наука

Падение антиматерии «закрыло» антигравитацию

Хотя итоги нового эксперимента совпали с общими предсказаниями теории Эйнштейна, по ряду причин полученный результат не был очевиден заранее. Экспериментальные данные впервые позволили решить столь важный вопрос окончательно.

Часть установки ALPHA-g, использованной в новом эксперименте

Принцип слабой эквивалентности сил гравитации и инерции Общей теории относительности Эйнштейна указывает, что все объекты, вне зависимости от их массы или конкретного состава, должны падать в гравитационном поле в одном направлении. Другой вывод просто несовместим с видением гравитации в ОТО.

Однако на протяжении десятков лет целый ряд физиков пытались выдвигать иные предположения — основывая свои попытки на том, что ОТО обладает, на их взгляд, некоторыми слабостями. Первой стало предсказание состояния сингулярности (при котором физические законы не работают, а время не течет) в момент старта Большого взрыва. Вторым многие посчитали отсутствие квантовой теории гравитации — из-за моды на квантовый подход этим ученым казалось, что и гравитация должна быть описана с таких позиций, хотя сам Эйнштейн подобное мнение не разделял.

В этом смысле возможность установить, ведет ли себя антиматерия так, как предсказывает его теория или как предполагали многие сторонники создания квантовой теории гравитации, имела очень большое значение. Если антивещество «падает» вверх, то основные постулаты ОТО нуждаются в корректировке, либо, как это формулируют иные исследователи, «перед нами открывается дорога для Новой физики».

Было и множество гипотез «с практическим уклоном» — о том, что антивещество будет отталкиваться обычной гравитацией, на основе чего можно будет создать «антигравитационные машины». В XX веке в США была даже правительственная программа, исследующая такую возможность.

На практике прояснить вопрос оказалось исключительно сложно: антиматерию трудно создать и изолировать от обычной так, чтобы удерживающие ее при этом магнитные поля не «зашумляли» воздействие гравитации на античастицу.

В 2018 году специальная группа при ЦЕРН запустила ALPHA-g — специализированную магнитную ловушку для атомов антиводорода, созданную именно для проверки такой возможности. Атомы антивещества — антиатомы — сперва «подвешивали» в вакуумной камере, а потом так отключали действующие на них магнитные силы (они же силы, удерживающие атом в пустоте), чтобы можно было непосредственно увидеть, куда же падает антивещество.

Для этого установка использовала мощный источник античастиц:

По расчетам, в случае правоты принципа слабой эквивалентности ОТО 20 процентов всех пойманных в ловушку атомов антиводорода должно было покидать ее через верх, а 80 процентов — через низ. Именно так и произошло в не раз повторенных экспериментах.

Таким образом, международной группе исследователей удалось зафиксировать, что движение антивещества в цилиндре происходит точно как у обычных атомов — вниз, а не вверх. Это сразу закрывает гипотезы «антигравитации».

В то же время, отметили авторы новой работы в журнале Nature, остается неясным, насколько сильно антивещество притягивается гравитацией Земли. С точки зрения ОТО это должно происходить точно так же, как для обычного вещества. Но пока точности наблюдений ALPHA-g не хватает, чтобы подтвердить это экспериментально. Ученые надеются добиться такого результата в будущем.

От того, насколько верна ОТО, фактически зависит не только наше понимание поведения антивещества, но и вся картина Вселенной. Сейчас уже ясно, что прежняя идея о некоей сингулярности в момент Большого взрыва нерабочая. Однако, варианты решения этой проблемы сильно различаются между собой. Часть физиков пытаются решить ее с позиций квантовой механики, а часть, напротив, с позиций теории относительности Эйнштейна.

Статья спизжена отсюда

Ученые разработали препарат, имитирующий физические упражнения для снижения веса и сохранения мышц.

В связи с растущей распространенностью ожирения во всем мире — миллионы людей, некоторые из которых страдают от таких серьезных осложнений, как диабет и сердечно-сосудистые заболевания, — как никогда остро встает вопрос о поиске эффективных медицинских решений. Именно на этой основе был разработан экспериментальный препарат SLU-PP-332, имитирующий благотворное влияние физических упражнений на обмен веществ. Полученный в результате глубоких исследований, проведенных в Университете Флориды, он открывает новые перспективы в лечении ожирения и метаболических заболеваний. Первые испытания на мышах показали снижение веса и повышение выносливости, при этом аппетит и уровень физической активности не изменились, мышечная масса не уменьшилась и не сохранилась. Исследование опубликовано в журнале Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. Каков механизм действия этого чудо-средства? 

