Паучий шёлк, по имеющимся данным, прочнее стали примерно в пять раз, а с помощью генетических изменений шёлк тутового шелкопряда можно сделать ещё крепче.
Теперь одна научная группа заявила, что нашла способ создавать шёлковые волокна с прочностью почти на уровне кевлара, причём без единой синтетической нити.
Главное достижение в том, что новый подход сохраняет естественную структуру волокон и опирается в основном на точно контролируемые температуру и давление.
Согласно недавней работе в журнале Nature Sustainability, нагрев и давление сплавляют волокна в плотный прозрачный материал, чья вязкость при разрыве превосходит кость и почти достигает показателей кевлара.
В сравнении с искусственными аналогами такой материал легче разлагается, что делает его пригодным для экологичных технологий. К тому же "сплавленный шёлк" прозрачен в видимом диапазоне и обладает оптическими свойствами, важными для беспроводных и визуализирующих технологий нового поколения.
Люди начали добывать шёлк из шелкопрядов ещё около 8 500 лет назад. В последние же годы уникальная химическая организация волокон вернула интерес к шёлку как к основе для высокотехнологичных материалов в биомедицине, энергетике, сохранении продуктов и сенсорах.
По словам Ли, всё началось с давней проблемы обработки природных биополимеров. Природный шёлк обладает впечатляющими механическими и функциональными свойствами, однако прежняя обработка требовала медленного и химически насыщенного процесса. Именно он разрушал ту самую иерархическую структуру, что и придаёт шёлку полезные качества.
Ключевое улучшение в том, что новый метод обходится без избытка химии. Исследователи просто выравнивают волокна, прикладывают тепло и давление, и те сплавляются в один этап. Перед этим коммерчески доступные волокна обрабатывают карбонатом натрия, чтобы убрать липкое покрытие, которое выделяет шелкопряд.
Сложность заключалась в поиске оптимальной зоны для горячего прессования. При слишком низких температуре и давлении шёлк становился чересчур вялым, а при слишком высоких становился хрупким или разрушался полностью.
Команда остановилась на диапазоне от 125 до 215 градусов Цельсия и давлении от 1 900 до 9 800 атмосфер. В этих условиях волокна собирались в пучки и сплавлялись, обретая новую форму, по структуре напоминающую дерево. Прочные связи между волокнами распределяют нагрузку по всему материалу, и в итоге получается крепкая твёрдая масса, сохраняющая лучшие свойства натурального шёлка.
Группа рассчитывает, что материал найдёт применение в самых разных областях.
Баллистические испытания подтвердили, что по стойкости к проколу он не уступает армированным углеродным волокном полимерам, которые используют в самолётах и автомобилях. Образцы также вживили мышам и убедились, что материал постепенно разлагается, а значит, подойдёт для временных медицинских имплантов.
В дальнейшем команда хочет сделать этот шёлк более масштабируемым и пригодным для сложных форм, для чего уже ведёт новые исследования. Замысел состоит в том, чтобы привлечь промышленных и коммерческих партнёров, готовых встроить сплавленный шёлк в сенсоры и другую технику.
Ли отметила, что экологичные материалы не обязаны быть слабыми или чисто символической заменой пластику. Некоторые природные материалы прекрасно сконструированы самой природой, и шёлк один из них.
Устойчивость, по её словам, рождается из лучшего дизайна, лучшей обработки и более глубокого понимания того, что уже существует в природе.
Геологи выявили ранее неизвестный материал, который спонтанно образовался во время первого испытания атомной бомбы в 1945 году.
Открытие проливает свет на то, как экстремальные условия ядерного взрыва способны порождать вещества, не встречающиеся ни в природе, ни в лабораториях.
Первое в истории испытание атомной бомбы состоялось 16 июля 1945 года в пустыне штата Нью-Мексико. Тест "Тринити", проведённый в рамках Манхэттенского проекта, представлял собой подрыв плутониевого заряда мощностью около 25 килотонн в тротиловом эквиваленте.
Геолог Лука Бинди из Флорентийского университета входит в группу, опубликовавшую исследование, согласно которому в результате взрыва спонтанно сформировался совершенно новый материал. Ранее это вещество никогда не наблюдалось ни в природных условиях, ни в ходе лабораторных экспериментов.
После взрыва на месте испытания осталась стеклообразная масса, состоящая из расплавленного песка и испарившихся проводов датчиков. Учёные того времени назвали её "тринититом" – в честь самого теста. Десятилетиями этот материал изучали, но его секреты оказались далеко не исчерпаны.
Недавно исследователи обнаружили внутри богатой медью металлической капли, вкраплённой в тринитит, совершенно новое вещество – так называемый "клатрат".
Клатраты отличаются характерной "клеточной" структурой из 12–14-гранных форм, способных захватывать внутри себя другие атомы и молекулы, включая кремний, кальций, медь и железо. Именно эта особенность придаёт клатратам уникальные свойства.
Как рассказал Бинди изданию Scientific American, находка не имеет аналогов:
Это совершенно новый тип клатратного кристалла. Нечто, никогда прежде не встречавшееся ни в природе, ни среди продуктов ядерного взрыва.
Авторы исследования также отметили более широкое значение открытия:
Эта работа показывает, как редкие высокоэнергетические события – ядерные взрывы, удары молний и гиперскоростные столкновения – выступают в роли природных лабораторий, производящих неожиданную кристаллическую материю.
По сути, экстремальные условия создают среду, в которой атомы выстраиваются в конфигурации, недостижимые при обычных температурах и давлениях.
Пока непонятно, имеет ли данный материал полезное применение.
Сегодня сутки на Земле, смена которых обеспечивается оборотом планеты вокруг своей оси, длятся 24 часа (23 часа 56 минут и 4 секунды, если быть точнее). Но так было не всегда. В ходе уникальных исследований ученые выяснили: в далеком прошлом продолжительность суток на нашей планете была короче современных почти на четверть.
Роль удивительных хранителей времени досталась... кораллам. При росте эти морские животные формируют известковый скелет, в котором образуются тончайшие годовые кольца, похожие на кольца деревьев. Но самое интересное, что в скелете кораллов образуются не только годовые, но и суточные кольца роста. В современных кораллах за год образуется 365 суточных колец, но когда ученые исследовали ископаемые кораллы возрастом около 400 миллионов лет, они обнаружили нечто поразительное — за один годовой цикл формировалось в среднем 390 суточных колец! Это открытие стало первым прямым доказательством того, что в древности сутки на Земле были короче. Но кораллы оказались не единственными свидетелями изменения скорости вращения нашей планеты.
Лунный дирижер времени
Ключевую роль в истории земных суток сыграла Луна. Гравитационное притяжение нашего спутника вызывает приливы и отливы на Земле. Это постоянное движение водных масс создает приливное трение, которое постепенно замедляет вращение планеты. В результате такого взаимодействия Луна получает дополнительный импульс и медленно удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год.
И именно благодаря этому древнему танцу Земли и Луны ученые получили еще одно удивительное свидетельство изменения продолжительности земных суток. На дне древних морей* сохранились уникальные слоистые отложения. Ритмичное чередование приливов и отливов создавало в осадочных породах последовательные слои — своеобразные отметки времени в каменной летописи Земли. Изучая количество приливных слоев в годовых отложениях и зная законы небесной механики, ученые смогли определить, как менялась продолжительность суток на разных этапах истории нашей планеты.
*Речь идет о морях, существовавших на Земле сотни миллионов лет назад, когда материки имели совсем другие очертания, а в водах только начинала зарождаться сложная жизнь.
Молекулярные часы в горных породах
В 2019 году ученые обнаружили, что приливные силы вызывают тончайшие изменения в структуре некоторых минералов. Эти едва уловимые перестройки на молекулярном уровне сохраняются в кристаллах как своеобразные "отпечатки времени", которые можно расшифровать с помощью современных технологий. Такой метод не только подтвердил результаты предыдущих исследований, но и позволил получить более точные данные о продолжительности суток в различные геологические эпохи.
Благодаря этим разнообразным методам исследований ученые установили, что:
1,4 миллиарда лет назад земные сутки длились всего около 18 часов;
620 миллионов лет назад сутки длились примерно 21,9 часа;
400 миллионов лет назад сутки длились около 22,7 часа;
70 миллионов лет назад, во времена динозавров, продолжительность суток составляла уже примерно 23,5 часа.
Взгляд в прошлое и будущее
Анализ изменений продолжительности суток позволил ученым не только реконструировать историю Земли, но и лучше понять множество важных процессов: от эволюции климата до формирования магнитного поля. Эти исследования показывают, насколько тесно связаны все компоненты нашей планеты — от движения небесных тел до микроскопических изменений в кристаллах минералов.
Более того, даже сейчас, в наши дни, процесс замедления вращения Земли продолжается. Каждое столетие продолжительность суток увеличивается примерно на 1,8 миллисекунды. И хотя это изменение настолько мало, что мы его не замечаем в повседневной жизни, сверхточные атомные часы способны уловить этот неумолимый ритм трансформации нашей планеты.
Земля — это динамическая система, находящаяся в постоянном развитии. Каждое мгновение в недрах планеты, в океанах и атмосфере происходят сложнейшие процессы, меняющие облик нашего мира. И чем глубже мы погружаемся в изучение прошлого Земли, тем яснее осознаем, насколько удивителен и хрупок этот голубой шар, который мы называем своим домом.
Хрупкий иней на ветвях, кружевные узоры на окнах, дорожные аварии, обрывы линий электропередач и затруднения авиаперелетов — все это про обледенение. Оно бывает следствием снегопадов или ледяных дождей, но это не обязательное условие: если вокруг достаточно влажно и холодно, ледяной слой может появиться прямо из воздуха. Впрочем, защищаться от обледенения человечество умеет: с древних времен лед удаляют механически или топят с помощью нагревания. В XX веке добавился еще один способ: обработка спиртовыми или солевыми растворами с низкой температурой замерзания.
