София Воронцова /
Лента
27 мая 2019
В конце XX века группа физиков-теоретиков разработала теорию, описывающую пространство-время как квантовый феномен. Наряду с теорией струн теория петлевой квантовой гравитации пытается примирить квантовую механику с гравитацией.В современной физике есть две теории, невероятно точно описывающие крупномасштабные явления и то, что происходит в микромире: Общая теория относительности и Стандартная модель квантовой механики соответственно. Но насколько бы точной и удивительной каждая из этих двух теорий ни была, они не очень хорошо сотрудничают друг с другом.Сам Альберт Эйнштейн — автор Общей теории относительности — до конца жизни был занят работой над теорией, которая объединила бы квантовую механику и гравитацию. Как известно, у него ничего не вышло. Многие современные физики-теоретики — от Шона Кэрролла до Брайана Грина — считают, что разработка тестируемой, фальсифицируемой и доказуемой теории квантовой гравитации откроет новые горизонты для науки и поможет ответить на множество вопросов: например, что происходит за горизонтом событий черных дыр?Среди множества подходов к квантовой гравитации самым успешными направлениями считаются теория струн и петлевая квантовая гравитация. Если о теории струн знают и о ней говорят, то ее главный конкурент — петлевая квантовая гравитация — пока не получил такой широкой огласки.Ли Смолин / © Karol Jarolchowski/PolitykaПетлевая квантовая гравитация представляет собой теорию, пытающуюся выразить современную теорию гравитации (то есть Общую теорию относительности, ОТО) в квантованном формате. Подход этой теории заключается в восприятии пространства-времени как чего-то разбитого на дискретные части. Немало ученых рассматривают петлевую квантовую гравитацию как самую органично разработанную, не считая теории струн.Как появилась теория петлевой квантовой гравитацииПринято считать, что петлевая квантовая гравитация берет начало в 1986 году, когда Абэй Аштекар разработал квантовую формулировку уравнений поля Общей теории относительности. В 1988-м физики Ли Смолин и Карло Ровелли расширили этот подход — и в 1990 году показали, что при помощи него гравитация квантуется и это можно увидеть при помощи спиновых сетей Роджера Пенроуза.Карло Ровелли на лекции в Риме / © Marco Tambara/WikipediaВкратце: подход к петлевой квантовой гравитации через спиновую сеть показывает пространство-время как набор частей, соединенных друг с другом. Это можно представить в виде точек (или узлов), представляющих части пространства-времени, соединенные линиями. Иначе говоря, пространство-время можно рассматривать как сеть квантовых узлов. Гладкая структура пространства-времени, описываемая ОТО, становится такой, когда вы «отдаляетесь» от квантовых масштабов до достаточно крупных. К чему приводит петлевая квантовая гравитацияКак и со всей теоретической физикой, исследующей этот вопрос, физика и математика на этом уровне невероятно сложны. Относительно ценности петлевой квантовой гравитации ведется немало споров, особенно если сравнивать ее с другими подходами — вроде той же теории струн.Петлевая квантовая гравитация достигла успеха в следующем: Квантование трехмерной пространственной геометрии ОТО;2. Возможность вычислить энтропию черных дыр;3. Предсказание Большого отскока в момент Большого взрыва вместо бесконечной сингулярности.Энтропия черной дыры в петлевой квантовой гравитации / © John BaezОднако пока что это успехи в области математической физики, так как экспериментально они еще не были подтверждены. А в случае с Большим отскоком — об экспериментальных подтверждениях не может быть и речи.Предсказание, связанное с энтропией черных дыр, считается самым большим достижением теории. Считается, что петлевая квантовая гравитация предоставляет точный способ описания квантовых состояний черной дыры, а также совпадает с предсказаниями об энтропии черных дыр, сделанными Стивеном Хокингом и другими физиками в 1970-х.Абэй Аштекар во время лекции / © University of PittsburgПреимущества петлевой квантовой гравитацииВ пользу петлевой квантовой гравитации есть серьезный аргумент. Дело в том, что ее сторонники рассматривают ее как конечную теорию. Другими словами, сама теория петлевой квантовой гравитации не допускает бесконечностей. Один из главных ее исследователей Ли Смолин в своей книге «Неприятности с физикой» описывает конечность теории тремя пунктами: Области и объемы в петлевой квантовой гравитации — всегда конечные дискретные единицы; В модели петлевой квантовой гравитации Бэрретта — Крейна (пространство-время как квантовая пена) вероятности развития квантовой гравитации в разные истории всегда конечны; Включение гравитации в теорию петлевой квантовой гравитации с теорией вещества — вроде Стандартной модели — не содержит бесконечных выражений. Если гравитацию исключить, придется потрудиться, чтобы избежать их.Проблемы петлевой квантовой гравитацииМногие недостатки петлевой квантовой гравитации — те же, что и у теории струн. Их предсказания чаще всего связаны с явлениями, которые пока что нельзя протестировать (хотя по части петлевой квантовой гравитации возможность испытать ее экспериментально представляется несколько более вероятной, чем в случае с теорией струн).