През втората половина на ХХ век в научните изследвания се наблюдава особено явление, най-общо наричано интердисциплинарност. Под това понятие обикновено се подразбира навлизането на средства, апаратури и методи за изследване и анализ от един отрасъл в друг с цел решаване на гранични проблеми, или получаване на нови данни. В много случаи методологията и експерименталните средства на една наука се оказват подходящи и за някоя друга. Естествено това преплитане е съпроводено и с необходимостта от знания и в двете направления, което изисква и адекватно образование. Най-продуктивна в този процес е физиката, чиито методи и средства и експериментален арсенал навлязоха и продължават да навлизат в изследванията в сферата на биологията, медицината, историята, археологията, и други хуманитарни науки, като се въвежда количествен анализ и така се заменят напълно или отчасти предишните описателни методи. Те предоставят нови данни за изследваните обекти, напълно свободни от субективността на изследователя.
В началото на ХХ век са открити т.н. рентгенови лъчи, а малко по-късно английският физик Мозли установява, че всеки химически елемент, при определени условия, излъчва рентгенови лъчи със строго фиксирана енергия, специфична само за него. Тези лъчи са разположени в няколко серии, в зависимост от заряда на елемента (или поредния му номер в таблицата на Мендееев). Ако разполагаме с устройство /детектор/, а днес това са полупродниковите детектори, съчетани с подходящи спектрометри, което да измери енергията и интензитета на това лъчение, то еднозначно може да се определи присъствието и количеството на определен химически елемент. Така възниква идеята за рентгено-флуоресцентния анализ на веществото т.е. – анализ, при който се определя елементния състав на даден образец. Този вид анализ скоро широко се разпространява, и от 70-те г. на миналия век се използва за най-разнообразни цели, в това число – и за елементен анализ на археологични образци. Методът е недеструктивен, т.е. образецът не се разрушава и по него не остават следи от проведения анализа.
През 80-те и 90-те г. много от ускорителите на елементарни частици, които са изчерпали своите възможности за фундаментални изследвания, се реконструират и започват да се използват и за приложни цели. Така възниква и PIXE методът, particle induced x-ray emission, или индуцирано с частици рентгеново излъчване. Това е едно ново развитие на класическия рентгенов анализ. При този метод, ускорени заредени частици, най-често – протони, бомбардират определено място от образеца и инициират излъчването на специфични за всеки елемент рентгенови лъчи. По тяхната енергия се определя елемента, а по интензитета им – съответното количество. Голямото предимство на този метод се състои в това, че снопът от ускорени протони може да се управлява и да се насочва към строго определено място на обекта, като самият сноп може да се свие до диаметър ~1 микрон. Освен това, снопът може да сканира точно определена област, с предварително избрани размери. Тази област може да бъде от няколко квадратни микрона до сантиметри. Друго уникално предимство е регулируемата енергия на частиците. По този начин може да се предизвика рентгеново лъчение само от определен слой от обекта, и така да се анализира състава на нанесени по повърхността елементи, например сребърни, златни или други покрития, при това – с минимална дебелина. Единствено този метод предлага възможност за анализ на мастилото на отделни букви в старинни ръкописи, анализ на отделни влакна от тъкани, кожи, анализ на нищожни присъствия на метали по повърхността на органика, бои, лакове, инкрустации и др. Разбира се може да се определя състава и на основната маса на изделието. Възможно е също анализ на изключително малки обекти, например състава на припоя, използван в техниката на гранулиране, за всяко едно зрънце. По този начин може а се установи автентичността на цялото изделие, както и да се установи дали то е преправяно, с какви средства, кога и т.н.
Проект PAMOMB (Production of art metal objects in Medieval Bulgaria) – съвместни изследвания на ИЯИЯЕ, БАН и Регионалния Исторически Музей – гр. Шумен
В рамките на големия европейски проект CHARISMA по съхранение, консервация и изследване на европейското културно наследство бе реализиран проектът PAMOMB, един съвместен проект на ИЯИЯЕ, БАН и РИМ, Шумен.
Проектът целеше прилагането на PIXE методът, (Particle Induced X-ray Emission). С помоща на този метод се възбужда характеристичното рентгеново лъчение от определено место на образеца, което е с минимални размери, ~ 100х100 мкм, като се използват ускорени до енергия ~ 2.5 Мев протони. Протонният сноп е фокусиран изключително прецизно, на определеното место , а диаметърът му не превишава няколко микрона. Рентгеновото лъчение се анализира с помощта на детектори с високо енергетично разрешение. Измерванията се проведоха на протонния ускорител на Института за Ядрени Изследвания, Атомки, на УАН, Дебрецен, съвестно с групата, ръководена от доц. д-р Имре Узони. Установката, показана на фиг.1, е част от ускорителният комплекс за използване на йонни снопове за приложения, предимно – за анализ и изследвания в други, неядрени, направления на науката.
Енергията на ускорените протони в този комплекс може да варира в рамките на 2-5 Мев, като за нашия случай бе използвана енергия на протоните ~ 2.5 Мев, съобразена с естеството на пробите. В случая е важно пробите да са устойчиви при условията на дълбок вакуум, т.е. при отстраняване на въздува те да не се деформират или разпадат. За метални образци за анализ това условие се изпълнява без да е необходима предватителна обработка. Друго важно изискване е, повърността, върху която ще се фокусира протонния сноп, да е зачистена до истинския материал на образеца, т.е – окисни слоеве, патина, замърсявания и др. трябва да бъдат отстранени. За този метод в случая е необходима така подготвена повърхност ~ 1мм2. Камерата, която е показана на фиг. 2, заедно с пулупроводниковите детекторни системи, позволява да се измерват спектрите на излъченото рентгеново лъчение.
Фиг. 2 Камерата за облъчване с протонен сноп на образците. Отляво надясно е насочен снопът, виждат се дюарите за течен азот на двата детектора, в долният десен ъгъл е камерата с държача на образците и и микроскоп, чието изображение се показва на монитора на оператора, заедно с мястото на анализ. Преди стартирането на самото измерване петното за анализ се проверява за хомогенност. (С любезното съдействие на Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences)
Параметрите на експерименталната установка са уникални и гарантират висока точност и надежност на получаваните резултати. За ядрено-фичния аспект на проекта на ИЯИЯЕ отговаря доц. д-р Илия Пенев, инициатор на проекта, а също – и колегите физици от Атомки, Дебрецен. Археологическият аспект, а също – избора и подготовката на образците, е отговорност на д-р Ст. Дончева и реставратор Г. Цекова от РИМ, Шумен. Интердисциплинарността на проекта, при съвместното участие на физици и археолози, открива нови възможности за по-задълбочен анализ на образци от нашата история.
Анализирани бяха 35 метални образеца от 30-те до 60-те г. на Х век. Образците са от три разкрити производствени центъра на украшения и битови предмети в Новосел, Златар и Надарево в района на гр. Шумен. Образците са от бронз, бронз със сребърно и златно покритие и няколко от сребро с различна проба. Колегите от РИМ положиха големи усилия в подготовката на пробите и съответната документация за анализа им в чужбина.
Фиг. 3 Общ вид на образците, разположени върху специален фиксатор, като в този си вид те се разполагат във вакуумната камера и се облъчват с протони.
Използваният метод дава възможност да се определи както състава на основните елементи, изграждащи пробата, така – и състава на т.н. трекови, или следови елементи, характерни за всяко местонахождение. Освен това, PIXE методът е уникален в определението на състава на повърхностни метални слоеве, или отделно от основната маса на образеца бе анализиран и съставът на златното или сребърното покритие, без да се нарушава целостта на предмета. Тези изследвания са уникални в рамките на България.
В момента е в ход обработката на експерименталната информация, която е значителна по своя обем, а след това данните ще бъдат анализирани от гледна точка на съвременната археология и сравнени с други аналогични данни от европейски производствени центрове. Тук спестявам подробности за програмното обеспечение, методите за еталониране и обработката на самите данни, и др., които са в областта на професионалните умения на експериментаторите.
Предварително вече може да се каже, че резултатите от този проект съдържат ценна информация за технологията на производството на бронзови, сребърни и позлатени изделия, за методите на създаване на тънки покрития с благородни метали, както и за произхода на суровините, използвани в производствените центрове в Златар, Новосел и Надарево.
Експертите в РИМ ценят постигнатите резултати и разчитат на методологичното и експериментално съдействие от страна на ИЯИЯЕ в бъдеще, което е отразено в благодарственото им писмо до ИЯИЯЕ.
Заключение
Пълните възможности на археометрията, въпреки, че тя не е нова наука, все още не се използват достатъчно широко при археологическите изследвания в България. Първите резултати на археометрията се отнасят към анализа на монети. Още през 1795 г. известният немски химик Клапрот публикува анализите на няколко древногръцки и римски монети. Днес в арсенала на археометрията, освен PIXE анализа, има десетки други методи за датиране, анализ на състав и технологии, генетичен анализ на останки от растения и животни, вътрешно-структурен анализ и др.
Колективът, предложил и реализирал проекта PAMOMB ( Production of art metal objects in Medieval Bulgaria), е в процес на подготовка на други проекти, свързани отново с използването на ядрени методи за анализ на метални и глинени изделия от българската история. Най-съществената част от подобни проекти е съвместното участие на учени от различни направления, или интердисциплинарността, в конкретния случай – между приложната ядрена физика и археологията. Но това не е единствената възможност. Участието на химици, биолози, геолози и други учени, открива нови възможности за получаване на нови, лишени от субективизма на описателните методи, количествени данни за най-разнообразни археологически обекти и находки.
Един средновековен англосаксонски ръкопис съдържа рецепта за лечение на очите, която…. се оказа удивително актуална и медицински издържана и днес. Нещо повече – оказва се май поне толкова добра, колкото и съвременните лекарства. Средновековното лекарството се състои от лук, чесън, вино и части от кравешка жлъчка и се е ползвало за лечение на очни инфекции през IX-ти век. Наскоро обаче учените доказаха, че то е всъщност доста ефективно в борбата със стафилококовите бактерии, устойчиви на съвременните антибиотици. Микробиолжката Фрея Харисън и специалистът по англосаксонска история и история на викингите Кристина Лий от Университета в Нотингам решили да възпроизведат мехлема, чиято рецепта е записана в англосаксонската средновековна книга с рецепти за лекове, наречена „Лечебната книгата на Балд“ или „Medicinale Anglicum“ (Bald`s Leechbook), писана или преписана през IX век сл. Хр..
Текстът гласи буквално:
„Вземи праз лук и чесън в равни количества, смеси ги добре… Вземи вино и жлъчка на младо биче, смеси го с праз… нека престои в меден съд девет дни“.
Намирането на съставки не е така лесно, както изглежда, защото изследователките са се старали да се придържат максимално до изискванията на оригинала. За 1000 години сортовете лук и чесън силно са се изменили и днешните се отличават от средновековните. Виното е получено от винарни в Южна Англия, които го правят по старинни рецепти. Най-лесно, парадоксално, е намерена жлъчка – оказва се, че соли на киселина от кравешка жлъчка се дават като хранителна добавка на пациенти с отстранен жлъчен мехур. Вместо медни съдове са използвани стъклени с медно покритие. След 9 дни сместа унищожила всички бактерии, попаднали в нея от чесъна и лука, т.е. започнала да деизнфекцира сама себе си. В последна сметка се оказало, че 90% от златистите стафилококи, бактерии, устойчива на метицилин (МРСЗ) се унищожават от сместа. Учените се надяват да успеят да приложат лекарството и към лечение на диабетни язви и евентуално други заболявания.
От горното не бива да се прави извод, че всичко написано във вестниците е добро колкото продуктите на модерната фармацевтика.
Изводът е чисто исторически – за пореден път се потвърждава, че хората в старите времена не са били толкова неопитни и незнаещи, колкото ги считаме днес, макар богатият им опит да е бил основан само на човешката интуиция и богата практика.
И разбира се, напомняме, че всякакво лечение трябва да се предприема само и единствено чрез компетентен лекар.
Medicinale Anglicum е средновековен англосаксонски текст от 9-ти век, съдържащ множество лечебни рецепти и методи и даващ богата информация за медицинската практика и знания от този период. Наименованието му Bald`s Leechbook произтича от надпис в текста, указващ собственикът и преписвача му, известни само с личните си имена: „Балд притежава тази книга, която поръча на Килд да препише“.
Генериране на геомагнитното поле от ядрен геореактор
От 1939 година се счита, че геомагнитното поле произлиза механизъм динамо, но не в течното ядро на земята, както дълго се е смятало, а в генерирания от атомно делене подслой на геореактора, естествено произлязъл реактор за атомно делене, за който се смята, че съществува в центъра на Земята.
Никоя друга проява на Земята не изглеждала толкова необяснима, колкото нейното магнитно поле. Твърдят, че Алберт Айнщайн е считал неговия произход за един от най-важните неразрешени проблеми във физиката.
Преди повече от хиляда години хора в Китай пускат в купи вода тънки резени от минерала, който днес наричаме магнетит, и откриват, че резенчетата се подреждат в една определена посока. Това наблюдение води до разработването на така наречения магнитен компас. През 1600 година Уилям Гилбърт публикува De Magnete (За магнита), базиран на обширната му колекция от магнитни измервания от цялото земно кълбо. Книгата показва, че самата Земя е като огромен магнит и магнитните сили не произлизат от извънземен източник, както бива предполагано от други. През 1838 г. математикът гений, Йохан Карл Фридрих Гаус, доказва, че източникът на магнитното поле е в центъра на земята или близо до него (Фигура 1).
Фигура 1. Схематично представяне на земното магнитно поле, както се е смятало, че изглежда, преди да бъде открит ефектът на слънчевия вятър.