Обледенелые ветки
Проблема в том, что все это требует дополнительных ресурсов — и чем ниже температура, тем больше времени и энергии нужно, чтобы полностью освободиться ото льда. Кроме того, ненавистные всем соли остаются на обуви, загрязняют почву и грунтовые воды, а очистка крыльев самолета, например, создает электромагнитные поля, которые мешают навигации. Этих недостатков лишены так называемые пассивные антиобледенительные материалы, сама структура которых затрудняет прикрепление и рост ледяного слоя. Рассказываем, как они устроены и как ученым, которые разрабатывают такие материалы, помогают солнце, перья пингвина и оксид графена.
Ветер, текстуры и фазовые переходы
Лучший вариант — вообще не дать ледяной корке закрепиться на поверхности. Трудность в том, что для этого нужно выполнить два частично противоречащих друг другу требования: с одной стороны, уменьшить адгезию для твердого льда, а с другой — для жидкой воды.
Чтобы материал был водоотталкивающим (гидрофобным), его поверхность текстурируют на микро- и наноуровне, оставляя между твердой и жидкой фазами воздушную подушку. Благодаря этому вода быстро скатывается с поверхности, и зачастую лед просто не успевает образоваться. К тому же воздушная подушка замедляет и процесс замерзания.
Однако, если идет снегопад или часть воды уже успела замерзнуть, на первый план выходит снижение адгезии льда. И далеко не каждый хороший гидрофобный материал оказывается также хорошим «ледофобным»: частицы льда могут застревать в текстурах, и в итоге сцепление с поверхностью, наоборот, улучшается.Однозначно определить, насколько ледофобным (или, наоборот, ледофильным) будет новый материал, можно только экспериментально. Например, группа физиков из Гонконгского Городского Университета показала, что хорошими ледофобными свойствами обладают текстуры с одинокими неразветвленными столбиками, расположенными на расстоянии 100 микрометров и более. Капли воды отскакивают от такой поверхности, кусочки льда в ней тоже не застревают.
Примеры ледофобных текстур из работы гонконгских физиков
А другая группа китайских физиков из университета Худжоу отдельно рассмотрела, как рельеф поверхности влияет на потоки ветра, которые обдувают, например, крылья самолета. Ученые нашли оптимальный способ текстурирования, который не «гасит» воздушные потоки, а наоборот направляет их, чтобы эффективно сдувать воду и лед, а также препятствовать образованию новых кристаллов льда. Этот метод позволяет снизить массу льда на крыльях самолета на 40 процентов без использования нагревания.
К сожалению, практически все подобные материалы отличаются плохой стабильностью. Микро- и нанотекстуры всегда хрупкие, а условия эксплуатации у них суровые: перепады температур, загрязнения, механическая нагрузка при очищении льда. Чтобы продлить жизнь материалов, ученые идут на ухищрения — например, используют несколько уровней текстур, пряча более хрупкие между более прочными, а также добавляют сверху жидкий лубрикант. В 2025 году группа китайских материаловедов создала гидрофобный и ледофобный материал на основе полиуретана, который может самовосстанавливаться благодаря образованию подвижных связей в полимере.
Впрочем, текстуры — не единственный способ задержать обледенение поверхности. С другой стороны к проблеме в 2019 году подошли американские физики под руководством Сушанта Ананда (Sushant Anand) из Университета Иллинойса в Чикаго. Они наносили на поверхность слои циклогексана и циклооктана — гидрофобных углеводородов с температурами плавления от 5 до 15 oC. При температуре 0oC и чуть выше они остаются твердым, поэтому слой получается гораздо стабильнее, чем слой жидкого лубриканта. При этом близость фазового перехода заставляет материал работать своеобразным «тепловым депо»: поглощать тепло и сохранять его, не рассеивая и не пропуская дальше. В литературе такой подход закрепился под термином «Phase-switching materials», или PSL-материалы.
Когда капля воды конденсируется на поверхности материала, этот процесс сопровождается выделением тепла — из-за этого температура в месте конденсации в первый момент немного выше, чем вокруг него. Чтобы вода замерзла, нужно сначала отвести полученное тепло. PSL-материалы не позволяют этому произойти, и температура остается достаточно высокой, чтобы вода не замерзала. Кроме того, эксперимент Ананда и его коллег показал, что поверхность материала вокруг капли слегка подтаивала. Это дополнительно снижало сцепление, делая каплю подвижней. В итоге скорость образования ледяной корки уменьшилась в триста раз. Покрытие выдерживало до 15 циклов замерзания-оттаивания, а обновить его можно очень быстро: достаточно нанести новый слой.
Благодаря своей доступности и стабильности PSL-материалы быстро завоевали популярность. Например, в прошлом году китайские ученые разработали антиобледенительный материал для дорожного покрытия. К обыкновенному асфальту они добавили 5 процентов PSL-материала, а также соль, которая снижает уже температуру плавления воды. Соль добавляли непосредственно в асфальтовую массу, а не насыпали сверху. Тестирование подтвердило, что две добавки действуют синергетически. «Тепловое депо» от PSL-материала сдерживает образование ледяной корки в первые минуты. За это время соль успевает продиффундировать к поверхности и раствориться. Температура плавления раствора понижается, и образование ледяной корки вновь откладывается. В итоге удается сдерживать обледенение, не загрязняя все вокруг большим количеством соли.
Правда, подобные материалы эффективны только в не очень холодном воздухе (до -15 оС), когда главный механизм намокания поверхности — конденсация. При сильных морозах или, например, под ледяным дождем эффект быстро сходит на ноль.
Перья пингвинов и вибрации
Эксперименты показывают, что даже самые эффективные материалы могут только замедлить обледенение. Совсем остановить этот процесс невозможно, особенно при сильных морозах, но можно пойти иным путем: заставить ледяную корку вырасти дефектной и отвалиться самостоятельно. Звучит сложно, но на пористой поверхности ледяной слой почти всегда получается с изъянами.
Причина — в разнице плотности льда и воды.
Дело в том, что, как и конденсация в примере выше, замерзание идет с выделением тепла. Если снаружи достаточно холодно, а поры материала достаточно объемные, то процесс образования ледяной корки идет сверху вниз. В какой-то момент жидкая вода в порах оказывается погребена под слоем уже затвердевшего льда. Когда, наконец, и эта вода превращается в лед, в порах для него не хватает места — как в трубах, из которых не успели слить воду перед холодным сезоном. В результате по всему слою возникает напряжение.
Наращивать это напряжение научились канадские материаловеды под руководством Энн Китциг. Правильную структуру и размер пор ученые подсмотрели у пингвинов Гумбольдта (Spheniscus humboldti). Эти птицы много времени проводят в ледяной воде, но их оперение никогда не замерзает.
Чтобы воспроизвести текстуру перьев, ученые сплели из проволоки сетку, обработали ее лазером и горячим углекислым газом, таким образом придав дополнительную гидрофобность. Получился сетчатый материал с порами размером от 7 до 15 микрометров. При замерзании воды каждая пора становится центром образования микротрещин, а их взаимное расположение помогает трещинам расти и расширяться. В результате ледяной слой теряет целостность и отваливается.
Текстура перьев пингвина
Пингвинья сеть отлично стряхивала лед при -20 oC в аэротрубе, с помощью которой ученые имитировали условия эксплуатации крыльев самолета. Однако такие материалы хорошо подойдут и для использования на земле и даже на воде — например, для деталей арктических ледоколов. Температура и пути намокания почти не влияют на их эффективность.
Еще один способ стряхивания льда — использование вибраций. Иногда их создают искусственно, например, добавляя пьезоэлектрик, однако часто вибрации возникают сами собой. Группа китайских материаловедов из нанкинского Университета Аэронавтики и Астронавтики разработала пористое покрытие из полидиметилсилоксана, которое лучше всего подходят для такой очистки. Форма пор усиливает вибрации в материале, благодаря этому трещины расширяются, а сам материал при этом остается стабильным.
Оксид графена и шерсть полярных медведей
Еще один способ избавиться ото льда — растопить его. Материалы, которые используют для этой цели солнечную энергию, называют фототермальными. На практике этот подход чаще всего комбинируется с каким-то другим: например, с гидрофобными текстурами или добавками солей-депрессантов. Проблема в том, что зимнее солнце светит неярко, а поглощение у белого снега и льда низкое. Поэтому существенного результата достичь непросто.
Чтобы эффективнее поглощать свет и переводить его в тепло, используют разные материалы: от обыкновенной сажи и биоугля и других углеродных материалов до плазмонных частиц на основе золота. При этом не рассеиваться драгоценному теплу помогает дополнительное текстурирование. Например, китайские материаловеды из Университета Дунхуа использовали массивы параллельно расположенных нанотрубок, которые напоминают текстуру шерсти полярного медведя. Получился гидрофобный материал, поверхность которого за несколько минут нагревалась до 98 оС без дополнительных источников энергии. При такой температуре ледяная корка существовать не может, да и жидкая вода быстро испаряется с поверхности.
Проблем у фототермальных материалов две: высокая цена и плохая стабильность. Полностью избавиться от первой вряд ли когда-то получится, но со второй ученые уже понемногу справляются.
Два уровня текстур гидрофобного материала
Например, китайские материаловеды из северо-восточного университета в Шэньяне использовали два уровня текстур. Более крупные и прочные пирамиды дают небольшой гидрофобный эффект и выполняют функцию брони, а между ними прячется более хрупкое фототермальное покрытие на основе модифицированного оксида графена. В итоге материал успешно выдержал не только абразивные нагрузки, но и обработку щелочью, а его поверхность быстро нагревалась до 76 оС с помощью одного лишь солнечного света.
