Сроки запуска ИТЭР и настоящее движение сперматозоидов. Главное на QWERTY №135
[музыка] Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал Qwerty, а меня зовут Владимир. Сегодня понедельник, а значит самое время узнать о самых интересных новостях науки предыдущей недели. В этом ролике что же особенного в туннелировании частиц, когда уже наконец запустят Питер, удалось ли ученым оживить столетнюю миллионы лет неорганизму и как же на самом деле движутся сперматозоиды. Все подробности по ссылкам в описании.
Ну а лучшей новостью прошлого выпуска стала новость про то, что физики впервые измерили время туннелирования частиц. Подробности при щелчке по подсказке. Ну а чтобы опробовать фразу одного очень известного человека: "А шарлатанов и хороших объяснениях, пожалуйста, позовите к своим экраном детей, желательно восьмилетних". Поставьте пока что видео на паузу.
Итак, туннелирование частиц можно объяснить достаточно просто. Если выйти на макроуровень и предложить некую аналогию: представьте себе две горы и мяч, который вы отпускаете прокатиться с первой из них. Его энергии достаточно, чтобы забраться на склон второй горы, но не выше того уровня, с которого его отпустили, а по факту и ниже, потому что есть трение, сопротивление воздуха и так далее. Причина такого поведения мяча — принцип сохранения энергии, то есть ни при каких обстоятельствах мяч не окажется по ту сторону второй горы и не перекатится через нее.
Приложение силы к мячу мы не рассматриваем, потому что это увеличило бы его энергию. Но переходя в квантовый мир, мяч мы представим не частицей, а волной, поэтому его позиция будет характеризоваться амплитудой этой волны. Вероятность оказаться в какой-то точке у него тем выше, чем больше амплитуда для этой точки. Но волны есть хвостик, проходящий сквозь гору, а значит, у мячика есть небольшая вероятность оказаться внутри горы или даже за ней, хотя энергии преодолеть гору по честному у него все еще нет.
Как и в случае с экспериментом из предыдущего ролика, барьер не обязан быть сплошной стенкой, это может быть более нематериальная зона, пучок лазера, например. Для его преодоления частицы в общем случае нужна дополнительная энергия, если, конечно, она не туннелирует. О, все! А теперь попросите своего ребенка рассказать, что же он понял, и запишите, пожалуйста, это в комментарии. Очень интересно!
А еще интересно, что квантовое туннелирование нужно солнцу, чтобы жарить. Для преодоления кулоновского барьера между атомами водорода, точнее их протонами, давление и жара самого светила не хватило бы, и термояд не запустился бы. А с квантовым туннелированием, сами сближаются до такой степени, преодолевая кулоновский барьер, что начинается термоядерный синтез.
Из-за того, что мы говорим о волновых функциях, рассматривая частицы, можно посчитать, что скорость перехода частицы через барьер сверхсветовая, то есть для этого вообще не требуется времени. И были такие эксперименты с фотонами, но чтобы представить себе сверхсветовые процессы при, например, фотосинтезе, а для него, между прочим, тоже требуется квантовое туннелирование, нужно быть очень смелым. Поэтому физики так много времени уделяли измерению времени туннелирования.
На мои упоминания спина атома в сочетании с его продолжительностью, я получил комментарий, говорящий, что это некорректно. Что же верно, поэтому приведу фразу из статьи по этому поводу: "Локализуем псевдомагнитное поле внутри барьера. Мы использовали процессии спина атомов в качестве часов, способных измерить время, которое требуется атомом для пересечения запрещенного в классическом понимании региона". Наверное, так будет понятнее и правильнее. Про это детей, пожалуй, не спрашивайте.
А теперь к новостям. Термоядерный синтез не только на солнце — это мечта многих физиков, и очередные шаги на пути к нему уже сделаны. Сборка экспериментального термоядерного реактора ИТЭР стартовала во Франции. Это будет один из самых технически сложных объектов на земле стоимостью в 20 миллиардов долларов. Россия и Казахстан наряду со многими другими странами вносят вклад в этот грандиозный проект.
По сути, это токамак — тороидальная камера с магнитными катушками в центральной вакуумной полости, похожий по форме на торт или на пончик массой 5 тысяч тонн. И происходит реакция слияния легких ядер с образованием ядерных элементов, высвобождающих энергию — много энергии. Температура для таких реакций требуется в несколько сотен миллионов кельвинов, что, кстати, явно больше температуры в ядре солнца. Напомню, всего 15 миллионов.
Ни один материал такое обращение не стерпит, превратившись в пепел, поэтому плазму удерживает магнитное поле 48 сверхпроводящих катушек общей массы под 10 тысяч тонн. Обычно магнитики вешают на холодильник, но в 4 — на оборот вокруг магнита обернута реостат, поддерживающий всю конструкцию и играющий роль вакуумного термоса, а потом еще слой бетона, чтобы не плодить снов COV и псевдособак. На самом деле их разгладить даже в случае катастрофы не получится, потому что уровень радиации гораздо меньше, чем на классической.
А с топливом для этого служит смесь изотопов водорода — дейтерия и трития. Причем при старте реактора она впрыскивается в камеру в виде газа, затем ионизируется и превращается в шнур плазмы. А вот для добавки топлива их замораживают в гранулы и выстреливают ими в плазму из ледяной пушки со скоростью 1 километр в секунду. Плазма должна родиться к двадцать пятому году. Около 2035 начнутся полноценные эксперименты. В конце концов, это не промышленный реактор, а всего лишь экспериментальная установка.