Земята действа като огромен магнит с магнитно поле, простиращо се в междупланетното пространство, защитава планетата, отразявайки частици от слънчевия вятър, но не е постоянен магнит (Фигура 2). Във вътрешността на Земята температурата е прекалено висока (над точката на Кюри) за постоянен магнит да остане магнетизиран. Освен това магн. поле трябва постоянно да бъде захранвано с енергия: в противен случай взаим. му със слънчевия вятър и с земната материя биха го накарали да се руши и в крайна сметка да изчезне. Следователно на Земята или близо до центъра и трябва да съществуват механизъм за генериране на електромагнитно поле и енергиен източник за захранването му.
Фигура 2: Схематично представяне на слънчевия вятър, безопасно отклоняван от Земята от геомагнитното поле. Забележете настъпващото като следствие изкривяване на формата на полето.
През 1911 г. Лармо предполага, че магнитното поле на Слънцето бива поддържано от механизъм, подобен на самозадвижващо се динамо. Еласе и Булар първи приспособяват концепцията за слънчевото динамо, за да обяснят, че геомагнитното поле бива генерирано в течното ядро на Земята от действие, подобно на това на динамото.
Механизмът на динамото в общи линии е магнитен усилвател. От 1939 година се вярва, че геомагнитното поле произлиза от конвективни движения течното, електропроводимо ядро на Земята. Идеята е, че конвективната течност взаимодейства със силите на Кориолис, образувани от въртенето на планетата и действат като динамо, което е магнитен усилвател. Идеята изглежда толкова логична и смислено обясняваща произхода на наблюдаваното магнитно поле, че до скоро никой не поставя под въпрос дали дългосрочна, стабилна конвекция може да протече в течното ядро на Земята.
Учените прекалено често подхвърлят термина конвекция без да спрат и да помислят какво означава и предполага. Нобеловият лауреат Субраманян Чандрасекар определя конвекцията по следния начин: „Най-простият пример за термално предизвикана конвекция се появява, когато хоризонтален слой течност бива нагрят отдолу и неблагоприятна температура бива поддържана. Прилагатеното „неблагоприятен“ за преобладаващата температура, тъй като, поради термалното разширяване, течността на дъното става по-лека от тази отгоре, и това е тежка в горната си част подредба, която е потенциално нестабилна. При тези обстоятелства течността ще опита да се преразпредели и да компенсира тази слабост в подредбата си. Така произтича темп. конвекция: Тя представлява усилията на флуида да си възвърне стабилността до известна степен.“
От проучвания на магнетизма на скали се знае, че геомагнитното поле съществува поне от 3.5 милиарда години. С изключение на обръщанията на полярността, геомагнитното поле е удивително стабилно за дълги периоди от време. Всъщност геомагнитното поле понякога е оставало без обръщания за 40 милиона години. И така, ако геомагнитното поле е произвеждано от механизъм динамо, то тогава дългосрочна, устойчива конвекция трябва непременно да преобладава във Функционалната течност на динамото. Но може ли стабилна конвекция да съществува дълго време в рамките на течното ядро на Земята. С това се занимава Дж. Марвин Херндън.
За да съществува стабилна конвекция за дълго време в течното ядро на Земята, е необходимо неблагоприятната температура да бъде поддържана дълго време, така че получената под течното ядро топлина да накара долната част на ядрото да стане по-лека, с по-голяма плаваемост, и затова да се издигне до горната част на ядрото, носейки топлина със себе си. За да бъде поддържана тази „неблагоприятната температура“ за дълго време се изисква температурата в горната част да бъде поддържана по-ниска от тази в долната. Това може да стане, само ако топлината, пренасяна в горната част чрез конвекция и топлопроводимост, бива ефективно премахната. И в това се състои проблемът.
Течното ядро на Земята е обвито в изолиращо покривало, скалист пласт, мантията, което е дебело 2900 км и има значително по-нисък топлинен капацитет и по-ниска топлопроводимост от течното ядро. Така топлината, пренасяна в горната част не може да бъде ефективно премахната чрез провеждане на топлина. Дебелият скален пласт също така има значително по-голяма вискозност от течното ядро, което означава, че топлината в горната част не може да бъде отведена в скалистия пласт и чрез конвекция. С други думи, в течното ядро неблагоприятна температура не може да бъде поддържан дълго и поради това конвекция не може да бъде поддържана за големи времеви периоди. Следствието от това е ясно: или геомагнитното поле е генерирано от процес, различен от този на механизма на динамото, или съществува и друг течен регион, в който може да протича продължителна конвекция. Изглежда второто твърдение е вярното.
През 1993 г. Херндън публикува първата от серия научни статии, разкриващи произхода, възможностите и доказателствата за реактор за атомно делене, наречен геореактор, в центъра на Земята като източник на геомагнитното поле. Тази статия, както отбелязва Рао с обширните си споменавания за нея, може да предложи решението на загадки около променливостта на геомагнитното поле и образуването на хелий в земните недра. Изчисленията, лежащи в основата на Херндъновата концепция за геореактора вече са потвърдени и множество цифрови симулации са проведени в националната лаборатория Оук Ридж…
През 1996 г. в статия, публикувана в Протоколи на Националната академия на науките на САЩ, Херндън описва геореактора като състоящ се от ураново подядро, обградено от подслой, съставен от продукти на атомно делене и радиоактивен разпад, които е възможно да са „каша или течност“, както е показано на фигура 3.
Фигура 3. Схематично представяне на под-структурата на геореактора във вътрешното ядро на Земята (A) и вътрешната структура на Земята като цяло (B).
През 2007 г. Херндън представя доказателства в подкрепа на идеята си, че подслоят е каша или течност, и че магнитното поле на Земята бива произвеждано от механизъм динамо, действащ в подслоя на геореактора. Забележително е, че в него няма пречка за дългосрочна, устойчива конвекция; топлината, генерирана от атомното делене в подядрото прави течността на дъното на подслоя по-лек, с по-голяма плаваемост и я кара да се издигне до върха на подслоя, където влиза в контакт с вътрешното ядро, относително добър проводник на топлина. То от своя страна се допира до друг такъв – течното ядро на Земята. Така няма пречка за дългосрочна, стабилна конвекция в подобвивката на геореактора.
Фигура 4. Схематично представяне на вътрешността на Земята и геореактора.
Очаква се конвективните движения в електропроводимото течна (или кашеста) подобвивка ще взаимодействат със силите на Кориолис, произвеждани от въртенето на планетата около оста си, и ще действат като динамо, магнитен усилвател (фигура 5). И, за разлика от течното ядро на Земята, подобвивката на геореактора съдържа големи количества богати на неутрони елементи, получени от деленето. Те претърпяват бета разпад и дават електрони за генерирането на малки магнитни полета за усилване. По този начин геореакторът действа и като енергиен източник, и като функционална течност за генерирането чрез действието на динамото на земното магнитно поле.
Фигура 5. Схематично представяне на геодинамично действие в под-обвивката на геореактора.
Концепцията за геомагнитно поле, произведено от ядрен геореактор във вида описан по-горе, се отнася за Земята. Същата концепция и принципи са приложими към генериране на планетарно магнитно поле като цяло.
Произход на магнитното поле на Земята:
Най-добре е да се гледа с високо качество, тъй като съдържа експериментална демонстрация, обясняваща защо дългосрочна конвекция и следователно действието на динамо е невъзможно в ядрото.
Сергей Попов – Руски астрофизик, доктор, работи като н.с. в Института по астрофизика. Москва, Русия.
Добър вечер. Днес ще поговорим на една странна тема – с какво тъмната материя е по-добра от НЛО (неидентифицирани летящи обекти). Но отначало нека опитам да задам въпроси на зрителите. Има ли в залата хора, които вярват, да речем, в това, че водата има памет? Има. А има ли хора, които използват хомеопатични средства? Има – при това повече. Интересно е, че са повече, защото това е приблизително едно и също. В шишенцето с хомеопатично средство почти със сигурност няма нито една молекула активно вещество. Съществуват такива хипотези, че водата има памет и че има хомеопатична медицина.
Борис Долгин (водещ): Това, че съществува хомеопатична медицина – като занимание и като бизнес – това не е хипотеза, това е факт.
Сергей Попов: Да. Но в основата му лежи хипотеза от 1796 г. Още един въпрос. Има ли в залата хора, които вярват, че ние живеем в единадесетмерен свят? Малцина. От тези три хипотези последната е най-достоверна от гледна точка на науката. Днес ще се опитаме да поговорим, използвайки примера на астрофизиката, кое е добра хипотеза, кое – лоша, и защо. Затова в заглавието на лекцията втората част имаше по-скоро за цел да привлече внимание. Известно е, че ако в заглавието присъства “НЛО”, в залата ще има повече хора. Но първата част е по-съществена. Ще ви обясня какъв е мотивът. Мотивът до голяма степен е свързан с факта, че като учени-астрофизици ние се сблъскваме с това, че при нас постоянно идват хора с идеи. По принцип това е чудесно. От друга страна, голяма част от хората, идващи с най-добри намерения, имат в основата на своя подход някакъв мит за това, как функционира науката. Ето за това ще се опитаме да поговорим. Аз ще говоря около час. Разбира се, може да се даде и кратък отговор на въпроса, защо тъмната материя е по-добра от НЛО. Отговорът е разбираем. Но аз все пак ще изразходвам един час. И така, щом произнесем думата “хипотеза” в контекста на естествените науки, веднага си спомняме Нютон и неговите думи “аз не измислям хипотези”.
Какво е имал предвид Нютон, казвайки това? Имал е предвид, че не се предполага нищо, в основата на което не лежат естествени, наблюдаеми явления. Това е нещо съществено. И колкото повече крачки има между хипотезата и явлението, толкова по-зле. Ако ние се основаваме пряко на явленията, това е много добре. Ако обаче ние изхождаме от някакви философски концепции, които се основават на други философски концепции, основани в най-добрия случай на здравия разум, то най-вероятно ще сгрешим.
За това говори целият опит в развитието на науката. Да започнем от древните времена и да разгледаме старите хипотези. Има много хубава хипотеза, която до известна степен противоречи на това, което виждаме около нас. Кълбовидността на Земята. По принцип концепцията за такава Земя, която има обратна страна, e психологически много некомфортна. Когато преди повече от 2500 години хората за пръв път са започнали да говорят за кълбовидността на Земята, това добра хипотеза ли е била или лоша? Какво бихме казали сега?
Важното е в какъв контекст е възникнала хипотезата. Можем да си представим следната ситуация. Събрали се компания философи. Единият казва, че Земята има формата на диск. Защото, като гледаме наоколо, виждаме диск. Друг говори за формата на куб. Трети казва, че има форма на куфар, а Москва е дръжката на куфара. Тогава дотичва последният закъснял, а всички хубави фигури вече са се свършили. И той говори за формата на сфера.
Ако хипотезата се формира по такъв начин, това е лоша хипотеза. Това е именно измислена хипотеза. Може би тази хипотеза е основана върху философски концепции. Сферата е идеално тяло и ние решаваме, че небесните тела са идеални тела, затова и трябва да са сферични. Все едно, това е лоша хипотеза, ако тя възниква именно по този начин. Защото какво означава, че сферата е идеална? На някои не им харесва сферата. Но в случая с кълбовидността на Земята идеята е била друга. Това е била много добра хипотеза. Имало е добри основания да й се вярва. Съществуват лунни затъмнения. И хората преди 2500 години качествено са разбирали, какво се случва. Има Слънце, Земя и Луна. И когато се случва затъмнението, Земята хвърля сянка върху Луната. Ако Земята имаше формата на куфар или стоеше върху слонове, вие щяхте да видите върху Луната сянката на тези слонове. Ако сте видели няколко затъмнения, ще се сетите, че от всички страни сянката е кръгла. Нали затъмненията протичат по различен начин. А сянката навсякъде е кръгла. И ще можете да направите извода, че Земята действително е сфера. Това е чудесна хипотеза, която е основана на преки наблюдения. Никакви слонове не се виждат, краят винаги е кръгъл. Това е дало възможност на хората отдавна да го разберат и да измерят тази сфера.
Както е известно, през трети век преди новата ера Ератосфен е провел своите забележителни измервания на размера на Земята. Естествено, той не е обиколил Земята. Но той е измерил част от дъга на земната повърхност. Той е забелязал, че има моменти, в които Слънцето се намира точно в зенита, а по-нататък можем да пътуваме на север, да измерим дъгата и да определим ъгъла, съответстващ на дъгата. И ще получим това ъгълче. По-нататък по лесна формула получаваме дължината на окръжността. Не само че хипотезата е била добра. Тя е била приложена върху наблюдения и всичко забележително е съвпаднало.
Това е почти идеалният пример. Когато на основата на наблюденията възниква сложна теория, тя се прилага върху наблюденията и се получава нова, фундаментална величина. Нали по онова време Земята е била целият свят. А да се определи размерът на света – това е съществено. Какво имаме в съвременната наука? Сега, както и преди хилядолетия, трябва да се разграничат два типа хипотези. Има работни хипотези, които се издигат достатъчно рядко, понякога тяхното издигане води до доста справедливи критики. Съществува научна кухня, там хората работят. Например отивате в корейски ресторант. Понякога е по-добре да не се знае, какво се прави в кухнята. Вкусно ли е – яжте. Приблизително същото се случва и в науката. Никакви забрани за вътрешно обсъждане, разбира се, не съществуват. С колега може да се обсъжда всичко, което ни хрумне.