***
Большая часть упомянутых материалов — совсем новые разработки, которые пока не вышли за пределы лабораторий. Некоторые разновидности антиобледенительных материалов уже выходят на рынок — например, гидрофобное покрытие с добавками депрессантов от американской компании Microphase Coatings. Другим упомянутым разработкам это только предстоит.Однако уже сейчас понятно, что эффективность ледофобных покрытий будет зависеть от погодных условий: для влажных и не очень морозных зим хорошо подойдут PSL покрытия, для солнечных — фототермальные. А вот разные виды текстурирования и «пингвинья сетка» будут работать более-менее везде. Имеет значение и цена. Например, при всей элегантности и эффективности золотых плазмонных частиц, они останутся слишком дорогими для дорожных покрытий.
Тем не менее, для каждой задачи можно подобрать материал, который позволит не только топить и счищать лед грубой силой, но и обманывать его, используя законы физики и химии.
За последние 30 лет бесчисленные исследователи и как минимум дюжина научно-фантастических комедий размышляли о том, что происходит, когда клонов создают из других клонов, и так до бесконечности. В том же году, когда была клонирована овечка Долли, комедия "Множество" (1996) с Майклом Китоном сравнила этот процесс с визуальным шумом, который появляется, когда офисный ксерокс делает копию с копии с копии.
Теперь группа биологов из Японии определила то, что они считают жёстким пределом количества жизнеспособных клонов, которых можно получить из поколений предыдущих клонов.
Команда под руководством Терухико Вакаямы из Центра передовых биотехнологий Университета Яманаси опиралась на 20 лет собственных исследований серийного клонирования мышей.
Изначально учёные надеялись достичь бесконечного клонирования с помощью многообещающего реагента – трихостатина А. Это вещество, известное как противогрибковый антибиотик, способно подавлять активность определённых ферментов у млекопитающих, включая мышей и людей.
В контексте клонирования трихостатин А работает как "реагент эпигенетической модификации", подавляя нежелательные факторы транскрипции ДНК – ферментные белки, активирующие потенциально вредные мутации в генетическом коде при клонировании.
Вакаяма и коллеги отметили в новом исследовании:
Изначально мы пришли к выводу, что серийное клонирование можно продолжать бесконечно, поскольку частота успешного клонирования слегка улучшалась с каждым последующим поколением.
И действительно, всё шло гладко. Из одной исходной мыши-донора было получено более 1200 клонов, и большинство из них чувствовали себя прекрасно. Клоны поздних поколений, дожившие до рождения, оказались на удивление здоровыми, с нормальной продолжительностью жизни – несмотря на накопленные вредные мутации.
Проблемы начались между 25-м и 27-м поколениями. А к 58-му поколению мыши не выживали дольше одного дня.
Каждый новый раунд клонирования добавлял примерно 70 мелких однонуклеотидных вариантов и около 1,5 более существенных структурных вариантов в генетический код.
Сам по себе этот темп мутаций не выходил за рамки нормы, но структурные изменения накапливались с каждым новым поколением. Со временем, как выяснили исследователи, "накопление вредных вариантов перевесило адаптивные эффекты" – без хромосомной рекомбинации, свойственной половому размножению, отфильтровывать крупные и потенциально опасные генетические вариации было нечему.
Любопытно, что сами клоны поздних поколений рождались с нормальными репродуктивными органами, что открывало возможность продолжения рода естественным путём. И здесь обнаружился важный нюанс – даже минимальный возврат к половому размножению корректировал проблемы.
Например, клоны поздних поколений появлялись на свет с заметными аномалиями плаценты, но когда эти мыши спаривались естественным образом, плацента их потомства возвращалась в норму.
При этом трихостатин А оставался эффективным даже на поздних стадиях эксперимента. Частота успешной имплантации клеточного ядра донора в яйцеклетку у мышей 51-го поколения с использованием реагента составила 5,4% – втрое выше, чем без него (1,6%).
Исследование предполагает, что дальнейшие эксперименты с подобными реагентами могут ещё больше отодвинуть предел серийного клонирования.
В 1962 году исследователи выдвинули гипотезу о том, что привычная кубическая форма алмаза – не предел твёрдости этого минерала. С тех пор учёные по всему миру пытались создать гексагональный алмаз, который теоретически должен быть примерно на 50% твёрже обычного. Новая работа китайских исследователей, возможно, наконец ставит точку в этой гонке.
В статье, опубликованной в журнале Nature, описан синтез "миллиметрового фазово-чистого гексагонального алмаза". Кристалл был получен путём сжатия графита при высоких температурах по строго определённой методике. Полученный алмаз размером около 1 миллиметра оказался немного твёрже, жёстче и устойчивее к окислению по сравнению с кубическими алмазами.
Команда тщательно изучила образец с помощью рентгеновских лучей и микроскопов атомарного разрешения. Анализ подтвердил гексагональную структуру кристалла с минимальным количеством дефектов. По словам исследователей, полученный результат может стать самым убедительным на сегодняшний день доказательством существования гексагональных алмазов.
Всего через пять лет после первого теоретического предсказания геологи заявили об обнаружении природного гексагонального алмаза – внутри метеорита. Уникальную структуру назвали лонсдейлитом. Примерно в то же время другая лаборатория сообщила о получении гексагональных алмазов путём сжатия графита.
Однако спустя почти полвека два отдельных исследования (под руководством одного и того же учёного) показали, что ни лонсдейлит, ни лабораторный кристалл не были настоящими гексагональными алмазами. Обе структуры оказались обычными кубическими алмазами с необычными дефектами.
В начале 2020-х годов другие попытки создали некоторые вариации "лонсдейлита", но образцы были либо слишком крошечными, либо существовали лишь несколько наносекунд. Как сказано в статье:
В результате существование гексагональных алмазов остаётся спорным и неподтверждённым, главным образом из-за сложностей с производством объёмных фазово-чистых образцов, что препятствовало дальнейшему пониманию их собственных свойств.
Для создания гексагонального алмаза команда использовала высокоориентированный графит – синтетический углеродный материал, широко применяемый в передовых химических исследованиях.
Графитовый лист поместили между наковальнями из карбида вольфрама и подвергли давлению в 20 гигапаскалей – это в 200 000 раз выше атмосферного. Температура при этом составляла от 1 300 до 1 900 градусов Цельсия.
Исследователи также определили конкретный угол сжатия графита – давление прикладывалось сверху, а не с боков. Такой подход позволил получить чистый гексагональный алмаз размером около 1 миллиметра. Микроскопы атомарного разрешения подтвердили, что атомы углерода в кристалле уложены в уникальную гексагональную конфигурацию.
При тестировании свойств алмаз ожидаемо показал повышенную жёсткость и устойчивость к окислению. Правда, по твёрдости гексагональный алмаз лишь незначительно превзошёл обычный – далеко от предполагаемой разницы в 50%.
Исследователи утверждают, что работа "разрешает давний спор о существовании гексагональных кристаллов", однако научному сообществу ещё предстоит вынести окончательный вердикт – материаловеды известны своим скептическим отношением к подобным заявлениям. Если же результаты подтвердятся, это станет значимым прорывом – обычные алмазы и без того незаменимы в промышленности, а ещё более твёрдая и прочная версия может открыть новые возможности для производства.
Древнеримский бетон - один из самых долговечных строительных материалов в истории человечества. Многие сооружения, возведенные римлянами более 2000 лет назад, сохранились до наших дней и продолжают поражать своей прочностью и устойчивостью к разрушению. Современные ученые уже давно пытаются разгадать секрет этого удивительного материала, чтобы использовать древние технологии для создания более долговечных и экологичных бетонов в наши дни. И вот, группе исследователей из Массачусетского технологического института, похоже, удалось приблизиться к разгадке этой тайны.
В статье, опубликованной в журнале Science Advances, ученые под руководством профессора Адмира Масича представили результаты детального анализа образцов древнеримского бетона, взятых из руин города Привернум недалеко от Рима. Используя современные методы микроскопии и спектроскопии, они смогли заглянуть вглубь структуры этого материала и обнаружить ключевые особенности, которые, вероятно, и обеспечивают его феноменальную долговечность.
Главным открытием стало обнаружение в составе бетона многочисленных включений извести размером с гальку, которые ученые назвали "известковыми комками". Эти комки представляют собой частицы негашеной извести (оксида кальция), которые, по мнению исследователей, специально добавлялись в бетонную смесь в процессе ее приготовления. Такая технология получила название "горячего смешивания".
EDS-карта (электронная микроскопия) образца древнеримского бетона. Богатые кальцием участки окрашены в красный цвет.
При обычном производстве бетона известь предварительно гасят водой, превращая ее в гидроксид кальция. Римляне же, вероятно, добавляли негашеную известь непосредственно в смесь с другими компонентами - вулканическим пеплом, песком и водой. При этом происходила бурная экзотермическая реакция гашения извести, что приводило к локальному повышению температуры до 60-100°C.
Такой "горячий" процесс смешивания имел несколько важных последствий. Во-первых, высокая температура ускоряла химические реакции между компонентами смеси, способствуя более быстрому схватыванию и набору прочности бетона. Во-вторых, из-за быстрого протекания реакции часть извести не успевала полностью прореагировать и оставалась в виде отдельных комков внутри затвердевшего бетона.
Именно эти известковые включения и стали, по мнению ученых, ключом к уникальной долговечности римского бетона. Дело в том, что они выполняют роль своеобразных "капсул самовосстановления" внутри материала. При образовании трещин или микроповреждений в структуре бетона в них может проникать вода. Растворяясь в воде, известковые комки высвобождают ионы кальция, которые вступают в реакцию с другими компонентами и образуют новые кристаллы, заполняющие возникшие пустоты.
