Электронные микроскопы, в отличие от оптических инструментов, используют в своей работе электроны, длина волны волновой составляющей которых на пять порядков меньше длины волны света. Телескопы, к сожалению, не могут использовать подобные принципы из-за того, что любые электроны, излучаемые далекими источниками, будут отклонены магнитными полями и поглощены ионами космического газа прежде, чем они достигнут Земли.

«Электроны принципиально не могут издалека добраться до нас, как это без проблем делают фотоны света» — рассказывает Родни Херринг (Rodney Herring), ученый из университета Виктории, — «И это является причиной тому, что мы можем лучше и четче рассматривать очень маленькие вещи, нежели огромные объекты, находящиеся далеко в глубинах космоса».

Кроме этого, ученые, занимающиеся технологиями микроскопии, могут применять некоторые уловки для улучшения разрешающей способности даже простейших оптических микроскопов. Ученые из Университетского Колледжа в Лондоне (Imperial College London), освещая объект исследований светом двух лазеров, добились увеличения разрешающей способности оптического микроскопа с 300 до 10 нанометров. Ученые-астрономы же, в большинстве случаев, лишены возможности использования подобных приемов.

Для того, чтобы сопоставить возможности телескопов и микроскопов, достаточно тяжело найти общую меру. Астрономов абсолютно не интересует показатель линейной разрешающей способности, они используют так называемую угловую разрешающую способность, которая измеряется долями угловой секунды (1/3600 части углового градуса). К примеру, разрешающая способность космического телескопа Hubble Space Telescope составляет 0.1 угловой секунды, а телескоп European Extremely Large Telescope (E-ELT), строительство которого ведется в настоящее время в Чили, будет иметь разрешающую способность не хуже 0.01 угловой секунды.

Для того, чтобы сравнить возможности телескопов и микроскопов, нам необходимо представить все это с точки зрения «невооруженного человеческого глаза». Человек с нормальным зрением способен видеть объекты с линейным разрешением около 25 тысяч нанометров или угловым разрешением около 60 угловых секунд.

Таким образом, самые мощные микроскопы имеют 714000-кратное превосходство над человеческим глазом (0.035 нанометров у микроскопа по отношению к 25 тысячам нанометров у человеческого глаза). А лучшие телескопы имеют превосходство всего в 6 тысяч раз (0.01 угловой секунды у телескопа по отношению к 60 угловым секундам у человеческого глаза). Ну а выводы на основании представленных выше цифр, сделать достаточно просто и самостоятельно.

Первые обнаруженные учеными мимивирусы, имеющие размеры порядка одного микрометра, были вирусами, заражающими одноклеточные организмы, амебы. У этих вирусов имеется гораздо более сложный генетический код, нежели у большинства простых бактерий. Но в отличие от других вирусов, мимивирусы способны самостоятельно вырабатывать аминокислоты, которые являются «буквами» алфавита ДНК, и достаточно сложные белки. По этим признакам они более походят на прокариотов, которые являются микробами, в клетках которых не содержится клеточных ядер.

У исследованных учеными мимивирусов имеется иммунная система, позволяющая им бороться с вирусофагами, к примеру, вида Zamilon, которые, как известно, успешно заражают прокариотов. Инфекция вирусофага делает вирус или другой вирусоподобный организм неспособным к дальнейшей репликации и для борьбы с этим природа встроила в структуру гигантского вируса систему обороны, которая работает при помощи методов вырезки и склеивания генов, подобных тем, которые сейчас применяются в технологии генетического «редактирования» CRISPR.

«У некоторых вирусов и прокариотов есть собственные CRISPR-системы, которые содержат в себе целую библиотеку коротких последовательностей ДНК. Когда в микроорганизм попадает ДНК вирусофага, система определяет это, используя данные своей библиотеки, и выделяет специализированные ферменты. Эти «Cas»-ферменты разматывают чужую ДНК и расщепляют ее на части, и это приводит к полной остановке вторжения извне» — рассказывают ученые.

