Суперпозиция живого объекта? Паркер прикоснулся к Солнцу. Бактерии и пластик. Новости QWERTY №198
Из этого ролика вы узнаете, как человечество докоснулось до солнца, как строить живое существо в квантовую систему, как выглядит гекконовская рука, поможет ли при родах переработать горы пластика и чем отличился российский нейтринный телескоп.
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY, а меня зовут Владимир. 12 декабря Шри-Ланка, а точнее ее власти, представила на суд общественности, вроде бы как, голубой сапфир из натурального корунда, который весит 300,10 килограммов. Местные геологи, естественно, заявили, что это один из самых редких драгоценных камней в мире. Обнаружили его в районе Ротнапура. Это буквально столица драгоценностей Шри-Ланки. А выставили не в выставочном зале, а в доме владельца шахт в населенном пункте Харона.
Ну а группа буддийских монахов прочитала благословение над камнем перед демонстрацией. Прибавила ли это достоверности словам представителей Шри-Ланки, доподлинно неизвестно, но зато все остальные самые интересные новости науки за предыдущую неделю будут сопровождаться ссылками на источники, которые, если вы желаете, сможете найти в описании.
Классная новость с Байкала! Нейтринный телескоп "Байкал-DVA", ввод в эксплуатацию которого мы рассказывали в этом марте, зафиксировал нейтрино высоких энергий. Источником этого нейтрино был очень яркий блазар в далекой-далекой галактике. Очень активное ядро галактики, содержащее в себе сверхмассивную черную дыру. В ядерном горниле блазара, а точнее в его окружении, и рождаются легкие, незаряженные, почти не взаимодействующие с материей нейтрино сверхвысоких энергий.
Первоначально, 8 декабря, нейтрино из участка неба, соответствующего этому блазару, зафиксировал знаменитый "АйсКьюб" в Антарктиде. Энергия нейтрино была 172 тераэлектронвольт. Через 4 часа нейтрино с энергией в 43 тераэлектронвольта был зарегистрирован Байкалом. А это значит, что впервые два нейтринных телескопа зафиксировали нейтрино, источником которых была одна вспышка от одного астрономического объекта.
Еще чуть больше о космосе. Хотя 8 сближение солнечного зонда "Паркер" с Солнцем состоялась еще в апреле этого года, основные результаты этого события опубликовали вот только сейчас. Их озвучили на одной из конференций. И знаете что? Впервые в истории рукотворный аппарат прикоснулся к Солнцу, точнее к верхней части его атмосферы.
Король значение этого колоссально! "Паркер" уже совершил несколько открытий, включая обнаружение зигзагообразных магнитных структур в солнечном ветре, "switch backs" или обратных переключений. Хотя я вообще бы перевел этот термин как "американские горки". И вот сейчас, сократив расстояние до Солнца в два раза, "Паркер" смог выяснить, где обратные переключения "switch backs" берут свое начало. Это фотосфера Солнца.
Но суть не в этом. В отличие от Земли, у Солнца нет твердой поверхности, но есть горячая атмосфера, состоящая из солнечного вещества, связанного с Солнцем гравитацией и магнитными полями. Высокое давление и жара Солнца отталкивают вещество все дальше, постепенно пересекая границу, за которой гравитация и магнетизм уже не могут удержать его. Эта граница, известная как критическая поверхность Альвина, обозначает конец солнечной атмосферы и точку возникновения свободного солнечного ветра.
Солнечное вещество становится солнечным ветром, утягиваемым за собой петлями магнитных полей. За критической поверхностью солнечный ветер движется так быстро, что волны внутри ветра не могут распространяться настолько быстро, чтобы вернуться назад к Солнцу. До недавнего времени физики не были уверены, где пролегает критическая поверхность Альвина, поэтому, когда приборы во время 8 сближения, когда "Паркер" находился в среднем на расстоянии чуть менее 19 солнечных радиусов от Солнца, зафиксировали особые характеристики магнитного поля и окружающих частиц, стало ясно, что впервые аппарат пересек критическую поверхность и погрузился в солнечную атмосферу.
Сделал он это трижды, что говорит о том, что критическая поверхность Альвина - это не гладкая, а очень даже морщинистая сфера. В свое первое погружение из трех "Паркер" пересек образование в короне, называемое псевдостримерами. Такие структуры даже видны с Земли во время полных солнечных затмений. Это было примерно как пролететь сквозь глаз бури. Частицы успокоились, окружение утихло, количество обратных переключений упало.
