Сегодня - 18.08.2019

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»



Шаровая молния: есть ли она на самом деле и что это такое?

Отвечает заместитель директора по научной работе Института лазерной физики СО РАН доктор физико-математических наук Ильдар Фаритович Шайхисламов:

 

Есть ли научная теория, описывающая такое явление, как шаровая молния? Как считают ученые: существует ли она на самом деле?


 

«Да, безусловно, такое явление существует. Согласно современным научным представлениям, шаровая молния — это сложная плазмохимическая форма вещества. Длительное время жизни (до десятков секунд) объясняется протеканием химических реакций.
 
А необычные свойства шаровой молнии, как, например, описанная очевидцами способность проплавлять стекла или проникать сквозь узкие отверстия вроде дымохода — наличием плазмы: скопления свободных электронов и ионов, взаимодействующих между собой и с окружающими предметами посредством электрических и магнитных полей. Но ученым пока не удается установить, какие именно протекают химические реакции, как запасается и преобразуется выделяющаяся энергия. В 2014 году в авторитетном научном журнале Physical Review Letters вышла статья китайских физиков, которые зафиксировали шаровую молнию с помощью спектрографа и скоростной фотокамеры. Обработав показания приборов, исследователи обнаружили наличие элементов, содержащихся в почве, в которую ударила молния: кремния, железа, кальция.
 
Проводилось множество лабораторных экспериментов по воспроизведению шаровой молнии. Удалось создать короткоживущие (до нескольких секунд) сферические светящиеся объекты, проявляющие свойства, отчасти напоминающие природные шаровые молнии. Как правило, это происходило в условиях выделения энергии, например электрического разряда или оптического лазерного пробоя, при наличии высокой влажности. Однако пока не получилось сгенерировать объекты с таким же большим энергозапасом и временем жизни, как природные.
 
Поэтому шаровая молния — явление до конца не понятое и очень интересное для ученых, но его исследования носят отрывочный характер, так как не удается воссоздать этот объект. Возможно, благодаря современным массовым средствам регистрации и фотографирования, удастся быстрее продвинуться в понимании природы феномена». 
 
Источник: wikimedia.org
 



Можно ли использовать духи с феромонами как универсальное «приворотное зелье»?

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

 


Если верить рекламе, духи с феромонами способны повысить привлекательность человека для противоположного пола. Правда ли, что их можно использовать как универсальное «приворотное зелье»?


 

«Сначала о том, что такое феромоны. У многих запахи определенных парфюмов и ароматизаторов помещений вызывают приятные ассоциации с праздниками, детством, домом, любимыми людьми, меняя эмоциональный фон. Но это не феромоны, это аттрактанты, сигнал о них передается через обонятельные рецепторы в кору головного мозга, там и рождаются ассоциации. Феромоны же не ощущаются как запах, не вызывают никаких ассоциаций, а просто меняют активность определенных участков мозга и поведение вдохнувшего их существа. Хорошо изучены, например, феромоны насекомых, это позволяет использовать их против сельскохозяйственных вредителей. Привлеченные синтетическими половыми феромонами, они массово попадают в ловушки

Что касается человеческих феромонов, здесь рынок убежал далеко вперед науки, поддерживая извечную мечту человека незаметно влиять на подсознание других людей. Часть ученых вообще сомневаются в их существовании, потому что вомероназальный орган, который отвечает у других позвоночных за передачу обонятельных сигналов в мозг, минуя его кору, у человека редуцирован. Кроме этого, полученные к настоящему моменту данные о влиянии на поведение людей андростенона и эстратетраенола, которые принято рассматривать в качестве кандидатов на роль человеческих половых феромонов, противоречивы. Помимо количества такого вещества, выводимого организмом на поверхность кожи, существенны температура поверхности тела, химический состав пота, набор бактерий, живущих на коже. Неожиданную роль в реакции на женский феромон эстратетраенол, пик выделения которого приходится на овуляцию, сыграл социальный фактор. Имеющие пару мужчины, в отличие от одиноких, в экспериментах сторонились девушек с повышенным уровнем этого гормона. Недавно была опубликована работа, в которой оценивали выбор мужчинами стратегии в специально разработанной игре. Испытуемые, вдыхавшие через маску эстратетраенол, были склонны в игре выбирать кооперативную стратегию в ущерб агрессивной и индивидуалистичной. Получается, что, применяя духи «с феромонами», женщина должна быть готова к тому, что мужчины вместо того, чтобы обратить на нее внимание, скооперируются и рванут на рыбалку.