Идентификация наличия иммунной системы вирусов, получившей название MIMIVIRE (mimivirus virophage-resistance element), была выполнена путем досконального анализа генома 60 различных штаммов мимивирусов. И это дает ученым в руки некоторое количество новых знаний о четвертой «ветви древа» микробиологической жизни, которой и являются мимивирусы наряду с бактериями, прокариотами и эукариотами.

Сложенные «стопкой» и установленные по кругу громкоговорители системы Waterton Reverberant Acoustic Lab, созданной известной оборонной и аэрокосмической компанией Lockheed Martin, способны создавать оглушительные звуковые волны, силой в 150 децибелов. Этот уровень звука сопоставим с уровнем звука выстрела прямо рядом с ухом, или со звуком реактивного двигателя, работающего на форсаже, с расстояния 30 метров. И в настоящее время эта акустическая система используется для испытаний космического корабля Orion, она моделирует вибрации и шумы, которые воздействуют на космический корабль во время запуска.

Основным отличием установки Waterton Reverberant Acoustic Lab от других подобных установок, к примеру, установки LEAF Европейского космического агентства, является ее мобильность. Подобно акустической системе какой-нибудь рок-группы, систему Waterton Reverberant Acoustic Lab можно разобрать на отдельные компоненты, погрузить в контейнеры и перевезти на другое место. Таким образом, НАСА и Lockheed Martin получили возможность проведения акустических испытаний космической и авиационной техники везде, где в этом возникает потребность.

Машины-монстры — все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Как уже упоминалось выше, существует несколько вариантов развития событий, ведущих к гибели Вселенной. Наблюдения за звездами, галактиками и скоплениями галактик показывают, что Вселенная расширяется ускоряющимися темпами. Но, через некоторое время темп расширения стабилизируется, все звезды умрут, а материя и энергия распределятся равномерно по всему объему пространства Вселенной. Уровень энтропии во Вселенной будет очень близок к нулю и настанет момент так называемой «тепловой смерти Вселенной».

Но тепловая смерть является не единственным сценарием. Ускорение расширения Вселенной, движущей силой которого является таинственная темная материя, может продолжать увеличиваться из-за увеличения общего количества этой темной энергии. И, через некоторое продолжительное время скорость расширения Вселенной приблизится к пределу, в котором произойдет разрыв пространственно-временного континуума. Пространство разорвется на мелкие клочки и Вселенная прекратит свое существование.

Согласно предыдущим прогнозам этот гипотетический «Большой Разрыв» может произойти не ранее, чем через 22 миллиарда лет. Однако, Диего Саес-Гомес (Diego Saez-Gomez) и его коллеги произвели моделирование всех возможных сценариев развития событий, в которых были использованы реальные данные о темпах расширения Вселенной. А полученные результаты этих расчетов позволили вычислить графики времени, в которых были учтены практически все тонкости, включая динамику движения галактик, сверхновые, волны плотности материи, известные под названием барионно-акустических колебаний, и множество других факторов, по которым вычисляется влияние на Вселенную темной энергии.

В результате расчетов ученые вычислили, что при стечении ряда обстоятельств «Большой Разрыв» может произойти в момент времени, равный 1.2 текущего возраста Вселенной. Другими словами, через 2.8 миллиарда лет от текущего момента. Но это прогноз лишь одного варианта развития событий, сроки других вариантов варьируются в достаточно широких пределах, уходя в бесконечность. «Дальний предел срока гибели Вселенной равен бесконечности» — рассказывает Диего Саес-Гомес, — «В этом случае большой разрыв не произойдет никогда, а Вселенная закончит свое существование тихой и спокойной тепловой смертью».

Вполне вероятно, что рассчитанные учеными сценарии никогда не станут действительностью. Сценарии типа «Большого Разрыва» появляются благодаря нехватке знаний о Вселенной, недостаточном понимании традиционной физики и отсутствия сопряжения квантовой механики с Общей теорией относительности Альберта Эйнштейна и теорией гравитации. И дальнейшие исследования в вышеуказанных областях, которые будут раздвигать границы человеческих знаний, позволят в будущем уточнить, как именно и когда произойдет гибель Вселенной.