Кроме того, не понятно, можно ли утверждать, что петлевая квантовая гравитация более фальсифицируема, чем теория струн. Например, открытие суперсимметрии или дополнительных измерений не станет опровержением петлевой квантовой гравитации, как и их отсутствие не докажет ошибочность теории струн.Кванты пространства в представлении Карло Ровелли / © Carlo Rovelli/Class.Quant.Grav. 28 (2011)Самая большая проблема петлевой квантовой гравитации заключается в том, что этой теории еще предстоит показать, каким образом можно взять квантованное пространство и извлечь из него гладкое пространство-время. К тому же некоторые критики теории считают сам способ добавления времени в спиновую сеть надуманным.Квантовая теория пространства-времени в петлевой квантовой гравитации, по сути, — квантовая теория пространства. Спиновая сеть, описанная теорией, не способна включить в себя время.Некоторые ученые, занимающиеся этой теорией, вроде того же Ли Смолина, считают, что время в итоге станет необходимым и фундаментальным компонентом теории. В то же время Карло Ровелли уверен, что она в итоге покажет, что времени как такового не существует и что, по сути, это возникающий феномен.Остается запастись терпением и ждатьНекоторые физики-теоретики, включая Брайана Грина и Ли Смолина, высказывали предположение о том, что петлевая квантовая гравитация и теория струн окажутся двумя способами описания одной и той же фундаментальной физической структуры. Ученые надеются, что исследование двух этих областей в итоге поможет разработать более полную фундаментальную теорию, описывающую основополагающую квантовую теорию, которая, в свою очередь, приведет к успешной единой теории поля, способной полностью примирить ОТО со Стандартной моделью квантовой механики.
Показать полностью…
Неандертальцы неоднократно спаривались с современными людьми
Новое исследование показало, что неандертальцы многократно спаривались с анатомически современными людьми и производили потомство.
Исследователи из Университета Темпе обнаружили доказательства того, что неандертальцы часто спаривались и производили потомство с анатомически современными людьми, тем самым опровергнув более раннее исследование. В своей работе, опубликованной в журнале Nature Ecology and Evolution, Фернандо Вилланеа и Джошуа Шрайбер описывают проведенный ими генетический анализ восточноазиатских и европейских народов и то, как они отличаются от людей из других регионов.
За последние годы ученые выяснили, что ранние люди, вышедшие из Африки, столкнулись с неандертальцами, жившими на территории современных Европы и Восточной Азии. Сравнив ДНК неандертальцев с ДНК современных людей, исследователи обнаружили, что имело место по крайней мере одно спаривание, в результате которого было произведено потомство. Это отразилось на человеческой ДНК: примерно два процента ДНК современных неафриканских людей принадлежат неандертальцам. Также в новом исследовании содержатся свидетельства того, что такой случай был далеко не один.
Их выводы вполне логичны, учитывая то, что анатомически современные люди и неандертальцы сосуществовали на протяжении почти 30 тысяч лет. Другое недавнее исследование также указало на то, что имели место многократные союзы, производившие потомство: у некоторых людей из Восточной Азии, например, обнаружилось до 20 процентов больше неандертальской ДНК, чем у чистокровных европейцев.
Ученые сосредоточились на одной цели: выяснить, было ли спаривание единичным или нет. Они проанализировали данные проекта 1000 Genomes Project, вычислив количество неандертальской ДНК в генетическом материале добровольцев. Первым шагом было разделение данных между людьми европейского и азиатского происхождения. Это предполагало, что у обеих групп присутствуют следы многократных ранних спариваний. Затем исследователи создали симуляции, которые показали итоги разных значений между двумя группами. Далее данные, полученные из симуляций, были введены в алгоритм машинного обучения, который показал закономерность наследования ДНК на основе числа скрещиваний.
Исследователи пришли к выводу, что, скорее всего, между неандертальцами и людьми из Европы и Восточной Азии имели место неоднократные эпизоды скрещивания.
Ученые объяснили, почему в престарелом возрасте здоровье женщин хуже, чем у мужчин
Наука давно задавалась вопросом, почему здоровье женщин в пожилом возрасте гораздо хуже, чем у мужчин, учитывая, что шанс мужчины умереть в любом возрасте выше (парадокс «male-female, health-survival»). По мнению ученых, дело в генах, которые идут на пользу одному полу, но вредят другому.
Исследователи из Университета Эксетера использовали математические модели и данные экспериментов на мухах и обнаружили, что такие гены могут легко распространяться, если они вступают в силу после того, как женщина выходит из репродуктивного возраста. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
«Общие гены связывают два пола вместе в эволюционном «перетягивании каната»: селекция пытается направить женщин и мужчин в разных направлениях, однако общий геном предполагает, что благополучие одного пола повлечет за собой недостатки у другого и наоборот. Однако, после того как женщины достигают менопаузы, любые гены, которые улучшают физическое состояние мужчины в престарелом возрасте, будут копиться и негативно сказываться на организме женщины», — рассказывает профессор Дэвид Хоскен (David Hosken) из Университета Эксетера.
