Как видно из названия темы, я решил попробовать разобрать каждую серию научно-популярного спин-оффа Смешариков с научной точки зрения, то есть дать некоторые комментарии и разобрать ошибки, которые в некоторых сериях, к сожалению, присутствуют. Нечто подобное для нескольких серий я уже делал в теме "Астрономические ошибки в Смешариках". Сейчас я хочу попробовать продолжить, но теперь уже не только для нескольких избранных серий, а для каждой по очереди. Если честно, я не уверен, что мне это в полной мере удастся. Как минимум, учитывая то, что я вряд ли смогу делать разборы чаще, чем раз в неделю, на все 105 серий уйдёт не меньше 2 лет. В действительности, не исключено, что мне надоест этим заниматься уже через несколько недель. Другая проблема состоит в том, что серии Пин-кода затрагивают различные области научного знания, во многих из которых я не то что не являюсь экспертом, но вероятно даже не овладел предметом в объёме школьной программы
С этой проблемой приходится столкнуться на первой же серии. Итак, сегодня у нас серия "Почему?". Сразу стоит отметить, что я не биолог. Всё, что я пишу дальше основано на моих ограниченных представлениях и может оказаться неправильным, не вполне точным или не соответствующим современным научным представлениям. Я постараюсь не наврать слишком сильно, но всё же учитывайте, что я не являюсь экспертом и в вопросах биологии моё мнение не заслуживает особого доверия.
Проснувшись с утра, все смешарики обнаруживают, что потеряли цвет. Лосяш предполагает, что это связано с вирусом, повредившим некоторый ген, обеспечивающий синтез меланина. В действительности, меланины - это группа пигментов, придающих цвет многим организмам. У людей меланин является пигментом, определяющим цвет кожи. Как известно, люди различаются по цвету кожи, что связано с различной выработкой меланина в разных популяциях и определяется наследственностью. Тем не менее, вопреки сказанному Лосяшем (ну, то есть авторами научной вставки в серии, конечно), меланин не является белком и его синтез не определяется напрямую каким-то единственным геном, его кодирующим (Solano, 2014). По современным данным на выработку меланина в коже человека влияет активность 169 генов (Bajpai et al., 2023). Тем не менее, определяющую роль в биосинтезе меланина играет фермент (т.е. биологический катализатор белковой природы) тирозиназа (Solano, 2014). Мутации в гене, кодирующем тирозиназу, у человека приводит к альбинизму глаз и кожи типа I (тирозиназ-отрицательный альбинизм), что встречается примерно у 1 из 20000 людей в мире. Таким образом, мутация в некотором гене действительно может привести к прекращению выработки меланина и альбинизму.
Честно говоря, я не обладаю достаточными знаниями, чтобы сказать точно, возможно ли хотя бы теоретически, чтобы альбинизм мог быть вызван вирусом. В реальности такого, конечно, не происходит и приобрести альбинизм в процессе жизни невозможно, это генетическое заболевание (поэтому, кстати, Кар-Карыч не мог заразиться этой болезнью от слонихи никаким возможным путём). Однако не является ошибкой то, что вирусы могут встраивать в ДНК клетки свой генетический материал, чем провоцируют мутации (Gershenson, 1986). Если допустить, что некоторый вирус избирательно "отключал" ген, без которого невозможен синтез меланина в организме, и распространялся по всем клеткам, в которых меланин вырабатывается (меланоциты), даже тогда потеря цвета не будет столь быстрой, ведь уже синтезированный меланин из организма (по крайней мере за одну ночь) никуда не исчезнет.
Тем не менее, смешариков поразило это необычное заболевание. И здесь Лосяш предлагает совершенно разумный подход к его лечению - генную терапию, т.е. генетическую модификацию организма для достижения терапевтической цели. Вирусы действительно широко используют в качестве векторов для доставки гена в клетки для осуществления генной терапии (Kaji, 2001). Проводить при этом испытание препарата для генной терапии на растении (Лосяш, Бараш и Нюша использовали в качестве подопытного организма репу) - не самая лучшая идея, поскольку генетически растения, вероятно, очень далеки от смешариков (не будем сейчас обращать внимания на то, что и сами смешарики относятся к разным видам). Хотя понятно, что проводить испытания на животных (например, на кроликах ) в мире смешариков было бы неэтично (бедный Крош). Впрочем, репа с шестью лапами, появившимися в результате мутации, вызванной неудачным экспериментом, тоже вызывает некоторое сочувствие. К счастью, в реальном мире столь радикальные и сложные мутации никакой генной инженерией (по крайней мере, пока) вызвать невозможно.
