Традиционно накануне нового учебного года в Красноярске проходил фестиваль науки «Нулевое сентября», во время которого жители и гости города могли посетить научные центры и институты, послушать лекции ученых, посетить мастер-классы, пройти квесты и принять участие в эксперимент-шоу. К сожалению, в 2017 году по финансовым причинам фестиваль не состоится. «Наука в Сибири» искренне надеется, что эта пауза — временная, и уже в следующем году красноярцы продолжат свою благородную миссию: пробуждать интерес и азарт к науке у школьников — ведь без этого невозможно эффективное обучение. А пока мы вспоминаем научный бой, прошедший в прошлом году в рамках фестиваля, где сразились пятеро исследователей. Женщины против мужчин и физики против лириков сошлись в интеллектуальной битве, рассказав о светящихся организмах, современном искусстве и шапке-невидимке.
У каждого участника есть 10 минут, чтобы посвятить аудиторию в свою работу. Зрители оценивают выступление аплодисментами: чем громче хлопают — тем больше у ученого шансов на победу. Уровень звука измеряется специальным шумомером.
Ватное белье и третье ухо
Магистрант Института искусств и культуры Томского государственного университета, сотрудник сибирского филиала Государственного центра современного искусства Анастасия Куклина рассказала об искусстве регионов России в наши дни:
— Современное искусство — это провокация, чтобы достучаться до искушенного зрителя, который ориентируется на свои собственные потребности. Принято считать, что такое искусство охватывает последние 100 лет: в качестве примера можно привести творчество Малевича, Дали. Из-за столь большого временного промежутка употребляется термин «актуальное искусство» — объекты, созданные за последние 10—15 лет. В нём главным становится идейное мастерство: то есть художники переквалифицировались в эдаких философов, которые пытаются отражать актуальные проблемы в своих произведениях.
Современное искусство — это новые направления: не только живопись и скульптура, но и перфомансы, инсталляции, инвайроменты... Одним из подобных течений является сайенс-арт — научное технологическое искусство. Так, австралийский художник Стеларк вживил себе в предплечье третье ухо: он чуть не умер от инфекции, но в будущем планирует снабдить новый орган wi-fi и микрофоном.
Ещё один тренд — глобальные институты, фестивали и арт-площадки. Для демонстрации современного искусства в России есть «классические» места: Эрмитаж, Третьяковская галерея, Пушкинский музей. А что происходит в регионах? В частности, в Москве существует Государственный центр современного искусства, который пытается развивать и региональное искусство — в Калининграде или на Урале. В Красноярске есть ярмарка книжной культуры КРЯКК, фестиваль современного искусства «Айседора», музейное биеннале. Даже сейчас мы находимся на площади Мира (научный бой проходил в музейном центре на площади Мира — прим. ред) — святая святых красноярского искусства. Правда, денег на современные направления немного, но регионы не растерялись и работают под лозунгами национальной самобытности и индивидуальности. Так, существует провокационное направление сибирского иронического концептуализма: его художники весело выставляют себя эдакими дикарями, примером чего служит творчество Василия Слонова. Он делал ватные предметы (колокол, валенки и даже нижнее белье), конверты для взяток и пугало с лицом (предположительно) Ксении Собчак.
Развитие такого искусства способствует престижу города. Например, испанский город Бильбао — индустриальный центр Испании — был мало кому интересен, пока в нем не построили филиал Музея современного искусства Гуггенхейма. После этого там появилось много туристов, инвестиций, новых архитектурных объектов. Хочется надеяться, что подобный опыт будет осуществлен и в наших российских реалиях.
Как стать невидимкой?
Аспирант кафедры фотоники и оптоинформатики Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики Владимир Борисов поведал о том, как сделать шапку-невидимку:
— Люди взаимодействуют с электромагнитными волнами почти всегда — за исключением тех моментов, когда закрывают глаза. Как вы понимаете, я говорю о зрении: мы видим определенный диапазон этих волн и воспринимаем их как цвета — от фиолетового до красного. С ними ученые умеют делать три вещи: отражать, поглощать и преломлять. Эти манипуляции могут позволить нам сделать объекты невидимыми!
Сначала нужно вспомнить, как мы вообще видим что-либо. Для этого наш глаз должен «поймать» световые волны, которые испущены каким-то источником, попали на объект, отразились от него и направились в нашу сторону. Именно таким образом мы воспринимаем весь мир вокруг. А как сделать объект невидимым? По-хорошему, нужно, чтобы свет будто бы прошёл сквозь предмет, не замечая его, отразился от того, что находится за ним и точно так же, не замечая его, попал к нам в глаз. Но это уже больше напоминает магию, а не науку.