Но в любом случае гибель Вселенной произойдет очень и очень нескоро, и нет никакой уверенности, что человеческая цивилизация к тому моменту еще будет существовать, по крайней мере, в том виде, в котором она существует в настоящее время.

Эта идея уже реализована в некотором роде специалистами лаборатории Media Lab Массачусетского технологического института. Созданное ими устройство HydroMorph является «динамической пространственной водной мембраной», которая может превратить поток воды в нечто удивительное. Более того, все это обладает интерактивными функциями, которые позволяют воде творить вещи, на которые она неспособна в обычных условиях.

Помимо создания множества форм из плещущейся воды, устройство HydroMorph может выполнять несколько полезных функций. Текущая из крана вода сможет сама напомнить вам о необходимости закрыть кран и не тратить воду впустую, она сама может наполнить подставленную чашку, направив поток исключительно в нее, при мытье рук управляемый поток поможет вам сделать это максимально эффективно и быстро, а в случае, если вы открыли горячий кран слишком сильно, то поток воды будет миновать ваши руки, дабы не ошпарить их кипятком.

Идея, легшая в основу создания устройства HydroMorph, была почерпнута у художницы Юки Суджихары (Yuki Sugihara), которая превратила обычные полусферические «зонтики» в удивительные статические фигуры пауков, бабочек, цветов и т.п. Но специалисты из Массачусетса расширили это понятие и добавили в него динамическую составляющую, создав водяную мембрану, с которой можно взаимодействовать определенным образом.

Система HydroMorph представляет собой специальный кран, создающий цельную полусферическую водяную мембрану. В его состав также входит маленьких 10 элементов в форме наконечника стрелы, которые связаны с отдельными электрическими приводами. Эти «стрелки» установлены вокруг основного крана и направлены вверх. Подъем одной «стрелки» приводит к появлению разрыва в водяной мембране, а несколько «стрелок», поднятых на различную высоту, позволяют придать водной мембране достаточно сложные формы, используя силы поверхностного натяжения, принципы динамики движения жидкостей и другие физические явления.

Интерактивную составляющую дает камера, установленная выше системы HydroMorph, а ее возможности по формированию более сложных форм могут быть расширены путем увеличения количества управляющих потоком воды элементов, «стрелок». Кроме этого, в скором времени исследователи планируют модернизировать их систему, добавив в нее элементы, позволяющие регулировать начальные размеры и толщину водной мембраны.

Глядя на все это, можно высказать некие сомнения по поводу практичности такой технологии. Единственным очевидным применением технологии HydroMorph могут стать своего рода интерактивные фонтаны, установленные на площадях или в парках, и позволяющие людям поиграть с формами падающей воды.

Известно, что графен является очень легким и прочным материалом, он имеет высокие показатели электрической и тепловой проводимости, он одновременно и прочен и гибок. Столь уникальный набор характеристик этого материала позволяет рассматривать его в качестве альтернативной замены кремнию в электронике или литию в аккумуляторных батареях. Кроме этого, тросы для первого космического лифта, когда он будет построен, могут быть изготовлены из графена или его ближайшего «родственника» — углеродных нанотрубок.

Исследователи, возглавляемые профессором Филипом Кимом (Prof. Philip Kim), нашли еще один способ получения высококачественных листов графена и использовали это для обнаружения еще одного примечательного свойства этого материала. Они выяснили, что при некоторых условиях частицы, переносящие электрический заряд по поверхности графена, ведут себя больше как жидкость, вместо того, чтобы отталкиваться друг от друга, эти частицы сталкиваются между собой триллионы раз в секунду.