Понякога се казва, че учените са се вторачили в теорията на относителността. Това не е така. Има някаква активност за създаване на алтернативни теории. Да се обсъжда може всичко. А за публично обсъждане трябва да се предлага нещо по-добро. И това са съвсем друг клас хипотези. Същественият извод е, че има част, за която хората отвън просто не знаят. Обсъжданите хипотези – това е отделен клас. И естествено в съвременната наука има някои забрани за преминаване от работни хипотези към публично обсъждане. Публично обсъждане не означава семинари, разбира се. Това са публикации. Нещо, което е достъпно на широк кръг хора.
В съвременната наука не можеш да публикуваш гола идея. Това е много важно. Ако човек идва със своята идея … например, човекът никога не се е занимавал с космология, а се е занимавал с нещо съвсем друго. И изведнъж у него възниква идея. Той даже се е запознал с литературата и е установил, че за тази идея никой не се е сещал. Това е важен момент, за който днес искам да говоря.
Ако вие не знаете за съществуването на дадена хипотеза, това не означава, че тя някога някъде не е хрумнала на някой професионалист. Това означава, че той не е могъл да стигне съществено по-далеч от тази идея. Може да се публикува модел, но не и идея. Не само че трябва да отговорите на очевидно възникващите въпроси. Трябва и да се защитите от най-елементарната критика. Още по-добре е да направите и предсказания за следващи наблюдения. И тогава вече моделът, сценарият, концепцията могат да станат предмет на публично обсъждане. Съществено е, че сега науката е голяма. Няма да се изненадам, ако по времето на Нютон е можело човек лично на него да напише писмо с някаква интересна идея.
Такива случаи е имало. Черните дупки от една страна са предсказани от Лаплас, от друга страна – от Митчел, който е бил геолог. Сега науката е голяма и това е почти невъзможно. Във всяка област, даже най-тясната, има като минимум десетки много компетентни хора, които се занимават само с това. И наистина, практиката показва, че почти всички идеи все на някой са му хрумвали. И ако те са неизвестни, то е само защото не са развити достатъчно. И така, хипотезите трябва да се обосновават и проверяват.
Добър пример за лоша хипотеза представлява астрологията. Първо, ние сега говорим не за мястото на астрологията в културата преди 4 века, а за нейното място сега. Второ, няма никакви разумни основания за хипотезите, които лежат в основата на цялата астрологическа концепция. Но това не е главното. Всички са чели “Чапаев и празнотата”. Там има забележителен момент, когато Чапаев в същността си на Чапаев чисти един кон, а Петка се опитва да го обърка и го пита, къде е този кон. И онзи отговаря: “Ти да не си се побъркал? Ето го!”. Ако има факт, който може да се посочи с пръст, не е важно какво лежи в основата. Проблемът на астрологията е не само в това, че тя няма добри теоретични основи. Освен всичко останало, предсказанията могат да се проверяват и статистически. И предсказанията на астрологията не издържат на такива проверки. Създателят на която и да било концепция е длъжен сам да я провери. Това, че астролозите не го правят, от гледна точка на съвременната наука представлява много сериозен аргумент срещу цялата астрология, защото това е просто ненормално. Днес методологията е съвършено друга.
Друг подход се прилага към това, което става в главата на един изследовател или група изследователи. Там забраните са много по-малко. Там могат да се обсъждат идеи, които с нищо не се съгласуват. Не е правилно да се мисли, че всички учени свято спазват методологията. Хората изпробват най-различни подходи. И няма да се изненадам, ако някой проверява дадена идея само защото е сънувал нещо. Разбира се, никой няма да напише такова нещо в научна статия. Но тласъкът за работа може да бъде най-разнообразен. Важното е след тази мотивация в главата ви да има вече истинска научна част. Ако има такава и тя е нормално разработена, хипотезата минава от клас “в главата” в друг клас.
В основата на методите за работа с хипотези има две компоненти. Първото еконсерватизмът, свързан с това, което се появява публично. Второто е антидогматизмът. Например намерен е нов тип източници. Могат да се разглеждат най-различни идеи. Човек може да не вярва в съществуването на извънземни цивилизации. Но виждайки много странен наблюдаем факт, той може да помисли за тази идея. Може би ще мисли за нея от гледна точка на това, как да я изключи. Това също е нормално. Но важното е, че няма принципна забрана в главата за разглеждане на такъв тип идеи.
От друга страна, има полузабрана, свързана с публичното представяне на тази идея. Тук подходът ще бъде достатъчно консервативен. Според мен, когато отваряш нова статия, нормалната реакция би била да се търсят недостатъците. Струва ми се, че нормалният учен трябва да подхожда към всяка публикация така сякаш са му я изпратили за рецензия. Тогава той трябва не да се опитва да разбере колко тя е чудесна, а да търси в нея дефекти. И тази комбинация от много консервативно отношение към другите разработки и към публичното представяне на своите, заедно с антидогматизма при самата работа, създава много здрава атмосфера.
Да вземем прост пример. От една страна, черните дупки като че ли не са открити. От друга страна, ние вярваме, че те съществуват, но без фанатизъм, защото това е един добър стандартен модел. Още една много важна компонента. Конкуренцията има изключителна стойност за науката. Тя е съществена в две свои разновидности. Това пак са консерватизъм и антидогматизъм. От една страна, всеки, който публикува някаква идея, трябва да е подготвен, че всички ще търсят в нея недостатъци. Това е сериозен момент на конкуренция.
Защо трябва да публикуваме в добри списания? Просто защото там е по-трудно да публикуваме. Съответно хората още преди да са прочели статията, но виждайки в какво списание е публикувана, стигат до извода, че самият автор избира добро списание. Ако човек сам си изпраща статията в лошо списание, най-вероятно той мисли, че материалът няма да бъде приет в добро, няма да мине през строгия подбор. Значи по-просто е статията изобщо да не се чете. По астрономия излизат десетки списания. Но има пет най-добри списания, които трябва да се четат. Там почти никога няма слаби статии.
От друга страна, човек не може дълго да обмисля една идея, той трябва да се опита да я развие. На всеки в главата му идват мисли. И ако ти е хрумнала някаква мисъл и ти пет години мислиш за нея, но не я довеждаш до публикация, през това време тя ще хрумне на някой друг. Така че в науката е почти невъзможно да се скрие резултат. Това противоречи на психологията на учения.
Теорията за заговор от типа на този, че учените отдавна са открили извънземни, летящи чинии и др. драматично противоречи на психологията на учения. Бихме могли да повярваме, че специалните служби са ги открили. Но тогава те не бива да казват на учените, защото последните веднага щяха да се изпуснат. Това даже е развит сюжет в литературата. Би бил много голям проблем: човек измисля нещо, което носи колосална заплаха за човечеството. Той би стоял пред изключително тежък избор. Ученият страшно ще преживява. Ако той знае за съществуването на силен резултат, не е възможно да го запази в тайна.
Търсенето на извънземни цивилизации е много добър пример. Цялата тази тематика беше страшно популярна сред учените през 60-70-те години на миналия век. Хората сериозно се занимаваха с това. Относно конспирацията имаше такъв знаменит момент, когато бяха открити радиопулсарите. Една от първите идеи беше, че това е изкуствен сигнал, тъй като беше много качествен. И за много кратко време учените действително не публикуваха нищо. Те пазеха това в тайна в продължение на няколко седмици, което само по себе си говори за нивото на търпение при учените. И тези търсения са много добър пример за еволюцията на хипотезата.
Ще повторя, че през 60-70-те години на миналия век това е била добра тематика. С нея сериозно са се занимавали доста голям брой физици, астрофизици, провеждали са се конференции, опитвали са да изпращат сигнали и т.н. И резултатът беше абсолютно нулев. Просто за него сега са забравили. Не намериха нищо. Опитваха се да се хванат и за най-малкото, нямаше никакъв консерватизъм. Откриха звезда с потресаващо аномален химически състав. Технеций в звезда. Технецият живее много кратко време. От къде се е взел? Имаше идея, че това е изкуствен технеций, но след това откриха нов процес, който сега е стандартен в звездната теория на термоядрения синтез и обяснява това, как да се получи технеций.
Йосиф Шкловски напълно сериозно е казал, че Фобос, спътникът на Марс, отвътре е кух и е създаден изкуствено. Когато се появиха нови данни от наблюдения, се наложи да се каже, че все пак Фобос е напълно нормален. Такива примери има много.
Цялата идея за извънземни цивилизации е преживяла възходи и падения, при това за много кратък срок – около 20 години. И сега статусът на тази област на изследвания коренно се е променил. Тя не се смята нито за много популярно, нито за много достойно занимание. Получи се забележително разслояване. Има два термина, които станаха маркери за различните области. Има SETI – “търсене на извънземен разум”.
Тази дейност по малко продължава и досега. Остават ентусиасти. Но се появиха и други ентусиасти. Появи се уфологията. Появи се някаква дейност, която е ненаучна, защото в основата е заложено не някакво здраво чувство, желание да се разбере нещо, а е заложено, че това нещо съществува и то трябва само да се намери. Нарушена е презумпцията за невинност. Ако следователят е убеден във виновността и просто търси доказателства, той, разбира се, винаги ще намери нещо. Но важното за нас е да се намери истината. И разликата между науката и лъженауката е именно в това, че едната се опитва да намери истината, а другата търси улики, които доказват предварително произнесената присъда. Това е много добър пример.
Практиката показва, че няма нужда от специална научна област, която да е свързана с търсене на такива неща. Има нормални астрофизични изследвания. Техническите възможности сега се развиват изключително динамично. Сега почти във всички диапазони, като се изключи радиодиапазонът, само за една нощ се сканира цялото небе. И ако там има нещо интересно, то непременно ще бъде открито, не в резултат на специално търсене, а просто като се прави обикновена астрофизика. Такова нещо само ще попадне в кадър. Важно е просто да не се забравя, че това може да се случи.
Сега се разработва най-големият в света комплекс от радиотелескопи. Това ще бъде система от телескопи. Ще бъде най-скъпият наземен проект от такъв род. И там като последна точка от неговите задачи е записано “търсене на извънземен разум”. Хората не го забравят. Те оценяват приблизително как това може да се разбере. Така, най-вероятно, успехът ще дойде в резултат на стандартни търсения. Ние видяхме, че концепцията за разпространението на извънземния разум е претърпяла еволюция. Това, разбира се, не е единственият пример.
Да се върнем към астрологията. Хората казват: “Как така! Нали Кеплер се е занимавал с астрология!” Да, занимавал се е. Просто това е било преди 400 години. И в това няма нищо учудващо. Това е като високия скок. Можем да видим как са скачали преди 60 години и да се опитаме да скачаме по същия начин. Това няма да доведе до добри резултати днес. Преди 400 години са се занимавали с астрология. Но хипотезите претърпяват еволюция. И това е свързано с нормалното развитие на науката. Затова има полезно твърдение, че идеите умират заедно със своите създатели.
Идеята, която някога е била забележителна от научна гледна точка, след това се оказва невярна. И след определено време вече не е необходимо човек да се занимава с нея. Всичко вече е станало ясно. Добър пример за това е хипотезата за стационарност на Вселената. Преди 100 години тя е изглеждала напълно естествено. При това развитието е било зигзагообразно. От една страна, преди 400 години Нютон не се е съмнявал особено във факта, че светът е бил създаден. Значи той има крайна възраст. След това науката постепенно е откривала нови факти, които се съгласуват лошо с Книгата на Битието. И по-логично е започвала да изглежда вечната, безкрайна и неизменна Вселена. Преди 100 години това е била доминираща представа. Била е определяща дотолкова, че когато Айнщайн се е опитал да приложи своите уравнения към цялата Вселена и получил, че тя е нестационарна, той добавил нов член към своите уравнения, който да компенсира възможното свиване и да направи всичко стационарно. Това било направено от философски съображения. Идеята за крайна Вселена към онзи момент е била страшно некомфортна. Айнщайн е казал, че здравият смисъл – това са предразсъдъците, които човек е усвоил до осемнадесет годишна възраст. И здравият смисъл просто е повлиял на уравнението в теорията. И когато през 1922 г. Александър Фридман….
Врочем, ако попитаме кой от руските учени е най-известен в астрофизиката – това ще бъде Александър Фридман, който формално даже не е астрофизик. Той е бил математик и метеоролог. Та той получил решение на уравнението на Айнщайн без всякакъв допълнителен член и казал, че Вселената трябва или да се разширява, или да се свива. Тогава това не е следвало от никакви наблюдения, но много скоро е било открито разширяването на Вселената. Затова хипотезата за стационарна Вселена вече няма право на съществуване. При това се намират хора, които продължават да се занимават с нея. Това основно са хора, които през 60-те години на миналия век са били на толкова години, на колкото сега съм аз. Очевидно идеята за стационарната Вселена скоро съвсем ще изчезне .
Втората идея, която някога е била очевидна за всички, е разпространеността на планети от типа на Земята. Точно така, както и за стационарността на Вселената. Ако в науката съществува единна картина, за която всички говорят, това не означава, че говорещите за това учени не споделят стандартната хипотеза и абсолютната истина. Аз мога да ви кажа, че черни дупки съществуват. Това засега е стандартна хипотеза. Но вътре в главата си аз разбирам, че могат да се появят факти, които да докажат, че природата избягва формирането на черни дупки. И създава нещо много по-удивително. Да се върнем на разпространението на планетите. Преди 50 години хората са познавали една единствена планетна система. Трудно е да се прави статистика върху един единствен екземпляр. Хората са разсъждавали, предполагайки, че нашата планетна система е стандартна. Това е нормален принцип, че ние сме достатъчно типични. Това е един от принципите, които лежат в основата на науката. Оказало се, че в този случай това не е така. Слънчевата система всъщност съвсем не е типична.
