Млечный Путь, 2012 № 01 (1)

Юрий Лебедев Новости науки в зеркалах Интернета

Наука – это огромная фабрика новостей. Каждая научная публикация содержит новость. И, даже если брать только публикации «первой пробы» – в рецензируемых международных журналах, – их количество в 2007 г. по данным Национального научного фонда США ( http://www.rodon.org/society-100201110247 ) составило 758142 оригинальных статьи. Сегодня оно наверняка приближается к миллиону в год (или, что то же самое, к публикации в минуту!). А если учесть и остальные источники информации (национальные, региональные, отраслевые, университетские журналы и разного рода сборники материалов научных конференций), то число это возрастет, по меньшей мере, на два порядка. Так что уже сегодня читателя почти буквально захлестывает новостной поток – не успеешь и глазом моргнуть, как перед тобой научная новость. Важная или нет? «Нам не дано предугадать, как слово наше отзовется…» Коротенькая (одна страница!) статья Б. П. Белоусова «Периодически действующая реакция и ее механизм» была опубликована в советском ведомственном «Сборнике рефератов по радиационной медицине за 1958 г.», а сейчас является одной из самых цитируемых в мире статей российских химиков. Кто мог прочесть эту работу в подлиннике? И как было угадать в ней «информационный бриллиант»?

А языковый барьер? Конечно, основной поток идет на английском, но наука стремительно растет не только в англоязычных странах. Так, согласно тому же исследованию Национального научного фонда США, за последние 15 лет рост публикаций «первой пробы» самым стремительным был в Иране (25,7 % в год!), который в результате занял 27 место в мировом рейтинге количества таких публикаций. Вслед за Ираном по темпам роста идет Китай (16,5 %), занимающий второе место после США в этом рейтинге. А после него Таиланд (41 место), Турция (19 место) и Южная Корея (10 место) – более 14 % в каждой стране. Понятно, что при таких темпах роста места в «табеле о рангах» мировой науки у этих стран быстро поднимаются. (Кстати, у идущего на 22 месте Израиля этот прирост только 1,2 %, а у находящейся на 14 месте России и вовсе падение на 2,4 % в год).

Вот почему не только рядовой читатель, но и профессиональный ученый может обозревать океан научных новостей только через «информационные фильтры». Специалисты предпочитают фильтры реферативных журналов, а просто интересующиеся – обзоры в научно-популярных журналах. Сегодня и то, и другое чаще всего приходит через Интернет. Но Интернет – среда своеобразная. И научно-познавательное поле Интернета, к сожалению, весьма небезопасно для пользователей сети. Хотя большинство интернет-источников содержат вполне здоровую пищу для размышлений, нередко оказывается, что вместо нее читателю предлагают информационные продукты «второй свежести», а то и просто информационные шлаки, токсины и яды – различные псевдонаучные, ошибочные и просто лживые материалы.

И мы решили, что в нашей рубрике мы будем давать материалы, взятые в Интернете, и отсылать читателя для углубленного рассмотрения к ресурсам, которые представляются нам «на три сигма достоверными» (вероятность ошибки не более 0,3 %) и по возможности предупреждать его о повышенной опасности получить некачественную информацию из тех или иных интернет-источников.

Что касается критериев отбора тематики научных новостей, то они просты – новости должны быть интересны нашим читателям. А насколько точно мы представляем себе ваши интересы, будет видно по вашим отзывам. Пишите их по адресу ruthenium1@yandex.ru Лебедеву Юрию Александровичу.

Хронологически начнем нашу рубрику с крупнейших «информационных бриллиантов» последнего времени – работ, удостоенных Нобелевских премий в естественнонаучных номинациях (физика, химия, физиология и медицина) за 2011 г., а в дальнейшем будем рассматривать научные новости за время между выпусками нашего журнала.

В номинации «Физика» лауреатами 2011 г. стали американцы Сол Перлмуттер, Адам Райсс и австралиец Брайан Шмидт «За открытие факта ускоренного расширения Вселенной».

Этот факт был установлен в 1998 г. результате изучения взрывов сверхновых определенного типа (т. н. тип Ia) в далеких галактиках и их скоплениях. Дело в том, что по современным представлениям эти взрывы имеют практически одинаковую энергию и, соответственно, вспышки имеют одинаковую светимость. Но наблюдаются они с разной светимостью – чем дальше взорвалась сверхновая, тем, естественно, слабее регистрируемая вспышка света. И измерение этого ослабления позволяет определить расстояние до вспышки – видимая светимость обратно пропорциональна квадрату расстояния до объекта.

Расстояние, на котором зафиксирован объект, зависит от его скорости по отношению к земному наблюдателю. А эта скорость на больших расстояниях определяется расширением Вселенной от момента Большого взрыва. И анализ данных по мощности вспышек около 60 сверхновых в далеких галактиках ( http://galspace.spb.ru/indvop.file/44.html ) позволил авторам открытия установить, что далекие галактики удаляются от нас и друг от друга с ускорением.

