Реактор познавательный

О фантастических технологиях из сериала "Doctor Who", которые смогут появиться в скором будущем.
Самый продолжительный в истории телевидения научно-фантастический сериал «Доктор Кто» 23 ноября отпраздновал 50-летний юбилей. Вот уже 50 лет мы видим ставшие культовыми гаджеты и поражающие воображение технологии, некоторые из которых уже шагнули с экрана в нашу действительность.

Звуковая отвёртка

Неизменное орудие Доктора, использующее звуковые волны, чтобы перемещать объекты, вскрывать замки, а порой и для того, чтобы накормить гигантских акулообразных пришельцев. Несмотря на компактный дизайн, звуковая отвёртка (вообще-то это звуковой зонд) производит впечатление, а также может использоваться и в медицинских целях.

Человечеству пока не удалось изобрести устройство с функционалом, полностью соответствующим знаменитой отвёртке Доктора — однако учёные усердно трудятся над этим в своих лабораториях. Прошедшим летом группе исследователей из Швейцарии удалось одновременно поднять в воздух несколько предметов с помощью акустической левитации – направленного воздействия звуковых волн. А звуковая медицина давно уже не фантастика – большинство из нас проходили те или иные обследования с помощью ультразвука. Но только диагностикой применение звука в медицине не ограничивается: недавние исследования предлагают использование высокочастотного ультразвука для лечения некоторых видов рака.

Верный робопёс Доктора, впервые появившийся ещё во времена классических серий, так полюбился публике, что впоследствии заслужил свой собственный спин-офф. Впрочем, К9 не просто автоматическое домашнее животное – робот может не только выполнять команды, но и летать в открытом космосе, выполнять сложные вычисления и даже поставить мат своему хозяину всего за 6 ходов.

Земные учёные уже владеют технологиями, позволяющими создать летающего и играющего в шахматы робота. Во всяком случае, человек и машина сыграли уже не одну шахматную партию. Что касается роботов-собак, то кроме милых игрушек, встречаются и действительно полезные экземпляры. Например, в Японии не так давно представили публике механическую собаку-поводыря.

Наногены

В эпизоде «Пустой ребёнок» Девятый Доктор оказывается в Лондоне времен Второй мировой, где совершил аварийную посадку военный инопланетный корабль, освободивший рой крошечных искрящихся роботов. Эти миниатюрные медицинские дроны, называющиеся наногенами, были запрограммированы лечить любые травмы и ранения.

Медицинские мини-дроны уже недалеки от реальности. Учёные занимаются разработкой нанороботов, которые смогут однажды проводить лечение и сложные операции, не прибегая к инвазивным методам. Например, проникнуть в артерию и удалить тромб или доставить антидот напрямую к раковой опухоли. Возможно, земные наноботы и не будут светиться, как сериальные, но рой миниатюрных роботов, лечащих людей – это наше вероятное и весьма скорое будущее.

Далеки

«EXTERMINATE!» – этот крик металлического голоса стал такой же визитной карточкой сериала, как и звук работающей ТАРДИС.

Далеки – злобные пришельцы с планеты Скаро, стремящиеся уничтожить своего главного врага – Доктора – любой ценой. Роботизированная оболочка защищает их мягкое, похожее на осьминога, тело, давая возможность двигаться и говорить характерным раздражающим электронным голосом.

Без паники: сумасшедшие учёные пока не выпустили ни одного настоящего Далека. Но похожие технологии уже применяются для людей с ограниченными возможностями. Например, в настоящее время существуют бионические протезы конечностей, управляемые непосредственно человеческим мозгом, а искусственные синтезаторы речи помогают инвалидам и парализованным общаться уже десятилетия. Самый знаменитый их них – физик и обладатель синтетического голоса Стивен Хокинг. Кстати, недавно он похвастался новым синтезатором речи, который «различает интонации и не говорит, как Далек».

Киберлюди

Другая раса космических киборгов, столь же устрашающая, как и Далеки. Изначально органические существа, киберлюди соединили свои тела с компьютерами, непреднамеренно лишив себя в процессе кибернетизации эмоций и способности к сопереживанию. В результате получилась бессердечная раса киборгов-пришельцев, склонная к завоеванию миров и «удалению» несогласных.

Поскольку мы где-то неподалёку от обещанной учёными сингулярности, в которой наше сознание поглотят машины, то механические имплантаты, присоединённые к человеку, уже делают невероятные успехи — например, создают нейрокомпьютерные интерфейсы, позволяющие управлять протезами с помощью силы мысли.

