Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Новые методы измерения температур. Эволюционная психология о выборе супружеских партнеров


Темы передачи: новые методы измерения температур, эволюционная психология о выборе супружеских партнеров, а также короткие научные новости.

Лилия Шукаева: Большинство людей редко задумываются о том, что именно они подразумевают, употребляя такое распространенное и общеизвестное слово, как "температура". Жарко на улице - значит, у воздуха высокая температура, холодно - значит, низкая. Для физиков температура тоже не представляет загадки. С их точки зрения температура - это, попросту говоря, скорость. Как говорит профессор-физик из Йельского университета доктор Роберт Шолькопф, "это некоторая мера беспорядочного движения с различными степенями свободы".

Вот, например, молекулы воздуха или воды, которые беспорядочно ударяются друг о друга, как шарики для пинг-понга. При таких столкновениях они передают друг другу энергию. Распределение скоростей движения молекул хорошо описывается колоколообразной кривой, а средняя кинетическая энергия молекул как раз соответствует их температуре. Чем выше температура, тем стремительнее мечутся молекулы, чем ниже - тем медленнее.

Но если само понятие температуры более или менее очевидно и для широкой публики, и для специалистов, этого нельзя сказать о ее измерении. Точное измерение температуры - далеко не простое дело, и ученые продолжают над этим работать.

Широко распространенные термометры, в том числе ртутный термометр, изобретенный в начале XVIII века Фаренгейтом, основаны на том, что столкновения молекул заставляют газы и жидкости при нагревании расширяться. В процессе технического прогресса появились новые типы термометров, в том числе основанные на изменении электрического сопротивления проводников в зависимости от температуры или на изменениях характера инфракрасного излучения нагретых тел. А в последние годы физики разработали технику измерения температур ультраохлажденных атомов, температур поверхностей удаленных звезд и триллионоградусных температур сталкивающихся и сливающихся частиц.

Биологи тоже только сейчас начали понимать, каким образом живые существа измеряют и регулируют свою температуру. Профессор Шолькопф и его коллеги по Йельскому университету недавно изобрели термометр, основанный на измерении электрических шумов, аналогичных статическим разрядам, которые мы слышим при радиоприеме. Кстати, такие разряды сами представляют собой разновидность температурных измерений. Реликтовая радиация, оставшаяся после Большого Взрыва, положившего начало нашей Вселенной, за последние 13 миллиардов лет остыла до нескольких градусов выше абсолютного нуля, заполнив мировое пространство микроволнами, которые улавливаются микроволновыми радиоприемниками и издают в них свистящие звуки.

Термометр самого нового типа, описанный в недавнем номере журнала "Science" - "Наука", состоит из двух кусочков металла на кремниевой пластинке, разделенных тонкой полосочкой изолятора. По странным законам квантовой механики электроны могут случайным образом перескакивать взад и вперед через этот зазор, издавая слабый электрический шум. При повышении температуры электроны начинают метаться быстрее, производя больше электрического шума. Громкость этого шума и является мерой температуры.

Сама идея далеко не нова, но до сих пор такие термометры нуждались в тщательной калибровке. Новшество профессора Шолькопфа и его коллег заключается в использовании электрического напряжения, проталкивающего электроны через зазор вне зависимости от температуры, что обеспечивает самокалибровку такого термометра.

"Это существенно упрощает пользование прибором", - говорит доктор Вес Тью, физик из Национального института стандартов и технологии. Простота и точность прибора в широком диапазоне делают его чрезвычайно удобным при измерении ультранизких температур.

Хотя грубые термометры прошлых веков позволяли кое-как измерять относительные повышения и понижения температуры, отсутствие универсальной температурной шкалы затрудняло сравнивать показания различных термометров.

Германский физик Фаренгейт почти три века назад предложил температурную шкалу, которой до сих пор пользуются, например, в США. Точку замерзания воды он принял за 32 градуса, а точку кипения - за 212. Шведский астроном Андерс Цельсий предложил конкурирующую шкалу, приняв точку кипения воды за 0 градусов, а точку замерзания за 100. Впоследствии эту шкалу перевернули, приравняв температуру замерзания нулю, а точку кипения ста градусам.

Эксперименты показывают, что при постоянном давлении любой газ постоянно уменьшается в объеме при падении температуры. В 1848-м году шотландский химик лорд Кельвин понял, что экстраполяция этой закономерности должна привести к полному исчезновению газов при температуре порядка - 273 градусов Цельсия. И Кельвин предложил новую шкалу, в которой за температурный ноль была принята точка исчезновения газов.

Поскольку же температура является мерилом скорости, то самая низкая возможная температура, так сказать, абсолютный ноль, соответствует полной неподвижности всех частиц.