Ето една красива картинка. На хоризонталната ос е нанесен размерът на орбитата на системата в астрономически единици. На вертикалната – масата на планетата в единици масата на Юпитер. Вижда се, че, първо, ние откриваме планети примерно като Юпитер и разположени много близко до звездата или малко по-далеч, но все пак по-близко, отколкото се намира Юпитер. Оказва се, че планетните системи от нашия тип се срещат доста рядко.
Разбира се, в далечни планетни системи засега ние не можем технически да видим планета от типа на Земята на разстояние една астрономическа единица от звездата. Но Юпитер на тяхно място бихме могли да открием. И се вижда, че няма никакъв максимум. Оказва се, че всички теории, които дават планетни системи от типа на нашата, имат много ограничена област на приложение и не обясняват наблюдаваната стандартна система. Ето още един пример. Планетата, обикаляща около Фомалхаут. Това е масивна планета, намира се достатъчно далече. Ние виждаме как се върти. Ние изучаваме статистиката на различни планетни системи. И всички модели на еволюцията на формирането на планетни системи вече са значително напреднали. Старите хипотези, които са били адекватни дори само преди 20 години, се нуждаят от съществена модификация, защото вече не съответстват на фактите.
Въпреки всичко, някога тези отхвърлени хипотези са били стандартни хипотези. Това е много важен момент в живота на науката. И тук се получава объркване. Това, което сега е стандартна хипотеза, за неспециалисти може да изглежда като току що установена истина. Тук трябва да се прави разлика между тези две неща, защото иначе се създава погрешно впечатление, че учените непрекъснато лъжат. По-рано ние знаехме, че има протони и електрони. А после открихме неутроните. Оказа се, че всичко сме учили не както трябва. Или, изглеждаше, че електроните могат да бъдат представени като топчета, които се въртят около ядрото. След това се оказа, че всичко е много по-различно, така че дори не можем да си го представим, а можем само да пишем уравнения. Важно е добре да се разбере естественото развитие на научното знание.
Променя се животът, променя се и форматът на разказа. Сега форматът е по-скоро клипово-новинарски. Учените нещо са открили, а журналистът има 15 минути на разположение, за да го покаже. Това може да изглежда само като твърдение за истината. Ако започнете новината с думите “по всяка вероятност”, редакторът ще го задраска и ще каже: “Или са го открили, или – не!” Оказва се, че просто е невъзможно да се разкаже за повечето неща по такъв начин. Има един стар виц: може да се разказва достъпно, вярно, кратко – изберете произволни две от тези три неща. Не е възможно да използвате и трите едновременно. Често се случва за науката да се разказва достъпно и кратко, но невярно. Така че със стандартните хипотези много често се получава объркване.
Задачата на учения се състои не толкова в използването на стандартни хипотези. Той използва например 10 стандартни хипотези. Той работи с девет, а една се опитва да отхвърли или да измисли своя на нейно място. С това се занимават учените. Но за да отхвърли една, той трябва да приеме другите като определена даденост. Защото няма да може да промени всички наведнъж. Има много стандартни хипотези. Всички те в един момент могат да се окажат неправилни.
“Има тъмна материя”. Това е стандартно предположение. Аз съм готов да се басирам с всеки, че тя съществува. Но аз разбирам, че мога да загубя. Странната материя може би съществува. Не е необходимо да убеждавате редактора на списанието – това е хипотеза, която се обсъжда. И така по целия списък, включително броя на измеренията на пространството. Ние знаем, че има x, y, z. Край. Тримерно пространство. Въпреки това съвременните теории оперират с многомерни пространства. Това е стандартна хипотеза. Ако пешеходец върви от пункт А до пункт Б, пространството е тримерно. Но ако ви се изпарява черна дупка, тук може да бъде съществено, че има още 7-8 измерения, където тя също може да се изпари. По този начин триизмерността на света може да бъде невярна.
По-нататък. Космологията. Тук ние най-ярко се сблъскваме със стандартните модели, при които всички разбират, че те могат да бъдат неправилни. Публикуват се и се обсъждат алтернативи на стандартните модели. Но е важно да се разбере, че има две групи хора. Те като че ли се занимават с едно и също: например с черните дупки. Аз се занимавам с астрофизика на черните дупки. Аз нищо не знам за алтернативите, детайлите, за това, какво се случва вътре. Аз използвам това като стандартна хипотеза и по-нататък проверявам стандартната астрофизика. А има хора, които работят върху алтернативите на черните дупки. Това е съвсем друга дейност. Засега те не са създали нищо, което бих могъл да използвам в астрофизиката.
Приблизително такова е положението и в космологията. Има стандартен-CDM модел. CDM (cold dark matter) – това е студена тъмна материя. – това е добавеният от Айнщайн допълнителен член,-член който може да се интерпретира като тъмна енергия. В този модел влизат изотропия и еднородност на пространството. Това е хипотеза. Ние не можем да кажем изотропно и еднородно ли е пространството в голям мащаб. Ние имаме наблюдения, които показват, че всичко е еднородно и изотропно. Но точността винаги е крайна. И заради крайността на скоростта на светлината и крайността на живота на Вселената, ние не можем да го твърдим със сигурност. Всичко изглежда така, сякаш Вселената е еднородна и изотропна. Това е достатъчно, за да направи тези предположения стандартни. Но това не означава, че не са възможни промени на тази стандартна хипотеза.
“Тъмна материя”. Ние не знаем дали тя съществува наистина, не можем да я хванем, макар че смятаме, че съществува в огромни количества наоколо. Това е компонента на стандартния модел. Тъмната материя – това е добра стандартна хипотеза. Повече от 70% от Вселената е тъмна енергия, 23% – тъмна материя и няколко процента – обикновена материя, с която се сблъскваме ежедневно.
Какво днес е най-достоверното доказателство, че тъмна материя съществува? Това са сблъскващите се галактични купове, които наблюдаваме. Това е оптично изображение. Ето два галактични купа. Със синьо е показано разпределението на материята. То може да бъде доказано, защото ние можем да измерваме масата. По гравитационното въздействие може да се открие каквато и да е било материя и да се начертае карта. Това е карта на разпределението на тъмната материя. Тя доминира. Това е разпределение на интензитета на рентгеновото излъчване на газа. Това излъчване е свързано със силата на гравитацията.
Какво се наблюдава? Наблюдава се, че галактиките се намират там, където се намира тъмната материя. А газът се намира по средата между тях. Това са сблъскващи се галактични купове – те преминават един през друг. След това преминаване се оказа, че газът и основната маса са разделени. Единственото разумно обяснение на това е, че основната маса е съсредоточена не в газа и в звездите, а в някаква тъмна материя, която сама със себе си и с газа почти не взаимодейства. Разбира се, тази картина може да бъде обяснена и без теорията за тъмна материя. Но обяснението ще бъде твърде неестествено. А теорията за тъмната материя изглежда е най-естественият модел.
В лабораториите се търси тъмна материя. Има няколко експеримента. И точно тук се проявяват и конкуренцията, и консерватизмът. Има експеримент DAMA/LIBRA. Те заявяват, че отдавна виждат тъмна материя. Те виждат сигнал, който интерпретират по такъв начин. Освен тях никой не вижда нищо подобно. Всички експерименти са до някаква степен различни, те не са копия един на друг. Съществуват някакви ноу-хау, които хората не искат да споделят с другите. Това не е правилно.
Има и експерименти, които противоречат един на друг. Провеждат се независими проверки. На спътник лети чудесен италианско-руски уред “Памела”. Те виждат някакъв странен сигнал, който част от хората интерпретират като сигнал за анихилация на тъмна материя. Лети гама-обсерваторията “Ферми”. Американците имат традиция да наричат спътниците в чест на известни учени и да ги кръщават след успешното им изстрелване. За да няма: “Михаил Ломоносов изгоря в горните слоеве на атмосферата”. Когато частици тъмна материя анихилират помежду си, те се превръщат в други частици, в това число излъчват гама-кванти. Последните могат да бъдат уловени. Този “гама-спътник”, както се очаква, ще види сигнали от тъмна материя. Постоянно се появяват нови данни, които веднага се предоставят за масов достъп. Това, между другото, е нова и много хубава традиция в науката. Хората се проверяват един друг, намират грешките си, което е много важно. Буквално днес имаше статия за това.
От една страна, хората докладват резултат. От друга – веднага пишат, че той е предварителен. По-нататък. Има много примери за хипотези, които отначало са били страшно екзотични, после са преминавали в стандартни хипотези. Забележителен пример – неутриното. Неутриното е частица, която е била теоретично въведена от Паули по много добра причина: наблюдавал се е някакъв процес, в който изглеждало, че не се запазва енергията. Хора от най-висшите научни среди сериозно са обсъждали възможността законът за запазване на енергията да не е валиден в индивидуалните квантови процеси. Това е била публично обсъждана теория. Паули казал, че може би има частица, която много слабо взаимодейства с веществото и отнася част от енергията.
Оказало се, че е бил прав. Открили частицата, нарекли я “неутрино”. Слънцето например го излъчва. Ние можем сега да надникнем в самия център на Слънцето. Неутрино излъчват и атомните реактори. Отначало е било безумна хипотеза, после е станало стандартна хипотеза, а сега е просто работещ инструмент. Ние изучаваме Слънцето, вътрешността на Земята благодарение на неутриното. Това е нормалната еволюция в науката.
Общата теория на относителността също постоянно се проверява. И тези, които я проверяват, разбира се, искат да я опровергаят. 99% от учените, които се сблъскват с общата теория на относителността, я използват – необходима им е някаква теория на гравитацията, която е сигурна, проверена. Има малък процент хора, които се занимават непосредствено със самата теория на гравитацията. И за тях е безсмислено да се занимават с общата теория на относителността. Те се опитват да построят нещо ново.
Има много теории, които разширяват теорията на относителността, но от тях засега няма практическа нужда. Могат да бъдат използвани алтернативи, но в това няма голям смисъл. Черните дупки – това е естествено следствие на общата теория на относителността. И пак всичко се разделя на две. Астрофизиците използват черните дупки като някакъв стандартен модел, опитват се да го проверят, а има теоретици, които се опитват да строят алтернативи.
Има много хубава фраза относно източниците в съзвездието Лебед. Източниците на рентгенови лъчи се означават с буквата Х (хикс). Черната дупка в източника Лебед Х-1 – това е най-консервативната хипотеза. Ако се опитаме да пъхнем там нещо друго, ще бъдат необходими “най-безумните” модели.
Сега най-сигурната черна дупка се намира в центъра на нашата галактика. Ние виждаме, как звездите се въртят около черната дупка. Ние можем да измерим масата. Това е масата на около 4 милиона слънчеви маси. Ние я знаем с точност до 1 милион, но това е много висока точност. Това не може да бъде 10 и не може да бъде 1. И е много трудно да се измисли друго, освен черна дупка, за да се обясни как може да се пъхне в такъв малък обем толкова голямо нещо и то да не свети.
Миналата година се появи поредната много добра работа, която описва много просто нещо. Веществото тече върху централния обект. Има поток от газ. Ако там няма хоризонт, а има някаква стена, то веществото ще се удари в стената и ще отдели енергия. При това ще се отдели много енергия. Разбираемо е, че ако просто вземем нотбука и го хвърлим върху неутронна звезда, при падането от удара ще се отдели повече енергия, отколкото в Хирошима.
Гледайки как веществото пада върху централния обект в нашата галактика, ние виждаме, че се отделя много малко енергия. И може да се пресметне колко е трябвало да се отдели по пътя, а колко – при удар в каквато и да е било стена. И се получава, че там няма стена. Това не е съвсем пряко доказателство. Но се поставят много твърди ограничения на модела, които биха могли с помощта на разумната физика да обяснят такъв плътен и компактен обект, без да прибягват до концепцията за черна дупка.
Има други системи – двойни, където веществото тече върху компактния обект от съседната звезда. Ако тук има неутронна звезда, веществото се натрупва (водород) и следва термоядрен взрив. Сега да си представим, че имаме черна дупка. Взривове няма да има. И наистина ги няма. Може да се покаже, че в много алтернативи на черните дупки все пак има натрупване на вещество. И някакви светвания трябва да има. Търсиха ги. И се изясни, че моделите, които се смятаха за добра алтернатива на черните дупки, не минават. Има пряк тест, който ги убива. Така че ние не можем да докажем, че това е черна дупка. Но ако идва някой и казва, че това не е черна дупка, а “еди какво си нещо”, ние можем да покажем, че еди какво си нещо там не може да се намира. Защото може да се направи ясно предсказание, което не издържа на проверката на наблюдението.
Изводът е следният. Често хора, които се сблъскват с някакъв сложен модел, имат желанието да махнат с ръка и да кажат, че всичко е по-просто. Не. Може би вие сте измислили нещо, което ще проработи. Но това ще бъде по-сложно, отколкото стандартната хипотеза. Сега стандартната хипотеза – това винаги е най-простото. Можем да измислим модели без тъмна материя. Но такива модели, ако те могат да обяснят всички наблюдавани факти, ще бъдат по-странни и сложни, отколкото хипотезата за тъмната материя, или пък нещо няма да могат да обяснят.
Тук се сещам за един мит на островните народи. Защо папагалът има пъстри пера? Отначало той имал сиви пера. Но папагалът отишъл да се къпе, съблякъл се на брега и зачакал да дойде друга птица. Тя дошла, съблякла се, той грабнал ярките й пера и избягал. Това прекрасно обяснява, защо папагалът има ярки пера, но не обяснява, защо те са били ярки при другата птица. И алтернативите, които се опитват да заменят хипотезите, са сходни. Те могат да обяснят нещо, но не обясняват следващото ниво. Затова те не могат да бъдат приети за разумни хипотези. Но при все това има много интересни алтернативи. Аз ще ви посоча три.
