shebuk

shebuk

Пикабушник
48К рейтинг 469 подписчиков 26 подписок 440 постов 181 в горячем
Награды:
10 лет на Пикабу
277

«Ну и кто это заказывал?» Пять открытий в науке, которые были случайными

Далеко не все открытия в такой науке, как физика, совершаются целенаправленно. Порой самые значимые данные ученые получают неожиданно.

При изучении научного метода первым делом на ум приходит четкая процедура, которой можно следовать для понимания некоторых естественных феноменов. Начните с идеи, проведите эксперимент, а затем в зависимости от результата либо подтвердите, либо опровергните эту идею. Однако реальный мир намного запутаннее. Иногда при проведении эксперимента можно получить абсолютно отличный от ожидаемого результат. В некоторых же случаях правильное объяснение требует немалой фантазии, выходящей далеко за грани того, что смог бы логически заключить здравомыслящий человек. Можно сказать, что сегодня у нас есть довольно исчерпывающее понимание Вселенной, но история достижения этого понимания полна неожиданностей. И, скорее всего, со временем их будет появляться все больше. Вот пять самых больших из таких «внезапностей».


Скорость света не меняется даже при ускорении его источника


Представьте, что вы кидаете мяч так быстро, как только можете. В зависимости от того, какой это вид спорта, ваш бросок может достигнуть скорости до 45 метров в секунду — и это только при броске рукой. А теперь представьте, что вы едете в поезде или летите на самолете с очень высокой скоростью: скажем, 134 метра в секунду. Если вы сбросите мяч с поезда, двигаясь в направлении броска, насколько быстро он будет двигаться? Сложите скорости — и вы получите 179 метров в секунду. А теперь вообразите, что вместо того, чтобы бросить мяч, вы пускаете луч света. Значит, вы прибавляете скорость света к скорости поезда и… получаете абсолютно неверный ответ.


Именно это было центральной идеей Специальной теории относительности Эйнштейна, однако само экспериментальное открытие сделал отнюдь не он. Это в своей работе 1880 года продемонстрировал Альберт Майкельсон. Вне зависимости от того, пускаете вы луч света в направлении движения Земли, перпендикулярно ему или антипараллельно ему, — это не имеет никакого значения. Свет всегда движется с одинаковой скоростью: cо скоростью света в вакууме (299 792 458 метров в секунду). Майкельсон разработал интерферометр для измерения движения Земли через эфир, а вместо этого проложил путь к Теории относительности. Полученная им в 1907 году Нобелевская премия по сей день остается самым важным нулевым результатом в истории науки.

Интерферометр Майкельсона (сверху) показал незначительное смещение в световых моделях (снизу, сплошной линией) по сравнению с тем, что ожидалось в случае истинности галилеевской относительности (снизу, пунктиром). Скорость света была одинаковой, вне зависимости от того, куда был направлен интерферометр — в одном направлении с Землей, перпендикулярно или в обратную сторону / © Albert A. Michelson/E. Morley


«Недостающая энергия» и открытие «призрачной частицы»


Во всех наблюдаемых взаимодействиях между частицами энергия всегда сохраняется. Она может преобразовываться из одного типа в другой — потенциальную, кинетическую, массу покоя, химическую, атомную, электрическую и так далее, — но не может быть создана или уничтожена. Именно поэтому почти век назад ученые озадачились тем, что в некоторых радиоактивных распадах общая энергия их продуктов была ниже, чем у их реагентов. Это привело Нильса Бора к выводу о том, что энергия сохраняется всегда, кроме случаев, когда она теряется. И хотя Бор ошибался, верные идеи были у Вольфганга Паули.


Паули утверждал, что энергия должна сохраняться, и в 1930 году предложил новую частицу — нейтрино. Этот «нейтральный малыш» должен был не взаимодействовать электромагнитно, но при этом иметь миниатюрную массу и уносить кинетическую энергию. Несмотря на то что многие отнеслись к гипотезе скептически, проведенные в 1950-х и 1960-х годах эксперименты в итоге обнаружили как нейтрино, так и антинейтрино, что привело физиков к разработке Стандартной модели и модели слабого ядерного взаимодействия. Это удивительный пример того, как теоретические предсказания порой наталкивают на удивительные прорывы после разработки правильных экспериментальных техник.


99,9% массы атома находится в сверхплотном ядре


Вы когда-нибудь слышали о «пудинговой модели атома»? Сегодня это звучит странно, но в начале XX века это была общепринятая модель атомов, согласно которой атомы состояли из отрицательно заряженных электронов (ведущих себя как сливы), находящихся в позитивно заряженной среде (ведущей себя как пудинг), заполнявшей все пространство. Электроны можно выбить или изъять из атома, что объясняет феномен статического электричества. Долгие годы модель Джозефа Джона Томсона c маленькими электронами в позитивно заряженном субстрате была общепринятой. Пока ее не решил проверить Эрнест Резерфорд.


Резерфорд считал, что при пуске заряженных частиц (продуктов радиоактивного распада) по тонкому листу золота они целиком пройдут через него. И многие из них действительно прошли, но часть удивительным образом отскочила.


«Это было почти столь же невероятно, как если бы вы стреляли 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанес удар», — вспоминал позже Резерфорд.

Схема эксперимента Резерфорда / © CK12


Он обнаружил, что атомное ядро, содержащее почти всю массу атома, было сжато в объем размером в одну квадриллионную (10-15) от всего размера частицы. Так родилась современная физика, заложившая фундамент для квантовой революции XX века.


Нестабильные высокоэнергетические «родственники» обычных частиц


Зачастую говорят, что прорывы в науке встречают не возгласом «Эврика!», а скорее чем-то вроде «Это забавно». Именно это и произошло в фундаментальной физике. Так, если вы зарядите электроскоп — в котором два листа проводящего металла подключены к другому проводнику, — оба листа получат один и тот же электрический заряд и в итоге будут отталкивать друг друга. Если поместить этот электроскоп в вакуум, они со временем потеряют заряд, хотя вроде бы не должны. Лучшая из предложенных идей касательно этой потери заряда заключалась в существовании высокоэнергетических частиц, «бьющих» по Земле из открытого космоса, — космических лучей — и в том, что электроскоп разряжает продукты этих столкновений.


В 1912 году Виктор Хесс провел эксперименты на воздушном шаре в поисках этих высокоэнергетических космических частиц, буквально сразу обнаружив их в большом количестве и став отцом космических лучей. Если соорудить камеру обнаружения с магнитным полем, можно измерить и скорость, и соотношение массы и заряда на основе того, как изгибается след частицы. При помощи этого метода были обнаружены протоны, электроны и даже первые частицы антиматерии, но удивительнее всего то, что Пол Кунце нашел след частицы, похожей на электрон, но в сотни раз превосходящей его по массе.

Фейнмановская диаграмма, описывающая превращение нейтрона в протон, электрон и антиэлектронное нейтрино, объясняющее проблему несохранения энергии в бета-распаде / © Joel Holdsworth


Существование мюона, «живущего» 2,2 микросекунды, было позднее экспериментально подтверждено и зарегистрировано Карлом Андерсоном и Сетом Неддермейером. Когда о существовании мюона узнал нобелевский лауреат Исидор Раби, он сказал: «Ну и кто это заказывал?»


Позже выяснилось, что и у композитных частиц (вроде протона и нейтрона), и у фундаментальных (кварки, электроны и нейтрино) есть несколько поколений более тяжелых «родственников», а мюон стал первым из открытых представителей второго поколения.


Вселенная началась со взрыва — и выяснили это неожиданно


В 1940 году Георгий Гамов с коллегами предложили радикальную идею о том, что расширяющаяся и остывающая сегодня Вселенная была гораздо горячее и плотнее в прошлом. Если погрузиться глубоко в прошлое, мы получим достаточно горячую Вселенную для ионизации всего ее вещества. Если вернуться еще дальше, распадутся атомные ядра. Эту идею называли Большим взрывом, и согласно ей было сделано два важных предсказания:

Вселенная, известная нам, должна иметь в себе материю, состоящую не только из протонов и электронов, но и из смеси легких элементов, сплавленных вместе во времена ранней, высокоэнергетической Вселенной;

Когда Вселенная достаточно остыла для образования нейтральных атомов, появилось высокоэнергетическое излучение, вечно движущееся по прямой линии, пока она с чем-то не столкнется, сместится в красный спектр и потеряет энергию при расширении Вселенной.

Также было предсказано, что этот «космический микроволновый фон» — или реликтовое излучение — имеет температуру всего на несколько градусов выше абсолютного нуля.

Согласно оригинальным наблюдениям Пензиаса и Уилсона, галактическя плоскость имела несколько астрофизических источников излучения (в центре), но над и под ней наблюдался только практически равномерный фон излучения / © NASA/WMAP


В 1964 году Боб Уилсон и Арно Пензиас случайно увидели остаточное свечение Большого взрыва. Работая с радиоантенной в лабораториях Белла, они обнаружили равномерный шум в любом наблюдаемом участке неба. И это не было Солнце, Галактика или земная атмосфера. Они понятия не имели, что это вообще такое. Ученые решили прочистить внутреннюю часть антенны швабрами, прогнав в процессе голубей, но шум не пропал. Только после того, как они показали результаты физику, знакомому с детальными предсказаниями группы из Принстона (Роберт Дикке, Джеймс Пиблс, Дэвид Уилкинсон и другие) и радиометром, который они строили для регистрации именно этого типа сигнала, стало понятно, насколько важна их находка. Так впервые в истории науки появились данные о происхождении Вселенной.


Оглядываясь на весь объем научных знаний, доступных сегодня, на силу научных предсказаний и на то, как столетия открытий изменили жизнь человечества, хочется думать, что наука — постоянная прогрессия идей. Однако это едва ли можно сказать об истории науки, полной сюрпризов и противоречий. Ученые, работающие на ее переднем крае, сталкиваются с рисками, исследуют новаторские сценарии и «бьют» в цели, по которым никто не бил раньше. Пусть истории, к которым мы обратились в этой статье, и полны успешных открытий, реальная история науки кишит тупиками, неудачными экспериментами и элементарными ошибками. Но, как бы то ни было, открытый ум, готовность и возможность испытывать идеи, а еще способность учиться на основе полученных результатов и пересматривать сделанные выводы — все это помогает не дать науке погрузиться во тьму и стремится к свету новых знаний.

Источник: Naked Science


Читайте также:

Вселенная десяти измерений: как представить дополнительные измерения;

Это все у вас в голове: психосоматика и реальные заболевания;

Компактификация измерений: почему мы воспринимаем только четыре измерения.

