Goodtech

Метка: Research.

  • Нобелевская премия за квантовое туннелирование: физики из США впервые продемонстрировали эффект

    Нобелевская премия за квантовое туннелирование: физики из США впервые продемонстрировали эффект

    Нобелевская премия по физике в этом году присуждена исследователям Джону Кларку, Мишелю Девору и Джону Мартинису за открытие эффектов макроскопического квантово-механического туннелирования и квантование энергии в электрической цепи. 

    Кларк, Девор и Мартинис проводили эксперименты с электрическим контуром, демонстрируя значительные эффекты квантово-механического туннелирования и достаточно большие квантованные уровни энергии. Квантовая физика позволяет частицам проходить через барьеры в процессе, называемом туннелированием, тогда как классическая физика предполагает, что такие барьеры непреодолимы для частиц.

    Когда в процессе участвует большое количество частиц, квантово-механические эффекты преимущественно становятся незначительными. Однако нынешние нобелевские лауреаты по физике экспериментально показали, что квантово-механические свойства не теряются в макроскопическом масштабе.

    В 1984-1985 годах Кларк, Девор и Мартинис провели серию экспериментов, используя электронную схему из сверхпроводников с эффектом Джозефсона — тонким изоляционным слоем между двумя сверхпроводниками. Это позволило контролировать взаимодействие волновых функций двух сверхпроводников. Совершенствуя и измеряя все свойства этой схемы, ученые контролировали и исследовали явления, которые возникали во время прохождения тока. Заряженные частицы, которые двигались через сверхпроводник, образовывали состояние как бы одной частицы, которая заполняла всю схему.

    Система сохранялась в этом состоянии, позволяя току протекать без напряжения. При этом исследователи фиксировали эффекты квантового туннелирования, что создавало кратковременное напряжение. Результаты экспериментов продемонстрировали квантовую природу в макромасштабе. Когда на цепь подавались волны различной частоты, некоторые из них провоцировали переход системы к более высоким энергетическим уровням.

    Это стало первой демонстрацией квантования в достаточно большой энергетической системе, которую можно было бы подержать в руках. Эксперимент Кларка, Деворе и Мартиниса подтвердил, что квантовые эффекты не исчезают на больших масштабах, если частицы находятся в едином квантовом состоянии. Исследования ученых значительно подтолкнули развитие квантовой криптографии, квантовых компьютеров и датчиков.

    Напомним, что в 2024 году Нобелевскую премию получили Джон Хопфилд и Джеффри Гинтон за разработку методов, которые легли в основу современного машинного обучения.

    В 2023 году Нобелевскими лауреатами стали Пьер Агостини, Ференц Крауш и Анн Л’Юлье за обнаружение нового эффекта от взаимодействия лазерного света с атомами в газе, который можно использовать для создания более коротких импульсов света, которые измеряются в аттосекундах.

    Источник: Комитет Нобелевской премии

    https://itc.ua/news/nobelevskaya-premyya-za-kvantovoe-tunnelyrovanye-fyzyky-yz-ssha-vpervye-prodemonstryrovaly-effekt/

  • Меньше чем "золотой миллиард": только 1% людей в мире имеют здоровую диету

    Меньше чем "золотой миллиард": только 1% людей в мире имеют здоровую диету

    В отчете EAT-Lancet Commission 2025 отмечается, что менее 1% людей на планете придерживаются принципов здорового питания, не нанося при этом вреда собственному здоровью и окружающей среде.

    Среди авторов отчета, анализирующего влияние глобальной системы продовольствия на окружающую среду и здоровье людей, диетологи, климатологи, экономисты, врачи и аграрии из 35 стран. По результатам исследования специалисты пришли к выводу, что современная система производства пищевых продуктов угрожает климату, провоцирует загрязнение почвы, воды, воздуха и нарушает круговорот азота и фосфора.

    Исследователи утверждают, что масштабный переход к системе здорового питания позволил бы ежегодно избегать 15 млн преждевременных смертей и уменьшить объемы выбросов парниковых газов на 20%. Изменение пищевых предпочтений также позволило бы восстановить экосистемы и сделало бы глобальную продовольственную систему более устойчивой.

    «Если бы все люди питались здоровой пищей, мы смогли бы прокормить 10 млрд человек к 2050 году, используя на 7% меньше земли, чем сегодня. Этот отчет — не о запретах, а о возможностях. Он показывает, что изменив то, что мы едим, мы можем одновременно улучшить здоровье людей и восстановить планету. Это повод не для тревоги, а для действия — и для празднования», — утверждает главный научный сотрудник EAT Фабрис ДеКлерк. 

    Он добавил, что человечество до этого никогда не имело возможности кормить больше людей , используя меньшее количество ресурсов. В отчете подчеркивается, что сейчас 6,9 млрд людей на планете потребляют чрезмерное количество пищи, преимущественно мяса, молочных продуктов, сахара и ультраобработанных товаров. В то же время 3,7 млрд жителей имеют ограниченный доступ к здоровому питанию.

