света, человек увидит настоящее трехмерное изображение. Всё это хорошо отработано на обычных, макроскопических предметах. А можно ли получить голограмму микроскопических объектов? живой клетки? отдельной молекулы? В последнем выпуске журнала Nature появилась статья, рывком перебрасывающая голографический метод исследования в мир нанометровых размеров. Большая группа американских, шведских и германских физиков, используя рентгеновский лазер на свободных электронах, сумела получить голограммы объектов размером в сотни нанометров. И более того, на этих голограммах запечатлен вовсе не неподвижный предмет, а сверхбыстрый процесс — взрыв субмикронного полистиролового шарика — длительностью всего лишь несколько пикосекунд! Пожалуй, самой поразительной особенностью этой работы является простота установки. Достаточно приготовить специальную слоистую мишень, настроить рентгеновский лазер (это установка FLASH в германском исследовательском центре DESY) и подставить цифровую камеру рентгеновского излучения, а дальше всю работу берет на себя мощный и очень короткий рентгеновский импульс. Он сам инициирует взрыв шарика, а также играет роль как опорного, так и регистрирующего луча при получении голограммы. Постановка эксперимента настолько изящна, что на ней стоит остановиться подробнее. Вначале экспериментаторы приготовили мишень-«слойку». Она состояла из специального зеркала, отражающего мягкие рентгеновские лучи, и тонкой пленки с налипшими на нее полистироловыми шариками. Пленка располагалась чуть впереди зеркала; зазор между ними можно было изменять от 0,03 мм до 1,2 мм. Прямо на эту слойку падал очень короткий и мощный импульс рентгеновского излучения, и при этом происходила цепь интересных явлений (см. рисунок). Когда импульс достигал пленки, полистироловый шарик поглощал часть излучения, его температура резко повышалась, и за несколько пикосекунд он взрывался. Однако с точки зрения рентгеновского импульса этот взрыв длится довольно долго. Импульс за это время успевает дойти до зеркала, отразиться обратно и вновь пройти сквозь взрывающийся шарик. Время, которое импульс затрачивает на этот путь, зависит от ширины зазора: чем он шире, тем больше задержка, и значит, тем в более поздней стадии взрыва импульс «увидит» шарик на пути обратно. При такой методике зеркало нужно только лишь для фиксированной задержки между двумя моментами прохождения. После первого прохождения появляется опорная волна (синяя полоска на рисунке), а после второго — «предметная» волна (красная полоска). Эти две волны накладываются и интерферируют друг с другом. Импульс затем доходит до цифровой камеры и оставляет в ней изображение интерференционных полос. Получается самая настоящая рентгеновская голограмма взрывающегося шарика в какой-то определенный момент времени после начала взрыва. Эксперимент, проведенный по такой методике, конечно, одноразовый. Один-единственный импульс взрывает не только пленку с полистироловыми шариками, но и то место на зеркале, куда он упал. Однако авторы работы, запасясь множеством таких «слоек», проводили опыт за опытом, каждый раз слегка изменяя зазор между пленкой и зеркалом. В результате они получили последовательность голографических снимков с шагом по времени в доли пикосекунды. Методика, конечно, красивая, но можно ли с помощью нее получать какую-то новую информацию о наблюдаемом процессе (т. е. о взрыве шарика)? Да, и авторы работы это убедительно доказали. Обработав полученное изображение, они отдельно выделили «картину яркости» и «фазовую картину». Они проследили процесс взрыва, используя вначале только «картину яркости» (т. е. то, что доступно и другим методикам), а затем — только фазовую картину. Оказалось, что как динамика, так и форма взрыва шарика видны на фазовой картине гораздо подробнее и с существенно лучшим временным разрешением. Какие перспективы вырисовываются у этой методики? Во-первых, уже в таком виде она позволяет увидеть в виде объемного изображения ультрабыстрые процессы на субмикронном масштабе расстояний, вызванные мощным излучением. Если же запускать быстрый процесс каким-то иным способом, а импульсу оставить только роль «рентгеновской вспышки», то можно попытаться голографически разглядеть, например, динамику формирования трещин в хрупких телах или сверхбыстрые фазовые превращения в ударных волнах. Во-вторых, нет никаких принципиальных ограничений на дальнейшее уменьшение размеров предметов и длительности процессов. Описанные опыты проводились с лазером на длине волны 32 нм, но уже сейчас есть лазеры с длиной волны всего 2 нм, а в будущем можно рассчитывать и на атомные размеры. Уменьшить длительность импульса до нескольких фемтосекунд (а это характерный период колебаний отдельных атомов) тоже не составит проблемы. Всё это позволит голографически увидеть в динамике поведение отдельных молекул.

http://elementy.ru

[LiO]

picture.jpg
Сэр Исаак Ньютон. Портрет работы Готфрида Кнеллера. Изображение Wikimedia Commons.


Оспорено первенство Ньютона в открытии "бесконечного ряда"

Цитата: По мнению британского исследователя индийского происхождения Джорджа Джозефа, значительная часть открытий Ньютона и Лейбница в области математического анализа была сделана примерно за триста лет до их рождения представителями малоизвестной научной школы на юго-западе Индии на территории современного штата Керала, сообщается в пресс-релизе Манчестерского университета. Джозеф полагает, что понятие "бесконечного ряда" - одно из ключевых понятий математического анализа - было введено в школе Керала около 1350 года, в то время как обычно считается, что его ввели Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц в конце семнадцатого века. Кроме того, в школе Керала знали ряды, сходящиеся к числу пи, и пользовались ими для вычисления пи сначала до десятого, а потом до семнадцатого знака после запятой. Это знание, по словам Джозефа, могло попасть в пятнадцатом веке от индийских ученым к образованным миссионерам-иезуитам, которые живо интересовались математикой, поскольку перед церковью стояла задача модернизации календаря, а все путешественники были заинтересованы в улучшении навигационных приборов. Ньютон, вероятно, узнал о бесконечных рядах уже от иезуитов. Доказательство своей гипотезы Джозеф выстраивает на анализе древних рукописей индийских математиков. По его словам, их имена, в частности, Мадхава (Madhava) и Нилакантха (Nilakantha), должны стоять рядом с именем Ньютона. Джордж Джозеф родился в штате Керала и прожил там до девяти лет. Большая часть его исследований и научно-популярных работ посвящена истории математики, главным образом ее неевропейским истокам. Джозеф ставит перед собой задачу доказать, что неевропейская наука незаслуженно обделена вниманием.

http://www.lenta.ru

[KarnAth]

Оффтоп

Оффтоп

LiO, если не еще раньше... Но об этом к египтологам

Совы лучше ориентируются по слуху в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной.

Цитата: Это открытие сделал нейробиолог Авинаш Бала из Университета Орегон. Он показал, что сова-сипуха более чутко реагирует на изменение положения источника звука по горизонтали, чем по вертикали. Ученый использовал в своей работе эффект, открытый великим русским ученым Иваном Петровичем Павловым еще в 1920-х годах. Работая на собаках, Павлом заметил, что собаки инстинктивно реагируют на шум довольно определенным образом - у них напрягаются мышцы и расширяется зрачок. Авинаш Бала использовал этот эффект при изучении реакции совы на появление нового звука. Он показал, что сипуха способна различить изменения в шуме при отклонении источника всего на 3 градуса по горизонтали, но на 7.5 градусов по вертикали. Ученый также показал, какие именно нейроны в мозге совы отвественны за различение звука. При идентификации источника звука сверху, например, задействованы нейроны верхней части слухового центра в мозгу, и, наоборот, в различениии источника звука снизу задействованы нейроны нижней части слухового центра. Пока не очень понятно, почему совы лучше слышат в горизонтальной плоскости. Возможно, потому, что совы охотятся в основном на грызунов, а мыши и полевки бегают по земле в горизонтальной плоскости. Кстати, рефлекторное расширение зрачка в ответ на звук есть и у человека. Американский ученый надеется, что разработанный им метод может иметь и практическое применение - например, попытаться таким образом изучать реакции коматозных и психически больных людей, с которыми невозможно контактировать нормальным образом.

