Политубеждения и мозг. Однополое размножение. Кубит из временных кристаллов. Новости QWERTY №218
Из этого ролика вы узнаете, что мозг расскажет о твоих политических убеждениях, как создать кубит из временных кристаллов, можно ли сделать вихре из света, сколько тысяч лет можно прожить без секса и как в Новосибе лечат рак нейтронами.
[музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир. В Новосибирске на крупных животных опробовали экспериментальный метод лечения рака. Речь идет о борте нейтронной терапии. Смысл такой: в организм, а в данном случае 15 кошкам и собакам с естественными крупными опухолями, вводят препарат, который адресно доставляет изотоп бора-10 в опухоль. Далее животных обездвиживают и помещают в установку с генератором нейтронных пучков.
Пучок нейтронов, попадая на изотоп бора, вызывает ядерную реакцию с выделением большого количества энергии. Однако появляющиеся в результате частицы быстро тормозятся, и 80 процентов энергии оседает в раковых клетках, что делает ей плохо. У животных наблюдалось сокращение размеров опухоли, улучшение общей клинической картины и увеличение продолжительности жизни. Так, с помощью борной нейтронной терапии уже лечили людей. Это довольно старая методика, правда работавшая от ядерных реакторов.
А в Новосибе премиум-ускоритель заряженных частиц выдает пучки нейтронов, обладающие нужной энергией. Во все методики именно это самая сложная задача. И еще кажется, что нужно чуть больше испытаний на большем количестве животных. Хотя в любом случае, Новосиб теперь может потихонечку переходить к испытаниям на людях.
Ну а мы каждую неделю проводим испытания в вашей тяги к знаниям на самых интересных новостях науки за предыдущую неделю. И как обычно, все ссылки на подробности источников в описании.
Далее. Воспроизводство человеческого населения без мужчины пока обойтись нельзя. Хотя есть люди, которые наверняка желали бы, чтобы это было не так. В целом, у млекопитающих партеногенез, то есть однополое размножение, пока не встречается в природе. У рыб, рептилий, членистоногих, червей, множества насекомых и даже у некоторых птиц это в порядке вещей. Женские особи без мужчин производят новые женские особи, а иногда и мужские. И причем это даже не всегда выглядит как клонирование. В ряде случаев две X-хромосомы миксуются между собой и появляется организм, отличный от материнского.
Такой вид партеногенеза называется аутомиксией. Естественно, для многих видов партеногенез — это временная мера, например, когда рядом просто нет мужских особей. Но для некоторых это единственная форма размножения, так называемый облигатный партеногенез. Мужские особи такому виду не нужны. Некоторым амфибиям, ящерицам, рыбам. Но, конечно, в отсутствие полноценного полового размножения возникает угроза биологическому разнообразию и невозможность быстро приспособиться к изменениям окружающей среды.
Но зато сколько экономится энергии и ресурсов, обычно уходящих на все эти ухаживания, брачные игры, дуэли самцов и прочее-прочее. И вот один вид на своем собственном примере показал, что проблемы, свойственные партеногенезу, его в целом, в общем-то, не касаются. Кузнечик, воробейка, находящийся под наблюдением ученых, вот уже 18 лет. Он в центре этой картинки, появился в результате скрещивания двух других видов, а не по краям, примерно 250 тысяч лет назад.
Те два предков их вида были самыми обычными с половым размножением. А вот новый бергом, в переводе «девственный», стал партеногенетическим, продержавшись четверть миллиона лет без поддержки полового размножения. Имея свои популяции, минимум генетических различий и мутаций. Интересно, что эти самки не какие-то суперприспособленные к внешним условиям и не обладают уникальными способностями, но в то же время они очень жизнеспособны.
Удивительно, но проблем и осложнений от партеногенеза в этих кузнечиков тоже нет. Более того, эта особенность не помешала им распространиться по югу Австралии за 250 тысяч лет, чего не могли сделать их предки. Ученые, разумеется, попытались воспроизвести эксперимент, поставленный природой, но потерпели неудачу. Гибридный особь отложила несколько яиц, которые не пожелали развиваться. Похоже, что это скрещивание, произошедшее 250 тысяч лет назад, произошло с какой-то уникальной удачной ошибкой, давшее начало новому партеногенетическому виду.
