SciOne

Иллюзия гипергиганта: как крупнейшая звезда Магелланова Облака притворилась умирающей

2026-02-23T20:54:34.569Z

Данные со спектрометров испортили астрофизикам красивые похороны и выявили реального виновника суеты.

Кадр WOH G64, полученный с помощью телескопов, и иллюстрация художника, как звезда может выглядеть поближе

С Земли, если вы находитесь где-нибудь в Южном полушарии и смотрите на ночное небо вдали от городских огней, Большое Магелланово Облако выглядит как тусклое светящееся пятно. Для невооруженного глаза это просто еще один мазок на космическом холсте. Но для астрономов эта карликовая галактика, что вращается вокруг нашего Млечного Пути, давно стала чем-то вроде открытой лаборатории. И в этой лаборатории есть один совершенно особенный объект.

Речь идет о звезде WOH G64. Чтобы вы понимали масштаб проблемы: этот красный сверхгигант больше нашего Солнца более чем в полторы тысячи раз. Если бы мы по какой-то безумной прихоти решили поместить G64 в центр нашей Солнечной системы, ее внешние слои поглотили бы орбиту Юпитера. Она излучает в сотни тысяч раз больше энергии, чем наша родная звезда.

Долгое время казалось, что мы понимаем, что с ней происходит. Красный сверхгигант находился ровно в той стадии, какую астрофизики описывают как медленное, величественное угасание. Звезда раздулась, начала исчерпывать внутренние запасы ядерного топлива и сбрасывать оболочку в окружающий космос.

Ожидалось, что она будет делать это еще очень долго, потому что никто и никогда не видел смерть красного сверхгиганта в реальном времени. Мы знаем этот процесс в теории, мы видим его последствия в виде вспышек сверхновых, но застать звезду прямо в момент финальной агонии — ни разу не удавалось.

Но в последние несколько лет G64 начала вести себя странно. Она потускнела. Стала казаться горячее. Ее пульсации изменились. Исследователи, что работают с Большим южным африканским телескопом и инструментами Европейской южной обсерватории, обнаружили, что последние стадии жизни массивных звезд устроены куда сложнее, чем мы привыкли думать.

И, возможно, мы впервые стали свидетелями. А может, нас просто водят за нос.

Космическая пыль и инфракрасное зрение

Чтобы оценить красоту того, что сейчас происходит с WOH G64, нужно сделать небольшой шаг назад и посмотреть, как вообще живут такие монстры.

Массивные звезды — те, чья масса превышает солнечную хотя бы в восемь раз, — это эдакие рок-звезды Вселенной. Они живут на максимальных скоростях. Огромная масса создает колоссальное давление в ядре, из-за чего термоядерные реакции идут с пугающей интенсивностью. В результате такие звезды сжигают свой запас водорода не за миллиарды лет, как неторопливое пока что Солнце, а всего за несколько миллионов.

Когда топливо заканчивается, ядро сжимается, а внешние оболочки, наоборот, катастрофически расширяются. Звезда остывает на поверхности и краснеет. Так рождается красный сверхгигант. На этом этапе гравитация звезды уже не может эффективно удерживать ее раздувшиеся, рыхлые внешние слои. Звезда начинает "дуть" — возникают мощнейшие звездные ветра, уносящие колоссальные объемы газа в космос. В какой-то момент этот выброшенный газ по мере удаления от звезды остывает настолько, что некоторые элементы в нем начинают конденсироваться в твердые частицы.

В астрономии это называют "пылью". Разумеется, это не та пыль, которую мы протираем с книжных полок. Это микроскопические силикатные и углеродные крупинки, похожие на мельчайший песок или сажу. Некоторые сверхгиганты выбрасывают так много материала, что буквально закутывают сами себя в плотный саван из этой космической пыли.

Именно из-за этого савана мы так долго не могли понять, что собой представляет WOH G64.

В 1960-х годах шведские астрономы Бенгт Вестерлунд, Свен Оландер и Бенгт Хедин составляли каталог красных звезд в Большом Магеллановом Облаке. Звезда под номером 64 не вызвала у них никакого трепета. Ну красная, ну гигант. Солнце тоже когда-нибудь станет красным гигантом. Аббревиатура WOH (по первым буквам фамилий первооткрывателей) закрепилась за объектом, который казался ничем не примечательным.

Постойте, но ведь мы только что говорили, что это монстр, превосходящий Солнце в полторы тысячи раз? Все дело в длине волны. Пылевой кокон вокруг звезды блестяще справляется с поглощением видимого света. В оптическом диапазоне WOH G64 выглядит тускло и невыразительно.

Ситуация радикально изменилась в восьмидесятых. Тогда NASA вместе с коллегами из Великобритании и Нидерландов вывели на орбиту IRAS — инфракрасную астрономическую спутниковую обсерваторию. Дело в том, что космическая пыль, поглощая видимый свет звезды, нагревается и начинает ярко светиться в инфракрасном диапазоне. Когда астрономы Элиас, Фрогел и Шверин навели инфракрасные инструменты на Большое Магелланово Облако, они обомлели. Оказалось, что ничем не примечательная WOH G64 — это самый яркий, самый холодный и самый пыльный красный сверхгигант во всей галактике, а ведь их там насчитывается больше тысячи.

Десятилетиями после этого открытия астрономы наблюдали за звездой. Она вела себя именно так, как положено пульсирующему красному сверхгиганту: ее блеск плавно и предсказуемо менялся, газ медленно утекал в пустоту. Рутина.

Портрет в чужой галактике

Все сломалось в прошлом десятилетии, хотя осознали мы это только сейчас.

В 2024 году международная команда астрономов из Германии, США и других стран совершила техническое чудо. Используя комплекс телескопов Европейской южной обсерватории (а он объединяет свет от нескольких телескопов, создавая виртуальную антенну размером в сотни метров), они смогли получить прямое изображение WOH G64.

Это звучит как рядовая новость, но технически это фантастика. Получить изображение диска звезды (а не просто точку света), которая находится в другой галактике на расстоянии 160 тысяч световых лет от нас — это достижение на грани современных оптических возможностей. Авторы исследования сами признаются: "это был самый четкий снимок звезды в другой галактике из когда-либо сделанных.

И на этом невероятно четком снимке обнаружилось нечто странное. Вокруг звезды сформировалось свежее, плотное облако пыли. Сверхгигант неожиданно для всех начал сбрасывать массу гораздо интенсивнее, чем раньше.

Параллельно выяснилось, что G64 стала тусклее (возможно, как раз из-за того, что новое облако пыли заблокировало еще больше света). Но самое парадоксальное — изменился ритм ее "дыхания". Звезда стала пульсировать с меньшей амплитудой, но чуть быстрее. Законы звездной физики неумолимы: если объект пульсирует быстрее, значит, он стал меньше в объеме. А раз он сжался, его поверхностная температура должна была вырасти. Звезда действительно стала казаться более горячей.

Это сочетание фактов — резкий выброс материи, сжатие и нагрев — вызвало в астрономическом сообществе понятное волнение. Одно из объяснений, которое напрашивалось само собой: WOH G64 переходит в новую фазу эволюции. Возможно, сбросив внешние холодные слои, она обнажила свои более горячие недра и превращается в так называемого "желтого гипергиганта". Это крайне редкая, нестабильная и короткая стадия перед тем, как звезда сколлапсирует и взорвется сверхновой.

Но по-настоящему захватывающим был темп происходящего. Звезды меняются тысячелетиями. А здесь мы видим драматические сдвиги за какие-то жалкие десять лет. Как отмечают сами исследователи: "все эти явления происходят в масштабах человеческого времени, что обычно совсем не так, когда мы наблюдаем за звездами".

Казалось, нам выпал уникальный, раз в тысячелетие шанс — наблюдать финальную агонию монстра в прямом эфире, год за годом отслеживая, как он готовится к смерти.

Слон, которого никто не хотел замечать

Но в науке редко бывает вот так, прямиком к тому, что запланировал, как по рельсам. В начале этого, 26 года появились новые данные, которые спутали все карты. Та же команда исследователей опубликовала результаты наблюдений, сделанных с помощью Большого южного африканского телескопа.

Это огромный инструмент с зеркалом диаметром 11 метров. Он отлично подходит для спектроскопии — процесса, при котором свет звезды раскладывается на спектр, позволяя прочитать химический состав и физические условия газа, из которого он исходит.

Данные показали мощное присутствие ионизированного газа в окрестностях G64. Ион — это атом, который потерял один или несколько электронов. Чтобы оторвать электрон от атома, нужна серьезная энергия, то есть газ должен быть нагрет до очень высоких температур. И вот где начинаются вопросы: красный сверхгигант (и даже гипотетический желтый гипергигант) недостаточно горяч, чтобы создать такое количество жесткого излучения. Источником этого нагрева должна быть гораздо более горячая звезда.

Справедливости ради надо сказать, что этот горячий газ видели в спектрах WOH G64 еще с 1980-х годов. Но тогда это не казалось такой острой проблемой. А вот что действительно сбило с толку сейчас: наряду с ионами (признаком экстремального пекла) спектры выявили четкие следы молекул.

Молекулы — это хрупкие конструкции. При высоких температурах, которые нужны для ионизации газа, связи между атомами рвутся, и молекулы распадаются. Наличие молекул неоспоримо доказывает, что где-то здесь, совсем рядом, есть значительные объемы относительно холодного газа. И скорее всего, этот холодный газ — это и есть атмосфера нашего красного сверхгиганта.

То есть WOH G64 никуда не делась. Она не сорвала с себя внешние слои и не превратилась в горячего желтого гипергиганта. Холодная атмосфера все еще на месте. Но откуда тогда берется ионизированный газ и почему звезда ведет себя так, будто умирает прямо сейчас?

Ответ, судя по всему, кроется в гипотезе, которую многие обсуждали в кулуарах, но опасались выносить на первые страницы журналов.