Улучшение чувствительности к инсулину и снижение содержания жира в организме особенно актуальны для лечения таких заболеваний, как ожирение и диабет 2-го типа, при которых часто нарушается регуляция углеводного и липидного обмена. Эти результаты дают надежду, особенно тем людям, чьи возможности заниматься спортом ограничены из-за имеющихся заболеваний или физических ограничений. Для таких людей препарат SLU-PP-332 может стать реальной альтернативой для улучшения метаболического здоровья, снижения массы тела и уменьшения риска развития заболеваний, связанных с ожирением, без ограничений и трудностей, связанных с регулярными физическими нагрузками. Более того, отмечает Беррис, этот препарат также обладает значительным потенциалом для сохранения мышечной массы, что является важнейшим фактором в таких процессах, как снижение веса и старение. Действительно, потеря мышечной массы является неизбежным следствием процессов старения и снижения веса. Он добавляет: "Это может позволить людям оставаться здоровыми с возрастом". В другой работе, которую лаборатория Берриса готовится опубликовать, исследователи обнаружили, что это соединение может также лечить сердечную недостаточность, укрепляя сердечную мышцу.

https://new-science.ru/uchenye-razrabotali-preparat-imitirujushhij-fizicheskie-uprazhneniya-dlya-snizheniya-vesa-i-sohraneniya-myshc/

Не имеющие мозга медузы оказались способны учиться на своих ошибках

Международная команда ученых пришла к выводу, что кубомедузы, у которых отсутствует мозг, способны к ассоциативному обучению. Это означает, что сложные нейронные процессы свойственны даже самым примитивным нервным системам.

Кубомедуза Tripedalia cystophora

Ассоциативное обучение — процесс, посредством которого организмы получают информацию об отношениях между событиями или объектами в их среде. Он выражается в изменении существующих моделей поведения или развитии новых моделей — тех, что отражают признание непредвиденных обстоятельств. Поэтому ассоциативное обучение связано со способностью учиться на собственных ошибках.

У медуз нет централизованной нервной системы управления телом, нет мозга как органа принятия решений в прямом их понимании. Такие животные обычно склонны лишь к простому обучению: они вырабатывают привычку к повторяющимся стимулам или усиливают реакцию на них. Но оказалось, что все не так просто: медузы показали себя куда более продвинутыми существами, чем считалось.

Исследователи из Кильского (Германия) и Копенгагенского (Дания) университетов обратили внимание на кубомедузу Tripedalia cystophora, обитающую в Карибском море. Эти мелкие существа питаются рачками, живущими в мангровых зарослях, из-за чего им приходится маневрировать между мириадом корней и не повреждать о сучья свои нежные тела.

Считается, что кубомедузы определяют расстояние до препятствий путем оценки контраста между корнями и окружающей средой при помощи 24 глаз и скоплений нейронов. При этом степень мутности воды в зарослях бывает разной.

Чтобы выяснить, как медузы подстраиваются под меняющуюся среду, ученые провели серию экспериментов. Для начала они поместили стрекающих в резервуар с водой, на стенках которого были нарисованы полосы — они имитировали корни мангровых деревьев. Контрастность этих полос менялась от одного теста к другому. Ученые выяснили, что при высокой контрастности медузы не подплывали к стенкам сосуда слишком близко, а при низкой, наоборот, натыкались на них. Но спустя несколько минут частота столкновений снизилась в два раза. Это означает, что T. сystophora попросту научились избегать препятствий.

До обучения и после обучения

Авторы исследования предположили, что стрекательные извлекают опыт из своих ошибок, запоминая случаи, когда они натыкались на стенку резервуара, а потом меняют свое поведение. Это означает, что кубомедузы способны к ассоциативному обучению.

Чтобы проверить полученные результаты, ученые даже били несчастных стрекательных током — показывали медузам полоски «корней» разного контраста и одновременно стимулировали их нейроны электрическими разрядами (этим имитировали столкновения с препятствием). Что в итоге? Нейроны медуз стали чувствительны даже к полосам с низкой контрастностью.

На основе этого ученые допустили, что любые нервные системы, даже самые простые, способны к ассоциативному обучению. Свои выводы они представили в журнале Current Biology.

Статья спизжена отсюда

О том как работает гравитационный маневр

Хороший тамада и конкурсы интересные

Из учебника по физике за 8й клас

Медики испытали препарат от потери костной массы в космосе

Новый препарат BP-NELL-PEG помог успешно обратить вспять потерю костной массы при остеопорозе. По словам ученых, в будущем его можно будет использовать во время космических полетов.