Bala, A. D. S., Spitzer, M. W. & Takahashi, T. T. PLoS ONE doi:pone.0000675 (2007). (я не читал %) пересказал А. Ермаков )

[Agent 007]

Цитата: Сообщение о преодолении скорости света, появившееся на днях во многих СМИ, является не сенсацией, а недоразумением. Оно основано на неправильной интерпретации давно известных опытов, которую уже 15 лет пропагандирует немецкий физик. На днях многие СМИ запестрели заголовками: «Эйнштейн в очередной раз разоблачен», «Немецким ученым удалось превзойти скорость света», «Теория Эйнштейна устарела» и т. п. В этих заметках говорится о том, что в экспериментах двух немецких физиков, Гюнтера Нимца (Gunter Nimtz, он и является главным героем истории) и Альфонса Штальхофена, обнаружено сверхсветовое движение и тем самым опровергнута теория относительности Эйнштейна. Сообщение о «перевороте в физике» прошло даже по радио и телевидению. Исходным материалом для этих сообщений явилась заметка в New Scientist — научно-популярном журнале с информацией невысокого качества. Далекий от науки, пусть и привыкший не доверять СМИ читатель может купиться на такое обилие сообщений и засомневаться — «а может действительно опровергли эту непонятную теорию относительности?» Что ж, расскажем вначале, что скрывается за этой историей, а затем немного поясним суть физической проблемы. Откуда дровишки? Бодрые заголовки в СМИ наводят на мысль, что авторам удалось поставить эксперимент какого-то нового типа, который никогда раньше не ставили и который впервые смог обнаружить сверхсветовое движение. Но заглянем в статью (а точнее, препринт) немцев «Макроскопические нарушения специальной теории относительности», с которой и началась шумиха. Это текст на полторы страницы, в котором описание опыта занимает всего лишь несколько строчек. Казалось бы, эксперименту, который должен путем прямого измерения доказать, что импульс микроволнового излучения распространяется быстрее скорости света, должно быть уделено больше места. Однако в статье не приведено практически никаких существенных подробностей: ни параметров импульса, ни характеристик детектора, ни каких-либо графиков. Даже человека, не знакомого с научной литературой, это может удивить — разве так принято описывать результаты сенсационных экспериментов? Разгадка проста. В этой работе вовсе и нет никакого нового эксперимента. В ней очень кратко описан известный опыт, который в разных вариациях многократно ставился в разных лабораториях — туннелирование микроволн через барьеры (подробности см. ниже). Его ставил в том числе и сам Нимц, именно поэтому он уже не вдается в детали при его описании. Если пройтись по списку публикаций Нимца, то можно увидеть, что этот же самый тип экспериментов он обсуждает уже свыше десятка лет. Впервые он его описывает в статье 1992 года J. Phys. I., France 2, 1693–1698 (кстати, статья находится в свободном доступе на сайте журнала), а затем повторяет это же обсуждение в разных вариациях в 1997, в 2001, в 2006 году. Таким образом, ни новых экспериментов, ни новых результатов, ни даже новых выводов из известных результатов эта статья не содержит. В ней просто автор еще раз повторяет то, что уже многократно говорил последние 15 лет. Но если эти эксперименты действительно сенсационные, то почему о них молчали все это время? На самом деле, о них не молчали, но только никакой сенсацией они не являются. Эта тема активно исследовалась уже десятки лет и продолжает изучаться сейчас. Достаточно сказать, что за последние десять лет появилось уже несколько больших обзоров свежих результатов по этой тематике (см. ссылки внизу) — ситуация, характерная для бурно развивающихся областей. Работы Нимца тоже активно обсуждались — и не нашли никакой поддержки. Поскольку его эксперименты очень простые и воспроизводимые, то выходит, дело не в них самих, а в их интерпретации. Это особенно заметно в тех случаях, когда Нимц придумывает интерпретации к чужим экспериментам, которые однозначно демонстрируют, что даже в самых экзотических случаях информация передается медленнее скорости света (см. статью Nature 425, 695–698 (16 October 2003) и последовавшую переписку Нимца с авторами статьи, опубликованную там же). Получается, Нимц не предлагает каких новых опытов; он расходится с остальными физиками в интерпретации всеми воспроизводимых физических явлений. А именно, он считает, что теория относительности нарушается там, где остальные считают, что она не нарушается. (Такое положение вещей, кстати, само по себе может показаться странным; так это отчасти и есть, см. подробности ниже.) Можно, конечно, попытаться представить ситуацию в том свете, что он прав, а все остальные — нет, но гораздо естественнее другой вывод. Не требуется быть большим ученым — достаточно хорошего университетского курса физики, — чтобы, почитав статьи Нимца, понять, что он просто плохо понимает физику. Несмотря на все свои регалии. Суть проблемы Теперь пояснение для тех, кто хочет немножко разобраться в том, почему эти простые эксперименты вызывают такой спор. Но вначале стоит сказать несколько слов по поводу теории относительности и ее якобы опровержения. Во-первых, теория относительности основывается на постулате, что никакой материальный предмет и никакая передача информации не может происходить быстрее скорости света. Воображаемое движение образов, не являющееся перемещением материальных предметов и не передающее информацию, может происходить с любой скоростью. Самый известный пример — пятно от быстро вращающегося лазера на достаточно далекой стене. Во-вторых, надо понимать, что теория относительности была в свое время взята не с потолка, а как бы угадана из сформулированных в конце 19 века свойств электричества и магнетизма. Если бы в этих опытах с микроволнами нарушалась теория относительности, то это означало бы ни много ни мало крах электродинамики — ведь Нимц утверждает, что обнаружил сверхсветовое перемещение сигнала в опытах с классическими (т. е. не-квантовыми) электромагнитными волнами. Впрочем, за электромагнетизм можно не бояться. Свойства классических электрических и магнитных полей проверены и перепроверены уже миллионократно, во всевозможных ситуациях и экзотических устройствах. В том числе, они многократно проверялись и с микроволнами в таких радиотехнических устройствах, как резонаторы и волноводы. И никогда не было намека на то, что уравнения Максвелла — описывающие электрические и магнитные поля — хоть в чем-то нарушались. В-третьих, часто можно услышать «а почему вы считаете, что теория относительности абсолютно верна?» с дальнейшим развитием в том направлении, что-де закостенелые официальные физики боятся даже подумать о возможности нарушения теории относительности. На самом деле это не так. Активно изучаются варианты устройства нашего мира, в которых теория относительности слегка нарушается. Слегка — это потому что, нарушив ее сильно, тут же приходишь к противоречию с многочисленными экспериментальными фактами. Один из примеров такой теории обсуждался в заметке Ну очень специальная теория относительности, но есть и немало других примеров. Так что «подправлять» теорию относительности никто не запрещает, но осмысленно это делать лишь в той области, где она еще не проверена. А в микроволновой радиотехнике она, еще раз повторюсь, перепроверена вдоль и поперек. Теперь перейдем к сути проблемы. В этих экспериментах изучается процесс туннелирования волн через область, в которой они не могут свободно распространяться. Слово «туннелирование» навевает мысли о квантовой механике, но на самом деле это совершенно общее свойство всех волн — будь то микрочастицы, световые волны, микроволновое излучение или звуковые волны. Во всех этих случаях можно сконструировать такое устройство, в котором два «проводника волн» разделены зазором, в котором волны затухают, т. е. неспособны распространяться бесконечно далеко. Для электрона это может быть потенциальный барьер, для света — нарушенное полное внутреннее отражение (см. например заметку Даже серебро можно сделать прозрачным), для микроволн — специальная узкая секция в волноводе. Несмотря на это волна может протиснуться через эту область на небольшое конечное расстояние, и значит, может проникнуть (туннелировать) из первого во второй «проводник волн». Вопрос, который мучает физиков уже свыше полувека, заключается в следующем: каково время туннелирования? Этот безобидно выглядящий вопрос стал предметом долгих споров, поскольку ряд вычислений привел к странному выводу: это время может быть меньше, чем время, за которое свет пересек бы эту область. В вольной интерпретации это значит, что при туннелировании происходит сверхсветовое движение, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Вся загвоздка состоит в том, что именно считать временем туннелирования. Если бы речь шла о движении точечной частицы, то все было бы предельно ясно. Но речь идет о движении волны, которая как-то распределена в пространстве и может менять свою форму. Что в этом случае считать «начальным» и «конечным» временем? На скорость чего в этом случае надо смотреть? Тут есть несколько вариантов. Можно смотреть на гребни волны — тогда получится фазовая скорость. Это наименее физически осмысленное понятие — давно известно, что с ней не связан никакой перенос энергии или информации, и в некоторых случаях (например, в тех же волноводах) она безболезненно превышает скорость света. Можно вместо этого приготовить волновой пакет (сгусток волн, как на рисунке) и смотреть на движение его максимума. С этим движением связана групповая скорость волны. В обычных средах это «хорошее» понятие, поскольку с групповой скоростью ассоциируется перемещение энергии волнового пакета. Однако есть экзотические случаи, например, прохождение через специально приготовленные активные области, в которых скорость движения максимума может превышать скорость света (см. подробное объяснение). На самом деле в этих случаях максимум вовсе не движется со сверхсветовой скоростью. Просто получается так, что импульс сам «вырастает» на выходе из области, будучи «инициированным» передним фронтом сигнала. Энергия при этом не переносится со сверхсветовой скоростью — она была запасена в активной среде и лишь высвобождается на выходе по сигналу переднего фронта падающего импульса. Наконец, есть и еще время распространения информации, которое расшифровывается буквально — если мы в какой-то пролетающий мимо импульс закодируем бит информации, то спустя какое время детектор его сможет уловить. Это время распространения резких привнесенных искажений в импульс, в противоположность регулярному периодическому процессу, с которым ассоциируется, например, фазовая скорость. Специально поставленные эксперименты (см. ссылку на Nature выше) показали, что даже импульсы со сверхсветовыми максимумами переносят информацию медленнее скорости света. Таким образом, те сверхсветовые скорости, которые получались при описанных выше определениях времени, не имеют прямого физического смысла, по крайней мере в отношении теории относительности. Реальная скорость передачи информации (что подразумевает гораздо более тонкий эксперимент, чем проделан Нимцем) во всех, даже самых экзотических случаях получалась меньше скорости света. Итак, по сути Нимц не признает того, что скорость передачи информации в особых ситуациях может сильно отличаться от групповой скорости волны. Он считает, что они всегда совпадают, — хотя есть прямые опыты, демонстрирующие различие. Именно в этом он расходится с остальными. Несмотря на то что уже показано, что теория относительности тут не нарушается, исследования этого вопроса продолжаются. Было введено еще несколько определений времени, и сейчас до конца непонятно, что именно описывает каждое из них. Особенно интересной ситуация становится в квантовй механике, где начинают работать особенности, связанные с детектированием квантовых частиц. light_veloc_1.jpg Гюнтер Нимц считает, что простой эксперимент с нарушенным полным внутренним отражением опровергает теорию относительности (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи) light_veloc_2.jpg Иллюстрация волнового пакета — в обычных средах именно с движением максимума волнового пакета связано перемещение энергии