Дело в том, что большинство массивных звезд во Вселенной рождаются не в одиночестве, а парами. Существование компаньона у WOH G64 подозревали давно. "Долгое время астрономы допускали, что рядом с красным сверхгигантом живет меньший по размеру и более горячий близнец, но они почему-то неохотно заявляли об этом в публикациях".

Сложность состояла в том, что доказать его наличие было почти невозможно: красный сверхгигант настолько ярок в инфракрасном диапазоне и окружен таким густым облаком пыли, что свет предполагаемой второй звезды просто тонул в этом шуме.

Но теперь, когда данные сложились в парадоксальную картину, скрывать компаньона стало невозможно. Это и есть тот самый слон в комнате.

Гравитационная хирургия

Эта звездная система может выглядеть и так. В центре — колоссальный, рыхлый, пульсирующий красный шар WOH G64. А вокруг него вращается гораздо меньшая, но значительно более плотная и невероятно горячая голубая звезда.

Есть основания полагать, что орбита этого голубого компаньона не является идеальным кругом. Орбита Земли, например, почти круговая, поэтому расстояние до Солнца в течение года меняется незначительно. А вот орбита компаньона WOH G64, похоже, сильно вытянута (эксцентрична). Это значит, что большую часть времени голубая звезда находится относительно далеко от красного гиганта, но в определенные моменты своего цикла она сближается с ним.

Похоже, именно это сближение и произошло в последнее десятилетие.

Когда горячий и массивный компаньон подошел ближе к рыхлой границе красного сверхгиганта, его гравитация начала действовать как космический насос. Атмосфера WOH G64, и без того слабо удерживаемая ядром, под действием притяжения второй звезды вытянулась в сторону незваного гостя.

Поскольку атмосфера растянулась, ее плотность упала. Она стала более разреженной и прозрачной для нашего взгляда. Это блестяще объясняет, почему звезда вдруг показалась нам более горячей: мы просто стали видеть сквозь поредевшую внешнюю оболочку более глубокие, теплые слои самого сверхгиганта. При этом в атмосфере остались плотные, холодные комки газа — те самые молекулярные пятна, которые зафиксировал телескоп в Африке.

Но это еще не все. Вытянутая гравитацией атмосфера означала, что газ ушел дальше от горячего ядра сверхгиганта. Там, в холодных внешних регионах, сложились идеальные условия для стремительной конденсации. Пыль начала формироваться с невероятной скоростью, породив то самое свежее облако, которое ослепило нас на снимках 2024 года и из-за которого звезда стала казаться тусклее.

А что же с ионами? Здесь голубая звезда тоже играет главную роль. Вращаясь вокруг красного гиганта, она летит сквозь густой звездный ветер, который тот постоянно испускает. Голубая звезда захватывает часть этого газа своей гравитацией, и ее мощное, жесткое излучение моментально раскаляет и ионизирует этот материал. Ионизированный газ был там всегда, просто сейчас, когда сам красный сверхгигант немного потускнел, свечение этого горячего гало стало гораздо заметнее.

То есть мы, возможно, наблюдаем не финальную агонию умирающей звезды, а жестокое гравитационное взаимодействие в двойной системе. Компаньон подошел слишком близко, "взлохматил" атмосферу соседа, спровоцировал выброс пыли и заставил нас думать, что конец близок.

Что дальше?

Эта элегантная модель объясняет все противоречия: и одновременное присутствие молекул и ионов, и внезапное потепление, и тусклость, и облако свежей пыли. Но реальность, как это часто бывает в астрофизике, пока отказывается ставить точку.

Главный вопрос заключается в том, что будет происходить дальше. Если теория с вытянутой орбитой верна, то сейчас голубая звезда должна начать удаляться от красного сверхгиганта. Гравитационное напряжение спадет, атмосфера WOH G64 снова сожмется, станет плотной, и монстр вернет себе свой привычный, спокойный красный облик. Мы поймем, что просто стали свидетелями неудачного, но локального космического ДТП.

Но есть и альтернативный сценарий. Что, если гравитационное воздействие компаньона оказалось критическим? Что, если он не просто растянул атмосферу, а помог сверхгиганту полностью сорвать с себя эту рыхлую оболочку? Если это так, то в ближайшие годы остатки молекулярного газа окончательно рассеются в пространстве. Вместе с ними исчезнет и способность системы генерировать пыль (так как не останется подходящего материала). Кокон спадет, и мы получим беспрецедентно чистый вид на ядро бывшей WOH G64, которая действительно вступит в свою предсмертную фазу.

Но на деле мы пока не знаем, какой из этих сценариев разворачивается у нас на глазах, на расстоянии 160 тысяч световых лет. А может быть, WOH G64 выкинет что-то совершенно иное, что не вписывается ни в одну из наших моделей, продуманных и просчитанных до последней запятой.

Текст: Пётр Поливода

Крах одного доброго мифа о Монсанто по цене научной истины: рубашка-поло, “литературные негры” и рак

2025-12-07T18:50:37.297Z

Проблема на миллиард

Чтобы понять масштаб аферы и цену вопроса, расскажу, с чего все началось.

Глифосат вышел на рынок в 1970-х и поначалу казался чудом, особенно на фоне жуткого ДДТ (это инсектицид, а не музыканты). Но бум случился, когда Monsanto выпустила генетически модифицированные семена, устойчивые к отраве. Шикарно же: заливаешь поля Раундапом, убиваешь все живое, но не урожай.

Продажи гербицида взлетели. Но тогда же и появились первые вопросики. Экологи, врачи и регуляторы начали подозревать, что вещество не так уж безобидно, как утверждает реклама.

Для корпорации это был вопрос критический. Любое серьезное сомнение в безопасности глифосата ставило под угрозу не просто продажи одной банки с отравой, а всю техцепочку (это комплекс товаров и услуг компании, он назывался Roundup Ready (ГМО-семена + гербицид). Это были уже блаженные и проклятые 90-ые.

Компании нужен был железобетонный аргумент в защиту. Не просто маленькое исследование, а фундаментальный научный труд, обзор, на который можно было бы опираться в СМИ да и рекламе.

Операция 2000 года

И вот в 2000 году авторитетный журнал Regulatory Toxicology and Pharmacology публикует обзорную статью. Её авторами значатся три тяжеловеса от науки: Гэри Уильямс (патолог из Нью-Йоркского медицинского колледжа), Роберт Кроес (токсиколог из Утрехта) и Иэн Манро (токсиколог из Канады).

Ученые заключили, что глифосат “не представляет риска для здоровья человека” ("does not pose a health risk to humans"). Более того, они утверждали, что “при нынешних и ожидаемых условиях использования НЕТ ПОТЕНЦИАЛА для того, чтобы гербицид Раундап представлял риск для здоровья людей” ("under present and expected conditions of new use, there is no potential for Roundup herbicide to pose a health risk to humans").

Статья попала в топ-0,1% самых цитируемых работ по этой теме (это очень много, на случай, если вам покажется, что это очень мало). Статью использовали как научное доказательство в Конгрессе США, в Международном суде и в Европейской парламентской службе. Даже Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опиралось на неё в своих обзорах безопасности вплоть до 2016 года.

Казалось бы, проблема для Монсанто решена. Правда начала всплывать только в 2017 году, и не благодаря научным проверкам, а благодаря юристам.

Как это делалось на самом деле

В ходе судебных исков от людей, заболевших раком (неходжкинская лимфома), вскрыли внутренние архивы Монсанто.

И вот тут самое интересное. В документах нашли переписку, в реальность которой сложно было бы поверить, если бы это попало в материалы разбирательств.

В одном из писем сотрудник Монсанто обсуждал, как подготовить научную статью, не тратя слишком много денег на внешних экспертов. Вот так просто:

«...снизить расходы, если мы сами напишем текст, а они просто отредактируют и подпишут свои имена, так сказать. Вспомните, именно так мы поступили с Уильямсом, Кроесом и Манро в 2000 году» ("keeping the cost down... by us doing the writing and they would just edit & sign their names so to speak. Recall that is how we handled Williams Kroes & Munro, 2000")11.

Это по сути классический “гострайтинг” (от слова ghost, призрак, то есть тайный автор, но в русском его называют литературным негром). Сотрудники корпорации пишут научный труд, а уважаемые профессора просто ставят свои подписи, придавая бумажке вес независимой экспертизы.

Но самая унизительная деталь кроется в другой переписке. Компания отказалась комментировать письма, где один ученый Монсанто спрашивал коллегу, может ли команда, которая на самом деле работала над статьей Уильямса, “получить футболки-поло Раундап в знак признательности за хорошо выполненную работу”.

Почему статью отозвали только сейчас?

Это неприятный (для научного сообщества), но важный вопрос.

Еще в 2002 году, всего через два года после публикации, критики писали в издательство Elsevier о “конфликте интересов, недостатке прозрачности и отсутствии редакторской независимости”. Но тогда от них отмахнулись.

Главный редактор журнала Мартин ван ден Берг утверждает, что жалоба “просто не была доведена до его сведения” ("it was simply not brought to my attention"), а узнал только-только.

Довести дело до ума удалось историкам (!) науки — Наоми Орескес из Гарварда и Александру Каурову. Они провели расследование, опубликовали его в сентябре 2025 года и направили официальный запрос на отзыв. И только тогда журнал сдался.

Официальные причины отзыва:

Призрачное авторство: Редактор подтвердил “очевидный вклад сотрудников Monsanto... без указания их как соавторов” ("the apparent contributions of Monsanto employees as co-writers to this article").
Скрытые данные: Выводы о том, что рак нам не грозит, базировались “исключительно на неопубликованных исследованиях от Monsanto” ("are solely based on unpublished studies from Monsanto"), хотя независимые данные уже существовали на тот момент.

Журнал официально заявил, что “потерял доверие к результатам и выводам этой статьи” ("lost confidence in the results and conclusions of this article").

“Это ничего не меняет”: реакция системы

Казалось бы, шах и мат. Фундамент разрушен, здание должно рухнуть. Но бюрократическая машина работает иначе.