Находясь на низкой околоземной орбите, космонавты теряют примерно один процент костной массы в месяц, что может стать критически важным фактором, ставящим под вопрос долгожданные длительные полеты в космос, например на Луну и Марс. Ученые упорно пытаются преодолеть эту проблему, и недавно свой вклад сделали ортопеды, хирурги и биоинженеры из Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете (Лос-Анджелес, США), а также их коллеги из Школы стоматологии Германа Остроу при Университете Южной Калифорнии и Исследовательского центра Эймса NASA.

«Основные риски для здоровья в космических полетах — воздействие микрогравитации, высокие уровни радиации и системные изменения в биологических жидкостях. Все это провоцирует физиологические ухудшения, включая атрофию мышц, слабость костей, снижение иммунитета, изменение зрения и сердечно-сосудистые заболевания. В частности, микрогравитация вызывает потерю костной массы в 12 раз быстрее, чем на Земле. <…> Это повышает вероятность переломов во время длительного космического полета и в более позднем возрасте. В основе нынешней стратегии NASA по смягчению последствий — механическая нагрузка, вызванная физическими упражнениями, для стимулирования функций остеогенных клеток, образующих костную ткань, и ингибирования функций остеокластов, а также для поддержки формирования костей. Но такая стратегия, вероятно, несовершенна», — объяснили ученые.

В исследовании, опубликованном в журнале npj Microgravity, они рассказали об испытаниях препарата, который представляет собой аналог человеческого белка NELL-1 — одной из сигнальных молекул, управляющих процессом роста костной ткани. Как и физнагузки, NELL-1 усиливает функцию остеобластов, ингибирует остеокласты и активирует Wnt/β-катениновый сигнальный путь за счет его связывания с геном Cntnap4 и бета-1-интегрином.

Ученые проверили эффективность препарата BP-NELL-PEG в качестве терапии при потере костной массы у 30-недельных мышей, переживших космический полет. Первая группа грызунов в 2017 году отправилась на МКС вместе с миссией SpaceX CRS-11 и вскоре вернулась на Землю (одна подгруппа — спустя четыре с половиной недели после старта; вторая оставалась там девять недель), а другая находилась в идентичных условиях в Космическом центре Кеннеди.

Экспериментальный проект космического полета RR-5

Начиная с первой недели пребывания на орбите и потом каждые две недели грызуны получали либо плацебо, либо инъекции BP-NELL-PEG. Аналогичные манипуляции проделывали с испытуемыми животными в лаборатории. Сроки обработки точно совпадали в обеих группах. После этого всех мышей доставили в Калифорнийский университет: там исследователи их умертвили, заморозили и начали изучать скелеты.

«Мы обнаружили, что BP-NELL-PEG значительно усиливает процесс формирования костей (остеогенез, или костеобразование. — Прим. ред.) у мышей, слетавших в космос и остававшихся в лаборатории, без очевидных неблагоприятных последствий для здоровья. Наши результаты подтвердили, что BP-NELL-PEG — многообещающее терапевтическое средство, которое обратило вспять потерю костной массы в результате длительного воздействия микрогравитации и дегенерации скелетно-мышечной системы на Земле. Это особенно важно, когда тренировки с отягощениями невозможны из-за недееспособности (к примеру, после переломов и инсульта)», — рассказали авторы эксперимента.

Чтобы эффективно использовать препарат BP-NELL-PEG и доставлять его на борт Международной космической станции, ученым придется минимизировать количество инъекций. Для этого они уже усилили терапевтический потенциал NELL-1, продлив период полураспада молекулы с 5,5 до 15,5 часа без потери биоактивности. Теперь в планах исследователей — подтвердить свои выводы в испытаниях с людьми.

Статья спизжена отсюда

Определены реакции, способные зародить жизнь на других планетах

Перебрав все известные химические элементы и различные способы их смешения, команда ученых выделила почти три сотни химических реакций, способных зародить жизнь на экзопланетах. Причем условия в этих мирах совершенно не обязаны быть хоть сколько-то похожими на земные. Новая работа позволит значительно увеличить количество экзопланет, теоретически пригодных для неизвестной нам жизни, а значит, и расширит область ее поисков.

Жизнь на далекой экзопланете — если она там существует — может быть совсем не похожа на ту, к которой мы привыкли на Земле. К тому же, учитывая широкий набор известных нам химических элементов и огромное разнообразие планет во Вселенной и условий на них, будет большим упущением искать жизнь лишь на так называемых землеподобных планетах. Похожим образом думает группа ученых из США и Австралии, решившая определить, какие процессы могли бы привести к появлению жизни в других мирах, существующих в широком диапазоне геохимических и космохимических условий, некоторые из которых существенно отличаются от условий современной Земли.