Модифицирана динамика на Нютон – това е алтернатива на тъмната материя, модел, в който няма тъмна материя, но законът за гравитацията хитро се променя. По този начин могат да се обяснят много неща. Но когато се увеличава комплексът от данни, се оказва, че е необходимо да се въведат нови тъмни същности. Има алтернатива на черните дупки – гравазвезди. Всичко е много хубаво, но това е странен обект. Така може да изглежда на хартия. Но как се получава реално – не е ясно. А как да се направи черна дупка ние знаем. Има алтернатива на тъмната енергия. Трябва просто да се откажем от еднородността и изотропността.
Ако Вселената в голям мащаб е нееднородна, може би нашата наблюдавана област се разширява в по-голяма област, затова се разширява ускорено. Всичко това е прекрасно, но за тази цел ние трябва да се намираме точно в центъра. И да се въведе това като принцип, ще бъде далеч по-малко комфортно за повечето учени, отколкото да се въведе нов вид поле или ново свойство на вакуума, което осигурява това ускорено разширение. И така големи комплекси от данни или ключови факти убиват много алтернативи.
Има много хубава концепция за странната материя. Тя се появи в началото като лоша хипотеза. Ние се състоим основно от протони и неутрони. Те се състоят от кварки. Кварките са последното ниво на материята. Когато те бяха предложени в средата на 60-те години, двама съветски учени казаха, че в неутронните звезди плътността е толкова голяма, че е възможно протоните и неутроните да са сближени до такава степен, че кварките вече не са заключени вътре в протоните и неутроните, а се движат свободно, като образуват едно цяло. Тогава това беше просто хипотеза.
После бяха открити други типове кварки – странните кварки. И учените успяха да покажат, че такова вещество може да бъде стабилно. Но засега само на теория, експериментално не е изследвано. Това е странната материя. Странна, защото там има кварк, който се нарича странен. Кварките въобще имат такива странни имена. Ако тази хипотеза е вярна, това е най-устойчивото състояние на веществото. И при големи плътности веществото от само себе си премина в това състояние, защото то е енергетично изгодно. Неутронните звезди могат да се сблъскват една с друга.
Има двойни системи, състоящи се от две неутронни звезди. Те могат да се сблъскват, да се сливат, като отделят голямо количество енергия. И разпръскват капчици странно вещество – страпчици. А след това те могат, летейки из Вселената, да заразяват други неутронни звезди, като ги превръщат в странни. И при някои параметри всички неутронни звезди трябва да бъдат странни. Ако това е така, основната част от материята ще влезе в получения компактен обект, а част ще бъде разхвърляна в пространството. Засега това е такава хипотеза с оценка три плюс.
Има солидни теоретични основания да се смята, че това е точно така. От друга срана, всички опити да се намерят свидетелства за съществуването на странна материя засега за безуспешни. Но това е легитимна теория и ще стане интересно, ако кварковата материя съществува. И така, да се върнем към началния въпрос: с какво тъмната материя е по-добра от НЛО? Оказва се, че почти с всичко. Макар че засега не е намерен и грам тъмна материя. Тъмната материя – това е много консервативна хипотеза, обясняваща голям комплекс от наблюдавани данни много по-добре, от която и да е алтернатива на този модел.
Хипотезата пък, че има извънземни НЛО – това е много екстравагантно обяснение за набор от непотвърдени данни. Съществено е и това, че хипотезата за технологически НЛО противоречи на ред стандартни хипотези. Да си представим, че в момента не виждаме нито един автомобил. Но всеки химик ще ви каже, че може да се вземе един кубически сантиметър въздух от където и да е, да се анализира и това ще бъде достатъчно да се докаже, че отвън има автомобили. Даже ще бъде възможно да се оцени тяхното количество отвън. По същия начин, ако са верни стандартните хипотези за това как може да изглежда една цивилизация, ще влезем в противоречие с твърденията, че почти до всяко село се приземява летяща чиния.
И се оказва, че при всички странности тъмната материя е по-добра от НЛО, а единадесетмерното пространство е по-добро от хомеопатията просто защото едното е свързано с по-голямо количество връзки с действително наблюдаеми явления и теоретичните връзки са построени по-добре, отколкото в лошите модели.
Борис Долгин: Изложеното много добре показа науката като социален институт, където има напълно определени конвенции за това, как трябва да се осъществява комуникацията, как трябва да се строят хипотези, как трябва да протича обсъждането, как се работи с тях по-нататък, какъв жизнен цикъл имат от зараждането до появяването на други. И така, можете да задавате въпроси.
Въпрос от залата: как е устроена науката?
Сергей Попов: Като обсъждаме как е устроена науката, трябва да обсъждаме това, как е устроена сега. Преди 100 или даже 50 години тя е била устроена по друг начин. Това, което разказах, се отнася за съвременното състояние. Ако пък говорим за “публикации на хипотези” – има няколко списания. Можете да изпратите в едно, в друго. Няма едно единствено списание, което да притежава монополно право за истината. Те са няколко и се конкурират. В този процес на конкуренция се решават проблемите. Ако никое списание не приема статията, значи моделът не работи или не е достатъчно развит. Значи имаме гола идея, която не е развита до достатъчно ниво.
Борис Долгин: Друг е въпросът, че в науката има области, където авторитетните издания не са определени достатъчно ясно.
Сергей Попов: Съгласен съм. Но при болшинството естествени науки ситуацията е същата, както при астрофизиката.
Григорий Чудновский: Когато на главата на Нютон е паднала ябълката, това хипотеза ли е било или не? И второ, Силиконова долина до Москва – това хипотеза ли е?
Сергей Попов: За Нютон. Какво се е случило? Беше показано, че движението на земните обекти и движението на Луната се описват с един закон. Той е показал, че има закон, който описва тези два набора от наблюдения. Той е бил съвсем близо до наблюденията. Така че там хипотези не е имало. Що се отнася до силициева долина, то тук има такъв ехиден коментар: от силиций се правят транзистори, а от силикон – съвсем друго. И това, което у нас се нарича силиконова, изглежда като имитация. Аз бих казал, че такива неща не трябва да се правят изкуствено. Аз не съм специалист в тази област. Но по мое мнение съвременни високотехнологични фирми не могат да бъдат създадени като държавни корпорации по заповед от горе.
Борис Долгин: Хайде все пак да уточним понятието хипотеза. Медицината – това не е хипотеза, а отрасъл от народното стопанство. Точно така и Силиконовата долина в Подмосковието – това не е хипотеза. Това е някаква фантазия на тема планове. В лекцията прозвуча така, че наблюдеиието и самият факт са естествени, дадени са на човека независимо от неговата концепция. Но разбирането на факта не се ли базира на някаква предшестваща концепция?
Сергей Попов: В известен смисъл това е така. Аз, разбира се, се базирах на определени постулати при обсъждането. Но фактите все пак са си факти. Те усилено се проверяват. Понякога е трудно да се добереш до това, какъв е фактът. Когато наблюдаваме разширяването на Вселената, това, разбира се, е интерпретация. Ние виждаме набор от факти. Но аз бих казал, че няма големи основания да се съмняваме в достоверността на тези интерпретации.
Борис Долгин: Аз само казвам, че това, което ние от един момент нататък възприемаме като факт, не е нещо очевидно извън концепцията, в рамките на която то става факт.
Въпрос от залата: Кога ще бъде заменен “Хъбъл?” И какво ще видим на негово място?
Сергей Попов: Той ще бъде заменен с телескопа “Джеймс Уеб”. Това ще бъде телескоп с нова технология. Там ще има разгъващо се огледало. При изстрелването на космически телескопи има много просто ограничение – размерът на ракетата. Пет метрово огледало просто не може да се изстреля. Новият телескоп ще има разгъващо се огледало, което не може да се направи с много висока точност. “Хъбъл” е добър с това, че работи включително и в ултравиолетов диапазон. Да се направи такъв голям телескоп не може. Така че новият ще работи в по-дълговълнов диапазон. Това ще бъде голям крачка напред за наблюдаване на първите галактики. За някои други задачи ще е малко по-лошо от “Хъбъл”.
Въпрос от залата: Вашето разбиране за наука към всяка наука ли може да се приложи?
Сергей Попов: Ако говорим за естествените науки – да. Английският език разделя науките по-удачно: там са отделени science и arts, humanities. Науката това е теория, обясняваща нещо, основана на голям комплекс от данни. Така че науката е основана на голям комплекс, обяснение и разбиране на голям набор от експериментални данни.
Борис Долгин: С други думи, това е събиране на данни, интерпретация, интерпретация на интерпретациите, събиране на данни, опитващи се да опровергаят интерпретациите, транслиране на знания?
Сергей Попов: Не съм готов да отговоря на такъв въпрос с едно изречение.
Въпрос от залата: Нищо не казахте за наследството на Чижевски, за това, как влияят върху човека слънчевите процеси.
Сергей Попов: Аз не съм специалист по слънчево-земни взаимодействия. Има единадесет годишен цикъл на слънчевата активност. Без съмнение той влияе върху процесите на Земята. Това е наблюдаван факт. От друга страна, цялото влияние се свежда до това естествено влияние. Ако търсим някакви социални последствия, то в определени години е имало повече бунтове не защото Слънцето е било активно. Ако има някакво влияние, то не е пряко. Ако има причини, които се отразяват върху растежа на растенията, те не могат да влияят пряко върху бунтовете на гладните, върху социалните събития. Съществува цяла наука за тези връзки. Ако вземете статистика, която показва, че когато Слънцето е активно, изгарят повече лаптопи, то не означава, че Слънцето влияе върху лаптопите. То влияе върху земната магнитосфера, тя от своя страна влияе върху големите електропреносни мрежи, те се претоварват, напрежението скача и лаптопите изгарят. Има много хубаво нещо – календар на градинаря с фазите на луната, как и какво да се сади. Да, има лунни приливи, променя се нивото на подпочвените води. Това е нещо съществено. Ако вземете този календар, а имате портокал в саксия, това никак няма да се отрази на него. Там няма подпочвени води. Важен е размерът на обекта, върху който влияе земната сила. Разбира се, някой може да се удави по време на лунния прилив, но това не е пряка зависимост.
Борис Долгин: Въпросът е в това, от какви други променливи зависи този процес и какъв е мащабът на зависимостта.
Въпрос от залата: Сега времената са нови. Към затвореност ли се стреми нашата наука или към взаимодействие?
Сергей Попов: Новите технологии сега дават много за взаимодействие вътре в науката. Това е забележително. Това е и концепцията за отворените данни, които бързо стават общодостъпни, и това, че може да се работи чрез видеоконференции и т.н. Що се отнася до взаимодействието с широката общественост, то тук аз съм много некоректен политически. Аз смятам, че непрофесионалистите могат само да пречат на професионалиста. Хирургът съвсем не е задължително да изслуша 5 милиарда мнения за това, какво трябва да направи. Същото е и с космолога. Разбира се, не е толкова страшно, ако той сбърка – никой, сигурно, няма да умре. Но по принцип ситуацията е сходна. Вие можете на компютъра си да обработвате данни от гравитационни антени, от антени по търсене на извънземни цивилизации, да търсите решения на математически задачи. Има такъв изумителен факт: сумарната площ на всички антени на мобилните телефони в света е много по-голяма от сумарната площ на всички радиотелескопи. Всички мобилни телефони могат да работят като един гигантски разпределен телескоп. Но това не е нужно. Това би бил интересен проект. И някой 12-годишен би се заинтересувал и би открил нещо голямо. Но би открил тогава, когато стане професионалист. Затова усилията за отвореност в науката са добри в педагогически-възпитателен смисъл. Трябва да се обяснява защо е необходимо да се изхарчи 1 милиард долара за нов спътник. Може да се обясни каква ще е ползата от него или, по-скоро, каква ще е вредата, ако този спътник не бъде изстрелян.
Борис Долгин: Но ситуацията на отвореност намалява възможността за произволно финансиране на науката от страна на правителствата и налага даването на обяснения.
Сергей Попов: Това е добре. Там има и обратна страна, но това е добре. Обратната страна се състои ето в какво. В Русия системата за разпределяне на финансирането е много затворена. Вие може да сте блестящ учен, популяризатор, да имате програма по националната телевизия, а конкурент да ви е например брат на племенницата на министъра, който дава парите. Той във всички случаи ще има повече шансове да ги получи. Това го знаят всички. В света ситуацията е друга. Там може да пишете писма на конгресмена и това ще повлияе. Но има и обратна страна. За черни дупки е лесно да се разказва, това е интересно на всички. Затова е по-лесно да се направи пи-ар на спътник, който ще ги наблюдава. Но има изследвания, за които е трудно да се направи пи-ар. Когато се казва, че Големият адронен колайдер ще изучава първите мигове от живота на Вселената, това не е истина. Или не е съвсем истина. И това трябва да се казва. Защото не е ясно, защо трябва да се харчат толкова пари, за да се открие бозонът на Хигс. А ако се обясни, че там могат да се направят черни дупки – това изгежда много по-интересно. Това е добро, ако не се стига до абсурди.
Борис Долгин: Даже ако братът на племенницата на министъра получава финансиране, обществеността може да повлияе върху ситуацията. Големите връзки на господин Петрик не пречат да се разказва за него. Може би това някога ще спре и самото явление Петрик.
Сергей Попов: Когато виждате на небето ярки звезди, това като правило не са големи, а близки звезди.
Въпрос от залата: Глобалното затопляне – това добра хипотеза ли е?