И хотя – к счастью! – киберлюдей на нашей планете не существует, учёные уже создали кибертараканов. В прошлом году изобретатели из Университета Северной Каролины продемонстрировали электронный интерфейс, превращающий насекомое в дистанционно управляемого робота. Конечно, тараканы едва ли смогут обратить эту технологию против человека, но последние достижения робототехники свидетельствуют о том, что кибернетическое будущее не за горами.

Восьмой Доктор, единственное появление которого на экранах произошло в телефильме 1996 года, потратил большую часть своего экранного времени на поиск бериллиевых аккумуляторов. Убежденный в том, что ТАРДИС нужен бериллий, чтобы нормально работать, Доктор крадёт элемент из атомных часов в Сан-Франциско в Новогодний вечер.

Ваши наручные часы работают не на бериллии, но квантовые часы, подразумевающие ещё большую точность, чем атомные часы, используют ионы бериллия и алюминия. Они отсчитывают время, измеряя ультрафиолетовым светом частоту вибрации ионов, и их погрешность составляет всего 1 секунду на каждые 3,4 миллиарда лет. Что до бериллиевых аккумуляторов, то, в отличие от 1996 года, сегодня они уже запатентованы.

Источник

«Источник» — это устройство терраформирования, предназначенное для преобразования атмосферы планеты и создания на ней подходящей для человека температуры, которое Десятый Доктор обнаружил на планете Мессалина.

Ещё в 1961 году Карл Саган опубликовал планы по терраформированию Венеры. С тех самых пор учёные мечтали о распространении земной жизни на Марс, Луну и некоторые другие небесные тела. Хотя устройства, подобного Источнику, пока не существует, некоторые исследователи NASA убеждены, что само терраформирование возможно.

Например, Кристофер Маккей считает, что учёные могут выпустить хлорофторуглероды в марсианский воздух, создав атмосферу, богатую парниковыми газами и способную удерживать солнечное тепло. Это поможет поднять температуру планеты, сделав её достаточной для запуска процессов испарения полярных шапок, высвобождая углекислый газ в атмосферу. Остаётся высадить деревья, чтобы преобразовывать углекислый газ в кислород, и получится Земля 2.0. Конечно, это не совсем то же самое, что Источник, но всё же.

Сфера-переводчик Удов

Каждый межгалактический путешественник нуждается в переводчике. Конечно, хорошо, если у вас есть ТАРДИС, которая переводит слова с любого языка прямо у вас в голове. Но что делать тем расам, кто ещё не дошёл до таких продвинутых технологий? Уды общаются через сферы-переводчики – жутковатые шары, которые переводят их мысли в речь и позволяют общаться телепатически.

В 2012 году исследователи Университета Дьюка подтвердили, что крысы могут общаться телепатически – посредством небольшой помощи компьютера и микроэлектродов. За последний год учёные использовали схожую технологию, чтобы установить ментальную связь крысы и человека, а недавно им удалось соединить два человеческих разума. Исходя из того, что сферы удов – это всего лишь жутковатые микроэлектроды, у человечества уже есть технология, которая позволила бы удам общаться с нами.

Психобумага

Психобумага Доктора — это в прямом и переносном смысле карт-бланш – кусок чистой бумаги, который позволяет наблюдателю увидеть то, что тот ожидает увидеть. Доктор использует эту бумагу в случаях, когда нужно удостоверение личности, разрешение, приглашение – в общем, официальная бумага, подходящая ко времени и месту.

Печально, но учёные пока не готовы к созданию такой нужной вещи. Но сила внушения предлагает нам подходящую альтернативу. Те же фокусники часто используют её, чтобы обвести вокруг пальца зрителей. К примеру, британский иллюзионист Деррен Браун преуспел в этой технике настолько, что умеет делать покупки, рассчитываясь чистой бумагой вместо денег. Так что даже если технология, позволяющая обманывать мозг, не будет создана, то изучение техник психологического влияния движется вперёд.

ТАРДИС

Лучший спутник Доктора, ТАРДИС, больше внутри, чем снаружи, машина времени и космический корабль в одном флаконе, с гардеробом и иногда бассейном.

Хотя большинство технологий в нашем списке либо уже исследованы человечеством, либо находятся в процессе разработки, путешествия во времени мы включили в него «авансом». Учёные даже не до конца уверены, возможно ли перемещаться во времени в принципе. Но обещаем – как только эта технология станет доступной, автор отправится в прошлое и перепишет статью.

Настоятельно рекомендую вам прочитать этот пост, который поможет вам сохранить свое зрение при многочасовой работе за компьютером. Советую вам взять его себе на заметку.

