Важнейшие открытия 2007

Год подходит к концу, и настает время подводить итоги. Мы с вами сейчас живем в удивительном стремительно меняющемся мире, в котором любая сумасшедшая идея может воплотиться в суровую реальность. Прогресс уже не просто идет, он уже даже не бежит – он летит навстречу будущему. Что же интересного за этот год удалось создать ученым?

Солнечная батарея нового типа
Энергетика – одна из основ нашего выживания в современном мире. Ученые тратят много сил, чтобы улучшить существующие и создать новые, более мощные, источники энергии. Исследователи из Университета Делавэра создали солнечную батарею нового поколения, которая обладает рекордной эффективностью – 42.8%. Батарея, выполненная на основе поликристаллического кремния, имеет особую конструкцию: она содержит уникальную оптическую систему, которая разделяет солнечный свет на несколько пучков с разной энергией и направляет их на соответствующие приемники. Также система обладает высокой собирательной способностью и может направлять на элемент солнечные лучи, падающие под различными углами. Предыдущий рекорд был поставлен компанией Boeing-Spectrolab, которая в декабре 2006 г. создала батарею с эффективностью 40.7 %.

Новая “Теория всего”
Наукой увлекаются не только зубры, но и просто умные люди. В прошедшем году гавайский ученый-любитель Энтони Гаррет Лиси предложил новую “Теорию всего”. Теорию, о которую в свое время обломал зубы даже Альберт Эйнштейн. В её рамках, используя группу Е8 – алгебраическую структуру, описывающую симметрию в 57-мерном пространстве, линейное представление которой насчитывает 248 измерений, - он описал все существующие фундаментальные взаимодействия: гравитационные, сильные, слабые и электромагнитные. Мнения именитых ученых по поводу правильности теории Лиси разделились.

Биоскафандр
Считается, что первым человеком, который ступил на Луну, был Нейл Армстронг. Если вспомнить кадры, которые показывала NASA, то можно заметить, как неуклюже астронавты двигались в громоздких скафандрах. Для облегчения космических исследований ученые Массачусетского технологического института разрабатывают новый тип космического скафандра – Biosuit. Он будет сделан из современных полимерных и композиционных материалов и разреженность среды сможет компенсировать механически. Представленный в этом году вариант “биоскафандра” пока остаётся лишь прототипом: разработчикам еще предстоит обойти множество сложностей, подобрать оптимальную конструкцию и решить проблему обеспечения космонавта воздухом.

“Нанорадиоприемник”
Самое, на наш взгляд, интересное открытие в этой области в этом году – это создание американскими учеными радиоприемника на основе одной единственной нанотрубки. Новое устройство основано на явлении автоэлектронной эмиссии, которое состоит в способности проводящих острий, помещенных в достаточно сильное электрическое поле, испускать электроны. Исследователи обнаружили, что эмиссионные свойства нанотрубок на порядок лучше, чем у вольфрамовых игл, которые обычно используются в автоэмиссионном эксперименте. На острие трубки подается постоянное напряжение, достаточное для возникновения в цепи вакуумного диода заметного автоэмиссионного тока. В поле радиоволны нанотрубка совершает вынужденные колебания, что изменяет эмиссионный ток; при этом радиосигнал усиливается острием нанотрубки, а выходной сигнал детектируется самим диодом. Изобретатели, воодушевленные своим открытием, предвкушают быстрое внедрение нанорадиоприемных устройств нового типа в массовое производство. Они считают, что устройство будет очень востребовано в качестве компонентов беспроводных коммуникаторов, а также при решении прикладных задач биологии и медицины.

Вещество из материи и антиматерии
Американские физики-ядерщики тоже не зря получают зарплату. Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде отметились новым достижением в деле изучения взаимодействия материи и антиматерии. Они сумели получить молекулярный позитроний (Ps2) (систему, состоящую из двух электронов и двух позитронов) и пронаблюдать его появление. Позитроний был предсказан в 2005 году, но подтвердить теорию смогли только сейчас, когда современные методы исследования стали достаточно чувствительными к отрезкам времени порядка микросекунды. Именно столько продолжается существование позитрония, после чего позитрон и электрон аннигилируют, выбрасывая гамма-квант. Из-за значительно меньшей массы, чем у водорода, молекулярный позитроний имеет совсем иную структуру. В такой молекуле невозможно выделить два атома, все четыре частицы, образующие позитроний, сложным образом движутся друг вокруг друга. Тем не менее, оказалось, что даже за такое короткое время успевают образоваться двухатомные молекулы Ps2.