Таким образом, римский бетон обладает способностью к самовосстановлению - он может самостоятельно "залечивать" возникающие в нем повреждения на протяжении многих веков. Это объясняет, почему древние сооружения смогли простоять так долго, несмотря на воздействие землетрясений, эрозии и других разрушительных факторов.
Сравнение образца древнеримского бетона (верний ряд) и современной реконструкции (средний ряд). Ниже приведены более подробные изображения известковых включений в современном образце, в том числе, демонстрирующие кристаллическую оболочку, образовавшуюся вокруг известкового комка во время реакции с водой.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи провели серию экспериментов с современными бетонами, в которые добавляли негашеную известь по аналогии с римской технологией. Результаты оказались впечатляющими - такие образцы действительно продемонстрировали способность к самовосстановлению. После намеренного растрескивания и воздействия проточной воды, трещины шириной до 0,5 мм полностью затянулись новообразованными кристаллами в течение нескольких недель.
Пример затянувшейся трещины.
Это открытие может иметь огромное значение для современной строительной индустрии. Производство цемента - основного компонента бетона - является одним из крупнейших источников выбросов углекислого газа в атмосферу. На его долю приходится до 8% мировых выбросов парниковых газов. Если удастся создать бетон, способный к самовосстановлению, это позволит значительно увеличить срок службы зданий и сооружений, сократить потребность в ремонте и, как следствие, уменьшить негативное воздействие строительной отрасли на окружающую среду.
Однако исследователи подчеркивают, что простое добавление негашеной извести в современные бетонные смеси не решит всех проблем. Римский бетон был уникальным материалом, обладающим целым комплексом особенностей. Помимо извести, в его состав входил вулканический пепел, который вступал в реакцию с известью, образуя прочные алюмосиликатные соединения. Кроме того, сам процесс приготовления и укладки бетона у римлян, вероятно, существенно отличался от современных технологий.
Тем не менее, понимание принципов, лежащих в основе долговечности римского бетона, открывает новые перспективы для разработки инновационных строительных материалов. Ученые уже работают над созданием современных составов, вдохновленных римскими технологиями, которые могли бы сочетать в себе прочность, долговечность и способность к самовосстановлению.
Исследование древнеримского бетона - это не только попытка разгадать древнюю технологическую загадку, но и яркий пример того, как изучение исторического наследия может помочь в решении современных проблем. Древние римляне, не имея доступа к современным научным знаниям и технологиям, сумели методом проб и ошибок создать поистине революционный материал. Теперь, спустя тысячелетия, их опыт может помочь нам справиться с одним из главных вызовов нашего времени - необходимостью сделать строительную отрасль более устойчивой и экологичной.
Конечно, внедрение новых технологий в строительство - процесс небыстрый и сложный. Требуются дополнительные исследования, чтобы полностью понять все нюансы состава и структуры римского бетона, а также адаптировать древние технологии к современным требованиям безопасности и стандартам строительства. Необходимо также учитывать экономические аспекты - новые материалы должны быть не только эффективными, но и конкурентоспособными по стоимости.
Тем не менее, открытие, сделанное учеными из MIT, уже сейчас вызывает большой интерес в научном сообществе и строительной индустрии. Оно не только проливает свет на загадку древнеримских технологий, но и открывает новые горизонты в разработке современных строительных материалов. Возможно, в недалеком будущем мы увидим здания и сооружения, построенные из "умного" самовосстанавливающегося бетона, способного простоять века, подобно великим творениям древних римлян.
Это исследование также напоминает нам о важности междисциплинарного подхода в науке. Объединение знаний из области археологии, материаловедения, химии и инженерии позволило ученым взглянуть на древний материал с новой точки зрения и извлечь из него уроки, актуальные для решения современных проблем. Такой подход может быть плодотворным и в других областях, где изучение исторического опыта может привести к неожиданным и важным открытиям.
В конечном счете, история римского бетона - это история человеческой изобретательности и стремления к совершенству. Она показывает, что даже в отсутствие современных технологий, при наличии наблюдательности, упорства и творческого подхода, можно создавать поистине выдающиеся вещи. И сегодня, в эпоху стремительного научно-технического прогресса, мы все еще можем многому научиться у наших предков, чьи творения продолжают восхищать нас спустя тысячелетия.
Они могут светиться, жить под землей и дышать метаном. Вопреки кинематографическим клише, инопланетяне вряд ли будут похожи на людей; и все же их формы жизни могут оказаться достаточно интересными.
«Есть ли жизнь во Вселенной?» — один из самых старых и сложных вопросов, на который наука пока не дала ответа. Но если жизнь вне Земли все-таки существует, то как могут выглядеть ее представители?
Учитывая экстремальные условия на других планетах, биология инопланетян способна радикально отличаться от всего, что мы знаем.
Как могут выглядеть инопланетяне?
Подземные грибы, ледяные существа и светящиеся организмы
Фантастические фильмы из поп-культуры приучили большинство людей к образу двуногих, гуманоподобных пришельцев.
Однако в реальности инопланетные формы жизни, вероятно, адаптированы к своей среде — будь то атмосфера, радиация или гравитация.
Например, на планетах с плотной атмосферой существа могут развить способность к полету, а при сильной гравитации — стать приземистыми и массивными, как слоны.
На планетах с высоким уровнем радиации жизнь может уйти под землю. В этом случае, по словам химика Валентины Эрастовой, пришельцы могут напоминать грибницы — разветвленные подземные сети, как у земных мицелиев.
Есть и другие гипотезы. В условиях экстремального ультрафиолета существа могли бы светиться красным, синим или зеленым светом, как кораллы, защищаясь от вредного излучения за счет специальных пигментов.
А на холодных планетах, вроде Титана — спутника Сатурна, — возможна жизнь в метановых морях, где обитатели будут обладать сверхмедленным метаболизмом, как земные ленивцы.
Ближе к микробам, чем к монстрам
Но чем больше ученые узнают о зарождении жизни, тем более вероятным кажется ее микроскопический характер.
Астробиолог Сара Ругхаймер подчеркивает: большую часть истории Земли на ней существовали только одноклеточные организмы. Даже сегодня подавляющее большинство биомассы состоит из микробов.
Поэтому, если мы и найдем жизнь за пределами Земли, она, скорее всего, окажется микробной — а не разумной.
Впрочем, эволюция может пойти по пути конвергентного развития: органы зрения, конечности, средства передвижения. Однако человеческая форма — результат миллиона лет адаптаций к очень специфическим земным условиям. На других планетах все может быть совсем иначе. Особенно если жизнь там построена на другом элементе — например, на основе кремния.
Правда, по мнению ученых, такой вариант маловероятен: углерод проще формирует сложные молекулы, а значит, более пригоден для жизни.
«Мы понятия не имеем, какими они могут быть», — говорила Сара Ругхаймер в 2024 году.
Это и пугает, и вдохновляет одновременно. Пока ученые ищут разумные сигналы или микробные следы, инопланетная жизнь остается самой захватывающей загадкой XXI века.
Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте построили искусственный нейрон, работающий в том же диапазоне напряжений, что и настоящие нервные клетки.
Впервые электронная схема смогла напрямую обмениваться сигналами с живой тканью без промежуточного усиления – достижение, которое закрывает давнюю пропасть между электроникой и биологией.
Живые нейроны генерируют импульсы в диапазоне примерно от 70 до 130 милливольт. Предыдущие поколения искусственных нейронов требовали напряжения от 0,5 вольта и выше – в десять раз больше, чем у биологических аналогов. Такая разница делала прямой контакт невозможным, ведь слишком сильные сигналы попросту подавляют деликатную клеточную активность.
Руководитель исследования Цзюнь Яо сказал:
Предыдущие версии искусственных нейронов использовали в 10 раз больше напряжения и в 100 раз больше энергии, чем тот, который мы создали.
В лабораторных условиях новый искусственный нейрон генерировал электрические импульсы около 0,1 вольта, точно воспроизводя не только уровни напряжения, но и временные паттерны, а также энергопотребление биологических нейронов.
В основе конструкции лежит мемристор – крошечный компонент, сопротивление которого меняется в зависимости от протекающего тока. Ключевую роль сыграли белковые нанопровода бактерии Geobacter sulfurreducens – микроорганизма, известного способностью перемещать электроны за пределы собственных клеток. Именно бактериальные нанопровода позволили настроить мемристор на работу при биологических уровнях напряжения.
В повторных тестах переключатель активировался при 60 милливольтах и 1,7 наноамперах, после чего самостоятельно сбрасывался вместо того, чтобы оставаться в фиксированном состоянии. Такое поведение имитирует подъём и спад реального нейронного импульса.
При срабатывании мемристора конденсатор быстро заряжался и создавал кратковременный всплеск напряжения. По мере накопления заряда схема принудительно отключала переключатель, формируя рефрактерный период – короткую паузу перед следующим импульсом. Благодаря этой паузе каждый всплеск возвращался к нулю, а не сливался в один непрерывный сигнал. Выходной импульс мог запускать следующий искусственный нейрон, что приближает конструкцию к созданию полноценных сетей.
Помимо электрических сигналов, искусственный нейрон реагировал и на химические стимулы – нейромодуляцию, от которой зависит работа живого мозга. При повышении уровня натрия специальный сенсор ускорял сброс схемы, и нейрон начинал импульсировать чаще.
Графеновый датчик дофамина обеспечивал двунаправленный отклик – при одних дозах активность росла, при других снижалась. Это принципиально важно, ведь живой мозг маршрутизирует информацию не только через электрические импульсы, но и через химический контекст.
