Сегодня - 21.02.2019

Задайте вопрос учёному

В этом разделе вы можете задать вопросы, относящиеся к любому научному направлению: будь то археология или ядерная физика. Задавая вопрос, вы можете обозначить, ученому какой специальности он адресован. Если вы не определились с адресатом, мы найдем для ответа на ваш вопрос компетентного эксперта. Ответ будет опубликован на сайте.

Обращаем ваше внимание на то, что не подлежат рассмотрению вопросы и обращения, в которых содержатся выражения, оскорбляющие чьи-либо честь и достоинство, а также те, из которых не представляется возможным понять суть вопроса.

Вопросы вы можете направлять на электронный адрес: scienceinsiberia@gmail.com с пометкой в теме: «Вопрос ученому»



Как ученые подсчитывают биомассу микроорганизмов?

Отвечает ведущий научный сотрудник Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» кандидат биологических наук Егор Сергеевич Задереев

 

Как ученые подсчитывают общую биомассу микроорганизмов (например, в том или ином водоеме)? Они же не могут их все собрать и взвесить?

 

Забавно, но простые вопросы иногда требуют сложных ответов. В самом общем виде, чтобы определить численность (или биомассу) микроорганизмов в водоеме, нужно взять маленькую пробу воды (допустим 10 мл), посчитать там всех бактерий, оценить количество воды в озере, а потом по пропорции пересчитать биомассу бактерий на весь объем. 
 
Но дьявол, как известно, кроется в деталях. Откуда брать пробу воды? Только очень маленький водоем будет перемешан настолько, что в любой его точке содержание организмов можно считать одинаковым. Для больших озер характерно их разделение на зоны с существенно разными условиями и, соответственно, с разным содержанием живности. Значит, нужно как минимум разделить озеро на участки, в которых условия более-менее однородны и брать пробы из каждого из них. 
 
Как посчитать всех бактерий даже в маленьком объеме воды? В принципе, это можно сделать под микроскопом, но такая задача довольно сложная. Если воды слишком мало, то ошибка счета велика, если чуть больше — считать на глаз утомительно. Чтобы отделить живое от неживого, при счете можно использовать разные краски. Но даже если вы подсчитали количество бактерий, вам нужно перевести штуки в граммы, а они (клетки бактерий) все разной формы и размера. Так что ваша оценка будет приблизительной. 
 
Можно использовать фильтры с порами определенного диаметра, чтобы собрать биомассу бактерий на них, а потом взвесить (и не важно сколько их штук). Но и в этом случае трудно гарантировать, что на фильтр осели только бактерии. Поэтому, когда используются подходы с фильтрацией и прямым определением биомассы, ученые чаще говорят об определенной размерной фракции, например, органического углерода, большую часть которого будут составлять бактерии, но не только они.
 
И, наконец, как определить объем воды в озере? Задача тоже непростая. Ведь любое озеро — это не идеальная геометрическая фигура, объем которой можно посчитать по формулам куба или шара. Для того чтобы узнать точный объем водоема, ученые сначала делают детальную карту подводного рельефа. Эта процедура называется батиметрией. К услугам современных исследователей эхолоты, которые позволяют относительно быстро и детально прописать профиль дна. После, используя компьютерные программы, можно построить 3D-модель озера и рассчитать объем. 
 
А вот раньше измерять глубины приходилось с помощью груза и веревки. Представьте, сколько раз нужно было остановить лодку, опустить и вытащить груз, чтобы зафиксировать глубину в конкретной точке. После же все вычисления делались вручную. Несмотря на сложности, ученые, конечно же, оценивают биомассу различных организмов в водоеме. Причем для более крупных объектов (водорослей, рачков, рыб) процедуры могут быть еще более изощренными, чем для бактерий. Важно помнить, что даже решение такой «простой» задачи, как посчитать всех бактерий в озере, требует подготовки и опыта.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Можно ли определить возраст человека по образцам его тканей?

