Благодаря ученым - мы все знаем, что все вокруг предметы и даже пикабушники состоят из атомов, которые состоят из элементарных частиц безмассовых и энергии, которая их связывает.
Но обьясните мне.... Зачем этим частицам группироваться например в котов? Им что лень было летать и они решили стать котом?
Причем котом они становятся лет на 10 - потом опять распадаются. И как ученые в бога не верят после этого?
В продолжение поста: О практической осуществимости полетов к звездам
Звездолет подпитываемый лазерным лучом
Все, что было рассказано в предыдущем посте, неосуществимо по энергетическим причинам, по крайней мере в рамках наших современных знаний о природе, а теперь посмотрим по каким причинам.
В графике замедления времени есть очень интересный факт - замедление времени и γ - фактор Лоренца равны, а еще, γ - фактор Лоренца показывает сколько энергии в виде антиматерии+материя со стопроцентным КПД нужно затратить на разгон ракеты.
И отсюда следует, чтобы получить 70 кратное замедление времени нам надо затратить 35кг антиматерии+35 кг материи для разгона 1 кг ракеты до субсветовой скорости. Печаль.
Посмотрим, что можно предпринять на практике если у нас будет антиматерия. Возьмем скорость звездолета в половину скорости света, а именно 150 000 км в сек и посмотрим сколько нам надо энергии для разгона 1кг корабля:
Для вычисления кинетической энергии объекта, движущегося с релятивистской скоростью (близкой к скорости света), мы должны использовать формулу из специальной теории относительности:
E = (γ - 1)mc²
где E - кинетическая энергия, m - масса объекта в покое, c - скорость света, и γ (гамма-фактор) выражается как:
γ = 1/√(1 - v²/c²)
Здесь v - скорость объекта.
Подставим данные из условия задачи:
m = 1 кг
v = 150000 км/с = 1.5 × 10⁸ м/с
c ≈ 3 × 10⁸ м/с
Сначала вычислим γ:
γ = 1/√(1 - (1.5 × 10⁸)²/(3 × 10⁸)²) = 1/√(1 - 0.25) = 1/√0.75 ≈ 1.155
Теперь мы можем вычислить кинетическую энергию:
E = (1.155 - 1) × 1 кг × (3 × 10⁸ м/с)²
= 0.155 × 1 кг × 9 × 10¹⁶ м²/с²
= 1.395 × 10¹⁶ Дж
≈ 14000 тераджоулей
сколько надо антивещества и вещества для аннигиляции, чтобы выделилось 14000 ТДж
Давайте рассчитаем, сколько материи и антиматерии нужно аннигилировать, чтобы получить 14000 ТДж энергии.
По формуле Эйнштейна, энергия, выделяемая при аннигиляции, связана с массой аннигилирующих частиц соотношением:
E = mc²
где E - выделившаяся энергия, m - суммарная масса аннигилировавших частиц, c - скорость света.
При аннигиляции массы m материи и массы m антиматерии суммарная масса аннигилировавших частиц будет 2m. Подставляя это в формулу, получаем:
E = 2mc²
Нам нужно найти m, зная E. Выразим m из этого уравнения:
m = E / (2c²)
Подставим известные значения:
E = 14000 ТДж = 1.4 × 10^16 Дж
c ≈ 3 × 10^8 м/с
m = (1.4 × 10^16) / (2 × (3 × 10^8)²) ≈ 0.0778 кг ≈ 77.8 г
Таким образом, для получения 14000 ТДж энергии путем аннигиляции нужно аннигилировать около 77.8 граммов материи и столько же антиматерии, то есть в сумме около 155.6 граммов.
Вариант путешествия на ракете весом 1000 тонн с 156 тоннами антиматерии выглядит уже интереснее, но вопрос в том - где взять столько антиматерии и как научиться преобразовывать ее в энергию разгона со 100% КПД?
Предположим, что мы отбросили идею с ракетой, и хотим просто отправить 1кг зонд-исследователь в разведку к ближайшим звездам. Допустим, что у нас есть метод подпитки зонда по лазерному лучу с Земли. И посчитаем, сколько надо электроэнергии для подпитки аппарата (14000 ТДж):
Сначала переведем 14000 ТДж в гигаватт-часы (ГВт⋅ч), так как электростанции обычно измеряют свою выработку в этих единицах.