Со времен Кельвина физики несколько раз уточняли температурные стандарты. Поскольку, например, точки кипения и замерзания воды меняются с высотой, за основу шкалы Кельвина взята теперь так называемая Тройная точка воды - точная температура и давление, при которых сосуществуют лед, жидкая вода и водяной пар. По определению, эта точка соответствует 273,16 градусам Кельвина. "Это единственно известная нам температура, - говорит доктор Тью, - все остальные температуры следует определять экспериментально".

Последняя поправка к температурному стандарту была принята в 1990-м году, когда уточнили, что вода при атмосферном давлении закипает при температуре на 0,026 ниже стоградусной отметки. Для уточнения калибровки термометров тогда же были выбраны еще 17 точно измеренных опорных точек: тройную точку для водорода, точку плавления галлия, точку замерзания меди и так далее.

Сейчас доктор Шолкопф занимается проверкой своего "электрошумового" термометра, используя упомянутые 17 точек. Ученый уверен, что термометр должен хорошо работать в широком диапазоне - от одной сотой градуса выше абсолютного нуля до комнатной температуры, хотя точность в верхней части диапазона будет несколько меньшей.

Однако все термометры, в том числе и электрошумовой, становятся бесполезными, когда физики проводят эксперименты с атомами, охлажденными до миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. "Ведь никакой термометр невозможно охладить до температуры, которую мы пытаемся в этих экспериментах измерить", - говорит доктор Уильям Филипс, получивший в 1997-м году Нобелевскую премию за разработку метода лазерного охлаждения атомов.

При ультранизких температурах физики вынуждены напрямую возвращаться к понятию температуры как скорости. Освещая следы атомов в специальных камерах мгновенной лазерной вспышкой, они замеряют их скорости и по ним вычисляют температуру.

На другом, высокотемпературном конце шкалы, астрономы пользуются другим приемом. Не имея возможности воткнуть термометр в раскаленное вещество далекой звезды, они используют свойство нагретой материи излучать свет. Распределение длин волн излучаемого света соответствует характерной колоколообразной кривой, но ее пик перемещается в зависимости от температуры. Например, пиковая длина волны солнечного света - зеленая, что соответствует температуре поверхности Солнца порядка 6 тысяч градусов Цельсия. А посвист фоновых космических микроволн дает среднюю температуру Вселенной - что-то около 2,7 градусов выше абсолютного нуля.

На том же принципе работают американские медицинские термометры, вставляемые в ухо. Ведь человеческий организм также излучает свет, только в инфракрасном диапазоне, не воспринимаемом зрением. Чувствительный элемент термометра сканирует частотную кривую и находит пиковую длину волны, которая и показывает температуру уха в области барабанной перепонки. А через барабанную перепонку проходят те же кровеносные сосуды, что и через гипоталамус - отдел мозга, регулирующий температуру тела.

Как работают внутренние биологические термометры, пока никому неизвестно. И только недавно биологи начали понимать, каким образом организмы измеряют окружающую температуру. В 1997-м году профессор клеточной и молекулярной фармакологии из Калифорнийского университета в Сан-Франциско доктор Дэвид Джулиус и его коллеги первыми идентифицировали протеин, служащий нервным клеткам температурным датчиком. При температурах выше 42 градусов Цельсия этот протеин, пронизывающий клеточные стенки, открывает поры, пропускающие натриевые, кальциевые и калиевые ионы. Эти ионы возбуждают нервные клетки, посылающие болевые сигналы в мозг.

"Большая часть млекопитающих, не говоря уж о людях или приматах, ощущают четко выраженный температурный порог, выше которого тепловые ощущения становятся болезненными", - говорит профессор Джулиус. Кстати, тот же протеин, который реагирует на температуру, реагирует и на острые вещества, вроде перца, в пище, создающие во рту ощущение жжения. Сейчас уже идентифицированы еще три протеина, реагирующие на разные степени тепла и холода. Пару лет назад профессор Джулиус выделил, например, протеин, посылающий сигнал "холодно", когда температура падает ниже, чем 60 градусов мороза.

В марте этого года профессор клеточной биологии в Скриппсовском исследовательском институте в Сан-Диего доктор Ардем Патапутян обнаружил еще один протеиновый рецептор, реагирующий на температуры ниже минус 50 градусов. Имплантируя ген, ответственный за синтез этого протеина, в клетки других организмов, например, хомячков, он прививал и этим клеткам аналогичную температурную чувствительность.

Александр Сиротин: "Крайности сходятся"... Это выражение отражает широко распространенное убеждение, что при поисках потенциального супруга люди часто притягиваются к индивидуумам, во всем отличающимся от них самих. В действительности это далеко не так.