В качестве физической причины, вызывающей это ускорение, теоретики предлагают считать новый, неизвестный до сих пор вид энергии – «темную энергию». Расчеты по принятой сейчас Стандартной космологической модели (о ней см. http://www.modcos.com/articles.php?cat=16 ) показывают, что 74 % массы наблюдаемой Вселенной приходятся именно на таинственную темную энергию.

Но, как отметил известный астроном и популяризатор науки С. Попов, «курьезность заключается в том, что сегодня никто не считает данные по сверхновым, т. е. данные трех лауреатов, основными по темной энергии. Но они были первыми и независимо подтверждены. Вот почему это колоссально важно».

( http://ria.ru/infografika/20111003/448255547.html )

Независимые же подтверждения были получены из данных по реликтовому излучению, гравитационному линзированию и космическому нуклеосинтезу.

Все эти подтверждения опираются именно на представления Стандартной космологической модели (см. «Стандартная космологическая модель» в Википедии ).

Однако не следует думать, что вопрос об интерпретации экспериментальных данных, полученных лауреатами, закрыт. Более того, это и другие экспериментальные достижения современной астрофизики породили в среде профессиональных космологов ощущение того, что «не все в порядке в Датском королевстве». Свидетельством тому является опубликованное 22 мая 2004 г. в New Scientist «Открытое письмо научному сообществу». ( http://cosmologystatement.org ) Письмо к настоящему моменту подписали более 500 исследователей из многих стран мира. В письме, в частности, говорится: «Теория Большого взрыва сегодня основывается на растущем количестве гипотетических объектов, которые мы никогда не наблюдали: инфляция, темная материя, темная энергия – наиболее одиозные примеры. Без них было бы фатальное противоречие между наблюдениями, сделанными астрономами, и предсказаниями теории Большого взрыва. Ни в какой другой области физики не используется такой метод создания новых гипотетических объектов для наведения моста между теорией и наблюдением. По крайней мере, только это поднимает серьезный вопрос о законности основополагающей теории современной космологии».

Конфликт мнений относительно основополагающих положений современной космологии буквально расколол научное сообщество на два лагеря – монолитное большинство, определяющее тематику и бюджет, и разрозненное в своих научных устремлениях меньшинство с альтернативными идеями. Но, поскольку наука по сути абсолютно чужда классической демократии и ее принципиальные вопросы не решаются большинством голосов, не обращать внимания на высказываемые меньшинством идеи ни в коем случае нельзя.

Не предвосхищая результата столкновения мнений этих групп (довольно резкого по форме, что видно из текста цитируемого письма), можно констатировать, что Стандартная космологическая модель является сегодня наиболее полной по описательной способности экспериментальных фактов не только качественно, но и количественно. Но, в то же время, она породила множество альтернативных моделей, среди которых вполне могут быть те, которые придут ей на смену.

И есть «сермяжная правда» вот в такой оценке открытия Перлмуттера, Райсса и Шмидта, которая дана на форуме сайта «Астронет»: «Это скорее не открытие, а закрытие. Как было хорошо 30 лет назад, когда картина мира казалось ясной и понятной. А сейчас стало окончательно ясно, что о вселенной мы знаем не много…»

( http://www.astronet.ru/db/forums/1254066 )

В номинации «Химия» лауреатом Нобелевской премии в 2011 г. стал израильтянин Даниэль Шехтман – «За открытие квазикристаллов».

До этого времени считалось твердо установленным, что строение кристаллических веществ можно описать равномерной трансляцией (перемещением) по трем пространственным осям простейшего элемента – одной элементарной ячейки (куба, призмы, пирамиды). При такой трансляции все пространство кристалла заполняется атомами равномерно и строго периодически. Для такого механизма математически было доказано, что у возникающей при этом структуры могут быть оси симметрии второго, третьего, четвертого и шестого порядка. Это значит, что при одном полном повороте вокруг таких осей кристалл «совпадает сам с собой» два, три, четыре или шесть раз. Особо подчеркивалось, что осей симметрии других порядков нет и быть не может.

Открытие было сделано в 1982 г. (опубликовано в 1984 г.) при изучении сплава алюминия с марганцем. Д. Шехтман обнаружил, что у частиц из этого сплава есть ось симметрии… пятого порядка. Но это же математически запрещено для любых атомных структур, периодически заполняющих объем кристалла!

Какой же физический эффект смог нарушить математический запрет? Суть его, в формулировке авторитетного специалиста в области изучения квазикристаллов проф. Ю. Х. Векилова, такова: квазикристаллы – это вещества с апериодическим дальним атомным порядком ( http://ria.ru/infografika/20111003/448255547.html ). Это значит, что у квазикристаллов нет периода трансляции элементарной ячейки, как у обычных кристаллов, но есть дальний порядок расположения атомов!

Оказалось, что «плотно заполнить» пространство можно и иным, отличным от трансляционного методом. За 10 лет до публикации Шехтмана английский математик и физик Р. Пенроуз открыл геометрические структуры, которые позволяют заполнить плоскость непериодическим, но упорядоченным образом. Для этого нужно использовать две различные элементарные ячейки. У Пенроуза это были ромбы с разными углами при вершинах. И мозаики Пенроуза являются структурами двумерных квазикристаллов.