1 ТДж = 10^12 Дж
1 ГВт⋅ч = 3.6 × 10^12 Дж
Таким образом, 14000 ТДж = 14000 × 10^12 Дж = 14000 / 3.6 ГВт⋅ч ≈ 3889 ГВт⋅ч.
Теперь рассмотрим электростанцию с 4 гигаваттными блоками. Если все блоки работают на полную мощность, то общая мощность электростанции составляет:
4 блока × 1 ГВт/блок = 4 ГВт
Теперь мы можем вычислить время, необходимое для выработки 14000 ТДж или 3889 ГВт⋅ч энергии:
Время = Энергия / Мощность
= 3889 ГВт⋅ч / 4 ГВт
≈ 972 часа
≈ 40.5 дней
Итак, электростанции с 4 гигаваттными блоками, работающими на полную мощность, потребуется около 972 часов или 40.5 дней, чтобы выработать 14000 ТДж энергии. Да еще надо затратить столько же энергии на торможение аппарат в точке прибытия аппарата. А это у нас, на секундочку, ЛАЭС в Сосновом Бору. И работать ей на один 1кг зонд 40 дней на разгон и 40 дней на торможение.
И, в заключение, рассмотрим еще один вариант - ядерную или термоядерную ракету. А вот здесь есть такой факт: в расчете на единицу массы аннигиляция материи и антиматерии является самым энергоемким процессом, превосходя деление урана примерно в 2000 раз, а термоядерный синтез - примерно в 500 раз, значит на разгон 1 кг до половины скорости света нам потребуется уже не 155.6 граммов антиматерии, а 77кг термоядерного топлива или 310кг урана. С инженерной точки зрения я не вижу вариантов сделать такую ракету.
Остается ограничиться разгоном до 0.1 скорости света, а вот тогда кинетическая энергия 1 кг ракеты, движущейся со скоростью 30000 км/с (10% скорости света), составляет около 4.5 × 10¹⁴ Дж или 450 ТДж. Соответственно, для получения 450 ТДж энергии путем термоядерного синтеза по реакции D-T потребуется около 0.53 кг дейтерия и 0.80 кг трития, в сумме около 1.33 кг термоядерного топлива. А урана потребуется 5.32 кг на разгон и 5.32 кг на торможение.
Все расчеты проводились при допущении 100% КПД. Вот такая у нас печальная мечта о звездах!
По данным ВОЗ, сегодня более миллиарда человек в мире страдают ожирением. Исследования не раз показывали, что это сложное заболевание, связанное у некоторых с генетикой. Теперь ученые выяснили, что людям с генетическими предпосылками к избыточным жировым отложениям в организме нужен гораздо более активный образ жизни, чем обычно, чтобы не допустить развития ожирения.
© Getty Images
Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, провели специалисты медицинского центра при Вандербильтском университете (штат Теннесси, США). В его рамках ученые сопоставили данные о физической активности с результатами клинических и генетических анализов более 3000 человек, которые с мая 2018-го по июль 2022 года участвовали в американском исследовательском проекте в области здравоохранения All of Us Research Program. Применив к этим сведениям методы статистического анализа, медики проследили связь между генетической склонностью к ожирению и объемом физической активности, который необходим для сниженного риска ожирения.
В выборку вошли участники европейского происхождения, которые пользовались персональными трекерами активности и не страдали ожирением в течение первого полугода после начала ее отслеживания. Среди них 73% (2216 человек) составили женщины, а 27% (835 человек) — мужчины. Возраст участников варьировался от 36 до почти 63 лет (среднее значение — 52,7 года), в этническом составе преобладали белокожие (95%).
В период наблюдений, который в среднем длился более пяти лет, участники совершали по 8326 шагов в день (медианный показатель). Исследователи установили, что ожирение чаще развивалось у людей с сильной генетической склонностью к лишнему весу, которая выражалась в высоких оценках по шкале полигенного риска повышенного индекса массы тела (BMI PRS). Частота случаев у таких участников достигала 43% против 13% в группе с низкими баллами по этой шкале.
Медики подсчитали, что самым предрасположенным к полноте нужно было бы проходить в среднем на 2280 шагов в день больше, то есть делать свыше 11 тысяч шагов, чтобы риск ожирения у них опустился до уровня участников из группы со средней склонностью к лишнему весу.
Кроме того, анализ показал, что чем выше исходный индекса массы тела у людей с выраженными генетическими предпосылками к полноте, тем больше усилий нужно для снижения риска ожирения.