В недавно опубликованном научном исследовании, проведенном профессором отдела нейробиологии и психологии Корнелльского университета доктором Стивеном Эмленом и его бывшим студентом доктором Питером Бастоном из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, говорится, что человек гораздо чаще ищет в своем сексуальном партнере и друге на всю жизнь существо, которое ему ближе и, главное, понятнее. А кто может быть вам ближе и понятнее, чем вы сами? Поэтому партнеры ищут друг в друге себе подобных. Красивые чаще ищут красивых. Преданные семье, любящие детей и долгое застолье с друзьями, ждут того же от человека, который будет разделять с ними супружеское ложе.

Поиск людей, близких по взглядам, происхождению, интересам - дело и для женщин и для мужчин, казалось бы, одинаково естественное. И это легко заметить, читая брачные объявления в газетах. Впрочем, есть разница в том, какие требования предъявляют к партнерам мужчины и женщины. Новая наука "неодарвинизм" - она же "эволюционная психология" - отмечает, что мужчины более сконцентрированы на физическом облике партнерши, тогда как женщин больше интересует финансовая обеспеченность и амбициозность их поклонника. Если следовать такой точке зрения, то самая идеальная пара - калифорнийский миллиардер и официантка из Рио-де-Жанейро. У него - полная материальная обеспеченность и известность, а у нее - идеальные физические параметры с головы до ног.

Но нет, эта пара далеко не идеальная, и брак вряд ли окажется удачным, если верить уже упомянутому исследованию профессора Стивена Эмлена и доктора Питера Бастона. Эти ученые, проанализировав результаты опросника о предпочтениях в долгосрочных отношениях, обнаружили, что мужчины, ищущие в женщине красоту, вовсе не являются богачами или богатыми наследниками, зато считают собственную внешность неотразимой. А мужчины, считающие себя весьма состоятельными и амбициозными, предпочитают для брачного союза состоятельную женщину с положением в обществе, а физическая привлекательность для них - дело второстепенное.

У женщин оказалось то же самое: дамы, уверенные в своей привлекательности ищут, чтобы их потенциальный муж тоже хорошо смотрелся. А девушки из привилегированных семей желают, чтобы жених тоже знал назначение каждой из четырех вилок, лежащих на столе.

Этот принцип - "Хочу, чтобы моя вторая половина была моей копией" - входит в первую десятку отмеченных участниками опроса пожеланий. Другие это: преданность, супружеская верность, привязанность к семье, хорошее здоровье, желание иметь детей и воспитывать их и так далее, и тому подобное. Насколько высоко или насколько низко оценит ищущий искомого, зависит при всем прочем от того, на какую ступень ищущий ставит самого себя. Выводы подробного опроса на эту тему, в котором участвовали 978 жителей города Итака в штате Нью-Йорк, где находится Корнелльский университет, (это были в основном студенты в возрасте от 18 до 24 лет) опубликованы в "Трудах Национальной Академии Наук" США.

"Судя по всему, люди ищут партнеров, подходящих по целому ряду вполне конкретных параметров, - говорит профессор Эмлен. - Я и мой коллега профессор Бастон - эволюционные биологи, и нам интересно, почему люди берут за правило искать в партнерах свое собственное отражение. Одна из причин заключается, видимо, в понимании того факта, что в этом случае в совместной жизни будет меньше конфликтов, будет выше вероятность более стабильных и длительных отношений, что, естественно, положительно отразится на психологическом здоровье будущих детей".

У таких существ, как Гомо Сапиенс, которые воспитывают детей в течение как минимум 10 и более лет, относительная спаянность семьи дает возможность для возникновения своего рода династий, для передачи нравственных традиций из поколения в поколение.

Когда профессоров, проводивших исследования, спросили, почему они не включили в список главных требований к будущему жизненному партнеру интеллект, они ответили, что хотели сконцентрироваться исключительно на качествах, имеющих отношение к потенциалу воспроизводства. А интеллект в этом деле играет далеко не первостепенную роль.

Профессор эволюционной психологии Ливерпульского университета Робин Дунбар положительно отозвался о результатах исследования, хотя указал на такой недостаток, как невнимание к разнице между идеальным искомым образом и реальным, компромиссным.

Профессор психологии Техасского университета Дэвид Басс, известный своим исследованием о проблемах выбора супругов, проведенным с участием более 10 тысяч человек из 37 стран, сказал о новом исследовании Эмлена и Бастона следующее: "Авторы представили в своих выводах что-то новое, и что-то верное, но, к сожалению, среди того, что верно, нового не так много, а среди того, что ново, не так много верного".