Таким образом, хоть и упрощённо и с небольшими неточностями, серия "Почему?" даёт зрителю представление о генетике, генетических болезнях и о возможности использования биотехнологии для их лечения.
Источники: [1] V. K. Bajpai et al., “A genome-wide genetic screen uncovers determinants of human pigmentation,” Science, vol. 381, no. 6658, p. eade6289, Aug. 2023, doi: 10.1126/science.ade6289. [2] E. H. Kaji, “Gene and Stem Cell Therapies,” JAMA, vol. 285, no. 5, p. 545, Feb. 2001, doi: 10.1001/jama.285.5.545. [3] F. Solano, “Melanins: Skin Pigments and Much More—Types, Structural Models, Biological Functions, and Formation Routes,” New Journal of Science, vol. 2014, pp. 1–28, Mar. 2014, doi: 10.1155/2014/498276. [4] S. M. Gershenson, “Viruses as environmental mutagenic factors,” Mutation Research/Reviews in Genetic Toxicology, vol. 167, no. 3, pp. 203–213, May 1986, doi: 10.1016/0165-1110(86)90030-8.
Пока у меня есть немного свободного времени разберу ещё одну серию. Итак, сегодня у нас "Принцесса в поиске".
Лосяш и Пин обращают внимание на проблему изолированности сообщества круглых героев от окружающего мира. Так или иначе, каждому из персонажей не хватает доступа к обществу: Крошу не с кем сыграть в крестики-нолики, у Ёжика не осталось непрочитанных книг, Нюша ищет своего принца, Совунья не может найти во всей Стране Смешариков белые нитки, а Барашу не с кем поделиться своим творчеством. Лосяш находит разрешение этой проблемы: объединить компьютеры всего мира в глобальную сеть, по сути он изобретает Интернет.
В действительности, похоже, всемирная сеть Интернет уже существует в мире Смешариков, однако наши герои не имеют пока к ней доступа. Как верно отмечает Пин, простейший способ объединения компьютеров в вычислительную сеть - использовать кабель. Здесь Смешарики сталкиваются с проблемой, актуальной и в нашем мире. Это проблема "последней мили": в мире существует множество магистральных линий связи, соединяющих между собой города, далёкие страны и даже континенты (см., например, карту подводных кабелей связи: ), однако подключение к сети каждого пользователя (особенно, в географически отдалённых местностях, какой, по-видимому, является Ромашковая долина) затруднено дорогостоящей и нередко технически сложной прокладкой кабеля от пользователя до ближайшей магистральной линии.
Решение этой проблемы Пин видит в использовании спутниковой связи. В познавательной вставке нам рассказывают о возможности использования радиоволн для связи внутри компьютерной сети. Фактически, нам рассказывают о радиорелейной связи, хотя и ни разу не называя этот термин. Радиорелейная связь раньше широко использовалась, в том числе в труднодоступных районах до появления спутниковой связи. Тем не менее, как верно отмечено, протяжённая линия радиорелейной связи требует использования множества ретрансляторов. Для того, чтобы охватить большую территорию, используя малое число ретрансляторов, используют спутниковую связь. Чем выше спутник, тем большую территорию он может обеспечивать связью. В случае очень далёкого спутника покрытие может достигать половины земного шара. Но сколь велика должна быть эта высота?
Можно показать, что доля площади поверхности Земли, находящейся в области прямой видимости со спутника, находящегося на высоте h, вычисляется по формуле:
f = h / (2R + 2h),
где R = 6378 км - радиус Земли. Обратите внимание, что эта доля, строго говоря, всегда меньше 1/2, хотя может быть очень близка к половине при больших h. Эта же формула даёт нам понять, что высоты в 170 км, которая показана на познавательной вставке в серии, недостаточно. Спутник, находящийся на высоте 170 км сможет покрыть связью лишь 1.3% поверхности Земли. Хотя это тоже немало (это круг радиусом около 1450 км с центром в точке, над которой находится спутник), спутники связи никогда не размещают на столь малой высоте. И это связано не только с тем, что для покрытия связью всей планеты потребуется очень много спутников, но и с тем, что из-за сопротивления воздуха в верхних слоях атмосферы, спутник, движущийся на столь малой высоте, будет замедляться и упадёт, скорее всего не завершив даже один оборот, т.е. примерно через 1.5 часа. Поэтому на практике используют либо большие сети низкоорбитальных спутников связи (высоты орбит, как правило, от 500 до 1200 км, например: Iridium, OneWeb и, конечно, знаменитая спутниковая сеть Starlink), либо геостационарные спутники связи, которые при высоте 35786 км действительно покрывают связью почти половину земного шара (например, спутники Inmarsat, Thuraya, Ямал и др.). Ещё одно преимущество геостационарных спутников состоит в том, что их период обращения вокруг Земли равен периоду вращения Земли вокруг своей оси (примерно 24 часа), поэтому геостационарный спутник представляет собой неподвижно висящий над земной поверхностью ретранслятор, в то время как низкоорбитальные спутники быстро движутся относительно поверхности Земли (в таком случае возможно использовать в качестве ретранслятора тот спутник, который находится в области прямой видимости именно в данный момент, сеть должна гарантировать, что в каждый момент и в любой местности подходящий спутник найдётся).