Фото с сайта pixabay.com




Почему до сих пор не создано искусственной кожи, идентичной по своим свойствам натуральной?

Отвечает ведущий научный сотрудник Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН доктор химических наук Александр Юрьевич Макаров

 

Почему до сих пор не создано искусственной кожи, идентичной по своим свойствам (мягкости, прочности гибкости, способности «разнашиваться») натуральной?

 

Сделать синтетический материал, обладающий всеми перечисленными свойствами в совокупности — задача сложная, требующая больших затрат и усилий. А выгоды от ее решения не так уж значительны — прорыва в технике не будет, новых систем оружия не появится, продолжительность жизни не увеличится. Возможен другой подход — создать материал, по своему строению близкий к натуральной коже. Она состоит из белка коллагена, который является основным компонентом соединительной ткани животных, образует сухожилия, содержится в хрящах, костях и тому подобном. Свойства кожи определяются не только ее составом, но и структурой. В тканях животных молекулы коллагена упакованы в тройные спирали, которые объединяются в фибриллы и, далее, в более крупные волокна. Если эту структуру разрушить, получится желатин — денатурированный и частично гидролизованный коллаген с беспорядочно расположенными молекулами, способный растворяться в воде. Попытки упаковать молекулы желатина в нечто похожее на кожу предпринимались, однако, материал получался недостаточно прочным.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Почему осенью увеличивается разница между температурой воздуха днем и ночью?

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

 

Почему осенью, даже когда стоит бабье лето и днем температуры высокие на протяжении недели и дольше, ночные температуры остаются низкими, а летом бывает тепло как днем, так и в ночное время?

 

Солнце в течение года поднимается над горизонтом на разную высоту. В связи с этим на земную поверхность поступает разное количество солнечной энергии. Летом светило стоит высоко, его лучи падают на Землю почти перпендикулярно, поэтому она прогревается гораздо быстрее и сильнее, чем в другие сезоны года, а ночью отдает всё накопленное за день тепло в атмосферу.
 
Осенью же лучи солнца падают под непрямым углом: они проходят более длинный путь через атмосферу и преломляются в ней. Как следствие, количество солнечной энергии, достигшее поверхности, меньше, то есть она практически не накапливает тепло. Соответственно, даже если днем стоит жаркая погода, ночью излучение от Земли будет меньше, и приповерхностный воздух почти не нагреется.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Может ли перестать выполняться закон Мура?

Отвечает старший научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН кандидат физико-математических наук Дамир Ревинирович Исламов

 

Скажите, пожалуйста, может ли наступить такая точка в развитии технологий, когда закон Мура больше не будет выполняться? При каких условиях это может произойти?

 

Закон Мура — противоречивая тема, потому что он является не законом природы, а эмпирическим наблюдением некоторых фактов из истории одной конкретной компании, экстраполированном на будущий прогресс всей отрасли. Собственно, популярность закона Мура неразрывно связана с маркетологами Intel, которые сделали его своим знаменем и много лет толкали индустрию вперед, заставляя ее соответствовать закону Мура там, где, возможно, стоило бы немного подождать.
 
На самом деле, вопрос очень интересный, и не имеет простого ответа. Всё зависит от того, в какой интерпретации закона Мура рассматривать развитие технологий. Напомню, что в 1965 году химик Гордон Мур, работавший тогда директором по НИОКР в фирме «Fairchild Semiconductor», написал внутренний доклад «Будущее интегральной электроники» с графиком, соединяющим 5 точек и связывающим число компонентов интегральных схем и их минимальную цену для периода 1959–1964, и предсказанием развития на следующие 10 лет. 
 
Это предсказание основывалось на том, что число компонентов на кристалле будет продолжать удваиваться каждый год. Чуть позже, 19 апреля 1965 г., отредактированная версия появилась в виде статьи в журнале «Electronics». Это наблюдение получило название «закон Мура» (титул закона ей дал информатик Карвер Мид в 1980 г.). В 1975 году на ежегодной встрече Международной организации инженеров-электронщиков (IEEE) Гордон Мур, будучи президентом и исполнительным директором «Intel», указал, что увеличение диаметра пластин, успехи в технологических процессах и «поумнение схем и устройств» позволило продолжиться прогнозу. Также Мур скорректировал свою закономерность до удвоения каждые 2 года, добавив в последние данные большую долю микропроцессоров как наиболее сложных логических схем. Предсказание оказалось самоподдерживающимся: теперь Гордон Мур уже не наносит на свой график очередные достижения, зато многочисленные фирмы (и, конечно, сама «Intel») до сих пор стараются идти в ногу с прогрессией (справедливости ради следует отметить, что последние 20 лет этим занимаются не инженеры, а исключительно маркетологи).
 