Позиция Bayer (владельца Монсанто).

Компания, которая уже потратила $10 миллиардов на урегулирование исков, держит глухую оборону. Их аргумент: мы же сказали спасибо в конце статьи!

Представитель Bayer заявил: “Мы считаем, что участие Monsanto было надлежащим образом отражено в благодарностях” ("believe Monsanto’s involvement was appropriately cited in the acknowledgments").

Звучит красиво, если забыть про письмо с фразой “мы пишем, они подписывают”.

Позиция регуляторов (EPA).

Американское агентство тоже не спешит переписывать правила. Их логика звучит солидно, мол, мы смотрели на тысячи исследований, так что отзыв одного ничего не меняет.

«Отзыв этой публикации не влияет на оценку глифосата EPA... которая исторически рассматривала более 6000 отдельных исследований» ("The retraction of this publication has no impact on EPA’s glyphosate assessment... which has historically reviewed more than 6,000 individual studies").

Критики называют это лукавством. Александр Кауров, один из авторо фаталити-расследования резонно замечает: “Даже если EPA не полагается на эту конкретную статью, оно полагается на множество других статей, которые ссылаются на этот обзор” ("Even if EPA doesn’t rely on this one, it relies on many other papers that rely on this review").

Политический парадокс

Интересное происходит прямо сейчас в коридорах власти. Даже если политика вам не интересна.

С одной стороны, команда Трампа и Минюст США поддерживают Bayer в Верховном суде, пытаясь дать компании иммунитет от исков штатов. Они говорят, что раз федеральное агентство (EPA) сказало, что безопасно, значит, безопасно, и судить компанию нельзя (и не за что).

С другой стороны, внутри той же команды есть мощное лобби “Сделаем Америку здоровой снова” (MAHA). Его возглавляет Роберт Кеннеди-младший, а он был юристом в делах против Монсанто, и называет компанию “врагом каждого достойного американца” ("the enemy of every admirable American").

Так и что?

Тут надо проговорить прямо: отзыв не означает автоматически, что Раундап и урожай, полученный с его помощью опасен и приводит к раку, чуме и прочим радостям биологической жизни. Это означает, что прежде “доказанная научно” безопасность не доказана в одном из самых цитируемых исследований. Но оно действительно не одно такое было. Зато вопросов стало побольше, чем было.

Ученые, стоявшие за этой статьей, уже не ответят на вопросы. Как в хорошем триллере. Роберт Кроес умер в 2006, Иэн Манро — в 2011. Единственный выживший автор, Гэри Уильямс, отмалчивается, а его колледж заявил, что “нарушений не найдено”.

Но проблема-то осталась.

Известный и очень успешный (с точки зрения отзыва реальных плохих исследований) борец с фальсификациями в науке Джон Иоаннидис, профессор Стэнфорда, написал после этой истории:

“Я уверен, что в научной литературе много таких написанных "призраками" и скрывающих конфликты интересов статей, но их очень трудно раскопать, если не копать очень глубоко в судебных делах”.

Скорее всего, отзыв уже ничего не поменяет. Фарш из 20 лет, что ее цитировали и на нее опирались, не провернуть обратно.

Но будут и последствия.

Во-первых, это выбивает из рук юристов Bayer типа научный аргумент в свою защиту. О чем говорят юристы, которые ведут иски против Монсанто. Учитывая, что присяжные и так присуждают истцам миллиардные компенсации (как недавние вердикты на $1.56 млрд в Миссури и $2.25 млрд в Пенсильвании), потеря главного научного аргумента может стать для корпорации фатальной.

Во-вторых, у регуляторов теперь будет больше головной боли. Сложилась парадоксальная ситуация: ВОЗ (IARC, агентство по раку) маркирует глифосат как “вероятный канцероген”, а американское EPA и некоторые европейские регуляторы продолжают называть его безопасным. Евросоюз, хоть и продлил лицензию глифосата до 2033 года со скрипом и скандалами, фактически отдал решение на откуп странам: Германия и Франция, правда, жестко ограничивают его использование. Мексика идет дальше и вводит полный запрет на использование Раундапа в продовольственных культурах. В России его, кажется, продолжают активно использовать.

Для нас с вами, пожалуй, важнее, что чистка научных архивов по теме привела таки к ретракции, а значит, ее явно стоит продолжать. Александр Кауров, один из инициаторов расследования, заявил, что он с коллегами уж подали запрос на отзыв следующей статьи, работы 2013 года в журнале Critical Reviews in Toxicology, где тоже подозрительно торчат уши Монсанто.

И вот это тот случай, когда уж и не скажешь, что сторонники теории заговора мутят воду. Проясняют-то дело ученые. Ну да, с помощью юристов. Главное, что данные поступают и они надежнее некуда, а уж кто их добывает — дело тут десятое.

Использованные материалы:

https://retractionwatch.com/2025/12/04/glyphosate-safety-article-retracted-elsevier-monsanto-ghostwriting/

https://www.science.org/content/article/journal-retracts-weed-killer-study-backed-monsanto-citing-serious-ethical-concerns

https://www.washingtonpost.com/climate-environment/2025/12/05/glyphosate-roundup-cancer-bayer-study/

https://phys.org/news/2025-12-ghostwriters-polo-shirts-fall-landmark.html

Почему слова, которые мы используем в физике, скрывают истинную природу реальности

2025-07-11T18:29:28.141Z

В моем детстве в США во время нефтяного кризиса начала 70-х, я постоянно сиалкивался с социальной рекламой, в которой людей призывали экономить энергию. Но потом, когда был постарше, узнал, что согласно физике "энергия всегда сохраняется". Это меня озадачило. Если природа сама сохраняет энергию, зачем тогда нужно что-то для этого делать нарочно?

[Аудиоверсия эссе у нас в ТГ или на Ютубе]

Автор иллюстрации: Andy Smith

Скоро я понял, что физики говорят не на обычном языке. Они используют диалект. В нем полно привычно звучащих слов, у которых совсем другие, незнакомые значения (в том числе слова "сохранять" и "энергию"). Более того, многие слова, в том числе простые, как "сила" и "масса", даже не обозначают то, что изначально подразумевали физики. Следовательно, язык, который мы используем для обсуждения физики, затемняет некоторые из наших самых красивых и увлекательных открытий о том, как работает вселенная.

Некоторые ученые тут могут пожать плечами и сказать, что неудивительно да и проблемы нет в том, что слова не полностью ясны. В конце концов, основы физики — это эксперимент и математика. Именно они имеют значение; слова неизбежно являются лишь тенями.

Хоть я согласен, что данные и уравнения на первом месте, но все же физики передают свои идеи, как друг другу, так и неспециалистам, используя язык. Когда их формулировки двусмысленны или неоднозначны, важнейшие уроки о космосе могут быть неправильно поняты.

Поэтому давайте внимательнее посмотрим на язык физики и на то, как три, казалось бы, простых слова изменились, со временем став ловушками для неосторожных. Такие обманчивые термины и метафоры широко распространены в диалекте физиков. Давайте остановимся и задумаемся, ведь так мы можем получить более ясное, глубокое и полное представление о реальности.

Чтобы погрузить в контекст, позвольте начну с еще одной короткой истории из моей юности. Когда мне было 20, я прервал изучение физики на год, чтобы заняться музыкой в Парижской консерватории. Я посещал занятия по фортепиано и композиторскому мастерству. В первые дни в городе огней я испытывал постоянный стресс, пытаясь общаться на французском. Посещая классический концерт, я столкнулся с трудностями при покупке билета, разговоре с билетером и расшифровке программы. Но когда музыканты начали играть, я почувствовал внезапный прилив неожиданного облегчения. Я каким-то образом забыл, что сама музыка не потребует перевода – она будет успокаивать мой мозг и сердце так же, как и дома.

Подобно музыке, математика иногда может преодолевать языковые барьеры: набор символов 2 + 2 = 4 может быть безмолвно интерпретирован во многих культурах. Поскольку теоретическая физика является наиболее математически обоснованной наукой, возможно, она наследует эту языковую независимость. Действительно ли E = mc² нуждается в переводе через слова?

Ответ, безусловно, да. E и m обозначают "энергию" и "массу", но что эти слова на самом деле означают? Никакого понимания знаменитой формулы Альберта Эйнштейна нельзя достичь, даже студентам-физикам, без обсуждения точных определений этих терминов. Это немаловажно, потому что в современной физике существует несколько типов энергии и массы, каждый с непривычным определением. Если не выбрать правильные типы, E = mc² даже не будет верным утверждением. Короче говоря, "энергия" и "масса" – это не тени, а несущие опоры.

Всё об атомах

Имея это в виду, давайте углубимся в первое из трех слов, которые я хочу рассмотреть подробнее. Я нахожу историю слова "атом" особенно показательной. Его происхождение восходит к древнегреческому философу Левкиппу и его ученику Демокриту, которые предположили, что материальные объекты состоят из крошечных, элементарных, неразрушимых частиц. Предполагалось, что частицы каждого типа идентичны и неделимы, отсюда и название "атом", от древнегреческого atomos, означающего "неделимый".

Гораздо позже, на заре 19 века, химические эксперименты предоставили доказательства того, что все материалы действительно состоят из элементарных веществ – водорода, кислорода, углерода и других элементов – и что каждое такое вещество состоит из идентичных, крошечных объектов. Европейские ученые того времени были знакомы с древнегреческими философами, поэтому для химиков, таких как Джон Дальтон, было естественно называть эти объекты "атомами". После некоторой путаницы в определениях в первое время, значение атома было определено к середине века, обозначая, как и сегодня, фундаментальную единицу химического элемента.

Однако это слово является неточным. Вскоре после открытия электронов на рубеже 20 века стало понятно, что они населяют окраины атомов и могут быть оторваны и переназначены другим атомам в химических реакциях. Их отрицательный электрический заряд уравновешивается в каждом атоме положительно заряженным ядром, которое само по себе также делимо. Так что о неделимости атомов речи уже не шло.