В итоге благодаря использованию спутниковой связи Смешарики наконец получают доступ к Интернету. Мы не знаем, как Лосяш договорился с оператором спутниковой связи о подключении, и тем более как Совунье доставят белые нитки, учитывая географическую удалённость и изолированность Ромашковой долины. Зато теперь у Смешариков есть возможность общаться с остальным миром (или даже друг с другом, не выходя из дома и оставаясь при этом анонимным, чем и воспользовался Бараш). Ну а у нас есть отличная познавательная серия, рассказывающая о всемирной компьютерной сети Интернет и об использовании для подключения к Интернету спутниковой связи (на момент выхода серии в 2012 году ещё не столь распространённой, как сейчас).
Сегодня у нас на очереди разбор серии "Наноняни". В этой серии вновь поднимается тема, связанная с областью науки, в которой у меня нет достаточной квалификации, поэтому этот разбор будет достаточно поверхностным и, возможно, неточным. Тем не менее, некоторые комментарии я всё же постараюсь дать.
Впрочем, просматривая первые несколько минут серии, я обнаружил, что наверное даже моя квалификация, как биолога и врача (нулевая, конечно же) всё же несколько выше, чем у Нюши, Лосяша, Карыча и Пина . Вот уж не знаю, за что они решили так издеваться над несчастным Барашем, но в процессе того, как смешарики пытаются "вылечить" Бараша (хоть и непонятно, от чего именно) нам рассказывают некоторую краткую информацию о работе нашего иммунитета, а именно о лейкоцитах. И информация эта, на первый взгляд, вполне правильна, по крайней мере не противоречит тому, что написано в школьном учебнике биологии. Единственное, что хотелось бы отметить: термин "лейкоциты" не имеет никакого отношения к приклеиванию или прилипанию, как это почему-то сказано в серии, а происходит от греческих слов "λευκός" - "белый" и "κύτος" - "клетка", т.е. буквально лейкоциты - это белые клетки. Слово "лейкопластырь", кстати, скорее всего тоже образовано от греческого "λευκός"; оно было заимствовано из немецкого языка и является адаптацией немецкого слова "Leukoplast", которое, в свою очередь является торговой маркой, под которой компания Beiersdorf AG, разработавшая лейкопластырь, продаёт его с 1921 года (по информации ). Это, конечно, не имеет прямого отношения к теме серии, но всё же неясно, почему авторы допустили такую неточность в этимологии. Не исключаю, что это могло быть намеренным приёмом для упрощения запоминания термина.
Я пропущу некоторые темы, которые поднимаются далее в этой серии, поскольку мало знаю как в области медицины, так и в теории решения изобретательских задач. Можно, конечно, отметить, например, что лейкоциты в действительности способны к передвижению: они передвигаются с помощью псевдоподий, подобно амёбе. Однако это не меняет сути, поскольку всё же перенос лейкоцитов в организме происходит прежде всего с током крови и лимфы.
