Гены, деньги, два аспиранта.

Современные ученые могут с помощью веревок и прищепок рассказать об эволюции генома человека, эффектно визуализировать динамику финансов и людей в США, а также рассказать о работе мозга в доступном рядовому обывателю формате комикса. Именно такие работы поощрил престижный журнал Science в рамках конкурса Science and Engineering Visualization Challenge.

В жизни всегда есть место красоте. И в спорте, где обычно все решают секунды, метры и шайбы, есть место такому хрупкому и прекрасному фигурному катанию. И в науке – естественнонаучных дисциплинах, таких точных и четких, – есть место фантазии и неординарному эффектному представлению важных научных результатов.

Именно таким оригинальным визуальным работам и посвящен конкурс Science and Engineering Visualization Challenge, ежегодно проводимый журналом Science. В последнем номере журнала редакция подводит итоги конкурса за 2009 год. 

Победители поразили всех своей воистину неуемной фантазией

Чего только стоит находка победителей в номинации «Интерактивные медиаресурсы». Он написали компьютерную игру, в которой героем является не водитель Ferrari, не эльф и даже не синий аватар играющего, а клетка зеленого растения. Представьте: у вас есть хлоропласты и вы можете фотосинтезировать, получая глюкозу из СО₂ и воды, при этом выделяя кислород в окружающую среду. Такого и во сне не приснится. Однако авторы считают, что их работа весьма актуальна и поможет школьникам и студентам лучше освоить ботанику.

Компьютерная игра "Вообрази себя живой клеткой"//Spongelab Interactive

Очевидно, очень много свободного от научной работы и написания статей времени было у победителей номинации «Иллюстрация». Герои-медики из университета Ирвайна, призвав на помощь знакомых архитекторов, создали четырехметровое ветвящееся чудо из стяжек для электрических кабелей. 75 тыс. кусочков пластика, собранные воедино, оказывается, наглядно демонстрируют морфогенез кровеносных сосудов и клеточных оболочек в легких человека. Они демонстрируют не только фото, но весьма психоделическое видео своего научного труда.

Инсталляция "Ветвящийся морфогенез"//P.L. Jones et al.

А вот изменения в геноме, оказывается, легко можно показать без использования высокотехнологичного пластика – вообще на пальцах. В номинации для неинтерактивных СМИ победил видеоролик, где эволюция генома двух близнецов в течение их жизни разъясняется с помощью веревок, булавок и прищепок для белья.

Близнецы меняются – прищепки остаются!

Разделил эту премию с «геномом» ролик о моделировании передвижения денег и людей в США.

Моделирование перемещения финансов и людей в США//Christian Thiemann and Daniel Grady, Northwestern University

В номинации «Инфографика» победили авторы «Понедельник начинается в субботу» по-американски. Дуэйн Годвин и Хорхе Чем прославились сообщениями о жизни аспирантов и молодых ученых, только, в отличие от повести братьев Стругацких, в творчестве американцев не так «много букв»: они вполне обходятся комиксами с минимумом слов. На этот раз без лишних букв была рассказана история развития человеческого мозга.

Номинация «Фотография» является технически более консервативной, поэтому представлена куда спокойнее. Победу в ней одержали «микрофотографы»: с помощью новейшей аппаратуры, оказывается, можно «щелкнуть» не только пробку на Ленинском, но и процесс самосборки полимера, а также ход самооплодотворения цветка.

Всего же «людей посмотреть и себя показать» пытались 130 авторских (скорее, творческих) коллективов из 14 стран мира. Решение о присуждении премий принималось на основе решения группы независимых экспертов, отмечает редакция Science.

«Наши победители решают важнейшую популяризаторскую задачу – представляют важные научные открытия в понятной массовому читателю форме. Мы высоко ценим их усилия», – отмечается в редакционной заметке.

Как массовый читатель, считаю своим долгом провести день за разглядыванием «понятного» четырехметрового каркаса модели кровеносных сосудов легких.

Голографическая Вселенная Возможно, найдено подтверждение самой экзотичной концепции устройства Вселенной.

 

Научные открытия и до сих пор могут делаться случайно. Исследователи гигантских гравитационных волн на детекторе GEO600 долгое время не могли избавиться от мешающего их работе шума. Однако его наличие предсказывает современная теория голографической Вселенной.