Но к тому времени слово "атом" уже прочно утвердилось. Десятилетия научных работ и обсуждений опирались на этот термин; заменить его было бы нелегко как практически, так и психологически. Вот почему, несмотря на знание о делимости атомов, ученые сохранили "атом" и изменили его определение. Язык обладает устойчивостью.

Где язык становится сложным

К счастью, тот факт, что атомы противоречат своему собственному названию, безвреден, хотя и забавен, потому что слово "атом" больше не несет того резонанса, который оно имело – если только вы случайно не изучали древнегреческий. Но другие выражения в физике создают большие трудности.

Возьмем слово "сила", широко используемое в обычном английском языке, как глагол ("Я силой открыл дверь") и как существительное ("поднятие ящика потребовало большой силы"). Слово приобрело точное научное значение в конце 17 века, когда Исаак Ньютон разрабатывал свои законы движения. Он использовал этот термин для обозначения величины и направления, с которыми один объект толкает или тянет второй объект, тем самым влияя на его движение. (Часто писав на латыни, Ньютон использовал слово "vis", но переводил его как "force" (сила), когда писал по-английски.) В течение двух столетий значение "силы" в диалекте физики было ясным, потому что это определение удобно перекрывалось со стандартным, интуитивным английским значением.

Но назревали проблемы. Ученые узнали в 19 веке, что притяжение статического электричества возникает из-за чего-то, что они назвали электрическим полем. Соответствующее магнитное поле отвечает за притяжение, удерживающее магнит на металлическом предмете. Вскоре, однако, были обнаружены другие роли этих полей, не имеющие ничего общего с толчками или притяжением. Самое важное, что волны в этих полях проявляются как то, что мы называем светом. Эти два поля также участвуют в излучении и поглощении света атомами и в различных других экзотических эффектах.

Физикам нужно было название для всей категории этих "электромагнитных" явлений, включая не только толчки и притяжения, но также свет и его взаимодействия с материей. У них был выбор: либо определить новый термин, охватывающий все эти процессы, оставив "электромагнитную силу" для обозначения только толчков и притяжений, либо расширить определение старого термина, чтобы включить их все. К сожалению, они выбрали оба варианта.

Когда физики говорят между собой об электромагнитных эффектах, они часто используют слово "взаимодействие", например: "лазеры, свет огня, химия и столкновения электронов – все это вызвано электромагнитным взаимодействием". На мой взгляд, это слово особенно удачно, и жаль, что оно не используется шире. Значение "взаимодействия" в физике близко к его значению в обычном языке, где оно представляет идею взаимного влияния или контакта между людьми или объектами, которые могут вызвать изменение в их поведении.

Но ученые также просто используют слово "сила" вместо "взаимодействие", изображая электромагнитную силу как ответственную за все электромагнитные процессы. Это проблематично, потому что оно расширяет "силу" далеко за пределы нашего интуитивного понимания слова. Например, они используют это слово для обозначения четырех "фундаментальных сил": электромагнетизма, гравитации и сильного и слабого ядерных взаимодействий. При этом они объединяют гравитационное притяжение с колебаниями пространства и времени, известными как гравитационные волны, описывая их все как "обусловленные гравитационной силой".

Истинное значение "силы"

Физики также иногда говорят такие вещи, как "слабое ядерное взаимодействие питает Солнце и сверхновые, и вызывает распад некоторых атомных ядер". Но это легко можно интерпретировать так, будто эти важные эффекты происходят через толчок или притяжение, тогда как на самом деле они включают нечто гораздо более замечательное, чем традиционная сила: превращение частицы из одного типа в другой.

Признаться, проблемы с "силой" не так уж велики. Не требуется много времени, чтобы выделить два разных значения, как я сделал здесь. Однако слово "частица" поднимает эти проблемы на новый уровень.

Как и "сила", "частица" имеет несколько определений в диалекте физики. В одном оно сохраняет свое первоначальное значение из стандартного английского. Но у него есть другое значение, которое частично противоречит тому, к которому мы привыкли. Это может вызвать серьезные недоразумения, иногда даже у ученых.

В обычном английском языке квинтэссенцией частицы была бы, например, песчинка. Это простая вещь; она выглядит как маленькая точка. Если ее бросить, она движется по определенному пути. Если поместить ее в коробку, она просто будет там лежать, ничего не делая. Услышав, что электрон является элементарной "частицей", мы естественным образом представляем его как еще меньшую точку, возможно, бесконечно малую, до точки неделимости. Наша интуиция в отношении "частицы" затем дает нам представление о том, как должен вести себя электрон. Мы представляем движущийся электрон как точку, перемещающуюся по узкому пути. Если электрон помещен в коробку, будь эта коробка большой или маленькой, мы представляем электрон сидящим внутри нее, неподвижным, неактивным.

Именно так ученые представляли себе электроны в течение десятилетий после их открытия. Но теперь мы знаем, что они совсем не такие. В отличие от песчинки, электрон - это крошечная волна. Хотя его волновая природа проявляется многими способами, позвольте мне упомянуть только два. Во-первых, электрон в коробке, вместо того чтобы лежать неподвижно и ничего не делать, вибрирует миллиарды триллионов раз в секунду. Это волноподобное поведение: "стоячие волны", образующиеся на струне щипковой гитары, являются знакомыми примерами волн, которые естественным образом вибрируют и при этом никуда не движутся.

Во-вторых, волны распространяются так, как частицы не могут, делая их чувствительными к своему контейнеру. Электрон реагирует на форму и размер своей оболочки. Например, если коробка с электроном внутри уменьшается, энергия электрона увеличивается.

Тем не менее, электроны не являются обычными волнами, потому что они неделимы, в отличие от звуковых или водяных волн. По этой причине некоторые физики, начиная с 1920-х годов, рассматривали использование слова "волночастица" (wavicle), которое отражает идею минимальной, неделимой единицы волны. Мне лично нравится этот термин, потому что он не несет никакого багажа, никакого предсуществующего значения в английском языке, которое могло бы запутать слушателя. Его новизна освобождает разум для представления нового понятия, которое не является ни частицей, ни волной. К сожалению, слово "частица" так же глубоко укоренилось в языке физики, как "атом" был на рубеже 20-го века, и попытка заменить его на "волночастицу" вероятно, была бы безнадежной битвой.

"Частицы" на самом деле вовсе не частицы

Тем не менее, тот факт, что частицы совсем не похожи на крупинки пыли, является одним из наших самых фундаментальных открытий. Мы не можем позволить этому важнейшему уроку быть затемненным нашим выбором слов. Если слова нельзя изменить, мы должны научиться видеть сквозь них, развить понимание "элементарных частиц", которое превосходит нашу интуицию, и открыть наши умы тому, что это слово на самом деле обозначает в современной физике.

Подчеркивая трудности интерпретации научного языка, я говорю из личного опыта. Будучи подростком, я прочитал много книг и статей о физике и пытался воспринимать их слова буквально. То же самое я делал, когда мои первые учителя физики использовали выражения, которые звучали знакомо. Но в перевернутом образе моего парижского опыта с музыкой, здесь я обнаружил, что не могу интерпретировать то, что, казалось, было сказано на английском. Тогда я винил себя. Только когда я начал посещать продвинутые курсы физики и стал строить свое понимание на математике, лежащей в основе идей, я правильно усвоил физические концепции. Тогда стало ясно, что все это время проблемой были незнакомые значения.

Сегодня, как профессиональный физик, я обнаруживаю, что научный язык ставит более тонкую задачу. Несмотря на аргумент, что наука в целом основана на бессловесных понятиях – эмпирических данных, уравнениях, мысленных экспериментах и вдохновенной интуиции материального мира – занятие наукой требует от ученых общения. Мы должны делиться новыми идеями и гипотезами, чтобы их можно было обсуждать, взвешивать и оценивать. Делая это, используемый нами язык может влиять на наше воображение. Когда мы слышим знакомое слово, наш мозг мгновенно импортирует его концептуальный багаж из стандартного языка, впридачу с его коннотациями, связанными метафорами и визуальными образами. Если оно было существенно переопределено физиками, как в случае с "частицей", этот багаж может вводить в заблуждение, вплоть до того, что мешает нам понимать основы устройства Вселенной.

Можем ли мы мечтать о дне, когда все проблемы диалекта физики будут решены? К сожалению, шансов на это мало. Истории "атома", "силы" и "частицы" предполагают, что лингвистические опасности неизбежны. Как мы видели, термины, которые изначально кажутся подходящими, укореняются задолго до того, как оказываются неадекватными или вводящими в заблуждение, и к тому моменту их почти невозможно вытеснить. Похоже, наш лучший вариант - оценить ограничения диалекта и найти способы обойти их. Только тогда мы сможем четко воспринимать тайны и величие нашей вселенной.

Источник: https://www.newscientist.com/article/mg26335090-100-why-the-words-we-use-in-physics-obscure-the-true-nature-of-reality/

Мы в ТГ: https://t.me/sci_one_tv

Как Uber научился обманывать водителей: большое исследование

2025-07-09T20:29:11.828Z

Зимой 2023 года Uber запустил в Лондоне новую систему с красивым технологичным названием — «динамическое ценообразование». Водители стали возмущаться — они перестали понимать, сколько получат за поездку, а те, кто стал считать, сколько в итоге выходит денег, увидели, что заработок упал.

Два года исследователи разбирались вместе с водителями и профсоюзами — собирали данные, анализировали любые крупицы информации. Оказалось, что понять, что делает компания, очень сложно, если она сама не пожелает раскрыть свою кухню. Но сначала надо немного пояснить, что такое гиг-экономика и почему это важно.

