Дүрмээр бол цөөхөн оюутнууд материйн шинж чанар, бүтцийн талаархи сургуулийн шинжлэх ухаанд дуртай байдаг. Үнэндээ - асуудлыг шийдэх уйтгартай шийдэл, нарийн төвөгтэй томъёо, тусгай тэмдэгтүүдийн үл ойлгогдох хослолууд гэх мэт. Ерөнхийдөө тунгалаг гуниг, уйтгар гуниг. Хэрэв та тэгж бодож байгаа бол энэ материал- мэдээж чамд.
Энэ нийтлэлд бид танд физикийн талаархи хамгийн сонирхолтой баримтуудыг хэлэх болно, энэ нь хайхрамжгүй хүн ч гэсэн байгалийн шинжлэх ухааныг өөрөөр харах болно. Физик бол маш хэрэгтэй, сонирхолтой шинжлэх ухаан бөгөөд үүнтэй холбоотой Орчлон ертөнцийн талаар олон сонирхолтой баримтууд байдаг нь эргэлзээгүй.
1. Өглөө, оройд нар яагаад улаан өнгөтэй байдаг вэ?Байгаль дахь физик үзэгдлээс авсан баримтын гайхалтай жишээ. Үнэн хэрэгтээ гэрэл нь улайсдаг тэнгэрийн бие- цагаан. Цагаан гэрэл нь спектрийн өөрчлөлтөөрөө солонгын бүх өнгийг олж авах хандлагатай байдаг.
Өглөө, оройд нарны туяа агаар мандлын олон давхаргаар дамжин өнгөрдөг. Агаарын молекулууд болон жижиг хуурай тоосны тоосонцор нарны гэрлийн нэвтрэлтийг хааж, зөвхөн улаан туяа нэвтрүүлэхийг зөвшөөрдөг.
2. Цаг хугацаа яагаад гэрлийн хурдаар зогсох хандлагатай байдаг вэ?Хэрэв та итгэж байгаа бол ерөнхий онолхарьцангуйн онолын дагуу вакуум орчинд цахилгаан соронзон долгионы тархалтын хурдны үнэмлэхүй утга нь тогтмол бөгөөд секундэд гурван зуун сая метртэй тэнцүү байна. Манай орчлонд гэрлийн хурдаас давж гарах зүйл байхгүй гэдгийг харгалзан үзвэл энэ нь үнэндээ өвөрмөц үзэгдэл боловч энэ нь онолын үзэл бодол хэвээр байна.
Эйнштейний зохиосон онолуудын нэгэнд таны хурд ихсэх тусам эргэн тойрон дахь биетүүдтэй харьцуулахад цаг хугацаа удааширч эхэлдэг гэсэн сонирхолтой хэсэг байдаг. Жишээлбэл, хэрэв та нэг цаг машин жолоодвол гэртээ зүгээр л орон дээрээ хэвтэж, хуудсуудыг үзэж байснаас арай бага наслах болно. телевизийн хөтөлбөрүүд. Наносекунд таны амьдралд мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлэх магадлал багатай ч батлагдсан баримт нь баримт хэвээр байна.
3. Цахилгааны утсан дээр сууж байсан шувуу яагаад цахилгаанд цохиулж үхдэггүй вэ?Цахилгааны шугам дээр сууж буй шувууны бие нь хангалттай цахилгаан дамжуулах чадваргүй тул цочирддоггүй. Шувуу утастай харьцдаг газруудад зэрэгцээ холболт гэж нэрлэгддэг, үүнээс хойш үүсдэг өндөр хүчдэлийн утас нь гүйдлийн хамгийн сайн дамжуулагч юм.
Гэхдээ утсан дээр зогсож буй өдтэй, гөлгөр сээр нуруутан амьтан газардуулсан зүйлтэй, жишээлбэл, өндөр хүчдэлийн цахилгааны шугамын төмөр хэсэгтэй шүргэлцэнгүүт тэр даруй шатдаг, учир нь энэ тохиолдолд эсэргүүцэл хэт их болно. , цахилгаан гүйдэл бүхэлдээ азгүй шувууны биеийг нэвт хатгадаг.
4. Орчлон ертөнцөд хэр их хар матери байдаг вэ?Бид материаллаг ертөнцөд амьдардаг бөгөөд бидний эргэн тойронд бидний харж чадах бүх зүйл бол матери юм. Бидэнд хүрч, зарах, худалдаж авах, материалыг өөрийн үзэмжээр захиран зарцуулах боломжтой. Гэсэн хэдий ч Орчлон ертөнцөд зөвхөн байдаггүй объектив бодит байдалматерийн хэлбэрээр, гэхдээ бас харанхуй матери (физикчид энэ талаар ихэвчлэн ярьдаг " хар морь") нь ялгарах хандлагагүй бодисын төрөл юм цахилгаан соронзон долгионмөн тэдэнтэй харилцах.
Тодорхой шалтгааны улмаас хэн ч харанхуй материйг харж, хүрч чадаагүй. Эрдэмтэд түүний оршин тогтнох шууд бус нотолгоог удаа дараа ажигласнаар энэ нь орчлонд байдаг гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Орчлон ертөнцийн найрлага дахь түүний эзлэх хувь 22% -ийг эзэлдэг бол бидний мэддэг бодис ердөө 5% -ийг эзэлдэг гэж ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг.
5. Орчлон ертөнцөд дэлхийтэй төстэй гаригууд байдаг уу?Тэд байгаа нь эргэлзээгүй! Орчлон ертөнцийн цар хүрээг харгалзан үзэхэд үүний магадлалыг эрдэмтэд нэлээд өндөр гэж үздэг.
Гэсэн хэдий ч саяхнаас НАСА-гийн эрдэмтэд нарнаас 50 гэрлийн жилийн зайд орших экзопланет гэж нэрлэгддэг ийм гарагуудыг идэвхтэй нээж эхэлжээ. Эксопланетууд нь бусад оддын тэнхлэгийг тойрон эргэдэг хуурай газрын гаригууд юм. Өнөөдрийг хүртэл дэлхийтэй төстэй 3500 гаруй гариг олдсон бөгөөд эрдэмтэд хүмүүсийн амьдрах өөр газруудыг улам бүр нээж байна.
6. Бүх объект ижил хурдтайгаар унадаг.Зарим хүнд хүнд биетүүд хөнгөн зүйлээс хамаагүй хурдан унадаг юм шиг санагдаж магадгүй - энэ бол бүрэн логик таамаглал юм. Хоккейн шайб шувууны өднөөс хамаагүй өндөр хурдтай унадаг нь лавтай. Үнэн хэрэгтээ энэ нь тийм боловч бүх нийтийн таталцлын буруугаас биш юм - бид үүнийг ажиглаж чадах гол шалтгаан нь гарагийг тойрсон хийн бүрхүүл нь хүчтэй эсэргүүцэл үзүүлдэг.
Бүх биетийн таталцлаас үл хамааран бүх биетийн таталцал ижил тэгш үйлчилдэг гэдгийг би анх ойлгосноос хойш 400 жил өнгөрчээ. Хэрэв та сансарт (агаар мандлын даралт байхгүй газар) хоккейн бөмбөг, шувууны өдтэй туршилтыг давтаж чадвал тэд ижил хурдтайгаар унах болно.
7. Дэлхий дээр хойд гэрэл хэрхэн харагддаг вэ?Хүмүүс оршин тогтнох хугацаандаа манай гаригийн байгалийн гайхамшгуудын нэг болох хойд гэрлийг ажиглаж байсан ч энэ нь юу болохыг, хаанаас ирснийг ойлгохгүй байв. Жишээлбэл, эртний хүмүүс өөрсдийн гэсэн санаатай байсан: нутгийн уугуул Эскимо ард түмэн үүнийг нас барсан хүмүүсийн сүнснээс ялгардаг ариун гэрэл гэж үздэг байсан ба эртний хүмүүс Европын орнуудЭдгээр нь дайнд амиа алдсан улс орныхоо хамгаалагчдыг үүрд хийх ёстой цэргийн ажиллагаа гэж тэд таамаглаж байв.
Анхны эрдэмтэд шийдэлд хүрсэн нууцлаг үзэгдэлбага зэрэг ойртсон - тэд мөсөн блокоос гэрлийн туяа туссаны үр дүнд гэрэлтдэг онолыг дэлхий даяар хэлэлцүүлэхээр дэвшүүлэв. Орчин үеийн судлаачид олон өнгийн гэрэл нь манай агаар мандлын бүрхүүлээс олон сая атом, тоосны тоосонцор мөргөлдсөнөөс үүсдэг гэж үздэг. Уг үзэгдэл гол төлөв туйлуудад өргөн тархаж байгаа нь эдгээр бүс нутагт дэлхийн соронзон орны хүч онцгой хүчтэй байдагтай холбон тайлбарлаж байна.
8. Түргэн элсийг гүн сорох.Өсөн нэмэгдэж буй эх үүсвэрийн агаар, чийгээр хэт ханасан гацсан хөлийг 0.1 м/с хурдтайгаар элсэнд татах хүч нь дундаж суудлын автомашиныг өргөхтэй тэнцүү байна. Гайхалтай баримт: түргэн элс нь хүний биеийг бүрэн шингээх чадваргүй Ньютоны бус шингэн юм.