    Авторы отчета рекомендуют поддерживать так называемую Планетарную диету здоровья (Planetary Health Diet, PHD), которая включает овощи, фрукты, бобовые, орехи, цельнозерновые злаки. При этом мясо, рыба и молочные продукты считаются необязательными. В отношении них созданы четкие верхние пределы потребления.

    PHD предполагает, что в течение недели вполне достаточно 200 г говядины. Как отмечает Фабрис ДеКлерк, эта диета довольно гибкая и адаптирована к культурным и этническим особенностям. По его словам, в большинстве случаев традиционные кухни разных стран лучше отражают принципы здорового питания. 

    ДеКлерк также добавил, что тот 1% людей, которые придерживаются указанных принципов, живут в развитых странах с достойным заработком и доступом к здоровым продуктам. Исследователь подчеркнул, что среди наиболее ярких примеров, страны Средиземноморья и Юго-Восточной Азии. 

    Соавтор отчета, директор Потсдамского института исследования влияния климата Иоганн Рокстрем также подтвердил, что реформирование глобальной продовольственной системы необходимо для дальнейшей безопасности и здоровья людей и экосистем в будущем. По подсчетам авторов отчета, сейчас 30% самых богатых представителей человечества на планете оказывают более 70% негативного влияния на экологию в связи с пищевыми предпочтениями.

    Исследователи призывают руководство стран к немедленным действиям. Они предлагают реформирование продовольственной системы, советуют поддерживать доступ к здоровым продуктам и переход к устойчивым продовольственным практикам.

    Источник: Science Focus

    https://itc.ua/news/menshe-chem-zolotoj-myllyard-tolko-1-lyudej-v-myre-ymeyut-zdorovuyu-dyetu/

  • Ученые вылечили Альцгеймера у мышей единственным уколом

    Ученые вылечили Альцгеймера у мышей единственным уколом

    В течение десятков лет ученые разными способами пытались обуздать болезнь Альцгеймера, считавшуюся неизлечимой. Новый прорыв наконец позволил избавиться от этого возрастного заболевания в результате буквально одной инъекции.

    Большинство имеющихся препаратов влияет непосредственно на бета-амилоидные белки, которые накапливаются в мозге. Однако такой подход демонстрирует довольно ограниченные результаты. Вместо этого международная группа исследователей решила перезагрузить систему самоочищения в мозгу .

    Ученые использовали наночастицы для восстановления функции гематоэнцефалического барьера, получив удивительные результаты. Буквально за 2 часа удалось очистить мозг мышей с прогрессирующей болезнью Альцгеймера от почти половины амелоидных бляшек. 

    При этом восстановление когнитивных функций сохранялось. У больных мышей восстановилась память и способность к обучению на уровне со здоровыми особями. Улучшенные показатели сохранялись минимум полгода после однократного лечения.

    Поскольку мозг чрезвычайно чувствительный орган, он требует серьезной защиты от токсинов и патогенов. Гематоэнцефалический барьер проверяет каждую молекулу и пропускает только питательные вещества. Кроме этого этот барьер также осуществляет «уборку», избавляясь от бета-амилоидных белков. Однако в случае болезни Альцгеймера эта система выходит из строя.

    Бета-амилоидные белки накапливаются и приводят к разрушению мозговых тканей, вызывая воспаление и нарушая связь между нейронами. В конце концов, это заканчивается тем, что клетки мозга начинают умирать. 

    В течение многих лет ученые рассматривали нарушения работы гематоэнцефалического барьера как признак поздней стадии развития болезни Альцгеймера. Однако появляется все больше данных о том, что такое представление ошибочно. Нарушение работы этого барьера может происходить одним из первых во время болезни Альцгеймера, что запускает дальнейшие катастрофические последствия. 

    «Большинство современных методов лечения болезни Альцгеймера направлены на удаление бета-амилоида или защиту нейронов после того, как повреждение уже произошло. Но на данный момент защитный барьер мозга уже разрушается; он больше не может должным образом доставлять питательные вещества и выводить отходы. Мы стремимся восстановить этот барьер, поскольку он является основой проблемы. Здоровый гематоэнцефалический барьер поддерживает клетки мозга, регулирует воспаление и поддерживает среду, необходимую нейронам для функционирования. Восстанавливая сосудистую сеть, мы помогаем мозгу восстановить естественный баланс, делая любую другую терапию более эффективной и длительной», — объясняет автор исследования Джузеппе Батталья. 

    Восстановление гематоэнцефалического барьера непростая задача. В мозге содержится около миллиарда капилляров, образуя сложную систему с высоким уровнем безопасности. Ключевую роль в этой системе играет белок LRP1, который чистит мозг от токсичных бета-амилоидных белков. У людей с болезнью Альцгеймера выработка этого белка резко снижается, а оставшиеся LRP1 разрушаются под воздействием бета-амилоидных белков. 

    Для решения этой проблемы Джузеппе Батталья и его коллеги создали интеллектуальную систему доставки — крошечную синтетическую сферу, которая называется полимерсомой. Эта частица представляет собой большое количество различных компонентов, работающих вместе. 

