Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №717-718

Теоретики редко предлагают массу экспериментальных способов для подтверждения их любимой гипотезы. И теперь слово за специалистами. Ведь если даже проанализировать уже накопленный массив астрономических и сейсмических данных, быть может, очень повезет и найдутся следы преонных горошин. Или, скорее, выяснится, что их существование весьма маловероятно. ГА

Любопытные результаты, проливающие свет на механизмы трения на атомном уровне, получила команда ученых из Хьюстонского и Висконсин-Мэдисонского университетов. Оказывается, чем тяжелее атомы, тем меньше трения испытывает покрытая ими наноповерхность.

Трение — известный бич всевозможных машин и механизмов. И хотя в распоряжении у инженеров есть несколько сносных моделей, которые позволяют описать каким образом свойства поверхностей вроде адгезии, шероховатости или твердости материала влияют на трение, на атомном уровне механизмы процесса до сих пор во многом остаются загадкой. Особенно страдают от этого наномашины, поскольку чем меньше масштабы устройства, тем сильнее проявляется трение, а инженерного опыта тут еще нет.

Американским ученым удалось поставить простые и красивые эксперименты, в которых выяснилось, как масса атомов на поверхности влияет на трение. Для этого они покрывали поверхность кристаллов алмаза и кремния монослоем атомов водорода или его тяжелого изотопа дейтерия. По идеально гладкому слою скользили иголкой атомно-силового микроскопа и измеряли силу трения иглы о поверхность. В обоих случаях трение о поверхность с дейтерием было заметно меньше.

У дейтерия и водорода химические свойства одинаковы и они одинаково взаимодействуют с материалом иголки. Только масса атомов дейтерия вдвое больше и его тяжелые атомы колеблются с меньшей частотой. Поэтому атомы дейтерия реже сталкиваются с атомами движущейся иголки, а значит меньше забирают у них кинетическую энергию, превращая ее в тепло колебаний атомов материала подложки. Так ученые объяснили наблюдаемую меньшую силу трения на дейтерии.

Теперь ученые стали лучше понимать механизм трения на атомных масштабах, а у теоретиков появились новые надежные данные для проверки своих моделей. Да и без них у инженеров теперь уже есть очевидный рецепт снижения, а если необходимо, увеличения трения в новых микромашинах. ГА

Долгоиграющий светящийся материал, названный Litro-sphere, разработала американская компания MPK. Он может светиться всеми цветами радуги, дешев, прочен, гибок, безопасен и способен работать дюжину лет подряд без всяких дополнительных источников энергии. Эта технология обещает экономию миллиардов долларов, расходуемых сегодня на разнообразную подсветку запасных выходов, дорожных знаков, велосипедов и детских игрушек. В основе новой технологии лежит старая идея использования энергии электронов, рождающихся при бета-распаде. Обычно для этого используется нестабильный изотоп водорода тритий, который с периодом полураспада двенадцать лет превращается в ион гелия-3, электрон и нейтрино. Средняя энергия этих электронов невелика и не представляет опасности, но ее можно конвертировать в свет с помощью люминофора вроде фосфора. Свет получается неярким и не может конкурировать с обычными лампами, но для подсветки вполне достаточен.

Вопрос лишь в том, как сделать технологию удобной, безопасной и дешевой. Материал Litrosphere представляет собой миниатюрные пластиковые или стеклянные шарики, заполненные тритием и покрытые люминофором. Шарики легко добавить в краску или пластик, чтобы сделать их светящимися. Покрытый такой краской стандартный бумажный лист обойдется в 35 центов. Слой краски получается гибким, не боится тепла или холода и выдерживает изрядное давление. Испускаемые тритием электроны не могут пробить оболочку сферы, да и сам газ очень надежно в них упакован, что делает материал совершенно безопасным и пригодным для использования даже в детских игрушках.

Разумеется, не очень хорошо, что такой радиоактивный источник света не вечен. Но зато он может светиться, долго оставаясь в полной темноте, в отличие от обычных люминесцентных красителей, которые нужно какое-то время подержать на свету. Так что можно надеяться, что этот источник быстро найдет свою нишу на рынке. ГА

Одна из самых больших трудностей в изучении биологической эволюции заключается в отсутствии машины времени. То, что мы обычно считаем эволюцией (видообразование, возникновение новых групп), идет чрезвычайно медленно. Если не догадаться, как и на что надо смотреть, долгой человеческой жизни может не хватить на то, чтобы зарегистрировать какие-то изменения.