Сергей Попов: Аз не съм специалист по климата. Няма съмнения, че става по-топло. Има съмнения – защо. Да се отдели техногенният принос е много трудно. Температурата се мери точно от не много отдавна. Не е ясно какъв е фонът. И не може да се каже еднозначно какво се случва. Представете си, че извънземни са хванали едно хлапе и измерват ръста му. И той расте. И как ще екстраполират този факт? Че след 100 години ще стане по-висок от къща? Ние имаме един климат. Той е на 5 млрд. години. Данните са събрани в не голям интервал от време. Няма съмнение, че техногенното въздействие довежда до някакво затопляне. Но да се каже какъв е делът му в това, което наблюдаваме, е невъзможно. Има твърдение, че без техногенното въздействие може да стане по-студено. От една страна, това говори, че техногенното въздействие е по-голямо, от друга – че ако го премахнете, ще трябва да пускате централи с въглища, за да не замръзнете. Задачата е сложна и с нея трябва да се работи внимателно и прецизно. И тук комуникацията с обществеността започва да пречи. За обществеността изводът е неразбираем. Защото няма еднозначен отговор. А това понижава доверието към учените от страна на обществеността и обратно. Това не е хубаво. Така че тук ситуацията е сложна. Тя излезе от рамките на чисто научното изследване, което е лошо. Далеч не всички научни проблеми трябва да се решават на страниците на средствата за масова комуникация. От това почти никога няма полза.
Борис Долгин: При нас участва Владимир Клименко, който разказа, защо затоплянето не е страшно, участваха хора и с други идеи.
Въпрос от залата: Възможно ли е ядрата на звездите да колапсират, без да се взривяват?
Сергей Попов: Ядрото на масивна звезда действително може да колапсира без взрив. Просто то ще достигне такова състояние, когато рязко ще падне вътрешното налягане. И няма да наблюдаваме никакви последствия от термоядрена реакция. Има такива модели, това е напълно нормален модел.
Въпрос от залата: Получени са резултати за движение на частици със скорост, надвишаваща скоростта на светлината. Това не противоречи ли на теорията на Айнщайн? Доколко тя сега може да бъде в основата на съвременната наука? И второ. Това, че скоростта на светлината не е константа, може ли да говори за това, че нашето пространство е нееднородно?
Сергей Попов: Кратко не мога да отговоря. Отговорът е следният. Когато хората говорят за измерване на скоростта на светлината, важно е да се разбира, че има фазова скорост, има групова и това, което се нарича скорост на светлината в бита – е само една от тях. Има неща, които могат да се движат със скорост, по-голяма от скоростта на светлината, ако няма пренос на информация. Сега по-скоро е модерно да се описват експерименти със светлината, която се движи бавно. Но това никак не противоречи на Айнщайн. Само във формата на новините от 500 думи изглежда, че светлината е забавена 300 пъти. В действителност това няма нищо общо с пределната скорост на предаване на информация. Второ. В стандартните модели скоростта на светлината във вакуум не е строго константна. В моделите на квантовата гравитация скоростта на разпространение на електромагнитните вълни зависи от енергията. Хората постоянно търсят това и веднъж на един-два месеца поставят нова граница в теориите, които предсказват, че гама-лъчите, да речем, не се разпространяват с такава скорост, като рентгеновите. Това е нещо напълно легитимно. Всички разбират, че теорията на относителността не е последната истина. Има модел, който добре минава тестовете. Има разширения на този модел, които предсказват други ефекти. Има модели с променлива скорост на светлината. Но тя е променлива в космически мащаби и то съвсем малко. Много по-често се появяват статии за търсене на измененията на константата на фината структура. Това постоянно се изследва. Но аз не мога да коментирам непосредствено споменатите от вас експерименти. Важно е да се разбере, че постулатът за постоянството на скоростта на светлината има ограничена област на приложение. Например по точност или по време. Ние можем да кажем, че преди 10 млрд. години скоростта на светлината е била такава, каквато е и сега, с точност до 1 милионна. Но за една милиардна не можем да кажем. Става дума за достатъчно малки изменения в достатъчно големи времеви мащаби. Такива са преките данни. Ако се изменя само скоростта на светлината, ще се изменят спектралните линии. Ние виждаме галактики, отдалечени на 10 млрд. светлинни години, виждаме техните спектрални линии, виждаме, че те стоят на едно и също място, и поставяме граница на изменението на константата на фината структура.
Забележка на редактора: в специалната литература под константа на фината структура се разбира безразмерния товар на електрона. Произходът на термина е свързан с факта, че този параметър определя фината структура на атомните спектри.
Световните научни и масови медии съобщават вероятно една от най-гръмките научни новини на 21 век – светлината е изпреварена. Може би всичко е прибързано и тепърва предстоят сериозни анализи, но има вероятност сензационната новина действително да има основание и сме на прага на научна революция от мащабите на случилите се през 18, 19 и 20 век. Възможно е Теорията на относителността да бъде опровергана или поне коригирана. Ако основният принцип на съвременната физика – че скоростта на светлината е най-високата възможна в света, бъде променен, то несъмнено това ще е една от няколкото най-големи революции в науката.
Група изследователи от ЦЕРН съобщават, че в резултат на работата на проекта OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) сноп неутрино, насочен от лабораторията на ЦЕРН в Женева към подземната лаборатория в Гран Сасо, Италия, на разстояние от 732 км. е достигнал целта с 60 наносекунди по-рано, отколкото ако се движеше със скоростта на светлината.
Д-р Антонио Ередитато от Университета в Берн заявява пред „Ройтерс”, че той и колегите му са сигурни в резултатите от изследването си. Става дума за крайния резултат от три години системни изследвания, проверявани много внимателно. Разбира се, Антонио Ередитато настоява за допълнителни проверки от страна на физиците по света.
„Това откритие е толкова потресаващо, че сега трябва всички да сме много благоразумни”, казва д-р Ередитато. И наистина, засега официалният сайт на ЦЕРН се въздържа да разпространява новината, но по всичко личи, че е много възможно тя да не бъде опровергана.
Разбира се, има и скептични гласове, като този на Дрю Байдън от Университета в Мериленд, но прави впечатление, че критиката не е аргументирана, а изразява само принципно съмнение.
Данните от откритието са статистически значими, т.е. изключва се вероятността те да са се появили случайно. Целият път на частиците между двете точки е трябвало да трае 2.4. милисекунди, но се установява, че 1/50000 част от частиците е достигнала крайната цел в Италия с 60 наносекунди, т.е. милиардни части от секундата по-рано. Прагът на статистическата грешка е +- 10 наносекунди.
Към момента предстои проверка в другите две възможни места в света, освен лабораторията в Гран Сасо – Fermilab и Т2К.
Др.Антонио Ередитато заявява, че след като е извършена дълга и внимателна проверка, данните са предложени на световната научна общественост.
Един нанометър е равен на една милионна част от милиметъра. Предметите, използвани в терапевтичната наномедицина, са по-малки от един микрометър, а често са по-малки и от 200 нанометра (200 милиардна част от метъра). Примери за това са наночастиците, нанокапсулите, липозомите и мицелите, които са създадени чрез нанотехнологиите.
Най-общо казано, наномедицината е процеса на диагностика, лечение и профилактика на заболявания и травматични наранявания, облекчаване на болката и запазване и подобряване на човешкото здраве, като се използват молекулярни инструменти. Наномедицината е медицинското приложение на нанотехнологиите и изкуствения интелект и на изследванията, свързани с тях. Тя обхваща областите на прием на лекарства под формата на наночастици и възможните бъдещи приложения на молекулярните нанотехнологии, например: медицинските приложения на наноматериалите, наноелектронните биосензори и др. Изчислено е, че до този момент съществуват около 130 нанотехнологични лекарства. Наномедицината се стреми да постигне ценен набор от инструменти и технологии за научни изследвания и клинично полезни устройства в недалечно бъдеще.
Размерът на наноматериалите е колкото на повечето биологични молекули и структури, затова наноматериалите могат да бъдат полезни за биомедицински изследвания и приложения, провеждани както ин виво, така – и ин витро. До този момент интеграцията на наноматериалите с биологията е довела до развитието на диагностични уреди, контрастни вещества, аналитични инструменти, нови видове терапия (например – на рака), нанокапсули (превозни средства за доставка на лекарства), невро-електронни интерфейси и други наноелектронни сензори. Смята се, че в областта на молекулярната наномедицина създаването на нанороботи, ремонтиращи клетките, ще революционизира медицината. (Да си спомним за лечебните „нанити“ от сериала „Star gate“!)
Наномедицината се изследва възможностите за детоксикация след предозиран прием на наркотици и антибиотици. Успешни опити в това отношение са правени с лабораторни плъхове.
Нанотехнологията може да помогне възпроизвеждането или поправянето на повредена тъкан. „Тъканно инженерство“ прави използването на изкуствено стимулира клетъчната пролиферация с помощта на подходящи аноматериал скелета и растежни фактори. Тъканното инженерство може да замести конвенционалните днешни процедури като трансплантацията на органи или изкуствените импланти.
Съвременните форми на тъканното инженерство може да доведат дори до удължаване на човешкия живот.
Наночипове – магнитни наночастици, обвързани с подходящ антитяло, се използват за етикетиране на специфични молекули, структури или микроорганизми.
Златни наночастици, маркирани с къси сегменти от ДНК, може да се използват за откриване на генетичната последователност в дадена проба. Многоцветно оптично кодиране за биологични тестове е постигнато чрез вграждането на различни по големина квантови точки в полимерни микрочастици.
Технологията Nanopore за анализ на нуклеинови киселини превръща струните на на нуклеотидите директно в електронни подписи.
Създаването на невро-електронен интерфейс е мечта. Става дума за изграждането на наночастици, които ще позволяват компютри да бъдат свързани с нервната система. Тази идея изисква изграждането на молекулярна структура, която ще позволи контролиране на нервните импулси от външен компютър.
Компютрите ще могат да тълкуват, регистрират, и да реагират на сигналите на тялото, когато то изпитва някакви чувства и усещания. Търсенето на такива
структури е огромно, защото много болести включват разпадане на нервната система.
Според защитниците на идеята за използване на нанороботи в областта на медицината, смятат, че ако това се случи, то напълно ще промени света на медицината.
Наномедицината ще се възползва от нанороботите, въведени в тялото, за да се ремонтира някой увреден орган на клетъчно и на молекулярно ниво или да се открие някаква инфекция. Медицински нанороботи (нанити) първо ще бъдат инжектирани в човешкото тяло и след това ще заработят в определен орган или в тъканна маса. Лекарят ще следи напредъка на действието им. Време е биороботите/нанороботите да слязат от чертожните дъски.
Идеята за поставяне на автономни самостоятелно задвижвани нанороботи вътре в нас може да изглежда малко странно, но всъщност човешкото тялоизобилства с подобни наночастици. Например, над 40 трилионаедноклетъчни микроби плуват в нашето дебело черво. Нашите тела поддържат население от над един трилион подвижни биологични наночастици, наречени фибробласти и белите кръвни клетки като неутрофили и лимфоцити. Тези благоприятни природни нанороботи постоянно пълзят вътре в нас, ремонтират повредени тъкани, атакуват микробите, които нападат тялото ни и събират чужди (външни за тялото) частици и ги транспортирт до различните органи за изхвърляне на излишните неща от организма.
Съществуват наноимунотоксини (произведени от два различни вида протеини: токсин и антитела), които се използват при лечението на рак, на левкемия и на синдрома на Ходжкин.
През XXI век наномедицината трябва да премахне почти всички общи заболявания на XX-ти век, както и почти всички видове болка и страдание. Само условия, които са свързани с трайна загуба на информация за личността и паметта в мозъка – като напреднал случай на болестта на Алцхаймер или масивна травма на главата – ще останат нелечими в наномедицинската ера. Процесите на стареене на органи и организми ще бъдат забавени. Това е светлото бъдеще, което предстои на медицината, но учените трябва да работят усърдно до достигането на успеха на тези пророчества.
Абстракт: В обзора е изложено какво представляват нанотехнологиите и как се прилагат в медицината, и по-конкретно в офталмологията. Засегнати са едни от основните цели на наномедицината, т.е. всеобхватно наблюдение, контрол,защита и подобряване на биологичните системи на молекулярно ниво, използвайки инженерни нанометоди и наноструктури, които да постигнат лечебен резултат. Описани са приложенията, които нанотехнологиите намират в офталмологията (включително начините на лечение на оксидативния стрес, проектиране на фрактални устройства, имплантирани в очите, доставяне на лекарстав с микропомпи и лечение на дегенеративни заболявания на ретината с генна терапия, протезиране и регенеративна наномедицина). Проследяват се революционните подходи на нанотехнологиите, насочени към настоящите терапевтични предизвикателства, като предоставяне на лекарства и премахване на следоперативни белези. Нанотехнологиите могат да дадат възможност за справяне с нерешими до момента проблеми (например лечение на пациенти с дегенеративни очни заболявания).
Нанотехнологията е наука и технология, чиито методи се прилагат на нано ниво. Мерните единици, с които борави тя са от 1 до 100 нанометра (1).
Нанонауката и нанотехнологиите са съсредоточени в изучаването и прилагането на най-малките частици. Тя може да се използва във всички други области на науката, като химия, биология, физика, материалознание и инженерство.
Средновековните стъклописи са пример за това как една форма на нанотехнологиите е била използвала в пре – модерната епоха .
Трудно е да си представим, колко малки са нанотехнологиите. Един нанометър се равнява на една милиардна част от метъра. Ето няколко примера:
Един инч съдържа 25400000 нанометра;
Един лист от вестник е с дебелина около 100 000 нанометра;
Нанонауката и нанотехнологиите включват наблюдение и контрол над отделните атоми и молекули. Всичко на Земята е съставено от атоми – храната, сградите и къщите, в които живеем и нашите собствени тела.
Нещо толкова малко като един атом е невъзможно да се види с невъоръжено око без помощта на микроскоп. Микроскопите, необходими за наблюдаване на наночастиците са създадени сравнително скоро – преди около 30 години.