Тиймээс элсэнд дарагдсан хүмүүс ядарч сульдах, шингэн алдалт, хэт ягаан туяа болон бусад шалтгааны улмаас нас бардаг. Бурхан хориглосон, та ийм нөхцөл байдалд орвол гэнэтийн хөдөлгөөн хийхийг хатуу хориглоно гэдгийг санах нь зүйтэй. Биеэ аль болох өндөрт бөхийлгөж, гараа өргөн дэлгэж, аврах багийн тусламжийг хүлээхийг хичээ.
9. Согтууруулах ундааны хүч ба температурыг хэмжих нэгжийг яагаад ижил градус гэж нэрлэдэг вэ? 17-18-р зууны үед илчлэгийн шинжлэх ухааны нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн зарчим үйлчилж байсан - жингүй бодис гэж нэрлэгддэг физик биед байрладаг бөгөөд дулааны үзэгдлийн шалтгаан болдог.
Энэ зарчмын дагуу илүү халсан бие махбодь нь бага халсантай харьцуулахад хэд дахин их төвлөрсөн илчлэг агуулдаг тул согтууруулах ундааны хүчийг бодис ба илчлэгийн хольцын температураар тодорхойлдог.
10. Яагаад борооны дусал шумуулыг устгадаггүй вэ?Физикчид бороотой цаг агаарт шумуул хэрхэн нисч чаддаг, борооны дусал яагаад цус сорогчдыг устгадаггүйг олж тогтоож чаджээ. Шавжны хэмжээ нь борооны дусалтай адил боловч нэг дусал 50 дахин жинтэй байдаг. илүү шумуул. Уналтын нөлөөг машин, тэр ч байтугай автобус хүний биед мөргөхтэй адилтгаж болно.
Гэсэн хэдий ч бороо нь шавьжид саад болохгүй. Асуулт гарч ирнэ - яагаад? Борооны дуслын нислэгийн хурд секундэд 9 метр орчим байдаг. Шавьж дуслын бүрхүүлд ороход түүнд асар их дарамт үзүүлдэг. Жишээлбэл, хэрэв хүн ийм дарамтанд өртсөн бол түүний бие үүнийг тэсвэрлэх чадваргүй байсан ч шумуул нь араг ясны өвөрмөц бүтцээс шалтгаалан ийм стрессийг аюулгүйгээр тэсвэрлэх чадвартай байдаг. Мөн өгөгдсөн чиглэлд үргэлжлүүлэн нисэхийн тулд шумуул зүгээр л борооны дусалаас үсээ сэгсрэх хэрэгтэй.
Эрдэмтэд энэ дуслын хэмжээ нь газар дээр байгаа шумуулыг устгахад хангалттай гэж үздэг. Борооны дусал шумуул руу унасны дараа үр дагавар гарахгүй байгаа нь дусалтай холбоотой хөдөлгөөн нь шавьж руу энерги дамжуулахыг багасгах боломжийг олгодогтой холбоотой юм.
Энэ шинжлэх ухаанд хязгааргүй тооны баримт байсаар байна. Хэрэв өнөөгийн алдартай эрдэмтэд физикийг сонирхдоггүй байсан бол бид эргэн тойронд болж буй бүх сонирхолтой зүйлсийг мэдэхгүй байх байсан. Алдарт физикчдийн ололт нь хүн төрөлхтний амьдралд хууль-хориг, хууль-мэдэгдэл, үнэмлэхүй хуулиудыг үндэслэлтэй болгохын ач холбогдлыг ойлгох боломжийг бидэнд олгосон.
Сонирхолтой баримтуудФизикийн тухай, байгалийн сургуулийн шинжлэх ухаан нь танд хамгийн энгийн, анх харахад, ер бусын талаас нь сурах боломжийг олгоно.
Борооны дусал шумуулаас илүү жинтэй байдаг. Гэхдээ шавьжны биеийн гадаргуу дээр байрладаг үс нь дуслаас шумуул руу импульс дамжуулдаггүй. Тиймээс шавьж нь аадар бороонд ч амьд үлддэг. Үүнд өөр нэг хүчин зүйл нөлөөлж байна. Шумуултай ус мөргөлдөх нь сул гадаргуу дээр үүсдэг. Тиймээс, цохилт нь шавьжны төвд унавал хэсэг хугацаанд дуслаар унаж, дараа нь өөрийгөө хурдан чөлөөлдөг. Хэрэв бороо төвөөс хол орвол шумуулын зам бага зэрэг хазайдаг.
Атомын тухай сонирхолтой баримтууд
Атомыг хуваах нь зөвхөн химийн процесс биш, зарим тохиолдолд хүний хобби ч байж болно. Шведээс нэгэн жишээ бий - нэгэн хүн (хийх зүйлгүй бололтой) жижиг гал тогооны өрөөндөө "цөмийн реактор" хэлбэрээр мини лаборатори байгуулж, тэндээ ийм энгийн туршилтуудыг хийж, хөрөнгө оруулалт хийжээ. Энэхүү сонирхолтой экспедицид ердөө 1000 доллар хүрэхгүй.
Температурын талаархи сонирхолтой хүчин зүйлүүд.
Хүн амьд организмд -4 тэрбум Цельсийн гайхалтай өндөр температурыг бий болгож чадсан гэдгийг та мэдэх үү? Энэ нь таныг жолоодож чадахуйц нарны цөмийн температураас 250 дахин их юм!
Гэрлийн тухай сонирхолтой баримтууд.
Гэрэл нь тэг масстай боловч асар их кинетик энергитэй бөгөөд гэрэлтүүлж буй аливаа объектод дарамт учруулдаг. Энэ гайхалтай чадварДизайнерууд хиймэл дагуулыг сансарт шилжүүлэхийн тулд гэрлийг ашиглахыг оролдож байна.
Аадар борооны тухай сонирхолтой баримт .
Аадар борооны үед яагаад сэлж болохгүйг хүн бүр мэддэггүй.Ус бол маш сайн цахилгаан дамжуулагч тул түүнд ууссан янз бүрийн эрдэс давсны ачаар аянгад цохиулах магадлал нэлээд өндөр байдаг. Хэрэв усыг нэрсэн бол эсрэгээрээ диэлектрик болж хувирна.
Лифтийн ажиллагааны тухай сонирхолтой баримт.
Амьдралдаа дор хаяж нэг удаа лифтэнд сууж байсан хүн бүр. Мөн түүнийг өндрөөс унаж эхэлбэл яах вэ гэж олон хүн бодсон. Ихэнх нь ийм нөхцөлд амьд үлдэх боломж байхгүй гэж дүгнэх болно. Эсвэл цохилтын үед та үсрэх хэрэгтэй. Уг нь энэ хугацааг тооцох боломжгүй. Гэхдээ хэрэв та нөлөөллийн хүч нь биеийн аль болох том гадаргуу дээр бууж байгаа эсэхийг шалгавал бүх зүйл бүтэх болно. Өөрөөр хэлбэл, та зүгээр л шалан дээр хэвтэх хэрэгтэй. Харагдсанаар, физикийн тухай сонирхолтой баримтууд хүний амийг аварч чадна.
Утсан дээр сууж байсан шувуу яагаад цахилгаанд цохиулж үхдэггүй вэ?
Өндөр хүчдэлийн шугам дээр сууж буй шувуу гүйдэлд өртдөггүй, учир нь түүний бие нь гүйдэл дамжуулах чадвар муутай байдаг. Шувууны сарвуу нь утсанд хүрэх үед зэрэгцээ холболт үүсдэг бөгөөд утас нь цахилгааныг илүү сайн дамжуулдаг тул шувуу өөрөө дамжин маш бага гүйдэл урсдаг бөгөөд энэ нь хор хөнөөл учруулахгүй. Гэсэн хэдий ч утсан дээрх шувуу газардуулсан өөр зүйлд, жишээлбэл, тулгуурын металл хэсэгт хүрмэгц тэр даруй үхдэг, учир нь агаарын эсэргүүцэл нь биеийн эсэргүүцэлтэй харьцуулахад хэт их бөгөөд бүх гүйдэл урсдаг. шувуугаар дамжуулан.
Ямар энгийн бөөмсийг нугасны дуугаар нэрлэсэн бэ?
Адрон бүр ч жижиг хэсгүүдээс бүтдэг гэж таамаглаж байсан Мюррей Гелл-Манн эдгээр бөөмсийг нугасны гаргадаг дуу чимээ гэж нэрлэхээр шийджээ. Жеймс Жойсын "Финнеганчууд сэрэх" роман нь түүнд энэ дууг тохирох үг, тухайлбал: "ГуравкваркуудтөлөөЗаавалМарк! Иймээс бөөмс нь кварк гэсэн нэрийг авсан боловч урьд өмнө нь байгаагүй энэ үг Жойсын хувьд ямар утгатай байсан нь тодорхойгүй байна.
Хэт авианы тухай сонирхолтой баримт.