Что такое гиг-экономика и почему это важно

Её называют экономикой свободного заработка или разовых услуг. Её работники — это, например, фрилансеры, аутсорсеры — все, кого можно нанять, но не в штат, а значит, платишь только за работу — никакой социалки сверху, налогов на работника, требований минимальной оплаты и прочих неприятных для бизнеса штук. Для работника это означает, как правило, что он никогда не знает, сколько получится заработать. Но многие приноравливаются, потому что со временем становится ясно, сколько заказов выходит обычно, какой объём работы и когда. Жить можно и иногда даже получается хорошенько заработать, если вложишь больше сил и времени. Как, например, у некоторых курьеров и таксистов в онлайн-сервисах.

Но так бывает не у всех. И не всегда. В случае с онлайн-сервисами, как выясняется, правила игры могут меняться сильно и незаметно, при этом радикально меняя положение работника и серьёзно сказываясь на кошельке заказчика.

В Великобритании около 100 000 водителей работают на Uber. Для многих это единственный источник дохода. Но несколько лет назад Верховный суд признал водителей Uber не самозанятыми, а работниками. Это означало право на минимальную зарплату и другие гарантии.

Казалось бы, победа. Но ИТ-компания, похоже, нашла способ, как технологично обойти решение суда. Uber платит водителям только за время «пути к клиенту» и «с клиентом», при этом не учитываются часы ожидания заказов. Как отмечают авторы исследования: «Uber может увеличивать доступность поездок без увеличения своих затрат, так как может увеличивать количество водителей, ожидающих поездки без оплаты».

Что скрывают алгоритмы

До этого исследования учёные сталкивались с серьёзной проблемой. Как изучать алгоритмы больших компаний, если те не раскрывают, как же они работают?

В большинстве попыток полагались на то, что можно увидеть лишь снаружи — скриншоты приложений, публичное поведение системы — вариантов немного. Но это не позволяло понять, что и как под капотом. Исследователи не могли понять, какие данные собираются внутри, как пользователей оценивают и классифицируют.

Другая проблема — этические, а с ними и юридические ограничения. Собирать данные пользователей без их согласия нехорошо, а в некоторых случаях вовсе нельзя. А компании вроде Uber не спешат делиться внутренней информацией.

Так что исследования хоть и были, но мало и крайне ограниченные. В 2015 году изучали алгоритм всплесков цен Uber в крупных городах США. В 2018 году анализировали, как погодные условия влияют на доходы водителей гиг-платформ. Но никому пока не удавалось заглянуть поглубже — внутрь.

Ход конём: использование права на данные

Исследователи из Оксфорда воспользовались новыми европейскими нормативами. Любой житель ЕС и Британии может запросить все данные, что компания о нём собрала. И отказать нельзя.

Но одного запроса мало для серьёзного исследования. Нужны данные сотен людей за долгий период. Здесь на помощь пришёл по сути профсоюз, который помогает гиг-работникам получать такой доступ к своим данным.

Там убедили двести пятьдесят водителей подписать доверенности, чтобы от их имени можно было сделать такие запросы. В результате исследователи собрали данные о 1,5 миллионах поездок за последние восемь лет.

Но учёные не просто собрали базы данных и ушли в свои кабинеты. Два года они работали бок о бок с водителями и профсоюзными активистами, проводя то, что называется «партисипаторное исследование в действии» (Participatory Action Research, PAR).

То есть исследователи изучили интересы тех, чьи проблемы они анализировали. Ведь значение имели не столько алгоритмы, сколько то, как они меняют отношения, взаимодействия между людьми — теми, кто работает, кто заказывает, и кто управляет этими процессами.

В общем, исследователи приезжали в офис профсоюза в Лондоне, участвовали в собраниях, говорили с водителями. Они общались не через опросники, а лично, чтобы лучше понять водителей. Это, как считают авторы, помогло сформулировать точные вопросы для исследования — выбрать цели для анализа. Ведь опыт предыдущих работ показывал, что легко уйти в разбор технических деталей. Тоже наука, но какой смысл, если она ничего не меняет или не даёт для этого больше возможностей?

Но ведь так легко стать предвзятым и агитатором, найти подтверждение своей позиции, а не выяснить, в чём же истина. И исследователи это тоже понимали, поэтому посвятили целый раздел ограничениям своей работы — в каких пределах можно её выводы считать надёжными.

Что же показали данные: четыре ключевых находки

1. Зарплата падает, работать стало хуже

Здесь важно понимать разные определения рабочего времени.

Uber считает рабочим временем только поездки с клиентами и путь к ним. Но суд ранее постановил иначе — рабочее время включает все моменты, когда водитель в приложении и готов принять заказ. То есть время ожидания тоже должно туда входить.

Как заявляет Uber, средняя зарплата у таксиста в Лондоне последние лет пять — почти 30 фунтов в час. Суд же установил, что на деле — всего 16. Расхождение почти в два раза.

Так вот исследователи выяснили, что после введения динамического ценообразования ситуация ухудшилась. С учётом инфляции средняя почасовая оплата упала ещё на 2-3 фунта в час, то есть почти на 10 процентов или даже выше (смотря кому верить по исходным значениям, Uber или суду).

2. Комиссия Uber выросла радикально

До динамического ценообразования Uber брал фиксированную комиссию — сначала 20%, потом 25%. Водители тогда знали правила игры.

Теперь всё изменилось. Анализ показал: «В отличие от стандартного разделения 75/25% до динамического ценообразования, доля водителей теперь часто составляет всего 50-60%, а в некоторых случаях даже меньше половины».

Таким образом, медианная комиссия выросла до трети. Но это ещё не всё — на дорогих поездках Uber берёт больше. Парадоксально: чем выше тариф для клиента, тем меньше водитель получает в реальном исчислении за минуту работы.

3. Время ожидания заказов увеличилось

Оказалось, что водители теперь тратят на ожидание заказов на час больше в неделю, чем раньше.

Как заметил один водитель в разговоре с исследователями: «Uber ничего не стоит держать всех нас на дороге одновременно, независимо от объёма работы». Не данные объективного контроля, но ни законы, ни правила, ничто не мешает компании так делать. Почему бы ей так не делать?

4. Работа стала непредсказуемой

И это то, чего меньше всего водители ожидали от цифрового сервиса. Раньше в том же Uber водители могли примерно понимать, сколько получат за поездку определённой длительности в определённое время. Теперь это невозможно.

Исследователи обучили модели машинного обучения предсказывать оплату поездок на основе 60+ параметров. До введения прогрессивной системы динамического ценообразования модели работали хорошо. После — модели перестали справляться.

Получается, даже с большим объёмом данных невозможно предсказать оплату в новой системе, основываясь на предыдущем опыте.

Кому стало лучше

Изменения затронули водителей по-разному. Исследователи выделили группу из 114 водителей, которые работали и до, и после введения динамического ценообразования.

Большинство, 93 водителя, стали зарабатывать меньше. Но были и те, кто выигрывал — 21 человек из выборки. Но в среднем оплата упала.

Что же такого в тех, кто преуспевал? У них были более высокие рейтинги и они получали поездки с меньшей комиссией Uber. Вероятно, как полагают исследователи, алгоритм поощряет максимально «прилежных» водителей.

Ограничения исследования

И тут самое время поговорить про ограничения исследования. Авторы их честно признают. Выборка из двухсот пятидесяти водителей — это очень даже хорошо для научного исследования. Но этого слишком мало для глобальной оценки ситуации — то есть в масштабах 100 тысяч водителей, что работают на Uber в Великобритании.

Кроме того, в исследовании участвовали водители, уже мотивированные присоединиться к активностям профсоюза, достаточно недовольные, чтобы подписать доверенность и сотрудничать с исследователями. Это может означать смещение выборки. У них, похоже, больше проблем с Uber, чем у среднего водителя.

К тому же важно понимать, что сам дизайн исследования не позволяет установить напрямую причинно-следственную связь. Это если говорить на языке науки, а не социальной справедливости и активизма. А точно ли падение доходов и прочие перемены — это результат новой системы динамического ценообразования? Могли ли к этому привести другие факторы? Перемены в спросе пассажиров, в количестве водителей, в поведении самих водителей? Конечно, могли, но это остаётся за рамками исследования.

Что не мешает профсоюзу, что помогал исследователям, использовать результаты работы теперь в своей деятельности, а водителям теперь не сомневаться, что их Uber хочет обмануть.

Полагать, что такие компании хотят сделать мир лучше, а не больше заработать — было бы наивно, когда хотя бы догадываешься, чем на самом деле живёт любая корпорация — хоть бизнес, хоть государственная, и какую жалкую ценность там имеет человек.

Так что самое важное, о чём стоит напоминать себе, когда мы говорим о технологиях, о прогрессе, о том, как им вооружаются эти системы — это то, что же происходит и будет с человеком, на которого эта технология направлена или за счёт которого она работает.

Потому что любая технология — это в первую очередь люди. Какие бы умные алгоритмы и машины нам не показывали бы.

Исследование: https://arxiv.org/abs/2506.15278

От картинки в ветеринарном учебнике к "цирковому трюку". Безумное нобелевское открытие

2025-06-29T19:36:25.518Z

Всё началось с картинки в учебнике для ветеринаров. Форссман листал книгу, когда наткнулся на иллюстрацию: в сердце лошади через вену вводили тонкую трубку, а специальный баллончик на другом конце показывал, как меняется давление. "Если получается с лошадью, почему не с человеком?" — подумал молодой врач.

Эта мысль не давала покоя неделями. Ведь так можно было бы "заглянуть" внутрь живого сердца! В те времена это казалось абсолютно невозможным. Врачи умели только слушать сердце стетоскопом да делать примитивные рентгеновские снимки. Сама идея — засунуть что-то прямо в сердце, звучала как план для весьма изощренного самоубийства.

Форссман рассказал своему наставнику доктору Шнайдером, и тот был до смешного предсказуем: "Ни в коем случае, Вернер! Это слишком опасно. Ты можешь погубить пациента — или себя."