К этому времени те ребята, которых мы звали к экранам в начале ролика, закончат университеты, и нужно, чтобы еще через какое-то время они желали друг другу "спокойной плазмы", как пирса наши Стругацкие.
Трансгрессируя дальше, человек — довольно странное существо. Я думаю, все были бы рады повертеть в руках некую 100-миллионолетнюю окаменелость, трофеи, артефакт. Но если бы вам сказали, что это штуковина может ожить? Да ну нафиг! Особенно в 2020. Но японцы с американцами решили взять на себя роль Франкенштейнов и оживили бактерии, поднятые со дна морского, а точнее, еще глубже.
Представьте себе, 6-километровую морскую бездну Тихоокеанского круговорота и такую морскую пустыню — его дно. А теперь бурим еще на 100 метров вглубь. Все началось с вопроса: "А будет ли там мертвая зона или жизнь тоже может существовать даже в такой бедной среде?" Сколько микробов могут прожить в обстановке почти полного отсутствия пищи? Морское дно покрыто осадочным слоем из всякого песка, мусора и морского снега. Да, да — это органические частицы разлагающихся растений и животных, выпадающие из верхних слоев воды.
Конечно, он кишит микробами. По некоторым оценкам в этом слое содержится до сорока процентов всех бактерий Земли, а это, на минуточку, больше одного процента всей биомассы планеты. Но вот глубже с едой все очень плохо. В общем-то, как из кислорода подводные аппараты вы сверлили керн с морского дна, осадок накапливался со скоростью около одного-двух метров за миллион лет, и, похоже, аэробные бактерии, то есть нуждающиеся в кислороде, были пойманы в ловушку во время отложения пород вулканическими, глины и так далее. Но они выживали в этих условиях десятки миллионов лет.
Образцы, насчитывающие по разным оценкам от 5 до 100 миллионов лет, отфильтровали, выделили из них бактерии и поместили их в чистые инкубационные условия, и вместо того, чтобы оказаться ископаемыми останками, они начали есть, расти и делиться. Вот так мигают с зеленым светом очищенные от осадочного слоя бактерий. Затем им дали немного кислорода — одну шестую долю от атмосферного и питательные вещества. За 70 дней бактерии расплодились в десятки тысяч раз, 99 процентов всех образцов возродились к жизни. Многие стали образовывать споры. Видимо, обмен веществ этих бактерий настолько... ни за что время для их коммуны пролетало незаметно. На Земле прошли эпохи, они едва эволюционировали.
Это, кстати, было бы очень интересно исследовать дальше. Так что, кто прозябает на дне океана? Не микроскоп изобрел не Левенгук за 84 года до его трудов — он был представлен в Голландии, но именно Левенгук усовершенствовал его до такой степени, что в него стало возможным рассмотреть одноклеточные объекты. В 1674 только после этого ученые смогли увидеть эритроциты, дрожжи, бактерии и сперматозоиды. Их называли именами зверьками, и впервые они были описаны Левенгуком в 1677 году.
Открыл, кстати, их не он — рассмотреть их порекомендовал Ребенку, его друг. Забавно, что Левенгук сразу заявил, что сперматозоиды участвуют в зачатии, а вот весь остальной научный мир считал их паразитами и отдавал оплодотворяющей роль семенной жидкости. Нет, я не знаю, почему даже в 18 веке, еще почти сотню лет после открытия сперматозоидов, они считали, что у всего мужского населения должны быть паразиты в половой системе. Наверное, это как-то связано с само зарождением жизни — тоже очень популярная теория в те времена.
Если говорить о спортивных дисциплинах, то сперматозоиды — пловцы. Их движение к финишу в жидкости вроде бы хорошо изучено и выглядит как движение змеи на плоскости, благодаря волнообразным движением жгутика туда-сюда симметрично. Но вот оболочка у жгутика асимметрично, да и, скажем, мужские половые клетки оставляют за собой асимметричные волны. Ученые решили направить на движущуюся здоровую сперматозоиды сверхскоростные камеры, делающие более 50 тысяч кадров в секунду, да еще и в разных проекциях.
Пришлось анализировать образцы дополнительно при помощи пьезоэлектрического устройства, регистрируя ускорение, давление и действующие силы, чтобы добиться трехмерности. Это позволило создать 3D модель движущихся семян их зверьков, как видите, на самом деле это движение совсем не похоже на пол и не на змеи, а выглядит как винчивание штопора в постоянном в одну сторону. Хвост совершает только одностороннее движение и без вращения вокруг своей оси сперматозоид просто ходил бы по кругу.
Видите, головка при таком движении тоже вращается. При движении образуются две волны — стоячие и бегущие. При их наложении, при взгляде сверху, и создавалось ощущение, что сперматозоид виляет хвостом в разные стороны. Ошибочное ощущение, а в реальности две асимметрии породили симметрию. Бывают болезни, при которых подвижность мужских половых клеток — снежинок — для некоторых людей это проблема, и знания о природе движения могут в перспективе помочь таким людям.
В шестнадцатом году к сперматозоидам даже предлагали прикрутить на двигатель, тоже, кстати, создающий движение по спирали. Высокие технологии в каждый дом! Ну что ж, а на этом сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно в прикрепленном комментарии к этому видео. Там будет несколько вариантов ответа. Оставляйте свое мнение и мнение своих детей в комментариях, и не забудьте подписаться на Qwerty здесь, на Ютубе, в Инстаграме и Телеграме. Я на скорых встреч! Пока! [музыка] Вот [музыка]