Хэт авиа нь 16 герцээс бага чичиргээтэй дуу чимээ гэдгийг мэддэг. Тиймээс нэг удаа Дундад зууны тухай жүжигт зориулж 40 орчим метр урт гаансыг үйл явдал болох ёстой театрт авчирсан. Хоолой нь урт байх тусам дуу чимээ багасдаг гэдгийг мэддэг. Шинэ яндангийн дууны давтамж 8 Гц байх ёстой гэж тооцоолсон бөгөөд онолын хувьд хүн сонсохгүй байх ёстой ч зарагдаж дуусчээ. Бүрээ тоглоход альфа хэмнэлтэй тохирч 5 Гц давтамжтайгаар дуу гарсан. хүний тархи. Энэ чимээ тэнд байсан бүх хүмүүст айдас төрүүлсэн тул танхимд сандарч байв.Үүний үр дүнд олон нийт хэн нэгэн зугтсан.
Бага зэрэг физик.
1) Хэрэв аль хэдийн шатсан бол юу ч дахин шатахгүй.
2) Бөмбөлөг нь дугуй хэлбэртэй, учир нь доторх агаар нь түүний бүх хэсэгт жигд дарагддаг тул бөмбөлгийн гадаргуу нь түүний төвөөс ижил зайд байрладаг.
3) Хар нь дулааныг татдаг, цагаан нь үүнийг тусгадаг.
4) Ташуур нь товших чимээ гаргадаг, учир нь түүний үзүүр нь дууны хурдаас илүү хурдан хөдөлдөг.
5) Бензин нь тодорхой хөлдөх цэггүй - -118 С-ээс -151 С хүртэл ямар ч температурт хөлдөж болно. Бензин хөлдөх үед энэ нь бүрэн хатуу болдоггүй, харин резин эсвэл лавтай төстэй байдаг.
6) Өндөг нь элсэн чихэр нэмсэн усанд хөвөх болно.
7) Бохир цас цэвэр цаснаас хурдан хайлдаг.
8) Боржин нь дуу чимээг агаараас арав дахин хурдан дамжуулдаг.
9) Шингэн хэлбэрийн ус нь хатуу хэлбэрээс илүү молекулын нягттай байдаг. Тийм ч учраас мөс хөвдөг.
10) Хэрвээ нэг аяга усыг дэлхийн хэмжээнд хүртэл томруулсан бол түүнийг бүрдүүлдэг молекулууд нь том жүржийн хэмжээтэй болно.
11) Хэрэв та атом дахь чөлөөт орон зайг арилгаж, зөвхөн тэдгээрийг бүрдүүлдэг энгийн хэсгүүдийг үлдээвэл ийм "бодис" -ын халбага 5,000,000,000,000 кг жинтэй болно. Үүнээс нейтрон од гэж нэрлэгддэг.
12) Гэрлийн хурд нь түүний тархаж буй материалаас хамаарна. Эрдэмтэд үнэмлэхүй тэгтэй (-273 Цельсийн) маш ойрхон температурт хөргөсөн рубидийн ембүүгээр дамжуулж фотоныг секундэд 17 метр хүртэл удаашруулж чаджээ.
Байгалийн сургуулийн шинжлэх ухаан болох физикийн талаархи сонирхолтой баримтууд нь хамгийн энгийн, анх харахад үйл явцыг ер бусын талаас нь сурах боломжийг танд олгоно.
- 1. Аянгын температур нарны гадаргуу дээрх температураас тав дахин их бөгөөд 30000К байна.
- 2. Борооны дусал шумуулаас илүү жинтэй. Гэхдээ шавьжны биеийн гадаргуу дээр байрладаг үс нь дуслаас шумуул руу импульс дамжуулдаггүй. Тиймээс шавьж нь аадар бороонд ч амьд үлддэг. Үүнд өөр нэг хүчин зүйл нөлөөлж байна. Шумуултай ус мөргөлдөх нь сул гадаргуу дээр үүсдэг. Тиймээс, цохилт нь шавьжны төв хэсэгт хүрвэл хэсэг хугацаанд дуслаар унаж, дараа нь хурдан чөлөөлөгдөнө. Хэрэв бороо төвөөс хол орвол шумуулын зам бага зэрэг хазайдаг.
- 3. 0.1 м/с хурдтай элснээс хөлийг татах хүч нь машиныг өргөхтэй тэнцүү байна. Сонирхолтой баримт: түргэн элс нь хүнийг бүрэн шингээж чаддаггүй Ньютоны шингэн юм. Тиймээс элсэнд гацсан хүмүүс шингэн алдалт, нарны туяа болон бусад шалтгааны улмаас нас бардаг. Хэрэв та ийм нөхцөл байдалд орвол гэнэтийн хөдөлгөөн хийхгүй байх нь дээр. Нуруун дээрээ эргэлдэж, гараа өргөн, тусламж хүлээхийг хичээ.
- 4. Та ташуурыг огцом савлуулсны дараа товшихыг сонссон уу? Энэ нь түүний үзүүр нь дуунаас хурдан хөдөлдөгтэй холбоотой юм. Дашрамд хэлэхэд ташуур бол дуунаас хурдан саадыг эвдсэн анхны бүтээл юм. Мөн дуу чимээнээс илүү хурдтай нисдэг онгоцтой ижил зүйл тохиолддог. Дэлбэрэлт шиг товшилт нь агаарын хөлгөөс үүссэн цочролын долгионоос үүдэлтэй.
- 5. Физикийн тухай сонирхолтой баримтууд амьд биетэд ч хамаатай. Жишээлбэл, нислэгийн үеэр бүх шавж нар эсвэл сарны гэрлээр удирддаг. Тэд гэрэлтүүлэг үргэлж нэг талдаа байх өнцгийг хадгалдаг. Хэрэв шавьж дэнлүүний гэрэлд нисдэг бол туяа нь зэрэгцээ биш харин радиаль байдлаар хуваагддаг тул спираль хэлбэрээр хөдөлдөг.
- 6. Агаар дахь дуслаар дамжин өнгөрөх нарны цацраг нь спектр үүсгэдэг. Мөн түүний янз бүрийн сүүдэр нь өөр өөр өнцгөөр хугардаг. Энэ үзэгдлийн үр дүнд солонго үүсдэг - тойрог, нэг хэсэг нь хүмүүс газраас хардаг. Солонгийн төв нь үргэлж ажиглагчийн нүднээс Нар руу татсан шулуун шугам дээр байдаг. Дусал дахь гэрлийг яг хоёр удаа тусгахад хоёрдогч солонго харагдах болно.
- 7. Том мөстлөгийн мөс нь хэв гажилт, өөрөөр хэлбэл стрессээс үүдэлтэй шингэн чанараараа тодорхойлогддог. Энэ шалтгааны улмаас Гималайн мөсөн голууд өдөрт хоёроос гурван метрийн хурдтай хөдөлж байна.
- 8. Mpemba эффект гэж юу болохыг та мэдэх үү? Энэ үзэгдлийг 1963 онд Эрасто Мпемба хэмээх Танзанийн сургуулийн сурагч нээжээ. Хүү хүйтэн устай харьцуулахад халуун ус хөлдөөгчид илүү хурдан хөлддөг болохыг анзаарчээ. Өнөөдрийг хүртэл эрдэмтэд энэ үзэгдлийн талаар хоёрдмол утгагүй тайлбар өгч чадахгүй байна.
- 9. Ил тод орчинд гэрэл вакуумтай харьцуулахад удаан тархдаг.
- 10. Эрдэмтэд хоёр цасан ширхгийг ижил загвартай гэж үздэггүй. Орчлон ертөнц дэх атомуудаас ч илүү олон тооны дизайны сонголтууд байдаг.
1. Амьдрал хэрхэн эхэлсэн бэ?
Ойролцоогоор 4 тэрбум жилийн өмнө органик бус материалаас үүссэн анхны амьд биетийн дүр төрх өнөөг хүртэл нууцлаг хэвээр байна. Анхны далайд агуулагдах харьцангуй энгийн молекулууд хэрхэн улам бүр нарийн төвөгтэй бодисуудыг бий болгосон бэ? Яагаад тэдний зарим нь энерги шингээх, хувиргах, мөн өөрийгөө нөхөн үржих чадварыг олж авсан бэ (сүүлийн хоёр шинж чанар нь амьд биетийн өвөрмөц шинж чанар юм)? Молекулын түвшинд эдгээр бүх үйл явдлууд нь химийн урвалыг илэрхийлдэг нь эргэлзээгүй тул амьдралын гарал үүслийн асуудлыг химийн хүрээнд авч үзэх хэрэгтэй.
Химийн эмч нар хэдэн тэрбум жилийн өмнө бүх зүйл хэрхэн өрнөж байсан тухай тоо томшгүй олон хувилбаруудыг ойлгох үүрэг хүлээгээгүй. Бөөгнөрсөн шавар зэрэг органик бус катализаторууд өөрөө хуулбарлах полимер (ДНХ эсвэл уургийн молекул гэх мэт) үүсгэхэд оролцсон эсэх; эсвэл алс холын үед "РНХ ертөнц" байсан уу? үеэл»ДНХ (РНХ молекул) нь уураг үүсэхийг хурдасгаж, бусад биополимеруудаас эрт гарч ирсэн.