Отвечает научный сотрудник ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» кандидат биологических наук Светлана Владимировна Михайлова

 

Возможно ли на текущем уровне научных знаний отличить образцы ткани одного и того же человека, взятые у него в разном возрасте (допустим, 0, 20, 40, 60, 80 лет)?

 

Да, это сделать можно. Существуют ткани, по которым возраст стандартно определяют судмедэксперты с помощью микроскопии. Хорошо подходят для этого зубы. Но если есть просто любая достаточно сохранившаяся ткань, то приблизительно оценить разницу в возрасте человека в моменты забора образцов можно методами молекулярной генетики. Наш возраст записывается в нашей ДНК. Сейчас наиболее перспективными ученым видятся методы оценки длины теломер и количества митохондрий. В норме и то, и другое с возрастом у человека уменьшается.
 
Теломеры — концевые участки хромосом, состоящие из многократно повторенной последовательности из семи нуклеотидов. С каждым делением обычной клетки эти концевые участки немного укорачиваются, а значит, уменьшается число повторенных последовательностей на концах всех хромосом. Считается, что клетка рассчитана в среднем на 50—70 делений.
 
Митохондрии — небольшие клеточные органеллы, “энергетические станции” клеток, внутри каждой из них находится от двух до десяти копий собственного генома. В разных типах клеток может содержаться от десятков до тысяч митохондрий (максимум — в мышцах и мозге). В процессе старения у человека число митохондрий снижается, то есть снижается и количество митохондриальной ДНК.
 
Для оценки таких изменений в геноме человека сейчас используют метод ПЦР в реальном времени. 10—15 клеток, которых хватает, например, для установления отцовства, для этого метода недостаточно, потому что он не качественный, а количественный. Каждая оценка требует как минимум трех повторений опыта и контроля, а также определенного количества ДНК на пробу, в том числе и для усреднения генетических данных из разных клеток. Конечно, идеально точную датировку материала таким способом получить нельзя, метод позволяет оценить скорее биологический, а не паспортный возраст человека.
 
Если хочется сравнить себя нынешнего с собой же через 20, 40, 60, 80 лет, можно заморозить пять миллилитров собственной крови, при правильном хранении этого более чем достаточно для анализа. А если хочется еще и удивить ученых, то можно начинать вести правильный образ жизни. Доказано, что физические нагрузки увеличивают число митохондрий, а снижение оксидативного стресса в клетках (правильное питание, хорошая экология, отсутствие вредных привычек и стрессов) способствует сохранению длины теломер.
 
Изображение с сайта pixabay.com
 



Чем грозит дрейф северного магнитного полюса Земли к Сибири?

Отвечает заведующий комплексной магнитно-ионосферной обсерваторией Института солнечно-земной физики СО РАН доктор физико-математических наук Равиль Анатольевич Рахматулин.

 


Недавно в СМИ прошла информация, что северный магнитный полюс Земли смещается в сторону Сибири, причем довольно быстро. Когда это произойдет и чем может грозить жителям региона?

«Максимальная скорость движения северного магнитного полюса была зафиксирована в 2012 году и составляла 64 км в год, до этого он передвигался по 10 км в год. Если процесс будет проходить с такой же скоростью, то лет через 50 полюс достигнет Таймыра.

Магнитная обсерватория под Иркутском наблюдает за магнитным полем Земли более 130 лет. Сейчас ее сотрудники регулярно передают результаты исследований в мировой центр данных ИНТЕРМАГНЕТ, который находится в Великобритании. Там данные обобщаются, и каждые пять лет создается модель магнитного поля, которая применяется в навигации и научных исследованиях.

Ученые рассчитывали, что модель останется неизменной до 2020 года, но из-за возросшей скорости она не действительна, и в ближайшее время будет скорректирована. Ранее северный магнитный полюс Земли находился на территории Канады. Как мы знаем, ничего катастрофического там не произошло, поэтому и ближайшему поколению сибиряков ничего не угрожает.

Самый опасный период будет в то время, когда полюса окажутся в районе экватора. Тогда магнитное поле, защищающее нас от космического излучения, будет иметь такую конфигурацию, что Земля станет доступна солнечным и космическим частицам, которые могут стать губительны для живого».