Коллектив биологов, главную роль в котором сыграли бельгийские ученые, опубликовал в Nature небольшую статью ("письмо"), в которой изложил результаты удивительно красивого эксперимента, "изучающего" эволюцию. Эти биологи догадались куда и как смотреть!

В упомянутой статье была описана эволюция дафний (широко известных ветвистоусых ракообразных) и паразитирующих на них бактерий Pasteuria ramosa. Заразив дафний, эти микропаразиты не убивают их, но снижают их плодовитость. Поэтому дафнии, эволюционируя, должны становиться все менее восприимчивыми к бактериям. С другой стороны, бактерии эволюционируют, повышая свою способность заражать дафний, иначе они попросту исчезнут! Описанные соображения должны определять бесконечную "гонку вооружений" между паразитом и хозяином. Но как ее изучить? В наше высокотехнологичное время первая мысль, которая приходит в голову оснащенным неплохим оборудованием американским ученым, — выделить какие-то последовательности ДНК из современного материала и образцов прошлых лет, прочитать их, а потом сравнивать друг с другом. Основная проблема, возникающая в таких работах, —сложность интерпретации генетических текстов. Кто поймет, почему они меняются? Экспериментаторы поступили остроумнее. Они оценивали приспособленность паразитов и хозяев напрямую, сталкивая их друг с другом.

И дафнии, и паразитирующие на них бактерии способны образовывать покоящиеся стадии. Каждую осень на дно водоема опускаются зимующие яйца дафний и споры бактерий. Весной часть из них активируется, а часть останется лежать в донных осадках. В описываемой работе авторы извлекли керн из ила, откладывавшегося на протяжении тридцати лет в небольшом бельгийском пруде. Они разделили тридцатилетний период на восемь слоев, каждый из которых соответствовал нескольким (от двух до четырех) годам. Из каждого слоя были выделены и оживлены яйца дафний и споры бактерий. Дафний из каждого времени размножили в нужной численности, а затем каждую из их групп заражали штаммами бактерий из каждого периода времени. Эффективность паразитирования оценивали по доле зараженных дафний.

Как и ожидалось, наибольшую опасность для дафний представляли их паразиты-современники. Бактерии из более ранних и более поздних слоев преодолевали защиту рачков со значительно меньшей эффективностью. Кстати, при взгляде со стороны может показаться, что система дафнии-бактерии находится в стабильном состоянии, ведь в любой момент времени патогенность паразита для его хозяев остается примерно постоянной. Авторы исследования рассматривают это как подтверждение известного "правила Черной Королевы", предложенного палеонтологом Ли Ван Валеном. Суть этого правила можно передать простым рассуждением (подавляющая часть эволюционных изменений любого вида связана с приспособлением к меняющейся среде), а можно — цитатой из бессмертного текста Льюиса Кэрролла: "Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!"

Вот и "бегут" дафнии и бактерии, оставляя в слое ила следы своего непрерывного "бега"… ДШ

Поистине, футбол — великая игра, ведь каждый способен найти в ней что-то свое. Лишнее подтверждение тому — проходивший с 7 по 16 декабря под эгидой FIFA клубный Кубок мира в Японии. В то время как фанаты со всего света, срывая глотки, поддерживали игроков любимых команд, деятели мировой федерации футбола всей душой болели не за них, а… за мяч. Шутка ли: напичканный электроникой "колобок" впервые выкатился на поле в официальном матче столь высокого уровня.

Работа над "мячом XXI века" ведется с 2003 года, а пару лет назад он прошел проверку боем на юношеском чемпионате в Перу. Тогда по периметру поля были расставлены сенсоры, и мяч "рассчитывал" свои координаты, определяя расстояние до ближайшего из них (правда, точность замеров оставляла желать лучшего). Ныне задание было упрощено — требовалось лишь железно фиксировать голы. Соответственно, упростилась и экипировка. Под каждой из вратарских площадок были проложены тонкие электрические кабели, и когда мяч перелетал через роковую черту, встроенный в него датчик моментально реагировал на электромагнитное поле и посылал радиосигнал на браслет рефери.