Госпиталь в Эберсвальде (Германия), где интерном работал и учился молодой

Но Форссман понимал, что если не попробует сейчас, то так и не узнает, работает ли его идея. Проблема была в том, что для эксперимента нужна помощь со стороны — доступ к стерильным инструментам контролировала операционная медсестра Герда Дитцен.

Несколько недель ушло на то, чтобы убедить ее. Дитцен в итоге была настолько вдохновлена, что даже вызвалась стать первым подопытным. Форссман согласился, уложил ее на операционный стол и привязал ремнями — якобы на случай побочных эффектов от анестезии. Но обманул: сделав вид, что готовит ее руку к процедуре, он на самом деле анестезировал собственный локоть.

Руки дрожали, когда он делал надрез на левой руке. Не от страха — от волнения, как потом вспоминал. Он обнажил вену и осторожно ввел уретральный катетер длиной 65 сантиметров. Только когда трубка была уже частично введена, Дитцен поняла, что катетер не в ее руке. Она протестовала, ремни он отвязал, и она все же проводила его в рентгеновский кабинет.

Самым страшным был момент, когда трубка проходила через плечо к груди. Форссман не знал, что почувствует, когда она дойдет до сердца. И вдруг — странные ощущения в груди. Сердце отреагировало на инородное тело, но продолжало биться!

В рентгеновском кабинете его ждал еще один сюрприз. Друг Петер Ромайс попытался выдернуть катетер, пытаясь спасти ему жизнь. Форссману пришлось буквально отбиваться, чтобы завершить эксперимент. Первый снимок показал, что катетер дошел только до плеча. Он продвинул его еще дальше — на полные 60 сантиметров, пока тот не достиг правого желудочка сердца.

Тот самый снимок. Обратите внимание на катетер, темная линия от локтя через плечо, а затем -- грудину в сердце, которое не видно, потому что сердце из мягких тканей

Рентгеновский снимок показал то, что он надеялся увидеть: четкая линия катетера проходила от руки прямо в сердце. Получилось! Впервые в истории человек заглянул внутрь собственного живого сердца.

Главврач больницы в Эберсвальде сначала был в ярости, но когда увидел рентгеновские снимки, поздравил Форссмана с открытием. Однако в медицинском сообществе реакция была суровой. Знаменитый хирург Фердинанд Зауэрбрух, под началом которого Форссман позже работал в знаменитой берлинской клинике Шарите, сказал: "Подобные выкрутасы больше подходят для цирка, чем для респектабельной немецкой клиники." Форссмана уволили за продолжение экспериментов без разрешения.

Разочарованный, он ушел из кардиологии и стал урологом. Многие сочли эксперимент бессмысленным трюком.

Прошли годы, прежде чем мир понял значение того, что сделал Форссман. Американские ученые Андре Курнан и Дикинсон Ричардс подхватили идею и развили ее в безопасную медицинскую процедуру. Катетеризация сердца стала одним из главных инструментов кардиологии — с ее помощью врачи научились находить пороки сердца, измерять давление, изучать сосуды и даже лечить их.

Когда в 1956 году Форссману позвонили из Стокгольма и сообщили о Нобелевской премии, которую он разделил с теми самыми американскими коллегами, он сначала не поверил. Тот самый "цирковой трюк" оказался открытием, которое спасло миллионы жизней.

Вернер Форссман

Сегодня та же процедура, которую когда-то сочли безумием, позволяет восстанавливать заблокированные артерии, предотвращать инфаркты, спасать людей. Форссман рискнул всем, а выиграли мы все.

Почитать больше про открытие, Форссмана и его коллег: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1956/summary/

Апокалипсис, о котором не принято говорить

2025-06-29T13:51:09.831Z

Мы обязаны микробам почти всем. Они участвуют во всех ключевых процессах: от круговорота углерода до пищеварения человека. Но по разным причинам, в том числе из-за активного использования антибиотиков, у микробов сейчас своего рода апокалипсис в масштабах планеты.

Они не вымирают в целом, но их сообщества радикально меняются. И главная проблема — они становятся все менее разнообразными, что напрямую влияет на нас с вами. Без конкретных бактерий многое не работает как надо.

Возьмем Bifidobacterium longum subsp. infantis — она помогает нам переваривать олигосахариды грудного молока и поддерживает развитие иммунной системы у младенцев. В индустриальных обществах исследователи связывают это с повышенными рисками аллергий, диабета и других иммунных заболеваний.

Так вот сейчас эта бактерия уже у многих встречается в недостаточных количествах. Педиатрам приходится назначать курс пробиотиков. Хотя раньше эти же бактерии у нас множились в достаточных количествах естественным образом.

История Helicobacter pylori еще ярче. Эту бактерию долгое время считали просто вредителем, вызывающим язвы желудка. И действительно, ее искоренение привело к уменьшению язв желудка. Но оказалось, что за спасение надо расплатиться.

Снижение H. pylori, как отмечают микробиологи, коррелирует с повышенными показателями аллергической астмы и метаболических расстройств.

То есть мы не просто теряем случайные бактерии в меняющемся мире — мы теряем партнеров, с которыми развивались вместе и без которых плохо обходимся.

То же самое в экологических системах. Таяние арктической вечной мерзлоты угрожает уникальным холодоадаптированным микроорганизмам, вроде Methanoflorens stordalenmirensis, который помогает регулировать выбросы метана, и различным видам Acidobacteria, критически важным для круговорота углерода.

Здесь возникает особенно опасная петля обратной связи: поскольку изменение климата убивает микробы вечной мерзлоты, их отсутствие ускоряет выброс парниковых газов, что еще больше нагревает планету. Так, потеря микробного разнообразия может иметь каскадные эффекты планетарного масштаба. И так родилась идея спасения биоразнообразия микробов.

Про один подобный проект вы уже наверняка слышали: Глобальное семенохранилище Свальбарда (Svalbard Global Seed Vault, SGSV). Его создали, чтобы сохранить генетическое разнообразие растений.

И работает этот проект по принципу страховки. По всему миру уже существуют сотни местных семенных банков, где ученые и агрономы десятилетиями собирают, хранят и используют семена растений. Например, после цунами в Японии в 2011 году фермеры смогли восстановить утраченные местные сорта риса именно благодаря семенным банкам. Так что остается только взять семя из банка, посадить, поливать и ухаживать, и получаешь растение, которое даст новые семена.

Так вот Свальбард — это эдакий мировой сейф в банке: там лежат копии на случай катастрофы, а в местных банках в разных странах — основные запасы, которые мы уже умеем восстанавливать.

С микробами, как правило, так не работает.

Недостаточно просто разморозить образец и "посадить" микробы обратно в кишечник или почву. Потому что отдельные бактерии не могут без микробиомов — вне сложной экосистемы из сотен видов, с которыми они давно и надежно "сработались".

Кроме того, в отличие от семян мы часто не знаем, останутся ли конкретные микробы живыми и функциональными после долгого замораживания. Семена эволюционировали для длительного "сна" — у них есть естественные механизмы для этого. У большинства микробов таких механизмов нет.

Нет ни одного документированного случая полного восстановления сложного микробиома из замороженного образца. Но даже если микробы выживут, мы все еще не знаем, как восстановить их естественные взаимосвязи и экологические ниши.

И это серьезные вопросы, не на все из них есть сейчас ответы у микробиологов и авторов проекта "банка семян" для бактерий.

Поэтому они пока придерживаются принципа: лучше сохранить что-то с неизвестным результатом, чем гарантированно потерять навсегда.

А для этого они разработали некоммерческий научный проект, который уже начинает работать — Microbiota Vault Initiative.

Пока он играет роль координирующего центра между местными коллекциями по всему миру. Без шикарного убежища где-то в скандинавских скалах. Алгоритм работы пока такой:

Местные коллекции собирают и изучают образцы в своих регионах
MVI обеспечивает резервное хранение этих образцов в криогенных условиях (-80°C)
По запросу MVI может секвенировать микробную ДНК и размещать данные в открытых базах данных
Исследователи же по всему миру могут связаться с депозиторами для сотрудничества

Сейчас завершилась стартовая фаза. Депонировали образцы из семи стран: Бенина, Бразилии, Эфиопии, Ганы, Лаоса, Таиланда и Швейцарии: 1204 образца человеческих фекалий и 190 образцов ферментированных продуктов.

Эти образцы сейчас хранятся в относительно скромном криохранилище в Институте медицинской микробиологии Цюрихского университета. Но это только начало.

Самое важное, как всегда, менее впечатляющее для посторонних. Исследователи, чтобы хранилище стало мировым, разработали стандартизированные протоколы для сбора образцов, сохранения, транспортировки, разработки метаданных и аннотации данных. Это может показаться скучной административной работой, но на самом деле это фундамент для масштабирования проекта на глобальный уровень.

Стартовая фаза заодно помогла решить сложные юридические вопросы. Многие страны мешают свободному экспорту биообразцов. Каждый депозит требует заключения депозитных соглашений между депозиторами и Microbiota Vault.

Да и технических вопросов встало немало, а их решение потребовали новых подходов. Ведь работа с микробными образцами намного сложнее, чем с семенами растений. Микробы требуют специальных условий хранения, и мы до сих пор не до конца понимаем, как лучше их содержать для долгосрочного хранения.

Такая вот незаметная работа с глобальными амбициями. Авторы надеются, что дальше удастся перейти от человеческих микробиомов к экологическим микробиотам из экосистем, где есть серьезные риски разрушения прежнего уклада.

Точных данных нет, но судя по тому, как проект устроен, он едва ли стоит больше, чем сотня новых танков в год. Это для тех любителей посчитать, сколько наука "проедает" бюджетов, и почему любой проект — это лишь способ заработать. Кажется, хуже способа заработать, чем возиться с какашками и бумажками, не придумать. Надеюсь, проект дорастет до масштабов семенного банка.

Исследование: https://www.nature.com/articles/s41467-025-61008-5

Математики построили фигуру, которая всегда падает на одну сторону. Зачем?!