На самом деле для невидимости понадобится только преломление. Конечно, свет не способен пройти сквозь объект, но можно попытаться сделать так, чтобы он его обогнул. Представьте, что мы облепили объект каким-то светлым материалом, и свет в каждой точке его пространства преломляется так, как нам требуется, обходя наш объект и не взаимодействуя с ним. Другое дело, что таких материалов в природе нет, однако мы можем их сделать!
Учёные еще в XX веке выяснили, что свет, просачиваясь через структуру, размеры которой соразмерны с длиной волны излучения, реагируют на нее как на нечто общее, так что показатель этого преломления, соответственно, окажется составным. То есть если взять, например, шестиугольник и просверлить в нем дырку, то проходящий через него свет будет воспринимать такую конструкцию как единое целое — так что когда мы будем варьировать размеры этой дырки, то и показатели преломления изменятся. Подобные структуры называются метаматериалами, потому что помогают достигать таких свойств, которых не существует в природе: с их помощью можно сделать и шапку-невидимку. Если мы облепим наш объект шестиугольниками и очень точно просверлим в них дырочки, всё получится. Такой подход уже работает в микроволнах: можете, кстати, сделать подобную крышку для микроволновки — только если вы хотите держать там еду, а не греть. Но в оптическом диапазоне, где длина излучения волны в сотни раз меньше диаметра толщины человеческого волоса, создание таких отверстий становится проблемой.
Поэтому учёные подумали: если бы у нас был материал, который способен реагировать на воздействие света и изменять показатель преломления! Тогда мы могли бы засветить этот материал так, как нам нужно, и получить желаемый результат. Именно по такому принципу работают фотоаппараты: когда мы засвечиваем плёнку, молекулы в ней немного перестраиваются и меняют структуру, благодаря чему по-другому реагируют на свет, изменяя преломление. Подобные среды называются светочувствительными.
Итак, для шапки-невидимки версии 2.0 необходимы светочувствительная среда и лазер, с помощью которого в среде регистрируется сложная структура под названием дифракционная решетка. Свет, проходя через неё, расщепляется на несколько пучков, и по форме каждого из них можно понять свойства не только структуры, но и самого материала. Эти явления активно изучают ученые, так что, возможно, в обозримом будущем каждый из нас сможет примерить настоящую шапку-невидимку. Правда, тут есть еще одна проблема: если вы надеваете её на себя, то не взаимодействуете со светом. Это значит, что не только вас никто не видит, но и вы ничего не видите.
Музыка нас связала
Доцент кафедры истории музыки Красноярского государственного института искусств кандидат искусствоведения Мария Чихачёва вступила в вечную борьбу гуманитария за право называть музыковедение наукой, для чего не только привела ряд аргументов, но и сыграла на домре:
— Это известная дилемма: кто ты — музыкант или ученый? Тут как в известном анекдоте: красивые налево, умные направо, а музыковедам остается только разорваться! Вообще, музыковедение — сравнительно молодая наука: ей чуть более 100 лет. Но в то же время она охватывает многие дисциплины — музыкальная историография, фольклористика, акустика, — каждая из которых уже является доказательством научной обоснованности музыковедения. Возьмем, например, медиевистику — изучение средневекового музыкального письма. Это настоящий музыкальный детектив: нужно найти рукопись, восстановить, расшифровать и воспроизвести полученные ноты. Всё дело в том, что музыковедение имеет дело с артефактами прошлого, поэтому наша задача — понять, что же было заложено произведениями искусства, какой смысл вкладывал композитор той или иной эпохи. И благодаря этому мы видим, как менялись мировоззрение и культура, за счёт чего реально прогнозировать ее дальнейшее развитие. Но меня музыковедение привлекает по другой причине.
Любая наука — это отражение объективной реальности: так, математика — числовая интерпретация окружающего мира, физика, предположим — формульное изложение законов окружающей действительности или же прогнозирование того, как они могут действовать. Искусство и музыка в частности — тоже отражение объективной реальности, но в творческой ипостаси: на языке художника, композитора, поэта. Музыковедение — это область, где встречаются эмоциональные отклики каждого человека на произведение искусства и одновременно та объективная основа, которая стоит за любым произведением искусства. Мы используем методы математического моделирования, обращаемся к нейропсихологии, когда речь идет о музыкальной психологии или акустике, а в мире даже строятся лаборатории, где изучается влияние музыки на мозг человека.
Все мы — наследники европейской культуры. И при звучании определенных музыкальных кодов у каждого включается одинаковый процесс расшифровки: тоскливая, радостная или нагнетающая ли играет мелодия. Каждый из нас реагирует эмоционально, но задача исследователя — найти и описать то объективное начало, которое стоит за каждым произведение искусства.
Да будет свет!