Группа профессора Кима изолировала единственный слой графена, защитив его с обеих сторон слоями нитрида бора, прозрачного кристаллического материала, известного под названием «белый графен» из-за его подобных свойств и атомарного строения. Специально оставленные без защитного слоя концы листа графена были покрыты ионизированными заряженными частицами и, благодаря этому, ученым удалось наблюдать воочию за процессами движения электрических зарядов, которые возникали под воздействием приложенного извне электрического потенциала и потоков тепла.

Когда большинство из материалов подвергается воздействию электрического поля, отрицательно заряженные электроны и их антиподы, электронные дыры, движутся в противоположных направлениях. Однако, при некоторых условиях, к примеру, под воздействием тепла из внешнего источника, эти носители отрицательного и положительного зарядов начинают двигаться в одном направлении. Но в любом случае заряженные частицы в нормальных условиях практически не взаимодействуют друг с другом.

Однако, двухмерная природа и сотовидная структура графена высокой чистоты вынуждают заряженные частицы двигаться в одном и том же направлении, сталкиваясь между собой с большой частотой, формируя нечто вроде сильно взаимодействующей квазирелятивистской плазмы, известной под названием жидкости Дирака. «Физика, которую мы обнаружили, изучая черные дыры и теорию суперструн, была найдена и на поверхности графена» — рассказывает Эндрю Лукас (Andrew Lucas), один из исследователей, — «Это является первым образцом релятивистской гидродинамической системы в металлическом материале».

Обнаруженные на графене эффекты релятивистской гидродинамики могут быть использованы для создания чипов, работающих на несколько отличающихся от традиционной электроники принципах. Это, в свою очередь, позволит не только обеспечить высочайшее быстродействие этих чипов. Эти чипы могут быть использованы в качестве испытательных средств для экспериментов, раскрывающих суть сложных квантовых явлений, проявления которых до этого времени были найдены лишь в некоторых видах астрономических объектов.

Данные часы были сконструированы, разработаны и изготовлены группой студентов из японского университета Искусства и дизайна в Тохоку (Tohoku University of Art And Design). В их конструкции использовано порядка 400 деревянных деталей и компонентов, объединенных в достаточно сложный механизм. Результатом работы этого механизма является движение четырех «рук», на концах которых установлены специальные «карандаши», которые пишут текущее время каждую минуту на предварительно очищенной поверхности.

«Дисплей» этих необычных часов является ничем иным, как немного урезанным детским планшетом для рисования при помощи магнитного карандаша. Тем, у кого была подобная игрушка, знают, что изображение на поверхности стирается достаточно легко в отличие от других «пишущих» часов, которые используют пластиковую «доску» и маркер.

Студенты, которые создали сей «шедевр» инженерной мысли, собираются наладить производство наборов для самостоятельной сборки. Но если в вашем распоряжении имеется лазерный резак с числовым программным управлением, немного времени и терпения, то вы сможете сделать такой механизм полностью самостоятельно, благо, вся необходимая для этого информация и чертежи скоро будут доступны всем желающим через Интернет. И, может быть, какой-нибудь швейцарский часовщик, заинтригованный данной идеей воплотит ее в том виде, в котором подобные часы можно будет носить на запястье руки.

Машины-монстры — все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Изобретатель этих часов, Дэнни Хиллис (Danny Hillis), придумал идею создания такого механизма в 1989 году, и с того момента неустанно работал над этим. В то же время было начато строительство серии туннелей и комнат в недрах горной цепи Сьерра Диабло, в месте, расположенном в нескольких часах пути от ближайшего аэропорта. Это означает, что посетители, которые приедут посмотреть на часы 10,000 Year Clock, будут вынуждены проделать длинный путь и подняться на высоту 609 метров выше уровня моря.