Напомним, индекс массы тела, или ИМТ (body mass index, BMI), рассчитывают по формуле вес, деленный на квадрат роста в метрах. Он позволяет оценить, насколько масса человека соответствует его росту. Здоровым принято считать ИМТ от 18,5 до 24,9. Если показатель больше 25, это говорит об избыточном весе, а уровень выше 30 относят к ожирению.
Итак, чтобы сравняться по степени риска ожирения с участниками из группы с низкой предрасположенностью к этому состоянию, людям с сильной генетической склонностью к избытку жира в организме и базовым показателем ИМТ 22 нужно было бы проходить на 3460 шагов в день больше зарегистрированного уровня в 8326 шагов. При исходном ИМТ в 24, 26 или 28 единиц требовалось дополнительно 4430, 5380 или 6350 шагов в день, вычислили исследователи. В наивысшей точке это более 14 500 шагов, или 11 с лишним километров.
Насколько это достижимо — отдельный вопрос. Конечно, для целеустремленного человека задача вполне выполнимая. Проблема в том, что в реальности большинство людей не имеют времени, да и желания для такой продолжительной ходьбы, причем ежедневной. Тем не менее ученые отметили, что их результаты важны, поскольку указывают на необходимость учета генетических особенностей при составлении рекомендаций по физической активности.
Высокоскоростная воздушная магистраль для беспилотных летательных аппаратов (под названием Skyway («Небесный путь») должна напрямую связать расположенные к западу от британской столицы города Рединг и Оксфорд с находящимся на северо-западе городом Милтон-Кинс, а также с удаленными еще дальше к северу от Лондона городами Кембридж, Регби и Ковентри.
Башня-сенсор (слева) и летящий БПЛА / © Altitude Angle
Воздушный коридор общей протяженностью примерно 260 километров позволит дронам перевозить товары без участия и контроля со стороны человека. Для этой цели вдоль воздушного коридора на земле устанавливают башни-сенсоры, отслеживающие передвижение по воздуху дронов в режиме реального времени. Вышки смогут координировать движение, чтобы дроны избегали друг друга, а также любых препятствий, с которыми они могут столкнуться.
На сегодня построено 15 из 30 башен-сенсоров. Остальные планируют возвести и привести в эксплуатацию в июне-июле 2024 года, тогда же хотят запустить саму магистраль.
Про замедление времени. Просто факты.
1) Замедление времени на корабле - не кажущееся, как думают некоторые. Если мы попросим космонавта каждую минуту стрелять в нас, сидящих на Земле, лазером, учтём расстояние до корабля и скорость света (т.е. время, пока луч лазера до нас летит), то между вспышками у нас будет проходить больше минуты. Т.е мы учли все эффекты, включая эффект Доплера и время полёта луча до нас, но всё равно между вспышками (теми моментами, в которые луч был выпущен по нашем мнению) будет больше минуты по нашим же часам. Т.е. всё выглядит так, как если бы часы на корабле тикали медленнее. Потому и говорят: часы в движущихся системах идут медленнее и "как бы" здесь скорее лишнее.
2) Пока на корабле выключен двигатель, мы видим, что время на корабле замедлилось, а космонавт "тормозит". Космонавт же видит обратное: с его точки зрения, не он тормозит, а тормозят земляне. Это хоть и выглядит парадоксом, но противоречием не является, т.к. системы отсчёта в данном случае равноправны, каждый видит, что тормозит кто-то другой [Всё как в жизни :)]
3) Жёсткий рассинхрон часов (благодаря которому и возможен парадокс близнецов) происходит тогда, когда корабль ускоряется или замедляется (системы перестают быть равноправными). Для правильных расчётов здесь уже нельзя использовать простые формулы из специальной теории относительности, а нужно применять общую теорию относительности. Если грубо, то часы, которые ускорялись/замедлялись начнут уже очень явно отставать от наших. Поэтому космонавт, полетавший при перегрузках (далеко от нас, расстояние важно), прилетит более молодым, чем его брат-близнец на Земле.
Современный человек живет среди многих тысяч химических веществ, которые созданы цивилизацией и не встречаются в природе. Их влияние на здоровье чаще всего плохо изучено. Авторы новой статьи использовали новую платформу высокоэффективного скрининга и оценили эффект 1823 химикатов на олигодендроциты — клетки, обеспечивающие работу нейронов мозга. Среди них широко используемые в быту четвертичные производные аммония (компоненты косметики и дезинфектанты) и некоторые фосфорорганические вещества (негорючие добавки) оказали на олигодендроциты токсическое действие или нарушали их развитие.