Туршилтын хоолойд химийн урвал явуулах замаар эдгээр таамаглалын үнэн зөвийг шалгах шаардлагатай. Зарим харьцангуй энгийн химийн бодисууд бие биетэйгээ харилцан үйлчилж, уураг, нуклейн хүчил зэрэг биополимеруудын "барилгын материал" -ыг бүрдүүлдэг болохыг аль хэдийн харуулсан. амин хүчил ба нуклеотид тус тус. 2009 онд Кембрижийн молекул биологийн лабораторийн Жон Сазерландаар ахлуулсан молекул биологичдын баг анхдагч далайд байдаг гэж үздэг молекулуудаас нуклеотид гаргаж авах боломжийг харуулсан. Өөр нэг хэсэг судлаачид зарим РНХ-ийн катализаторын үүрэг гүйцэтгэх чадварыг сонирхож байсан нь РНХ ертөнц байж болзошгүйг илтгэнэ. Ийм байдлаар бид амьгүй бодисоос өөрийгөө нөхөн үржих амьд систем хүртэлх гүүрийг алхам алхмаар байгуулж чадна.
Одоо бид нарны аймгийн хөршүүдийнхээ талаар - Ангараг дээр ус байгаа эсэх, Титан дахь нүүрсустөрөгчийн нууруудын тухай, Санчир гаригийн сарны тухай, Европ, Ганимедийн мөсөн царцдасын дор нуугдаж буй хүйтэн давстай далайн тухай маш их зүйлийг мэдэж авсан. Бархасбадийн сарнууд болон бусад олон зүйлийн талаар - хуурай газрын амьдралын хэлбэрүүдийн гарал үүслийн тухай асуудал дэлхийн асуудлын нэг хэсэг болсон: амьдралын гарал үүслийг бий болгоход ямар нөхцөл шаардлагатай вэ, түүний химийн суурь нь ямар хязгаарт өөрчлөгдөж болох вэ? Сүүлийн 15 жилийн хугацаанд асуултуудын хүрээ улам өргөжиж, энэ хугацаанд нарны аймгийн гадна бусад оддыг тойрон эргэлдэж буй 500 гаруй гарагийг илрүүлсэн. Эдгээр ер бусын олон янзын ертөнцийг судлах шаардлагатай хэвээр байна.
Ийм нээлтүүд нь химичдийг амьдралын химийн үндэсийн талаархи үзэл бодлоо өөрчлөхөд хүргэв. Тиймээс удаан хугацааны туршид түүний гарал үүслийн зайлшгүй урьдчилсан нөхцөл бол ус байх ёстой гэж үздэг. Өнөөдөр эрдэмтэд энэ талаар сайн мэдэхгүй байна. Магадгүй усны оронд шингэн аммиак, формамид, шингэн метан эсвэл устөрөгч нь Бархасбадийн дээд давхаргад хэт өндөр даралтын нөхцөлд тохиромжтой байх болов уу? ДНХ, РНХ, уургийн харагдах байдал нь яагаад амьд системийг бий болгох зайлшгүй урьдчилсан нөхцөл байх ёстой гэж? Ямар ч нуклейн хүчилгүйгээр өөрийгөө нөхөн үржих чадвартай хиймэл химийн бүтцийг бий болгосон. Өөрийгөө хуулбарлах матриц болж чадах тодорхой молекулын системтэй байхад л хангалттай болов уу?
Флоридагийн Гейнсвилл дахь Хэрэглээний молекулын хувьслын сангийн ажилтан Стивен Беннер "Дэлхий дээрх орчин үеийн амьдралын хэлбэрт хийсэн дүн шинжилгээ нь тэдгээрийн үндсэн ижил төстэй байдал (ДНХ ба уургийн хэрэглээ) байгаа эсэхээс шалтгаалсан эсэх асуултад хариулж чадахгүй байна." нийтлэг өвөг дээдсийн буюу амьдралын бүх нийтийн шинж чанарыг гэрчилдэг." Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид энэ хүрээнд үлдэх ёстой гэдгийг тууштай баримтлах юм бол мэдэгдэж байгаа баримтууд, тэгвэл бид хаашаа ч хүрэхгүй.
2 Молекулууд хэрхэн үүсдэг вэ?
Молекулын бүтэц нь химийн мэргэжлээр суралцаж буй оюутнуудын судалдаг гол сэдэв бол атом ба химийн холбоонд тохирсон тойрог, шугамын багц хэлбэрээр молекулуудын график дүрслэл нь цэвэр конвенц бөгөөд үүнийг ашигладаг. тав тухтай байдлын үүднээс. Молекулын аль дүрс нь бодит байдалд хамгийн ойр байдаг талаар эрдэмтдийн дунд тохиролцоонд хүрээгүй байна.
1920-иод онд Германы онолын физикч Уолтер Хайтлер, Фриц Лондон нар химийн холбоог шинээр гарч ирж буй квант физикийн тэгшитгэлийг ашиглан дүрсэлж болохыг харуулсан бол Америкийн агуу химич Линус Полинг өөр өөр атомын электрон үүлний орон зайд давхцах үед холбоо үүсдэг гэсэн таамаглал дэвшүүлжээ. Роберт Милликен, Фридрих Хунд нарын өөр онол нь химийн холбоо (ионы холбооноос бусад) нь харилцан үйлчлэлцдэг атомуудын гаднах электронуудын атомын орбиталуудын давхцал, эдгээр атомуудыг хүрээлж буй молекулын тойрог замын үр дүн юм. Энд бид физикийн үндсэн чиглэлүүдийн нэг болох онолын химийн чадамжийн хүрээнд ордог.
Атомын орбиталуудыг давхцуулж химийн холбоо үүсгэх тухай ойлголт өргөн тархсан ч үүнийг бүх нийтийнх гэж хүн бүр итгэдэггүй. Үүний үндсэн дээр бүтээгдсэн молекулуудын загвар бүтэц нь хэд хэдэн хялбаршуулсан таамаглал дээр суурилдаг бөгөөд ингэснээр зөвхөн ойролцооллыг илэрхийлдэг. Бодит байдал дээр аливаа молекул нь электрон үүлэнд дүрэгдсэн атомын цөмүүдийн тодорхой бүлэг бөгөөд бөөмүүд нь өөр хоорондоо "өөрсдөө татахад" өрсөлдөж, бүх бүтэц нь "амьсгалж", өөрчлөгддөг. Одоогийн загваруудад молекулууд нь зөвхөн зарим чухал шинж чанарыг харгалзан бүтээсэн статик формацууд юм.
Квантын онолын хүрээнд үүнийг өгөх боломжгүй юм ерөнхий тодорхойлолтХимийн холбоо, энэ нь химичүүдийн энэ талаархи санаатай нийцэх бөгөөд тэдний ажил нь эцэстээ зарим химийн холбоог устгаж, бусад нь үүсэхэд хүргэдэг. Одоогийн байдлаар молекулуудыг бие биентэйгээ холбогдсон атом хэлбэрээр илэрхийлэх олон арга бий. Германы Бохумын их сургуулийн квант химич Доминик Марксын хэлснээр бараг бүгдээрээ "зарим тохиолдолд сайн, зарим тохиолдолд огт тохиромжгүй" байдаг.
Компьютерийн загварчлалыг ашиглан өнөөдөр квант механикийн зарчмууд дээр үндэслэн молекулуудын бүтэц, шинж чанарыг өндөр нарийвчлалтайгаар урьдчилан таамаглах боломжтой, гэхдээ зөвхөн химийн холбоо үүсгэхэд оролцдог электронуудын тоо харьцангуй бага байвал л болно. "Тооцооллын хими нь юу болж байгааг хамгийн бодитойгоор дүрслэх боломжийг олгодог" гэж Маркс хэлэв. Компьютерийн загварчлалыг химийн урвалын явцыг хуулбарлах виртуал туршилт гэж үзэж болно. Гэвч электронуудын тоо хэдэн арван дөхөж ирмэгц тоон аргууд нь хамгийн хүчирхэг компьютерт ч хүчгүй болдог. Үүнтэй холбогдуулан асуулт гарч ирнэ: жишээлбэл, эсэд тохиолддог биохимийн нарийн төвөгтэй үйл явц эсвэл олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн үйл ажиллагааг хэрхэн загварчлах вэ?
3. Гадны хүчин зүйлс бидний генд хэрхэн нөлөөлдөг вэ?
Удаан хугацааны турш биологийн нийгэмлэгт бидний хүн нэг бүрийн хувийн шинж чанар нь ямар гентэй байхаас шалтгаална гэсэн санаа давамгайлж байв. Гэсэн хэдий ч бид алийг нь ашиглах нь чухал юм. Биологийн бусад салбаруудын нэгэн адил сүүлийнх нь ижил химитэй салшгүй холбоотой байдаг.
Үр хөврөлийн эсүүд эхний үе шатанд бүх төрлийн эд эсийг үүсгэдэг. Хөгжихийн хэрээр плюрипотент үүдэл эсүүд ялгарч, тусгай эсүүд (цусны эсүүд, булчингийн эсүүд, мэдрэлийн эсүүдгэх мэт). Сүүлийнх нь организмын амьдралын туршид бие даасан шинж чанараа хадгалдаг. Хүний бие үүсэх нь үндсэндээ үүдэл эсийн хромосомын химийн өөрчлөлт бөгөөд үүний үр дүнд үйл ажиллагаа явуулдаг, чимээгүй генүүдийн багц өөрчлөгддөг.