Когда Барашу действительно потребовалось лечение, Кар-Карыч и Лосяш решили обратиться к наномедицине. Такое радикальное решение неудивительно. Как мы уже поняли, уровень медицинских знаний у Кар-Карыча, Лосяша и Пина оставляет желать лучшего, зато уровень технологического развития у Смешариков (благодаря Пину, полагаю) необычайно высок. Чего только стоит Шаролёт, который, кстати, впервые появляется именно в серии "Наноняни". Но не будем говорить о Шаролёте, а поговорим о нанороботах. Мне кажется, что при создании этой серии авторы могли опираться на знаменитую лекцию американского физика Ричарда Фейнмана "There's Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics" (Feynman, 1959), в которой он описал перспективы нанотехнологий: манипулирования атомами и молекулами с помощью наноразмерных машин, медицинское применение нанотехнологий и в том числе подходы к созданию нанороботов. Описанный в серии метод создания наноразмерных механизмов путём построения с помощью полноразмерных машин их уменьшенных копий, после чего использования этих уменьшенных машин для построения ещё меньших их копий, также предложен Фейнманом. В то же время Фейнман отмечает, что на практике такая технология сильно затрудняется тем, что физика на малых масштабах не позволит функционировать точной уменьшенной копии машины: различные силы масштабируются по-разному и на разных масштабах вклад вносят разные физические эффекты. Например, если уменьшить линейный размер машины в k раз (например, в 10 раз), её масса уменьшается в k3 раз (т.е. в 1000 при k = 10), потому для наномашин гравитация практически не играет никакой роли (в то же время присутствует на больших масштабах и может явным или неявным образом использоваться в функционировании машин). Зато незаметные для нас силы молекулярного взаимодействия Ван-дер-Ваальса на малых масштабах играют важную роль. Так что Железная Няня при уменьшении уже в несколько тысяч раз может оказаться неработоспособной. В реальности сейчас такая технология не используется, впрочем, не существует и самовоспроизводящихся роботов. Единственные известные нам самовоспроизводящиеся наномашины - это живые организмы. Создание робота, способного к самовоспроизведению, с одной стороны, открывает большие технологические возможности, с другой стороны без контроля может привести к огромным проблемам, в том числе, угрожающим нашему существованию. Самовоспроизводящиеся машины, вышедшие из-под контроля, могли бы быстро поглотить всё доступное им вещество, пригодное для создания себе подобных (хотя это сомнительно, поскольку вряд ли они могли бы создавать свои копии из произвольной материи вокруг, вероятно, требовались бы вполне определённые, пригодные для этого материалы, запасы которых ограничены), а также при условии подверженной ошибкам репликации, они были бы способны к эволюции путём естественного отбора, что стирает грань между живыми организмами и неживыми машинами, давая нанороботам неограниченные возможности для развития. В некотором смысле можно считать "живыми" любые способные к репликации молекулярные машины. Хотя сейчас ещё не существует общепринятого определения того, что можно считать живым, а что нет.
Нашим же героям удалось создать безопасных управляемых нанороботов, которые были введены в организм Бараша для помощи лейкоцитам в борьбе с вирусами. Интересно, что им удалось создать нанороботов такими, чтобы они не воспринимались организмом Бараша, как инородные частицы, и соответственно, не вызывали иммунный ответ (как уменьшившиеся Крош и Ёжик в организме Пина в серии "Прививка от Кроша"). Так или иначе, эти роботы помогли вылечить Бараша и продемонстрировали невероятно высокий уровень развития технологий у Смешариков.
Как вы уже заметили, я сдался даже раньше, чем предполагал. И хотя вдруг неожиданно сегодня мне вдруг пришла в голову мысль продолжить серию разборов, теперь уже очевидно, что все серии Пин-кода разобраны точно не будут. Но, наверное, иногда я буду разбирать здесь некоторые серии, темы которых меня наиболее заинтересовали. Кроме того, напоминаю, что серии "Диета для Вселенной", "Танец дружбы" и "Второе Солнце" уже были в каком-то виде разобраны в теме , повторяться я, скорее всего, не буду, если только не сочту необходимым дополнить разбор.
Ну а сегодня напишу свой комментарий о серии "Верный знак".
Копатыч собирается накормить своего питомца - червяка Резонанса. Как мы знаем, червяк этот совершенно необычный: согласно серии "Вечная жизнь" он бессмертен и размножается почкованием. Также легко заметить, что червяк этот обладает удивительно высоким для червя уровнем интеллекта, по крайней мере не ниже, чем у млекопитающих или птиц, которых люди держат в качестве домашних животных. Тем не менее, в отличие от шарообразных животных, в этом мире червяк не является разумным (в привычном для людей понимании) существом.
Копатыч, Пин и Лосяш попадают в параллельный мир по вине эксперимента с параллельными реальностями, который проводили Пин и Лосяш. При этом, согласно словам Лосяша, они теперь не могут влиять на материальные объекты. С физической точки зрения подобное заявление, очевидно, не может соответствовать показанной действительности, ведь наши герои всё ещё могут видеть и слышать мир вокруг (что означает, что их органы чувств взаимодействуют с фотонами света и даже с колебаниями воздуха), а также каким-то образом стоят на полу и не проваливаются сквозь него, что неизбежно означает по третьему закону Ньютона, что и они на пол оказывают силу давления. Это, конечно, просто придирки, я не критикую всерьёз сюжет этой серии, однако стоит отметить, что сюжет в данном случае построен скорее на мистике, чем на науке. Всегда, кстати, интересовался вопросом, почему призраки проходят сквозь стены, но не проходят сквозь пол. Хотя, кстати, учитывая то, что не имея возможности взаимодействовать с окружающим миром, не будешь ощущать и гравитацию, данный парадокс можно объяснить тем, что по привычке призраки (или Копатыч, Пин и Лосяш, оказавшиеся в параллельной реальности) двигаются вдоль пола, а не проваливаются сквозь него потому, что на них не действует сила гравитации Земли (или искусственная гравитация в Шаролёте). Интересно также, почему только Пин, Лосяш и Копатыч переместились в параллельную реальность, а не все материальные объекты вокруг, может быть аномалия действовала на все живые организмы, но тогда в параллельную реальность должны были переместиться и растения в каюте Копатыча. Пока больше вопросов, чем ответов...
