Сегодня - 23.10.2019

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»


21.12.2018 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
 


14.12.2018 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
 


07.12.2018 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
 


30.11.2018 Правда ли, что гаджеты влияют на сон?

Отвечает заместитель директора по научной и лечебной работе Научно-исследовательского института физиологии и фундаментальной медицины доктор медицинских наук Константин Васильевич Даниленко

 

Правда ли, что использование гаджетов перед сном может отразиться на его качестве?

Отвечает заместитель директора по научной и лечебной работе Научно-исследовательского института физиологии и фундаментальной медицины доктор медицинских наук Константин Васильевич Даниленко:
 
«Правда. Известно, что свет влияет на структуры в организме человека, ответственные за настроение, аппетит, работу вегетативной нервной системы. Воспринимают свет не палочки и колбочки, известные всем со школьной скамьи, а другая небольшая группа рецепторных клеток глаза, содержащая пигмент меланопсин, чувствительный к синему свету. Меланопсиновые фоторецепторы играют роль “счетчиков яркости”: передают в мозг информацию об уровне освещенности и таким образом “подстраивают” внутренние часы человека под суточный цикл. 
 
В одном из исследований 2015 года швейцарские ученые давали двум группам подростков перед сном два ноутбука: один с зеленым, другой с холодным синим свечением экрана. Выяснилось, что у второй группы подростков секреция мелатонина начиналась позже, чем у первой, и засыпали они хуже. Так что даже такой, казалось бы, неяркий свет может повлиять на работу биологических часов. Чтобы этого избежать, можно использовать специальные программы (например, Flux), которые автоматически подстраиваются под день и ночь и подсвечивают экран монитора определенным спектром».
 
 


23.11.2018 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
 


16.11.2018 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


09.11.2018 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
 


02.11.2018 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
 


26.10.2018 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
 


19.10.2018 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
 

Система Orphus