http://elementy.ru

[Agent 007]

Цитата: Американские астрофизики нащупали путь к объяснению чрезвычайно высокой температуры солнечной короны. Уже давно предполагалось, что приток энергии обеспечивают какие-то нетепловые процессы, в которых участвуют электромагнитные поля, возникающие в солнечной плазме. И вот предсказанные Альфвеном еще в 1942 году поперечные плазменные волны наконец зарегистрированы. Правда, пока еще не ясно, не окажется ли этот путь тупиковым. Давно известно, что тайна сия велика есть. Температура поверхности Солнца, фотосферы, не превышает 5800 кельвинов. А вот внешняя часть атмосферы нашего светила, солнечная корона, куда горячее. Она состоит из разреженной плазмы, которая по плотности уступает фотосфере примерно в триллион раз, но зато в среднем нагрета до 1,8 миллиона кельвинов. Более того, отдельные участки короны могут на время разогреваться в несколько раз сильнее. Корональное свечение обладает уникальными спектральными характеристиками, которые когда-то приписывали гипотетическому химическому элементу — коронию. Сейчас известно, что структура коронального спектра объясняется наличием сильно ионизированных ионов железа. Чтобы температура корональной плазмы достигала столь исполинских значений, в корону должна непрерывно закачиваться энергия из фотосферы. Требуемая мощность давно просчитана — примерно 1 киловатт на квадратный метр солнечной поверхности. Встает естественный вопрос: как эта энергия передается? Очевидно, что прямой нагрев короны сравнительно холодной фотосферой невозможен, это было бы прямым нарушением второго закона термодинамики. Это означает, что приток энергии обеспечивают какие-то нетепловые процессы, в которых участвуют электромагнитные поля, возникающие в плазме. Для их теоретического описания одной термодинамикой не обойдешься, надо привлекать уравнения магнитной гидродинамики. Поскольку проблема стара, то и решений для нее придумано много. Обо всех моделях коронального нагрева здесь не расскажешь. В целом они распадаются на два класса. В одном варианте энергия уносится от фотосферы теми или иными плазменными волнами, во втором корону нагревают индукционные токи, которые в ней возбуждает солнечное магнитное поле. В плазме может распространяться немало различных волн. Одни из них не требуют наличия магнитного поля, другие возбуждаются лишь в его присутствии. Специалисты по физике Солнца связывают нагрев короны лишь с волнами второго типа, поскольку именно они могут эффективно канализировать энергию. Наилучшим кандидатом считаются поперечные плазменные волны, которые в 1942 году теоретически предсказал шведский астрофизик Ханнес Альфвен (Альвен). Они распространяются в плазме вдоль силовых линий магнитного поля и переносят энергию с очень малыми потерями. Альфвен в 1947 году первым предположил, что эти волны зарождаются в солнечной фотосфере и идут оттуда в корону, вливая в нее энергию. Правда, волны Альфвена (Alfvén wave) в первом приближении не диссипируют и потому сами по себе не могут нагреть корональную плазму. Однако можно допустить, что они возбуждают в ней другие волны, которые на это уже способны. Эта концепция теоретически очень убедительна, но до сих пор ее никак не удавалось подтвердить на опыте. Альфвеновские волны действительно наблюдались и в земных лабораториях, и в плазме солнечного ветра, однако их многолетние поиски в самой короне до сих пор ни к чему не приводили. Однако 31 августа 2007 года исследователи из США сообщили в журнале Science, что регистрация корональных волн Альфвена наконец-то состоялась. Эта работа выполнена под руководством сотрудников Национального центра атмосферных исследований в Боулдере (штат Колорадо, США) Стива Томчика (Steve Tomczyk) и Скотта Макинтоша (Scott McIntosh). Альфвеновские волны обнаружить очень непросто. Дело в том, что они не вызывают сильных смещений плотности, так что их, в отличие от других плазменных колебаний, не удается выявить по изменениям оптической яркости короны. Стив Томчик и его коллеги использовали очень чувствительный прибор — многоканальный корональный поляриметр, который был недавно установлен на телескопе Национальной солнечной обсерватории, расположенном на пике Сакраменто в штате Нью-Мексико. С его помощью они смогли измерить допплеровские сдвиги спектральных линий корональных ионов железа, которые, по мнению ученых, как раз и были вызваны прохождением альфвеновских волн. Выявленные изменения скорости оказались весьма невелики, не более 300 метров в секунду, но их всё же удалось зарегистрировать (см. видео). Собранные данные позволяют утверждать, что новооткрытые волны действительно движутся вдоль магнитного поля, причем их скорость достигает 4000 километров в секунду. Как и ожидалось, их частота совпадает с частотой мощных фотосферных плазменных течений, которые вынуждают магнитные силовые линии вибрировать наподобие натянутых струн. Такие вибрации уходят в корону в виде альфвеновских волн. В общем, как и предсказывали теоретики, корона вроде бы действительно греется за счет энергии конвективных течений фотосферной плазмы, которая передается вверх от Солнца с помощью волн Альфвена. Однако загадка корональной температуры всё еще не имеет окончательного ответа. Отловленные альфвеновские волны слишком слабы, чтобы обеспечить нагрев короны до нужных температур. Причем отличие зарегистрированных амплитуд от требуемых очень велико, целых четыре порядка. Тем не менее Томчик и Макинтош полагают, что эта проблема разрешима. По их мнению, в короне, скорее всего, распространяются и альфвеновские волны с куда большими амплитудами, которые пока не удалось обнаружить из-за недостаточной разрешающей способности поляриметра. Если это и в самом деле так, со временем эти волны непременно будут зарегистрированы. corona_300.jpg Астрофизики давно пытались объяснить, почему солнечная корона настолько горячее поверхности Солнца, но только теперь можно сказать, что их предположения, хотя бы отчасти, подтвердились. (На фото с сайта en.wikipedia.org: солнечное затмение 11 августа 1999 года, вид с территории Франции.)