По словам ученого, важным фактором служит то, что выживание и физическое здоровье это не одно и то же. Накопление генов, полезных для мужского самочувствия в конце жизни, зависит от их способности к оплодотворению после преодоления женщинами менопаузы.
Проанализированные исследователями данные в экспериментах на плодовых мушках (drosophila) подтверждают результаты математических моделей, высчитанных на людях, поскольку гены, которые бы помогали мужчинам сохранять способность оплодотворения в старости, как правило, негативно отражались на здоровье женщин.
Парадокс здоровья и выживаемости мужчин и женщин (the male-female health-survival paradox) — явление, наблюдаемое в современном обществе: женщины живут дольше, но вместе с тем они чаще страдают от тех или иных форм инвалидности и демонстрируют более низкие показатели общего состояние здоровья, чем мужчины.
По мнению специалистов, этот факт имеет далеко идущие экономические, социологические и медицинские последствия. Различные данные свидетельствуют о том, что мужчины умирают в более молодом возрасте, чем женщины, несмотря высокие показатели здоровья — это происходит из-за биологических и экологических различий, которые включают в себя различные поведенческие, культурные и социальные факторы.
У тасманских дьяволов обнаружили участки генов, которые способствуют сокращению раковой опухоли
Организм животных начал приспосабливаться к заболеванию, угрожающему исчезновением вида; ученые надеются адаптировать этот механизм для лечения человека.
Исследователи из Университета штата Вашингтон изучили ДНК тасманских дьяволов с лицевой опухолью (DFTD) и тех их сородичей, которые выработали резистентность к заболеванию. Они выделили несколько участков генов, которые могут отвечать за сокращение опухоли. Работа опубликована в журнале Genome Biology and Evolution.
Лицевая опухоль тасманского дьявола — злокачественное заболевание, которое смертельно почти в 100 процентах случаев. Впервые его зафиксировали в 1996 году, и к настоящему времени оно привело к гибели 80 процентов всей популяции.
Год назад австралийские ученые, ловившие и метившие животных, заметили нечто необычное. Часть помеченных индивидов с лицевой опухолью не умерла, как остальные заболевшие. Дальнейшие наблюдения показали, что они, наоборот, пошли на поправку, а опухоль уменьшилась. Исследователи захотели узнать, в чем причина такого нетипичного развития, — для этого они объединились с коллегами из Университета штата Вашингтон.
Авторы секвенировали геномы семи тасманских дьяволов с сопротивляемостью к раку и троих обычных заболевших. Они нашли три отличительных региона в ДНК выздоровевших животных, которые связаны с иммунным ответом организма. Марк Маргес (Mark Margres), принимавший участие в работе, подробнее рассказал о полученных результатах:
«Мы определили некоторые гены-кандидаты, которые, по нашему мнению, связаны с регрессией рака. Сейчас мы начнем функциональные тесты этих генов, чтобы понять, можно ли искусственно вызвать ту же реакцию. Пока трудно сказать что-то определенное с такой маленькой выборкой, но эти данные могут помочь выработать базу для генетического сопротивления опухолям».
Три участка ДНК, выделенные учеными / ©Genome Biology and Evolution
Тасманские дьяволы — не первые млекопитающие, у которых обнаружен генетический механизм уменьшения раковых опухолей. Такую же способность находили у людей, больных карциномой Меркеля — агрессивным раком кожи. Первое выздоровление зафиксировали в 1986 году. Всего с того времени известно о 22 подобных случаях.
Ранее ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе выделили белок, который ускоряет рост раковой опухоли в легких. Он станет новым биомаркером и поможет диагностировать заболевание на ранних стадиях.
Роскошь на воде! Концепция электрической яхты Tjep EAU
Дизайнерское агентство Tjep, расположенное в Амстердаме, представило концепт роскошной электрической яхты EAU.
Судно было номинировано на Международную премию в области яхт и авиации (International Yacht and Aviation Awards) в 2018 году. Ведущий дизайнер агентства Фрэнк Тьепкема (Frank Tjepkema) и его команда стремились довести простоту и утонченность концепта до предела, представив корабль, который воплощает качества самой воды.
Концепция EAU Electric Yacht вдохновлена идеей о том, что в ближайшем будущем развитие электромобилей также повлияет и на яхтостроение. Появятся более емкие аккумуляторы, которые можно будет разместить на борту, а в портах построят пункты зарядки. В концепте отражено стремление к будущему, где роскошные моторные яхты будут максимально дружелюбны к окружающей среде. В то же время в EAU по-прежнему используются знакомые элементы традиционного яхтостроения.
Ключевой элемент в конструкции — рубка в форме капли воды, которая выглядит как плавающая над палубой абстрактная скульптура. На борту есть бассейн, вертолетная площадка, а в задней части корпуса — два небольших прогулочных катера. Полностью электрическая двигательная система обеспечивает крейсерскую скорость в 25 узлов.