Ну ладно, теперь давайте перейдём к делу. Всё-таки эта серия не про параллельные миры, а про семиотику. Копатыч, Пин и Лосяш, обнаружив, что могут взаимодействовать с Шароскопом, хотят с его помощью подать знак Резонансу, чтобы тот нажал на кнопку. Героям нужно решить, какой знак следует использовать, чтобы он был понятен червяку. В связи с этим Лосяш рассказывает о науке семиотике и приводит классификацию знаков, введённую философом Чарльзом Сэндерсом Пирсом (1839 - 1914) - основателем науки семиотики. Пирс разделил знаки на 3 типа: иконические знаки, индексы и символы. Иконические знаки обозначают объект в силу того, что похожи на него (например, изображение объекта); знаки-индексы имеют физическую связь с обозначаемым объектом (например, дым является символом того, что где-то горит огонь, а, например, след дикого животного указывает на то, что оно здесь проходило); знаки-символы же не имеют какой-либо связи с объектом и обозначают его в силу договорённости. Очевидно, что слова человеческих языков (как их произношение, так и написание) являются знаками-символами. Использование текста на русском языке - не лучший способ подать знак червяку, не владеющему языком и тем более не умеющему читать. Поэтому попытка Копатыча передать послание Резонансу была обречена на провал.
Пин предпринимает попытку использовать знак-индекс - стрелку, указывающую на кнопку, и также терпит неудачу. А вот идея Лосяша использовать знак-икону - изображение яблока, оказывается почти успешной. Вот здесь стоит остановиться и рассмотреть ситуацию подробнее, в том числе с точки зрения червяка. Я задам такой вопрос: является ли стрелка, указывающая на кнопку знаком-индексом необходимости нажать на эту кнопку? Действительно, согласно Пирсу (Peirce C. S. What is a sign. – 1894.) дорожный знак, указывающий направление пути является знаком-индексом. Он привлекает внимание, физически указывая направление подобно тому, как человек может показывать пальцем на некоторый объект. Вероятно, даже червяк может понять, что стрелка, указывающая на кнопку, действительно указывает на кнопку, таким образом являясь знаком-индексом направления на кнопку. Но является ли она знаком необходимости нажать на эту кнопку? В действительности для того, чтобы стрелка, указывающая на кнопку, обозначала "приди и нажми на эту кнопку", нужна предварительная договорённость. Даже человек может не понять такое значение стрелки вне определённого контекста. В этом смысле стрелка, указывающая на кнопку, является знаком-символом необходимости нажатия на эту кнопку. Согласно Пирсу, для интерпретации индекса необходим опыт. В отсутствии необходимого опыта у червяка он не способен понять такой знак.
Теперь обратимся к изображению яблока. Для нас очевидно, что изображение яблока является знаком-иконой, обозначающим яблоко. Является ли он знаком необходимости нажатия на кнопку? Только в определённом контексте. Мы полагаем, что у червяка есть опыт (или инстинкт), предписывающий ему двигаться в сторону еды, хотя он никак не сможет связать этот знак с нажатием на кнопку (это лишь побочный, неосознанный результат). Всё же остаётся вопрос, интерпретирует ли животное изображение яблока так же, как человек? Здесь я бы хотел сделать отступление и привести аргументы критиков теории Пирса. Пирс выстраивал типы знаков в последовательность иконы -> индексы -> символы. В его понимании индексы сложнее, чем иконические знаки, поскольку, как я уже писал выше, для интерпретации индекса необходим опыт и разум, способный заметить связь между объектом и указывающим на него индексом. В то же время, как указывают критики (прежде всего, Дэниэл Эверетт, см. Everett D. L. How language began: The story of humanity's greatest invention. – Liveright Publishing, 2017., в русском переводе Эверетт Д. Как начинался язык: История величайшего изобретения. – Альпина Паблишер, 2019.), такая последовательность не отражает эволюционное развитие знаков. Так, в приведённом мной выше примере, след животного (или, например, его запах), является знаком-индексом, указывающим на это животное (и возможное его нахождение поблизости, или на маршрут его движения). Такие знаки в силу инстинкта или опыта способны интерпретировать все виды животных (или даже все живые существа), в то время как интерпретация иконического знака доступна лишь людям. Вы можете возразить, что ведь червяк понял знак-икону, изображающий яблоко, значит он также способен интерпретировать иконические знаки. На это я отвечу, что это не так. Червяк увидел форму и цвет яблока, его инстинкт или опыт подсказывают, что эти признаки являются индексами яблока. Он не имеет опыта, согласно которому существуют изображения яблока, которые не являются яблоками. В реальности археологические данные указывают, что наши предки достаточно давно научились создавать (или по крайней мере замечать и осознанно интерпретировать) иконические знаки. Такие находки, как макапансгатский манупорт - камень, похожий на человеческое лицо, имеющий естественное происхождение, но намеренно перенесённый древним предком человека вида Australopithecus africanus на свою стоянку 2.9 - 2.5 млн лет назад, свидетельствуют о способности австралопитека интерпретировать иконические знаки. Однако у других животных, даже высших приматов, кроме человека, такого умения, по-видимому, нет. Знаки-символы же создаются вероятно только людьми, их отличие - отсутствие связи или сходства с обозначаемым объектом.