Үүдэл эсийг клончлох, судлах чиглэлээр гарсан хувьсгалт нээлтүүдийн нэг бол эдгээр өөрчлөлтүүд буцах боломжтой байдаг. Ялгах явцад эсүүд зарим генийг идэвхгүй болгодоггүй бөгөөд зөвхөн одоо шаардлагатай байгаа генийг хэвийн байдалд байлгадаг. Тэдгээрийг унтрааж, байлдааны бэлэн байдалд байлгадаг. Эдгээр генүүд, жишээлбэл, тодорхой хүмүүсийн нөлөөн дор идэвхжиж болно химийн бодисуудгадаад орчин.
Химийн үүднээс авч үзвэл ялангуяа сонирхолтой бөгөөд нууцлаг зүйл бол генийн үйл ажиллагааны зохицуулалтыг супраатом ба молекулын дээд түвшинд, бие биетэйгээ харилцан үйлчилдэг бүхэл бүтэн бүлгийн молекулуудын оролцоотойгоор гүйцэтгэдэг явдал юм. Хроматин нь ДНХ ба хромосом үүсгэдэг уургийн хоорондох цогцолбор нь шаталсан бүтэцтэй. Нэгдүгээрт, давхар судалтай ДНХ молекул нь тусгай уураг болох гистоноос бүрдэх цилиндр хэлбэртэй хэсгүүдийг ороож байдаг. Дараа нь үүссэн "бөмбөлгүүдийг" нь орон зайд илүү өндөр эрэмбийн бүтэц болгон байрлуулна. Эс нь нугалах процессыг хатуу хянадаг - түүний үйл ажиллагаа нь тухайн ген хроматины хаана байрлахаас хамаарна.
Хроматин бүтцийн бүтцийн өөрчлөлт нь эсийн ялгаралд гол үүрэг гүйцэтгэдэг тусгай ферментүүдийн оролцоотойгоор явагддаг. Үр хөврөлийн үүдэл эсүүдэд хроматин нь сул, эмх замбараагүй бүтэцтэй байдаг ба ялгах явцад генүүд унтарснаар нягт болдог.
Хроматин бүтэц нь ДНХ ба гистонуудын химийн өөрчлөлтүүд дагалддаг. Тэдэнд жижиг молекулууд наалддаг - эсэд аль генийг унтрааж, эсрэгээр нь асаахыг заадаг маркерууд. Ийм тэмдэг нь генд агуулагдах мэдээлэлд нөлөөлдөггүй тул эпигенетик хүчин зүйл гэж нэрлэдэг.
Боловсорч гүйцсэн эсийг плюрипотенцийн төлөв байдалд хэр хэмжээгээр буцааж өгөх вэ? Тэд янз бүрийн эдийг нөхөн сэргээхэд шаардлагатай үүдэл эсийн шинж чанартай байх уу? Хариулт нь эпигенетик тэмдэглэгээг хэр зэрэг эргүүлж чадахаас хамаарна.
Олон гол зааврыг бичсэн генетик хэлээс гадна эсүүд химийн үүднээс огт өөр хэлийг ашигладаг нь тодорхой байна - эпигенетик. Английн Бирмингемийн их сургуулийн Брайан Тернер "Хүн хорт хавдар гэх мэт өвчинд удамшлын урьдал өвчнөөр өвчилдөг байж болох ч өвчин үүсэх эсэх нь эпигенетик сувгаар үйлчилдэг хүрээлэн буй орчны хүчин зүйлээс шалтгаална."
4. Тархи санах ойг хэрхэн бүрдүүлдэг вэ?
Тархийг химийн компьютертэй зүйрлэж болно. Түүний "цахилгаан хэлхээг" бүрдүүлдэг нейронуудын хоорондын холбоог тусгай молекулууд - нейротрансмиттер ашиглан гүйцэтгэдэг. Тэдгээр нь нэг мэдрэлийн эсээр ялгардаг, синаптик ан цавыг гаталж, өөр нейроны рецепторуудтай холбогдож, гурав дахь хэсгийг идэвхжүүлдэг гэх мэт. Үүний үр дүнд мэдрэлийн импульс нь мэдрэлийн эсийн гинжин хэлхээний дагуу тархдаг. Химийн шинж чанар сэтгэцийн үйл ажиллагааЭнэ нь мэдрэлийн сүлжээний янз бүрийн төлөв хэлбэрээр химийн дохио ашиглан зарим мэдээлэл - утасны дугаар эсвэл ямар нэгэн үйл явдал "дарагдсан" үед цээжлэх явцад илэрдэг. Хэр үндэслэсэн химийн процессуудТогтвортой, эрч хүчтэй санах ой бий болсон уу? Санах, дахин бодох, мартах гэдэг нь юу гэсэн үг вэ?
Бидэнд зөвхөн зарим асуултын хариулт байна. Жишээлбэл, болзолгүй рефлекс нь биохимийн үйл явцын тодорхой цувааны хариуд үүсдэг бөгөөд энэ нь синапс дахь нейротрансмиттерийн хэмжээг өөрчлөхөд хүргэдэг гэдгийг бид мэднэ. Гэхдээ ийм энгийн үйл явц ч гэсэн богино болон урт хугацааны бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй байдаг. Илүү төвөгтэй үзэгдэл - тунхаглах санах ой (нүүр царай, газар гэх мэт) нь тархинд өөр өөр механизм, өөр нутагшуулах чадвартай байдаг. Энд гол тоглогч нь зарим мэдрэлийн эсүүдэд байдаг нейротрансмиттер допаминыг хүлээн авагч юм. Үүнийг блоклох нь тунхаглах санах ойг хадгалахад саад учруулдаг.
Өдөр тутмын тунхаглах ой санамжийг бий болгох нь ихэвчлэн допамин рецепторуудыг хамардаг урт хугацааны потенциациар дамждаг бөгөөд синапс үүсгэдэг нейроны бүсийн тэлэлт дагалддаг. Энэ талбайг өргөжүүлснээр нейрон ба түүний түншүүдийн хоорондын холбоо бэхжиж, мэдрэлийн импульсийн нөлөөн дор синаптик ан цавын боломжит зөрүү нэмэгдэх замаар илэрдэг. Үйл явцын биохими нь сүүлийн хэдэн жилд бага багаар тодорхой болсон. Актин утаснууд нь эсийн дотоод хүрээг бүрдүүлдэг уураг болох нейроны дотор үүсдэг бөгөөд энэ нь түүний хэмжээ, хэлбэрийг тодорхойлдог болохыг олж мэдсэн. Хэрэв шинээр гарч ирсэн утаснууд тогтворжихоос сэргийлж байвал процессыг тасалдуулж болно.
Урт хугацааны ой санамж нь нэгэнт үүссэн бөгөөд тусгай уургийг кодлодог генийг оруулснаар хадгалагддаг. Эдгээрт прионууд орно гэж үзэх үндэслэл бий. Сүүлийнх нь хоёр өөр хэлбэрийн аль нэгэнд байж болно. Эхний тохиолдолд прионууд амархан уусдаг, хоёрдугаарт тэд уусдаггүй бөгөөд бүх уургийн молекулуудыг энэ төлөвт шилжүүлдэг. энэ төрлийнтэд хэнтэй тааралдсан бэ. Үүний үр дүнд том прион агрегатууд үүсдэг бөгөөд энэ нь янз бүрийн мэдрэлийн эмгэгийн хөгжилд нөлөөлдөг. Прионуудын яг энэ сөрөг шинж чанар нь тэднийг тодорхойлох, судлахад түлхэц болсон юм. Агрегатууд нь биед ашигтай үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг олж мэдсэн - тэдгээр нь санах ойг хадгалахад оролцдог.
Санах ой хэрхэн ажилладаг тухай түүхэнд олон хоосон толбо байсаар байгаа бөгөөд аль биохимичид бөглөх ёстой вэ. Жишээлбэл, хэрэв энэ "ямар нэг зүйл" бидний ой санамжинд хадгалагдаж байвал "ямар нэг зүйлийг санах" гэсэн ойлголтыг хэрхэн тайлбарлах вэ? Колумбын их сургуулийн Нобелийн шагналт мэдрэл судлаач Эрик Кандел "Бидний дөнгөж шийдэж эхэлж байгаа энэ асуудлыг ойлгоход маш хэцүү байна" гэж хэлэв.
Санах ойн үзэгдлийн химийн шинж чанарын талаар ярихад эмийн бэлдмэлийн нөлөөлөл гэх мэт асуудлыг хөндөхгүй байхын аргагүй юм. Ой тогтоолтыг сайжруулдаг зарим бодисыг аль хэдийн мэддэг болсон. Тэдгээрийн дотор никотин, глутамат, серотин болон бусад нейротрансмиттерийн рецепторт үйлчилдэг бэлгийн даавар, синтетик нэгдлүүд байдаг. Калифорнийн их сургуулийн мэдрэл судлаач Гари Линч тэмдэглэснээр, үйл явдлын урт гинжин хэлхээ нь урт хугацааны ой санамжийг бий болгоход хүргэдэг нь санах ойн эм нь бие махбодид олон зорилтот байдгийг харуулж байна.