С детства не давал покоя этот вопрос... а за попытку разобрать объектив - сурово наказали(((

О существовании ионизирующего излучения люди узнали в самом конце XIX века, когда Анри Беккерель открыл явление радиоактивности. И первые же исследователи этого феномена столкнулись с его губительным воздействием на человека.

Словом «радиация» в физике называется любое излучение. Однако в обыденной жизни этот термин закрепился за излучением, рождающимся при распаде нестабильных атомных ядер. Это может быть поток ядер атомов гелия (альфа-излучение), нейтронов, электронов (бета-излучение), сверхкоротковолновых электромагнитных квантов (гамма-излучение), но в любом случае это частицы с очень высокой энергией. Ее достаточно, чтобы при столкновении с любой молекулой разорвать в ней одну или несколько связей, выбить атом или вообще разбить молекулу на куски. Понятно, что внутри живой клетки такой снаряд может вызвать немало разрушений.

Однако прямое воздействие радиоактивного излучения на молекулярные структуры клетки — не единственный и даже не главный источник повреждений. Гораздо вероятнее, что попавшая в клетку частица столкнется не с белком или ДНК, а с какой-нибудь маленькой и простой молекулой, скорее всего с молекулой воды. Удар оказывается достаточно сильным, чтобы разбить молекулу на фрагменты — свободные радикалы. Чаще всего это атомарные (не соединенные в молекулы отдельные атомы) водород и кислород, гидроксил-радикал (ОН), гидропероксид-радикал (НОО). Все они обладают неспаренным электроном и потому немедленно вступают в реакции с любыми оказавшимися рядом веществами — нуклеиновыми кислотами, белками, липидами мембран и т. д. (Так же ведет себя и перекись водорода, тоже образующаяся при взаимодействии радиоактивных частиц с водой.) Мало того, при окислении радикалами и перекисью липидов и соединений, содержащих бензольное ядро (например, фенолов, фенилаланина), образуются ядовитые вещества — липидные и хиноновые радиотоксины. Они способны действовать не только там, где они образовались, но и мигрировать с током крови, отравляя ткани, не подвергшиеся непосредственно облучению.

Но и это еще не все. Частицы излучения и радикалы разрушают в числе прочего и мембраны, в том числе мембраны лизосом — внутриклеточных емкостей с гидролитическими ферментами. При их разрыве такие ферменты, как протеазы и липазы, получают доступ к внутриклеточным структурам и начинают рубить их на мелкие кусочки.

Впрочем, лизосомные ферменты бесчинствуют в цитоплазме, в то время как пострадавшие от облучения клетки гибнут в основном от повреждения их генетического аппарата, находящегося в ядре. Потери тем больше, чем интенсивнее делятся клетки данной ткани: в неделящейся клетке большая часть ДНК закрыта разного рода ядерными белками и недоступна воздействию излучения, радикалов и радиотоксинов. Деление же требует предварительного удвоения ДНК, во время которого она совершенно беззащитна. Поэтому от облучения особенно сильно страдают клетки кожи и волосяных луковиц, слизистые оболочки. А самая радиочувствительная ткань — красный костный мозг, где идет непрерывное деление стволовых клеток, порождающих все типы клеток крови. При дозах облучения выше 5 зивертов (единица измерения эффективной дозы ионизирующего излучения) костномозговая ткань полностью гибнет, в то время как прочие пострадавшие ткани еще сохраняют способность к восстановлению. Впрочем, практически столь же уязвимы для радиации лимфоциты, хотя некоторые их разновидности делятся только в особых обстоятельствах, а другие — и вовсе никогда. Сокращение числа эритроцитов и тромбоцитов приводит к понижению гемоглобина, возникновению кровотечений, что вызывает анемию (малокровие).

Формы, степени, периоды

Нельзя сказать с уверенностью, что до начала ХХ века ни один человек на Земле не попадал под воздействие больших доз радиации. Но если такое и случалось, у врачей или лекарей, пытавшихся помочь больному, не было шансов понять истинную причину его состояния.

Человек, если у него нет соответствующего прибора, может и не узнать, что оказался под губительным лучом: проникновение радиации в ткани не вызывает совершенно никаких ощущений. Лишь через некоторое время он внезапно ощущает тошноту, у него болит и кружится голова, подкашиваются ноги, подскакивает температура, его кожа (особенно с той стороны, которая была обращена к источнику) краснеет, как при солнечном ожоге. Это реакция организма на отравление радиотоксинами.