Показать полностью 4
65

Хитрый, расчетливый и нереальный: кто такой демон Максвелла

В конце XIX века британский физик Джеймс Максвелл предложил мысленный эксперимент, который, казалось бы, нарушает законы термодинамики. В итоге центрального персонажа этого эксперимента назвали демоном Максвелла. Попробуем разобраться, чем же примечательна эта вымышленная сущность.

Демон Максвелла — гипотетическая сущность, предложенная Джеймсом Клерком Максвеллом в одном из его мысленных экспериментов, предположительно, в 1871 году.


При чем тут демон и Максвелл? В общем говоря, сущность, предложенная Максвеллом, — эдакий противоречащий бог из машины, можно сказать, обнаруживший способ обойти один из самых фундаментальных и неоспоримых законов Вселенной — второе начало термодинамики. Изначально коллеги ученого не восприняли мысленный эксперимент всерьез и даже были сбиты с толку, ведь эта «сущность» могла означать, что наконец-то можно забыть о трате угля и просто бесконечно получать работу, по сути, из ничего.


Однако в реальности все не совсем так. О втором законе термодинамики и энтропии вы можете прочитать в другом нашем материале. А сейчас мы попробуем разобраться, почему демон Максвелла вызвал недоумение у светочей науки конца XIX века.


Демон Максвелла — лазейка в энтропии


Изначально мысленный эксперимент Максвелла был упомянут в переписке ученого с Питером Тейтом примерно в 1867 году. Позже он был представлен общественности в книге Максвелла о термодинамике под названием «Теория теплоты» (Theory of Heat), опубликованной в 1872 году.

Джеймс Клерк Максвелл / © Gresham College


Несмотря на то что сам Максвелл никогда не использовал слово «демон», описывая эксперимент, его агент открывал дверь (в перегородке в нашем ящике с газом) между камерами, как «ограниченное существо». Впервые эту сущность назвал «демоном» Уильям Томсон, известный как Лорд Кельвин, для описания агента Максвелла в журнале Nature в 1874 году. В качестве обоснования он утверждал, что хотел таким образом обозначить посреднический характер сущности и ни в коем случае не собирался делать упор на негативный оттенок самого слова.


Итак, вернемся к эксперименту. Речь идет прежде всего о закрытой системе. Предполагаемый аппарат состоит из простого кубоида, в котором содержится какой-то произвольный газ. Кубоид разделен на две секции равного размера с одинаковой, равномерной температурой. На стенке, разделяющей секции, сидит демон, тщательно отбирающий случайным образом разбросанные частицы так, что все частицы с высокой кинетической энергией собираются в одной секции, а остальные — с низкой кинетической энергией — остаются в другой.


Можно сказать, что этот демон — метафора приспособления или машины, способной тщательно анализировать скорость или кинетическую энергию каждой частицы в каком-либо контейнере. Основываясь на своем анализе, приспособление может точно определить, какие частицы ему следует, грубо говоря, оставить себе, а от каких — избавиться.

Слева: две секции, заполненные газом. Справа: демон Максвелла, открывающий и закрывающий дверь в перегородке между секциями / © J. Hirshfield


Между тем это противоречит общепринятому мнению, что частицы газа при постоянной температуре движутся с одинаковой скоростью. Тем не менее эта же скорость — их средняя скорость, а значит, есть частицы, движущиеся с более высокой скоростью, и есть частицы, движущиеся с более низкой скоростью, сводя все к среднему значению.


При помощи этого процесса — действий демона Максвелла — все частицы с высокими энергиями впоследствии загоняются в одну секцию. Демон повысил температуру одной части ящика по сравнению с другой. Эту избыточную температуру или давление можно использовать для питания турбины либо поршня. Да, из этого следует, что мы получаем энергию буквально из ничего. Другими словами, демон уменьшил энтропию, не затратив при этом усилий.


Необходимо понять, однако, что коварный демон применил свои уловки и в итоге смог противоречить закону энтропии, но закон сохранения энергии он не нарушил. Он просто перераспределил случайную кинетическую энергию для создания разницы в давлении, достаточной для получения энергии из изначально уравновешенной системы. Хитрость демона обманула саму природу!


Может ли такой аппарат существовать


Как бы то ни было, подобный аппарат в реальности создать невозможно. Природу не так легко обмануть. Конечно, коварный и умный демон смог избежать гнетущих санкций второго начала термодинамики, но ему никуда не деться от всевидящего ока первого начала термодинамики.

Согласно первому началу термодинамики, никакая машина не способна функционировать без источника тепла, а в процессе работы еще и частично его поглощать. Или же производительность процесса никогда не достигнет 100 процентов. Машинам нужен не только стимул в виде тепла, им еще необходимо впитывать его, тем самым повышая собственную температуру.


Преобразование тепловой энергии в механическую энергию в паровых двигателях не абсолютна. Часть тепла поглощается самим двигателем, понижая общую производительность и повышая окружающую его энтропию.


Если же демон — это высокотехнологичная машина, избирательно отслеживающая определенные частицы, возникает вопрос: откуда он берет энергию для выполнения своей работы? Даже если он каким-то образом умудряется это делать, то расширение в отношении тепловой производительности машины все равно отрицает возможность снижения энтропии.

Переход закрытой системы от низкой энтропии к высокой / ©Socratic


Демону или машине пришлось бы получить информацию относительно частиц. Возьмем, к примеру, фотоны. В процессе взаимодействия с ними сложный аппарат вроде демона Максвелла неизбежно будет тратить энергию и сам впитывать часть тепла, повышая общую энтропию и приводя ее к изначальному значению.


Суть аргумента в том, что, по расчетам, любой демон будет неминуемо «генерировать» больше энтропии, разделяя молекулы, чем он когда-либо сможет ее «уничтожить», — это соответствует принципам, на которых он основан. Другими словами, ему потребовалось бы гораздо больше термодинамической работы для определения скорости молекул и их отбора для прохода через дверь между секциями, чем количество энергии, полученной в результате разности температур, возникшей после проделанной работы.


Как бы то ни было, нельзя не отметить, что Максвелл был весьма хитер. Однако, если бы не первое начало термодинамики, ничто бы не спасло второе начало от публичного позора.

Источник: Naked Science


Читайте также:

«Ну и кто это заказывал?» Пять открытий в науке, которые были случайными;

Вселенная десяти измерений: как представить дополнительные измерения;

Это все у вас в голове: психосоматика и реальные заболевания.

Показать полностью 4
82

Цифровое бессмертие: сознание как программное обеспечение

Несмотря на ежегодные прорывы в науке, человеческий мозг остается малоизученным. Идея о переносе сознания из мозга в новое искусственное тело представляется чем-то пусть и далеким, но осуществимым. На что могла бы быть похожа жизнь с сознанием, обитающим в микрочипах?

Если вы когда-то запускали видеоигру с давно канувшей в Лету игровой консоли, то сама концепция загрузки сознания в новое тело вам понятна: разум — всего лишь программное обеспечение, а мозг — «железо», на котором все работает. Представьте, что однажды нейроны — ткань, формирующая ваш разум — можно будет перенести в машину, а от их «оригиналов», оставшихся в вашем черепе, — просто избавиться раз и навсегда.


Будете ли вы все еще собой? Давайте вообразим будущее, в котором полная симуляция мозга, загрузка разума и исчерпывающее понимание того, что такое коннектом, — обыденные, привычные вещи. В таком мире нейробиологи даже смогли найти способ воскрешения мертвых посредством загрузки сознания почивших в машины или новые тела — наших предков, великих ученых и философов. Каким бы был этот мир?


В статье, опубликованной в декабре 2016 года в журнале Plos One, ученые Николя Роло, Нироша Дж. Муруган, Лукас Тессаро, Джастин Коста и Майкл Персингер описали, как им удалось получить паттерн, похожий на условия живого мозга, в результате воздействия на мертвую мозговую ткань химическими и электрическими зондами. В своем материале ученые пишут об этом так:


«Это было осуществлено при помощи надежной модуляции частотно зависимых колебаний микровольт. Эти слабые микровольтовые колебания усиливались специфическими для рецепторов агонистами и их прекурсорами. <…> Вместе эти результаты предполагают, что части человеческого мозга после смерти могут сохранять скрытые способности отвечать с потенциально жизненными и виртуальными свойствами».


Неужели это знак того, что не так долго осталось ждать, прежде чем лучшие умы человечества найдут «лекарство» от смерти и люди смогут жить вечно? Но будет ли человек все еще собой после загрузки сознания в новое синтетическое или органическое тело?


Становление человеком или потеря человечности?


Представим, что у вас есть чип микроскопических размеров, который обладает в тысячу раз большей когнитивной мощью, чем ваш мозг. Останетесь ли вы собой после того, как имплантируете его в свою ЦНС?


Предположим, вы поместите в мозг маленький чип, чтобы улучшить память, аналитическое мышление, креативность и так далее. Причем этот самый чип будет в сотни или даже тысячи раз мощнее вашего биологического мозга. Но это не означает, что вы заменили себя: это всего лишь небольшой чип — все равно что технически продвинутый протез, позволяющий инвалиду бегать, не ощущая никаких недостатков.

Схематическое сравнение между биологическим и искусственным нейроном / © Texas Tech University


Давайте посмотрим на это с другой стороны. Вы замещаете один нейрон мозга искусственным. Но искусственный нейрон работает в тысячи раз быстрее, чем биологический оригинал. По идее, вы все еще останетесь собой с одним замененным нейроном, который вряд ли заметит ваше сознание, несмотря на значительные улучшения в когнитивных способностях.


Теперь заменим еще один нейрон. Вы все еще продолжаете чувствовать себя самим собой. Ваш опыт остается тем же и накапливается так же, как и раньше, типичным образом определяя индивидуальность. Скорее всего, вы все еще ничего не замечаете, и ваше сознание — тоже: парочка сверхпроизводительных нейронов несильно что-то изменят — по крайней мере, на первый взгляд.


Тогда несколько ускорим процесс. В вашем мозге — около 100 миллиардов нейронов. На протяжении нескольких месяцев мы будем постепенно заменять всего один миллион нейронов новыми, высокопроизводительными версиями — микроскопическими совершенными машинами. Кажется, это уже не так мало. Однако вы ошибаетесь: даже по самым смелым подсчетам, вы заменили не более одной стотысячной от всех естественных нейронов.


Вы замечаете, что стали читать книги быстрее, лучше их понимаете. Абстрактные математические концепции (например, парадокс Монти Холла), которые раньше вас вводили в ступор, теперь кажутся вполне понятными. Тем не менее вы все еще вполне себе человек.

Поутру вы стукнулись мизинцем о тумбочку из-за недосыпа. Может, на пару секунд почувствовали себя одиноким. А та кассирша из магазина по соседству показалась вам весьма привлекательной.


Все еще человек или уже немного машина?