За свой короткий век человечество изобрело, синтезировало и выбросило в окружающую среду множество ксенобиотиков — химических веществ, главным образом органических, которые не существуют в природе. Порой они очень медленно разлагаются и оказывают плохо предсказуемый эффект на живые организмы, в том числе людей. Чтобы его описать, необходимо рассматривать множество веществ и их групп по отдельности и помнить, что в человеческом теле уживаются много разных клеток. Они отличаются набором рецепторов на поверхности и активностью генов, что определяет и разную чувствительность к чужеродным химическим веществам.
Авторы новой статьи в Nature Neuroscience взяли на себя конкретную часть этой большой задачи. Они выяснили, какие из распространенных химикатов влияют на рост олигодендроцитов — клеток глии, которые обслуживают работу нейронов в мозге. Точнее, служат изолирующей «обмоткой» для аксонов, способствуя быстрой передаче нервного импульса. Конструкция очень напоминает рулет, в котором нейрон служит «начинкой», завернутой в многочисленные слои глиальной клетки вместо теста.
Олигодендроциты совершенно необходимы для нормальной работы мозга — их потеря вызывает ряд болезней, включая рассеянный склероз. Однако при изучении действия ксенобиотиков на мозг им, в отличии от нервных клеток, обычно уделяется меньше внимания.
Авторы нового исследования использовали собственную оригинальную платформу высокопроизводительного химического скрининга — то есть метод оценки влияния химикатов на клетки. Он включает в себя компьютерное моделирование, а также культивирование клеток и органоидов — трехмерных структур, имитирующих реальный орган человека, — их подвергали действию препаратов в эксперименте.
Ученые рассмотрели 1823 соединения, которые активно используются в быту и промышленности и потому регулярно попадают в человеческий организм. Среди них подавляющее большинство (1539) не повлияли на олигодендроциты. Однако 71 вещество заметно изменило развитие клеток, причем 22 его ускорили — это соединения, действующие на рецепторы тиреоидных гормонов, которые вырабатываются в щитовидной железе. Об их роли в дифференциации олигодендроцитов из предшественников ученые знали и раньше.
Структуры соединений, оказывающих негативный эффект на олигодендроциты / © E.F. Cohn et al., 2024
В то же время 49 препаратов нарушили рост таких клеток. Так, вещества из группы соединений четвертичного аммония оказались токсичны для олигодендроцитов — клетки погибали за счет неспецифической реакции на стресс по механизму программируемой клеточной смерти (апоптоза). Результат настораживает, так как четвертичные производные аммония активно добавляют в косметику (в том числе кондиционеры для волос) и применяют для дезинфекции. Множество таких обеззараживающих средств (например, бензалкония хлорид) рекомендовали использовать для защиты от коронавируса во время пандемии Covid-19.
Другие органические вещества — органофосфаты, которые используют в качестве антипиренов, предотвращающих возгорание добавок, — не убивали олигодендроциты, но тормозили их развитие. Авторы подчеркивают, что описанные соединения способны проникать в мозг через гемато-энцефалический барьер (ГЭБ) и повлиять на развитие мозга ребенка как в утробе, так и после рождения.
Для одного из органофосфатных диэфиров — бис(1,3-дихлор-2-пропионо)фосфата (BDCIPP), — ученые также провели эпидемиологические исследования. Вещество обнаружено в моче почти всех обследованных детей (у 99 процентов), причем воздействие BDCIPP коррелировало с признаками патологии развития мозга: грубыми двигательными нарушениями, потребностью в специальных условиях обучения и наблюдении у психиатра.
Для возможности хоть как-то долететь до ближайших звезд посмотрим сначала эту картинку:
Допустим мы хотим долететь до ближайшей планеты похожей на Землю. По предварительным оценкам астрономов, такая планета должна находиться на расстоянии около 25 световых лет. Но нам не хочется лететь так долго, попробуем побыстрее.
Посмотрим что будет на скорости 0,999999 от скорости света.