Все погружение в атмосферу длилось всего пять часов, но за это время были собраны материалы по солнечному ветру, который еще не стал свободным, а только приближался к критической поверхности Альвина. Со стороны Солнца его называют "субальвинистким потоком солнечного ветра". И вот так выглядит реконструкция магнитного поля короны в зоне прохождения "Паркер".
Следующий облет будет уже в январе, и "Паркер", скорее всего, опять погрузится в солнечную корону. В августе он тоже в нее, наверняка, погружался, но данные до нас пока еще не дошли. Но не могу я не показать вам робо-пальцы как у геккона. Гекконы умеют ходить по стенам, как человек-паук. Но вот человек-паук по стенам ползать был бы не способен из-за своего веса, точнее, площади контакта со стеной. Существу массы из Питера "Паркеру" необходимо 80 процентов всей поверхности тела, тогда силы Ван-дер-Ваальса было бы достаточно, чтобы удержать вес на вертикальной поверхности.
Кажется, я немного отвлекся. У геккона масса небольшая, поэтому его лапки сплошь покрыты пластинками и крючками, которые создают силу Ван-дер-Ваальса. Этой силы хватает, чтобы удерживать вес на несколько порядков больше, чем вес гекконов. Но это лишь потому, что после прыжка на вертикальную поверхность нагрузка на лапке возрастает. Поэтому сила должна быть выше, чтобы геккон не падал. При этом даже такой силе геккон спокойно противостоит, когда меняет угол наклона лапки, чтобы оторвать ее от поверхности.
Ну а так как объем при увеличении размеров растет как куб, а площадь поверхности всего лишь как квадрат, понятно, почему человека-паука в том образе, который мы знаем, существовать просто не может.
Вот робо-клешня с гибкими мужскими пальцами вполне может! Новизна конструкции по факту в том, что в ней есть четыре независимых пальца. Так-то Ван-дер-Ваальтовские захваты применялись и ранее, но в более простых механизмах. На новых пальцах расположены множество микропластинок под определенным углом. За сгибание и разгибание пальцев отвечают по два мотора с тросиками.
Новизна в том, что под липкими пластинками расположены упругие ребра, которые при сжатии создают сдвиговые напряжения и тем самым придают по стенкам еще большую клейкость. На испытаниях роба-клешня смогла удерживать предметы разных размеров и форм. Так сказать, гладкости. Гиперщепоткой удержала яйцо, вот такую мини-тыкву удержала сильным захватом и даже большая по размеру пластиковое ведро удержала широкоугольным хватом. Прототип, кстати, назвали "Фарм-рукой".
Очень интересное, хотя и не очень конкретное исследование затронуло мир бактерий, которым приходится приспосабливаться к жизни в мире, измененном человеком. Учитывая, что бактерии умеют находить применение чуть ли не всему подряд, что попадается им под руку, то закономерно гипотеза о том, что все чаще они будут обращать свое внимание на пластик. Мы не раз рассказывали о том, что некоторые бактерии умеют расщеплять пластиковые полимеры.
Задача ученых — развить в них такое умение и приспособить его для промышленной переработки. Если в лабораториях уже исследовались ферменты, производимые такими бактериями, то можно выделить их ключевые характеристики и затем попытаться выяснить, производят ли они подобные белки все другие бактерии. Причем для этого будет достаточно всего лишь проанализировать их ДНК. Они перебирают каждый фермент, ручные образцы ДНК. Для этого исследования брали со всего мира, извлекали их из окружающей среды, из почвы и из морской воды.
В итоге оказалось, что в такой бактериальной ДНК есть участки, кодирующие целых 30 тысяч белков, которые потенциально имеют возможность разлагать 10 видов пластика. Чтобы сказать точнее, разлагают ли они его на самом деле, уже понадобятся лабораторные тесты. Но из 30 тысяч, наверняка, найдутся действенные образцы.
Интересно, что анти-пластиковые участки ДНК встречались тем чаще, чем ближе место забора образцов было к тем местам, где концентрация пластика выше. Например, с глубоких морских водах логика тут такая: пластик туда попадает более измельченным, а такой пластик бактериям проще обработать. Значит ли это, что природа таки поможет нам справиться с той свалкой, которую мы устроили на нашей планете?