    «Вместо того, чтобы использовать одну активную молекулу, как в традиционных препаратах, наши наночастицы состоят из множества небольших компонентов, которые собираются подобно строительным блокам. Эти компоненты работают совместно, не только доставляя лекарство, но и эффективно взаимодействуя с гематоэнцефалическим барьером. Именно поэтому мы называем их «супрамолекулярными препаратами»: они действуют через структуру и взаимодействие, помогая собственным клеткам мозга перезапустить процессы, прекратившиеся при болезни Альцгеймера», — рассказывает Батталья. 

    Исследователи покрыли поверхность полимерсомы специальным пептидом, который связывается с белками LRP1 вследствие мультивалентности. Недостаточное количество этого пептида делало синтетическую частицу неэффективной, а чрезмерное — похожей на бета-амилоидные белки, связывая слишком сильно. В итоге ученые добавили 40 пептидов на частицу, а после протестировали на мышах с болезнью Альцгеймера. 

    В исследовании участвовали мыши возрастом около года, генетически модифицированные для развития агрессивной формы, схожей с болезнью Альцгеймера. Мыши были старыми, а их мозг был покрыт бета-амилоидными белками, вызывая значительные когнитивные нарушения. Буквально через 2 часа после единственного укола концентрация бета-амилоидов в мозге мышей снизилась почти на 45%. 

    Концентрация бета-амилоидов снижалась не только в мозге, но и в плазме крови. Это свидетельствовало о том, что токсичные белки из мозга попадали в организм для утилизации. Количество бета-амилоида, выведенного из мозга, практически полностью соответствовало его избытку в крови. Результаты сохранялись через 6 месяцев после инъекции. 

    «Результаты оказались на удивление устойчивыми. Быстрое снижение уровня амилоида показывает, что после восстановления транспортной системы барьера мозг может эффективно выводить самостоятельно вредные белки. Даже спустя месяцы мы наблюдаем улучшение памяти и функций мозга у животных, прошедших лечение. Это говорит о том, что реактивация естественных механизмов восстановления мозга может иметь долгосрочные преимущества, а не только временные», — отмечает Батталья. 

    Следующими шагами исследователей будет подтверждение безопасности их метода и воспроизводимость на больших по размерам животных, проведение подробных токсикологических исследований в соответствии с нормативными стандартами. Только после этого можно будет переходить к ранним клиническим испытаниям Цель — перенести этот подход из лаборатории на пациентов, предложив новый способ лечения болезни Альцгеймера, восстанавливая собственные защитные и восстановительные системы мозга

    Результаты исследования опубликованы в журнале Nature

    Источник: ZME Science

    https://itc.ua/news/uchenye-vylechyly-altsgejmera-u-myshej-edynstvennym-ukolom/

  • Глобальное потепление может вызвать ледниковый период: виноваты люди и водоросли

    Глобальное потепление может вызвать ледниковый период: виноваты люди и водоросли

    Результаты исследования ученых Доминика Хюльса и Энди Риджвелла указывают, что дальнейший рост выбросов CO₂ и глобальное потепление могут спровоцировать новый ледниковый период

    Долгое время ученые считали, что постепенное разрушение силикатных пород играет ключевую роль в регулировании климата на планете. Дождь поглощает CO₂ из воздуха и выпадает на поверхности горных пород, способствуя медленному растворению минералов. В результате химических реакций углерод и кальций попадают в океаны , где их как строительные материалы используют кораллы. В течение миллионов лет углерод и кальций накапливаются на морском дне и не попадают обратно наружу. 

    «Когда планета нагревается, горные породы выветриваются быстрее и поглощают больше CO₂, что позволяет Земле снова остыть», — объясняет Доминик Хюльс. 

    На протяжении всей истории климат на планете менялся и в определенные периоды Земля была покрыта снегом и льдом. Исследователи отмечают, что эти экстремальные периоды похолодания нельзя объяснить только выветриванием горных пород, должны быть и другие факторы. 

    Скорее всего, одним из ключевых факторов является механизм хранения CO₂ на океаническом дне. По мере роста углекислого газа в атмосфере и потепления планеты в океаны поступает все больше питательных веществ, особенно фосфора. Эти питательные вещества стимулируют рост водорослей, которые поглощают углерод в результате фотосинтеза. Умирая, эти водоросли опускаются на морское дно вместе с поглощенным CO₂. 

    Однако рост глобальной температуры и активное увеличение водорослей ведут к потере кислорода в океане. Это приводит к переработке фосфора вместо его долгосрочного хранения в отложениях. Возникает обратная связь: большое количество питательных веществ увеличивает концентрацию водорослей, которые разлагаясь поглощают еще больше кислорода. Это приводит к образованию еще большего количества питательных веществ. В то же время большое количество углерода захоронено в отложениях, что приводит к охлаждению Земли. 

    В течение нескольких лет Доминик Хюльс и Энди Риджвелл совершенствовали собственную компьютерную модель планетарной системы, включая в нее все больше и больше процессов. Исследование показывает, что более низкие концентрации кислорода в атмосфере, которые наблюдались в геологическом прошлом, могли спровоцировать сильную обратную связь с питательными веществами и вызвать экстремальные ледниковые периоды на ранней стадии истории Земли.