 
Рост числа транзисторов на кристалле напрямую связан с используемой технологическом процессе полупроводникового производства проектной нормой — линейным размером разрешающей способности (в мкм и нм) применяемого литографического оборудования. Ранние техпроцессы обозначались «xx мкм» (xx микрон), где xx сперва обозначало техническое разрешение литографического оборудования, затем стало обозначать длину затвора транзистора, полушаг линий металла и ширину линий металла. Типичные размеры металлизации и расстояния между элементами при переходе от 90 нм до примерно 28 нм уменьшались пропорционально уменьшению цифры проектных норм, то есть типовой размер следующего поколения составлял 0,7 от предыдущего (чтобы, согласно закону Мура, получить двукратное уменьшение площади). Одновременно с этим длина канала уменьшалась в лучшем случае как 0,9 от предыдущего поколения, а эффективная длина канала практически не менялась вовсе. 
 
В итоге маркетологам стало все сложнее рисовать картину соответствия прогресса технологии закону Мура, поскольку спуститься ниже 25—20 нм без технологического прорыва не получалось. Поэтому пришлось искать новый способ «вычисления» проектной нормы. Этот способ был найден: в индустрии для оценки плотности упаковки использовалась площадь шеститранзисторной ячейки памяти — самого популярного строительного блока микропроцессоров. Именно из таких ячеек обычно состоит кэш-память и регистровый блок, которые могут занимать пол кристалла, а схему и топологию шеститранзисторной ячейки всегда тщательно выверяют до предела. Переход в подложкам типа кремний-на-изоляторе позволил «уменьшить» обычный плоский транзистор до уровня 14—16 нм. Дальнейшее уменьшение проектной нормы потребовало внедрить новое решение – объёмные FinFET транзисторы. Геометрическая длина канала в 16 нм FinFET транзистора больше, чем 20—25 нм. Однако минимальный имеющийся в этих транзисторах размер — это не длина канала, а ширина плавника (от англ. Fin — плавник), составляющая всего (!) 8 нм. То есть маркетологи, привязавшись к размерам ячейки памяти, обманули сами себя, и теперь вынуждены озвучивать цифру больше, чем могли бы.
 
Что дальше? Никто не знает. Попытки внедрения в производство пластин диаметром 450 миллиметров и EUV-литографии до сих пор не увенчались успехом. Однако согласно используемой методики измерения проектной нормы, её дальнейшая прогрессия, и значит и следование закону Мура, может быть достигнуто переходом от плоских, планарных схем к трёхмерным. Такое развитие активно демонстрируется при производстве терабитных кристаллов флэш-памяти. Например, Samsung Electronics уже выпускает твердотельные накопители (SSD) на базе 32-х, 48-и и 64-х слойных микросхем NAND-памяти. Активно разрабатываются концепты вертикальных транзисторов (V-FET) на основе углеродных, германиевых и кремниевых нанотрубок. Директор TSMC Марк Лиу назвал наиболее перспективным направлением развития микроэлектроники не уменьшение размеров транзисторов, а 3D-интеграцию. В связи с этим можно сказать, что закон Мура как закон уменьшения размеров транзисторов, прекратил своё выполнение. Однако его первоначальная формулировка — «количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца» — всё ещё актуальна.
 
Есть ещё одна формулировка закона Мура, она связана с прогнозом Давида Хауса из Intel, согласно которому производительность процессоров удваивается каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и быстродействия каждого из них. В соответствии с такой трактовкой, после 2020 года производительность микропроцессоров должна достичь уровня мозга живого объекта, а к 2045 году вообще превысить ментальную (мозговую) производительность всего человечества на Земле. В связи с этим наиболее перспективным путём развития электроники видится внедрение новых физических принципов, например квантовые либо нейроморфные вычисления с другой архитектурой. Как будут развиваться новые технологии, покажет время.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Почему не может существовать огромных резервуаров нефти под землей?

Отвечает заместитель директора по науке Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Татьяна Михайловна Парфёнова

 

«Я прочитал в “Науке в Сибири” о том, что нефть содержится в породах как небольшие капельки. Но если она образовалась из органического вещества, то почему не может существовать огромных резервуаров нефти под землей, ведь уголь, например, залегает большими пластами?»

 

Приятно знать, что у «Науки в Сибири» любознательные читатели. 
 