Спасибо всем, кто дочитал до конца. Я потратил на написание этого три часа, не знаю, стоит ли оно того. В любом случае в моих планах обязательно разобрать ещё две серии (пока не скажу какие, но я считаю их разбор особенно важным). Если вы бы хотели видеть разбор какой-то определённой серии Пин-кода, пишите здесь, я постараюсь такие разборы по заявкам делать, но оставляю за собой право отказаться, если меня выбранная тема совсем не заинтересует или моих знаний будет недостаточно.
Последний раз редактировалось Astronom Вт июл 01, 2025 2:21 am, всего редактировалось 2 раз(а).
Если вы бы хотели видеть разбор какой-то определённой серии Пин-кода, пишите здесь, я постараюсь такие разборы по заявкам делать, но оставляю за собой право отказаться, если меня выбранная тема совсем не заинтересует или моих знаний будет недостаточно.
Лично мне хотелось бы разборов серий из сезона "Прыжок в будущее" - без шуток, крайне интересно узнать ваше мнение, насколько реалистичны, правдоподобны те технологии будущего, которые упомянуты и описаны в сериях данного сезона.
Зарегистрирован: Вс мар 30, 2025 12:36 pm Сообщений: 1168 Откуда: от барракуды
Любимый смешарик: Ежик
Заслуженная репутация: 112
Привет! Очень классные разборы! Сделай пожалуйста научный разбор серии "Вселенная под присмотром"! Всегда интересно было узнать подробнее про эксперимент с фотонами и щелями!
_________________ Every dead body that is not exterminated gets up and kills, the people it kills get up and kill.
Сегодня я планировал разобрать серию, которую давно считал необходимым разобрать. Рад видеть, что моих читателей она тоже заинтересовала. Это серия "Вселенная под присмотром". Однако в процессе подготовки материала для разбора я понял, что переоценил свои возможности. На написание подробного разбора может потребоваться несколько дней. Но я надеюсь, что результат понравится моим читателям.
Пока разбор "Вселенной под присмотром" находится в работе, я бы хотел сделать небольшой комментарий по поводу предыдущего разбора. В результате обсуждений с коллегами я обнаружил в нём некоторую неточность. Мне напомнили, что в животном мире в действительности используются иконические знаки и даже символы. Иконические знаки чаще всего интерпретируются животными непроизвольно (как червяк интерпретировал изображение яблока, не понимая, что это лишь изображение). Яркий пример иконического знака в животном мире - это расцветка мух-журчалок, имеющих сходство с жалящими насекомыми (осами, пчёлами и шмелями). В данном случае использование этого знака непроизвольно, однако такое приспособление закрепилось путём естественного отбора, поскольку обеспечивало носителем такой окраски большую безопасность (и большие шансы оставить потомство, а следовательно передать потомкам гены, ответственные за такую расцветку). Пример использования символов мы также можем найти среди насекомых. Речь идёт о танце пчёл - методе коммуникации пчёл посредством определённого набора движений. С помощью танца пчёлы, обнаружившие нектар, сообщают другим членам улья информацию о направлении расположения источника питания, расстоянии до него и количества в нём пыльцы и нектара. Подробнее об этом рассказывалось в серии "Танцы с пчёлами" (если вам это интересно, я могу сделать подробный разбор и этой серии). В данном случае пчёлы используют знаки-символы, поскольку движения в танце не имеют физической связи или очевидного сходства с той информацией, которая посредством этих движений передаётся. Однако пчёлы, по-видимому, также используют знаки-символы непроизвольно. Такое поведение является врождённым, а не усваиваемым с опытом, и выработалось в процессе эволюции, хотя точный механизм эволюции ещё предстоит выяснить.