«Происхождение жизни, по сути, представляет собой процесс возникновения „чего-то из ничего“. Но это „что-то“ не может появиться только один раз. Жизнь сводится к химии и условиям, которые могут генерировать самовоспроизводящуюся модель реакций», — пояснил Бетюль Качар (Betül Kaçar), астробиолог, профессор бактериологии из Университета Вашингтона в Мэдисоне (США) и соавтор исследования.

Тем самым для возникновения жизни в условиях любой планеты должна существовать постоянно воспроизводящаяся относительно простая химическая реакция, продукты которой сами ускоряют эту реакцию. В химии такие реакции называются автокаталитическими. По сути, размножение и рост (то есть деление клеток) живых организмов и есть сложная автокаталитическая реакция. Так, пара особей одного вида, размножаясь, создает новые особи, тоже способные к размножению и ускоряющие эту «реакцию».

Учитывая сходство динамического поведения живых и чисто химических автокаталитических систем, ученые пришли к выводу, что в появлении жизни решающую роль играли одна или несколько простых автокаталитических реакций. Авторы нового исследования решили собрать наиболее полный список таких реакций, найдя 270 вариантов, большинство из которых не включает органические соединения (то есть соединения углерода). Полный список реакций, методы анализа и подробные выводы ученые привели в статье, опубликованной в журнале Journal of the American Chemical Society.

В найденных автокаталитических реакциях участвуют все 18 групп элементов периодической таблицы, включая лантаноиды, актиноиды и даже такие радиоактивные элементы, как торий и уран. При этом условия (температура, давление, кислотность среды и так далее), в которых должны проходить эти реакции, значительно различаются.

Таким образом, анализ существенно увеличил количество вариантов условий на экзопланетах, в которых между простыми химическими соединениями могут самопроизвольно начаться самоподдерживающиеся химические реакции, способные дать начало простейшей жизни.

Остается лишь подобрать для конкретной планеты с конкретными условиями нужную реакцию и попытаться найти молекулы реагентов либо продуктов в ее атмосфере. С другой стороны, авторы исследования отметили, что для некоторых автокаталитических систем требуется эффективное пространственное или временное разделение реагентов и продуктов, позволяющее одновременно протекать основным и вспомогательным реакциям. Это отчасти объясняет, почему природные автокаталитические системы наблюдаются нечасто.

Статья спизжена отсюда

Северное сияние. 57°

Три дня назад от Солнца оторвался кусок плазмы. Да не просто оторвался, а как давай лететь в нашу сторону! И что вы таки думаете? Вчера вечером он как возьми да прилети!

Мировая наука не сидела сложа руки и в Гарвардском университете подвели традиционные (33-е по счёту) итоги научных изысканий, которые "сперва заставляют смеяться, а потом задуматься". Все победители-2023 получили традиционный приз - 10 триллионов долларов

ссылка на гифку

Машиностроение и инженерия. Ученые из Индии, Китая, Малайзии и США получили премию за «оживление» мертвых пауков для их использования в качестве механических инструментов захвата. Один из лауреатов — Те Фей Яп из Университета Райса в США — рассказал, что ученые нашли в лаборатории мертвого паука. «Мы поняли, что у пауков есть только мышцы-сгибатели для сжатия лапок внутрь и гидравлическое давление, чтобы разжать их наружу», — рассказал он. То есть лапки мертвого паука естественным образом находятся в «закрытом» состоянии, как сжатый кулак, но их можно раздвинуть, применив давление. Используя «некроботический» подход, ученые создали паукообразный захват, способный захватывать объекты неправильной формы.

Коммуникация. Шестеро ученых из разных стран получили Шнобелевскую премию за исследование психической деятельности людей, которые могут говорить задом наперед. В своей работе ученые сравнили двух человек, способных так говорить, с контрольной группой, для чего провели различные исследования, в том числе магнитно-резонансную томографию.

Медицина. Кристин Фам из Калифорнийского университета в Ирвине и его коллеги получили награду за использование трупов для сравнения числа волос в каждой из двух ноздрей человека. В работе ученых сказано, что многие люди с алопецией (патологическим выпадением волос) из-за отсутствия волос в носу чаще других сталкиваются с аллергиями и инфекцией верхних дыхательных путей.

Диетология. Японские ученые Хомей Мияшита из Университета Мэйдзи и Хироми Накамура из Токийского университета удостоились премии за эксперименты по изучению влияния того, как электрические палочки для еды и соломинки для питья могут менять вкус еды. Ученые выяснили, что с помощью электростимуляции языка можно усилить соленость пищи, и создали специальные палочки для этого.