2025-06-28T09:37:25.857Z

Эта история началась летом 1966 года. Два британских математика — Джон Конвей (тот самый, который придумал игру "Жизнь") и Ричард Гай — задали читателям журнала SIAM Review каверзный вопрос: можно ли доказать, что однородный тетраэдр любой формы должен быть устойчив как минимум на двух гранях?

Казалось бы, простая геометрическая задачка. Но за этим заданием скрывался другой вопрос: может ли однородный тетраэдр быть устойчив только на одной грани? Авторы предполагали, что нет, и просили это доказать.

Первый серьезный ответ пришел только через три года. Оказалось, что для однородного тетраэдра это действительно невозможно — он всегда будет устойчив минимум на двух гранях.

Но математики, которые приняли вызов всерьез, стали заниматься тетраэдрами внимательнее. Венгерский геометр Аладар Хеппеш показал, например, интересный и не известный раньше эффект, как однородный тетраэдр может опрокидываться через два своих ребра, после чего находит устойчивое положение.

А лет через 20 после публикации загадки Джон Конвей сказал одному из авторов вышедшего на днях исследования, что можно создать НЕоднородный тетраэдр такой формы, что он будет устойчив на одной грани (моностабилен).

Первые попытки: бамбук, свинец и изогнутые ребра

Математическое доказательство — это одно, а вот создать такую штуку в реальности оказалось совсем другой задачей. Один из авторов работы решил попробовать и построил модель из свинцовой фольги и мелко расщепленного бамбука. Модель, казалось, работала — она последовательно опрокидывалась с одной грани через две другие к своему финальному положению, где оставалась уже в покое.

Но была проблема. "Модель была странной: ребра изгибались под весом свинцового шарика" — пришут авторы исследования. И тут кроется принципиальный момент: если разрешить изгибать ребра, то создать моностабильный тетраэдр становится ну очень просто.

Представьте тетраэдр, ребра которого лежат на сфере. Если центр масс не совпадает с центром сферы, то такой тетраэдр будет моностабильным. Более того, это справедливо для любого многогранника. Но это читерство — задача требует прямых ребер.

Зачем нужны прямые ребра: от математики к лунным модулям

Может показаться, что требование прямых ребер — это просто математическая придирка. Но на самом деле это имеет глубокий практический смысл.

Для многих негладких объектов выпуклая оболочка — это многогранник с идеальными прямыми ребрами. Поэтому изучение балансировочных свойств неоднородных многогранников с прямыми ребрами — это реальная инженерная проблема.

И она стала снова крайне актуальной, например, в космоснавтике недавно, когда три лунных посадочных модуля опрокинулись при посадке.

Эти машины по сути и есть невыпуклые негладкие объекты, которые катятся по своим выпуклым оболочкам. То есть понимание того, как создать объект, который сможет самостоятельно выправлять свое положение на горизонтальной поверхности, может помочь в новых космических миссиях.

От теории к практике: как же создать "нечестный" тетраэдр

Между первыми попытками и рабочей моделью прошло несколько десятилетий. И вот команда математиков не только доказала, что моностабильный тетраэдр возможен, но и вычислила, как его построить.

Ключевая идея — "загружаемость" (loadable). Если тетраэдр можно нагрузить массой так, чтобы он стал моностабильным, его называют загружаемым. "Загружаемые тетраэдры характеризуются существованием тупого пути, состоящего из трех тупых ребер", — пишут авторы.

Проще говоря, нужна особая геометрия — цепочка из трех ребер, где углы между гранями больше 90 градусов. Если такая цепочка есть, можно добиться разных "сценариев падения". Одни тетраэдры падают по сценарию "Тип I", другие — "Тип II".

Так вот открытие случилось, когда авторы поняли, чтозоны для размещения центра масс у сценариев типа I оказались в десятки раз больше, чем у типа II. Словом, у типа I больше "допуск на ошибку" — его проще воплотить в реальности.

Исследователи выбрали элегантное решение: тетраэдр из двух материалов — сверхлегкого и сверхтяжелого. Каркас сделали из углеродных трубочек (плотность 1,36 г/см³), а внутрь поместили кусок карбида вольфрама (14,15 г/см³) — материала плотнее свинца.

Расчеты показали, что если тяжелая часть в тысячу раз плотнее легкой, модель должна работать. С углеродом и вольфрамом соотношение получилось еще больше — больше десяти тысяч раз.

Результат оказался еще эффектнее. Получившийся тетраэдр действительно устойчив только на одной грани — грани D.

Если поставить его на любую другую грань, он обязательно скатится на грань D. Исследователи даже сняли замедленное видео этого "танца падения".

Но есть ограничения. Сценарии Типа II оказались нереализуемыми, по словам исследователей. Для таких сценариев потребовались бы материалы плотностью 234 г/см³ — на порядок плотнее любого материала, известного на Земле. Это объясняет, почему ранняя модель из бамбука работала только с изогнутыми ребрами.

Физика поставила жесткие границы: не все теоретически возможные конфигурации можно воплотить с земными материалами. Но даже один работающий тип — это прорыв, который математики искали 60 лет.

Бро, это романс, и в нём — сила

2025-02-06T15:49:33.055Z

Традиционно считается, что коалы -животные-одиночки. Физические контакты между коалами в дикой природе наблюдаются редко и обычно связаны с агрессивными территориальными столкновениями между самцами, попытками спаривания между самцами и самками (не всегда удачными, надо заметить) и редкими взаимодействиями между самцами и детенышами во время попыток спаривания.

В начале 90-х годов исследователи заметили необычное поведение молодых самцов коал на острове Френч-Айленд. Тогда один из зоологов отметил, что "молодые самцы, казалось, искали общества других молодых самцов" и что в этих взаимодействиях отсутствовала агрессия, что было крайне странно. Но подробного описания этого поведения тогда ученые не сделали и разбираться с ним не стали, а других наблюдений такого поведения в научной литературе до сих пор не появлялось, как пишут авторы нового исследования, вышедшего в журнале Australian Mammalogy.

Дарси Уотчорн из Университета Дикина (Австралия) провел наблюдения за коалами в районе мыса Отуэй в штате Виктория. Эта территория интересна тем, что здесь сложилась очень высокая плотность популяции коал - до 15 особей на гектар. Для сравнения, в других местах обитания плотность популяции обычно намного ниже.

Исследование проводилось во время сезона размножения коал с августа по декабрь 2015 года. Ученые отслеживали и наблюдали за 16 половозрелыми самцами, которых оснастили радиоошейниками. Дополнительно пять более молодых самцов были помечены ушными метками. За каждым самцом наблюдали минимум по 30 минут в течение пяти последовательных ночей в сентябре и октябре, а затем 11 ночей в ноябре. Наблюдения проводились с 21:00 до 2:00 часов, когда коалы наиболее активны. Тогда-то и сняли эти интимные кадры.

Всего было зафиксировано семь взаимодействий между самцами. Пять из них были короткими агрессивными столкновениями, что вполне типично для коал. Но два других взаимодействия оказались совершенно необычными.

Коалы сидели на большой боковой ветке на расстоянии 1-2 метров друг от друга. Два самца демонстрировали необычное поведение: обнюхивали гениталии друг друга, совершали груминг (взаимное вычесывание), издавали высокочастотные вокализации, характерные для детенышей.

Третий самец сначала сидел рядом. Через час его коллега отошел кормиться, а тот, что сидел и оставшийся продолжили груминг еще в течение часа.

На следующий день два самца снова встретились. В течение 40 минут они: находились в непосредственной близости друг к другу, обнюхивали гениталии и интенсивно занимались грумингом.

Что могло вызвать такое необычное поведение? Исследователи предлагают несколько объяснений.

Гормональная активность. У молодых животных повышенная гормональная активность может влиять на социальное поведение, игривость, смелость, агрессию. Но тогда это было бы более массовым явлением.. Так что дело вряд ли или не только в гормонах.

Демография популяции. Популяция коал в районе исследования необычная. Во-первых, происходит от небольшой островной популяции, из-за чего у нее низкое генетическое разнообразие и вдобавок очень высокая плотность (15 коал на гектар). Отсюда следует другое объяснение.

Генетическое разнообразие. Исследования показывают, что особи с низким генетическим разнообразием могут проявлять меньшую агрессию к сородичам и худшие конкурентные способности. Например, в других исследованиях высокоинбредные (от близкородственного скрещивания) мыши демонстрировали меньше агрессивного поведения и были более слабыми конкурентами по сравнению с самцами из неинбредных линий.

Еще важный фактор, который может играть роль здесь. Адаптация к высокой плотности популяции. В этом исследовании ученые наблюдали то, что называется сильное перекрытие территорий обитания самцов. Из 55 возможных пар самцов, у 46 (83,6%) территории перекрывались. “Нежное” социальное поведение может помогать снижать конфликты через знакомство друг с другом, поддерживать стабильную иерархию доминирования, снижать энергозатраты на агрессивные столкновения. То есть бромансы в не лучших условиях для войны намного выгоднее войны.

Стрессов и без того много. И это еще один вероятный фактор. В популяциях с высокой плотностью возрастает социальный стресс из-за конкуренции за ресурсы, борьбы за территорию и конкуренции за партнеров. А груминг и другие социальные взаимодействия могут помогать снижать уровень стресса, как это происходит у других видов животных.