Поскольку разбор серии "Вселенная под присмотром" получается ОЧЕНЬ БОЛЬШИМ, я решил разделить его на две части. Первую часть публикую сегодня. А вторую - когда-нибудь потом (я её ещё не написал). Чем больше интереса вызовет у читателей первая часть, тем быстрее будет выложена вторая (нужна же какая-то мотивация).
Итак, рассмотрим сегодня серию "Вселенная под присмотром".
Лосяш изолирует себя в каюте с "антивоображательным покрытием", впечатлившись двухщелевым экспериментом, в котором демонстрируются волновые свойства света, т.е. потока фотонов. Сами по себе волновые свойства света никого не удивляют с давних времён, по крайней мере с начала XIX века, когда опыты Томаса Юнга доказали, что свет ведёт себя как волна. В частности, именно Юнг первый провёл двухщелевой эксперимент со светом, обнаружив интерференцию волн, прошедших через каждую из щелей (Young, 1802). В тех точках экрана, на которые световые волны от обеих щелей приходит в одинаковой фазе, они усиливают друг друга и наблюдаются светлые полосы, а там, где волны приходят в противофазе, они ослабляют друг друга - там наблюдаются тёмные полосы. Можно теоретически вывести зависимость освещённости экрана от координаты x, отсчитываемой от оси симметрии установки:
E(x) = 2 E0 (1 + cos(2 πxa / (λD))),
где a - расстояние между щелями, D - расстояние между экраном с щелями и экраном, на котором наблюдается интерференционная картина, λ - длина волны света (для видимого света от 400 до 750 нанометров). Ширина самих щелей должна быть очень мала (близка к длине волны света), чтобы можно было наблюдать интерференцию, а чем больше расстояние между щелями, тем более часто будут расположены светлые и тёмные полосы на экране, поэтому на практике расстояние между щелями тоже делается небольшим. Таким образом, опыт Юнга - это достаточно тонкий эксперимент, который может быть затруднительно повторить в домашних условиях, хотя ряд эффектных опытов, демонстрирующих волновые свойства света, можно повторить и дома (можете поискать в Интернете). Часто для демонстрации интерференции света используют бипризму Френеля - устройство для разделения пучка света на два. Результат эксперимента получается такой же, как и в опыте Юнга. Фотография интерференционной картины приведена ниже. В этой установке расстояние между щелями (точнее, изображениями одной щели, полученными с помощью бипризмы Френеля) a = 0.75 мм; ширина щели не превосходит 0.01 мм; расстояние между светлыми полосами на экране 0.43 мм при длине волны света λ = 590 нм. Интерференционная картина наблюдается под микроскопом. Таким образом, я собственными глазами убедился в том, что учебники нас не обманывают и свет действительно проявляет волновые свойства в двухщелевом эксперименте. За возможность провести этот опыт спасибо родному университету.
Но что будет, если исключить возможность фотонов взаимодействовать между собой в процессе эксперимента, выпуская их по одному на светочувствительный экран? Как выяснил Лосяш, а в реальном мире Дж. И. Тейлор (Taylor, 1909), мы вновь получим интерференционную картину. Не сразу, конечно, но если выпустить достаточно много фотонов, то точки на светочувствительном экране выстроятся в ту же картину, что и при освещении ярким непрерывным светом: светлые полосы с большой плотностью точек будут чередоваться с тёмными, куда фотоны попадать не будут. Из этого эксперимента следует, что даже один фотон способен некоторым образом проходить сразу через обе щели и взаимодействовать с самим собой. Это уже само по себе противоречит здравому смыслу, ведь один фотон (про который известно хотя бы то, что он является очень маленькой частицей) может пройти либо через одну щель, либо через другую, но никак не через обе сразу.
После проведения такого опыта очень хочется узнать, через какую же именно из щелей проходит каждый из фотонов. Лосяш так и сделал, поставив на щель (или на обе, на самом деле достаточно и только на одну) детектор. Однако здесь в реальном мире возникает большая проблема - такой эксперимент попросту невозможен. Дело в том, что невозможно определить, где находится фотон, не уничтожив этот самый фотон. Фотон - безмассовая частица, способная двигаться только со скоростью света и переносящая энергию и импульс. Фотон невозможно обнаружить на расстоянии, его обнаруживают только по влиянию, оказываемому на приёмник при поглощении фотона (например, мы видим только те фотоны, которые попадают на сетчатку глаза; любой другой детектор работает аналогичным образом). Поэтому неудивительно, что интерференционную картину становится невозможно наблюдать, установив хотя бы на одну щель детектор, ведь тогда ни один фотон из этой щели и не дойдёт до экрана. Впрочем, очевидно, что изображение с двумя полосками на экране мы тоже так не получим.