5. Элементүүдийн үелэх системийг нөхөхөд хязгаар бий юу?
Тогтмол хүснэгт химийн элементүүдХимийн анги болгонд нэр хүндтэй газар өлгөгдсөн , байнга шинэчлэгдэж байдаг. Цөмийн физикчид хурдасгуурын тусламжтайгаар шинэ, хэт хүнд элементүүдийг олж авдаг. их тооЦөм дэх протон ба нейронууд нь байгальд байдаг 92-оос илүү байдаг. Тэд тийм ч тогтвортой биш, зарим нь төрснөөс хойш хэдхэн секундын дотор задардаг. Гэхдээ ийм элементүүд байдаг ч тэдний статус нь бусдаас ялгаатай биш юм: тэдгээр нь атомын дугаар, массын дугаартай, тодорхой химийн шинж чанартай байдаг. Ухаалаг туршилтын явцад себоргиум ба хассиумын атомуудын зарим шинж чанарыг судалжээ.
Ийм судалгааны нэг зорилго нь үелэх системийн тэлэлтийн хязгаар байгаа эсэхийг, өөрөөр хэлбэл хэт хүнд элементүүд нь хүснэгтэд байрлах байршлыг тодорхойлдог зан үйлийн үечлэлийг харуулж байгаа эсэхийг олж мэдэх явдал юм. Зарим нь эдгээр шаардлагыг хангаж, зарим нь хангадаггүй гэж бид аль хэдийн хэлж чадна. Ялангуяа тэдний асар том цөмүүд электронуудыг ийм хүчээр татдаг тул гэрлийн хурд руу ойртож эхэлдэг. Үүний үр дүнд электронуудын масс эрс нэмэгдэж, улмаар зохион байгуулалтгүй болоход хүргэдэг эрчим хүчний түвшин, элементүүдийн химийн шинж чанар, улмаар тэдгээрийн үелэх систем дэх байрлалаас хамаардаг.
Цөмийн физикчид тогтвортой байдлын арлыг олж чадна гэсэн найдвар бий - нийлэг элементүүдийг олж авах одоогийн боломжоос бага зэрэг давсан тодорхой газар нутаг нь хэт хүнд элементүүд илүү удаан амьдрах болно. Гэсэн хэдий ч тэдний талаархи үндсэн асуулт хэвээр байна хэмжээ хязгаар. Маш энгийн квант механик тооцооноос харахад электронууд нь протоны тоо 137-аас хэтрэхгүй цөмд байж болно. Илүү нарийн төвөгтэй тооцоолол нь энэ хязгаарлалтыг үгүйсгэдэг. “Үелэх систем нь 137 тоогоор төгсдөггүй; үнэндээ энэ нь хязгааргүй юм” гэж Германы Франкфурт-на-Майн дахь Гёте их сургуулийн цөмийн физикч Вальтер Грейнер хэлэв. Энэ мэдэгдлийг туршилтаар баталгаажуулах нь маш хол хэвээр байна.
6. Нүүрстөрөгчийн атом дээр суурилсан компьютер бүтээх боломжтой юу?
Графен дээр суурилсан компьютерийн чипүүд буюу нүүрстөрөгчийн атомуудын сүлжээ нь цахиураас илүү хурдан бөгөөд илүү хүчтэй байдаг. Графены үйлдвэрлэл нь бүтээгчдээ авчирсан Нобелийн шагнал 2010 онд физикийн шинжлэх ухаанд зориулагдсан боловч ийм "нүүрстөрөгчийн" нанотехнологийн практик хэрэглээ нь химич нар атомын нарийвчлалтай бүтцийг бий болгож чадах эсэхээс хамаарна. 1985 онд бүхэлдээ нүүрстөрөгчийн атомуудаас бүрдэх хөндий битүү сүлжээ бүхий фуллерен, 6 жилийн дараа сүлжээний ханатай нүүрстөрөгчийн нано гуурсуудыг нийлэгжүүлсэн. Маш хүчтэй цахилгаан дамжуулагч байгууламжууд нь тэдгээрт суурилсан хэт бат бөх нийлмэл материал үйлдвэрлэхээс эхлээд жижиг дамжуулагч, электрон төхөөрөмж, бяцхан молекул капсул, ус цэвэршүүлэх мембран үйлдвэрлэх хүртэл өргөн хүрээний хэрэглээг олох болно гэж таамаглаж байсан. Гэсэн хэдий ч бүрэн боломж хараахан хэрэгжээгүй байна. Тиймээс нано гуурсыг нарийн төвөгтэй электрон хэлхээнд нэгтгэх боломжгүй юм. Сүүлийн үед графит нанотехнологичдын анхаарлын төвд байх болсон.
Үүнийг хэт нимгэн давхаргад (энэ бол графен) хуваах боломжтой байсан бөгөөд үүнээс жижиг, хямд, удаан эдэлгээтэй электрон хэлхээг хийж болно. Нарийн, жижиг графены туузыг ашиглан компьютер хөгжүүлэгчид цахиураас илүү дэвшилтэт чип хийх боломжтой болно. Жоржиа мужийн Технологийн хүрээлэнгийн Уолт де Хиер хэлэхдээ: "Графеныг хялбархан холбож, электрон хэлхээнд нэгтгэх бүтцийг бий болгоход ашиглаж болно." Гэсэн хэдий ч микроэлектроникт ашигладаг сийлбэрийн арга нь графен электрон хэлхээ үүсгэхэд тохиромжгүй - энэ нь хэтэрхий бүдүүлэг тул өнөөдөр графен технологи нь бодит үйлдэл биш харин таамаглалын асуудал юм. Атомын түвшинд дизайны асуудлыг шийдэх гол түлхүүр нь органик химийн аргуудыг ашиглах явдал байж болох юм - хэд хэдэн зургаан өнцөгт нүүрстөрөгчийн цагирагуудын полиаромат молекулуудыг хооронд нь холбох, графен сүлжээний жижиг хэсгүүдийн аналогууд.
7. Нарны эрчим хүчийг илүү ихээр авах боломжтой юу?
Нар мандах бүр нь хүн бидний гэрэлтүүлэгчийн өгдөг эрчим хүчний багахан хэсгийг л ашигладаг гэдгийг сануулдаг. Үүнийг өргөнөөр ашиглахад саад болж байгаа гол бэрхшээл нь цахиурын нарны зайн өндөр өртөг юм. Гэвч нарны энергийг шингээж авахдаа ногоон ургамлаар явагддаг фотосинтезээр дэмжигддэг манай гараг дээрх амьдрал өөрөө нарны эсүүд өндөр үр ашигтай байх албагүй, хангалттай олон байх нь хангалттай гэдгийг харуулж байна (жишээ нь). модны навч) бөгөөд тэдгээр нь хямд байх болно.
"Нарны эрчим хүчийг ашиглах арга замыг хөгжүүлэх хамгийн ирээдүйтэй чиглэлүүдийн нэг бол түлшний үйлдвэрлэл юм" гэж Аризона мужийн их сургуулийн Девенс Густ хэлэв. Үүнийг хийх хамгийн хялбар арга бол нарны гэрлийг ашиглан усны молекулуудыг хувааж устөрөгч болон хүчилтөрөгчийн хий үүсгэх явдал юм. Калифорнийн Технологийн хүрээлэнгийн Натан С.Льюис болон түүний хамтрагчид ийм хуваагдлыг гүйцэтгэх цахиурын нано утаснаас хиймэл хуудас бүтээхээр ажиллаж байна.
Саяхан Массачусетсийн Технологийн Институтээс Даниел Носера кобальт дээр суурилсан фотокатализаторын оролцоотойгоор усны молекулуудыг задалдаг цахиур мембраныг бүтээсэн тухай мэдээлэв. Нэг галлон (~3.8 л) ус нь жижиг байшинг 24 цагийн турш тэжээхэд хангалттай түлш үйлдвэрлэж чадна гэж Nocera тооцоолжээ.
Ийм технологийг хөгжүүлэхэд тохиромжтой катализатор байхгүйгээс болж саад болж байна. "Nocera-гийн ашигласан шиг кобальт катализатор болон бусад металл дээр суурилсан шинэ катализаторууд зарчмын хувьд шаардлагатай боловч хэтэрхий үнэтэй байдаг" гэж Гаст хэлэв. "Харамсалтай нь бид байгалийн манган дээр суурилсан фотосинтезийн катализатор хэрхэн ажилладагийг мэдэхгүй байна."
Гаст болон түүний хамтрагчид байгалийн фотосинтезийг дуурайдаг хиймэл фотосинтезийн молекулын нэгдлүүдийг бий болгохоор төлөвлөж байна. Тэд аль хэдийн эдгээр чуулгад багтах хэд хэдэн бодисыг нэгтгэж чадсан. Гэхдээ энэ замд ноцтой саад бэрхшээл тулгарч байна. Байгальд ашигладаг молекулуудын нэгэн адил органик молекулууд тогтворгүй байдаг. Ургамал нэн даруй тэдгээрийг шинээр сольдог боловч хиймэл навчнууд үүнийг хийх чадваргүй байна: тэдгээр нь амьд системээс ялгаатай нь биосинтезийн механизмгүй байдаг.