Итак, зачем останавливаться на миллионе — особых изменений с вами не произошло, чувствуете вы себя здоровым. Но вам любопытно, каково это — улучшить свой интеллект. И вы решаетесь на серьезный шаг: ежемесячно заменять по два миллиарда нейронов в течение года. К концу этой процедуры в вашей голове будет уже 24 миллиарда искусственных нейронов — почти четверть мозга.

Схема искусственного нейрона / © MPLSVPN


Ваши чувства и эмоции чудом остались нетронутыми: новые нейроны их не стерли, а просто стали обрабатывать быстрее. Но если вам это не нужно, они вполне могут обрабатывать их с той же скоростью, что и раньше. Примерно в середине этого года — когда искусственных нейронов уже около 12 миллиардов — вы начинаете замечать ощутимые изменения.


Вы развили частично эйдетическую память. Ваш разум полон любопытства и жажды познания мира, на прочтение статей из «Википедии» уходит несколько мгновений. За несколько недель вы обрели знания уровня доктора наук — по крайней мере по двадцати дисциплинам, — и это не стоило никаких усилий. Вы заново открыли для себя музыку — не только классику, а все жанры. Все искусство становится для вас опытом, связанным с трансцендентной сетью ассоциаций с другими, совсем далекими понятиями.


То, что вы испытываете, даже частично невозможно описать синестезией. Но вот в чем дело: вас это не потрясает и не удивляет — для вашего усиленного композитного мозга и усовершенствованного разума это обыденность. Подобное люди испытывают при приеме псилоцибина или диметилтриптамина. Только в вашем случае все происходит мягко и естественно — это как протрезветь после долгой вечеринки.


Полная ассимиляция


Вы приходите к выводу (и делаете это невероятно быстро), что, так как вы не утеряли внутренний опыт, вам следует спуститься в кроличью нору и заменить все остальное. В конце концов, все вокруг так делают.


Человеку с незавершенным апгрейдом становится сложнее найти работу. На протяжении последующих трех лет вы постепенно добавляете новые цифровые нейроны, оставляя биологические в прошлом.


Итак, это все еще вы? По завершении процедуры вы становитесь гением по всем традиционным меркам. Только самые продвинутые концепции в математике и философии заставляют вас на секунду задуматься. Вы мгновенно можете получить доступ ко всему, что когда-либо испытывали, к каждой когда-либо записанной в вашем мозге мысли (биологически или нет).

Полное схематическое описание искусственного нейрона / © Ahmed Mancy Mosa


Вы овладели каждым существующим музыкальным инструментом — просто ради забавы. Да, поначалу вам надо было освоиться — примерно по десять минут на каждый инструмент. Тем не менее вы все еще социальное существо и продолжаете испытывать грусть, любовь, ностальгию и другие человеческие эмоции. Но подобно тому, как нота, сыгранная на скрипке Страдивари, отличается от простого электронного генератора функций, ваши эмоции тоже невообразимо глубоки. Ваша прежняя, неулучшенная личность не смогла бы их осознать в полной мере. Даже близко. Вы бог, эволюционировавший человек с любопытством ребенка. Возможно, вы никогда не были религиозным человеком, но ощущение связи, духовного единения наполняет ваш сложный разум. Это одновременно и отсутствие тела, и понимание Вселенной, и повторное принятие идей, всегда открытых к пересмотру.


Сознание на цифровом носителе: будущее или рок?


Проходят годы. Благодаря той же технологии, которая позволила легко заменить нейроны и которую со временем улучшила целая планета суперсавантов, можно заменить и большую часть биологического тела. Вы практически бессмертны. Но именно практически, ведь к Земле с неистовой скоростью несется комета размером с небольшой континент. В воздухе витает досада от того, что Земля вот-вот будет уничтожена (и это сразу после того, как мы поумнели и наконец-то привели ее в порядок), но в обществе отсутствует явный экзистенциальный ужас.

Все будут в порядке, потому что люди покинут планету. Но каким образом цивилизация, даже очень разумная, может эвакуировать с планеты миллиарды людей всего за несколько лет? Для этого придется построить огромные машины, вращающиеся вокруг Солнца, а затем буквально загрузить всех в них.


Загрузить? Людей? Ну конечно, к этому моменту у всего населения (или почти) уже будет стопроцентно электронное сознание, попросту программное обеспечение. По сути, сознание всегда им и было. Только теперь оно всегда доступно, но что еще важнее — его можно дублировать.


Миллиарды битов разумов людей передаются через просторы Солнечной системы — туда, где парят компьютеры и их исполинские солнечные панели в ожидании гостей. Конечно, это постепенный процесс, чем-то похожий на то, как вы заменяли нейроны мозга много лет назад. При замене нейронов их «оригиналы» удаляются из черепа. Единственное, что вы ощущаете, — серьезную задержку в мыслях, порой дольше нескольких минут, из-за расстояния в миллионы километров между двумя половинами сознания. В итоге перенос завершен, и, когда вы очнетесь, вы обнаруживаете себя в знакомом месте.


Виртуальные миры, имитирующие Землю до нанометровых разрешений, заранее подготовлены для населения планеты. В реальном мире невообразимые полчища роботов мегаскопических и микроскопических размеров готовы строить новые компьютеры, космические аппараты, а также новых роботов, в то время как человечество готовится к рассеиванию интеллекта по космосу. Мы еще не разработали технологий для передвижения со сверхсветовой скоростью (равно как и со световой), но наши сознания и безграничные виртуальные реальности создают достаточно места для развития и никоим образом не зависят от времени. Но остались ли вы собой?

Источник: Naked Science


Читайте также:

Страшная сила: как и почему меняются каноны красоты;

Добро пожаловать в войд Волопаса — самое страшное место во Вселенной;

Хитрый, расчетливый и нереальный: кто такой демон Максвелла.

Показать полностью 4
36

Что такое инфляционная модель Вселенной

К огромному сожалению, у нас нет возможности отмотать время назад и посмотреть, как развивалась Вселенная в первые минуты своей жизни. Прибегая к математике и полученным в результате наблюдений данным, лучшие умы планеты строят самые смелые модели. Одна из них — космическая инфляция.

Инфляционная теория, или инфляционная модель Вселенной, объединяет идеи из квантовой физики и физики частиц для исследования ранних моментов Вселенной сразу после Большого взрыва. Согласно ей Вселенная образовалась в очень нестабильном состоянии, спровоцировавшем ее быстрое расширение в самые первые мгновения. Одним из последствий этого расширения стало то, что Вселенная намного больше, чем предполагалось изначально, и простирается она куда дальше, чем могут заглянуть наши телескопы. Кроме того, эта теория предсказывает некоторые свойства, которые не объяснены в рамках теории Большого взрыва, — как, например, равномерное распределение энергии и плоская геометрия пространства-времени.


Теория инфляционной Вселенной разработана физиком Аланом Гутом в 1980 году. Сегодня она считается общепринятой частью теории Большого взрыва, даже несмотря на то, что центральные идеи последнего устоялись намного раньше, чем была сформулирована инфляционная теория.


С чего все началось


Теория Большого взрыва на протяжении многих лет показывала себя весьма успешно — в частности, учитывая то, что она была подтверждена посредством открытия реликтового излучения (микроволнового фона). Однако, несмотря на большой успех этой теории в объяснении большинства аспектов, наблюдаемых во Вселенной, оставались три проблемы:

Проблема гомогенности, или почему Вселенная была настолько равномерной спустя всего секунду после Большого взрыва;

Проблема плоскостности;

Предсказанное перепроизводство магнитных монополей.

Модель Большого взрыва вроде как предсказывала искривленную Вселенную, в которой энергия распределялась неравномерно и в которой было множество магнитных монополей. Однако ничто из этого не соответствовало данным.

Алан Гут / © Annette Boutellier


Физик Алан Гут впервые узнал о проблеме плоскостности на лекции Роберта Дика в Корнеллском университете в 1978-м. В последующие годы Гут применял к сложившейся ситуации концепции из физики частиц и разработал инфляционную модель ранней Вселенной.

Двадцать третьего января 1980 года Гут представил полученные данные на лекции в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Его революционная идея заключалась в том, что принципы квантовой физики из самого сердца физики частиц можно применить к ранним моментам возникновения Большого взрыва. По его данным, Вселенная должна была обладать высокой плотностью энергии. В соответствии с термодинамикой, плотность Вселенной должна была заставить ее расширяться с невероятной скоростью.


По сути, согласно новой на тот момент модели, Вселенная должна была возникнуть в «ложном вакууме» и в отсутствие механизма Хиггса (другими словами, бозон Хиггса не существовал). Она должна была пройти через процесс переохлаждения в поисках стабильного низкоэнергетического состояния («истинного вакуума», в котором работает механизм Хиггса) — и именно это запустило период быстрого расширения.


Насколько быстрого? Как гласит модель, Вселенная увеличивалась вдвое каждые 10-35 секунд. Таким образом, в первые 10-30 секунд после Большого взрыва она бы успела удвоиться в размерах 100 тысяч раз, а этого более чем достаточно, чтобы объяснить проблему плоскостности. Даже если у Вселенной была некая кривизна в самом начале, такая степень расширения привела бы к тому, что сегодня все выглядело бы плоским. (Заметьте, размера Земли достаточно, чтобы она выглядела для нас плоской, хотя мы знаем, что поверхность, на которой мы стоим, изогнута и образует сферический объект).

Квантовые флуктуации, происходящие во время инфляции, действительно растягиваются по Вселенной. В своем крупномасштабном проявлении инфляция приводит к тому, что Вселенная становится плоской и теряет свою раннюю кривизну / © E. Siegel/Beyond the Galaxy


К тому же энергия распределена настолько равномерно из-за того, что в самом начале мы были очень маленькой частью Вселенной, которая расширилась настолько быстро, что даже если там и были значительные неравномерности в распределении энергии, они были бы слишком далеко от нас, чтобы мы могли их заметить или ощутить. Это, в свою очередь, служит решением проблемы гомогенности.


Развитие теории


Как утверждает сам Алан Гут, проблемой теории было то, что, как только инфляция запустилась, ей пришлось бы продолжаться бесконечно. Ученые не видели намеков на какой-то отчетливый механизм «отключения» этого процесса.


Кроме того, если пространство постоянно расширялось с такой скоростью, то ранее высказанная Сидни Коулманом идея не сработала бы. Коулман предсказал, что при фазовых переходах в ранней Вселенной образовывались маленькие пузыри, которые объединялись друг с другом. При наличии инфляции пузыри отдалялись бы друг от друга слишком быстро, не успевая объединиться.


На эту проблему обратил внимание советский физик Андрей Линде. Он изучил ее и выяснил, что существует иная интерпретация, предоставляющая решение этой проблемы. В то же время — это были все еще 1980-е годы — по другую сторону железного занавеса Андреас Альбрехт и Пол Стейнхардт самостоятельно пришли к похожему решению.