Мечта биологов
В этом году практически одновременно в журналах Cell и Science появились работы японских и американских исследователей о превращении клеток соединительной ткани – фибробластов – в неспециализированные полипотентные стволовые клетки, аналогичные по свойствам клеткам эмбрионов. Новая технология не требует использования человеческих эмбрионов, а значит, избавляет ученых от малопродуктивных дискуссий об этике научных исследований и праве оплодотворенных яйцеклеток на жизнь. Работы японских и американских исследователей практически одновременно появились в журналах Cell и Science. В обоих случаях клетки-фибробласты из кожи человека удалось вернуть в недифференцированное состояние с помощью “коктейля” из дополнительных копий нескольких генов, кодирующих белки – транскрипционные факторы. Результатом эксперимента стало появление индуцировано-полипотентных стволовых клеток (Induced Pluripotent Stem Cell), способных, как и эмбриональные стволовые клетки, превращаться в клетки всех типов тканей, встречающихся в организме человека.

Новые материалы
Среди веществ, которые встречаются в природе, самым прочным является алмаз. Но все-таки это не самое распространённое вещество, поэтому актуальным является получение новых материалов, которые хотя бы не уступают алмазу по прочности. Такие исследования ведутся достаточно давно, и в лабораториях ученые нередко получали вещества аналогичные по структуре алмазу, а по прочности его превосходящие. Это, в основном, были кристаллы, созданные из лёгких элементов, таких как углерод, азот, бор, и их получение было достаточно затратным. А недавно ученые из университета Калифорния в Лос-Анджелесе разработали простой и сравнительно недорогой метод получения материала, по твёрдости превосходящего алмаз. Вещество, созданное исследователями, называется диборидом рения. При его получении не требуется высокого давления, поэтому получение этого материала обходится дешевле, чем изготовление алмазоподобных структур. Диборид рения оказался одним из самых твёрдых веществ в мире – он способен поцарапать алмаз и может резать сталь, не вступая в химическую реакцию с металлом.

Микроалфавит и нанобиблия
Повышая у обычных людей интерес к новым технологиям, ученые показывают фантастические возможности манипуляции микромиром. В конце весны исследователи из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе разработали методику массового создания микро- и наночастиц с чрезвычайно точным соблюдением их формы и размеров. Демонстрируя возможности этой методики, они сформировали несколько миллиардов частиц в виде 26 букв латинского алфавита и некоторых геометрических фигур. Для изготовления букв использовался специальный полимерный материал. За американскими учеными подтягиваются исследователи из Израильского технологического института (Техниона), которые с помощью фокусированного пучка ионов уместили весь текст Ветхого завета на площади 0.5 кв. мм. Размер поверхности “нанобиблии” меньше игольного ушка, и прочитать текст можно лишь под специальным микроскопом.

Далеко ли до квантового компьютера?
В нашем обзоре мы не могли не коснуться создания квантового компьютера. Как утверждают исследователи из канадской компании D-Wave, им удалось построить шестнадцатикубитный квантовый компьютер, который они назвали Orion. Представители фирмы провели демонстрацию работы этой системы, но не “вживую”, а по телемосту из Канады, что у некоторых независимых экспертов вызвало определенные сомнения. Даже если построенный компьютер реален и работает, то пока еще не ясно, как будет вести себя система с увеличением числа кубитов. Кроме того, могут возникнуть сложности с охлаждением мощной вычислительной системы. Среди других исследований в этой области можно отметить разработку американских ученых из Университета Пенсильвании - устройство, с помощью которого можно задерживать сотни атомов, размещать их в трехмерной сетке и работать с каждой частицей по отдельности. Для захвата частиц ученые использовали оптическую решетку, в которой при помощи трех лазеров удалось “запереть” 250 атомов цезия.

Лекарство против страха
Манипуляция человеческими чувствами – известный сюжет фантастики. Одной из фундаментальных примитивных эмоций является страх. В эволюционном выживании он играет ключевую роль, и присущ как человеку, так и животным. Психологи отмечают, что важную роль в развитии непреодолимого, избыточного страха и панических атак играет генетика. Ученые Мичиганского университета подтверждают это замечание: они обнаружили, что препарат D-cycloserine, который используется для борьбы с туберкулезом, усиливает у мышей химическую реакцию в мозжечковой миндалине, которая, как считают исследователи, играет важную роль в процессе вызова у респондента чувства страха. Усиливая или дезактивируя реакцию в миндалине, можно заглушать или усиливать страх.

Мумия динозавра
Интересные результаты получили ученые, исследуя мумифицировавшейся скелет гадрозавра, утконосого динозавра – крупного ящера, передвигавшегося на двух ногах. Исходя из предварительных данных компьютерной томографии, можно сказать, что масса хвоста, ног и задней части гадрозавра была на 25 процентов больше, чем предполагалось. Это означает, что ноги двенадцатиметрового гиганта были мощнее, чем считалось ранее. Компьютерные модели показывают, что гадрозавр мог развивать скорость до 45 км/час, что значительно больше, чем скорость известного всем тираннозавра. Исследование кожи мумии продолжается, и ученые надеются узнать еще много нового о развитии этого давно вымершего вида.