http://elementy.ru

[LiO]

Наномагнитная губка очистит старинные фрески

Цитата: Доктор Пьеро Бальони (Piero Baglioni) с коллегами из Флорентийского университета поместили наночастицы из кобальта и окиси железа в специальный гель. В результате получилась магнитная губка с порами диаметром всего 50 нм. Эти поры исследователи заполнили микроэмульсиями – смесями с молекулами сурфактанта (поверхностно-активного вещества, подобного мылу), чтобы отслаивать грязь с поверхности очищаемого объекта. Способ очистки довольно прост: исследователи покрывают поверхность несколькими миллиметрами геля и выдерживают от 10 минут до 1 часа, в зависимости от степени загрязнения. Затем образовавшуюся пленку удаляют обычным стержневым магнитом. Гель можно высушить и использовать многократно. Хотя системы на основе геля широко используются для очистки старинных произведений искусства, зачастую они приносят больше вреда, чем пользы. Это происходит по причине их липкости – такие гели трудно удалить с поверхности без помощи агрессивных растворителей, повреждающих живописный слой. Пьеро Бальони отмечает: «Преимущество новой техники состоит в том, что наш гель не липкий, и никаких механических повреждений при его снятии не происходит. Новый способ очистки особенно подходит для драгоценных экспонатов». Другое преимущество нового геля состоит в том, что для наполнения магнитной губки можно использовать различные эмульсионные сурфактанты, в зависимости от свойств поверхности. Бальони занимается проблемой очистки художественных раритетов от наслоений более 20 лет, и его методы сейчас используют во всем мире. Вместе с коллегами он помог восстановить картины эпохи Возрождения в соборах Сиены и Флоренции. Все испытания нового метода на старинных фресках были успешными, сообщает New Scientist.

Источник: CNews

[LiO]

Разработан новый метод нанолитографии

picture.jpg
Сокращенное название Технологического института Джорджии, записанное методом термохимической нанолитографии.

Цитата: Новый метод нанолитографии, разработанный исследователями из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) США, может сделать производство наноустройств коммерчески выгодным, сообщается в пресс-релизе института. Нанолитографией в широком смысле слова называют создание любых структур, имеющих размеры порядка нескольких нанометров. Наноустройства могут применяться в медицине (для доставки лекарств в нужную точку организма), в информационных технологиях (для создания сверхмалых процессоров) и других областях. Новый метод, называемый термохимической нанолитографией (ТХНЛ), заключается в следующем. Нагретая кремниевая игла атомно-силового микроскопа движется по специальной тонкой полимерной пленке. Под воздействием тепла на поверхности пленки начинается химическая реакция, в ходе которой соответствуюшие участки пленки изменяют свои химические свойства и приобретают способность присоединяться к другим молекулам. Основной идеей ТХНЛ являются химические особенности пленки и использование горячей иглы (температура острия может превышать тысячу градусов Цельсия, иглу можно нагревать и охлаждать около миллиона раз в секунду). За счет того, что реакция на пленке запускается сама, удается избежать необходимости переносить вещества с иглы на пленку, как это делается в большинстве других методов. ТХНЛ позволяет работать на скорости несколько миллиметров в секунду, в то время как другие современные методы - лишь на скорости около одной десятитысячной миллиметра в секунду. Кроме того, ТХНЛ может применяться на воздухе, во влажной среде, без присутствия сильного электрического поля, как другие методы. Минимальные размеры, с которыми можно работать, используя ТХНЛ, - около 12 нанометров.

http://www.lenta.ru/news/2007/09/10/nano/

[LiO]

Для астрономов, нанотехнологов и неврологов учрежден аналог Нобелевской премии

picture.jpg
Слева направо: Ян Фритьоф Бернт, президент Норвежской академии наук, Кристин Клемет, министр образования и науки Норвегии, и Фред Кавли подписывают соглашение об учреждении премии Кавли.

Цитата: Фонд Фреда Кавли (Fred Kavli) в сотрудничестве с Норвежской академией наук учредил три новые научные премии. Каждые два года за достижения в области астрономии, нанотехнологий и неврологии будет присуждаться по миллиону долларов, сообщает BBC News. Ученый и филантроп Фред Кавли родился в Норвегии, впоследствии эмигрировал в США и основал там корпорацию, поставляющую датчики для авиационной и автомобильной индустрии. Кавли считает, что его премия не будет конкурировать с Нобелевской, а скорее послужит дополнением к ней, охватывая те области, в которых Нобелевская премия не присуждается. "Я решил поддержать три области науки: одна занимается самым большим, другая - самым маленьким, третья - самым сложным", - говорит Фред Кавли. Выдвигать кандидатов на получение премии имеют право директора и профессора исследовательских институтов. Самовыдвижение запрещено. Заявки должны быть поданы до 15 декабря 2007 года. Для каждой области будет создана отдельная комиссия из ведущих исследователей, которая выберет наиболее достойного премии ученого (или коллектив). Первые лауреаты будут объявлены в июне 2008 года. 10 сентября на фестивале науки в Йорке учредители (Фонд Кавли, Норвежская академия наук и министерство образования и науки Норвегии) официально объявили о создании премии и призвали научные организации выдвигать кандидатов.

http://www.lenta.ru/news/2007/09/11/prize/

[Agent 007]