Андрей Линде / © L.A. Cicero


Все дело в том, что в изначальной модели Гута допускалось возникновение более одной инфляционной области, которые, в свою очередь, могли сталкиваться. В таком случае получался беспорядочный космос, в котором излучение и вещество обладают неоднородной плотностью. Это совсем не соответствовало тому, что наблюдалось в реальности. Линде, Альбрехт и Стейнхардт изменили уравнение скалярного поля — и все обрело смысл. Согласно этому решению, наша наблюдаемая Вселенная произошла из одного вакуумного пузыря, который отделился от других инфляционных областей пространства. Речь идет о невообразимо — по всем меркам — огромных расстояниях.


Такая разная теория инфляции


У инфляционной теории есть несколько названий. Например, космологическая инфляция, космическая инфляция, инфляция, старая инфляция (так называют оригинальную версию теории Алана Гута), новая инфляционная теория (модель, разработанная Линде, Альбрехтом и Стейнхардтом).


Также есть два близких варианта теории: хаотическая теория инфляции и вечная инфляция. В этих теориях механизм инфляции не просто случился однажды — сразу после Большого взрыва, — а происходит снова и снова в разных регионах пространства. Эти модели предполагают быстрорастущее число «пузырьковых вселенных», являющихся частью Мультиверса, или Мультивселенной. Некоторые физики отмечают, что эти предсказания присутствуют во всех версиях инфляционной модели Вселенной, и поэтому не считают их разными теориями.

Источник: Naked Science


Читайте также:

Цифровое бессмертие: сознание как программное обеспечение;

Страшная сила: как и почему меняются каноны красоты;

Добро пожаловать в войд Волопаса — самое страшное место во Вселенной.

Показать полностью 4
21

Масоны: строители свободы или разрушители мира

Они владеют тайнами древности, проводят загадочные ритуалы и, разумеется, правят миром. Представления о глобальном заговоре масонов – одна из самых популярных конспирологических теорий. Разберемся, кто такие масоны и почему их до сих пор боятся.

Кто боится масонов?


«Я верю в существование тайного мирового правительства», – заявили 45% участников опроса, проведенного ВЦИОМ в 2014 году. Опрошенные подтвердили: по их мнению, некая организация или группа лиц контролирует действия властей многих государств и оказывает влияние на мировую политику. Многие участники опроса не просто убеждены в этом, но и способны назвать тех, кто входит в организацию. Самые популярные варианты – политики, олигархи и масоны.

Во многом интерес и даже страх по отношению к тайным обществам подогревают СМИ. Материалы о масонах в российских СМИ появляются часто и вызывают у аудитории неизменный интерес. Например, выпуск программы телеканала РЕН ТВ «Странное дело» о тайных обществах собрал более миллиона просмотров на YouTube. При этом другие выпуски передачи куда менее популярны: так, программу о путешествиях во времени посмотрели около 300 000 раз. Заявления, которые звучат в передаче о тайных обществах, крайне провокационны. Один из экспертов программы, например, говорит: «Все мировые войны устроены масонами, тут нет никаких сомнений».


Во влияние масонов на политическую обстановку верят не только в России. Например, в период предвыборной гонки 2012 года во Франции два крупнейших еженедельных журнала посвятили тайному обществу несколько статей. Издание L’Express вынесло на обложку заголовок «Масоны: как они манипулируют кандидатами», еженедельник Le Point откликнулся статьей «Масоны – нарушители границ». Тема вызвала живой интерес: обычно в розницу удается продать около 73 000 экземпляров журнала L’Express, но статья о масонах помогла продать 80 000 копий. Сейчас автор статьи Франсуа Кох ведет на сайте еженедельника отдельный блог, посвященный масонству.

Сам Кох говорит: «Эта тема никогда не перестает интересовать читателей. Тайна – вот что привлекает внимание». Материалы о масонах стабильно вызывают интерес, а провокационные выводы лишь усиливают его. Издания постоянно конкурируют за аудиторию, поэтому отказываться от такого надежного способа привлечь читателей невыгодно. Традиционные СМИ переживают сложный период: часть их потенциальной аудитории уходит в Интернет, так что редакции и дальше будут обращаться к теме масонства как к надежному источнику читательского внимания.

Легенда о масонах


Когда же появилось масонство? Сами масоны возводят историю своего общества к незапамятным временам – строительству храма Соломона. Согласно легендам, строители храма образовали братство для взаимной поддержки и передачи знаний об архитектуре. С библейской эпохой связаны основные мифологические сюжеты масонства, например, легенда о смерти мастера Хирама.


Согласно преданию, Хирам руководил строительством храма Соломона. При нем работников разделили на три разряда – учеников, подмастерьев и мастеров. Труд оплачивался в зависимости от того, к какому разряду принадлежал работник. Мастера, разумеется, получали больше всех. Для каждой «ступени» Хирам разработал особые знаки и пароли: когда наставало время получать оплату за работу, строитель с их помощью подтверждал, что относится к одному из разрядов. Это и привело к смерти Хирама: однажды трое рабочих решили силой выпытать у него пароль, по которому оплату получали мастера.

Согласно другой распространенной версии, учеников не интересовали деньги – они хотели выведать тайну архитектурной и мировой гармонии, которой владел лишь великий мастер Хирам. Каковы бы ни были причины, когда архитектор отказался выдать тайну, рабочие убили его и похоронили в лесу. На могиле убийцы оставили ветку акации, которая пустила в землю корни – так другие братья-строители узнали, где похоронен Хирам.


В этой легенде «зашифрованы» основные принципы масонства. Братья делятся на учеников, подмастерьев и мастеров – каждая степень отражает, насколько полноценно участник вовлечен в жизнь братства. Масоны обмениваются знаниями между собой, при этом сохранение тайны знания принципиально важно. Члены общества проводят ритуалы и находятся в поиске смысла масонских символов. Например, ветвь акации символизирует и возрождение после смерти, и чистоту, и святость. Размышление над символами – важный путь продвижения по иерархии степеней: открывая новые трактовки, ученик становится подмастерьем, а в дальнейшем – мастером. Важно, что у масонов нет единых догматов, поэтому толкования символов могут заметно отличаться. Также легенда о Хираме легла в основу ритуала посвящения масона в степень мастера.


От легенды к истории


Историки масонства сходятся во мнении, что легенда о Хираме – чисто символическое повествование, и истоки масонства следует искать гораздо позже. Обычно началом масонства считают средневековые братства каменщиков, что согласуется и с названием общества (англ. freemasons и франц. franc-maçons означают «вольные каменщики»). В Средние века каменщики объединялись вокруг больших строек. Например, многие соборы строились столетиями, и работники компактно селились неподалеку от площадки. Считается, что само слово «ложа», которым сейчас называются масонские объединения, происходит от английского lodge: так называли помещения, где хранились инструменты.


Со временем объединения строителей приобрели цеховую организацию. Появились строгие правила, которые регулировали прием новых членов в братство, разрешение конфликтов между братьями, порядок оплаты работ и выплаты компенсаций при несчастных случаях на стройке. Как и другие средневековые профессиональные объединения, цехи материально поддерживали братьев, попавших в трудную ситуацию.


С окончанием масштабного строительства соборов, к XVII–XVIII векам, объединения каменщиков постепенно пришли в упадок. В Англии в братства все чаще вступали те, кто не имел отношения к строительству, их называли «сторонними каменщиками». Это были богатые и просвещенные люди. В середине XVII века в ложу вступил антиквар Элиас Эшмол – его коллекция легла в основу старейшего общедоступного музея Великобритании. В конце столетия масоном стал король Англии Вильгельм III Оранский.


Историки предполагают, что именно «сторонние каменщики» решили создать новые просветительские общества в «оболочке» существующих братств каменщиков, чтобы не привлекать лишнего внимания властей. Политическая обстановка в Англии в конце XVII века была неспокойной, в 1688 году произошел очередной государственный переворот, названный Славной революцией. При нестабильности в обществе собрания любого рода вызывают подозрения, поэтому братства строителей могли стать камуфляжем для встреч просвещенных и обеспеченных «сторонних каменщиков».


От средневековых строителей масоны унаследовали многие свои символы. Знаменитые циркуль и наугольник обозначают обучение, умение проводить границы и распознавать истину. Белый фартук ученика символизирует высокие этические стандарты, которыми должен руководствоваться масон.


Современную историю масонства отсчитывают с 24 июня 1717 года. Тогда представители четырех лондонских лож собрались в таверне «Гусь и вертел» и приняли решение создать объединенную Великую ложу Лондона и Вестминстера. Малые ложи продолжали работать, как прежде, но начиная с 1717 года их участники проводили ежегодные совместные собрания, где обменивались опытом. Эту схему повторяет и современное масонство – у масонов нет центральной управляющей организации. Несколько масонских лож на определенной территории объединяются в Великую ложу. При этом такая лидирующая организация не может существовать сама по себе, ее обязательно должны признать другие Великие ложи. Таким образом ложи оказываются связаны международными отношениями, во многом похожими на дипломатические. Каждая ложа может проводить собственные ритуалы и по-своему толковать масонские символы.


Чем заняты масоны?


Для начала разберемся с определением понятия «масонство». Согласно толковому словарю под редакцией С. И. Ожегова, масонство – это «религиозно-этическое течение с мистическими обрядами, обычно соединяющее задачи нравственного самоусовершенствования с целями мирного объединения человечества в религиозном братском союзе».


Представить, в чем заключалось «нравственное самоусовершенствование», позволяют источники: воспоминания, письма и личные дневники масонов, в том числе российских. Подробнее об этом в интервью Naked Science рассказала заведующая отделом научного проектирования выставок и экспозиций Государственного музея истории религии, кандидат философских наук Марина Птиченко.

По словам Марины Птиченко, «у вновь принятого брата был наставник, который помогал ему идти по пути самовоспитания. Масон должен был вести ежедневные дневниковые записи и периодически отчитываться наставнику о проделанной работе. Человек должен был стараться “проживать” каждый свой день – рефлексировать, думать над своими действиями и мыслями в конце дня. <…> Следовало также размышлять о полезном чтении: какая из книг оказала на него наибольшее влияние, произвела наибольшее впечатление, и почему, какие струны души затронула. Таким образом, масон должен постоянно давать себе труд размышлять над собой и своими действиями, одновременно “оттачивая” и воспитывая сам себя. Существуют очень трогательные дневники, в которых какой-нибудь помещик, владевший сотнями крепостных душ, записывал в дневник: “Сегодня я предавался гневу, мне очень стыдно” и т. д.» Рефлексия важна и для современных масонов.