По-видимому, под резервуаром нефти читатель понимает большие полости, в которых нефть размещается, как в цистернах, только под землей. В вопросе верно было замечено, что так не бывает. Высокое давление вышележащих горных пород не позволяет существовать гигантским полым линзам, заполненным нефтью, на большой глубине.  
 
Следует напомнить, что и уголь, и нефть являются горючими полезными ископаемыми органического происхождения, которые представляют собой продукты преобразования бактерий и остатков растительных, реже животных, организмов под воздействием геологических факторов. Однако природа этих углеводородов существенно различается. Уголь — это обогащенная органическим веществом (более 50 %) порода. Пласты углей расположены в осадочных бассейнах там же, где они «родились». Нефть — это жидкость. Нефтеподобные компоненты образуются в так называемых нефтепроизводящих отложениях, оттуда мигрируют и накапливаются в пористых породах (коллекторах), образуя залежь. Как правило содержание нефти не превышает 5—8 % относительно массы коллектора. Таким образом, нефть заполняет сравнительно небольшие каверны, трещины и поры в сложной структуре минерального каркаса. 
 
В природе встречаются нефти, мигрировавшие недалеко. Они накопились внутри производивших их пород, которые стали нефтеносными. В слоистой минеральной матрице этих пород нефти размещаются в виде маленьких сгустков, можно сказать капелек. 
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Действительно ли иммуномодуляторы повышают иммунитет?

Отвечает старший научный сотрудник Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН кандидат биологических наук Сергей Викторович Кулемзин

 

В аптеках продают огромное количество так называемых иммуномодуляторов. Действительно ли они могут повысить иммунитет?

 

Значительная доля доступных в аптеках без рецептов иммуномодулирующих препаратов не проходили полноценных многоцентровых клинических испытаний, поэтому судить об их эффективности можно только по рекламным брошюрам. Некоторые препараты, которые хорошо охарактеризованы и проявляют иммуностимулирующий эффект, оказались эффективными только при их применении до развития первых симптомов заболевания. Есть высокоактивные препараты, их применяют в клинической практике для серьезной активации определенных звеньев иммунной системы (препараты интерлейкина-2, интерферона-альфа), они действительно значительно стимулируют иммунокомпетентные клетки, однако имеют весьма существенные побочные эффекты, поэтому применяются только для терапии тяжелых недугов (онкологические заболевания, гепатит С и так далее).
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Можно ли увидеть ДНК в микроскоп, и как понять, какому организму она принадлежит?

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

 

В фильме «Хищник» (2018) героиня по образцу биологической жидкости хищника с помощью микроскопа определила, что в ней присутствует «генетическая информация самых опасных особей с планет, которые они посещают». Можно ли увидеть ДНК в микроскоп, и как понять, какому организму она принадлежит? 

 

Просто так ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту) в обычный микроскоп не увидеть. Она бесцветна. Сначала ей надо как минимум придать цвет специальным красителем. Но и после этого в обычных клетках с помощью мощного микроскопа будет видно только клеточное ядро, заполненное очень плотным клубком из нитей ДНК. По виду окрашенного ядра ничего о животном организме сказать нельзя. Каждый геном – «книга», но все «книги» написаны на одном языке и отличаются только количеством и последовательностью использованных «букв». 
 
Однако выход есть: для определения вида используют не микроскопию, а метод молекулярной генетики, называемый баркодированием ДНК.  Его сейчас широко используют для поиска вредителей сельскохозяйственных культур, анализа состава пищевых продуктов и пр. Выглядит это, если использовать книжную аналогию, примерно так: в огромном «тексте» без названия находят определённую «главу» (ген) и читают в ней несколько «предложений».  По тому, какие в этих «предложениях» использованы «слова», можно однозначно сказать, известный это науке вид или ещё не описанный. Для растений, животных и микроорганизмов используют разные «главы». 
 
Отдельный вопрос — как в одном существе может содержаться ДНК нескольких видов. Не знаю, как с этим на других планетах, а у нас такое возможно только с растениями. Если бы  автор сценария «Хищника» стремился к биологической достоверности, то хищник был бы чем-то вроде разумного кактуса, а учёный не смотрел бы на жидкость в микроскоп, а просто собрал бы её в пробирку, поставил в прибор, нажал кнопочку и сидел рядом со скучающим видом.
 
Иллюстрация с сайта pixabay.com
 



Действительно ли вулкан Йеллоустоун может взорваться в ближайшее время?