    «Эта более полная модель земной системы не всегда постепенно стабилизирует климат после фазы потепления, скорее, она может компенсировать его и охладить Землю до температуры значительно ниже начальной — однако этот процесс может занять сотни тысяч лет. В компьютерной модели исследования это может спровоцировать ледниковый период. Используя только силикатное выветривание, мы не смогли смоделировать такие экстремальные значения», — отмечает Доминик Хюльс. 

    Поскольку сейчас в результате деятельности человечества выбросы CO₂ продолжают расти, планета будет нагреваться все сильнее. Согласно модели, построенной исследователями, это может привести к резкому похолоданию. Ученые прогнозируют, что оно будет мягче, поскольку сейчас атмосфера содержит больше кислорода , чем в далеком прошлом. 

    «В конце концов, имеет ли вообще какое-то значение, начнется ли следующий ледниковый период через 50, 100 или 200 тыс. лет? Нам нужно сейчас сосредоточиться на ограничении продолжающегося потепления. Естественное охлаждение Земли не произойдет достаточно быстро, чтобы помочь», — замечает Энди Риджвелл. 

    Далее исследователи хотят использовать собственную модель, чтобы понять, каким образом планете удавалось быстро восстанавливаться после предыдущих значительных климатических потрясений и как взаимодействие с морскими отложениями способствовало этому.

    Результаты исследования опубликованы в журнале Science

    Источник: SciTechDaily

    https://itc.ua/news/globalnoe-poteplenye-mozhet-vyzvat-lednykovyj-peryod-vynovaty-lyudy-y-vodorosly/

  • Ученые опровергли миф: спорт не сокращает жизнь из-за нагрузки на сердце

    Ученые опровергли миф: спорт не сокращает жизнь из-за нагрузки на сердце

    Недавнее исследование австралийских ученых развенчивает миф о том, что интенсивные физические упражнения ухудшают состояние сердца из-за значительных нагрузок.

    Результаты исследования продемонстрировали, что у физически развитых людей частота сердечных сокращений в течение дня ниже, чем у тех, кто ведет малоподвижный образ жизни. Авторы исследования указывают, что у спортсменов средняя частота сердечных сокращений составляла 68 ударов в минуту, тогда как у тех, кто не занимается спортом, этот показатель составлял 76 ударов в минуту. За сутки это составляет 97 тыс. 920 ударов сердца против 109 тыс. 440 — у людей, не занимающихся спортом.

    «Это невероятная экономия — около 11 тыс. 500 ударов в день. Хотя сердце спортсменов работает интенсивнее во время тренировок, более низкая частота сердечных сокращений в состоянии покоя полностью компенсирует этот недостаток», — объясняет руководитель Лаборатории сердца, работающей при поддержке Института медицинских исследований Сент-Винсента и Научно-исследовательского института сердца им. Виктора Чанга, профессор Ла Жерш. 

    Исследование показало, что у наиболее развитых физически  спортсменов частота сердечных сокращений в состоянии покоя составляла всего 40 ударов в минуту. У среднестатистического человека показатель сердечных сокращений составляет 70-80 ударов в минуту. Результаты исследования опровергают давнюю поговорку, популяризированную президентом США Дональдом Трампом, о том, что тело является батареей с конечным запасом энергии, а физические упражнения только истощают ее .

    «Чем лучше ваша физическая форма, тем эффективнее становится ваш метаболизм. Даже если вы усиленно тренируетесь час в день, ваше сердце бьется медленнее оставшиеся 23 часа. В результате общее количество ударов сокращается», — отмечает профессор Ла Жерш. 

    Как утверждает Ла Жерш, увеличение физической активности при соблюдении мер безопасности может улучшить работу сердца и снизить долгосрочный риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Физические упражнения, по его словам, тесно связаны с улучшением психического здоровья и увеличением продолжительности жизни.

    «Всего несколько часов целенаправленных тренировок в неделю могут повысить эффективность работы вашего сердца и сделать каждый удар более значимым. Это может даже продлить вашу жизнь на годы», — отмечает Ла Жерш. 

    Результаты исследования опубликованы в журнале JACC: Advances

    Источник: SciTechDaily

    https://itc.ua/news/uchenye-oprovergly-myf-sport-ne-sokrashhaet-zhyzn-yz-za-nagruzky-na-serdtse/

  • Жиры полезны, кето-диета сохраняет мозг молодым, — исследование

    Жиры полезны, кето-диета сохраняет мозг молодым, — исследование

    Американские исследователи из Университета Миссури обнаружили, что кето-диета с высоким содержанием жиров и низким количеством углеводов может улучшить здоровье мозга у людей с повышенным риском развития болезни Альцгеймера.

    Рыба, морепродукты, мясо, овощи без содержания крахмала, ягоды, орехи, семена, яйца и жирные молочные продукты могут иметь большую пользу для здоровья мозга. Результаты исследования показывают, что кето-диета может помочь в поддержании здоровья мозга и даже замедлить или предотвратить ухудшение когнитивных функций у людей с повышенным риском развития болезни Альцгеймера.

