Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Наука и техника наших дней


Передачу ведет из Нью-Йорка Евгений Муслин. Пластиковая электроника - электроника ХХI века, таяние льдов на Северном полюсе и значение этого явления для глобального климата, а также последние научные новости - вот темы нашей сегодняшней передачи.

Лилия Шукаева:

Такие материалы, как медь, используемая для проводов и других токоведущих частей, или кремний, служащий основой для создания полупроводников и компьютерных "чипов", играют основную роль в современной радиоэлектронике. На долю пластмасс в этой области пока оставались лишь изоляционные покрытия, компьютерные коробки да корпуса для электронно-лучевых трубок.

Однако, сейчас положение начинает быстро меняться. Как предсказывают материаловеды, пластмассы и другие органические материалы на основе углерода в ближайшие годы станут чуть ли не основным сырьем для производства лазеров, транзисторов и магнитов.

Эпохальное достижение, которое будет способствовать стремительному развитию органической электроники, отмечено даже Нобелевской премией 2000-го года по химии, которая была присуждена докторам Алану МакДайармиду из Пенсильванского университета, Алану Хигеру из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Хидеки Ширакаве из Цукубского университета в Японии. Этим ученым впервые удалось превратить пластмассу, которая обычно состоит из миллионов идентичных молекул, связанных в длинные полимерные цепи, не проводящие электричества, в электрический проводник. Это открытие и результаты некоторых других исследований электрических свойств органических материалов открывают путь к новой электронике ХХI века, основанной на органических материалах. Так, в частности, считает профессор Артур Эпстайн из университета в Огайо.

Правда, органические материалы в некоторых отношениях уступают традиционным. Медь, например, лучший проводник электричества, а из кремния получаются самые быстродействующие схемы. "Так что, мы не собираемся переводить все на органику" - говорит профессор-электронщик из Принстонского университета Стивен Форест. Вместе с тем, органические материалы легче, гибче, им проще придавать нужную форму. К тому же палитра органических материалов бесконечно разнообразна. Вы можете синтезировать миллионы различных молекул, заменяя в них отдельные блоки, как в детском конструкторе, и создавать таким образом полимеры с любыми тонко дифференцированными функциями. Такие полимеры легко растворять в химических растворителях и используя раствор вместо чернил, печатать любые схемы на простых компьютерных принтерах. Это колоссальное технологическое и экономическое преимущество. Ибо принтер прост в обращении и стоит копейки по сравнению с традиционным дорогостоящим оборудованием для изготовления электронных схем. На принтерах, например, в ближайшее время сотрудники британской компании "Кембридж Дисплей Технолоджис" собираются наладить выпуск видеодисплеев для мобильных телефонов и других переносных устройств. Исходным материалом для таких дисплеев будут новые светоизлучающие полимеры.

Дешевизна материалов и их производства открывают перед органической электроникой новые области применения. Так, вместо компьютерных кодов на упаковочных коробках можно будет печатать индивидуализированные радиоэлектронные схемы, способные принимать радиосигналы и посылать свой ответ. Это позволит упростить инвентаризацию складов и слежение за потоками промышленной продукции. Достаточно будет послать запрашивающий сигнал, и приемное устройство, зафиксировав ответ каждого ящика, мгновенно напечатает таблицу, исчерпывающе описывающую содержимое каждого складского помещения.

Исследователи компании "Люсент" в Нью-Джерси, производящей телефонное оборудование, недавно сумели создать первый электрический лазер на основе органического материала. Интересно, что при низких температурах этот же материал становится сверхпроводником.

Сотрудникам университета штата Огайо во главе с профессором Артуром Эпстайном впервые удалось изготовить из органического материала магниты. Многие виды молекул сами представляют собой крошечные магнитики, но в пластмассах беспорядочное их расположение гасит результирующее магнитное поле. Тем не менее, Эпстайну и его коллегам удалось посредством химических манипуляций упорядочить расположение отдельных молекул и получить, таким образом, пластиковые магниты.

Такие магниты, как говорит профессор Эпстайн, могут значительно облегчить электрические трансформаторы и электромоторы. Ведь основная часть их веса приходится на железные элементы, необходимые для концентрации магнитных полей. Снижение веса всего этого электрооборудования, благодаря применению пластиковых магнитов, обещает колоссальную экономию электроэнергии.