О том, что люди подбирают в супруги подобных себе, профессор Басс писал в книге "Эволюция желания", выпущенной еще в 1994-м году. Он подверг критике авторов нового исследования за то, что они не уделили большего внимания разнице в требованиях к партнеру у мужчин и у женщин. На это профессор Эмлен ответил, что о различиях в подходе к выбору партнеров писали многие, в том числе и профессор Басс, а задачей нового исследования был поиск идентичности в подходе. Обнаруженная идентичность - это и есть "новое и верное". А профессор Бастон заметил, что, действительно, в требованиях к партнеру у мужчин и у женщин имеется существенная разница. Например, красивая женщина скорее будет заинтересована в мужчине с деньгами, чем красивый мужчина в женщине с деньгами. А молодой обеспеченный мужчина скорее предпочтет внешне привлекательную девушку, чем женщину не очень привлекательную, но со средствами.

Конечно, очень важно, кто и как определяет степень привлекательности и обеспеченности, важно, насколько отражает реальность представление ищущего о себе. Чем меньше у женщины оснований считать себя весьма привлекательной, тем меньше вероятность того, что ей удастся сделать правильный выбор.

Насколько универсальными для разных культур и народов являются выводы американских исследователей, пока не ясно. Поэтому авторы делают осторожную оговорку, что разговор идёт о предпочтениях в Западном обществе. По словам профессора Бастона, подход к поиску супруга может быть совершенно иным, например, в полигамном обществе.

"В конце концов, человек - существо сложное, - говорит профессор Данбар. - И в том, что касается сердечных дел, даже психология и биология не могут с уверенностью определить, что ищет человек по другую сторону своего зеркального отражения".

Евгений Муслин: И в заключение нашей передачи короткие научные новости:

Совершенно необычный метод борьбы с курением предложил доктор Уолтон Саммер - исследователь из Вашингтонского университета в Сан-Луисе, опубликовавший свою работу в текущем номере журнала "Tobacco Control". Доктор Саммер считает, что для курильщиков следует выпускать специальные ингаляторы, из которых они смогут вдыхать чистый никотин. Ведь никотин - это единственное, ради чего курильщики курят табак. Конечно, никотин не безвреден, говорит доктор Саммер, но основной вред при курении приносят тысячи других химических веществ, в том числе токсинов и канцерогенов, к которым у курильщиков нет никакого пристрастия, но которые также присутствуют в табачном дыме. Дополнительным преимуществом ингаляторов является то, что они бездымны, так что окружающим не приходится дышать вторичным дымом.

Конечно, имеются и другие способы бессигаретного введения никотина людям, желающим отделаться от своей вредной привычки - например, никотиновые пластыри, но они чреваты негативными побочными эффектами и не дают удовлетворения курильщикам. Ингаляторы же по своему действию более похожи на сигареты, поскольку никотин из них сразу же попадает в кровоток из легких.

7 лет назад датские ученые и их коллеги из других европейских стран начали бурить исследовательскую скважину через всю трехкилометровую толщу ледяного щита, покрывающего Гренландию. И в середине июля бур, наконец, коснулся каменистой породы, что международная группа отметила шампанским. Цель бурения - получить образцы льда на всем протяжении скважины. Такие образцы позволят изучить изменения земного климата на протяжении сотен тысяч лет и использовать эти данные для предсказания будущих изменений, в том числе и предполагаемой возможности смены недавнего потепления резким похолоданием.

Дело в том, что датский химик Вилли Дансгаард открыл в 60-х годах, что температуру земной поверхности можно довольно точно оценивать по соотношению двух изотопов кислорода в дождевой воде или в снегу, причем это соотношение зависит только от температуры и не зависит от времени. Так что толща гренландского льда является как бы подробным дневником климатического прошлого Земли.

Кроме того, между слоями льда заключены пузырьки древнего воздуха, химический анализ которых позволяет исследователям установить зависимость между земными температурами и такими парниковыми газами, как метан и углекислый газ. Исследователи могут также измерять количество осадков в разные эпохи, сравнивая годичные ледяные пласты, а также изучать климатическую роль вулканов, анализируя включения вулканического пепла во льду.

Физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создали сверхчувствительные датчики, способные улавливать перемещения атомных масштабов, измеряемые долями нанометра. С помощью таких датчиков исследователи намереваются экспериментально определить пределы применимости квантовой механики, проверить, для какого количества атомов остается еще действительным принцип неопределенности Гейзенберга.

Помимо физико-теоретического аспекта, это исследование может привести к созданию лабораторного прибора нового типа, прибора, измеряющего исчезающе малые силы взаимодействия отдельных атомов и позволяющего идентифицировать эти атомы. Подобный прибор станет исключительно мощным исследовательским инструментом. Он сможет, например, безо всякого дополнительного анализа устанавливать последовательность атомов в молекулах ДНК.

XS
SM
MD
LG