Кот Шрёдингера в реальности. Новый вид «карты» мозга. Вояджеры продлены. Новости QWERTY №256
Всем привет. Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир. Помните ли Вы оттавиус? Во-первых, он классный, а во-вторых, японцы придумали девайс, который очень напоминает мне его щупальца. Единственное, это все же руки.
Носимый на спине роборуки - система модульная. К платформе, которая крепко крепится на спину, можно прикрепить до 6 Робо рук. Они вставляются в специальные управляющие слоты. Сама платформа весит 4 кг, каждая рука примерно по два с половиной. Их длина фиксирована и в вытянутом состоянии совпадает с вытянутой вперед человеческой рукой.
В принципе, ладони можно заменить и на клешни, так будет чуточку симпатичнее. Самый большой вопрос, который хочется задать, это: а что с управлением? Пока что оно осуществляется либо через аналог джойстика, который выглядит как уменьшенная копия всего устройства, либо удаленно с компьютера. Причем если управлять более чем одной рукой одновременно, то потребуется еще один оператор.
Но мы-то с вами знаем, что для нормального управления такими руками нужен чип, который встраивается в нервную систему. И действительно, инженеры собираются в следующих версиях добавлять нейроинтерфейс. Даже не знаю, зачем мне бы понадобились такие роборуки, если только для того, чтобы держать камеру. А как бы вы их использовали?
Мечтать о таких вещах совершенно не вредно, ведь в конце концов мы начинаем выпуск самых интересных новостей науки за предыдущую неделю. И как обычно, все ссылки на источники и подробности в описании.
[музыка]
Вояджеры – очень долгоиграющие ребята. Отчасти это из-за того, что энергию им дают радиоизотопные термоэлектрические генераторы, вырабатывающие электричество из тепла распадающегося плутония. Логично, что запасы плутония конечны и со временем энергии получается всё меньше. Поэтому инженерам приходится отключать что-то из нежизненно важного оборудования.
Но тут внезапно оказалось, что не все резервы задействованы. Инженеры NASA вспомнили о системе стабилизации питания. Система защищает внутренний контур от перепадов напряжения, но так вышло, что за десятки лет она почти не использовалась. Если её отключить, то энергии вояджеру 2, точнее его оставшимся приборам, хватит до 26 года. Получается, срок миссии составит целых 49 лет!
Неплохая альтернатива отключению научных инструментов, особенно учитывая, как далеко забрались вояджеры и насколько важную научную информацию они сейчас поставляют. Ну и если всё пойдёт хорошо с системой стабилизации питания, точнее с её отсутствием, что эту же схему попробуют применить и к первому вояджеру.
Объект Мессье 87 наверняка вам очень хорошо знаком. Именно насчет него сказали в 2019 году, чтобы было получено первое в мире изображение тени черной дыры. Тогда весь мир облетел вот этот снимок тени сверхмассивной черной дыры в центре Галактики М87, созданный после обработки огромного количества данных, полученных с телескопа горизонта событий. Да, это был научный прорыв 2019 года, но разумеется, на этом исследование М87 не закончились.
Активное ядро – это Галактика, сверхмассивная черная дыра массой примерно 6,5 миллиардов солнечных, выбрасывает струи материи, релятивистские джеты, движущиеся около световой скорости. Понимание их природы важно для астрономов, но точно механизм появления джетов откуда-то из регионов вокруг черной дыры не до конца ясен.
И вот, и это новое изображение Галактики М87, на котором одновременно представлена вращающаяся вокруг черной дыры и корень джета, это первое подобное прямое изображение одновременно двух объектов. Эта картина невиданная никогда ранее и, возможно, она поможет приоткрыть завесу тайн. Полученное изображение было при помощи сети из 14 радиотелескопов в Америке, Европе и Гренландии, которые превратили Землю в один гигантский интерферометр.
Если присмотреться, то видно, что джет возникает рядом с чёрной дырой. Вращающаяся вокруг дыры материя разогревается и спускает свет. Какую-то часть этого света дыра захватывает, какую-то искривляет, и в итоге получается кольцеподобная структура, которую мы и видим. Земли чернота в центре – это тень черной дыры.
Мы видели её ещё в 2019. Теперь же учёные объединили предыдущие данные, собранные на длине 1,3 мм, и новые, собранные позже на длине три с половиной миллиметра. Что позволило добавить изображение джета, стартующего прямо от кольца. Толщина джета, кстати, оказалась больше, чем в теории. Думается, что это из-за того, что не были учтены какие-то излучающие компоненты вроде ветров от аккреционного диска.
Что интересно, кольцо на новом изображении тоже оказалось на 50 процентов больше. Так что видимо какую-то часть материи мы просто не видели при помощи телескопа горизонта событий. Дальнейшее изучение вот этого объекта на разных длинах волн поможет, наконец, понять, а каким же образом образуются релятивистские джеты.
Если где-то в нашем теле и можно продолжать делать открытия пачками, то это наш мозг. Белых пятен хватит еще на поколение вперед. Посмотрите на этих замечательных ребят. Это не шаржи и не карикатуры, это гомункул. А если точнее, то это гомункулы Пенфилда по имени учёного, их придумавшего.
Они отражают связь между участками коры головного мозга, точнее их площадями, и частями нашего тела, которыми есть части, управляют. Есть гомункул сенсорный, то есть нацеленный на ощущения, есть моторный, демонстрирующий, какая площадь под управление движениями. Он даже более непропорционален.