Профессор Эпстайн предсказывает также широкое применение пластиковых магнитных материалов в элементах компьютерной памяти и в виде тонких пленок для экранирования электронных компонентов.

В конечном итоге, органические материалы на основе углерода смогут вообще вытеснить металлы и кремний почти что из всех компьютерных применений. Ибо в течение ближайших двух десятилетий традиционный метод повышения быстродействия компьютерных схем за счет их миниатюризации и соответственного сокращения времени прохождения электрических сигналов будет исчерпан, да и сами эти схемы, состоящие уже из отдельных атомов и молекул, будут работать совсем по-другому. Так что, к таким схемам потребуется новаторский квантовый подход. "Пока мы не знаем, как это конкретно будет выглядеть, но будущее компьютерной технологии, несомненно, связано с ее переходом на квантовый уровень", - говорит профессор-электронщик Стивен Форест.

Александр Сиротин:

Недавние свидетельства двух американских исследователей о том, что на Северном полюсе на поверхности льдов появилась вода, заставили ученых, особенно климатологов, более энергично и внимательно изучить данные о состоянии ледовой шапки мира, данные, имевшиеся ранее и получаемые сейчас со спутников Земли. Впрочем, наличие воды на поверхности Северного полюса, вызывающее серьезную тревогу ученых, не оказалось неожиданной новостью. Ученые располагают весомыми доказательствами того, что средняя температура в Арктике зимой поднялась за последние 30 лет на 5-6 градусов Цельсия. А в целом, в конце ХХ века на нашей планете было теплее, чем в предыдущие 400 лет. И ледовая шапка на всей Арктике сжалась и утончилась.

Тем не менее, климатологи до сих пор не пришли к единому мнению о причинах этого явления. То ли это кратковременный естественный цикл потепления климата, то ли последствия деятельности человека и выброса в атмосферу промышленных газов, в результате чего возник так называемый парниковый эффект.

По словам климатолога Марка Серрезе из Национального климатического центра в Боулдере, в штате Колорадо, "теперь мы имеем довольно ясную картину того, что происходит в Арктике, но причин для паники нет, потому что вода на Северном Полюсе временами выступала надо льдом и раньше и нет доказательств того, что это обязательно результат глобальных изменений климата".

Лед, покрывающий основную часть Северного Ледовитого Океана, исполосован длинными, широкими трещинами. То тут, то там лед расползается, образуя что-то вроде скважин или прорубей. Это заметно даже на Северном Полюсе, особенно летом. В летнее время 90 процентов Арктики покрыты льдом, а остальные 10 - водой. И так, вероятно, продолжалось столетиями, причем таяние льда иногда усиливалось под воздействием естественных океанских течений, ветров и повышения температуры.

Марк Серрезе заявил, что, судя по изображениям, получаемым со спутников, вода, свободная ото льдов, занимала этим летом площадь, протяженностью в 15 километров и шириной в 5. И это в непосредственной близости от Северного Полюса. Дополнительные снимки были получены этим летом со спутника НАСА "Терра". Снимки были сделаны как раз тогда, когда российский ледокол "Ямал" с американскими исследователями на борту находился в полярных водах. И хотя над Полярным кругом стоял плотный слой облаков, даже среди них были видны на ледяном покрове темные участки воды, словно черные зарплаты на белой простыне.

По мнению климатолога Клер Паркинсон из Годдардовского центра космических полетов, расположенного в городе Гринбельт, в штате Мэриленд нет ничего особенного в том, что на Северном полюсе имеются участки без льда. Настораживает, однако, необычно большое пространство не покрытой льдом воды. По наблюдениям Клер Паркинсон, с 70-х годов лед Арктики отступает в среднем на 0,25 процента в год. Но это зигзагообразный процесс. Он то ускоряется, то замедляется. В 80-х годах он принял угрожающие размеры, в 90- произошел откат назад. Так что трудно делать далеко идущие выводы, основываясь на наблюдениях всего двух - трех десятилетий. Все же за последние годы была заметна особо активная тенденция сокращения ледового покрытия Полярного круга, а это может повлечь за собой значительные изменения полярного и даже глобального климата, что отразится на флоре и фауне Арктики.