Еще одно проявление масонской деятельности – написание так называемых «зодческих работ». Жанры этих работ традиционны: доклад, статья, эссе, обзор, перевод. Согласно информации на сайте Великой ложи России, темами работ могут стать проблемы истории, философии и символики масонства. Тексты зачитывают на собраниях ложи, некоторые из них можно найти в открытом доступе в Интернете.


Исторически деятельность масонов связана с благотворительностью и просвещением. Многие просветители XVIII века входили в масонские ложи, в том числе и российские. Масоном был, например, Николай Новиков, прославившийся не только изданием сатирических журналов, но и публикацией редких исторических источников.


Марина Птиченко говорит: «Сегодня никакой особенной тайны вокруг масонства уже нет: мы знаем, как проходят ритуалы, известны даже некоторые слова-пароли, с помощью которых масоны узнают друг друга (хотя периодически они их меняют) и т. д. В Интернете публикуются зодческие работы масонов, а специальные ложи занимаются историей масонства и тоже публикуют результаты своих исследований».


Чего масоны не касаются на своих собраниях? Как ни странно, политических вопросов. Прямой запрет на обсуждение политики в ложах закреплен в «Конституциях Андерсона». Британский масон Джеймс Андерсон начал составлять этот документ после появления Великой ложи Лондона и Вестминстера в 1717 году, в 1723 году книгу издали в Англии. Она содержит историю масонства и базовые правила, которых придерживаются все масоны.


Как возник миф о масонах-заговорщиках?


Секретный характер масонских лож и их широкие международные связи с самого начала вызывали подозрения властей. Запрещать деятельность лож начали еще в середине XVIII века. В Голландии масонские собрания запретили в 1735 году, в Швеции – в 1738-м, в Цюрихе – в 1740-м. Несколько булл и энциклик римских пап посвящены осуждению масонов как опасной секты, первый такой документ вышел в 1738 году.


Критика в адрес масонов усилилась после Великой французской революции. В 1797 году вышла книга аббата Огюстена Баррюэля «Памятные записки к истории якобинства». Автор утверждал, что к революции привел «тройной заговор». В нем, по мнению Баррюэля, участвовали три группы возмутителей спокойствия. Первых он называл «софистами безбожия» – это были философы-атеисты эпохи Просвещения. Вторые, «софисты возмущения», – основоположники либерализма Жан Жак Руссо и Шарль Луи Монтескьё, выступавшие за естественную свободу личности, разделение властей и равенство перед законом. Интересно, что и Руссо, и Монтескьё были масонами. Третьи, «софисты безначалия», – это масоны и баварские иллюминаты, призывавшие, по словам Баррюэля, к полному упразднению государств во имя всемирного братства людей.

Баррюэль считал, что «софисты» не только стремились насаждать атеистические взгляды и идеи равенства, но и хотели со временем разрушить все формы политической и общественной организации, следующие моральным принципам католической церкви. С точки зрения автора «Памятных записок…», они были «режиссерами» революции, создав систему, которая привела к свержению монархии.


Тройная структура заговора укладывалась в формулу «свобода, равенство и братство» – Баррюэль считал, что в этих словах и заключается тайное знание масонов. Аббат утверждал: сама структура тайных обществ, состоящих из отдельных лож, помогает сохранять заговор в секрете. Свой вывод он иллюстрировал историей баварских иллюминатов — философско-мистического объединения последней трети XVIII века.


Иллюминаты действительно призывали к радикальным политическим реформам. Образовалось это объединение в 1776 году независимо от масонства, но с начала 1780-х иллюминаты стали вступать в масонские ложи, чтобы использовать их популярность для распространения своих идей. В 1785-м деятельность баварских иллюминатов официально запретили. «Запрещение иллюминатов баварскими властями в 1785 г. и публикация секретных документов ордена, попавших в руки полиции, вызвали настоящую панику как среди самих масонов, внезапно узнавших, что их пытались сделать орудиями в опасной игре, так и среди их традиционных противников», – пишет российский историк и литературовед Андрей Зорин. Несмотря на запрещение деятельности баварских иллюминатов, Баррюэль считал, что существует множество других «ячеек» общества, которые втайне продолжают работу и намерены полностью разрушить политическую систему Европы.


Европейцы были напуганы революцией и последовавшими войнами, и многие горячо поддержали теорию аббата Баррюэля. «Памятные записки…» обсуждали в крупнейших политических и литературных журналах, а спустя два года после публикации книгу перевели на английский, и вплоть до ХХ века регулярно переиздавали. Спустя год после выхода «Памятных записок…» британский физик Джон Робинсон выпустил труд под названием «Доказательства тайного заговора против всех религий и правительств Европы», повторяющий большинство заявлений Баррюэля. Обе книги вызвали мощную волну обсуждений и подражаний.


И Баррюэль, и Робинсон не старались разграничить информацию о масонах, иллюминатах и других тайных обществах. Чем популярнее становились книги, тем отчетливее вырисовывался единый образ заговорщика, в котором слились все отрицательные черты. Поскольку масонство было самым старым и известным течением и имело представительства во многих странах Европы, этот образ в сознании европейцев прочно связался именно с масонством.


Еще одно явление, которое повлияло на репутацию масонов – антисемитизм. Масоны в своих ритуалах и обсуждениях часто обращались не только к ветхозаветной символике, но и к истории и символике каббалы, мистического течения в иудаизме. Поэтому массовое сознание связало между собой иудеев и масонов. Так исторически сложившееся негативное отношение к иудеям отчасти отразилось и на масонстве.


Наследники аббата Баррюэля


Современные теории заговора повторяют многие положения книги Баррюэля и высказывания антисемитов XIX и XX веков. Например, читаем в книге экономиста и публициста Олега Платонова «Россия под властью масонов», вышедшей в издательстве «Русский вестник» в 2000 году: «Масонство во всех его проявлениях – тайное преступное сообщество, преследующее цель достижения мирового господства на началах иудаистского учения об избранном народе. Русская Православная Церковь всегда осуждала масонство, справедливо считая его проявлением сатанизма. <…> Масонство всегда было злейшим врагом человечества, тем более опасным, что пыталось свою тайную преступную деятельность прикрывать завесой лживых рассуждений о самосовершенствовании и благотворительности. <…> Масонское влияние было одним из главных факторов во всех войнах, революциях и великих потрясениях XVIII–XX веков».

В своей книге Платонов утверждает: «Обычный масонский ритуал в наше время отходит на второй план. Большая часть “масонской работы” осуществляется уже не в традиционных масонских ложах, а в различных закрытых организациях масонского типа». К этим организациям автор относит в том числе и ПЕН-клуб, международную правозащитную организацию, объединяющую писателей, поэтов и журналистов.


Публицист делает множество крайне смелых заявлений. Как и аббат Баррюэль в конце XVIII века, он смешивает множество понятий в единый образ заговорщика. Платонов соединяет понятие «масонской ложи» с расплывчатыми определениями «закрытых организаций масонского типа» и «мировой закулисы» и утверждает, что российских масонов финансирует ЦРУ. Также он заявляет, что масоны стоят за обвальным падением рубля в 1994 году («Черный вторник») и несколькими войнами конца ХХ века.


При этом Платонов не приводит доказательств своих утверждений. В списке литературы, использованной при подготовке книги, всего 21 источник, из них 15 – публикации в СМИ. Также в списке знаменитая книга Нины Берберовой «Люди и ложи», написанная для широкого круга читателей, и всего два документа из архивов. Один из оставшихся источников озаглавлен так: «Материалы специальных аналитических разработок (по данным внутренней масонской информации)». Платонов не приводит ни автора, ни выходных данных «специальных аналитических разработок».


На такие «неназванные источники» автор ссылается неоднократно. Книга претендует на высокий уровень анализа сложнейших политических проблем, но при этом не использует в качестве источника ни одной научной работы. Ежегодно в России и за рубежом выходят сотни книг о теориях заговора, построенных по той же схеме: вольное смешение понятий, не подкрепленные фактами громкие заявления, отсутствие научной базы.


Так кого же бояться?


Образ масона-заговорщика активно используется по всему миру. В 2007 году американец Эдвард Льюис Браун призвал сограждан не платить федеральный подоходный налог – по его мнению, за повышением сбора стояли масоны и иллюминаты. Без «вольных каменщиков» не обходятся многие популярные во всем мире теории заговора. Масонов обвиняют в убийстве Джона Кеннеди, фальсификации фотографий с Луны и сотрудничестве с рептилоидами. Абсурдность этих идей не мешает их популярности.


Марина Птиченко говорит: «Я думаю, что обществу, наверное, просто нужна вера в какую-то легенду, нужен образ врага, потому что действительность отличается от наших представлений о том, как должно быть».

Источник: Naked Science


Читайте также:

Генетическое различие: есть ли связь между расой и уровнем интеллекта;

Выяснилось, как узнать, будет ли ребенок склонен к аллергии;

В Австралии основы кибербезопасности собираются преподавать с пяти лет.

Показать полностью 6
13

Скорость времени и «парадокс близнецов»

Природа полна удивительных вещей и парадоксов. И один из них, связанных с движением со скоростью света, называется «парадоксом близнецов».

Вероятно, вы знакомы с таким явлением, как период полураспада: многие субатомные частицы нестабильны и спустя короткое время распадаются (преобразуются во что-то другое). Период полураспада частицы — время, которое ей нужно «ждать», чтобы достигнуть 50%-ной вероятности распада.


Например, период полураспада мюонов — 2,2 микросекунды. Если бы у вас было 100 мюонов, через 2,2 микросекунды осталось бы всего 50 мюонов, верно? На самом деле, не обязательно.

2,2 микросекунды — время, прошедшее для мюона. Если у вас есть горстка из 100 неподвижных мюонов, то спустя 2,2 микросекунды останется около 50. Но если у вас есть друг, который летит на ракете на 50% от скорости света, то когда для вас пройдет 10 секунд, для него пройдет 8,66 секунды.


Оказывается, к мюонам это тоже применимо. Так что, если ваши 100 мюонов не статичны, а движутся в ускорителе частиц на 50%-ной скорости света, то после 2,2 микросекунды с вашей стороны для мюонов пройдет около 1,9 микросекунды. Значит, к этому моменту у вас останется около 55 мюонов.


В вашей системе отсчета прошло бы 2,54 микросекунды, когда для мюонов прошло бы 2,2 микросекунды. Итак, получается, 50 мюонов у вас осталось спустя 2,54 микросекунды.


При чем тут близнецы?


Возможно, вы читаете и думаете: а при чем тут близнецы и парадоксы? Знаете, это очень хороший и своевременный вопрос.


Представьте, что у вас есть брат-близнец. И еще в молодости вы узнали, что он злодей и замыслил захватить мир. Чтобы избавить планету от его чудовищных планов, вы накачиваете его снотворным, сажаете в ракету и высылаете на 90% от скорости света подальше от Земли.