Квантовые и биологические системы очень редко обсуждаются вместе. Квантовые объекты обычно очень маленькие, холодные и хорошо контролируемые, а биологические — большие, сложно организованные, теплые и влажные. Хороший, хоть и не единственный пример — этот парадоксальный теплый и влажный... да, именно так и говорят физики насчет биологических объектов кота Шрёдингера.
Вот ученые решили преодолеть этот барьер, встроив в квантовую систему тихоходок. Не буду подробно останавливаться на уникальности этих миниатюрных беспозвоночных, скажу лишь, что они могут выдерживать экстремальные условия лучше всех на этой планете, включая колоссальные дозы радиации и минус 273 градуса по Цельсию в течение часа, заморозку в жидком гелии в течение 8 часов, давление до 70 тысяч атмосфер. Их устойчивость объясняется во многом благодаря ангидробиозу.
Впадая в который, тихоходки выводят до 99 процентов воды из своего организма, втягивают конечности и превращаются в подобие бочонка с почти полным отсутствием метаболизма. Исследователи охладили тихоходку до 10 милль и кельвин в вакууме и использовали ее в качестве диэлектрика в конденсаторе, который в свою очередь стал частью сверхпроводящего трансмодного кубита.
Частицы легко могут находиться в состоянии суперпозиции. Это когда их квантовое состояние описывается как сумма возможных состояний. Для кубита это сразу и ноль, и единица. Для фотона и отрицательная, и положительная спиральности. Более того, если объект суперпозиции взаимодействует с другим объектом, то они переходят в состояние квантовой запутанности. Тогда, измерив одну частицу, мы сразу будем знать состояние 2, где бы она ни находилась.
Но вот для живых макрообъектов суперпозиция не очень-то достижима. Никакой квантовой запутанности речи вообще не идет. Но достичь этого очень хочется, и поэтому ученые уже экспериментировали с квантовой запутанностью бактерий и сейчас делают это с тихоходками. Тихоходка в эксперименте была эквивалентом электрического куба со стороной в 100 микрометров. Она представляла собой практически еще один кубик.
Поэтому следующим шагом было связать трансмодный кубит с тихоходкой и еще с одним кубитом и перевести их состояние в суперпозицию. В такой системе у кубита с тихоходкой могло быть два состояния, и у другого кубита тоже два состояния. Вместе это дает матрицу вероятности, теоретическую модель и измеренное состояние, который вы видите сейчас. Степень совпадения между теорией и измерениями при помощи томографии квантовых состояний составила 82 процента через 420 часов экспериментов.
Тихоходку отогрели далее в воде для выхода из ангидробиоза и вручили сертификат температурной выживаемости при низком давлении, при 10 милль и кельвин. Предыдущий рекорд был пятьдесят милль и кельвин. Конечно, очень хочется сказать, что тихоходка вошла в состояние квантовой запутанности с кубитом и находилась в суперпозиции. Но запутанность двух кубитов не означала запутанность одного из них с тихоходкой. Некое влияние на квантовую систему она оказывала, но для полной картины нужно больше измерений и более стерильные условия, так что все еще впереди.
И кстати, это та же группа ученых, которые получили Шнобелевскую премию за намагниченных тараканов. Самой интересной новостью прошлого ролика стала новость про то, что ученые отыскали новое вещество, способное эффективно убивать сине-сценные, то есть старые, дряхлые, не делящиеся клетки и предотвращать выделение ими веществ, отравляющих соседние клетки.
Это вещество — сенолитик проционе дин. Содержится в экстракте виноградных косточек. Процент один в экспериментах, продлил жизнь мышей на 9 процентов. Подробности при щелчке по подсказке. Для понимания особенностей работы сенолитиков, веществ, избавляющих от старых клеток, нужно знать, что с такими клетками умеет работать и иммунная система человека. Однако со временем она ослабевает, и потому старые клеточные накопления достигают критических объемов.
Сенолитики или их сочетания, скорее всего, не смогут в одиночку продлевать жизнь сколько-нибудь значительным образом, но их вклад в совместную работу генной терапии, какого-нибудь лечебного голодания и других методов будет неоценим в будущем, позволяя нам на собственной шкуре познать, почему это эльфы такие холодные и злые.
Ну что ж, а на этом на сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Вы можете оставить свое мнение в комментариях, проголосовать за самую интересную новость выпусков в нашем телеграм-канале и подписаться на QWERTY, если вы этого еще не сделали. До скорых встреч! Пока!