Правда, как вы могли заметить, новые данные — это результат не самых масштабных и длительных наблюдений, так что для более уверенных выводов надо, конечно, еще внимательнее и больше последить за коалами и их нежностями или войнами. Работа мечты…

Исследование: https://doi.org/10.1071/AM24033

Черная дыра апокалипсиса — в глазах смотрящего

2025-02-06T03:07:21.740Z

До этого исследования было две основные теории, объясняющие такие иллюзии:

Теория ассимиляции и контраста Геринга. Как объясняют авторы работы, согласно этой теории, "зрительная система усиливает или ослабляет локальные контрасты на основе окружающих элементов, что приводит к восприятию движения или эффектам глубины.
В иллюзии расширяющейся дыры постепенный радиальный градиент яркости к более темной центральной области может вызывать ощущение глубины или движения через эффекты контраста”. То есть наша зрительная система группирует похожие элементы, усиливает различия между контрастными областями, а это приводит к тому, что статичный градиент воспринимается как движение.
Теория Чангизи о восприятии настоящего из прошлого. Эта теория предполагает совершенно другое объяснение. Она исходит из того, что нашему мозгу требуется время на обработку визуальной информации. И чтобы компенсировать эту задержку, мозг постоянно пытается предсказать, что произойдет в следующий момент.
В случае с иллюзией расширяющейся дыры, как пишут авторы исследования: "Затемняющийся центр, окруженный градиентной тенью, может интерпретироваться как движение по направлению к наблюдателю. Теория Чангизи предполагает, что иллюзия возникает из предиктивного ответа, когда мозг интерпретирует градиентный паттерн как движение вперед в ожидании того, где бы находился наблюдатель, если бы изображение было действительно динамическим". Проще говоря, мозг видит темный центр и градиент вокруг него, такой паттерн часто встречается при движении вперед (например, когда мы входим в тоннель), а мозг "предполагает", что мы движемся, и создает соответствующее ощущение.

Та и другая теория вроде бы неплохо объясняли иллюзию. Вот только ни одна из них не справлялась с ее физиологическими эффектами. Почему при взгляде на картинку, например, расширяются зрачки? Из-за этого авторы нового исследования и решили попробовать найти другое объяснение. Ведь здесь могут работать более фундаментальные механизмы зрительной системы, чем те, что мы знаем сейчас. Поэтому вместо того чтобы фокусироваться на высокоуровневых когнитивных процессах, они обратили внимание на самые ранние этапы обработки визуальной информации — работу сетчатки глаза.

"Последние физиологические исследования значительно расширили наше понимание ганглионарных клеток сетчатки и их функционального разнообразия. Исследования показали, что как сетчатка, так и зрительная кора млекопитающих используют стратегии многомасштабного представления и обработки информации", пишут авторы исследования.

То есть разные клетки обрабатывают информацию на разных уровнях детализации, одни клетки реагируют на мелкие детали, другие анализируют более крупные паттерны. В итоге характеристики обработки меняются в зависимости от того, куда именно на сетчатке попадает изображение.

Интересно, что ранее ученые уже подозревали, что все намного сложнее. И иллюзия не совсем в мозге разыгрывается. "Хотя раньше считалось, что избирательность к ориентации ограничена корой головного мозга, было обнаружено [в последующих исследованиях - прим. SciOne], что определенные клетки сетчатки также проявляют избирательность к ориентации, подобную корковым клеткам", объясняют сами авторы работы. Это означает, что уже на уровне сетчатки вероятно происходит довольно сложная обработка визуальной информации, а не просто передача сигналов в мозг.

Чтобы разобраться, как именно это может работать, они построили довольно хитрую компьютерную модель, которая повторяла эту механику. Если очень грубо, то представьте, что у вас есть две кисточки разного размера: маленькая кисточка создает легкое размытие, а большая кисточка создает сильное размытие.

Что с ними делает программа? Она берет картинку и размывает её маленькой кисточкой. Затем берет ту же картинку и размывает большой кисточкой. Сравнивает эти два размытия и находит разницу между ними. Это помогает выделить важные детали изображения - примерно как наш глаз выделяет контуры и границы объектов.

То есть, говоря уже без метафор, модель имитировала работу рецептивных полей ганглиозных клеток сетчатки. Это очень важный момент. Рецептивное поле – это участок сетчатки, при освещении которого конкретная нервная клетка меняет свою активность.

Так вот рецептивное поле ганглиозной клетки сетчатки имеет особую структуру "центр-окружение". Центральная область клетки может возбуждаться светом, окружающая область при этом оказывает тормозящее действие. Или наоборот: центр тормозится светом, а окружение возбуждается. Вот это и воспроизвели на компьютере с помощью алгоритмов и математических формул.

Получившаяся модель применила к изображению фильтр (гауссовский), получив тем самым размытую версию картинки. Затем модель вычитала одну размытую версию из другой. В результате получается что-то вроде полосового фильтра, который выделяет определенные пространственные частоты в изображении.

А взяли исследователи для анализа две картинки: черная дыра на светлом фоне (классическая иллюзия), и версия наоборот — белая дыра на темном фоне. В итоге для черной дыры: программа показала, что центральная часть как будто расширяется - точно так же, как это видит человек. Для белой дыры: программа показала обратный эффект - центр как будто сжимается.

И это не субъективные ощущения. На деле в эксперименте, когда модель обрабатывала картинки иллюзии, алгоритм составлял "карту краев" (Edge-Map). Это математическое представление того, как сильно меняется контраст в разных частях изображения. Причем в разных масштабах.

Так что программа не "видела" расширение или сжатие в привычном нам смысле, а измеряла конкретные математические параметры — как меняются значения контраста на разных масштабах анализа изображения. Эти измерения показали разные паттерны активации для черной и белой версий иллюзии, что соответствует различным физиологическим реакциям, наблюдаемым у людей (например, расширение или сужение зрачков).

Тем самым модель смогла объяснить не только субъективное восприятие движения, но и физиологические реакции, такие как расширение зрачков. Это, как считают авторы, подтверждает, что иллюзия возникает на самых ранних этапах обработки визуальной информации, а не является результатом более поздней интерпретации мозгом.

Теперь авторы исследования хотят проверить свои выводы на живых людях в нейрофизиологических экспериментах. А значит, — прямое наблюдение за работой сетчатки. Это важно потому, что сейчас мы видим только конечный результат работы модели, но не имеем прямых доказательств того, что реальные клетки сетчатки работают именно так, как предполагает модель. Да и можно было бы нащупать физиологическую связь с другими иллюзиями, которые задействуют похожие механизмы или имеют схожие эффекты.

Исследование: https://arxiv.org/pdf/2501.08625

Как капля “решает” лабиринт: физика, химия и немного магии

2025-01-30T12:12:53.443Z

В 2018 году группа исследователей опубликовала видео, которое вызывало вопросы: капля мыльного раствора, добавленная в заполненный молоком лабиринт, словно "знала", куда ей двигаться.

2018, https://gfm.aps.org/meetings/dfd-2017/59bc8727b8ac316d38842162

Вместо того чтобы бесцельно блуждать по коридорам, жидкость уверенно направлялась к выходу. С самого начала заподозрили, что дело в эффекте Марангони. Это физическое явление, при котором жидкость движется из-за градиентов поверхностного натяжения.

Проще говоря: когда в разных местах поверхности жидкости разное поверхностное натяжение, жидкость начинает течь от области с низким поверхностным натяжением к области с высоким.

Изначально можно было бы ожидать, что эффект Марангони просто заставит жидкость растекаться во все стороны одинаково. Однако исследователи обнаружили, что: наличие эндогенных ПАВ (уже присутствующих в жидкости) создает сложную картину градиентов поверхностного натяжения. Кроме того, из-за особой геометрии лабиринта (больший выход) создаются преимущественные пути для течения. В результате эффект Марангони "направляет" жидкость преимущественно к выходу

Но чтобы выяснить это, понадобилось большое и серьезное научное исследование. Давайте разберемся, что же происходит на самом деле.

В этом эксперименте участвуют два главных "героя":

Основная жидкость — смесь молока с водой в равных пропорциях. Она заполняет все ходы лабиринта. На её поверхности уже присутствуют свои поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые учёные называют эндогенными, то есть "внутренними".
Мыльный раствор — капля с высокой концентрацией "внешних" (экзогенных) ПАВ, которую добавляют на вход лабиринта.

Поверхностно-активные вещества — это молекулы-амфифилы, у которых одна сторона любит воду (гидрофильная), а другая — избегает её (гидрофобная). Из-за такого строения они стремятся расположиться на границе между водой и воздухом, образуя тонкий слой.

Когда ПАВ неравномерно распределены по поверхности жидкости, возникает интересный эффект: области с большей концентрацией ПАВ имеют меньшее поверхностное натяжение. Эта разница создает течение жидкости — эффект Марангони, названный в честь итальянского физика.

Когда мы добавляем каплю мыльного раствора в лабиринт, начинается сложный "танец" между внешними и внутренними ПАВ. Внешние ПАВ стремятся распространиться по поверхности, но их движение не случайно. Оно определяется:

Геометрией лабиринта
Взаимодействием с внутренними ПАВ
Особенностями конструкции (например, выход из лабиринта шире остальных ходов)

Ключ к пониманию этого явления — асимметрия лабиринта. Выходное отверстие существенно больше остальных проходов, что создает особые условия для распространения ПАВ. Большая площадь выхода означает большее количество внутренних ПАВ в этой области. Это создает более сильный градиент концентрации вдоль правильного пути. Внешние ПАВ "чувствуют" этот градиент и движутся преимущественно в этом направлении.

От лабиринта к легким

Это исследование — не просто красивый физический эксперимент. Оно может иметь важное практическое применение в медицине, особенно в лечении легочных заболеваний.

Дело в том, что наши легкие — это сложная система разветвленных каналов, очень похожая на лабиринт. На поверхности этих каналов также присутствует естественный сурфактант (еще одно название ПАВ). Понимание того, как взаимодействуют естественные и искусственные ПАВ, может помочь в разработке более эффективных методов доставки лекарств в легкие.

Исследователи создали математическую модель, которая хорошо описывает наблюдаемое поведение. Эта модель может быть применена к более сложным системам, включая реальные легочные пути. В будущем это может привести к созданию новых методов лечения респираторных заболеваний.

Одним из самых интересных результатов исследования стало открытие того, что точное соотношение концентраций внешних и внутренних ПАВ не так важно, как считалось раньше. Система работает в широком диапазоне параметров, что делает её более надежной и применимой в реальных условиях.