К сожалению, из-за эффекта замедления времени для вашего близнеца время протекает значительно медленнее. За девять ваших лет для него проходит всего четыре года. Если спустя девять ваших лет ему удастся развернуть корабль и вернуться на той же скорости, вы постареете на 18 лет, а он — всего на восемь!


Обычно на этом и заканчиваются рассуждения о парадоксе, который впервые был предложен в 1911 году Полем Ланжевеном в качестве мыслительного эксперимента, на этом все заканчивается. Однако при ближайшем рассмотрении «парадокса близнецов» возникает любопытный вопрос.

Поль Ланжевен / © Henri Manuel/Wikipedia


С точки зрения вашего злого близнеца, на 90% от скорости света двигалась Земля и вы вместе с ней. Таким образом, через девять лет, прошедших для него, всего четыре года должно пройти для вас. Другими словами, если ваш близнец считает, что от вылета до возвращения для него прошло восемь лет, то для вас должно было пройти всего три с половиной года!

Итак, когда ваш близнец-злодей вернется, кто из вас будет старше? Именно в этом и заключается парадокс.


Может показаться, что этот вопрос — приговор для Специальной теории относительности. Некоторые сегодня посвящают целые веб-сайты «разоблачению» СТО. Тем не менее мы можем научно доказать, что один из близнецов действительно постареет в большей мере.

«Парадокс близнецов» — одна из тех задач, у которых есть единственное элегантное решение (или, можно сказать, ответ). Как вы уже могли понять, эта задача включает в себя релятивистское замедление времени в соответствии со Специальной теорией относительности.


Решение


Подходя к решению парадокса, сначала представим, что у вас и вашего близнеца на руках есть часы, а ваша подруга может следить за временем на ваших и его часах. Вы можете самостоятельно следить за временем на своих часах, а ваш близнец — на своих: каждый там, где находится. Но это необычные часы: они тикают только раз в году — в день годовщины спасения Земли от вашей злой копии. В этот день вы также можете обменяться сообщениями в виде электромагнитного импульса (вы же все-таки семья). И здесь стоит заметить, что свет от телескопа и электромагнитный сигнал, который вы отправляете, движутся с одинаковой скоростью.


Теперь, если мы нарисуем пространственно-временную диаграмму для вас и вашего близнеца, получится следующее:

Диаграмма «парадокса близнецов» / © Science ABC/Naked Science


На рисунке слева — вы с вашей собственной системой отсчета. Справа мы видим две системы отсчета, соответствующие отлету и возвращению вашего брата.


Проведем расчеты, соответствующие вашей системе отсчета. Предположим, ваш близнец пролетел 2,67 светового года в одну сторону. Теперь, когда мы знаем расстояние и скорость, с которой он движется, можно вычислить время, затраченное на путешествие: чуть больше двух с половиной лет. С вашей точки зрения, путешествие близнеца заняло около шести лет.


Так, получается, злой брат-близнец вернется на Землю, чтобы вершить хаос, примерно через шесть ваших лет, хотя для него пройдет чуть больше двух с половиной лет. Следовательно, чем больше скорость объектов приближается к световой, тем сильнее замедляется их «опыт» по сравнению с другими объектами, которые не движутся на относительно близких к скорости света скоростях, — будь то человек или мюон.


Если вас заинтересовала тема феноменов, связанных со временем, можете также почитать наш материал о гравитационном замедлении времени.

Источник: Naked Science


Читайте также:

Сверхчеловеческие подвиги обычных людей;

Масоны: строители свободы или разрушители мира;

Генетическое различие: есть ли связь между расой и уровнем интеллекта.

Показать полностью 2
1020

Бозон Хиггса: одно из самых важных открытий в науке

Почти каждый из нас слышал словосочетание «бозон Хиггса», но в чем настоящая ценность открытия этой частицы, понятно немногим. Попробуем разобраться, почему этот бозон так важен для науки.

В июле 2012 года ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, объявили о своем триумфе. Физики, наконец, разрешили проблему, над которой бились более 40 лет. Пока все остальные пожимали друг другу руки, один мужчина почтенного возраста расплакался: им был Питер Хиггс. Его предсказание новой фундаментальной частицы — необходимой части семьи фундаментальных частиц в Стандартной модели физики частиц — подтвердилось.

Открытие бозона Хиггса ждали с особым нетерпением. Его даже прозвали «частицей Бога». Почему же это открытие было таким важным? Попробуем разобраться.


Начнем с «простого»


Благодаря квантовой физике науке известно, что пространство не пустое. Помимо обычных веществ — вроде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоят строительные блоки всей материи, — Вселенная наполнена квантовыми полями и кишит появляющимися и исчезающими элементарными частицами. Физика частиц — наука обо всех субатомных частицах и взаимодействующих с ними силах.

Стандартная модель физики элементарных частиц / © Wikipedia


Субатомные частицы крайне сложно наблюдать из-за их размера. Они меньше атома и длины волны видимого света. Единственный доступный нам способ зарегистрировать их и наблюдать их поведение — это столкнуть атомные ядра, состоящие из частиц, друг с другом на невероятных скоростях (близких к скорости света). Это производит большие количества экзотических частиц, которые создаются только на высоких энергиях. Физики считают, что эти столкновения напоминают условия, при которых развивалась Вселенная сразу после Большого взрыва.

Благодаря таким ускорителям частиц, как Большой адронный коллайдер (БАК), Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) и уже нефункционирующий Тэватрон, физики достигли немалого прогресса в разработке «теории всего». Эта теория постулирует, как работают все субатомные частицы во Вселенной и как именно они взаимодействуют, образуя Вселенную, какой мы ее знаем. Одна из самых полных моделей, максимально приблизившихся к тому, чтобы разработать «теорию всего», — Стандартная модель физики элементарных частиц, описывающая взаимодействие частиц и сил. В стандартную модель также входит три из четырех фундаментальных сил природы на субатомном масштабе.


Фундаментальные силы природы — это:


1. Сильное взаимодействие, отвечающее за связь между кварками в адронах и притяжение между протонами и нейтронами в атомных ядрах;

2. Слабое взаимодействие, отвечающее за радиоактивный распад и взаимодействия нейтрино;

3. Электромагнитное взаимодействие, отвечающее за формирование атомов и их свойства;

4. Гравитационное взаимодействие, отвечающее за взаимное притяжение вещества.

И тут в игру вступает бозон Хиггса. Не известно, почему у определенных частиц есть масса, так как принято считать, что все переносящие взаимодействия частицы массой обладать не должны. Тем не менее, как выяснилось, частицы, переносящие слабое взаимодействие, обладают массой. Но почему у частицы, которая должна быть безмассовой, масса имеется?


Частица, которая объяснит почти все


Бозон Хиггса мог бы помочь объяснить, каким образом эти частицы получают свою массу. В 1960-х Питер Хиггс — тот самый физик, в честь которого назвали неуловимую частицу, и который в 2013 году был удостоен Нобелевской премии по физике — разработал теорию, объясняющую, как частицы, переносящие электромагнитное или слабое взаимодействие, могли получить разные массы в процессе постепенного остывания Вселенной.


Его предположение заключалось в том, что частицы вроде протонов, нейтронов и кварков получают массу через взаимодействие с невидимым электромагнитным полем, известным как поле Хиггса (или хиггсовское поле). Некоторые частицы способны проходить через это поле, не получая массы, в то время как другие «вязнут» в нем и накапливают ее. Если это так, то «невидимое» поле должно иметь связанную с ним частицу — бозон Хиггса, — которая контролирует взаимодействия с другими частицами и хиггсовским полем, изменяя при помощи него виртуальные частицы Хиггса.

Питер Хиггс / © Claudia Marcelloni/CERN


Так как бозон Хиггса быстро распадается на более стабильные частицы, его сложнее наблюдать, чем другие субатомные частицы, производимые в процессе столкновений в ускорителях. Считается, что до распада он существует всего одну септиллионную секунды, что серьезно осложняет работу по его обнаружению среди триллионов столкновений.


Когда в 2012 году ученые объявили об обнаружении бозона Хиггса, они сообщили, что наблюдали новый бозон массой 125,3 ГэВ +/- 0,6 на 4,9 сигмы («золотой стандарт» научных открытий). Это означало, что бозон Хиггса был подтвержден с точностью до 99,99997% в диапазоне масс 125 ГэВ. Однако крайне редко что-либо связанное с физикой бывает настолько ясным и точным.


Божественная заминка


Спустя несколько месяцев после объявления об открытии физики сообщили о неожиданной находке. Бозон, который они наблюдали в ЦЕРН, похоже, распадался двумя разными способами. В одном из сценариев частица массой 126,6 ГэВ распадалась на два фотона. В другом случае частица массой 123,5 ГэВ распадалась на четыре лептона. Некоторые посчитали, что это две разные частицы Хиггса. Другие же решили, что это статистическое совпадение, так как разница между частицами слишком незначительна.

Событие, зарегистрированное в 2012 году Компактным мюонным соленоидом (CMS) на Большом адронном коллайдере в протон-протонных столкновениях на 8 ТэВ энергии центра масс. В этом событии образовалась пара Z-бозонов, один из которых распался на пару электронов (зеленые линии и зеленые башенки), тогда как второй Z-бозон распался на пару мюонов (красные линии). Совместная масса двух электронов и двух мюонов была близка к 126 ГэВ. Это означает, что была получена частица массой 126 ГэВ, распавшаяся на два Z-бозона в точности с ожиданиями в случае, если наблюдаемая частица является бозоном Хиггса / © 2012 CERN


Вакуум нестабилен


Итак, почему масса частицы имеет значение? Оказывается, передача такой большой массы бозоном Хиггса указывает на то, что вакуум Вселенной может быть нестабилен по своей природе, существуя в постоянном «метастабильном» состоянии. Многие физики обсуждали вероятность того, что Вселенная долгое время колеблется на грани стабильности. В частности, физики Фрэнк Вильчек и Майкл Тернер, опубликовавшие в 1982 году статью в журнале Nature, предположили неутешительный сценарий: где-нибудь во Вселенной без какого-либо предупреждения может зародиться пузырь истинного вакуума, который будет передвигаться через пространство на скорости света, но прежде чем мы осознаем, что происходит, наши фотоны распадутся.


Как бы то ни было, открытие бозона Хиггса положило начало новым исследованиям и иному пониманию реальности. Ученые надеются, что это открытие приведет к разработке симметричной или даже суперсимметричной теории, которая расширит Стандартную модель и закроет присутствующие в ней дыры. Это, в свою очередь, поможет выяснить, что же такое темная материя — поле, которое, похоже, более неуловимо, чем поле Хиггса.