Одна из исследовательниц заявила, что если мы можем обойтись без мужчин и получать жизнеспособное потомство, то может быть, и вообще тогда отказаться от секса. Ну и в чем она не права? В последнее время на просторах России слова «либерал», «либеральный» даже часто становятся ругательным. И те, кто в конце нулевых где-то озвучивали свою приверженность идеалам либерализма, сейчас говорят, что будут делать все, чтобы они исчезли.
Непонятно, кто только стоит у ли люди, но в любом случае такие перемены очень интересны в контексте следующего исследования. Ученые пожелали выяснить, отражаются ли политические взгляды людей на деятельности их мозга или наоборот, не влияют ли особенности мозга на политические убеждения. На наши взгляды влияют образование, воспитание, окружение. Например, чем выше уровень образования, тем больше люди склоняются к либеральным взглядам, чем консервативным. Да, это исследование 15 года в Штаты, но раз так, и мы как-то рассказывали о связи нейробиологии и поведения, то логично замыслить гипотезу о вкладе физиологии в политические убеждения.
И так родился замысел эксперимента. Ученые решили проверить, предскажет ли функциональная связность всего мозга политические убеждения человека. Эту функциональную связанность определяли во время функциональной магнитно-резонансной томографии, предлагая 170 добровольцам решать 8 разных задач, причем не связанных с политикой, разумеется. Каждый испытуемый прошел опрос, по результатам которого определялась его политическая позиция — от очень либерального до очень консервативного. Причем первых вряд ли можно назвать мерзлотные, либби рот, и потому что исследование из Штатов, а суд либерализма сильно зависит от того, что там консервируют их оппоненты.
Понятно, что в России консервы другие. Данные ФМРТ затем обрабатывали нейросетями. Нас именно предсказание идеологических убеждений. Связь между убеждениями и работой мозга нашлась. Функциональная связь в мозгу очень хорошо указывала на политические взгляды человека. Но больше всего вклад в такое предсказание внесло то, как люди решали определенные задачи на эмпатию, на вознаграждение — это когда в процессе решения задачи можно было потерять или приобрести деньги — и на эпизодическую память.
Среди участков мозга теми, которые указывали на убеждения, стали левый гиппокамп, права и миндалевидное тело, и одна из частей орбитальной лобной извилины. И левая средняя часть больше всех вносила вклад в предсказания. Естественно, как и во многих исследованиях, видно лишь корреляцию, а не причинно-следственная связь. Поэтому сказать сейчас, влияет ли мозг на политические убеждения, либо политические убеждения формируют какие-то определенные связи в мозге, мы просто не в состоянии.
Но как знать, возможно, на основании этого кто-нибудь когда-нибудь скажет, что выборы вообще в принципе не нужны, и все решения мы будем принимать на основе поголовного сканирования наших мозгов. Иногда вы заявляете, что в наших новостях слишком много биологии, поэтому от политической нейробиологии мы переходим к занимательной физике.
В 2016 году ученые заметили, что мощные пучки света иногда могут закручиваться вокруг других пучков света, образуя вихрь в виде пончика. Естественно, они захотели повторить эксперимент в управляемых условиях. Торроидальный вихрь вы наверняка видели в природе. Колечки дыма выпускали ваши друзья или вы сами. Дельфины делают такие кольца из воздуха. Так могут образовываться облака, и даже кровь в нашем сердце может двигаться в таком вихре. И вот схема закручивания.
Кроме в желудочках. После изучения условий, приведших к закручивания света, и применив к нему математику, ученый подчеркивает, что получить такое состояние можно, если взять и решение максимовских уравнений и конформ на их преобразовать для трубок света, то есть для пучков света в виде трубок.
Учёные собрали установку, которая реализовывала математику в реальном мире. Обычные лазеры модифицировали для получения особых пульсаций, добавили зеркал и линз решеток, жидкокристаллических экранов, воздействующих на свет. Вот так выглядит пучок обычного лазера, который пропущен через так называемую решетку с тройной вилкой. Видите, он начинает закручиваться. Поэтому в системе, построенных учеными и обладающей множеством подобных элементов, результат был гораздо эффектнее.