Съвременните учени и инженери намират широко приложение за нано технологиите, като използват свойства, като например по-висока скорост, по-голямо тегло, засилен контрол на светлинния спектър.
Лечение, насочено към рака като ракета, рецептори, които „разговарят” с лекаря, когато кръвното налягане е прекалено високо, тумор, който променя цвета си за подпомагане на хирурзите – всичко това звучи като научна фантастика, която се превръща в реалност, благодарение на нанотехнологиите в медицината. Нанотехнологиите помагат в революционизирането на лечение на ракови заболявания , като предоставят по-бързи и по-достъпни здравни грижи (2).
Наномедицина
За медицински процедури като химиотерапията, лечението е като опит да се улучи малка цел с пожарникарски маркуч. Вероятността да се уцели целта е висока, но по време на процеса съществтува опасност и останалата част да бъде повредена. Сходен е случаят и с търсенето на раковите клетки. Химиотерапията е ефективна, но води до множество нежелани странични ефекти(3).
Наномедицината има за цел да превърне пожарникарския маркуч в точна стрела. Лекарства, имащи за цел да достигнат токсините в туморите, без да засягат други части на тялото, вече са приоритет на клиничните проучвания. Целта е и откриването на причината за болестта на Алцхаймер.
Тази нова технология не намира приложение само в лечението. С изследвания се проучва метод, при който с помощта на наночастиците се предоставят специфични изображения, помагащи по време на операции. В комбинация със специфична боя, частиците реагират на тумори, като по този начин се визуализира местонахождението на раковите тъкани. Тези иновации могат да направят операциите по-бързи и по-ефективни.
Нанопроводници
Чрез имплантиране на нанопроводници, които записват важни показатели, може да предупредят пациента или лекаря при наличие на тревожни колебания в кръвното налягане. Сигналите могат да бъдат особено полезни, когато пациентите пътуват в чужбина. В момента, най-удобният метод за измерване на кръвното налягане е с апарат, който се запасва около рамото, но с помощта на нанопроводниците, малък часовник може да записва данните и дори да изпраща сигнали в случай на спиране на сърдечната дейност (4).
Контролът на инфекциите е друга област на нанотехнологиите в здравеопазването, която може да има положително действие. Създадени са лабораторни екипировки, изработени от наноразмерни силиконови частици, които отблъскват микроскопичните материали. Силиконът създава напрежение върху повърхността на дрехите, като подпомага отхвърлянето на 99,9 процента от опасните бактерии, открити в кръвта и при повръщанене, които могат да бъдат опасни за лекарите и медицинските сестри. Иновативните материали, от които са изработени медицинските екипировки не само осигуряват безопасността на медицинските специалисти, но и предотвратяват разпространението на болести върху други пациенти.
Приложение на нанотехнологиите в офталмологията (5):
• Създаден е метод за повишаване на проникването на капките в очите чрез използване на наночастици от хидролизирано багрило;
• Навлизането на капките в очната сфера се ограничава предимно от роговицата, която функционира като бариера;
•Чрез използването на наночастици, съставени от хидролизирано багрило ( с частици от около 200 нанометра в диаметър ) се постига десет пъти по-ефективно очно проникване.
• Наночастиците се получават чрез метода на повторното преутаяване;
• Лазерна конфокална флуоресцентна микроскопия показва, че багрилата, получени от наночастици, покриват епителната бариера на роговицата, която има тесни връзки, като така се постига по-дълбоко проникване в роговицата;
• По-голямото проникване на багрилото в роговицата се дължи на размера на наночастиците и на трансформирането на багрилната полярност от липофилна към хидрофилна в хидролизните реакции ин виво;
• Използването на хидролизните реакции ин виво за промяна на физикохимичното свойство на наночастици, съставени от хидролизируеми съединения, е ефективен подход за повишаване на по-доброто проникване на капки в очите.
Един от научните стремежи е съсредоточен върху проектирането на фрактални устройства, които се поставят в очите. Изследователски екипи преследват една иновационна стратегия – отглеждането на наноцветя, които ще помогнат на хора, загубили зрението си, например тези, страдащи от дегенерация на макулата. Тези наноцветя не са рози или лалета. Това са наноцветя, поникнали от засети метални наноразмерни частици, които растат по естествен начин – агрегация с ограничена дифузия. Те ще бъдат фрактали и ще общуват ефективно с невроните (6).
Фракталите са частици с неправилни криви форми, които могат да се наблюдават с микроскоп. В математиката този термин е познат като полусходство. Дървета, облаците, реките, галактиките, белите дробове и невроните са фрактали.
Очните хирурзи ще имат възможността да имплантират тези фрактални устройства в очите на слепи пациенти, чрез интерфейсна верига, която ще събира светлината, хващана от ретината и ще я отвежда до невроните за получаване на зрителен образ.
Чрез този подход могат да се преодолеят проблеми, възникващи с настоящите усилия за имплантиране на фотодиоди зад очите. Настоящият чип е с ограничени възможности, тъй като не позволява достатъчно връзки с невроните.
В Кентърбъри, Нова Зеландия, се провеждат експерименти с различни метали за отглеждане на фрактални цветя на имплантируеми чипове.
Цифровите фотоапарати се приближават до капацитета за улавяне на 127 мегапиксела на човешкото око, но настоящият чип, базиран на импланти, поради своя интерфейс може да осигури около 50 пиксела резолюция.
Едно от предизвикателствата е определянето на това кои метали могат безопасно да навлязат в тялото, без да предизвикат проблеми с токсичността. Крайната цел е разработването на чип, който помага на слепите да прогледнат.
Необходимостта от намиране на лекарство за лечение на заболяване на ретината в момента е доминирана от лекарствена терапия, която да използва механизма на интравитреална инжекция. Това не само отнема време за клиничните процедури, но със сигурност е изключително изтощително за пациента. Инжекцията е предпоставка и за възникването на риск от усложнения като ендофталмит, вътреочно възпаление, регматогенно отлепване на ретината, разкъсване на ретината и ятрогенна травматична катаракта (7).
Бъдещите изследвания са съсредоточени върху механизма на откриване на лекарство за очите, както и върху състава и ефективността на лекарства за анти – съдови ендотелни растежни фактори. В устройството на иновационните системи за създаване на очни лекарства, особено за задната очна камера, ще бъдат включвани нанотехнологиите и микроелектромеханичните системи. Разработва се продукт, който е биоразграждащ се имплант, съдържащ дексаметазон и кортикостероид.
Съществува възможност за изработването на „интелигентни” устройства, които могат да се управляват дистанционно или дори при по – сложни ситуации – да се саморегулират. Преглед на лекарствения метаболизъм в задната очна камера се осигурява от иновационни микропомпи. Напредничавото развитие на микроелектрониката променя нивата на функционалност и контрол на евентуалните имплантирани миниатюрни помпени устройства.
В най-опростеното си ниво, миниатюрната помпа ще бъде със собствен източник на енергия, лекарствен резервоар и няма да има външен котнрол върху нивата на доставяното количество лекарство. Устройството ще бъде капацитетно ограничено от захранващия източник. Накрая устройството трябва да се експлантира от окото с предоставяне възможността от поставянето на друг подобен уред.
С повишено ниво на сложност, може се позволи външен контрол върху устройството, например светлинно – модулиран управляващ сигнал. Това ниво на контрол може да стартира или да спре устройство и да променя скоростта на доставяне на лекарство. В тази комуникационна функция, може да се включи и „разпитващо” устройство чрез активиране на режим „превъртане”. По този начин данните биха могли да бъдат прочетени от устройство, използващо оптично кодирани техники.
Кодираните данни може да включват, например, данни за еквивалентен обем на разпределеното лекарство, както и статуса на източника на захранване. Съвременната електроника със сигурност има взможността да предостави това ниво на функционалност. Ключов елемент на дизайна на подобна система ще бъде устойчивостта на софтуера.
В най-добрия случай, източниците на енергия трябва да могат да подават мощност по подразбиране, без необходимостта от допълване или подмяна на източника. Технологията, използвана за функционирането на батерията, изисква високи енергийни обемни фактори. Предаването на енергия в източника, чрез използването на микровълнова печка и електромагнитната индукция също е възможно. Такива системи вече са разработени за по-големи системи за имплантиране. Една от тях е с висока плътност на акумулаторната батерия, интегрирана в силициеви схеми за биомедицински приложения за имплантация. Редица технологии имат потенциал за монтирането на миниатюрни помпени системи за доставяне на лекарства. Основният елемент на такава помпена система са импулсите на променливия ток (положителни и отрицателни), които причиняват деформация на мембраната в различните сетива.
В началния етап, течността се изтегля в камерата на помпата при затворен изходящ отвор. В крайната фаза, течността преминава през изпускателния канал при затворен входен канал. Тези помпени системи имат оптимална честота за нивото на доставяне на лекарства. Ключов елемент в дизайна е да се сведе до минимум операциония стрес върху мембранния материал и да се предотврати повреда.
Модернизираните техники за разширена цифрова симулация се използват за оптимизиране на дизайна и конфигурациите на нанотехнологиите. С помощта на електрохимичен и йонно – проводим полимерен филм може да се постигне задвижване на микро – помпите, споменати по-горе. Те биха могли да предоставят достатъчно енергия и достатъчно количество лекарство в изпълнение на основната си функция.
Приложение на лекарсвени средства и генна терапия в наномедицината (8)
Наночастиците могат да се приемат от клетките чрез различни механизми – например с фагоцитоза, макропиноцитоза, ендоцитоза или клатрин – медиирана ендоцитоза, посредством които наночастиците могат да достигнат до различни вътреклетъчни структури.
Възможно е конструирането на наночастици, насочени към конкретен начин за вътреклетъчно приемане, в зависимост от това към кои молекули са насочени наночастиците, например, холестеролът може да бъде повлиян чрез кавеолин-медиирана ендоцитоза. Възможно е и насочването на наночастиците към специфични субклетъчни органели, например митохондрии или ядро.
При някои пациенти с пигментен ретинит се среща мутация на тирозин киназа, наблюдавана и при лабораторни плъхове. Чрез експеримент се установява, че пигментния епител на ретината на плъхове не фагоцитира фоторецепторни външни сегменти правилно, в резултат на дегенерацията на колбичките и конусите на фоторецепторите.
Оксидативното увреждане играе роля в патогенезата на много заболявания на ретината, включително възрастовата макулна дегенерация, диабетна ретинопатия, ретинопатия при недоносени и фототоксичност. Тъй като размерът на наночастиците на сериевия оксид (CeO2) намалява, те индикират образуването на повече свободни атоми кислород в кристалната структура, особено при диаметър 3-5 нм. Като резултат, наночастиците могат да открият реактивните кислородни частици.
Свободното насочване на наночастици подпомага намаляването на патологичната неоваскуларизация на ретината при мишките, което намалява мутацията на генните рецептори на липопротеин.
Тази регресия се проявява дори когато наночастиците са инжектирани интравитреално след установена мутация на ретиналния фенотип. С помощта на една инжекция се потиска неоваскуларизацията в продължение на седмици, тъй като наночастиците действат като регенеративен антиоксидант. Наночастиците забавят развитието на повишени нива на съдовия ендотелен растежен фактор чрез този метод. Това означава, че наночастиците могат да бъдат ефективни при лечение на оток на макулата при диабетиците и оток на ретината, предизвикан от хороидална неоваскуларизация.
Вирусните вектори могат да доставят по ефективен начин гени, но също могат да крият рискове, например имуногенност и мутагенеза. Невирусните вектори (например, полимери, липиди) са висока преносимост на гени и носят нисък риск от развитие на имуногенност и са сравнително по-лесни за производство.
Наночастиците могат ефективно да доставят гени до клетките и се считат за средство за доставяне на гени в диагностиката и лечението на очни заболявания. Комплексни катионни полимери и отрицателно зареден плазмид на ДНК, наречени полиплекси, имат по-ефективна трансфекция, в сравнение с аденовирусните вектори. Полиплексите имат нанометров размер, голям векторен капацитет и могат да виреят в нуклеазна среда. Те са с относително висока транефективност, както за клетките, които се делят, така и за тези които не се делят (3).
Литература:
1. Jason H. Sakamoto, Anne L. van de Ven, Biana Godin, Enabling individualized therapy through nanotechnology, Pharmacol Res. Author manuscript; available in PMC 2010 August 1.
Published in final edited form as: Pharmacol Res. 2010 August; 62(2): 57–89.
2. Tewodros Mamo, E 2.Ashley Moseman, Nagesh Kolishetti, Carolina Salvador Morales,Emerging nanotechnology approaches for HIV/AIDS treatment and prevention
Nanomedicine (Lond) Author manuscript; available in PMC 2010 December 1.
Published in final edited form as: Nanomedicine (Lond). 2010 February; 5(2): 269–285. doi: 10.2217/nnm.10.1
3. Muniza Zahid, Byeonghoon Kim, Rafaqat Hussain, DNA nanotechnology: a future perspective, Nanoscale Res Lett. 2013; 8(1): 119. Published online 2013 March 4. doi: 10.1186/1556-276X-8-119
6. Dong Hyun Jo, Tae Geol Lee, Jeong Hun Kim, Nanotechnology and Nanotoxicology in Retinopathy, Int J Mol Sci. 2011; 12(11): 8288–8301.
7. Miki Honda, Tomohiro Asai, Naoto Oku, Liposomes and nanotechnology in drug development: focus on ocular targets, Int J Nanomedicine. 2013; 8: 495–504.
8. David G Birch, Fong Qi Liang, Age-related macular degeneration: a target for nanotechnology derived medicines, Int J Nanomedicine. 2007 March; 2(1): 65–77.