Цитата: Физики рассчитывают открыть на коллайдере LHC много новых частиц и с их помощью глубже изучить микромир. Новое исследование показывает, что выяснение свойств этих частиц может оказаться гораздо более трудоемким делом, чем считалось до сих пор. Среди известных на сегодня сотен элементарных частиц лишь несколько (протон, электрон, три сорта нейтрино, фотон) являются стабильными. Все остальные частицы короткоживущие: они рождаются в высокоэнергетических столкновениях, существуют в течение небольшого времени, а затем распадаются (иногда в несколько этапов) на стабильные частицы. Когда физики рассчитывают процессы рождения и распада нестабильных частиц, то они обычно используют упрощенный подход. Вначале они вычисляют вероятность рождения частицы так, словно та абсолютно стабильна, и лишь затем, отдельно, вычисляют вероятность ее распада в тот или иной конечный набор стабильных частиц. Иными словами, обычно рождение частицы и ее распад рассчитываются независимо. Такой подход, с одной стороны, резко упрощает вычисления и позволяет изучить довольно сложные процессы, а с другой стороны, является очень точным приближением в тех случаях, когда типичное время жизни частицы намного превышает время реакции, в которой она рождается. Почти все частицы, исследовавшиеся до сих пор, этим свойством обладали; случаи же, когда рождение и распад частицы перестают быть независимыми, оставались редкими исключениями. Похоже, однако, что такому положению дел приходит конец. В статье американских и немецких физиков, вышедшей на днях в журнале Physical Review Letters, утверждается, что для процессов рождения и распада новых частиц на коллайдере LHC такой упрощенный подход окажется неприменимым. В результате сложность теоретических расчетов многократно возрастет. Физики ожидают, что на Большом адронном коллайдере (LHC), вступающем в строй в следующем году, будут в изобилии рождаться и быстро распадаться новые тяжелые частицы. Сравнивая результаты эксперимента с вычислениями теоретиков, физики смогут определить свойства этих частиц и благодаря им — восстановить новые, неведомые ранее аспекты устройства нашего мира. А для этого нужно будет с высокой точностью вычислить вероятности как рождения, так и того или иного канала распада всех тяжелых частиц, которые будут открыты на LHC. Однако вычисления, проделанные авторами статьи, показывают, что во многих случаях картина распада этих частиц будет зависеть от того, как именно они родились. В этих условиях обычный упрощенный подход может дать сбой и привести к большой ошибке в расчетах. Самое важное, что эти сбои будут наблюдаться не в отдельных случаях, а регулярно. Вычисления показывают, что особенно сильно приближенный подход будет нарушаться в том случае, если окажется, что несколько новых частиц имеют близкие значения масс — а некоторые теории как раз предсказывают такую ситуацию. Этот вывод означает, что для правильной «расшифровки» будущих результатов LHC потребуется систематически придерживаться более точного, но и гораздо более трудоемкого способа расчетов. Смогут ли физики-теоретики справиться с этой задачей — покажет время. Впрочем, они уже давно отдают себе отчет в том, что вычисления для LHC будут сложными, и даже организуют большие коллаборации в преддверие запуска коллайдера.

http://elementy.ru

[LiO]

Присуждена главная научная награда Франции

picture.jpg

Цитата: Французский Национальный центр научных исследований (Centre national de la recherche scientifique, CNRS) объявил лауреата главной научной награды Франции за 2007 год. Золотая медаль CNRS присуждена известному экономисту Жану Тиролю (Jean Tirole). Тироля наградили за труды по теории игр и теории информации, разработку особой теории - "новой индустриальной экономики", развитие экономических наук во Франции вообще и в Тулузе в частности, активное участие в общественных дискуссиях и политико-экономической жизни страны. Тироль довольно широко известен во всем мире, некоторые его книги переведены на русский. 10 сентября фонд Thomson Scientific, владеющий крупнейшей базой данных о научных публикациях, назвал Тироля одним из основных претендентов на Нобелевскую премию по экономике. Thomson Scientific ежегодно делает подобные прогнозы, за несколько недель до вручения премии публикуя список ученых, которые, по мнению экспертов фонда, с наибольшей вероятностью получат Нобелевскую премию в ближайшие годы.

http://www.lenta.ru/news/2007/09/20/cnrs/

[Ferrari]

Ученые предлагают изменить определение килограмма

олдопл.jpg

Цитата: Исследователи из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology), США, предлагают определить килограмм как массу фиксированного числа атомов углерода-12 и отказаться от старого его определения как массы хранящегося во Франции эталона, сообщается в пресс-релизе института. В настоящее время килограмм определяется как масса международного эталона, хранящегося в Международном комитете мер и весов во Франции. Эталон представляет собой платино-иридиевый цилиндр, изготовленный в 1889 году. С него сняты копии, использующиеся как национальные эталоны. Несмотря на специальные условия хранения, эталон постоянно претерпевает изменения массы, считающиеся незначительными. Недавние проверки, однако, показали, что в последнее время потеря массы не так уж незначительна: 50 микрограмм (ранее предполагалось, что за сто лет эталон теряет примерно три сотых микрограмма). Это может вызвать сильные расхождения с национальными эталонами. Кроме того, по определению, любое изменение массы эталона изменяет само понятие "килограмм", что неудобно. Физик Рональд Фокс (Ronald Fox) и математик Теодор Хилл (Theodore Hill) предлагают определить килограмм как ровно 18x140744813 (50184508190229061679538) атомов углерода-12. По мнению исследователей, такое определение будет гораздо точнее и удобнее старого. Оно не привязано ни к какому конкретному физическому объекту, но при желании всегда можно изготовить углеродный эталон (разумеется, с ограниченной точностью). Изначально Фокс и Хилл занимались уточнением числа Авогадро, важнейшей химической и физической константы, количества молекул (атомов) в моле, единице количества вещества. Число Авогадро подобрано так, чтобы масса моля в граммах равнялась массе молекулы (атома) в атомных единицах массы. Так, атом углерода, на котором Фокс и Хилл проводили свои измерения, имеет массу 12 атомных единиц массы, значит, моль углерода должен весить 12 граммов. Уточнив число Авогадро и объявив его равным 844468863 (602214098282748740154456), ученые узнали про проблемы с эталоном и предложили свое решение. Фокс и Хилл считают, что определять одну из основных единиц измерения через эталон - устаревшая методика, и надеются привлечь к своему предложению внимание научного сообщества. В настоящее время независимо готовится несколько других проектов изменения определения килограмма.

http://www.lenta.ru/

[Agent 007]

Хаотична ли Солнечная система?