Эта система генерировала импульсы света в виде узких продолговатых трубок, вокруг которых другие импульсы света, обладающие ненулевым орбитальным моментом, могли закручиваться, как воздух в торнадо. Вот так это выглядело. И вот такой бублик получался. В конечном итоге эта работа может помочь в исследовании природы вихрей в принципе, но также может, например, помочь открыть какие-то новые способы передачи информации и данных.
Ну а сейчас мы перейдем к области зубодробительной физики, объединив сразу две крыши: сносные концепции временных кристаллов и кубитов. Для начала, временные кристаллы. Представьте себе обычный кристалл, его упорядоченная там решетка, обладающая некой уникальной конфигурацией, повторяется в пространстве. При этом для изменений этой структуры нужно некое внешнее воздействие. Временной кристалл свою структуру повторяет в пространстве и времени, то есть он изменяется периодично без потребности во внешней энергии на протяжении длительного времени.
Это звучит как вечное движение в некоем основном состоянии. И хотя вечный двигатель, разумеется, невозможен, но в квантовом мире есть лазейка. Если мы закроем глаза и прекратим наблюдать, то вечное квантовое движение будет в порядке вещей. Временные кристаллы, участвующие в эксперименте, о котором я сейчас расскажу, были созданы из квазичастиц магнонов. Это не настоящие частицы, они соответствуют возбуждению системы взаимодействующих спин-офф электронов.
Представьте их себе как волну, которая перемещается по решетке из электронных спин-офф. Получить такую волну можно, охлаждая изотоп гелия-3 до 1 тысячных градусов выше абсолютного нуля. Тогда образуется сверхтекучая жидкость. Держитесь! Атомы гелия в такой жидкости находятся в самом низком энергетическом состоянии и тоже держатся все вместе в большом облаке атомов, перемещаясь все вместе, как один суператом или волна материи.
А временные кристаллы образовывались именно в этой среде, именуемой конденсатом Бозе-Эйнштейна, и состояли из триллионов магнонов. Когда двум временным кристаллам позволяли соприкоснуться, они начинали обмениваться магнонами. Этот обмен влиял на осцилляции, то есть пульсацию временных кристаллов, создавая единую систему, способную работать в двух дискретных состояниях.
Кажется, нужно немного нашатыря, ведь это еще не все! Мы же говорим про квантовый мир, а в квантовом мире два состояния, например 1 и 0, могут принимать любые значения между нулем и единицей, пока мы не смотрим. Это некий вариационный микс из этих значений. Именно так в общем-то и описываются кубиты — базовые единицы информации для квантовых вычислений. А значит, временные кристаллы, работающие в двухпозиционной системе, представляют собой настоящий кубит и предоставляют новые возможности для квантовых компьютеров и симуляции.
До того, чтобы запихнуть кубиты из временных кристаллов в квантовые компьютеры, еще далеко. Есть еще определенные сложности со всеми этими магнонами в сверхтекучих жидкостях, но похоже, что принципиальных ограничений для этого все же нет, и это квантово прекрасно.
А еще на этой неделе появилась новость, что физики создали непрерывный временной кристалл. Он устойчив к внешним воздействиям, но при этом спонтанно нарушает непрерывную симметрию времени. Но объяснение этой новости находится где-то за гранью добра и зла, поэтому лучше мы просто оставим ссылку на статью в описании.
Лучшей же новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что бактерии сальмонеллы в микрогравитации, характерное для пребывания в космосе, на генетическом уровне усилили свои способности к заражению человека, улучшив работу генов при креплениях клеткам, подвижности и проникновения. Подробности при щелчке по подсказке.
Ну что ж, а на этом на сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Как обычно, вы можете проголосовать за самую интересную новость этого выпуска в нашем Telegram-канале, а там же вы можете обсудить эти новости со своими единомышленниками. Не забудьте, пожалуйста, подписаться на QWERTY здесь на Ютубе, в нашем Телеграм-канале, щелкнуть колокольчик, если вы этого еще не сделали, и поделиться этим видео со своими друзьями.
До скорых встреч! Пока.
[музыка]