Океанограф из Гарвардского университета Джеймс Маккарти не отвергает полностью мнение тех ученых, которые не считают наступление воды и отступление льда беспрецедентными явлением. " Но в течение двух недель, - тем не менее говорит он, - не было ни одного дня, когда мы бы могли отметить нормальное, то есть привычное состояние ледового покрытия. Когда мы достигли Северного полюса, мы там увидели лед, перемежающийся водой, как, скажем, у северных берегов Гренландии или Аляски".

Профессор Джеймс Маккарти - директор Гарвардского музея сравнительной зоологии и глава группы ученых, работающих над докладом о климатических изменениях. Доклад заказан межправительственной комиссией ООН по проблемам потепления климата. Джеймс Маккарти находился на российском ледоколе "Ямал" вместе с научным сотрудником Манхеттенского музея естествознания палеонтологом Малколмом Маккена. Оба в равной степени были удивлены утончением пластов льда и довольно большими водными участками на ледовых полях. Описания увиденного, сделанные американскими профессорами Маккарти и Маккена, вновь привлекли внимание ученых к данным о состоянии полярного льда. Тем более, что таких данных накоплено не мало. Например, с окончанием "холодной войны" были рассекречены очень важные для научного мира гидролокаторные измерения толщины арктического льда, производившиеся на протяжении нескольких десятилетий американскими подводными лодками. Эти измерения были проанализированы профессором университета штата Вашингтон в Сиэтле и научным сотрудником Лаборатории прикладной физики Дру Ротроком. Сравнивая толщины льда, замерявшиеся подводниками с 1958-го про 1976-й год, а затем - с 1993-го по 1997-й профессор Ротрок обнаружил, что толщина льда уменьшилась с 3 метров в начале 60-х годов, до менее 2 метров в 90-х. И такое явление наблюдается и в центральной части Арктики, и в ее восточной части.

Американские исследователи изучают сейчас полученные с канадской космической лаборатории "Радарсат" пространственные изображения Арктического океана, наиболее детальные из полученных со спутников. Пролетая на высоте 600 километров над Северным Полюсом, "Радарсат" с помощью радарных сигналов, принимаемых наземными антеннами каждые три дня, сумел передать на Землю довольно подробные данные, позволившие ученым проследить чуть ли не за каждодневной динамикой изменений толщины льдов, расширения и удлинения трещин, иногда тянущихся на тысячи километров. Но эти данные лишь характеризуют масштабы процесса, но не устанавливают его причины. Марк Серрезе в своей статье в журнале "Климатические изменения" утверждает, что подобные перемены в Арктике происходят уже в течение десятилетий и столетий, но пока неизвестно, является ли их главной причиной деятельность человека.

Говоря о том, что в некоторых районах Аляски, Северной Европы и Северной Азии за последние 30 лет температура зимой поднялась в среднем на 5-6 градусов Цельсия, Марк Серрезе заметил: "По многим признакам, таким, как многовековые ледовые наслоения, кольца старых деревьев и так далее, сравнение последнего столетия с предыдущими не свидетельствует о таком уж драматическом потеплении, которого можно было бы ожидать при столь бурном развитии промышленности в ХХ веке".

Тем не менее, по словам Серрезе, тщательный анализ данных недавних научных исследований показывает, что на Арктике несомненно сказывается процесс глобального потепления. Пока еще неясна реакция научного мира на сообщения о расширении, так сказать, "водных озер" на Северном Полюсе. Сочтут ли ученые, что пора всерьез воспринять исчезновение ледового покрова на полюсе, замеченное с ледокола летом 2000-го года, и в срочном порядке принимать аварийные меры против глобального потепления, или можно еще подождать? Пока по этим вопросам нет единого мнения.

Евгений Муслин:

Научные новости.

Сначала, как это бывает в науке, феномен был предсказан. Предсказал его в 1765-м году один из самых знаменитых ученых XVIII столетия, швейцарско-российско-немецкий математик, физик и механик и астроном Леонард Эйлер (1707-1783). Не было, кажется, ни одной области знания, которой бы не интересовался этот великий человек, и в каждой из них, будь то математический анализ, оптика, кораблестроение или теория музыки, он сумел сказать свое слово. Задумавшись однажды над формой земного шара, который, как он догадывался, вовсе не шар, а скорее - эллипсоид - Эйлер объявил, что ось этого вертящегося эллипсоида должна слегка раскачиваться, вроде того, как раскачивается ось у волчка, даже когда он только что запущен. "Придет час, - сказал он своим ученикам, - и наука измерит амплитуду этих качаний".