Для проверки взаимодействия с живой тканью команда подключила схему к кардиомиоцитам – клеткам сердечной мышцы, которые сокращаются посредством электрических сигналов. Растущая ткань обволакивала мягкую сетку графеновых сенсоров, фиксировавших каждый импульс и сокращение клеток.
При нормальном ритме искусственный нейрон оставался "молчаливым", но когда препарат ускорил "пульс" клеток, схема начала генерировать ответные импульсы. Это ещё не доказывает возможность связи с человеческим мозгом, однако подтверждает обмен данными с живыми клетками в реальном времени.
У технологии есть и практическое измерение за пределами нейронауки. Современные носимые сенсоры вынуждены усиливать слабые сигналы тела перед обработкой, что требует дополнительной энергии и усложняет конструкцию.
Этот промежуточный шаг усиления увеличивает как энергопотребление, так и сложность схемы, но сенсоры, построенные на наших низковольтных нейронах, могут обойтись вообще без усиления.
В упрощённой версии конструкции энергопотребление при химическом режиме работы оказалось как минимум в 100 раз ниже, чем у предыдущих химических искусственных нейронов. При этом вся схема совместима со стандартными процессами производства на основе кремния.
Главное достижение работы – не отдельный эффектный трюк, а комплексное совпадение электронного и биологического поведения по напряжению, энергии, таймингу и химии одновременно.
Впереди ещё длительное тестирование – особенно с настоящими нейронами и проверкой долгосрочной стабильности. Только тогда можно будет говорить об имплантатах или нейроинтерфейсах
Исследователи из Хьюстонского университета достигли сверхпроводимости при нормальном атмосферном давлении и температуре перехода 151 К (–122°C). Это новый рекорд для сверхпроводимости при обычном давлении, и добиться его удалось благодаря технике закалки давлением – того же метода, который используется для создания искусственных алмазов. Впрочем, до заветной цели – сверхпроводимости при комнатной температуре – остаётся ещё около 140 градусов.
Сверхпроводимость – состояние, при котором материал полностью теряет электрическое сопротивление и отталкивает магнитные поля. Достичь этого состояния можно при очень низких температурах и/или экстремально высоком давлении, но для практического применения необходимо научиться получать его в обычных "комнатных" условиях.
Главная сложность в том, что сверхпроводимость опирается на хрупкие электронные пары, которые разрушаются при повышении температуры.
Высокое давление способно усилить взаимодействие между электронами, сжимая материал и изменяя его электронную структуру, что повышает критическую температуру (Tc) – порог, при котором сопротивление исчезает.
Однако улучшенные свойства обычно существуют только под экстремальным давлением, и при его снятии материал возвращается в обычное состояние, теряя сверхпроводимость.
Команда Хьюстонского университета под руководством Чин-Ву Чу и Лянцзы Дэн работала с купратным сверхпроводником на основе ртути, известным как Hg1223. Этот материал известен высокими температурами перехода – ещё в 1993 году он достиг сверхпроводимости при 133 К (–140°C) в условиях нормального давления, и этот рекорд держался более 30 лет. Новое исследование подняло планку на 18 К.
Ключевую роль в прорыве сыграла техника закалки давлением. Сначала материал подвергается интенсивному давлению для улучшения электронных свойств и повышения Tc. Затем, пока давление сохраняется, образец охлаждается до определённой температуры, после чего давление резко снимается.
Такая последовательность действий позволяет "зафиксировать" состояние материала, достигнутое под давлением, и сохранить улучшенные сверхпроводящие свойства уже при нормальных условиях.
Сама по себе сверхпроводимость, достигаемая с помощью давления – хорошо изученное явление. Однако сохранение этих свойств после снятия давления до сих пор оставалось серьёзной проблемой, что делает нынешнюю демонстрацию особенно значимой.
Дополнительное преимущество работы при нормальном давлении – упрощение экспериментов. Материалы, стабильные в обычных условиях, можно исследовать с помощью широко доступного лабораторного оборудования, что ускоряет как фундаментальные исследования, так и прикладные разработки.
Сверхпроводники потенциально применимы в самых разных областях – от энергетики и медицины до высокопроизводительной электроники.
Среди перспективных направлений – термоядерные энергетические установки, магнитно-резонансная томография и другие системы, которые выиграют от работы с нулевым сопротивлением, но не могут использовать экстремальные методы охлаждения вроде жидкого азота.
Группа экспертов в журнале Reproductive BioMedicine Online предупреждает: без решения вопроса репродукции колонизация Луны и Марса невозможна. Несмотря на технологический прогресс, биологические риски остаются критическими. Радиация повреждает ДНК и гаметы, а микрогравитация нарушает гормональный фон и развитие эмбрионов. К этому добавляются токсичная реголитовая пыль, стресс и сбои циркадных ритмов, что в совокупности делает космическую среду крайне враждебной для деторождения.
На данный момент у ученых слишком мало данных о долгосрочном влиянии космоса на фертильность. Статистика миссий Space Shuttle не выявила проблем у женщин, но это были короткие полеты. Влияние многомесячных экспедиций на мужское и женское здоровье остается белым пятном. Исследователи призывают заполнить эти пробелы, изучая биомодели и используя симуляции, так как отправка беременных женщин в космос в научных целях исключена по этическим соображениям.
Для защиты будущих колонистов потребуются инновационные решения: от продвинутого радиационного экранирования до автоматизированных вспомогательных репродуктивных технологий с применением ИИ. Также обсуждаются методы сохранения фертильности (заморозка биоматериала) перед длительными миссиями. Эксперты настаивают на создании международного этического совета, который разработает правила репродуктивных исследований вне Земли, уделяя внимание здоровью будущего потомства.
Ведущий автор отчета Джайлс Палмер подчеркивает, что подготовку нужно начинать сейчас, пока интерес к Марсу и Луне находится на пике. Промедление может привести к тому, что поселения станут "тупиковыми" из-за накопленных эпигенетических изменений и бесплодия колонистов. Цель ученых — создать безопасный протокол, который позволит человечеству не просто выживать, а полноценно воспроизводиться в условиях внеземной среды.
Ожидаете новостей о жизни на Марсе? Вы опоздали на 120 лет. 9 декабря 1906 года вышла газета The New York Times с заголовком, который сегодня мы бы назвали кликбейтом: "На планете Марс есть жизнь". Доказательством служили предполагаемые сети каналов на Марсе. Девяносто лет спустя NASA объявило, что структуры в марсианском метеорите – это окаменелые остатки древних бактерий. Президент Клинтон созвал пресс-конференцию в Розовом саду. Ни то, ни другое не подтвердилось. Но когда неопровержимые доказательства наконец появятся, мир столкнётся с вопросом, к которому удивительно не готов – как именно об этом рассказать?
В 2024 году NASA собрало более 100 экспертов – астробиологов, журналистов, социологов – на виртуальный семинар "Коммуникация открытий в поиске жизни во Вселенной". Итоги вошли в аналитический доклад, вышедший в прошлом октябре в журнале Astrobiology. И выводы оказались далеки от научной фантастики – скорее, это руководство по кризисным коммуникациям планетарного масштаба.
Почему учёные боятся повторения ошибок
Астероид Диморф
Бриэнн Сулдовски – доцент кафедры коммуникаций Портлендского государственного университета и одна из авторов доклада говорит:
Концепция инопланетян глубоко укоренена в нашей поп-культуре и воображении. Люди, скорее всего, уже имеют сложившиеся страхи, основанные на том, что они видели в медиа, читали, а также на конспирологических убеждениях, которых они могут придерживаться.
Цифры это подтверждают. Согласно опросу Исследовательского центра Пью 2021 года, 51% американцев считают, что неопознанные воздушные явления (UAP – современный термин для НЛО) имеют внеземное происхождение. При этом 87% уверены, что даже если аппараты инопланетные – угрозы для Земли нет. На семинаре NASA эти данные вызвали шок.
Астробиологи не могли понять, почему публика в это верит. Они говорили, что ошеломлены.
Проблема в том, что реальное обнаружение жизни будет выглядеть совсем не так, как в кино. Никаких летающих тарелок на военных аэродромах – скорее характерное и доказанное отклонение на спектральном графике, которое "совместимо с биологией", но ничего конкретного не доказывает.
Поиск жизни в космосе – это не просто научный вопрос. Это моральный вопрос, философский вопрос, для кого-то – религиозный. Это имеет глубокие последствия для нашего фундаментального понимания того, что значит быть человеком.
Микробы или технологии – два сценария контакта
Фото поверхности Марса – NASA
Внеземная жизнь может быть обнаружена в двух формах.
Биологическая – микробы в образце грунта, химические следы в атмосфере экзопланеты, органика в подлёдном океане спутника Юпитера
Технологическая – артефакт или сигнал, указывающий на разумную цивилизацию
Каждый сценарий требует отдельной коммуникационной стратегии, так как неопровержимое доказательство присутствия разумных инопланетян может спровоцировать панику.
Мы видели это во время COVID. Когда вы сообщаете о риске, важно рассказать о том, что мы знаем, и, что ещё важнее – чего мы не знаем, и какие шаги предпринимаются для защиты общественных интересов. Когда речь идёт о разумной жизни, мы говорим о планетарной защите.
Обнаружение микробной жизни несёт другие риски – прежде всего страх заражения инопланетным патогеном. Впрочем, NASA уже доказало свою компетентность ещё во времена программы "Аполлон", когда 382 килограмма лунных образцов были помещены на карантин и обрабатывались через изолированные боксы.
Мы не можем предполагать, что публика понимает – это изначально заложено в методику наших исследований.