    Профессор медицинского факультета Ай-Лин Линь и аспирантка Кира Иванич исследуют, какую пользу может принести кето-диета людям, родившимся с геном APOE4 — самым сильным из известных генетических факторов риска развития болезни Альцгеймера. В недавнем исследовании на мышах ученые установили, что у самок с геном APOE4 развилась более здоровая кишечная микрофлора и наблюдался больший уровень энергии в мозге при соблюдении кето-диеты по сравнению с контрольной группой, которая употреблявшей больше углеводов. Однако у самцов подобных изменений не наблюдалось. 

    «Когда мы едим углеводы, наш мозг превращает глюкозу в топливо для мозга, но людям с геном APOE4, особенно женщинам, сложно превращать глюкозу в энергию для мозга, и это может привести к снижению когнитивных функций в будущем. При переходе на кето-диету вырабатываются кетоны, которые используются как альтернативный источник энергии. Это может снизить риск развития болезни Альцгеймера, сохраняя здоровье клеток мозга», — объясняет Кира Иванич. 

    Результаты исследования подчеркивают необходимость точного определения диет для тех, кому они могут принести наибольшую пользу. Как отмечает Ай-Лин Линь, не надо ожидать, что какой-то один вариант будет подходить абсолютно всем. При подборе диеты необходимо учитывать такие факторы как пол, возраст, генотип, и микробиом кишечника. 

    Ми недавно писали , что международная команда ученых смогла продемонстрировать, как развитие болезни Альцгеймера у мышей можно обратить всего одним уколом.

    Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Neurochemistry

    Источник: SciTechDaily

    https://itc.ua/news/zhyry-polezny-keto-dyeta-sohranyaet-mozg-molodym-yssledovanye/

  • MIT открыл тайные атомные структуры металлов, сохраняющиеся даже в сплаве: "Нельзя полностью случайно

    MIT открыл тайные атомные структуры металлов, сохраняющиеся даже в сплаве: "Нельзя полностью случайно

    Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что скрытый атомный порядок в металлах может сохраняться даже после экстремальных условий обработки.

    В течение десятилетий ученые считали, что в металлах содержатся тонкие химические структуры, слишком незначительные, чтобы влиять на эксплуатационные свойства . Однако недавние исследования показали, что эти структуры могут существенно влиять на свойства металлов, включая механическую прочность, теплоемкость, устойчивость к радиации и другие особенности.

    Исследователи из MIT установили, что определенные химические закономерности присутствуют в металлах, полученных традиционным путем. Ученые разработали простую модель для прогнозирования этих закономерностей и показали, как ее можно использовать для настройки их влияния на свойства металлов в аэрокосмической промышленности, полупроводниках, ядерных реакторах и других сферах.

    «Вывод таков: полностью хаотизировать расположение атомов в металле невозможно. Не имеет значения, как его обрабатывают. Это первая работа, демонстрирующая эти неравновесные состояния, сохраняющиеся в металле. Сейчас мы не контролируем этот химический порядок и не обращаем на него внимания при производстве металлов», — объясняет ученый из кафедры материаловедения и инженерии MIT Родриго Фрейтас. 

    Исследователи начали с поиска ответа на вопрос, насколько быстро химические элементы смешиваются в процессе обработки металлов. Считается, что существует определенная точка, в которой химический состав металлов становится полностью однородным . Обнаружив эту точку, ученые решили разработать простой способ создания сплавов с различным уровнем атомного порядка. Они использовали методы машинного обучения для отслеживания движения и перегруппировки миллионов атомов в условиях, имитирующих традиционную обработку металлов.

    «Первым делом мы деформировали кусок металла. Это обычный этап производства: металл прокатывается, деформируется, снова нагревается и деформируется еще немного, чтобы получить нужную структуру. Мы это сделали и отследили химический порядок. Идея заключалась в том, что при деформации материала его химические связи разрушаются, и это хаотизирует систему. Эти интенсивные производственные процессы по сути перемешивают атомы», — рассказывает Родриго Фрейтас. 

    Однако в процессе перемешивания исследователи столкнулись с проблемой: сплавы так и не достигли полностью случайного хаотического состояния. Для того, чтобы понять причины, ученые создали новые вычислительные инструменты, включая высокоточные модели машинного обучения, для регистрации взаимодействия между атомами, и новые статистические методы, количественно оценивающие изменения химического порядка с течением времени.

    Они использовали эти инструменты в крупномасштабном моделировании молекулярной динамики для отслеживания перегруппировки атомов в процессе обработки. Ученые обнаружили определенные нестандартные структуры в обработанных металлах, однако при более высоких температурах, чем можно было ожидать.

    Кроме этого ученые обнаружили совершенно новые химические структуры, которые никогда до этого не наблюдались за пределами производственных процессов. Исследователи назвали эти структуры «состояниями, далекими от равновесия». Ученые построили простую модель, воспроизводящую ключевые особенности моделирования. Она объясняет, как химические узоры образуются из дефектов, известных как дислокации, подобных трехмерным каракулям.