Тем не менее, заявление Лосяша о влиянии наблюдателя на результат эксперимента не является безосновательным. Однако в реальном мире опыт, демонстрирующий это, нужно проводить не с фотонами. Необходимы частицы, которые можно детектировать на расстоянии, не препятствуя их дальнейшему движению. В рамках квантовой механики считается, что любые материальные объекты (любые частицы материи) обладают волновыми свойствами (корпускулярно-волновой дуализм). Так, волновые свойства отдельных электронов были экспериментально обнаружены советскими физиками в 1949 году (Биберман и др., 1949). А двухщелевой эксперимент с отдельными электронами был проведён итальянскими физиками с помощью электронного микроскопа в 1974 году (Merli et al., 1976). Ниже приведено изображение из работы Merli et al., демонстрирующее то, как отдельные электроны постепенно формируют интерференционную картину.
Электроны - это частицы, имеющие массу и электрический заряд. Их детектирование на расстоянии без прямого поглощения возможно, по крайней мере, теоретически. На практике эксперименты по разрушению интерференции путём определения, через какую из щелей прошла каждая частица, очень технически сложны. Такого рода экспериментов проводилось немного. Например, был предложен эксперимент с интерференцией атомов (Scully et al., 1991). Другой подход - не определять траекторию каждой частицы, а каким-то образом "помечать" частицы, прошедшие через одну из щелей. Так, в эксперименте Уолборна с соавторами в качестве "маркера" щели используется поляризация фотона: перед щелями помещаются круговые поляризаторы с различным направлением поляризации. Измеряя поляризацию фотона на детекторе мы автоматически определяем, через какую из щелей прошёл фотон (Walborn et al., 2002). Интересно, что оба эти эксперимента разработаны для демонстрации ещё более парадоксального квантового эффекта, от которого Лосяш точно был бы в ужасе. Это так называемый квантовый ластик. Если некоторым образом "стереть" информацию о траектории частицы (сделать её физически неизмеримой), то интерференционная картина вновь появляется. Эксперимент Walborn et al. подробно описан в Википедии достаточно простым языком:
Однако означает ли это, что наблюдатель может влиять на поведение квантовых частиц? Пока Лосяш сражается со своим невоспитанным клоном, защищая Вселенную от силы воображения клона-злодея (по-видимому, не вполне успешно, ведь Вселенная, в которой π = 3.14, ничем не лучше, чем такая, в которой π = 4, поскольку в нашей Вселенной π должно быть иррациональным числом, которое конечной десятичной дробью представить невозможно), Кар-Карыч тем временем задал этот вопрос Шароскопу. И получил ответ:
Не будем следовать примеру Кар-Карыча и попробуем хотя бы понять, что же нам сказал Шароскоп. Все приведённые формулы я разбирать не буду, но об одной рассказать необходимо:
iħ ∂ψ/∂t = -ħ2/(2m) ∂2ψ/∂x2
Это одномерное уравнение Шрёдингера для свободной частицы (например, фотона). А о том, что эта формула означает я расскажу во второй части разбора.
Вход
Регистрация
FAQ
Поиск
) в мире смешариков было бы неэтично (бедный Крош). Впрочем, репа с шестью лапами, появившимися в результате мутации, вызванной неудачным экспериментом, тоже вызывает некоторое сочувствие. К счастью, в реальном мире столь радикальные и сложные мутации никакой генной инженерией (по крайней мере, пока) вызвать невозможно.
. Вот уж не знаю, за что они решили так издеваться над несчастным Барашем, но в процессе того, как смешарики пытаются "вылечить" Бараша (хоть и непонятно, от чего именно) нам рассказывают некоторую краткую информацию о работе нашего иммунитета, а именно о лейкоцитах. И информация эта, на первый взгляд, вполне правильна, по крайней мере не противоречит тому, что написано в школьном учебнике биологии. Единственное, что хотелось бы отметить: термин "лейкоциты" не имеет никакого отношения к приклеиванию или прилипанию, как это почему-то сказано в серии, а происходит от греческих слов "λευκός" - "белый" и "κύτος" - "клетка", т.е. буквально лейкоциты - это белые клетки. Слово "лейкопластырь", кстати, скорее всего тоже образовано от греческого "λευκός"; оно было заимствовано из немецкого языка и является адаптацией немецкого слова "Leukoplast", которое, в свою очередь является торговой маркой, под которой компания Beiersdorf AG, разработавшая лейкопластырь, продаёт его с 1921 года (по информации ). Это, конечно, не имеет прямого отношения к теме серии, но всё же неясно, почему авторы допустили такую неточность в этимологии. Не исключаю, что это могло быть намеренным приёмом для упрощения запоминания термина.