Фото из свободных источников

 




Почему Большой взрыв — теория, а не факт?

Отвечает Отвечает заведующий теоретическим отделом Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН доктор физико-математических наук Александр Ильич Мильштейн

 

Почему теория Большого взрыва — теория, а не факт Большого взрыва? Почему реликтовое излучение не делает теорию Большого взрыва фактом?

 

Ответ на этот вопрос состоит в определении факта и теории. В физике факт — это утверждение, которое может быть проверено путем эксперимента или непосредственного наблюдения. Например, солнечное затмение — несомненный факт. Теория объясняет факты и предсказывает новые. Реликтовое излучение — это факт, который может интерпретироваться как следствие Большого взрыва. Но сам Большой взрыв мы не наблюдаем, и наблюдать не можем. Поэтому Большой взрыв фактом назвать нельзя. Эту ситуацию можно сравнить с косвенными и прямыми уликами в криминалистике.
 
Фото с сайта pixabay.com 
 



Правда ли, что во сне можно съесть паука?

Отвечает старший научный сотрудник лаборатории систематики беспозвоночных животных Института систематики и экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Галина Николаевна Азаркина

 

Правда ли, что в среднем за свою жизнь человек во сне съедает восемь пауков? Действительно ли пауки заползают в рот к спящим людям? Может ли такое происходить в Сибири?

 

Да, такое теоретически возможно — пауки в поисках укрытия способны принять открытый рот человека за безопасное убежище. В Сибири такое тоже может произойти. Например, на природе или в частном доме, где пауков гораздо больше, чем в квартирах. Так, по щелям любят прятаться пауки из семейства теридиидов.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Почему в черной дыре должны остановиться часы?

Отвечает научный сотрудник Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН кандидат физико-математических наук Даниил Игоревич Колоколов

 

Почему в черной дыре должны остановиться часы? Ведь это просто механизм, и их не движет время?

 

Тело, свободно падающее под действием сил гравитации, находится в состоянии невесомости и испытывает действие только приливных сил, которые при падении в чёрную дыру растягивают объект в одном направлении, а в другом — сжимают (так называемая спагеттизация падающего). Величина этих сил растёт по мере приближения к центру дыры. Поэтому любые объекты, в том числе и часы, будут разорваны.
 
Время в черной дыре действительно должно замедляться. Гравитационное замедление времени — это экспериментально наблюдаемое изменение темпа хода времени в гравитационном потенциале. Сложность в том, что время, измеряемое часами, не является, строго говоря, временем внешнего наблюдателя, так как наши часы тоже испытывают гравитационные силы  Земли, Солнца и других объектов, а значит, и время тоже отчасти искажено. Однако именно такие тяжелые объекты как черные дыры, позволяют сравнительно легко наблюдать это искажение, поскольку их гравитация намного выше всей нашей звездной системы. Грубо говоря, чем более тяжелый и компактный объект, тем сильнее искажается пространство и замедляется ход времени. В предельном случае черной дыры время должно остановиться в принципе, а вместе с ним и часы.
 
Что на самом деле происходит внутри черной дыры со временем и пространством, не известно: после прохождения горизонта событий теряется любая информация об объекте, и теория квантовой гравитации так же еще не разработана.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Как на ветках образуется снежная «синусоида»?

Отвечает Отвечает старший научный сотрудник Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск) кандидат физико-математических наук Сергей Васильевич Смирнов

 

Лес продолжает украшаться. Как могла образоваться такая снежная «синусоида»? За счет чего держится эта красота, крайне хрупкая на вид?

 

Это явление называется «снежная гирлянда». Такие фигуры образуют сцепленно-смерзшиеся снежинки на ветвях деревьев, в основном горизонтальных, и других выступающих предметах, зданиях. Гирлянды формируются, когда проходят обильные снегопады, при невысоких отрицательных температурах (не ниже –10 °C) и практически полном безветрии с последующим понижением температуры воздуха.
 