При пространственном заполнении нужно использовать тела-многогранники. Одними из самых интересных тел оказались икосаэдры. Икосаэдр – правильный выпуклый двадцатигранник, одно из Платоновых тел. Каждая из 20 граней представляет собой равносторонний треугольник. Число ребер равно 30, число вершин – 12.

Вернемся к понятию апериодичности, характеризующему строение квазикристаллов. «Непериодический» вовсе не значит случайный, хаотический. У квазикристаллов обнаружилась еще одна удивительная особенность – дальний порядок расположения частиц подчиняется следующему правилу:

аn = a1 – Dn-1,

где a1 – начальный период между частицами, n – порядковый номер периода, n = 1, 2, …, D = (1 + √5)/2 = 1,6180339… – число золотой пропорции. ( http://www.nkj.ru/archive/articles/2102 )

Удивительность этого правила состоит в том, что отношения расстояний между атомами являются иррациональными числами и подчиняются закону золотой пропорции. Иными словами, структурные элементы квазикристалла «гармонизируют пространство» столь тонко, что это вызывает представление о проявлении здесь антропного принципа. А это дает основание для предположения о том, что в данном случае проявляются какие-то глубинные свойства материи на квантовом уровне. Не исключено, что это связано с эвереттическими эффектами.

До последнего времени все квазикристаллы получались искусственным путем в лабораториях. Но, как иронично заметил принстонский физик Пол Стейнхардт, «было бы странно предполагать, что Господь Бог сотворил Вселенную 14 миллиардов лет назад и ждал все это время рождения Шехтмана, чтобы внести в мир квазикристаллы». И международная группа ученых под руководством Пола Стейнхардта развернула поиски квазикристаллов в природе. История этих поисков настолько захватывающа и невероятна, что может послужить сюжетом научно-детективного романа. Сегодня с ней можно познакомиться из первоисточника – рассказа самого Пола Стейнхардта и Валерия Крячко, первооткрывателя минерала хатырскита, в составе которого и были обнаружены первые природные квазикристаллы.

( http://digitaloctober.ru/event/knowledge_stream_pol_steynhardt )

Результатом этого исследования стало открытие минерала икосаэдрита во фрагментах метеорита, найденных группой Стейнхардта на реке Хатырке на Чукотке «по наводке» Крячко. Этот минерал – сплав алюминия, меди и железа – имеет квазикристаллическую структуру и, судя по возрасту содержавшего его метеорита, образовался где-то в глубинах космоса более 4 миллиардов лет назад…

Квазикристаллы за прошедшие 30 лет со дня своего открытия изучались подробно и с применением новейших методов исследований. В настоящее время известно уже несколько сот различных квазикристаллов. Квалифицированный обзор современного состояния науки о них можно прочесть в журнале «Успехи физических наук».

( http://ufn.ru/ufn10/ufn10_6/Russian/r106a.pdf )

Но можно с уверенностью сказать, что главные научные открытия этого состояния вещества еще впереди. И Нобелевская премия Д. Шехтмана – только первая ласточка из той области физики, которая родилась из этого открытия.

В номинации «Физиология и Медицина» лауреатами Нобелевской премии в 2011 г. стали люксембуржец Жюль Хоффман, канадец Ральф Стейнмен и американец Брюс Бойтлер – «За работы в области иммунологии и исследования врожденного иммунитета».

Что было известно об иммунитете до работ лауреатов? Прежде всего, то, что иммунитет бывает врожденный и приобретенный.

«Врожденный (неспецифический, конституционный) иммунитет обусловлен анатомическими, физиологическими, клеточными или молекулярными особенностями, закрепленными наследственно. Как правило, не имеет строгой специфичности к антигенам и не обладает памятью о первичном контакте с чужеродным агентом. Например:

* Все люди невосприимчивы к чуме собак.

* Некоторые люди невосприимчивы к туберкулезу.

* Показано, что некоторые люди невосприимчивы к ВИЧ.

Приобретенный иммунитет делится на активный и пассивный.

* Приобретенный активный иммунитет возникает после перенесенного заболевания или после введения вакцины.

* Приобретенный пассивный иммунитет развивается при введении в организм готовых антител в виде сыворотки или передаче их новорожденному с молозивом матери или внутриутробным способом».

В результате работ лауреатов выяснилось, что главную роль в работе иммунной системы играет именно врожденный иммунитет. Как разъяснил заместитель директора Института иммунологии ФБМА России д.м.н. Л. Алексеев, «врожденный иммунитет борется с инфекцией на ранних этапах болезни, когда приобретенный иммунитет еще не сформировался. Ученые, ставшие лауреатами, внесли большой вклад в изучение того, как работает иммунная система, как строит линию обороны от самых различных заболеваний, как атакует и убивает чужеродные клетки». ( http://www.rg.ru/2011/10/04/nobel.html)