Наиболее реалистичный сценарий – дистанционное обнаружение на другой планете. Как отмечается в докладе, коммуникаторы должны подготовить публику к тому, что она увидит в первую очередь косвенные признаки цивилизации, а не телевизионные передачи с другой планеты.
Шкала CoLD – семь шагов к официальному признанию жизни
Фото галактики NGC 7722
Чтобы не повторять ошибок прошлого, когда единственный неподтверждённый результат превращался в мировую сенсацию, NASA разработало систему Confidence of Life Detection (CoLD). Это семиуровневая шкала научной достоверности, и только на последнем уровне учёные получают право официально заявить об обнаружении жизни:
Уровень 1 – обнаружен сигнал, который, как известно, может быть связан с биологической активностью
Уровень 2 – исключено загрязнение образца или ошибка в методике обнаружения
Уровень 3 – сигнал воспроизводим и устойчив
Уровень 4 – все известные небиологические источники сигнала признаны неправдоподобными в данной среде
Уровень 5 – дополнительные независимые данные подтверждают биологическую гипотезу
Уровень 6 – альтернативные гипотезы исключены на основе новых наблюдений
Уровень 7 – независимые группы подтвердили предсказанное биологическое поведение. Только здесь открытие признаётся официальным
Проблема в том, что путь от первого до седьмого уровня может занять годы. А публика, привыкшая к заголовкам вроде "NASA нашло жизнь на Марсе", рискует запутаться или разочароваться задолго до финала.
Кто расскажет и как
Юпитер – фото сделано телескопом Уэбба
Лишь крошечная доля людей когда-либо прочитает оригинальную научную статью. Новость до широкой аудитории донесут журналисты – и именно здесь, по мнению авторов доклада, скрывается одно из главных уязвимых мест.
У нас практически не осталось научных журналистов. Есть журналисты-универсалы, которые иногда освещают науку. Многие учёные, с которыми я разговаривала, не решаются общаться со СМИ, опасаясь, что их исследования будут переданы неточно.
Погоня за кликабельными заголовками усугубляет ситуацию. Как отмечается в докладе, проблема усиливается медийными тенденциями, которые часто отдают предпочтение лаконичным, захватывающим нарративам вместо детального объяснения неопределённости.
В связи с этим авторы работы рекомендуют закреплять штатного специалиста по коммуникациям за каждой исследовательской группой, а также вести превентивное информирование – публиковать пресс-релизы ещё до начала исследований, объясняя методологию простым языком, чтобы заранее опровергать заблуждения.
Отдельное внимание уделяется борьбе с дипфейками и ИИ-сгенерированным контентом, способным мгновенно распространить дезинформацию. Доклад также рекомендует вводить в школьные программы обучение научному методу и пониманию неоднозначной природы научных доказательств.
Три миссии, за которыми стоит следить
Рендер миссии Europa Clipper
Инструменты поиска уже работают, и доклад выделяет три направления с наибольшими шансами на результат:
Ледяные спутники ЮпитераАппарат Europa Clipper (запущен в октябре 2024 и пока пройдено около 20-25% пути, прибытие ожидается в апреле 2030 года) направляется к Европе – миру, покрытому ледяной коркой, под которой, вероятно, скрывается тёплый солёный океан. Миссия JUICE Европейского космического агентства (запущена в апреле 2023) исследует Европу, Ганимед и Каллисто
ЭкзопланетыКосмический телескоп "Пандора" (запущен 11 января) будет искать спектральные маркеры водяного пара, метана и кислорода на 20 экзопланетах
Марсианский грунтДавно планируемая NASA миссия по доставке образцов марсианской почвы и горных пород на Землю
Во Вселенной с триллионами планет шансы на то, что хотя бы некоторые из них способны породить жизнь, определённо выше нуля. Как, впрочем, и шансы на то, что о таком открытии человечеству расскажут без должного подхода. Тем более, что есть проблема локальной подачи информации – как подобное открытие представят в Китае будет отличаться от того, как это сделают в России или США.
А как бы вы среагировали, узнав, что ученые обнаружили далекую экзопланету, та которой присутствует более технологически развитая цивилизация? Несмотря на то, что я пишу про космос уже много лет, до сих пор не могу представить, какой именно будет реакция, если мы опубликуем новость о том, что инопланетяне действительно существуют и у нас даже есть размытое фото их планеты.
Администрация Трампа инициировала расследование исчезновений и смертей 11 американских ученых, подавляющее большинство которых были связаны с федеральными программами ядерных или космических исследований. Трое из них работали непосредственно на NASA, и агентство наконец нарушило молчание.
NASA координирует действия и сотрудничает с соответствующими ведомствами в связи с пропавшими учеными. На данный момент ничто, связанное с NASA, не указывает на угрозу национальной безопасности. Агентство привержено прозрачности и предоставит дополнительную информацию по мере возможности.
Власти утверждают, что подтвержденной связи между 11 случаями нет, однако тот факт, что все ученые работали в стратегически важных и высокоценных областях, вызвал серьезную обеспокоенность федеральных чиновников. Среди этих областей – безопасность ядерного оружия и системы обороны, космические миссии NASA и отслеживание астероидов, термоядерная энергия и физика плазмы, передовые аэрокосмические и военные технологии, а также биомедицинские исследования.
Нас это очень беспокоит. Это вопрос национальной безопасности. Это наводит на мысль, что может происходить нечто зловещее.
Таблоиды и соцсети наполнились спекуляциями вокруг обстоятельств всех 11 случаев. Некоторые связывают исчезновение ученых с пропажей отставного генерала ВВС США Уильяма Маккасленда, о розыске которого сообщили 27 февраля 2026 года. Конспирологические теории вокруг Маккасленда подпитываются его прошлой ролью командующего Исследовательской лабораторией ВВС на базе Райт-Паттерсон, давно окружённой теориями об НЛО. Причины смерти Майвальда и Хикса публично не раскрывались, хотя свидетельств подозрительных обстоятельств нет.
Учитывая, что двое из 11 ученых – Нуно Лурейро из MIT и Карл Грильмар из Caltech – были застрелены в результате целенаправленных нападений, поспешные выводы о связи всех случаев объяснимы. Однако на данный момент попросту недостаточно доказательств, указывающих на общий мотив или закономерность. По мере продвижения расследования NASA и координирующих ведомств может появиться больше ясности относительно обстоятельств гибели Майвальда и Хикса, а также исчезновения Резы.
Учёные из Германии обнаружили трио бактерий, способных переваривать распространённую пластиковую добавку – но только работая сообща.
Исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Microbiology, показало, что "консорциум" бактериальных штаммов (два вида из рода Pseudomonas и один из рода Microbacterium) способен расщеплять фталатные эфиры (ФЭ) – вещества, которые часто используются для придания пластику гибкости.
Эти химикаты всё активнее попадают в окружающую среду по мере роста пластикового загрязнения, и исследования показывают, что они вредны как для людей, так и для дикой природы.
Исследователи нашли нужные микробы буквально у себя под носом – в биоплёнке, образовавшейся на полиуретановых трубках биореактора в их собственной лаборатории.
Образец поместили в питательную среду с фталатным эфиром диэтилфталатом (ДЭФ) в качестве основного источника углерода и энергии.
В итоге удалось получить стабильную культуру бактерий, способную расщеплять ДЭФ при концентрации до 888 миллиграммов на литр. Консорциум поглощал весь ДЭФ за 24 часа при температуре 30 градусов Цельсия. Бактерии также оказались способны расти на диметилфталате, дипропилфталате и дибутилфталате.
Секвенирование ДНК показало, что по отдельности бактерии не справляются с фталатными эфирами – расщепление происходит только через кооперативный процесс, известный как перекрёстное питание.
Учёные считают, что такой консорциум может стать новым инструментом борьбы с загрязнением – от очистки заражённых территорий до ускорения разложения пластика, содержащего фталатные эфиры.
Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии обнаружили, что стандартные WiFi-сети способны распознавать конкретных людей с пугающей точностью. Для этого не нужно специализированное оборудование, а сам процесс идентификации занимает лишь несколько секунд после обучения модели.
В основе метода лежит технология под названием WiFi-сенсинг (WiFi sensing) – использование WiFi-сигналов для получения информации о физическом пространстве.
Когда радиосигналы распространяются в помещении, они взаимодействуют с окружающими объектами и людьми, отражаясь, рассеиваясь или поглощаясь. Анализируя разницу между ожидаемым поведением сигнала и реально принятым, можно делать выводы об окружающей среде.
Исследователи сосредоточились на информации обратной связи формирования луча (beamforming feedback information, BFI) в сочетании с моделями машинного обучения. Формирование луча появилось ещё в WiFi 5 и позволяет роутерам направлять сигналы точнее в сторону подключённых устройств. Для этого подключённые к сети девайсы постоянно отправляют роутеру обратную связь.
Ключевая проблема состоит в том, что эта обратная связь передаётся в незашифрованном виде. Получить к ней доступ можно без специального оборудования и даже без прямого подключения к самой сети WiFi. Особенно настораживает то, что метод способен идентифицировать людей, у которых вообще нет никаких подключённых к сети устройств, – достаточно просто находиться в зоне действия роутера.
В ходе исследования команда записала WiFi-сигналы от почти 200 участников, которые проходили через зону покрытия сети с разными стилями ходьбы. Данные фиксировались с четырёх различных точек. Параллельно тестировался более старый метод на основе информации о состоянии канала (channel state information, CSI), который измеряет изменения радиосигнала при отражении от стен, мебели и людей.
CSI уже применялся в предыдущих исследованиях WiFi-сенсинга, однако на практике его сложнее использовать, поскольку он нередко требует модифицированной прошивки. Этот метод показал точность идентификации 82.4%, тогда как новый BFI-подход достиг отметки 99.5%.