Кстати, почему они так выглядят? Просто языку и пальцам нужно больше ресурсов мозга. Они очень чувствительны и подвижны, а какие-нибудь бедра чувствуют слабее и двигать ими не так сложно. Вот мозг и отводит значительную часть карен управления руками и гораздо меньше на управление ногами. Эта модель работала примерно 70 лет, и сейчас её моторную часть наконец-то решили перестроить.
Ведь дело в том, что была обнаружена вторая двигательная система. В экспериментах людей просили выполнять множество разных движений и регистрировали отклик мозга через функциональную МРТ. При этом определялись не только импульсы, непосредственно отправляющиеся к конечности, но и сигналы, гуляющие между разными участками мозга.
Кроме того, что двигательные сигналы в целом подтвердили структуру гомункула, но обнаружилось нечто новое. Посмотрите на правый новый рисунок. На нём зоны коры сгруппированы в три участка, отвечающие за нижнюю часть тела, за руки и за голову. При этом, чем дальше часть тела находится, тем более центрально в участке коры она расположена.
Например, пальцы рук в центре зоны, а по краям уже локти и предплечья. Это сильно отличается от старой левой схемы. Но и это еще не все. Между крупными участками коры, отвечающими за отдельные части тела, обнаружились новые участки, которых вообще ранее не было в понимании Пенфилда.
Посмотрите, образно говоря, новые участки отвечают как бы за всё тело. У этих участков много связей друг с другом и с остальными зонами, причем не только с двигательными, но и отвечающими за кровяное давление, за восприятие боли, за планирование действий. Они координируют движение сразу нескольких групп, хотя при этом непосредственных двигательных сигналов конечности не направляют.
Это открытие крайне полезно; оно может помочь при работе с двигательными расстройствами. Интересно, что возбуждение в координирующих участках начинается раньше всего тогда, когда начинают зарождаться сама идея движения. Хочется спросить, а не происходит ли это еще до того, как мы задумались о движении? Это привело бы нас к идее тотальной предопределенности и вообще симуляции Вселенной, но таких данных в том эксперименте просто-напросто не было.
Кстати, у детей до 1 года координационные зоны неактивны, то есть они просто ещё не успели построить какие-то нейронные связи и не умеют, поэтому дирижировать сложными действиями. Знаете, кто любит толстых котов? Учёные. Если это коты Шрёдингера, разумеется, это не настоящие коты, которые хорошенько отъелись. Это макрообъекты, которые находятся в состоянии суперпозиции.
Все помнят первого кота Шрёдингера, который был и жив, и мертв. Это время в ящике с ним был радиоактивный атом, который мог распасться, запустить счетчик Гейгера и вызвать яд. Но обычно суперпозиция – это что-то из квантового мира. С макрообъектами происходит дикогеренция, то есть выход из удивительного состояния суперпозиции.
Однако учёные постоянно приподнимают планку, и перевод в состоянии позиции все более крупных объектов – это уже далеко не отдельные частицы. Но, как дань уважения Ирвину Шрёдингеру, такие состояния называются кошачьими. В лабораториях кошачье состояние создаются, конечно же, не у котов, а у кристаллов, которые спускают акустические волны.
В новом эксперименте участвовала сапфировая пластина толщиной 400 мкм. К одной её стороне был прикреплён пьезоэлемент, в пару десятков микрометров. Он был связан со сверхпроводящим кубитом через ёмкостную связь. В этой установке пластина была катом, а кубит – суперпозиции.
Ну или один был тем самым атомом, который мог распасться и выпустить яд, убивающий кота. Разница в том, что кубик запускает не счетчик Гейгера, как радиоактивная молекула в начальном эксперименте, а позволяет создавать электрическое поле. Когда пластина вибрирует, это поле взаимодействует с полем самого кубита, и поэтому состояние суперпозиции кубита может быть передано кристаллу.
В итоге, сообщила, помогла одновременно вибрировать и спускать звуковые волны сразу в двух направлениях, например, вверх и вниз, то есть быть сразу и живым, и мертвым. Эта пластина на данный момент самый тяжелый макрообъект, который поместили в состояние суперпозиции. Самый тяжелый кот Шрёдингера весом 16 микрограмм – это уже примерно как вес отдельной песчинки, то есть в миллиарды раз тяжелее отдельной молекулы.
Важно, что у этого кота, пусть даже и выглядящего как сапфировая пластина, колебания были макроскопические, различимыми, то есть отличались от случайных тепловых или квантовых флуктуаций. И пусть они были всего лишь в одну квадриллионную долю метра. Так что когда-нибудь мы обязательно выясним, что же мешает проявлению квантовых эффектов в макромире.
Лучше новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что кажется, впервые графен проиграл чему бы то ни было. И это что-то оказалось самоочищением атмосферы от разнообразного техногенного загрязнения. Мы рассказали о том, что гидроксид, который связывает десятки вредных соединений в атмосфере, образовывается, как оказалось, очень простым путем.
Для этого ему не нужны катализаторы, как считалось ранее, а нужны лишь маленькие водяные капли на границе раздела фаз воды и воздуха. При содействии сильного электрического поля образуется этот важный ион. Затем он инициирует реакции, которые разрушают вредные вещества вроде диоксида серы или углеводородов и выводит их из атмосферы, иначе они бесконечно накапливались бы в ней.
Теперь учёные предлагают провести независимые исследования, подтверждающие это открытие, и начать эксперименты с реальной атмосферой. Ну что, на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр. Мне будет очень приятно, если вы поставите лайк этому видео и поделитесь им со своими друзьями.
Как обычно, проголосовать за самые интересные новости выпуска можно в нашем Telegram-канале. И до скорых встреч! Пока.
[музыка]