Чем больше излучения проникло в тело, тем быстрее проявляются эти симптомы: доза в 1 зиверт сообщает о себе через 5–6 часов после облучения, вдесятеро большая — через несколько минут. От дозы зависит и то, сколько продлится эта стадия (от 1 до 5 дней) и насколько сильно будут выражены ее эффекты. Но затем (по крайней мере при дозах в 1–6 зивертов) температура спадает, тошнота и головная боль отступают, аппетит улучшается — организм справился с интоксикацией. Эта фаза, во время которой пострадавший чувствует себя вполне нормально, длится от нескольких дней до месяца — в зависимости опять-таки от дозы. У медиков она носит название периода мнимого благополучия: в это время в губчатой ткани костей умирают кроветворные клетки, а в крови падает содержание всех клеточных элементов.

Когда нехватка кровяных и других нуждающихся в постоянном пополнении клеток становится заметной, наступает период разгара болезни. Самочувствие снова ухудшается, появляется лихорадка, сердце сбивается с ритма и не поддерживает нужного давления в артериях — ему самому не хватает кислорода. Если лучевой удар пришелся в область живота, может начаться энтерит (воспаление кишечника). Но наиболее опасное проявление болезни — множественные кровотечения, как внешние (из носа, в местах уколов), так и внутренние: в крови практически отсутствуют тромбоциты. Другая опасность — вторичные инфекции, легкой добычей которых может стать лишенный иммунной системы организм.

При острой лучевой болезни I степени (что соответствует дозе в 1–2 зиверта) практически все больные выздоравливают даже без лечения. При IV степени (6–10 зивертов) даже самое радикальное лечение, включающее пересадку донорского костного мозга, спасает лишь примерно десятую часть пациентов.

Все сказанное относится к так называемой костномозговой форме лучевой болезни — только она имеет степени и периоды. Более высокие дозы облучения вызывают другие формы: 10–20 зивертов — кишечную, 20–80 — токсемическую, свыше 80 — церебральную. Вряд ли стоит подробно описывать их клиническую картину. Достаточно сказать, что в этих случаях лечение может быть только паллиативным, направленным на облегчение мук: спасти человека, получившего такую дозу радиации, уже невозможно.

Радиоактивное излучение

— Альфа

Положительно заряженные частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, крепко связанных между собой. В природе альфа-частицы возникают в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или вдыхаемым воздухом, оно облучает внутренние органы и становится потенциально опасным.

— Бета

Электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество, испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.

— Гамма

Фотоны, то есть электромагнитная волна, несущая энергию. В воздухе проходит большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение может повредить кожу и внутренние ткани. Железо и свинец являются отличными барьерами на пути гамма-излучения.

— Рентгеновское

Аналогично гамма-излучению, испускаемому ядрами, но оно получается искусственно в рентгеновской трубке, в которой ускоренные электроны бомбардируют мишень. Поскольку рентгеновская трубка питается электричеством, то испускание рентгеновских лучей может быть включено или выключено.

— Нейтронное

Образуется в процессе деления атомного ядра и обладает высокой проникающей способностью. Нейтроны можно остановить толстым бетонным, водяным или парафиновым барьером. К счастью, в мирной жизни нигде, кроме как непосредственно вблизи ядерных реакторов, нейтронное излучение практически не существует.

Эхо лучей

Вернемся к костномозговой форме лучевой болезни. Разгар болезни может длиться от 1–2 недель (I степень болезни) до 7–10 (IV степень). Если больному удается выжить, она сменяется фазой восстановления. Выраженной границы между ними нет: выздоровление идет медленно, с несколькими волнами рецидивов. Первым намеком на поворот к лучшему может стать ослабление и постепенное исчезновение так называемого «орального синдрома», или лучевого мукозита: сухости во рту, вязкой, забивающей горло слюны, болезненных язв и белесых корок на слизистой оболочке рта. Следом за ним отступают головные боли, улучшается сон, нормализуется работа кишечника (в период разгара болезни больным приходится вводить питательные вещества через капельницу). Костный мозг (восстановившийся или пересаженный) наполняет кровь всеми видами клеток. После нескольких месяцев лечения пострадавший выписывается из больницы.
Однако последствия лучевого удара часто на этом не кончаются. Уже во время восстановления у многих больных развиваются лучевая катаракта (помутнение хрусталика глаза) и лучевой гепатит. Последний может через много лет перерасти в цирроз печени.