Цитата: Проявляется ли хаос в движении внешних планет-гигантов в Солнечной системе? Долгое время два разных метода расчета давали противоположные ответы. Американский исследователь, по-видимому, разрешил этот парадокс. Точность, с которой астрономы могут предсказывать солнечные затмения и движение планет, наводит на мысль, что динамика крупных тел в Солнечной системе абсолютно предсказуема. На самом деле это впечатление обманчиво. Регулярным движение планет кажется лишь в тысячелетнем масштабе, но, когда счет идет на миллионы лет, в их динамику вполне может вмешаться хаос. В случае движения планет Солнечной системы хаос, к счастью, не означает, что планеты будут двигаться совсем уж беспорядочно. Их орбиты будут лежать примерно в том же районе, где и сейчас. Хаотическое движение планеты на масштабе времени T означает только, что вы не сможете вычислить хотя бы приблизительное положение планеты на орбите через промежуток времени, в несколько раз больший, чем T. Является ли движение планет в Солнечной системе регулярным и хаотическим, выясняется с помощью численных расчетов. Прибегать к ним приходится потому, что в случае более чем двух гравитационно взаимодействующих тел не существует аналитической формулы, в которую можно было бы подставить время и сразу получить положение тел в любой момент времени (см., например, популярную статью Задача трех тел и ее точные решения). Гравитационные силы, притягивающие планеты к Солнцу и друг к другу, известны, поэтому можно задать начальные положения и скорости планет и запустить моделирование их движения в течение какого-то промежутка времени. Параллельно с этим запускается второе моделирование, в котором всё то же самое, только начальные данные отличаются на незначительную величину, например всего на 1 миллиметр. Вначале орбиты планет в этих двух ситуациях будут с огромной точностью совпадать, но постепенно, с ходом времени, они начнут всё сильнее и сильнее различаться. Для регулярного (нехаотического) движения это различие будет оставаться небольшим, в то время как для хаотического движения — экспоненциально увеличиваться со временем. Вычисления такого рода для разных планет Солнечной системы уже давно были проделаны несколькими группами. Они, в частности, доказали, что движение Плутона становится хаотичным на временах порядка 10-20 миллионов лет из-за специфического резонансного взаимодействия с другими планетами. Динамика внутренней Солнечной системы, которая включает первые четыре планеты от Солнца — Меркурий, Венеру, Землю и Марс, — тоже хаотична на масштабе 4-5 миллионов лет, правда в этом случае причина хаоса пока не известна. А вот выяснение этого вопроса для планет-гигантов во внешней Солнечной системе (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) неожиданно зашло в тупик. Расчеты одной группы (движение четырех больших планет в них учитывалось точно, а вращение внутренних планет Солнечной системы просто усреднялось) показали, что хаоса нет, по крайней мере в течение первого миллиарда лет. Вычисления другой группы — в них честно рассчитывалось движение всех планет — исправно «видели» хаос. Правда, при небольшой вариации параметров его временной масштаб постоянно прыгал в широком диапазоне, и причины, вызывавшие такую изменчивость, были непонятны. Одно время было ощущение, что хаос в этом случае — просто артефакт численных расчетов, но после тщательных проверок сходимости эту мысль пришлось оставить. Таким образом, к настоящему времени сложилась почти парадоксальная ситуация: имеются одинаково надежные расчеты, свидетельствующие как о том, что хаос в движении внешних планет есть, так и о том, что его нет. Разобраться с этой ситуацией попробовал Уэйн Хэйес (Wayne Hayes) из Калифорнийского университета в Ирвайне (США). В своей статье, опубликованной недавно в журнале Nature Physics, он пришел к интересному выводу — всё дело в погрешности начальных данных. Начальные данные для этих вычислений — положение и скорости дальних планет — берутся из астрономических наблюдений и известны сейчас с относительной погрешностью чуть лучше одной миллионной. Это может показаться очень высокой точностью, но, как выяснил автор, даже в этих пределах встречаются и регулярные, и хаотические ситуации, и более того — они перемешаны. Для доказательства автор взял 31 набор параметров орбит, все из которых лежат в пределах наблюдательных погрешностей. В пределах интервала моделирования в 200 миллионов лет 21 из них оказались хаотическими, а 10 — регулярными. Иными словами, если взять наугад какие-нибудь начальные данные в этих пределах, то они могут с какой-то вероятностью получиться регулярными, а с какой-то — хаотическими. Именно в этом кроется, по мнению автора, расхождение между расчетами разных групп. А какой ситуации отвечает реальность, при сегодняшнем уровне знаний сказать нельзя. На самом деле, эта работа не только предлагает ответ на давнюю загадку, но и ставит перед физиками новые вопросы. Совершенно непонятно, откуда возникает такая тонкая структура в хаосе — то есть такое тщательное перемешивание регулярных и хаотических ситуаций. Никакие известные резонансные явления в динамике внешних четырех планет объяснить это пока не могут. Не исключено, что в конце концов окажется, что резонансный механизм порождения хаоса вообще не сможет описать эти результаты, и тогда динамика Солнечной системы поставит перед теорией динамических систем уже вопросы не прикладного, а фундаментального характера.

http://elementy.ru

[sANy0]

Затерянный мир в капле янтаря

Цитата: Целый затерянный мир нашли итальянские ученые в каплях янтаря. Возраст этому уникальному янтарю Триасового Периода ни много, ни мало 220 миллионов лет - даже древнее динозавров. Крупнейшее месторождение янтаря Триасового периода было найдено недалеко от итальянского города Кортина Д Ампреззо, в Южных Альпах, -- несколько тысяч довольно крупных (порядка миллиметров размером) каплеобразных кусочков. Этот янтарь скрупулезно изучили итальянские ученые Евгенио Рогацци, Олимпия Копелотти из Университета Падуи, Гидо Роги из Института Геологических наук и земных ресурсов, Падуя, и их немецкий коллега Александр Шмидт из Музея Естественных Наук при Университете Гумбольдта, Берлин. Издавна известно, что янтарь очень хорошо предохраняет живые организмы от разложения, как бы консервирует их. Ученые обнаружили в триасском янтаре огромное колическтво законсервированных древних организмов. Большую часть из них составляли древние бактерии. Кроме того, они нашли довольно много водорослей - близкие по строение к современному роду Cosmarium, причем на разных стадиях репродуктивного процесса. Обнаружили и древние грибы - по строению очень близкие к представиелям рода Ramularia. Кроме того, ученые обнаружили в янтаре древнейших животных - жгутиковых из рода Coleps, амеб из семейств Centropyxidae и Diflugiidae. Внимательно проанализировав амеб разных видов, ученые натолкнулись на удивительный факт - оказывется, 220 миллионов лет наза уже существовал вид Centopyxis hirsuta Deflandre, и это вид простейших животных жив до сих пор. tr-amber.jpg Рис.1. Капли янтаря с микровключениями. Интересен не только анатомический, но и экологический аспект находки - в янтаре представлены представители всех трофических уровней древнейшего микро-биогеоценоза - продуценты (бактерии и фототрофические водоросли), консументы (простейшие животные) и редуценты (грибы). Амебы ели бактерий, жгутиковые простейшие - скорее всего, водорослей. Некоторые крупные жугитовые ели других жгутиковых помельче, ризопод, а может, и древних многоклеточных животных. Скорее всего, считают ученые, в определенных местах дна скапливались организмы, оседавшие со всей толщи воды. Видимо, капли смолы "удачно" упали в места скопления такого рода осевших организмов. Открытие итальянских ученых позволяет нам представить во всей красе и многообразии устройство древних микро-биогеоценозов. Кроме этого, ученые доказали, что некоторые семейства, роды и даже виды древних организмов живут на Земле вот уже 220 миллионов лет.