8. Биотүлш авах хамгийн сайн арга юу вэ?
Нарны эрчим хүчийг ашиглан түлш үйлдвэрлэх технологийг хөгжүүлэхийн оронд ногоон ургамлын эрчим хүч хуримтлуулах, биомассыг түлш болгон хувиргах чадварыг ашиглах нь зүйтэй болов уу? Этанол зэрэг био түлшийг эрдэнэ шишээс, биодизель түлшийг үрнээс гаргаж авдаг бөгөөд эдгээр бүтээгдэхүүнүүд зах зээлд аль хэдийн байр сууриа эзэлдэг. Харин хүний хоолны үндэс болсон үр тариаг хэрэглэх аюул бий. Энэ нь ялангуяа хөгжиж буй орнуудын хувьд тааламжгүй зүйл юм - био түлш экспортлох нь маш ашигтай бөгөөд орон нутгийн хүн амыг хоол хүнсгүй үлдээдэг. Үүнээс гадна одоогийн түлшний хэрэгцээг хангахын тулд одоо ой мод эзэлдэг өргөн уудам талбайг хагалах шаардлагатай болно.
Тиймээс үр тариаг түлш болгон хувиргах нь хамгийн оновчтой шийдэл биш бололтой. Үүний нэг шийдэл нь бусад үнэ цэнэ багатай биомассыг ашиглах явдал юм. АНУ-д хөдөө аж ахуй, мод боловсруулах үйлдвэрээс гарсан хог хаягдал нь автобензин, дизель түлшний тээврийн хэрэгцээний гуравны нэгийг хангахад хангалттай байдаг.
Ийм бага агуулгатай биомассыг боловсруулахын тулд лигнин, целлюлоз зэрэг удаан эдэлгээтэй молекулуудыг задлах шаардлагатай. Химичид үүнийг хэрхэн хийхийг аль хэдийн мэддэг боловч одоо байгаа аргууд нь хэтэрхий үнэтэй, эрчим хүч их шаарддаг, их хэмжээний түлш үйлдвэрлэхэд тохиромжгүй байдаг.
Иллинойсын Их Сургуулийн Жон Хартвиг, Алексей Сергеев нар саяхан лигниний задралын хамгийн ноцтой хүндрэлүүдийн нэг болох бензолын цагирагуудыг хооронд нь холбодог нүүрстөрөгч ба хүчилтөрөгчийн атомуудын хоорондын холбоог таслан даван туулж чаджээ. Тэд никель дээр суурилсан катализатор ашигласан.
Үйлдвэрийн хэмжээнд биомассаас түлш үйлдвэрлэх нь үүссэн шингэнийг хоолойгоор дамжуулахын тулд био хатуу материалыг газар дээр нь боловсруулах явдал юм. Энд нэг ноцтой асуудал гарч ирдэг - түүхий эд нь янз бүрийн гадны хольцоор их хэмжээгээр бохирдсон байдаг бөгөөд сонгодог катализаторын хими нь зөвхөн цэвэр бодисоор ажилладаг. "Нөхцөл байдал эцсийн дүндээ хэрхэн шийдэгдэх нь тодорхойгүй байна" гэж Хартвиг хэлэв. Нэг зүйл тодорхой байна: асуудал нь ихэвчлэн химийн салбартай холбоотой бөгөөд түүний шийдэл нь тохирох катализаторыг олох явдал юм. "Бараг бүх аж үйлдвэрийн үйл явц нь зохих катализаторыг ашигладаг" гэж Хартвиг дахин онцолжээ.
9. Эмийн бодисыг олж авах шинэ аргыг боловсруулах боломжтой юу?
Хими бол бүтээлч, нэгэн зэрэг практик шинжлэх ухаан юм. Энэ нь шинэ шинж чанартай материалаас эхлээд бусад эмэнд тэсвэртэй эмгэг төрүүлэгч бичил биетүүдийг устгадаг антибиотик хүртэл төрөл бүрийн бүтээгдэхүүнийг бий болгох молекулуудыг үйлдвэрлэдэг.
1990-ээд онд. "Барилгын блок" -ыг санамсаргүй байдлаар нэгтгэж, хүссэн шинж чанартай бүтээгдэхүүнийг сонгох замаар олон мянган шинэ молекулуудыг олж авах үед түүний алдартай оргил үе нь комбинатор химийн байв. Эмийн химийн ирээдүй гэж анх тунхагласан энэ чиглэл нь удалгүй ач холбогдлоо алдсан тул үр дүн нь тэгтэй ойролцоо болсон.
Гэхдээ магадгүй комбинатын хими дахин төрөх гэж байна. Энэ нь тодорхой төрлийн хангалттай өргөн хүрээтэй молекулуудыг олж авч, энэ хольцоос шаардлагатай бодисыг микроскопоор тусгаарлах аргыг олж авсан тохиолдолд явагдана. Биотехнологи нь туслахад бэлэн байна. Жишээлбэл, молекул бүрийг ДНХ-д суурилсан бар кодоор тоноглож, таних, тусгаарлахад хялбар болгодог. Альтернатив арга бол тохиромжгүй нэр дэвшигчдийг дараалан устгах явдал юм. Энэ нь нэг төрлийн Дарвины сонголт юм. Үүнийг хийхийн тулд та эмийн бодис болох уургийн амин хүчлийн дарааллыг ДНХ-ийн сегментийн нуклеотидын дараалал хэлбэрээр төлөөлж, дараа нь алдаа гаргах өвөрмөц хандлагатай хуулбарлах механизмыг ашиглан, Хуулбарлах, сонгон шалгаруулах үе болгонд илүү олон шинэ хувилбаруудыг олж авах.
Бусад шинэ аргууд нь тодорхой молекулын хэсгүүдийн өгөгдсөн дарааллаар нэгдэх дотоод чадварт тулгуурладаг. Тиймээс уургийн амин хүчлийн дарааллыг харгалзах генүүд тодорхойлно. Энэхүү зарчмыг ашигласнаар химичүүд ирээдүйд өөрөө угсарч болох төрөлхийн чадвартай молекулуудыг програмчилж болно. Энэ арга нь дайвар бүтээгдэхүүний хэмжээг багасгах давуу талтай бөгөөд энэ нь процессын эрчим хүчний эрчим хүч, материалын зарцуулалтыг бууруулдаг.
Одоогоор Дэвид Лю болон түүний Харвардын их сургуулийн хамт олон энэ санааг хэрэгжүүлэхээр хичээж байна. Тэд ирээдүйн молекулуудын барилгын блок бүрт холбогчийг кодлодог ДНХ-ийн богино сегментийг хавсаргаж, ДНХ-ийн сегментэд кодлогдсон зааврын дагуу ДНХ-ийн дагуу хөдөлж, мономер хэсгүүдийг барилгын блок руу дараалан холбодог тодорхой молекулыг нэгтгэсэн. амьд эсийн уургийн нийлэгжилттэй төстэй үйл явц. Лиугийн арга нь зорилтот эмийг бий болгоход тустай байж болох юм. "Фармакологийн чиглэлээр ажилладаг олон молекул биологичид макромолекулууд улам бүр чухал үүрэг гүйцэтгэдэг гэж үздэг бөгөөд дараа нь гол үүрэгэмчилгээнд" гэж Лю хэлэв.
10. Бидний биеийг химийн аргаар хянах боломжтой юу?
Сүүлийн үед химийн салбарт ойртох хандлага ажиглагдаж байна мэдээллийн технологи, ялангуяа амьд эстэй харилцах химийн бүтээгдэхүүнийг ашиглах. Энэ санаа нь өөрөө шинэ зүйл биш юм: гоожиж буй биосенсорууд химийн урвалЭдгээрийг 1960-аад оноос цусан дахь глюкозын концентрацийг тодорхойлоход ашиглаж эхэлсэн боловч саяхан хямд үнэтэй зөөврийн төхөөрөмж гарч ирснээр чихрийн шижингийн хяналтад өргөн тархсан байна. Химийн мэдрэгчийн хэрэглээний хамрах хүрээ өргөн: энэ нь янз бүрийн хортой бодисыг илрүүлэх явдал юм хүнсний бүтээгдэхүүнмаш бага агууламжтай ус, агаарын бохирдлын түвшинг тодорхойлох гэх мэт.
Гэхдээ химийн мэдрэгчийн чадавхийг бүрэн хэрэгжүүлж, үнэлж баршгүй ашиг тусыг авчрах өөр нэг салбар байдаг - биоанагаах ухаан. Жишээлбэл, хорт хавдрын тодорхой өвчинтэй холбоотой зарим генийн бүтээгдэхүүн нь эмгэгийн шинж тэмдгүүд илрэхээс өмнө, ердийн шинжилгээний аргаар юу ч илрүүлээгүй тохиолдолд цусны урсгалд эргэлдэж эхэлдэг. Хорт хавдрын ийм төрлийн химийн урьдал бодисыг эрт илрүүлснээр илүү үнэн зөв оношлох, хамгийн чухал нь цаг алдалгүй оношлох боломжтой болно. Геномын профайлыг хурдан барих нь бие даасан эмчилгээний дэглэмийг сонгох, гаж нөлөөний магадлалыг бууруулах боломжийг олгоно.