Аспирант Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ, инженер лаборатории фотобиологии Института биофизики ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН Марина Ларионова показала зрителям светящуюся гусеницу и объяснила, как и почему это происходит:
— В СФУ и Институте биофизики есть интересное направление, изучающее свечение живых организмов — люминесценцию. На суше могут светиться известные всем светлячки, некоторые грибы, бактерии, черви и морские организмы (в общей сложности, более 90 % видов). И хотя в сибирском крае это явление представлено достаточно скудно (те же светлячки да грибница у опят), оно приобретает громадные масштабы в тропических широтах: иногда скопление таких организмов на поверхности океана можно увидеть даже из космоса.
Для чего же организмам светиться? Это качество присутствует у самых различных видов, а значит, оно нужно не просто красоты, а для чего-то еще. Так, рыба-удильщик использует свечение, чтобы ловить добычу, привлекая своим «фонариком» пищу: это пример взаимовыгодного сотрудничества рыбы и светящихся бактерий, которые находятся у неё в специальном модуле под названием эска. Мелкие ракообразные наоборот используют это свойство, чтобы защититься от врагов, и подобно газовому баллончику опрыскивают нападающих на них рыб, в это время успевая куда-то ретироваться. Светлячки используют световые импульсы, чтобы общаться: у каждого вида существует свой язык, благодаря которому они способны понимать исключительно друг друга.
За долгое время исследования люминесценции стало ясно, что за этот процесс отвечают белки под названием люцифераза. Так что если получить ген, который их кодирует, ученые могли бы перестать ловить рачков и медуз из океана (ведь их там не так уж и много) и организовать производство этих белков самим. Следует просто поместить ген в бактерию кишечной палочки — тогда она будет производить те белки, которые ей абсолютно не нужны, но и не вредят. Правда, бывают достаточно капризные соединения, которые не хотят синтезироваться в каких-то там кишечных палочках, и поэтому применяются дрожжи, а также клетки насекомых и млекопитающих. Недавно мы смогли получить люциферазу из маленького рачка: выделили ген, расшифровали последовательность и даже добавили его в клетку гусеницы, где синтезировался нужный нам белок.
Для чего же исследовать такие белки? Ими можно подсветить процессы внутри органов и, например, наблюдать за действием противоопухолевых препаратов либо проводить медицинские анализы. Да, существуют химические красители, но они токсичны и не позволяют адекватно оценить существующий порядок в организме. Кроме науки это может применяться и в индустрии: светящаяся еда или косметика. Также есть экологические проекты, чтобы сделать дающие свет деревья и не тратить электричество.
Прекрасная Венера
Научный сотрудник лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии Московского физико-технического института Олег Бендеров рассказал о второй планете Солнечной системы:
— Венера очень похожа на Землю по массе и диаметру. Но есть и существенные отличия: так, Венера совершает один оборот вокруг своей оси за 243 дня, причем вращается в обратную сторону. После того как первые космические миссии собрали информацию об атмосфере, стало понятно, что она не похожа на земную: практически полностью состоит из углекислого газа, а также имеет большее давление на поверхность и среднюю температуру в 462 °С. Но долгое время ученые об этом не знали, потому что видели только облака и ничего кроме. Люди думали, там будет найдена вода и, как следствие, джунгли, животные. Увы, после первых исследований стало понятно, что это не так, но зато появилось предположение: планеты, которые откроют в дальнейшем, окажутся похожи на Венеру.
Кроме того, на Венере очень интересная атмосфера: она вращается вокруг планеты за 4 дня в ту же сторону, что и сама планета, только гораздо быстрее — максимальная скорость составляет порядка 100 м/с. На полюсах образуются вихри необычной структуры: они очень массивные, могут быстро появляться и исчезать в течение 8 часов, и вообще похожи на земные ураганы — только более масштабные. В принципе, на Венере много чего можно изучать — в частности, ветер, для чего мы используем эффект Доплера. Обычно его суть объясняют на таком примере: при приближении гудок электрички звучит чуть выше, а отдаляясь — чуть ниже. Здесь то же самое: неподвижная масса излучает (создает излучение?) на одной частоте, движущаяся — на другой. Поэтому существует небольшая разница между этими спектрами, которую позволяет заметить данный метод.
Наибольший интерес среди зрителей проявляли дети, так что в награду за лучшие вопросы двое самых любознательных получили подписку на электронную библиотеку. Самые яркие и громкие аплодисменты по версии шумомера, а также традиционные бойцовские перчатки достались красноярской исследовательнице Марии Чихачёвой:
— Мы дали абсолютно символический приз, ведь прежде всего бой проводится с целью показать, что наука — это здорово и интересно. Другая задача — расширить наши горизонты. И раз нам доказали, что музыковедение — это наука, можно считать, что эти горизонты расширились, — подытожил ведущий научного боя Егор Задереев.
Научный бой проходил в рамках фестиваля «Нулевое сентября» в Красноярске.
Алёна Литвиненко
Фото Юлии Поздняковой