Добавлено через 4 минуты

Полные митохондриальные геномы вымерших животных теперь можно извлекать из волос

Цитата: Знаменитый мамонтенок Дима — один из десяти мамонтов, чей митохондриальный геном удалось «собрать» из кусочков ДНК, сохранившихся в стержнях волос. Фото с сайта www.paleo.ru Знаменитый мамонтенок Дима — один из десяти мамонтов, чей митохондриальный геном удалось «собрать» из кусочков ДНК, сохранившихся в стержнях волос. Фото с сайта www.paleo.ru Новые методы секвенирования («прочтения») ДНК позволили международной группе исследователей восстановить полные митохондриальные геномы 10 мамонтов на основе фрагментов ДНК, выделенных из стержней волос. Исследование показало, что митохондриальная ДНК сохраняется в древних волосах даже лучше, чем в костях. Это открывает новые возможности для молекулярно-генетического изучения вымерших млекопитающих. Несмотря на большой интерес к изучению древней ДНК, до сих пор ученым удалось прочесть только шесть полных митохондриальных геномов ископаемых животных — 4 генома гигантских нелетающих птиц и 2 генома мамонтов (см. Полностью расшифрован митохондриальный геном мамонта, «Элементы», 07.02.2006). В большинстве случаев дело ограничивается короткими фрагментами ДНК, которые извлекают из костей или из сохранившихся в вечной мерзлоте мягких тканей. ДНК современных людей и зверей для генетических анализов часто берут из корней волос, где много живых клеток с высоким содержанием ДНК. Что касается стержней волос, то они традиционно считались малоперспективным источником ДНК. Стержни волос состоят из мертвых кератинизированных (ороговевших) клеток с незначительным содержанием генетического материала. Старые методы выделения, амплификации (размножения) и секвенирования (определения последовательности нуклеотидов) не позволяли работать с такими ничтожными количествами ДНК. Однако стремительное развитие технологий сегодня сделало возможным то, что казалось немыслимым еще 3 года назад. Большая международная группа ученых (в состав которой входят 6 российских исследователей) сообщила об успешном прочтении десяти полных митохондриальных геномов на основе фрагментов ДНК, извлеченных из шерсти сибирских мамонтов. Это стало возможным благодаря новой технологии секвенирования, получившей название «sequencing-by-synthesis» (секвенирование при помощи синтеза). Статья с описанием этой методики была опубликована в журнале Nature в сентябре 2005 года. Авторы использовали разное количество волос для каждого из 10 мамонтов — сколько смогли раздобыть (от 0,2 г до 5,2 г). Использовались только стержни; если где-то сохранились корни волос, они удалялись. Во всех 10 случаях извлеченного количества митохондриальной ДНК вполне хватило для полной и достаточно точной реконструкции митохондриального генома. Средняя длина фрагментов мтДНК, сохранившихся в волосах, колеблется от 60 до 128 пар оснований (примерно как и в костях). Авторы отмечают, что волосы во многих отношениях оказались лучшим материалом для исследования древней митохондриальной ДНК, чем кости. Во-первых, как выяснилось, ДНК в стержнях волос медленнее подвергается «посмертному мутированию». По-видимому, мертвые кератинизированные клетки защищают сохранившуюся в толще волоса ДНК от разнообразных повреждающих воздействий, в том числе от воды, которая способствует превращению (гидролизу) цитозинов (Ц) в тимины (Т). Во-вторых, в стержнях волос оказалась резко повышена доля мтДНК по отношению к ядерной ДНК, что сильно облегчает работу по прочтению именно митохондриальных геномов. В-третьих, мтДНК из стержней волос оказалась несравненно меньше загрязнена чужеродным генетическим материалом — бактериальным, человеческим и т. д. (а эти загрязнения — главная головная боль всех специалистов по изучению древней ДНК). Наконец, в-четвертых, волосы обычно представляют меньшую ценность, чем кости, и их не так жалко тратить на генетические анализы. Изученные волосы пролежали в вечной мерзлоте от 17 до 50 тысяч лет, но это не так страшно для сохранности ДНК, как те годы, которые эти волосы провели потом в музеях при комнатной температуре. Один из самых удивительных результатов данного исследования состоит в том, что мтДНК сохранилась даже в волосах знаменитого «мамонта Адамса» — первого мамонта, исследованного учеными. Этот прекрасно сохранившийся мамонт был найден в 1799 году охотником-эвенком. В 1806 году мамонт был извлечен из вечной мерзлоты русским ботаником Михаилом Адамсом. Изучение этого мамонта дало первые бесспорные доказательства того, что биологические виды могут вымирать. Скелет мамонта Адамса сегодня хранится в Санкт-Петербургском зоологическом музее. То, что в шерсти мамонта Адамса после 200 лет хранения при комнатной температуре все-таки сохранилась мтДНК в количестве, достаточном для реконструкции полного митохондриального генома, открывает перед исследователями небывалые перспективы. Авторы отмечают, что теперь появилась реальная возможность применить всю мощь методов генетического анализа к коллекциям Чарльза Дарвина, Александра Гумбольдта и Карла Линнея. Можно надеяться, что вскоре удастся прочесть митохондриальные геномы многих недавно вымерших животных, чучела которых сохранились в музеях.

[iva]

sANy0, желательно указывать источник сообщений и оставлять ссылку.

[LiO]

Британский студент получит 25 тысяч долларов за математическое доказательство



picture.jpg
"Вольфрамовская" машина Тьюринга в виде конечного автомата: первые двести переходов. Направление "капельки" (вверх/вниз) символизирует состояние каретки, цвет квадратика (белый, желтый, оранжевый) - символ алфавита.

Цитата: Двадцатилетний британский студент Алекс Смит (Alex Smith) решил задачу, предложенную в мае 2007 года известным американским математиком Стивеном Вольфрамом (Stephen Wolfram), и теперь получит учрежденный Вольфрамом приз в 25 тысяч долларов, сообщает журнал Nature. Вольфрам родился в Лондоне, но впоследствии переехал в Америку и основал там компанию Wolfram Research. Известен, в частности, как создатель распространенной компьютерной программы Mathematica. В мае этого года Вольфрам предложил всем желающим доказать, что конкретная машина Тьюринга с двумя состояними каретки и алфавитом из трех символов является универсальной (или доказать обратное). Машиной Тьюринга в честь британского математика Алана Тьюринга (Alan Turing) называют абстрактный исполнитель алгоритмов, упрощенную модель вычислительной машины. В состав машины Тьюринга входит бесконечная в обе стороны лента, разделённая на ячейки, в каждой ячейке может быть записан один из символов заданного алфавита. Над лентой передвигается каретка, которая может находиться в одном из заданных состояний. Каретка может перемещаться влево и вправо по ленте, читать и записывать в ячейки ленты символы алфавита. Правила перемещения (вида "прочти символ", "перейди на такую-то клетку", "запиши символ", "сотри символ") задаются программой, которая тоже является частью конкретной машины Тьюринга. Мысленный эксперимент с машиной Тьюринга редко непосредственно используется в современной математике, но в принципе на ней можно промоделировать многие, в том числе и довольно сложные, алгоритмы. Универсальной называют машину Тьюринга, которая способна заменить собой любую другую машину Тьюринга. Задача, предложенная Вольфрамом, состояла в том, чтобы выяснить, является ли машина Тьюринга с двумя состояними каретки, алфавитом из трех символов (считая пустой) и конкретным набором правил (позволяющим при простых начальных условиях заполнять ленту весьма сложными узорами символов) универсальной, и доказать это. Узнав о конкурсе, Алекс Смит, студент третьего курса Бирмингемского университета, изучающий электротехнику, сразу взялся за работу. Сведя задачу к эквивалентной, но более простой, Смит доказал универсальность "вольфрамовской" машины, за что и получит 25 тысяч долларов.

http://www.lenta.ru/news/2007/10/24/math/

[CBETA]

Множественность Вселенных - правда или миф?