Наблюдая за распространением радиоволн, мы можем создать образ окружения и людей, находящихся в нём. Это работает аналогично обычной камере, с той разницей, что в нашем случае для распознавания используются радиоволны, а не световые.
Результаты были представлены на конференции по компьютерной безопасности и коммуникациям ACM (ACM Conference on Computer and Communications Security) в ноябре прошлого года. Соавтор исследования Юлиан Тодт описал возможные последствия максимально конкретно:
Эта технология превращает каждый роутер в потенциальный инструмент слежки. Если вы регулярно проходите мимо кафе с WiFi-сетью, вас можно идентифицировать там незаметно для вас самих, а затем распознать повторно – например, государственными органами или коммерческими организациями.
Исследователи обратились к организации IEEE, устанавливающей отраслевые стандарты, с призывом включить более строгие механизмы защиты приватности в разрабатываемый стандарт 802.11bf. Этот стандарт призван унифицировать приложения WiFi-сенсинга, и от того, какие защитные меры в него войдут, во многом зависит то, насколько массовым может стать подобный метод слежки.
Физики Гарвардского университета нашли способ упаковывать квантовые биты в трехмерные структуры, используя эффект Монтгомери, теоретически разработанный еще в 1967 году. Экспериментальное подтверждение эффекта Монтгомери позволяет фокусировать лазерные лучи в пустом пространстве без линз, создавая трехмерные световые ловушки для миллионов кубитов. Это работа стала развитием идей великого российского физика Владилена Летохова, который еще в 1970-е годы описал идеи лазерного охлаждения и лазерных ловушек.
Иллюстрация пространственно структурированного явления самофокусировки луча, известного как эффект Монтгомери. Цветовая палитра соответствует фазовому профилю света, показывая спиралеобразный волновой фронт света с орбитальным угловым моментом, появляющийся вновь при распространении. Joshua Mornhinweg
В квантовом мире важна не только плотность, но и связность. В плоской структуре у каждого атома всего четыре соседа. В трехмерном «кристалле», созданном благодаря эффекту Монтгомери, количество связей резко возрастает. Это позволяет квантовым алгоритмам исправления ошибок работать на порядок быстрее. По сути, мы переходим от медленных «пробок» на плоскости к скоростным многоуровневым развязкам в объеме, где информация передается по кратчайшему пути между любыми узлами системы.
Десятилетиями камнем преткновения для квантовых компьютеров была проблема масштабирования. Современные системы на нейтральных атомах или ионах напоминают плоский лист: кубиты выстроены в цепочку или расположены в одном тонком слое. Чтобы нарастить мощность до миллиона кубитов, ученым пришлось бы создавать установки площадью с футбольное поле, которыми почти невозможно управлять.
Решение пришло из области теоретической оптики прошлого века. Эффект Монтгомери, предсказанный еще в 1967 году, гласит: свет может самопроизвольно восстанавливать свой фокус в свободном пространстве через равные промежутки пути. Почти 60 лет это предсказание оставалось всего лишь изящным математическим трюком, пока команда Федерико Капассо не заставила лазер «вспоминать» свою форму без единой стеклянной линзы. Работа опубликована в журнале Optica.
Концепция эффектов Тальбота и Монтгомери.
Исследователи программируют фазу лазерного луча так, что он как бы несет в себе чертеж для собственного восстановления. Распространяясь в пустоте, луч сначала рассеивается, а затем резко собирается в яркую точку или сложную фигуру именно там, где это нужно инженерам. Этот цикл повторяется многократно, создавая в пространстве целую серию идеально выверенных фокусов. Такая «световая скульптура» позволяет обойти ограничения линзовой оптики, которая неизбежно вносит искажения и мешает плотной упаковке элементов.
Экспериментальная реализация эффектов Тальбота и Монтгомери.
Архитектура миллиона кубитов
Переход от плоских схем к трехмерным массивам радикально меняет дорожные карты таких стартапов, как Quantum Art или QuEra. Вместо того чтобы пытаться удержать атомы в одной плоскости, физики теперь могут строить из них многослойные конструкции.
Эффект Монтгомери обеспечивает ювелирную точность: свет фокусируется только в узких слоях, оставляя пространство между ними темным. Это исключает помехи и позволяет кубитам на разных уровнях работать слаженно, не мешая друг другу фоновым излучением.
Иллюстрация мультикубитных гейтов. Компания Quantum Art
«Наша полностью программируемая платформа может найти применение в широком спектре областей: от крупномасштабных квантовых компьютеров на нейтральных атомах до многоплоскостной микроскопии, когда съемка ткани ведется одновременно на нескольких глубинах», — подчеркивает соавтор работы Мурат Ессенов.
Возможность управлять сотнями ловушек с помощью одного подготовленного луча превращает сборку квантового процессора из ручного труда в автоматизированный процесс, подобный 3D-печати. В ближайшие годы это открытие может резко сократить сроки создания вычислительных систем с миллионом кубитов, превращая целые квантовые «футбольные поля» в компактные кристаллы.
Реализация метода, основанного на эффекте Монтгомери, стала возможной благодаря развитию идей великой школы лазерной физики, заложенной в Троицке в Институте спектроскопии Владиленом Летоховым еще в 1970-е годы. Именно он первым предсказал возможность захвата атомов светом. Сегодняшний прорыв с эффектом Монтгомери — это успех той самой философии Летохова: лазер — не просто освещение, а сверхточный инструмент манипуляции материей. Вместо громоздких приборов ученые используют фундаментальные свойства волновой интерференции, фактически заставляя саму природу выполнять работу по сборке сложнейших квантовых процессоров будущего.
Китай продолжает активно готовиться к масштабному освоению Луны, и на этот раз в центре внимания оказались не обычные роверы, а роботы-собаки.
Передовые инженерные решения проходят испытания в условиях, максимально приближенных к лунным.
Четвероногие машины, разработанные специалистами Школы компьютерных наук Пекинского университета, демонстрируют высокую проходимость и устойчивость на сложном рельефе, имитирующем лунную поверхность – в частности, эксперимент проводился в образованной лавовыми потоками пещере неподалеку от города Муданьцзян.
Ключевое преимущество роботизированных собак — их способность преодолевать препятствия, которые оказываются не по зубам колесным аппаратам, — крутые склоны, рыхлый грунт и груды камней. Такие роботы-разведчики могут стать «авангардом» будущих лунных миссий, исследуя наиболее опасные и труднодоступные районы, куда не смог бы добраться человек или более громоздкая техника.
Ожидается, что подобные аппараты будут задействованы в предстоящей китайской лунной миссии «Чанъэ-7», запланированной на 2026 год, в рамках которой будет проводиться разведка мест для строительства лунной базы.
Эксперт Центра космических технологий Московского авиационного института Александр Бон оценил стратегическую важность этой разработки, рассказал о наличии аналогов в России и объяснил, для чего вообще нужны такие луноходы-разведчики.
Почему будущее лунных баз спрятано в пещерах
Разработка китайских коллег — часть глобального тренда, направленного на поиск оптимальных мест для долговременного пребывания человека на Луне. Как пояснил Александр Бон, для России тоже критически важна разработка луноходов-разведчиков. Особенно, если мы собираемся осваивать Луну, те самые вулканические пещеры — практически наилучшее место, где можно расположить инфраструктуру. Ученый подчеркивает: эти природные образования предлагают готовую защиту от экстремальных условий открытого космоса.
«В вулканических пещерах лунные базы будут хорошо защищены от солнечной радиации, микрометеоритов. Помимо этого, предполагается, что там более-менее стабильная температура — а это огромный плюс для инфраструктуры, которую планируется развивать, – она будет долго существовать, не подвергаясь перепадам», — отмечает специалист.
Почему Россия не отправляет робопсов на Луну
Что же касается технологической готовности России к созданию подобных аппаратов, то здесь ситуация неоднозначная. С одной стороны, в России есть все ключевые технологии, чтобы иметь достойные аналоги китайским роботизированным машинам, а с другой – если говорить об отправке на Луну не просто универсальных роботов-исследователей, которые могут оценить общую обстановку, а узкоспециализированных – способных проводить сложные исследования на месте предполагаемого возведения лунной базы, — то здесь возникают проблемы с отсутствием необходимых для сборки материалов.
«В России на данный момент нет высокопроизводительной электроники, с помощью которой можно было бы создавать узкоспециализированные устройства для изучения Луны, а также других планет»
Александр Бон
эксперт Центра космических технологий Московского авиационного института
Впрочем, уже к 2030 году ситуация должна измениться. В России планируется вводить в эксплуатацию специализированную машину по производству чипов — той самой высокопроизводительной электроники, с которой станет возможным создание сложной космической узкоспециализированной роботизированной техники.
Эксперт отметил, что сегодня Россия ничего не теряет от временного отсутствия высокопроизводительной электроники в контексте создания роботов для изучения Луны. На текущем этапе исследований есть потребность в получении общих данных о строении лунных пещер — о детальных исследованиях широкого спектра пока никто не говорит. Поэтому в гонке лучших роботов для первичных исследований пещер Луны Россию вполне можно назвать достойныме конкурентом Китаю.
«На данном этапе не только для России, но и для всех стран, которые собираются исследовать лунные пещеры, сейчас наиболее важно найти какие-то универсальные решения, поскольку мы не знаем специфику этих самых пещер на данный момент», — объясняет специалист МАИ.
Этот подход полностью согласуется с логикой китайской программы, где робот-собака выступает в роли такого универсального разведчика.
Так, работы, подобные китайским, закладывают фундамент для следующего этапа космической экспансии, когда на смену разведчикам придут узкопрофильные машины для строительства и обустройства внеземного жилья. Ждать осталось недолго.