Учените от CERN са провели първия етап от изследването си за скоростта на светлината чрез сблъсък на светлинни частици.
Физикът Оливър Бухмюлер заяви пред Ройтерс, че основен приоритет през 2011 г. и 2012 г. ще бъде намирането на доказателства за супер-симетрията, другите измерения, другите вселени, тъмната материя, черните дупки и не на последно място – производството на неуловимия бозон на Хигс.
Тези идеи са новите граници на научните изследвания, които са напуснали някогашните предели на научната фантастика. Тези изследвания ще допълнят познанията на астрономите, астрофизиците и космолозите и ще иследват възможността нашата Вселена да (не) е единствена.
Стивън Хокинг и математикът Брайън Грийн търсят доказателства за наличието на друга Вселена преди Големия взрив или за съществуването на паралелна Вселена.
ЦЕРН започна изследванията си в областта на т. нар. „нова физика“ в гигантския подземен адронен колайдер на 31 март миналата година. Той е бил спрян на 6 декември за обслужване на неговите сложни съоръжения.
В подземните почти кръгъл тунел се създават мини-експлозии като Големия взрив от преди 13 700 000 000 г., който е довел до образуването на познатата ни Вселена и всичко в нея.
Друг ускорител на частици, подобен на адронния колайдер, е ускорителя Tevatron в САЩ. Планирано е тамошните изследвания да приключат до края на 2011 г.
И двата колайдера изследват бозона на Хигс, който е частица, чието съществуване е постулирано като агент, който е бил създаден от Големия взрив и после е станала част от масата на звездите и планетите.
Учените смятат, че все повече трябва да се научава по темите, които някога са били мислени като научна фантастика или фентъзи.
Какво причинява земетресенията? Земетресенията се причиняват или от вулканичната дейност, при която магмата откъртва части от земната кора, или – от пропадане или разместване на пластове от земната кора.
Всяка година има хиляди земетресения по целия свят, но само няколко от тях успяват да причинят сериозни щети и човешки жертви. Много често, освен жертвите, има и ранени, и безследно изчезнали.
Днес най-често за измерване на едно земетресение се използва магнитудната скала на Рихтер. В края на XIX в. за тази цел служела основно 10-степенната скала на Роси-Форел. През 1902 г. е създадена скалата на Меркали – 12-степенна скала, която измервала интензитета на земетръса. Скалата на Меркали изчислява силата на труса по време на това явление въз основа на щетите и на разказите на оцелелите. Поради това тя е много субективна и несигурна. Още повече че силата на труса се променя от едно място на друго по време на земетресението. Ето защо скалата на Меркали може да даде различни показания за едно и също природно бедствие.
За разлика от скалата на Меркали тази на Рихтер измерва силата на земетресението в неговия епицентър. Така тя дава само една величина.
Скалата на Рихтер е скала за определяне и сравняване на силата на земетресенията. Скалата на Рихтер показва енергията на земетресението или т. нар. негов магнитуд. Тя представлява десетобална логаритмична скала, получена чрез изчисление на десетичния логаритъм на общата хоризонтална амплитуда на най-голямото изместване от нулата на сеизмографа. Намаляването на амплитудата, когато сеизмометърът е на разстояние от земетръсния епицентър, се отчита при пресмятане на магнитуда.
Скалата е изобретена през 1935 г. Идеята на Чарлз Рихтер е да се създаде местна магнитудна скала, която да отдели огромното количество по-малки земетресения от големите, наблюдавани в Калифорния по това време.
Скалата е с 9 нива. Рихтер избира с „0” да бъде означавано земетресение, което би показало максимум общо хоризонтално изместване на 1 микрометър на сеизмограма, записано при използване на сеизмометъра на Ууд-Андерсън, разположен на 100 километра от епицентъра на земетресението. Този избор е направен, за да предотврати отрицателни магнитуди.
Скалата на Рихтер измерва земетресенията по техния магнитуд – величина, показваща големината на излъчената енергия в земетръсното огнище. Магнитудът няма долна и горна граница, а най-слабият има отрицателни стойности. Магнитудът се определя чрез записи от сеизмографи. Най-силният измерен магнитуд е 8,9.
Магнитудът е безразмерна величина, не е „степен”. Казва се: „Земетресение с магнитуд 6,2 по скалата на Рихтер…” а не – „… магнитуд 6,2-ра степен по скалата на Рихтер…”!
Мащабът на земетресенията е различен. Те варират от почти незначителни до страшно силни. Измерва се енергията, която земетресенията освобождават.
Днес чувствителните сеизмографи постоянно регистрират земетресения с отрицателен магнитуд. Такива се случват по 8000 пъти на ден!
Земетресения с магнитуд от 4,5 до 4,9 са достатъчно силни, за да се регистрират от всички сеизмографи по света. Такива се случват около 6 200 пъти годишно.
Земетресение с магнитуд 6,0 притежава 32 пъти повече енергия, отколкото – такова с магнитуд 5,0. Това означава, че разликата от две нива, 5-7, например, представлява земетресение което е близо 1000 пъти по-силно.
Земетресението в българското с. Стражица през 1986 г. е било с магнитуд 5,7, а земетресението в румънското с. Вранча през 2004 г. е било с магнитуд 5,8. Тези земетресения се считат за средни по сила. Такива земетресения се случват по около 800 на година.
Земетръси с радиус около 100 км. и магнитуд от 6.0 до 6,9 се класифицират като силни и може да причинят сериозни щети, като земетресенията в Тайван през 2010 г. (м 6,0), в Тонга (м 6,1) през 2010 г., в Кристчърч в Нова Зеландия (м 6,3) или в Кобе, Япония през 1995 г. (м 6,9). Такива земетресения се случват по около 120 на година.
Земетръси с магнитуд от 7,0 до 7,9 се считат за големи. Такива са земетресенията в Хаити през 2010 г. (м 7,0), на островите Хаити (м 7,0) и Окинава (м 7,3) през 2010 г., в Измит, Турция – през 1999 г. (м 7,6) и в Съчуан, Китай през 2008 г. (м 7,9). При последното земетресение са починали 67 000 д., а тежко ранените са 352 300 д. Такива земетресения се случват по около 18-20 на година. При земетресението в Хаити загинаха над 200 000 д.
Много големи земетресения са тези с магнитуд от 8,0 до 8,9. Такива са земетресенията в Тяншан, Китай през 1976 г. (м. 8,2), когато загиват 242 420 д, а други 164 000 са тежко ранени, в Мексико през 1985 г.(м 8,5), в Чили през 2010 г. (м 8,8) и последното земетресение от 11.03.2011 г. в Япония (м 8,9). Такива земетресения се случват веднъж или най-много – два пъти годишно. Жертвите от земетресението в Чили са били 1000 д., а песимистичните прогнози на полицейски служители за жертвите на земетресението в Япония са цифрата да надхвърли 10 000 д.
Огромни по сила са земетресенията в края на скалата на Рихтер, с магнитуд от 9,0 до 10. Такива земетресения се случват веднъж на около 20 години. Пример за толкова силно земетресение е земетресението на о-в Суматра, Индонезия през 2004 г. (м 9,3). То предизвика и опустошително цунами. Друго още по-силно земетресение е това в Чили от 1960 г. (м 9,5). Жертвите са били 1655 д. Тези земетресения нанасят огромни щети в радиус от стотици километри. Възможни са дори мащабни промени в релефа в близост до епицентъра.
Други скали за измерване на земетресенията са:
– Скалата на Медведев-Шпонхоер-Карник, създадена през 1964 г. Тя се базира на разрушенията по сградите и затова зависи от издръжливостта им. Поради различната издръжливост на стари и нови сгради се получават големи отклонения. Затова през 1988 г. тя е заменена от Европейската макросеизмична скала (и двете имат 12 нива).
– Скалата на японската агенция по метеорология (с 10 нива). Тя е създадена през далечната 1884 г. и измерва силата на земетресенията в мерна единица, наречена шиндо. През 1898, 1908 и 1996 г. тя е била видоизменена и са били внесени допълнения.
Както всеки уважаващ себе си фен на научната фантастика знае, червеевите тунели на теория са хипотетични образувания в пространство-времето, които свързват две точки от пространството и времето. Нещо като междузвездни портали за пътуване в пространството и във времето.
В една своя новела Рей Бредбъри разказва как някакви ловци успяват да построят машина на времето, която преминава през тунел на времето. Така героите се озовават далеч в миналото – в ерата на динозаврите. Там нещата се провалят, когато един ловец убива пеперуда и така напълно променя хода на историята. За наказание водачът на групата го застрелва.
Филмът и сериалите Stargate също спекулираха с възможността за пътуване във Вселената и попадането в паралелни реалности.
Въпросът дали пътуването през червеен тунел в пространството и във времето е възможно е сред най-спорните въпроси във физиката. Все повече теоретични физици и астрофизици се захващат с него.
Някои смятат, че теорията за пътуване през времево-пространствени тунели в Космоса ще доведе до преразглеждане на законите на физиката.
Теорията на Алберт Айнщайн за относителността определя скоростта на светлината като универсално ограничение на максимално възможната скорост. Според същата теория разстоянието и времето не са абсолютни, а се повлияват от движението.
Винаги ще изглежда, че по време на движение стрелките на часовник се движат по-бавно, от което следва изводът, че и времето тече по-бавно, в сравнение със стрелките на часовник, стоящ в покой, защото времето е свързано със скоростта, с която тялото се премества в пространството. Това обстоятелство би трябвало, поне – на теория, да позволява пътуване във времето, ако разполагаме с достатъчно бърз космически кораб.
Ако един астронавт пътува в Космоса в продължение на шест месеца със значителна част от скоростта на светлината, а след това са му необходими още шест месеца, за да се върне на Земята, той би се приземил в бъдещето. Докато само 12 месеца или една година ще е изтекла по часовника на астронавта, на Земята може да се изнижат десетки хиляди години, в зависимост от това с каква скорост е пътувал астронавтът.
„Пътуването през времето е разрешено от законите на физиката.”, казва Брайън Грийн, професор по космология и астрофизика в Колумбийския университет и автор на книгите „Елегантната Вселена” (1999) и „Тъканта на Космоса – пространство, време и текстура на реалността” (2005).
Но законите на пространството и времето, постулирани от Айнщайн, могат да бъдат преразгледани през призмата на квантовата теория, описваща микроскопични случайности, които запълват Вселената.
Теорията на релативизма не дава възможност за пътуване в миналото. Все пак, Ричард Гот, астрофизик в Принстънския университет, се надява, че учените биха могли да открият нови закони на физиката, които ще променят правилата.
Пътуване назад – в миналото – би могло да бъде постигнато чрез използването на „мостовете на Айнщайн-Розен, наречени още червееви дупки (wormholes). Тези тунели са хипотетични образувания в пространство-времето, които свързват две точки от пространството и времето. Този термин идва от приликата с тунела, направен от червей, който прегризва ябълка.
Предполага се, че общата теория на относителността забранява съществуването на отрицателна плътност на енергията, но квантовата механика показва, че вакуумът не може винаги да бъде с нулева енергийна плътност.
Кип Торн, учен от Калифорнийския технологичен институт в Пасадена, доказа през 1988 г., че тези тунели могат да бъдат отворени от екзотична форма на материята, известна като енергията (на) Казимир. Тази енергия, която е била измерена в лаборатория, е нещо като квантов вакуум. С тегло по-малко от нула, енергията на Казимир би имала анти-гравитационно въздействие и би поддържала разстоянието между стените на времевия тунел.
Ако в тунел на времето се движи космически кораб със скоростта на светлината или поне – със скорост, близка до нея, стрелките на два часовника, всеки поставен на входа и на изхода на тунела, ще се движат с различна скорост. Това може да превърне тунела в портал между две различни времена, минало и бъдеще.
Трябва да отбележим, че тези червейни тунели не са нещо, което можем да поставим в дома си. Всеки вход на такъв тунел би тежал около 100 милиона слънчеви маси.
Но търсенето на материалите, необходими за изграждане и поддръжка на червеевите тунели, е дало тласък от неотдавнашно откритие – че Вселената е в процес на ускорено разширяване във всички посоки – което може да се илюстрира с равномерно раздуващ се безграничен балон.
Приема се, че скоростта на разширяване на Вселената е постоянна. Но също толкова е вероятно и, че може скоростта на разширяването й да се е забавяла или да се е ускорявала.
Възможен двигател на тази космическа експанзия е някаква енергия–фантом, съставляваща до около 70% от Вселената. (Може би става дума за 73-те процента тъмна енергия?)
Фантомната енергия може би бута пространството на Вселената и така тя се разширява. Възможно е тази енергия да се окаже с толкова мощна антигравитационна сила, че да успее в даден момент да взриви Вселената и да сложи окончателен край на всичко. Но преди това може би би могла да бъде употребена, за да отвори времеви и пространствени тунели.
В един твърде спекулативен сценарий хората ще могат да достигнат ниво на цивилизация, толкова абсурдно напреднало, че ще добиват от фантомната енергия вещество, с което ще изграждат и поддържат такива червееви тунели, през които, подобно на междузвездни портали (stargates), ще могат да пътешестват в пространството, във времето и в алтернативни реалности.
Един ден научната фантастика може да стане (алтернативна?) реалност.
Този сайт използва ‘бисквитки’ (cookies), за да ви предостави възможно най-добро потребителско изживяване. Можете да промените настройките си за бисквитки, или в противен случай приемаме, че сте съгласни с нашите условия за ползване.ПриемамПрочети повече
Правила на поверителност
Privacy Overview
This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these cookies, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may have an effect on your browsing experience.
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.
Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.
Фигура 4. Схематично представяне на вътрешността на Земята и геореактора.