Одна из последних новостей научного мира, ставшая главным материалом одного из последних выпусков журнала New Scientist, может стать первым практическим шагом на пути создания новой картины мира. Речь идет о теории голографической Вселенной.
Самой идее уже больше полувека. Основные положения голографического принципа были сформулированы еще Дэвидом Бомом, соратником Роберта Оппенгеймера и Альберта Эйнштейна, в середине XX века. Согласно теории Бома, весь мир устроен примерно так же, как голограмма. Как любой, сколь угодно малый участок голограммы содержит в себе всё изображение трехмерного объекта, так и каждый существующий объект «вкладывается» в каждую из своих составных частей.
Основой для рассуждений ученого стал парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР), когда «сцепленные» частицы ведут себя строго взаимосвязанно, так что изменение состояния одной приводит к мгновенной перемене в состоянии другой. И самое главное — расстояние тут не играет абсолютно никакой роли.
Существование этого феномена — подтвержденный научный факт, который тем не менее противоречит и здравому смыслу, и эйнштейновской теории относительности. Размышляя над этим вопросом, Бом пришел к выводу, что элементарные частицы взаимодействуют между собой не потому, что существует какой-то исключительный механизм обмена информацией со скоростью, превышающей скорость света, а потому, что на более глубоком уровне реальности они представляют собой один объект.
Раздельными мы видим эти частицы только потому, что способны наблюдать только один аспект реально существующего мира. Бом пошел даже дальше, предположив, что порождающей наблюдаемый мир матрицей служит некий «скрытый» порядок, проекцией которого является не только материя, но и сознание.
Свою теорию Бом изложил в ряде статей и книге «Целостность и скрытый порядок», но он не стал углубляться в данные исследования. Широкую известность голографический принцип получил благодаря работам Герарда т'Хоофта, лауреата Нобелевской премии по физике за 1999 год. Его внимание привлекли проблемы, связанные с исследованиями свойств черных дыр. В 1970-х годах Якоб Бекенштейн, ныне профессор Иерусалимского университета, выдвинул тезис о том, что энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта. Десятилетием позже, исследуя энтропию уже как меру информационной емкости, Бекенштейн пришел к выводу, что информация, необходимая для описания любого объекта, ограничена его внешней поверхностью.
Значимость этого открытия объясняется тем, что оно устраняет одно из кажущихся противоречий, порожденных работами Хокинга. Постепенное испарение черных дыр с ходом времени приводило к парадоксу — вся содержащаяся информация в таком случае исчезла бы. Но работы Бекенштейна доказали, что вся информация, заключенная в трехмерном объекте, может быть сохранена в двумерных границах, остающихся после его аннигиляции, — точно так же, как изображение трехмерного объекта можно поместить в двумерную голограмму.
В 1993—1994 годах Герард т'Хоофт, основываясь на работах Бекенштейна, сформулировал голографический принцип, из которого следовало, что пространство-время не является непрерывным континуумом, но на размерах, описываемых постоянной Планка, должно представлять собой совокупность микрозон, гранул, своего рода квантов пространства-времени.
Чтобы приблизительно понять, что это такое, представьте обычную иллюстрацию из газеты. Она выглядит как непрерывное изображение, но, начиная с определенного уровня увеличения, рассыпается на точки, составляющие единое целое. Наш мир, таким образом, можно рассматривать как проекцию системы с большей размерностью, причем вся информация о ней может быть доступна и нам.
Поначалу идеи т'Хоофта разделялись немногими единомышленниками, которые искали альтернативные методы изучения черных дыр. Но по мере развития физики элементарных частиц стало очевидно, что голографический принцип удобен как теоретический инструмент и применим к пространству-времени любой размерности.
Вселенная в рамках этой теории является трехмерным объектом, представляющим собой внешнюю границу четырехмерного пространства. Более того, теоретические исследования коллектива Хуана Малдасена из Принстонского университета дали результат, прекрасно вписывающийся в голографический принцип: физические законы гипотетической вселенной с пятью измерениями и ее четырехмерной проекцией совпадают.
Крейг Хоган, директор Центра астрофизических исследований в лаборатории имени Ферми, продолжая разработку голографического принципа, пришел к выводу, что, для того чтобы количество информации, заключенной в границах Вселенной, равнялось информационной емкости ее двумерной границы, размеры кванта пространства должны быть равными 10^—16 м. Этот блур на поверхности пространства-времени современная техника уже способна засечь. И кажется, это удалось сделать совершенно случайно.
Уже семь лет в Германии на GEO600 — детекторе длиной 600 м — ведутся исследования по обнаружению гравитационных волн, колебаний пространства-времени, создаваемых сверхмассивными космическими объектами. Ни одной волны за эти семь лет, впрочем, найти не удалось, в том числе и потому, что на протяжении длительного времени детектор фиксирует необъяснимые шумы в диапазоне от 300 до 1500 Гц, мешающие его работе. Долгое время исследователи не могли найти причину этого шума, пока с ними случайно не связался Хоган, предложивший теоретическое объяснение происходящему.
Согласно точке зрения Крейга Хогана, точность аппаратуры GEO600 достаточна для того, чтобы зафиксировать флуктуации вакуума, происходящие на границах квантов пространства, тех самых гранул, из которых, если голографический принцип верен, состоит Вселенная.
Крейг Хоган не останавливается на этом: «Если результаты GEO600 соответствуют моим ожиданиям, то все мы живем в огромной голограмме вселенских масштабов». Показания приборов GEO600 в точности соответствуют его вычислениям, и, кажется, научный мир стоит на пороге грандиозного открытия.
Впрочем, говорить о том, что это предположение доказано, еще рано. Чувствительность детекторов такого типа настолько велика, что интерпретация сигналов и отсеивание постороннего шума займет еще около года. Однако пока других объяснений шума в детекторе GEO600 не найдено.
Однажды посторонние шумы, выводившие из себя исследователей в Bell Laboratory в ходе экспериментов 1964 года, уже стали предвестником глобальной перемены научной парадигмы: так было обнаружено реликтовое излучение, доказавшее гипотезу о Большом взрыве. Кто знает, возможно, та же история повторяется годы спустя…