Плоды дурнишника, который растет во всем мире и часто считается ядовитым сорняком, содержат антиоксидантные и противовоспалительные компоненты, которые могут сделать его полезным в качестве средства защиты кожи, согласно новому исследованию.
Исследователи обнаружили, что соединения в колючих плодах этого вида снижают ущерб от воздействия УФ-В и ускоряют заживление ран в лабораторных тестах с использованием клеток и тканей. Экстракты дурнишника также влияют на выработку коллагена, белка, который придает коже эластичность и предотвращает появление морщин.
«Мы обнаружили, что плоды дурнишника могут защищать кожу и способствовать увеличению выработки коллагена», — сказала Ынсу Сон, докторант Университета Мёнджи в Южной Корее, которая проводила исследование. «В этом отношении они могут быть привлекательным ингредиентом для кремов или других косметических форм. Вероятно, они продемонстрируют синергетический эффект, если смешать их с другими эффективными соединениями, такими как гиалуроновая кислота или ретиноевая кислота, против старения».
Дурнишник обыкновенный (лат. Xánthium strumárium) - это растение, которое распространилось по всему миру и в диком виде произрастает в Европе, Северной Америке, умеренных районах Азии (южная Сибирь), России, на Кавказе, в Средней Азии. Распространилось и натурализировалось в Африке, Австралии, Океании и Южной Америке. Растение считается сорняком и часто встречается на влажной песчаной почве по берегам рек и канав, у заборов, дорог, по пустырям, мусорным местам, в посевах хлопчатника и других культур. Его отличительные плоды, покрытые жесткой оболочкой и колючками (созревшие плоды благодаря наличию кручковато-загнутых шипиков легко цепляются к животным), веками использовались в традиционной медицине при головной боли, заложенности носа, нарушениях пигментации кожи, заболеваниях, связанных с туберкулезом, и ревматоидном артрите. В последние годы ученые исследовали его потенциальное использование в лечении ревматоидного артрита и рака.
Новое исследование является первым, в котором исследуются свойства плодов как ранозаживляющего средства и средства защиты кожи. Исследователи впервые изучили молекулярные свойства экстрактов плодов дурнишника и выделили определенные соединения, которые могут способствовать антиоксидантному и противовоспалительному действию. Затем они использовали клеточные культуры и трехмерную модель ткани со свойствами, подобными человеческой коже, чтобы изучить, как эти соединения влияют на выработку коллагена, заживление ран и повреждение от УФ-излучения.
Результаты показали, что экстракты плодов дурнишника стимулировали выработку коллагена, ускоряли заживление ран и оказывали защитный эффект от УФ-излучения. Сравнив биологическую активность плодов дурнишника, выращенных в разных местах, исследователи обнаружили, что плоды, выращенные в Южной Корее, обладают несколько более высокими антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, а также большей ранозаживляющей активностью, чем плоды, выращенные в Китае. (!?)
Исследователи предупредили, что высокие дозы экстракта плодов дурнишника могут быть вредными, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, как безопасно использовать его в косметических или фармацевтических целях.
«В колючках плодов дурнишника, также содержится токсичный компонент — карбокси-атрактилозид (carboxyatractyloside), который может повредить печень», — сказала Сонг. «Дурнишник продемонстрировал потенциал в качестве косметического средства за счет увеличения синтеза коллагена, однако он показал отрицательные результаты при более высоких концентрациях. Поэтому поиск правильной концентрации кажется очень важным и будет ключом к коммерциализации экстрактов плодов дурнишника в косметике».
Двигаясь вперед, исследователи планируют продолжить изучение задействованных биологических механизмов и провести эксперименты на животных-альтернативах, чтобы изучить способы безопасной адаптации экстрактов плодов дурнишника для использования в косметических продуктах.
Сонг представила новое исследование на Discover BMB, ежегодном собрании Американского общества биохимии и молекулярной биологии, которое произошло 25–28 марта в Сиэтле.
Почти 2000 лет назад извержение Везувия уничтожило римский город Помпеи и соседний Геркуланум. Однако библиотека древних свитков в Геркулануме чудом уцелела в обугленном виде, настолько хрупком, что ученые не решались к ней прикасаться. Но исследователи нашли обходной путь, как это часто бывает.
Впервые специалистам удалось виртуально развернуть и расшифровать свиток "PHerc. 1667" – около 1,4 метра папируса и 22 столбца греческого текста. Результаты уже опубликованы и стали важным достижением в рамках Vesuvius Challenge.
Этот конкурс представляет собой глобальное состязание, призывающее любые квалифицированные команды применять машинное обучение, компьютерное зрение и геометрию для извлечения ценной информации из обугленных геркуланумских свитков.
Еще год назад любому из нас показалось бы безумием верить, что целый свиток можно будет прочитать полностью неинвазивным способом, с сотнями столбцов текста. А сегодня мы показали вам, что это произошло.
Так прокомментировал достижение на пресс-конференции Брент Силс, сооснователь проекта и специалист по информатике из Университета Кентукки.
Вилла папирусов в Геркулануме была впервые обнаружена в XVIII веке. Но лишь в 2015 году Силс и его коллеги с помощью рентгеновской томографии и компьютерного зрения доказали, что информацию из обугленных свитков можно восстановить, не разворачивая их физически.
Именно это открытие привело к запуску Vesuvius Challenge в 2023 году. Конкурс породил устойчивый и впечатляющий поток открытий и новых методов. Сочетание знаний и опыта позволило исследователям все ближе подойти к чтению древних свитков, которые, по словам организаторов конкурса, почти 2000 лет хранили жестокую тайну.
Команда, стоящая за находкой, сначала просканировала PHerc. 1667 высокоразрешающими рентгеновскими лучами на Европейском центре синхротронного излучения. Затем исследователи реконструировали свиток в плоскую, читаемую поверхность. Наконец, программа машинного обучения помогла выделить видимые следы чернил.
Как отметила команда, эти модели "используются как усилители видимости для экспертной проверки, а не как автономные системы чтения". Иными словами, расшифровка и транскрипция увиденного оставались задачей папирологов.
По словам этих специалистов, текст представляет собой философский трактат по этике, в частности стоическое сочинение. Например, в нем упоминается Аристокреон, древний ученый и племянник Хрисиппа, знаменитого философа-стоика.
Другие фрагменты, доступные в открытом препринте, затрагивают стоические темы человеческой природы, импульса и морального прогресса людей.
Физики и биологи из США сделали кожу живых мышей прозрачной при помощи раствора красителя тартразина в воде. Его сильно поглощающие свет молекулы изменяли показатель преломления раствора, что приводило к уменьшению контраста в показателях преломления между водой и липидами, обратимо делая биологические живые ткани прозрачными. Среди прочего, ученым удалось сделать прозрачным живот живой мыши, что позволило напрямую наблюдать за внутренними органами, говорится в статье опубликованной в журнале Science.
Одна из важнейших задач в биологии и медицине — заглянуть внутрь биологических тканей для исследования фундаментальных процессов, происходящих в живом организме. Однако в оптическом диапазоне глубина проникновения изображения крайне ограничена из-за сложности биологических структур, вызывающих нежелательное рассеяние света. Ученые пытались решить эту проблему различными методами, например, при помощи двухфотонной микроскопии, флуоресцентной визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне или оптического просветления тканей. Однако эти методы либо не обладают достаточной глубиной проникновения и разрешением, либо не подходят для живых животных.
Группа ученых под руководством Хуна Госуна (Guosong Hong) из Стэнфордского университета смогла сделать биологические ткани живых мышей прозрачными. Исследователи обнаружили, что с этой задачей справляются растворы молекул с высоким коэффициентом поглощения света, например, водный раствор пищевого красителя тартразина.
Чтобы объяснить контринтуитивное открытие, ученые применили модель Лоренца диэлектрических свойств вещества, представляя молекулы тартразина и других молекул с высоким поглощением света в виде осцилляторов Лоренца. Такой подход показал, что эти осцилляторы с острыми резонансами поглощения видимого света — в диапазоне длин волн от 400 до 700 нанометров — эффективно увеличивают действительную часть показателя преломления в красном и инфракрасном диапазоне, когда они растворены в воде. Это оказалось в полном соответствии с соотношениями Крамерса — Кронига, описывающими интегральную связь между действительной и мнимой частями комплексной функции отклика физической системы. В результате водорастворимые красители в видимом спектре могут эффективно снижать контрастность показателей преломления между водой и липидами, что приводит к оптической прозрачности живых биологических тканей.
Чтобы проверить способ на практике, ученые нанесли раствор тартразина на выбритую кожу головы живой мыши и использовали лазерную спекл-контрастную визуализацию, чтобы рассмотреть кровеносные сосуды в головном мозге. Такая процедура обычно требует удаления кожи головы из-за ее непрозрачности, а обычная визуализация выбритой головы мыши не выявила никаких интересных особенностей, зато после нанесения раствора сосуды стали видны. Аналогично ученые показали возможность применения раствора для визуализации органов в брюшной полости мыши. Прозрачный живот мыши позволил им напрямую наблюдать за внутренними органами, включая печень, тонкую кишку, слепую кишку и мочевой пузырь, при этом не потребовалось никакое дополнительное оборудование. Кроме того, авторы отмечают, что эффект полностью обратим — достаточно смыть водой нанесенный раствор.
По словам ученых, несмотря на видимую эффективность нового метода, при его применении могут возникать некоторые сложности. В частности, для разных биологических тканей приходится тщательно подбирать нужную концентрацию тартразина. Впрочем, при помощи разработанной физической модели ученые надеются подобрать и более эффективные молекулы, чем тартразин.
Есть животные, которые умеют становиться прозрачными и без посторонней помощи. Например, так делают стеклянные лягушки.
Комментарии