    При деформации металлов эти дефекты также деформируются, вызывая изменение порядка соседних атомов. До этого исследователи считали, что изменение расположения атомов полностью разрушает порядок в металлах, однако обнаружили, что дефекты приводят к обмену местами между атомами, что свидетельствует не о случайном характере, а о тонкой закономерности.

    «Эти дефекты имеют химические преимущества, которые определяют их движение. Они ищут пути с низкой энергией, поэтому если есть выбор между разрывом химических связей, они, как правило, разрывают самые слабые, и это не совсем случайный процесс. Это очень интересно, потому что это неравновесное состояние: оно не встречается в природе в материалах. Так же наши тела живут в неравновесном состоянии. Температура снаружи всегда выше или ниже температуры нашего тела, и мы поддерживаем это устойчивое равновесие, чтобы оставаться живыми. Именно поэтому такие состояния существуют в металле: баланс между внутренним стремлением к беспорядку и этой упорядочивающей тенденцией к разрыву определенных связей, которые всегда слабее других», — подчеркивает Родриго Фрейтас. 

    Сейчас исследователи продолжают изучать, как эти химические структуры формируются в широком спектре производственных условий. Они создали карту, связывающую различные этапы обработки металлов с различными химическими структурами. Исследователи надеются, что с помощью этой карты инженеры смогут начать рассматривать эти закономерности как рычаги в дизайне, которые можно использовать в процессе производства для получения новых свойств. 

    По словам Фрейтаса, сейчас изучается, как эти конфигурации атомов изменяют свойства металлов. Одним из ключевых факторов является катализ. 

    «Электрохимические процессы происходят на поверхности металла и очень чувствительны к локальному расположению атомов. Кроме того, существуют другие свойства, на которые, казалось бы, эти факторы не влияют. Еще один важный фактор — радиационное повреждение. Оно влияет на характеристики этих материалов в ядерных реакторах. Можно представить области, где нужны очень оптимизированные сплавы, например, аэрокосмическую промышленность. Им нужны очень специфические составы. Современные технологии производства позволяют комбинировать металлы, которые обычно не сочетаются при деформации. Понимание того, как атомы на самом деле перемещаются и смешиваются в этих процессах, имеет решающее значение, поскольку это ключ к повышению прочности при сохранении низкой плотности«, — убеждает Фрейтас.

    Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications

    Источник: SciTechDaily

    https://itc.ua/news/mit-otkryl-tajnye-atomnye-struktury-metallov-sohranyayushhyesya-dazhe-v-splave-nelzya-polnostyu-sluchajno-raspredelyt-atomy/

  • Информация является главным компонентом Вселенной, время и пространство вторичны, — новая теория

    Информация является главным компонентом Вселенной, время и пространство вторичны, — новая теория

    Уже довольно долго физики безуспешно пытаются объединить между собой общую теорию относительности и квантовую механику в единую теорию, которая бы объясняла взаимодействие между собой ключевых сил во Вселенной.

    Отдельно обе теории прекрасно работают, описывая природу гравитации, искривление пространства-времени, мир частиц и полей. Однако попытки совместить их сталкиваются с проблемами, особенно если речь заходит о природе черных дыр, темной материи, энергии и появлении Вселенной .

    Флориан Нойкарт и его коллеги из Лейденского университета в Нидерландах ищут новые способы решения этих проблем. Они выдвинули идею, что следует рассматривать информацию, а не материю или энергию или даже пространство-время, как ключевой компонент реальности. Они назвали эту структуру квантовой матрицей памяти.

    Исследователи утверждают, что пространство-время не гладкое, а дискретное и состоит из крошечных ячеек, как предполагает квантовая механика. Каждая ячейка может хранить квантовый отпечаток каждого взаимодействия, например, прохождения частицы или взаимодействия определенных сил, таких как электромагнетизм, или ядерное взаимодействие. Каждое событие оставляет после себя крошечные изменения в локальном квантовом состоянии ячейки пространства-времени.

    Исследователи начали с рассмотрения вопроса парадокса черной дыры. Согласно теории относительности, все, что попадает внутрь черной дыры, теряется навсегда. Однако квантовая теория утверждает, что это невозможно, поскольку информация никогда не уничтожается полностью.

    Новая теория квантовой магнитной матрицы предполагает, что при попадании материи внутрь черной дыры окружающие ячейки пространства-времени фиксируют ее отпечаток. Когда черная дыра полностью испаряется, информация никуда не теряется. Она как будто уже записана в памяти пространства-времени.

    Математически это описывается так называемым оператором импринтинга — обратимой переменной, которая обеспечивает сохранение информации. Сначала исследователи применили ее к гравитации, а затем решили проверить на других видах взаимодействий. Оказалось, что они подчиняются той же схеме. 

    В модели, предполагающей существование ячеек пространства-времени, сильные и слабые ядерные взаимодействия, удерживающие ядра атомов вместе, также оставляли следы. После этого ученые использовали эту концепцию для электромагнитного взаимодействия. Оказалось, что даже простое электрическое поле изменяет состояние памяти ячеек пространства-времени. 