Зарим химичүүд бие махбодийн нөхцөл байдлын олон төрлийн биохимийн маркеруудыг тасралтгүй, өвчтөнд ээлтэй хянах эрин үеийг төсөөлдөг. Ийм мэдээлэл нь мэс заслын явцад шууд дамжуулж болно автоматжуулсан системэм хэрэглэх гэх мэт. Эдгээр санааг хэрэгжүүлэх нь маркеруудыг бие махбодид ул мөрийн хэмжээгээр агуулагдаж байсан ч сонгон таних химийн аргыг боловсруулах эсэхээс хамаарна.
Молекулын физик нь ихэвчлэн уйтгартай, хэцүү сэдэвтэй холбоотой байдаг. Гэвч бид өдөр тутмын амьдралдаа бие махбодын хэчнээн олон үзэгдлийг харж, хэрэглэж байгаагаа ч анзаардаггүй.
Физик маш сонирхолтой байж болно. Ярихын оронд нарийн төвөгтэй тэгшитгэлүүдБид танд инээдтэй, сонирхолтой, тухай ярих болно ашигтай баримтуудфизикээс.
ФИЗИКЧИД молекулуудыг бараг үнэмлэхүй тэг болтол хөргөж чадсан.
Эрдэмтэд стронцийн монофторидын молекулуудыг "нэг цохилтоор" бараг үнэмлэхүй тэг хүртэл хөргөж чадсан. Физикчид өөрсдийн ашигласан технологио "Nature" сэтгүүлд нийтэлжээ. Өрөөний температурт молекул, атомуудаас ялгаатай нь үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт хөргөсөн бодис (хасах 273.15 хэм буюу Кельвин 0 хэм) квантын шинж чанарыг харуулж эхэлдэг (халасан бодист тэдгээр нь дулааны нөлөөгөөр "бөглөрдөг").
Физикчид ихэвчлэн лазер ашиглан атомуудыг хөргөдөг - атомууд фотоныг шингээж, дараа нь ялгаруулдаг. Энэ процесс олон удаа давтагдах үед атомууд аажмаар кинетик энергиэ алддаг, өөрөөр хэлбэл тэд хөрдөг. Энэ аргыг молекулуудад хараахан ашиглаагүй байна - тэд илүү хүнд, энерги алддаг. Нэмж дурдахад молекулуудад "нэмэлт" энерги нь атомуудын хоорондын холбоо, мөн бүхэл бүтэн молекулын эргэлтийн хөдөлгөөнд хадгалагддаг.
Ихэнх тохиолдолд илүү эртний бүтээлүүдатомуудыг хөргөж, дараа нь тэднээс молекулуудыг "угсарсан". Шинэ судалгааны зохиогчид молекулуудыг шууд хөргөхөөр шийджээ. Эрдэмтэд бусад олон молекулуудаас чичиргээний энерги багатай стронцийн монофторидыг туршиж үзсэн байна. Үүнээс гадна физикчид лазерын өнгийг сонгосон бөгөөд ингэснээр түүний нөлөө молекулыг эргүүлэхгүй. Эцэст нь судлаачид стронцийн монофторидыг тусгай аргаар урьдчилан хөргөсөн байна.
Үүний үр дүнд зохиогчид молекулуудыг 300 микрокелвин хүртэл хөргөж чадсан (микрокелвин нь келвиний саяны нэг юм). Эрдэмтдийн хэрэглэж буй технологи нь температурыг бүр ч бага хэмжээнд хүртэл бууруулах боломжийг олгодог болохыг тооцоо харуулж байна.
2010 оны эхээр өөр нэг судлаачдын баг хэт бага температурт хөргөсөн кали, рубидийн молекулуудтай ажиллахдаа квант механик нөлөөг шууд ажиглаж чаджээ.
Өөр хэдэн баримт ...
- ДундажХүн Аливаа шингэн нь өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаггүй гэж би боддог байсан, гэхдээ энэ нь буруу ойлголт юм. Сургуулийн хөтөлбөрт хүртэл энэ тухай ярьдаг нь анхаарал татаж байна. Гэхдээ аливаа шингэний байгалийн хэлбэр нь бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг. Түүний ийм хэлбэрт ороогүй цорын ганц шалтгаан нь таталцлын хүч юм.
- Хурд Усан дахь молекулуудын хөдөлгөөн секундэд 650 метр хүрч чаддаг. Мэдээжийн хэрэг, буцалгаад ирэхэд.
- Москвагаас Владивосток руу хөөрч буй онгоц яг тэр цагт ирж болно гэдгийг та мэдэх үүцаг явах уу? Баримт нь цагны шонгийн зөрүү 9 байнацаг. Тэр бол , хэрэв онгоц гурван цагийн дотор замыг туулж чадвал та нэгэн зэрэг ирнэцаг , тэд тийшээ явсан.
- Физик нь олон алдаа дутагдалтай байдаг ч өнөөдөр юу болж байгааг ерөнхий хандлагын үүднээс тайлбарлаж чадах цорын ганц шинжлэх ухаан болсныг тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ нийтлэлд дурдсан зүйлсийн ихэнх нь сургуулийн сургалтын хөтөлбөрорчин үеийн барууны сургуулийн хүүхдүүд, тиймээс тэдэнтэй хөл нийлүүлэн алхахын тулд илүү ихийг сурч, сэтгэж сур.
Бидний эргэн тойрон дахь бүх биет атомуудаас бүрддэг. Атомууд маш жижиг тул энэ өгүүлбэрийг дуусгахад 100,00 атом үүсэх боломжтой.
Ер нь Грекчүүд 2400 жилийн өмнө атомууд байдаг тухай анх ярьж байсан. Гэвч атомын тухай санаа гарч ирэн, явсан бөгөөд 1808 онд Жон Далтон атомууд байдаг гэдгийг туршилтаар нотлох хүртэл дахин эргэцүүлээгүй.
Атом бол бидний өдөр тутам хэрэглэдэг, хүрч, харж байдаг объектын молекулуудын нэг хэсэг юм. Нэг ширхэг элсэнд маш олон атом байдаг тул тэдгээрийн тоог далайн эрэг дээрх элсний ширхэгийн тоотой харьцуулж болно.
Хатуу ба шингэн
Харин шингэнд молекулууд нь хоорондоо нягт наалддаг боловч хатуу биетүүд шиг нягт биш байдаг тул тэд эргэн тойрон хөдөлж, хэлбэрээ өөрчилж чаддаг. Гэхдээ шингэнийг шахах боломжгүй.
Хийн молекулууд хоорондоо чөлөөтэй холбогддог тул тархаж, орон зайг дүүргэж чаддаг. Үүнээс гадна хийн молекулуудыг жижиг хэмжээтэй шахаж болно.
Сонирхолтой нь шил биш юм хатуу бие. Бодит байдал дээр шил нь шингэн боловч маш наалдамхай тул бид хэрхэн урсаж байгааг анзаардаггүй.
- Нарны аймгийн хамгийн том усны нөөц нь анх харахад хачирхалтай мэт боловч наранд байдаг. Усны молекулууд хэлбэрээрХосууд нь нарны толбо дээр төвлөрч, температур нь ойр орчмынхоос нэг ба хагас мянган градусаар бага, мөн хамгийн бага температурын бүсэд - одны гадаргуу доорх нарийхан давхаргад байрладаг.
- Бодис нь талст болон шингэний шинж чанарыг нэгэн зэрэг агуулж байдаг “эмх замбараагүй супер нэгэн төрлийн байдал” хэмээх тусгай төлөв байдаг. Үүнийг анх физикчид шингэн гели болон энгийн плазмаас нээсэн боловч саяхан биологичид тахиа судлах явцад түүнтэй тааралдсан.өөр нүд. Хэрхэн бусад нь өдрийн цагаар ажилладагx шувууд, тахиа нь улаан, хөх, ногоон, ягаан, гэрлийн мэдрэмжийг хариуцдаг таван төрлийн фоторецептортой байдаг. Тэд бүгд нүдний торлог бүрхэвч дээр нэг давхаргад байрладаг, анх харахад санамсаргүй байдлаар байрладаг боловч хэв маягийг нарийвчлан судалсны дараа конус бүрийн эргэн тойронд бусад боргоцойнууд харагдах хориотой бүс байдаг нь тогтоогджээ. ижил төрлийг оруулаагүй болно. Үүний үр дүнд систем нь нэг дараалсан хэлбэрийг авч чадахгүй, харин аль болох нэгэн төрлийн байхыг эрмэлздэг.
- Заримдаа зузаан дор байдаг далайн мөсСталактиттай төстэй том мөсөн бүрхүүлүүд гарч ирж болно. Мөс үүсэх үед түүний болор торонд давс үлдэхгүй, зарим үед маш хүйтэн, маш давслаг усны доош урсац үүсдэг. Тодорхой нөхцөлд ийм урсгалын эргэн тойронд мөсний давхарга доошоо ургаж эхэлдэг. Хэрэв далай нь тодорхой газар гүехэн байвал мөсөн бүрхүүл ёроолд хүрч, зарим хэвтээ чиглэлд ургасаар байна.