Для скорости 0,999999 от скорости света замедление времени составит:
t' = t / γ
где:
t' - время в движущейся системе отсчета
t - время в неподвижной системе отсчета
γ - фактор Лоренца
Фактор Лоренца вычисляется по формуле:
γ = 1 / sqrt(1 - v^2/c^2)
где:
v - скорость движущегося объекта
c - скорость света
Подставляя значения v = 0,999999c и c = 299 792 458 м/с, получим:
γ = 1 / sqrt(1 - 0,999999^2) ≈ 70,7
Таким образом, время для часов, движущихся со скоростью 0,999999 от скорости света, замедлится в 70,7 раз по сравнению с неподвижными часами.
Но теория говорит, что для того, чтобы разогнаться до такой скорости с ускорением 20 м/с² потребуется около 14 990 000 секунд или около 416 дней.
В итоге чтобы долететь до планеты на расстоянии в 25 световых лет надо 14 месяцев разгоняться, 14 тормозить и еще 2 месяца просто равномерно лететь. Итого 30 месяцев - в принципе, приемлемо.
Далее - чем разгонять? Возьмем, к примеру, протоны, которые производятся на БАК.
Чтобы вычислить, во сколько раз масса протона, разогнанного до скорости 0,999999991 от скорости света на БАК, больше массы покоящегося протона, нужно использовать формулу релятивистской массы из специальной теории относительности:
m = m0 / √(1 - v^2/c^2)
где:
m - релятивистская масса протона при данной скорости
m0 - масса покоя протона (1,673 x 10^-27 кг)
v - скорость протона (0,999999991c)
c - скорость света в вакууме (3 x 10^8 м/с)
Подставляя значения, получаем:
m = 1,673 x 10^-27 / √(1 - (0,999999991)^2)
m = 7038 x 10^-27 кг
Таким образом, масса протона при скорости 0,999999991с составляет 7038 x 10^-27 кг.
Разделив это значение на массу покоя протона 1,673 x 10^-27 кг, находим, что масса сверхрелятивистского протона на БАК больше массы покоящегося протона примерно в 4209 раз!
Это поистине колоссальное увеличение инертной массы, являющееся одним из наглядных проявлений релятивистских эффектов специальной теории относительности при околосветовых скоростях.
А зачем мы считали массу такого протона? А чтобы оценить расход рабочего тела на разгон и торможение.
Согласно закону сохранения импульса, при выбросе массы (топлива) из ракеты с относительной скоростью u, импульс ракеты изменяется на величину массы выброса, умноженной на скорость выброса u, но с противоположным знаком.
Откуда мы видим, что расход водорода может составить 3% от массы ракеты при истечении протонов на скорости 0,999999991с. Исходя из того, что скорости полета и истечения выхлопа примерно световые, а разница в изменении 4200/70=60 раз.
Итог таков - для практического полета на расстояние в 25 световых лет за 2.5 года по корабельным часам нужен, к примеру, корабль с массой 1000 тонн и 33 тонны водорода в качестве рабочего тела. Ну и какой-нибудь линейный ускоритель протонов с реактором для питания всего этого корабля.
А здесь дополнение, почему пока это все неосуществимо: Про энергию для межзвездных перелетов
В 2004 году, более двух десятилетий до громких инициатив Илона Маска в области нейротехнологий, Мэтью Нэгл стал одним из четырёх испытателей технологии Brain Gate.
Мэтью был инвалидом, парализованным ниже шеи, получившим ранее ножевое ранение в спинной мозг, защищая друга на городском шоу фейерверков.
Нейрохирург Герхард Фраис вживил в мозг Мэтью 96-электродный массив, который соединил его моторную кору с внешним компьютером.
BrainGate — мозговой имплантат, спроектированный компанией Cyberkinetics. Технология позволяла пациенту управлять компьютером, используя электрические импульсы, которые интерпретировались компьютером как действия.
Ниже на видео, опубликованном более 16 лет назад Мэтью управляет курсором мыши, играет в компьютерную игру, даёт команды на внешний протез руки, используя только свои мысли для управления. Создатель технологии Brain Gate, надеется, что через пять лет люди с травмой спинного мозга смогут самостоятельно питаться, двигать конечностями и даже вставать.
По состоянию на октябрь 2014 года Стэнфордский университет, Массачусетский многопрофильный госпиталь, Университет Кейс Вестерн Резерв в штате Огайо, и медицинский центр для ветеранов США в штате Провиденс вели активный набор участников для клинических испытаний системы BrainGate2.