    Это позволило ученым сформулировать принцип дуальности геометрии и информации. Такой взгляд предполагает, что форма пространства-времени зависит не только от массы и энергии, как постулировал Эйнштейн, но и от того, как распределяется квантовая информация, особенно вследствие запутанности.

    В состоянии запутанности частицы настолько связаны между собой, что изменение состояния одной автоматически меняет состояние другой независимо от расстояния между ними. В одном из последних исследований ученые установили, что сгустки отпечатков ведут себя подобно темной материи — неизвестной субстанции, составляющей большую часть материи во Вселенной. Они группируются под воздействием гравитации и объясняют движение галактик, которые, вероятно, вращаются по орбитам с неожиданно высокой скоростью, без необходимости добавления других экзотических частиц.

    В другом эксперименте исследователи продемонстрировали, как может образовываться темная энергия . Когда ячейки пространства-времени насыщаются, они перестают регистрировать новую информацию. Вместо этого они вносят вклад в остаточную энергию пространства-времени. Этот остаточный вклад описывается той же математической формулой, что и космологическая постоянная. Совокупно эти результаты предполагают, что темная материя и темная энергия могут быть двумя сторонами одной информационной медали.

    Кроме этого исследователи рассмотрели вопрос ограниченности памяти пространства-времени. Исследователи пришли к выводу, что согласно их теории, Вселенная рождается и умирает снова и снова. Каждый цикл расширения и сжатия добавляет в реестр больше энтропии — меры хаоса. Достигнув предела, Вселенная «перескакивает» в новый цикл. 

    Достижение предела означает, что информационная наполненность пространства-времени (энтропия) достигла максимума. В этой точке сжатие уже не может быть плавным. Уравнения демонстрируют, что вместо коллапса в сингулярность, накопленная энтропия вызывает обратный процесс, который начинает новый этап расширения. Исследователи называют этот этап «отскоком».

    Сравнивая собственную модель с данными наблюдений, по оценкам исследователей, Вселенная уже прошла 3-4 цикла расширения-сжатия и впереди еще менее 10 подобных циклов. После завершения всех циклов информационная емкость пространства-времени достигнет максимума и Вселенная перейдет в финальную фазу замедляющегося расширения. Это также означает, что реальный информационный возраст Вселенной составляет около 62 млрд лет, а не только 13,8 млрд текущего расширения. 

    Исследователи уже тестировали части квантовой микромеханики на современных квантовых компьютерах, рассматривая кубиты, как крошечные ячейки пространства-времени. Используя протоколы импринтинга и извлечения, основанные на уравнениях квантовой микромеханики, они восстановили исходные квантовые состояния с точностью более 90%.

    Это доказало, что оператор импринтинга работает в реальных квантовых системах и имеет практическую пользу. Соединив импринтинг с традиционными кодами коррекции ошибок, исследователи значительно сократили количество логических ошибок. Это означает, что квантовая механика может объяснить не только космос, но и помочь в создании более совершенных квантовых компьютеров. 

    Независимо от того, окажется ли квантовая механика окончательным словом или лишь ступенькой к успеху, она открывает поразительную возможность: Вселенная может быть не только геометрией и энергией. Она также является памятью. И в этой памяти может быть записан каждый момент космической истории.

    Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

    Источники: The Conversation ; Space.com

    https://itc.ua/news/ynformatsyya-yavlyaetsya-glavnym-komponentom-vselennoj-vremya-y-prostranstvo-vtorychny-novaya-teoryya/

  • Нобелевскую премию вручили за объяснение связи экономического и технологического роста

    Нобелевскую премию вручили за объяснение связи экономического и технологического роста

    Лауреатами Нобелевской премии по экономике в 2025 году стали ученые Джоэль Мокир, Филипп Агион и Питер Ховитт за описание экономического роста под влиянием инноваций.

    Половину премии получит Джоэль Мокир за определение предпосылок устойчивого экономического роста на фоне технологического прогресса, а остальное — разделят между собой Филипп Агион и Питер Ховитт за теорию устойчивого экономического роста в результате творческого разрушения. В работах исследователей объясняется, почему именно инновации стали двигателем экономического прогресса в течение последних 20 лет.

    Ученые продемонстрировали, что технологический прогресс поддерживает непрерывный цикл замены старых продуктов на новые, это обеспечивает рост благосостояния, повышает продолжительность жизни и улучшает ее качество. В своих исследованиях Джоэль Мокир доказал, что промышленная революция в европейских странах не является случайным совпадением. Её обусловила сформированная в обществе система обмена знаниями, когда теоретические открытия начали сочетаться с практическими разработками.

    Исследователи продемонстрировали, что европейская культура открытости информации и свободного обмена мнениями и идеями подготовила основу для саморегулирующегося технологического развития. В частности, Мокир показал, что научный метод в сочетании с инженерными разработками и экономическими стимулами сделал возможным устойчивый экономический рост.

    Исследователь в своих работах также установил причины того, почему одни общества быстрее адаптируются к технологическим изменениям, тогда как другие погружаются в нищету. Ключевыми причинами оказались склонность к знаниям и доверие к науке.