Люди, пережившие лучевую болезнь, намного чаще страдают онкологическими, сердечно-сосудистыми и целым рядом других заболеваний. Причины уязвимости их для злокачественных опухолей понятны. Как известно, раковое перерождение клетки начинается, когда в ней выходят из строя сразу несколько протоонкогенов — ключевых регуляторных генов, обеспечивающих ее подчинение управляющим командам. Среди пострадавших от облучения, но выживших клеток могут найтись такие, у которых повреждены именно некоторые протоонкогены. Даже если этих повреждений недостаточно для начала болезни, вероятность ее развития в будущем резко возрастает: если часть предохранителей уже отключена, критическим может оказаться выход из строя любого из оставшихся. К тому же в организме ослаблен контроль за подозрительными клетками со стороны иммунной системы, которая обычно так и не оправляется полностью от лучевого удара.

Связь облучения с сосудистыми патологиями сложнее, но в некоторых случаях тоже понятна. Внутренняя выстилка кровеносных сосудов (эндотелий) сильно страдает при облучении. Восстанавливаясь, эндотелий может избыточно разрастаться, что приводит к склеротизации сосудов. Так или иначе, отдаленные последствия лучевой болезни приводят к тому, что средняя продолжительность жизни перенесших ее людей оказывается примерно на 30% ниже средней для их поколения.

Однако в отличие от острой лучевой болезни, развитие которой при получении определенной дозы радиации неизбежно, отдаленные последствия — эффект вероятностный. В январе 2010 года в Японии умер Цутому Ямагути — «двойной хибакуся», попавший в августе 1945-го под обе атомные бомбардировки и в обоих случаях получивший солидную дозу радиации. Перенесенная им острая лучевая болезнь не помешала ему дожить до 93 лет.

Проблема малых доз

Последствия облучения продолжают подтачивать здоровье, когда сама лучевая болезнь прошла, но, возможно, это происходит и тогда, когда она не развивается вовсе. За все время Чернобыльской эпопеи диагноз «лучевая болезнь» получили менее 150 человек. При этом облучению подверглись многие сотни тысяч людей — участники работ по ликвидации последствий аварии (около 180 000 человек) и жители загрязненных территорий. Полученные ими дозы различны, но в любом случае ниже того порога, за которым начинается болезнь (примерно 1 зиверт). Это так называемая лучевая травма, проявляющаяся как легкое недомогание либо вовсе никак. Но как она сказывается на здоровье в дальнейшем?

Сведения, которыми располагает сегодня мировая наука, наиболее полно представлены в отчетах и рекомендациях Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) — самой авторитетной организации в этой области, существующей с 1928 года. Основным предметом ее анализа стали многолетние данные о заболеваемости среди жертв атомных бомбардировок в Японии. Из них следует, что зависимость между полученной дозой и вероятностью развития целого ряда заболеваний (раковых, сердечно-сосудистых, болезней органов дыхания и пищеварения) сохраняется и при дозах ниже порога лучевой болезни. Ниже 0,5 зиверта эта зависимость перестает быть достоверной, однако вопрос о существовании безопасного уровня облучения остается открытым.

А может ли в самом деле существовать такой порог? По идее, одного-единственного удачно попавшего кванта или радикала может хватить, чтобы запустить перерождение клетки, которое без этого бы не произошло. С другой стороны, какое-то количество радиации человек получает всегда и везде. Естественный радиационный фон обычно составляет 10–20 микрорентген в час, но в некоторых районах планеты (в высокогорье, в местах выхода гранитов и т. д.) он может быть в 3–4 раза больше. В результате средний житель Земли получает в год примерно 2,4 миллизиверта, а, скажем, средний обитатель Финляндии — целых 7,5. Лет за 25 набегает почти 0,2 зиверта. Однако финны болеют раком не чаще, чем жители менее радиоактивных районов.

Казалось бы, вопрос о пороге безопасности легко проверить. Как бы ни был мал вклад той или иной дозы в заболеваемость, его можно заметить, сравнивая достаточно большие группы людей, получивших такую дозу, с необлученными. Однако не все так просто: обследование бывших жителей населенных пунктов, оказавшихся в зоне отчуждения вокруг Чернобыльской АЭС, показало, что они чаще среднего страдают сердечно-сосудистыми заболеваниями. Но эта повышенная частота никак не зависела от того, попал ли данный человек под реальное радиоактивное заражение или был эвакуирован из «чистого» поселка (как известно, отселению подлежали все населенные пункты в радиусе 30 км). То есть в данном случае причина повышенной заболеваемости кроется не в радиации, а в каких-то других, вероятно, эмоционально-психологических факторах: стрессе, вызванном внезапным крушением налаженной жизни, страхе перед невидимой угрозой и т. д. «Лучевая боязнь» может оказаться не менее разрушительной, чем лучевая болезнь.

Жорж Мельес первым начал использовать спецэффекты в кино...