Отвечает ведущий научный сотрудник, заместитель директора по научной работе Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН доктор геолого-минералогических наук Сергей Захарович Смирнов

 

В интернете периодически появляются «сенсационные заявления» о том, что в США «просыпается» супервулкан, расположенный на территории Йеллоустоунского национального парка. Действительно ли он может взорваться в ближайшее время?  

 

Это вопрос философский. Люди рассуждают с позиции длительности своей жизни — порядка 80—100 лет. Вероятнее всего, за это время ничего не случится (хотя стопроцентной гарантии никто не даст). Но мы, геологи, оперируем совсем другими категориями: сто тысяч лет для нас — это буквально позавчера, 50 тысяч лет — вчера. В этих временных промежутках, действительно, что-то может произойти. 
 
Под Йеллоустоном находится магматический очаг, который «дышит» и выделяет тепло. Благодаря этому в Йеллоустоунском национальном парке функционируют гейзеры, которые так любят туристы. Кроме того, наблюдается воздымание дна кальдеры в пределах кальдерного комплекса. Все это говорит о том, что вулкан «живет», и в определенный момент извержение произойдет. Будет ли оно той же силы, что 640 тысяч лет назад, когда пепел покрыл почти всю Северную Америку, — вопрос открытый. 
 
На острове Суматра в Индонезии есть еще один замечательный супервулкан — Тоба. В течение 1 млн лет — а это тоже сравнительно небольшой промежуток времени — вулкан трижды давал о себе знать: гигантские суперизвержения произошли 74, 500 и 840 тысяч лет назад. Этот пример также можно рассматривать как ответ на вопрос, взорвется ли Йеллоустон, через какое время и каков будет масштаб этого взрыва.
 
Фото с сайта pixabay.com
 



Вредно ли пальмовое масло?

Отвечает ведущий научный сотрудник Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН доктор химических наук Александр Юрьевич Макаров

 

Я слышала, что пальмовое масло имеет слишком высокую для нашего организма температуру плавления, не переваривается, не выводится из организма, а к тому же повышает холестерин. Так ли это? 

 

Избыток любых жиров для здоровья вреден, в то же время некоторые их компоненты — полиненасыщенные жирные кислоты омега-3 и омега-6 —  необходимы человеческому организму. Известно также, что тугоплавкие жиры усваиваются хуже, чем легкоплавкие.
 
По соотношению насыщенных, ненасыщенных, полиненасыщенных жирных кислот пальмовое масло близко к сливочному и даже немного полезнее его. А его температура плавления практически такая же, как у сливочного, и гораздо ниже, чем у говяжьего, бараньего или козьего жира. Так что переваривается пальмовое масло не хуже сливочного и заметно лучше перечисленных тугоплавких животных жиров. Непереваренная его часть (а это всего лишь около 4%) легко выводится через кишечник, а переваренная и усвоенная и не должна выводиться — она полностью расщепляется в организме до воды и углекислого газа, как и в случае с любыми другими жирами.
 
Правда, что пальмовое масло несколько снижает усвоение кальция из пищи. Любые жирные кислоты, образующиеся в кишечнике из жиров, в принципе, способны связывать кальций в нерастворимые соли. Однако высшие насыщенные кислоты, такие как пальмитиновая или стеариновая, связывают его наиболее прочно. Дело в том, что жирные кислоты в жирах могут располагаться посередине молекулы или с краю, и во втором случае они отщепляются быстрее. В отличие от многих других жиров, в пальмовом масле пальмитиновая кислота располагается преимущественно с краю, поэтому оно снижает усвоение кальция сильнее. Однако это неблагоприятное действие не так уж велико, чтобы объявлять его отравой. Достаточно немного увеличить в рационе долю продуктов, богатых кальцием, или употреблять их отдельно, чтобы полностью устранить это его негативное действие.
 
Продукты глубокой переработки пальмового масла (например, «структурированное пальмовое масло», оно же «бета-пальмитин»), при которой жирные кислоты отщепляются от глицерина или меняются местами, на усвоение кальция заметным образом не влияют.
 
Как и в любом другом растительном масле, в пальмовом совсем нет холестерина. Влияние жиров на уровень холестерина в крови  — тема сложная и не до конца изученная. Считается, что различные жирные кислоты могут как усиливать, так и подавлять синтез холестерина в человеческом организме, однако, гораздо сильнее на этот процесс влияют курение, стрессы, степень физической активности. Есть экспериментальные данные, что воздействие пальмового масла на уровень холестерина в крови такое же, как и оливкового масла.
 
Фото с сайта pixabay.com
 

Система Orphus