 
Слой пушистого снега удерживается за счет сцепления с шероховатой поверхностью и вертикальными ответвлениями ветки. Свисание гирлянды с ветки, как на фотографии, может происходить из-за неустойчивого положения слоя свежевыпавшего снега в виде снежной ленты, высота которой превышает ее ширину. Наклон и сползание такой ленты зависит от наличия точек жесткого сцепления (вертикальных сучков и веточек) и расстояния между ними. Если при свисании с ветки ленты-гирлянды сила сцепления между снежинками будет превышать силу тяжести, то гирлянда или ее часть может не разрушиться, а лишь провиснуть.
 
Образование подобных снежных гирлянд на ветвях деревьев зависит от сочетания определенных факторов, таких как интенсивность и продолжительность снегопада, состояние и структура выпадающего снега, температура и влажность воздуха и их изменение (чтобы дополнительно усилить сцепляемость снежинок за счет их смерзания и сублимации на них водяного пара), отсутствие ветра, положение и диаметр ветвей, наличие точек жесткого сцепления на определенном расстоянии друг от друга.
 
Было бы интересно смоделировать подобное явление, если этого еще никто не сделал.
 
Фото Галины Михайловой
 



Можно ли предсказать землетрясение?

Отвечает главный научный сотрудник Института земной коры СО РАН доктор геолого-минералогических наук Валерий Сулейманович Имаев

 

Насколько задолго возможно предсказать землетрясение и существуют ли какие-нибудь способы его предотвратить?

 

Примеры точных предсказаний землетрясений в истории были. Они складывались из совокупности многих признаков. Например, в 1975 году в городском уезде Хайчэн в провинции Ляонин в Китае обратили внимание, что змеи стали покидать окрестности города. О приближающемся землетрясении говорила также совокупность гидрогеологических, геохимических, электрохимических и других данных. Власти объявили тревогу, закрыли все производства, вывезли людей — миллионный промышленный город был эвакуирован. Прогноз оправдался идеально. Здания разрушились, но ни один человек не погиб. Китай объявил о том, что он теперь умеет предсказывать такие катастрофы. Однако уже в 1976 году в Таншане произошло землетрясение магнитудой 8,2, город оказался под руинами, по некоторым данным, количество погибших превысило 600 тысяч человек. То есть реальным прогнозом на сегодняшний день не обладает никто. Однако есть некоторые признаки, что, наверное, мы двигаемся в правильном направлении, и, может, с накоплением больших разнообразных данных, удастся к этому прийти. 
 
Так, если есть постоянно работающий комплекс измерительной аппаратуры, который регистрирует изменение уровня воды, температуру, множество других данных, то примерно за час или два землетрясение предсказать можно, но это никого не устраивает. Мы пока не можем сделать прогноз за неделю или месяц, но зато уже совершенно точно определяем место, где это землетрясение произойдет, и его магнитуду.
 
Насчет предотвращения землетрясений: есть такая идея (она была высказана в свое время американскими учеными), что если периодически разгружать напряжение путем искусственных взрывов, то крупных катастроф можно избежать. В США есть государственная программа по спасению Сан-Франциско и Лос-Анджелеса. Это одно из самых опасных мест в мире — там со стороны океана на континент выходит огромный разлом Сан‐Андреас. Американская инженерная военная служба окружает эту территорию тысячами скважин с глубиной в несколько километров. Предполагается: если время от времени загонять туда какую-нибудь жидкость, она будет работать как смазка, и эти разломы, в которых накоплено напряжение, станут постепенно разряжаться. Тогда удастся предотвратить огромную разрушительную катастрофу, спровоцировав вместо нее 10—15 землетрясений более слабой магнитуды. 
 
Кстати, аналогичную идею высказывал наш коллега из Института земной коры СО РАН доктор геолого-минералогических наук Валерий Васильевич Ружич. Он провел серию экспериментов по разгружению зон активных разломов и получил весьма обнадеживающие результаты, которые с интересом были восприняты московскими коллегами-сейсмологами и поддержаны на международных научных конференциях. Наша страна, наверное, могла бы перейти к более масштабным экспериментам по научным идеям Валерия Васильевича, но системное недофинансирование сибирской науки не дало такой возможности.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Совершит ли искусственный интеллект революцию в военном деле?