Час этот пришел не скоро, а именно - в 1891-м году, когда американский астроном-любитель - Сет Карло Чандлер-младший подытожил результаты своих наблюдений. Оказалось, что земная ось раскачивается сравнительно медленно и не очень сильно: каждые 14 месяцев она отклоняется то в одну, то в другую сторону на 20 футов. То есть, приблизительно на 6 метров.

Итак, феномен предсказан и измерен: он даже получил название "чандлеровское раскачивание". Осталось сделать третий и последний шаг: определить причину этого раскачивания. В своих предсказаниях Эйлер, хотя и говорил, что все дело в форме Земли и ее вращении, почему вращающийся эллипсоид должен раскачиваться, не объяснял. Чандлер же, как чистый астроном, занят был одними измерениями, а в причины не вникал.

О третьем, завершающем шаге мы узнаем из сообщения Ричарда Гросса, геофизика из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадине ( штат Калифорния). Сообщение опубликовано в последнем выпуске "Geophysical Research Letters". "Чандлеровское раскачивание, - говорит Гросс, - результат ритмических, связанных с вращением Земли, перемен в давлении атмосферы на земную поверхность и в давлении воды на океанское дно".

Первым эту идею высказал два года назад один из ведущих геофизиков Гарварда, профессор Руи Понте. В журнале "Nature" он написал, что в чандлеровском раскачивании давлению атмосферы и океана принадлежит основная роль. Ричард Гросс развил эту идею. Он вычислил, что две трети в этом воздействии на земную ось приходятся на колебания океанских вод, а треть - на колебания атмосферы. Результаты вычислений, сделанных с помощью компьютерных моделей, полностью совпали с астрономическими наблюдениями последних лет.

Ричард Гросс и его коллега Джон Уор, профессор физики Колорадского университета, обсуждая на страницах "Geophysical Research Letters" проблему Чандлеровского раскачивания, приходят к выводу, что кроме теоретического, у нее есть и несомненный практический аспект. Не учитывать это раскачивание, сколь бы оно ни было мало, будет невозможно при дальних межпланетных перелетах. Чем точнее будет послан за много миллионов километров навигационный радиосигнал, тем скорее попадет корабль на космодром. Это во-первых. А во-вторых, новые сведения о силах, приводящих к раскачиванию земной оси, уже сейчас могут помочь геологам внести уточняющие поправки в теорию внутреннего строения земли.

Но загадки, связанные с вращением Земли, не исчерпывается чандлеровским раскачиванием. За сто минувших лет земная ось сместилась на 9 с лишним метров. Отчего? Существует мнение, что ее каким-то образом сдвинули арктические льды, образовавшиеся во время последнего ледникового периода. Но вот эти льды начали таять. Прекратится ли по этой причине смещение земной оси? Или хотя бы замедлится? Вот вопрос, который теперь занимает геофизиков.

Представитель американской компании "ИНТЕЛ" - крупнейшего в мире производителя интегральных схем для компьютеров - заявил на Международной конференции по электронике, проходящей в Сан-Франциско, что специалистам компании удалось создать рекордно миниатюрный и быстродействующий транзистор, который позволит в ближайшие годы десятикратно повысить мощность микропроцессоров. Электронные чипы, являющиеся мозгом компьютеров, состоят из транзисторов, контролирующих потоки компьютерных данных. Чем меньше по размеру транзисторы, тем больше быстродействие чипов. Самый быстродействующий чип, который продает сейчас "ИНТЕЛ", это "Пентиум-4", состоящий из 42 миллионов транзисторов, нанесенных на кремниевую подложку. Новые транзисторы с элементами толщиной всего в три атома позволят довести это число до 400 миллионов и даже больше. "Стопка из 100 тысяч таких транзисторов будет эквивалентна толщине лишь одного бумажного листа", - сказал представитель компании.

Другие производители полупроводниковых элементов и интегральных микросхем также соревнуются в создании наиболее быстродействующих и миниатюрных чипов, но бесспорным лидером остается компания "ИНТЕЛ".

XS
SM
MD
LG