В настоящее время строительство этих часов находится на стадии изготовления полномасштабных деталей этого механизма. Хотя все еще продолжается процесс доработки некоторых узлов, что требует изредка переделки уже имеющихся конструкций. Все детали часов изготовляются из высококачественной нержавеющей стали, а все соединительные элементы — из специальной керамики. Часы будут приводиться в действие термоэлектрическим генератором, который будет работать благодаря разнице температур между высокой температурой на поверхности и прохладой пещеры. «Солнечный синхронизатор» позволит этим часам самостоятельно производить коррекцию по положению Солнца, что бы всегда держать точное время.

Один раз в сутки устройство боя часов создаст уникальную последовательность звуков, которые «отобьют» колокола часов. У часов имеется подвижный лимб, который является механической моделью Солнечной системы. Помимо Солнца и других планет, на него нанесены все космические аппараты, запущенные людьми в 20-м столетии. Этот лимб будет двигаться один раз в год, в полдень строго установленного дня.

Согласно создателям часов 10,000 Year Clock, во время 10-летия, 100-летия, 1000-летия и 10000-летия с момента запуска этих часов, должны быть проведены торжественные мероприятия. Сейчас идет сбор идей для проведения торжества на 10-летний юбилей, организацию остальных юбилеев Дэнни Хиллис оставляет на совесть последующих поколений.

Стрелки часов, длиной 7.8 метра, для уменьшения веса изготовлены из пластика, армированного углеродным волокном. Изготовлением этих часовых стрелок занималась компания EPM, которая производит детали кузовов для гоночных автомобилей класса F1. Погрешность механизма часов составляет порядка 30 секунд в месяц, но для постоянной автоматической корректировки времени будет установлена специальная система, использующая сигналы GPS.

Все составные части этих часов, стоимостью около миллиона фунтов стерлингов, прибудут к месту назначения в течение месяца. Сразу же после этого начнутся работы по монтажу часов на башне, окончание строительства запланировано на середину следующего года. В качестве дополнительной информации можно сказать, что компания-изготовитель дает 100-летнюю гарантию на механизм часов, но совершенно ясно, что при должном обслуживании часы будут служить гораздо больший срок.

Процесс формирования гибридного полимера заключается в одновременной «сборке» мономеров, длинных молекул двух различных полимерных материалов. При этом, процесс производится таким образом, что структура одной молекулы «строится» вокруг другой молекулы и наоборот. В результате, молекула одного полимера формируется за счет ковалентных химических связей, а вторая — за счет нековалентных связей. Ковалентные связи весьма сильны и за счет этого в центре формируется своего рода «ядро», поперечное сечение которого напоминает звезду с несколькими лучами. Нековалентные связи менее сильны и при их помощи формируется мягкий полимер, который заполняет промежутки между участками более прочного материала.

«Новый полимер имеет уникальную структуру с наноразмерными «отделениями», которые можно удалять и восстанавливать сколько угодно раз химическим путем» — рассказывает Сэмюэль Стапп, — «В некоторых отделениях содержится твердый полимер, другие заполняются мягким надмолекулярным материалом, который может быстро реагировать на изменения некоторых факторов окружающей среды. Эти реакции позволят производить на основе таких полимеров изделия, обладающие возможностями и функциями, которые свойственны живым организмам».

Надмолекулярная полимеризация действует как своего рода катализатор процесса ковалентной полимеризации, что позволяет получить материал с достаточно высоким значением молекулярной массы. Кроме этого, одновременная полимеризация ковалентных и нековалентных связей позволяет молекулам разных типов сцепляться друг с другом, формируя цилиндрическую полимерную «нить», которая может иметь сколь угодно большую длину.

Необычные свойства нового полимера открывают возможности реализации целого ряда новых технологий. Этот материал может использоваться в качестве средства целевой доставки лекарственных препаратов, которое может хранить в своих отделениях набор из различных препаратов, высвобождая их только в заданных местах. Другие свойства нового полимера позволят создать на его основе новые самовосстанавливающиеся материалы, которые можно будет использовать в качестве защитных покрытий. А добавка к новому полимеру других материалов позволит превратить его в основу искусственных мускулов, сокращающихся под воздействием электричества, света, тепла и других видов энергии.