Цитата: «За каждым поворотом улицы я встречаю другого самого себя» Тристан Тцара Похоже, спор между физиками, длящийся уже более полувека, подходит к своему логическому завершению. Речь – о проблеме множественности Вселенных. Известный британский физик-теоретик Дэвид Дойч из Оксфордского университета, автор нашумевшей книги «Структура реальности» (The Fabric of Reality), опубликовал вместе с коллегами статью, в которой доказывает, что без тезиса о множественности Вселенных (он называет их совокупность Мультиверс, то есть Мультивселенная) не может быть квантовой механики. А поскольку квантовой механики, этого столпа современной физики, просто не может не быть, то, следовательно, не может не быть и множественности миров. Любители научной фантастики со множественностью Вселенных давно сроднились, для них перебраться из мира в мир – все равно что перейти улицу. Правда, первый, кто написал об этом, был О'Генри с его рассказом «Дороги, которые мы выбираем», то есть отнюдь не фантаст. А 50 лет назад на идею Мультивселенной всерьез подсели и физики. Это случилось после того, как в 1957 году никому не известный свежеиспеченный выпускник Принстонского университета Хью Эверетт опубликовал весьма странную и трудночитаемую даже для специалистов статью, совершившую, как утверждают, настоящий переворот в квантовой механике. В частности, здесь впервые была высказана идея о расщеплении миров. Читателям, знакомым с квантовой механикой хотя бы понаслышке, должен быть известен принцип неопределенности Гейзенберга: чем точнее мы знаем месторасположение элементарной частицы, тем меньше нам известно о ее скорости – и наоборот. Электрон согласно этому принципу – уже не точка, а размытое пятнышко. Когда он вертится вокруг атомного ядра, то там нет орбиты, а есть некое сферическое облако. На самом-то деле он, может быть, и точка, но для нас он пятнышко – область его возможных местонахождений и скоростей. По Эверетту, в момент «измерения» (этому термину ученый придает куда более широкий смысл, чем общепринятый) Вселенная расщепляется на множество других, и в тот момент отличаются они друг от друга только местонахождением точки в одном-единственном пятнышке. Причем при любом акте выбора, куда ставить точку, реально осуществляются с той или иной вероятностью ВСЕ мыслимые варианты этого выбора, и на каждый вариант полагается своя собственная Вселенная. Иными словами – каждый миг каждая Вселенная в мире Эверетта расщепляется на непредставимое количество себе подобных, а уже в следующий миг каждая из этих новорожденных расщепляется точно таким же образом. И есть огромное, чуть ли не близкое к бесконечности и все время увеличивающееся множество Вселенных, и в этом множестве есть множество миров, в которых существуете вы. В одном мире вы, читая эту статью, пьете чай, в другом – кофе. В одном мире вы едете в переполненной электричке, в другом – на собственной океанской яхте. В одном мире вы победитель, в другом – побежденный. И в этом множестве есть множество таких миров, где все вы практически не отличаетесь друг от друга. Осталось только понять, имеем ли мы, по теории Эверетта, хотя бы принципиальную возможность пересечь тот самый поворот улицы, за которым можно встретить другого самого себя. Параллельные миры: веришь – не веришь? Физики же в отношении идеи множественности миров немедленно разделились на два лагеря – на тех, кто верит в нее, и на тех, кто не верит. Не было аргументов, опровергающих идею Хью Эверетта, но не было и таких, которые могли бы ее подтвердить. Доходило до абсурда – среди крупных теоретиков провели социологический опрос: множественна Вселенная или нет? 58% сказали «да», 38% отвергли эту идею.

Полную версию статьи читайте здесь:
http://www.ng.ru/science/2007-10-24/11_physics.html

[LiO]

"Бомбардировка" ядра привела к синтезу новых изотопов
Границы стабильности вещества могут сдвинуться дальше, чем считалось ранее

Цитата: Американским физикам удалось синтезировать три новых сверхтяжелых изотопа. По информации Национальной лаборатории сверхпроводящего циклотрона (NSCL) США, циклический ускоритель частиц, который при "бомбардировке" ядра с большой скоростью, привел к распаду ядра и созданию трех новых изотопов. Многие изотопы не встречаются в природе и могут быть синтезированы лишь искусственным путем, особенно сверхтяжелые нестабильные ядра. Физики из NSCL бомбардировали лист вольфрама высокоскоростными ядрами кальция-48. Возникающие после бомбардировки ядра подвергались высокоточному анализу, который позволяет обнаружить даже самые редкие изотопы. В частности, магний-40 (12 протонов, 28 нейтронов), алюминий-43 (13 протонов, 30 нейтронов) и алюминий-42 (13 протонов, 29 нейтронов) заставляют пересмотреть гипотезы о максимальном количестве нейтронов, которое может содержать атомное ядро. Следует отметить, что ученые ранее считали существование алюминия-42 невозможным. Однако детекторам удалось зафиксировать более 20 ядер странного изотопа, практически не оставляя сомнений в его существовании. Несмотря на подобного рода успех, ученые уверены, что после усовершенствования методов проведения эксперимента, им удастся получить еще более тяжелые изотопы. Тем временем, пограничной полицией Грузии были задержаны четверо граждан Армении, пытавшихся ввезти в Турцию более 2 грамм радиактивного материала. Согласно данным грузинских пограничников, речь идет об изотопе Lovresium (LAV-103), упакованном в специальным контейнер. Ведется расследование и установление целей его использования задержанными. Пободный инцидент уже имел место на территории Грузии. Несмотря на то, что инцидент произошел в январе 2006 года, о нем стало известно лишь в этом году. В январе прошлого года спецслужбы объявили о задержании гражданина РФ, в нагрудном кармане которого был обнаружен полиэтиленовый пакет с ураном высокой степени обогащения (более 90%). Сам арест был произведен летом 2006 года.

http://www.ng.ru/science/2007-10-27/100_izotop.html

[LiO]

Специалисты по квантовой электронике научились передавать информацию на большие расстояния

picture.jpg

Ян Аппельбаум (справа) и Бицинь Хуан

Цитата: Физики смогли передать спин электрона на значительное для микротехнологий расстояние. Это важный шаг в спинтронике - многообещающей области квантовой электроники, использующей в качестве основного носителя информации не заряды, а особые квантовые характеристики - спины - электронов, сообщает Делавэрский университет США. Электрон, как и другие элементарные частицы, обладает особой характеристикой - спином. Спин электрона может принимать два значения (иметь два направления - условные "вверх" и "вниз"), которые используются в качестве логических 0 и 1. Спинтроника (спиновая электроника) использует спины в качестве основного физического носителя информации, тогда как обычная электроника полагается на заряды. Заряд электрона неизменен, поэтому для в обычной электронике для операций необходимо перемещать электроны (убирать их или, наоборот, доставлять на нужное место), тогда как в спинтронике можно менять спины электронов, не затрачивая энергию на перенос самих частиц. Это, а также способность спинтронных элементов памяти сохранять данные даже при отключенном питании, позволяют надеяться, что в будущем спинтроника окажется более быстрым, дешевым и надежным способом обработки информации. Бицинь Хуан (Biqin Huang), Ян Эппельбаум (Ian Applebaum) и Доу Монсма (Douwe Monsma) из Делавэрского университета (которые в мае 2007 года впервые экспериментально доказали возможность изготовления спинтронных устройств из кремния) смогли передать спин на огромное для микротехнологий расстояние: через целую кремниевую вафлю (тонкую пластинку размером несколько сантиметров). Иными словами, они добились того, чтобы поведение электронов на одном конце вафли зависело от спина нужных электронов на другом конце. По мнению исследователей, теперь доказано, что в кремниевых спинтронных устройств возможна эффективная передача информации. Развитие спинтроники стало возможным во многом благодаря открытию эффекта гигантского магнетосопротивления, позволяющего влиять на свойства электронов при помощи магнитного поля.

http://www.lenta.ru/news/2007/10/29/spin/

[Agent 007]

Нанотехнологии должны приносить пользу

Цитата: С самого начала следующего года начнет действовать новая общеевропейская программа под названием Catrene (Cluster for Application and Technology Research in Europe on NanoElectronics). Основная задача – поиск применения последним достижениям нанотехнологий в таких значимых областях, как энергетика, здравоохранение и транспорт. Бюджет Catrene составляет 6 млрд евро. Освоить эти средства предполагается за четыре года.

http://www.igromania.ru