Отвечает заместитель директора Института вычислительных технологий СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Васильевич Юрченко

 

Повлечет ли внедрение искусственного интеллекта в военную сферу технологическую революцию, сравнимую с началом применения авиации и появлением ядерного оружия?

 

Готов в целом согласиться с таким прогнозом, хотя бы потому, что революция уже началась, и не только в военных, но и в гражданских технологиях. Например, любой современный автомобиль, в том числе и российский, — это прежде всего кибернетика, а потом уже механика. Когда вы пригоняете машину в автосервис, там, конечно, посмотрят, нет ли потеков масла и видимых повреждений, но основную информацию о техническом состоянии получат, просканировав бортовой компьютер. Точно так же подобные системы встроены в боевую технику, что намного повышает ее эффективность. Хотя параллельно растут и риски, связанные с возможностями враждебного вторжения в военную интеллектуальную сеть или конкретное устройство.
 
Следующий этап, к которому мы уже подошли, — это перенос на системы искусственного интеллекта принятия принципиальных решений. Они и сегодня способны на основе анализа данных выдавать рекомендации для военных: например, нанести удар ракетой такого-то типа по такой-то территории. Но выполнить это действие или воздержаться от него, решает человек: это может быть пилот истребителя или командир наземной установки — в зависимости от собственного понимания ситуации и в соответствии со своим уровнем сознания ответственности за принимаемое решение.
 
На примере уже созданных самообучающихся систем мы видим, что они довольно быстро начинают стремиться к полной автономности и могут исключить человека из цепочки своих интересов, рассматривая его исключительно с утилитарной точки зрения. Соответственно, по-настоящему революционным — и весьма опасным — может стать этап, на котором искусственному интеллекту будут переданы функции не только формирования и трансляции решений, но и физической их реализации. Например, передать команду пустить ту же ракету не живому летчику, а беспилотнику. Это то, чего боятся Илон Маск, Андрей Курпатов и другие прогностики.
 
В силу огромной разрушительной мощи современного оружия военные, по-моему, будут последними, кто решится на такое, — если решится вообще. Дело в том, что каждый новый этап развития техники (и вооружений, в частности) снижает управляемость ситуацией и предсказуемость последствий. Так было и с упомянутой авиацией, когда резко возросшие скорости радикально изменили подходы к организации боя, и с ядерным оружием: осознав непредсказуемость последствий его применения, человечество ввело серьезные ограничения на его создание, распространение и применение. То же ждет и искусственный интеллект. Война — это одна из сфер, где очень жестко стоит вопрос личной ответственности, которую человек не готов полностью переложить на свои творения.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Почему в Сибири не бывает ураганов?

Отвечает научный сотрудник Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск) кандидат физико-математических наук Елена Валерьевна Харюткина

 

Почему в Сибири, хотя и дуют порывистые сильные ветры, не бывает ураганов и мощных вихрей?

 

Согласно определению, приведенному в метеорологических словарях, ураганом называется ветер разрушительной силы и значительной продолжительности, синонимы — тропический циклон, тайфун и т. д. Скорость ветра при урагане достигает 32—33 м/с и выше, а “живет” он до нескольких суток. В первую очередь для формирования такого явления необходим очень сильный прогрев подстилающей поверхности — от +27 °С. В этом случае возникает мощный восходящий поток воздуха, и образуется вихрь. Для поддержания его интенсивности подстилающая поверхность должна оставаться постоянным источником тепла. Как правило, подходящие для этого условия создаются в тропических широтах над океаном. В России ураганы чаще всего бывают на Дальнем Востоке, вблизи границы океан — суша. В Сибири также отмечаются резкие усиления скорости ветра, однако они, как правило, кратковременные (в течение нескольких минут), их называют шквалами.
 
Фото с сайта pixabay.com
 

Система Orphus