Фейнмановская диаграмма, описывающая один из важнейших способов произведения бозона Хиггса и его последующего распада в Большом адронном колайдере. Два сталкивающисхся протона испускают по W-бозону. Затем, W-бозоны сталкиваются и производят бозон Хиггса, который далее распадается на два Z-бозона, которые в свою очередь распадаются на электрон и позитрон либо на мюон и антимюон / © Encyclopædia Britannica, Inc.


Что дальше?


Открытие бозона Хиггса можно смело назвать одним из самых важных открытий в нашей недолгой истории. Когда-то давно любознательность наших предков вывела их из Африки и побудила исследовать мир. Сегодня мы знаем о четырех фундаментальных взаимодействиях природы, которые помогают нам понять, как устроен мир в тончайших деталях.


Исследования продолжаются, и ученые, работающие на Большом адронном коллайдере и других ускорителях частиц, достигают все больших энергий — и даже добились создания капель кварк-глюонной плазмы (сегодня она считается первичным веществом, которым было заполнено все пространство сразу после Большого взрыва). К 2030 году в Китае планируют построить самый большой и мощный ускоритель частиц, который поможет проводить новые эксперименты на более высоких энергиях. Будем надеяться, что он поможет заглянуть глубже в саму структуру реальности. А пока нам остается только ждать и следить за результатами экспериментов.

Источник: Naked Science


Читайте также:

Скорость времени и «парадокс близнецов»;

10 медицинских технологий, которые могут привести к бессмертию;

Масоны: строители свободы или разрушители мира.

Показать полностью 4
16

История происхождения жизни на Земле и химической эволюции в девяти главах

Поговорим о происхождении жизни на Земле и химической эволюции. Без химических формул.

Глава первая, в которой мы предаемся шовинизму


Энгельсовская формулировка «жизнь есть способ существования белковых тел» страдает неточностью: сегодня можно было бы сказать, что жизнь – способ существования соединений углерода в воде. По крайней мере, если речь идет о биологической жизни в понятных нам формах. Иногда этот взгляд называют «углеродно-водным шовинизмом». Фантасты развивают теории построения организмов на совершенно иной химии, с использованием соединений кремния или даже бора, и в других универсальных растворителях – например, жидком аммиаке или метане. Но когда речь идет о серьезных научных поисках, ученые все-таки ориентируются на углерод и на планеты, богатые водой.


Дело тут в самой природе химических элементов, наполняющих нашу Вселенную. Вспомним, что «первичным», появившимся вскоре после Большого взрыва, является лишь водород. Все прочие элементы образуются в ходе термоядерных реакций в недрах звезд, а особенно тяжелые требуют для рождения условий, которые появляются лишь во взрывах сверхновых и разносятся по космосу их ударными волнами. В целом можно сказать, что чем тяжелее элемент, тем обычно реже он встречается, хотя некоторые из них, которые служат конечными точками превращений более тяжелых ядер (например, свинец или железо), выбиваются из этого правила. Немало в космосе и элементов с особо стабильными ядрами, поэтому следом за водородом по распространенности идут гелий, углерод и кислород. Соединение кислорода с вездесущим водородом дает воду, которая встречается также повсюду.


Зато вот бор не слишком устойчив. Еще в недрах звезд значительная его часть превращается в углерод (и гелий), так что во Вселенной он встречается на много порядков реже, чем углерод или кислород. Это, соответственно, снижает и шансы на возникновение «боровой» жизни. Кремния в космосе вполне достаточно, но против него выступает уже химия: в присутствии кислорода он образует нерастворимые, инертные и очень устойчивые силикаты. Они способны сложить кору нашей планеты, но вряд ли подходят для активной жизни. Их мог бы растворить фторводород, в котором силикаты демонстрируют возможности довольно сложной химии, но фтор встречается в десятки тысяч раз реже, чем кислород. Так что если делать серьезные ставки, можно уверенно сказать: жизнь – это углерод и вода. Но вот дальше начинаются проблемы.

Глава вторая, в которой мы встречаем первые трудности


И углерода, и воды на просторах Вселенной предостаточно. Вода встречается на далеких планетах и складывает огромные ледяные глыбы комет. Простейший углеводород – метан – входит в состав атмосфер наряду с углекислым газом, а также ключевыми источниками других важнейших для жизни элементов – сероводородом, фосфатами и аммиаком (азот). Еще в 1920-х Александр Опарин и Джон Холдейн развили представления о том, как «первичный бульон» на молодой Земле мог стать источником ключевых соединений жизни. Тридцатью годами позже Стенли Миллер воспроизвел предложенную ими концепцию в лаборатории, имитировав в колбе гипотетическую атмосферу молодой Земли (бескислородную, богатую аммиаком, метаном, углекислым газом и сероводородом) над теплым водным океаном, через пару электродов подавая внутрь разряды-молнии.


Через несколько суток в воде стали появляться простейшие сахара, органические кислоты, аминокислоты. Слегка меняя условия работы установки, последующие поколения экспериментаторов сумели получить и другие важные для жизни «строительные блоки» – например, добавление синильной кислоты (HCN), также широко распространенной в космосе, открывает путь к синтезу пуриновых оснований нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), аденину и гуанину. Это впечатляет, но этого мало. Начать хотя бы с того, что в таких химических реакциях образуется смесь оптических изомеров аминокислот и сахаров.


Эти соединения могут существовать в двух формах – одинаковых, как зеркальные отражения друг друга, как правая и левая рука. Химически они равноценны, и в опытах Миллера и его последователей, действительно, появляются примерно в равных количествах. В живых организмах на Земле это не так: белки у всех нас, от кишечной палочки до премьер-министра (за экзотическими исключениями некоторых аминокислот у некоторых архей), построены только из одной формы, L-аминокислот; а РНК и ДНК – с использованием только D-рибозы и D-дезоксирибозы. Белковые ферменты оперируют не с химией, а с пространственной формой молекул, поэтому правая и левая форма для них – вещи совершенно разные, и раз начав с какой-то из них, перейти на другую уже невозможно. Но как начался этот «оптический шовинизм»? Невозможно представить, чтобы какой-то активный белок взял и сложился из 500 или 1000 L-аминоксилот, если в смеси присутствует одинаковое количество L и D. К этой проблеме нам еще предстоит вернуться, но и она оказалась далеко не единственной.

L- и D-изомеры аминокислот – зеркальные отражения друг друга / ©Wikipedia


Глава третья, в которой трудности нарастают


Другая проблема возникла по мере улучшения наших знаний о Венере, Марсе и о прошлом нашей собственной планеты. Оказалось, что сегодняшние атмосферы соседей близки по составу к атмосфере молодой Земли, которая, видимо, почти целиком состояла из углекислого газа. Серьезных количеств аммиака в ней не было, азот существовал лишь в форме чистого молекулярного газа (N2), а сера – как инертный оксид (SO2). Этот набор очень далек от того, что представляли себе Опарин, Холдейн и Миллер, и прежде всего тем, что не содержит вещества, подходящего на роль восстановителя (как аммиак, например), необходимого для фиксации углекислого газа и получения из него хотя бы простейшей органики.


Ну и, наконец, главное – проблема, которая в философии называется «неупрощаемой сложностью». Она сопровождает любые споры о появлении и развитии жизни. Взять хотя бы птичий полет: перья и крылья, полые кости и отсутствие зубов. Без каждой из этих (и многих других) деталей полет был бы невозможен, но могли ли они появиться одновременно у еще нелетающего существа? Конечно, вряд ли. Сегодня показано, что перья служили средством теплоизоляции еще их предкам-ящерам, крылья позволили планировать с веток, ловко спасаясь от лазающих хищников, и так далее. Если же разобраться с деталями строения пусть и самой простейшей живой клетки, то они окажутся намного сложнее истории с полетом.


Даже у бактерий геном насчитывает миллионы нуклеотидов, которые кодируют тысячи белков. Его работа требует сложной машинерии, необходимой для копирования ДНК и чтения ее для превращения в РНК, а затем и в белок с помощью хитроумно устроенных рибосом, и т. д. Все это окружено мембраной, пронизанной постоянно работающими белками, обеспечивающими избирательный транспорт веществ в клетку и из нее. Здесь мало лишних деталей: без каждой из них клетка жить неспособна. А главное, она неспособна жить без инструкций, которые содержит ДНК и которые реализуют белки. Сама по себе ДНК неспособна ни катализировать химические реакции, ни удваиваться. Это довольно инертное вещество, служащее лишь удобным носителем информации. С другой стороны, белки не размножаются и не могут выступать в этой роли. Еще одна философская проблема – курицы и яйца – только, кажется, совсем неразрешимая?..

Глава четвертая, в которой появляется надежда на РНК


Дилемма с курицей и яйцом – то есть с ДНК и белком – разрешилась только в 1970-е, когда были обнаружены рибозимы, молекулы РНК, обладающие собственной каталитической активностью. РНК не так хорошо подходит для хранения и копирования информации, как ДНК, она далеко не так замечательна в катализе, как белки, но она может и то, и другое. Это привело к появлению гипотезы о «мире РНК», первичном бульоне, в котором мог стартовать отбор наиболее эффективных молекул и все большее усложнение, которое привело к использованию ДНК и белков, оставив РНК их современные, во многом посреднические, функции. Значит, проблему «первичной химии» можно свести к проблеме появления достаточного количества РНК из ее компонентов – сахара D-рибозы, содержащего пять атомов углерода, фосфата, а также четырех видов азотистых оснований – аденина, гуанина, урацила и цитозина.


Самым вероятным путем появления рибозы сегодня считается формозная реакция Бутлерова – нагревание водного раствора формальдегида. В присутствии гидроксида кальция и под действием ультрафиолета он образует сложную смесь разных сахаров, которые могли осаждаться на разных неорганических поверхностях. Например, силикаты накапливают (и выделяют из среды) лишние четырех- и шестиуглеродные сахара, а гидроксиапатит – так нужную нам рибозу. Более того, если в среде присутствуют цинк и аминокислота пролин, то они катализируют появление почти чистого продукта, «правых» сахаров.


Удалось химикам и решить проблему с появлением всех четырех азотистых оснований. Если использовать не синильную кислоту, а другое довольно распространенное в космосе и несложное соединение – формамид, – то в отсутствие воды под действием ультрафиолета и на поверхности частиц оксида титана он даст все нужные основания. И если в нашей жизни такие условия выглядят экзотикой, то в космосе они встречаются не так уж и редко; диоксид титана то и дело улавливается в верхних слоях атмосферы, где нет воды, зато ультрафиолетового излучения предостаточно.