Образование. Авторы исследования из семи стран во главе с Кэти Тэм из Гонконгского университета получили приз за методичное изучение скуки преподавателей и студентов. В своей работе ученые выяснили, что если студенты ждут, что лекция будет скучной, то, скорее всего, на лекции им будет скучно.

Психология. Американские специалисты Стэнли Милгрэм, Леонард Бикман и Лоренс Берковиц отмечены за эксперименты с целью выяснить, сколько прохожих, заметив незнакомца, смотрящего вверх, поступят точно так же. Авторы работы пришли к выводу, что, чем больше людей смотрит наверх, тем больше прохожих перенимают поведение толпы.

Химия и геология. Британский геолог Ян Заласевич получилШнобелевскую премию за работу, в которой объяснил, почему многие ученые любят облизыватькамни. По словам Заласевича, если итальянский геолог XVIII века ДжованниАрдуино использовал вкус, чтобы идентифицировать горные породы и минералы, тосовременные геологи часто используют язык, чтобы лучше видеть. «Мы делаем это,чтобы помочь зрению, а не вкусу, поскольку на влажной поверхности минеральныечастицы видны лучше, чем на сухой», — сказал Заласевич (его слова приводит TheGuardian).

Литература. Крис Мулен из Университета Гренобль-Альпы и егоколлеги удостоились награды за изучение ощущений, которые испытывают люди,повторяя одно слово много-много-много-много-много-много-много раз. Ученыесчитают, что ощущение, возникающее при многократном повторении одного и того жеслова, — это пример жамевю (jamais vu или «никогда не виденное»), состояния,противоположного дежавю.

Физика. Бьеито Фернандес Кастро из Саутгемптонского университета и его коллеги получили награду за определение степени влияния половой активности анчоусов на состав океанских вод. Ученые выяснили, что половая активность анчоусов, собирающихся ночью у побережья Галисии в Испании на нерест, может создавать небольшие водовороты, которые перемешивают разные слои воды.

Семья для галок оказалась важнее вкусной еды

Проведенный в Британии эксперимент показал, что как минимум некоторые птицы готовы изменить свои социальные связи ради выгоды. Но только если речь не идет о «родственных узах».

Галка (Corvus monedula)

Галки (латинское название — Corvus monedula) — птица семейства врановых, ближайшая родственница грача и вороны. Это самый мелкий представитель рода Corvus, глава которого — сам ворон.

Ученые из Бристольского и Эксетерского университетов провели серию опытов и пронаблюдали за социальным поведением диких галок на месте их гнездования в западной части Корнуолла (Великобритания). Работу в рамках более обширного проекта Cornish Jackdaw Project, посвященного этим птицам, опубликовал журнал Nature Communications.

У галок, участвующих в проекте, на лапках надеты кольца с вмонтированными RFID-метками. Похожие используют владельцы домашних кошек и собак для чипирования своих питомцев. В корнуоллском эксперименте ученые разделили птиц на две группы — A и B — и специальным образом запрограммировали автоматические кормушки, реагирующие на RFID-метки галок.

Общая схема эксперимента с галками

Кормушки выдавали вкусных для птиц мучных червей только в том случае, когда к ним одновременно прилетали две особи из одной подгруппы (AA или BB). Если вместе прилетали галки из групп A и B, кормушки оставалась закрытыми. Когда пернатые посещали кормушки поодиночке, то получали только обычное зерно, а не более желанных червей.

Исследователи хотели выяснить, способны ли галки менять социальные связи ради лучших в плане корма результатов. Эксперимент показал, что галки умеют действовать стратегически. Они быстро научились бросать «неправильных» друзей и посещать кормушки вместе с сородичами нужной подгруппы, чтобы получить лакомство.

Однако птицы делали исключение, когда дело касалось их прямых родственников — потомства, братьев и сестер — или партнеров по спариванию, которых галки выбирают один раз и на всю жизнь. Галки сохраняли родственные отношения, даже если не получали еды из кормушек.

«С помощью эксперимента мы показали, что дикие галки научились отдавать предпочтение социальным связям с членами нужной группы (особями, которые обеспечивали большую отдачу от социального взаимодействия в целях получения пищи). Однако изменения в системе их социальных взаимоотношений были ограничены сохранением ценных, ранее существовавших связей», — отметили исследователи.

Также ученые подчеркнули, что полученные результаты имеют важное значение для понимания эволюции интеллекта, поскольку показали, что способность отслеживать и запоминать информацию о социальных партнерах может приносить пользу.

Статья спизжена отсюда