    Филипп Агион и Питер Ховитт разработали теорию, объясняющую, как технологические инновации продуцируют экономический рост и одновременно социальные потрясения. Они строили собственную теорию на идее Йозефа Шумпетера о творческом разрушении. Их теория демонстрирует, что экономическое развитие происходит вследствие постоянной замены устаревших технологий новыми.

    Появление каждой новой технологии создает новые рабочие места, отдельные отрасли и возможности, однако приводит к исчезновению устаревших методов производства, профессий и компаний. В своих исследованиях Агион и Ховитт математически описали, как баланс между конкуренцией, инвестициями и госрегулированием влияет на темпы экономического развития.

    Слишком слабая конкуренция и монополия на рынке сдерживает развитие инноваций ради сохранения прибыли. Слишком жесткая конкуренция также ограничивает инвестиции в исследования, ведь предприниматели не хотят рисковать уже имеющимися преимуществами. Эта теория помогла правительствам многих стран понять, как инвестировать в технико-научное развитие, сохраняя социальную стабильность. Она стала основой современной политики в области инноваций, конкуренции и образования во многих странах, включая ЕС, Канаду и Южную Корею.

    Филипп Агион и Питер Ховитт подчеркивают, что государственные институты должны не тормозить, а способствовать развитию инноваций, создавая комфортные условия для предпринимателей, и помогая людям, которые рискуют потерять рабочие места.

    Мы писали , что Нобелевскую премию по химии в этом году присудили Сусуму Китагаве, Ричарду Робсону и Омару М. Яги за исследование металлорганических каркасов.

    Нобелевскую премию по физике в этом году присудили Джону Кларку, Мишелю Девору и Джону Мартинису за открытие эффектов макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи.

    Нобелевскую премию по медицине получили ученые из США, Японии и Швеции за прорыв в лечении рака и аутоиммунных болезней.

    Источник: Нобелевский комитет

    https://itc.ua/news/nobelevskuyu-premyyu-vruchyly-za-obyasnenye-svyazy-ekonomycheskogo-y-tehnologycheskogo-rosta/

  • Научный ответ: почему песни "застревают" в голове

    Научный ответ: почему песни "застревают" в голове

    Австралийские исследователи нашли научное объяснение того, почему в голове у людей возникают навязчивые песни.

    Профессор лаборатории эмпирического музыковедения Школы искусств и медиа Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее Эмери Шуберт и его коллеги заявляют о наличии в мозге так называемой музыкальной памяти. Исследователи утверждают, что в отличие от аудиозаписи, которая воспроизводится от начала и до конца, музыка в голове распределена в кластерах по узнаваемости и сходству. Некоторые из этих музыкальных кластеров используются многократно всякий раз, когда это возможно. 

    Влияние музыки связывает эти кластеры между собой с помощью ментальной сети, которая напоминает ряд инструкций: «начать с этого вступления, проиграть куплет дважды, а затем перейти к припеву и повторить его четыре раза, далее перейти к следующей части, вернуться к куплету, повторить его» и т.д. Эти инструкции являются ключевой частью механизма навязчивых мелодий в голове.

    Спровоцировать появление навязчивой мелодии могут несколько факторов: недавнее прослушивание части или всей песни, прослушивание похожих песен или даже услышанная случайно фраза из знакомой песни. Если человек каждое утро слушает музыку во время поездки в автобусе, случайный фрагмент песни может возникнуть в голове даже когда музыка не играет.

    Навязчивые мелодии возникают когда активируется группа участков мозга, известная как сеть пассивного режима. Она связана с мечтательностью, блужданием мыслей, позволяя навязчивым и повторяющимся мыслям легче выныривать из подсознания. Эта сеть предпочитает запоминать любимые фрагменты песен и проигрывать их снова и снова, сколько возможно .

    Участки мозга, связанные с концентрацией внимания, которые знают, сколько на самом деле должен воспроизводиться тот или иной фрагмент песни и что должно идти дальше, не имеют доступа к этой сети пассивного режима. Ум свободно вращается вокруг повторяющегося фрагмента, поскольку не видит причин останавливаться.

    Некоторые исследователи установили, что есть люди, которым нравится слушать песни у себя в голове, однако они могут повторяться раз за разом в течение многих часов и даже дней. Для того чтобы избавиться от навязчивой мелодии или песни необходимо отключить эту пассивную сеть. Один из самых простых способов — спеть навязчивую песню кому-то другому. Также можно заменить одну песню на другую.

    Компания Atlassian, занимающаяся разработкой программного обеспечения, даже опубликовала 40-секундную аудиодорожку, призванную подавлять навязчивые мелодии. В такой мелодии нет ни одного непрерывного повторения, за которое можно было бы зацепиться.

    Если вас раздражают постоянные навязчивые мелодии в голове, вот еще один совет. Слушайте много разной музыки и полюбите свою внутреннюю музыкальную память. 

    Источники: The Conversation ; ScienceAlert

    https://itc.ua/news/nauchnyj-otvet-pochemu-pesny-zastrevayut-v-golove/