Чтобы азотистые основания, фосфат и рибоза образовали РНК, они должны объединиться в нуклеотиды, а те, в свою очередь, в достаточно длинные цепочки. Аденин сравнительно легко присоединяет рибозу, а затем и одну за другой три фосфатные группы. Видимо, по этой причине аденозинтрифосфат (АТФ) стал универсальной молекулой-носителем энергии: остальные азотистые основания не удавалось запустить по этому пути несколько десятилетий. Решить эту проблему получилось только в 2009 г., когда Джон Сазерленд из Манчестерского университета нашел изящную и сложную реакцию, на входе которой используются не сами основания и рибоза, а их предшественники – гликольальдегид, глицеральдегид, цианамид, и т. д., – а на выходе получаются нужные нуклеотиды. Уже через несколько лет было показано, что в присутствии L-аминокислот такая реакция дает преимущественно соединения с D-рибозой.

Глава пятая, где РНК встречается с «цинковым миром»


Такие реакции должны были происходить на юной Земле непрерывно: вряд ли такой нестабильный источник веществ, как астероиды или кометы, могли принести их в достаточном количестве, постоянно обновляя запасы. Для этого требуется восстанавливать углекислый газ до простейших соединений углерода, как это делают растения, используя воду и солнечный свет. Другой способ демонстрируют метаногенные микробы, которые вообще не терпят присутствия кислорода и используют восстановитель – сероводород, поступающий из-под земной коры с богатыми минералами и горячими водными растворами.


Отсюда родилась первая из гипотез о происхождении молекул-предшественниц РНК, включая формальдегид, гликольальдегид, цианамид и другие знакомые нам соединения. Согласно идее Карла Ваштерхаузера, все происходило на океанском дне, в условиях, близких к современным гидротермальным источникам. Их до сих пор населяет чрезвычайно богатая, очень необычная и практически независящая от внешнего мира жизнь, которая питается «дымом» этих черных курильщиков – перегретой водой, богатой сероводородом и сульфидами, причем сульфиды цинка и марганца тут же осаждаются беловатым налетом. Как мы скоро убедимся, это особенно важно.


Как показали эксперименты, в этих условиях сероводород восстанавливает сульфид железа до пирита (FeS2), на поверхности которого удерживаются протоны, способные восстанавливать и азот до аммиака, и углекислоту до метилмеркаптана. Реализуются здесь и более сложные реакции, ведущие к появлению органических кислот и вообще целого спектра органики, более богатого, чем в реакциях Миллера.


Дальнейшие превращения могли протекать уже на свету, когда «черные курильщики» обнажались. Чрезвычайно плотная атмосфера молодой Земли создавала повышенное давление, которое позволяло воде не закипать и не испаряться даже при температуре намного выше 100 °С, а отрицательно заряженные молекулы – органические кислоты, включая РНК, – оставались связанными на положительно заряженной поверхности сульфида цинка, накапливаясь в достаточных количествах и продолжая реагировать друг с другом.


Важным подтверждением гипотезы о «цинковом мире» (как продолжении «мира РНК») служит состав внутренней среды живых клеток, их цитоплазмы, который близок не просто морской воде, а морской воде близ черных курильщиков, насыщен ионами калия, марганца, магния и цинка. Кроме того, показано, что рибозимы требуют для работы присутствия тех же металлов. Они же встречаются и у подавляющего числа древнейших белков и содержат цинк и марганец: в 2008 г. было показано, что из 49 каталитических доменов, которые содержатся во всех известных на тот момент организмах, 37 содержат цинк и 19 – марганец.

Глава шестая, в которой образуется рибосома


Итак, на дворе – архейская эра. Геотермальные источники – «черные курильщики» – накапливают отложения сульфидов цинка, марганца и других металлов, которые выносятся на поверхность и выносят с собой связанную органику. Здесь, в плотном и горячем воздухе, состоящем в основном из углекислого газа, абиогенный синтез продолжается под действием ультрафиолета, который проникает сквозь атмосферу, еще лишенную кислорода и озонового слоя. Формируются цепочки РНК, рибозимы, и некоторые из них могут катализировать определенные реакции, а избранные – образование собственных копий. При таких условиях они могут стремительно размножиться и мало-помалу выдавливать конкурентов, перехватывая их «строительные блоки». Но разве это жизнь?


В самом деле, хоть Энгельс и не был прав полностью, нам все-таки придется перейти к белкам, без которых не существует ни одна известная нам форма настоящей жизни. Сегодня синтез белка из отдельных аминокислот обеспечивается сложным молекулярным комплексом, рибосомой, а также примерно 40 транспортными РНК. Каждая из них доставляет определенную аминокислоту и присоединяется к определенной последовательности из трех нуклеотидов на матричной РНК. Реакции соединения аминокислот в белковую цепочку проводят рибосомы, которые включают в себя несколько десятков белков и три молекулы РНК.


Сегодня известно, что именно рибосомная РНК выполняет ключевые функции этой органеллы, а в самой РНК определены домены, фрагменты, более или менее важные для ее работы. В работах ученых, среди которых нельзя не упомянуть нашего бывшего соотечественника, работающего в Монреальском университете Сергея Штейнберга, показано, что рибосомная РНК могла «вырастать», добавляя к себе новые фрагменты, но некоторые из них должны быть ключевыми – и самыми древними.


Такой рибозим способен синтезировать белковые цепочки из отдельных аминокислот – неловко, неточно, не слишком быстро, особенно в сравнении с современными сложными биохимическими системами, которые отточены миллиардами лет эволюции, – но все-таки способен. Он мог походить на домен V рибосомной РНК и даже не использовать матрицу, синтезируя случайные пептидные цепочки. Лишь затем он научился связывать матричную и транспортные РНК. Но как это могло помогать самому рибозиму выжить и вытеснить конкурентов – даже тех, что катализировали появление собственных копий?

«Черные курильщики» / ©Wikipedia


Глава седьмая, про генетический код


Тут нам придется вспомнить, что РНК не является таким удачным носителем информации, как ДНК – и прежде всего за счет своей довольно высокой химической лабильности. Ее больное место – та самая гидроксильная (2′) группа рибозы, которой нет у дезоксирибозы ДНК. Предполагается, что некоторые белки могли связываться с РНК, закрывая – и защищая – опасный участок. Альфа-спираль, весьма обычная для белков структура, отлично для этого подходит. Остается, чтобы среди матричных РНК, кодирующих защитные белки, нашлись и другие, которые кодирут белки, расщепляющие другие РНК и поставляющие новые нуклеотиды, и третьи, для копирования самих РНК – дело у нас почти в шляпе.


Начинается размножение, изменчивость и отбор – гонка вооружений, которая зовется эволюцией. В этой системе генетическое кодирование обеспечивают молекулы транспортных РНК, которые связывают тройки соседних нуклеотидов (кодоны) с той или иной аминокислотой. Считается, что эта связь появилась более или менее случайно и, например, тройка аденин – урацил – урацил соответствует аминокислоте изолейцину.


С другой стороны, определенные закономерности в этом коде можно найти: скажем, изолейцин кодируют также кодоны аденин – урацил – цитозин и аденин – урацил – аденин, структурно довольно близкие и оставляющие пространство для ошибок. Даже при не очень точном связывании каждого отдельного нуклеотида близкие тройки обеспечивают появление нужной аминокислоты с достаточной точностью. У нас получился минимальный набор: матричные РНК белков для копирования РНК, прото-рибосомные РНК для синтеза белков и транспортные РНК.


Глава восьмая, где жизнь помещается в клетку и получает ДНК


Правда, до жизни мы еще не добрались: нам нужна клетка, а клетку делает мембрана, которая ограничивает ее от внешнего мира и обеспечивает контролируемый обмен веществ. Ограничившись мембраной, жизнь обрела форму и смогла объединять и накапливать внутри нужные молекулы РНК и вести синтез белков, покинуть плоскость сернистых отложений и перейти к трехмерному существованию в форме пузырьков в жидкости, расселяться и осваивать новое пространство.


Мембраны современных организмов устроены по общему принципу: это довольно длинные молекулы с полярными, стремящимися к воде, «головками» и гидрофобными «хвостами». Двойной слой их ориентируется в воде хвостами друг к другу, легко образуя пузырьки. Сравнение белков, необходимых для синтеза таких молекул у максимально непохожих друг на друга групп организмов, позволило определить те из них, которые максимально близки, а значит, имелись у последнего общего предка.


Эта работа была проведена под руководством московского биофизика Армена Мулкиджаняна. И действительно, среди таких ферментов нашлись те, что необходимы для синтеза терпеновых спиртов (подходящих для «хвостов» молекул мембраны), а также для того, чтобы присоединять к ним полярные фосфатные «головки». Благодаря этому мы прибыли к предпоследнему этапу. Наша протожизнь состоит из ограниченных мембраной клеток, внутри которых – коктейль из множества белков и разрозненных молекул РНК, легко переходящих из одной клетки в другую, кодирующих те или иные белки для синтеза РНК и липидов мембраны. Казалось бы, ДНК здесь и не пахнет. Но давайте приглядимся повнимательнее: в этом наборе уже вовсю размножились вирусы.


Внутриклеточные паразиты-вирусы терзают жизнь еще с эпохи «мира РНК». Сегодня они настолько разнообразны, что отличаются друг от друга больше, чем та же кишечная палочка от того же премьер-министра. Некоторые до сих пор используют РНК в качестве носителя информации, другие давно перешли на ДНК – и, видимо, сделали это первыми. Предполагается, что именно у них появились белки, способные получать РНК на матрице ДНК, – а с ними и сама возможность использовать эту устойчивую молекулу для хранения информации. Как и многое другое ценное (а также бесполезное и вредное) в нашем организме, ДНК была заимствована клетками у вирусов.

Строение типичной клетки прокариот / ©wikipedia


Глава девятая, последняя, но не последняя


С этого момента мы можем говорить уже о биологической эволюции в полном смысле этого слова. По мере того как атмосфера остывала и становилась менее плотной, протоорганизмы вовсю столкнулись с проблемой истощения старых запасов минеральных отложений. Одни из них ушли в изолированные, труднодоступные участки, став предками современных архей, до сих пор населяющих черные курильщики или гейзеры.


Другие жили повыше и научились защищаться от солнечного ультрафиолета пигментами, а затем смогли использовать эти пигменты для фотосинтеза, став окончательно независимыми от своей геотермальной прародины. Им понадобилось развить системы транспорта минералов в клетку и из нее. Они слились с другими бактериями, которые освоили эффективный синтез АТФ из глюкозы и впоследствии стали митохондриями.


Еще одна «гибридизация» привела к образованию ядра и появлению эукариот, но это будет когда-то в будущем. С образованием клетки, механизмов белкового синтеза и появлением ДНК предыстория жизни закончена и начинается ее история.

Источник: Naked Science


Читайте также:

Бозон Хиггса: одно из самых важных открытий в науке;

Скорость времени и «парадокс близнецов»;

Масоны: строители свободы или разрушители мира.

Показать полностью 7
Отличная работа, все прочитано!