Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Химики «вызвали» демона Максвелла, чтобы сконструировать химический насос
Группа британских ученых претворила в жизнь мысленный эксперимент физика XIX века Джеймса Максвелла и создала систему, которая может найти применение в фармацевтике. Сегодня, чтобы получить «чистое» действующее вещество, молекулы, из которых оно состоит, необходимо очистить от ферментов, смесей и других компонентов, используемых при изготовлении лекарства. На эти химические разделения уходит огромное количество энергии. Новая система гораздо менее энергозатратная.
Работа мощных компьютеров, понимание рыночных отношений, управляющих мировой экономикой, — чтобы осмыслить закономерности и силы, приводящие в движение все эти процессы, исследователи зачастую прибегали к мысленным экспериментам, в которых «принимали участие» демоны, дьяволы, големы и джинны.
Эти вымышленные существа — не результат суеверий ученых или порождение псевдонаучных теорий, а что-то вроде полезных аллегорий, сыгравших важную роль в становлении современной науки.
В 1867 году шотландский физик Джеймс Максвелл (James Maxwell), пытаясь понять статистическое поведение частиц газа, поставил мысленный эксперимент «с участием» одного из таких демонов. Этот демон управлял «дверцей» в наполненном газом герметичном сосуде и выбирал, какие молекулы из одной части емкости могут перемещаться в другую.
Демон Максвелла избирательно пропускал в один отсек сосуда быстрые горячие молекулы, а в другой — медленные холодные. В итоге все молекулы сосуда разделялись на две части: в одном отсеке становилось теплее, в другом — холоднее.
После разделения молекул средние скорости частиц оказывались разными. Температура напрямую зависит от средней скорости частиц, а значит, демон создавал разницу температур между двумя частями емкости.
Своими действиями демон Максвелла упорядочивал молекулы и тем самым уменьшал энтропию системы. Это противоречит второму закону термодинамики, который гласит, что тепловая энергия или тепло передается от более горячего тела к более холодному, но не может переходить самопроизвольно от более холодного тела к более теплому, если, конечно, не использовать энергию, чтобы заставить тепло двигаться в обратном направлении.
Чуть позже физики решили этот парадокс: они успешно моделировали мысленный эксперимент Максвелла в лаборатории на разных объектах, в основном на микроуровне. При этом второй закон термодинамики не нарушали. Система была устроена так, что демон получал энергию для сортировки из внешнего источника.
Группа британских химиков под руководством Джонатана Нитшке (Jonathan Nitschke) из Кембриджского университета создала «химический насос», который функционирует так же, как мысленный эксперимент Максвелла. Однако, в отличие от всех предыдущих опытов с демоном, в которых ученые пытались заставить его работать на микроуровне, система авторов нового исследования действует на гораздо больших масштабах: разделяет молекулы на расстоянии нескольких сантиметров — самое большое на сегодня. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Устройство химиков представляет собой U-образную трубку, заполненную светочувствительным химическим веществом под названием орто-фторазобензол (fluoroazobenzene). Один из изгибов трубки ученые заполнили водным раствором на основе комплекса железа, который может переносить молекулы с одного изгиба трубки к другому. Этот раствор эквивалентен демону, открывающему или закрывающему дверцу в мысленном эксперименте Максвелла.
Когда Нитшке и его команда облучали светом один из изгибов (с длиной волны 530 нанометров и 400 нанометров), орто-фторазобензол изменялся таким образом, чтобы уместиться в раствор на основе железа, который затем переносил молекулы вещества на другой изгиб трубки. В результате общая концентрация орто-фторазобензола повышалась во втором изгибе, но падала в изначальном, первом. В природе, то есть без участия ученых, ничего подобного не произошло бы. Иными словами, демон Максвелла в виде водного раствора на основе комплекса железа создавал градиент концентраций, а необходимую для этого процесса энергию давал свет.
Затем химики ввели в свою систему еще один компонент — растворимый нафталин. Оказалось, при его добавлении концентрация орто-фторазобензола во втором изгибе увеличивалась почти в два раза по сравнению с системой без нафталина.
Команда Нитшке собирается повторить свой эксперимент, но с молекулами других веществ. Если опыт окажется успешным, «химический насос» можно будет использовать в производстве лекарств для очистки действующего вещества от ферментов, смесей и других компонентов.
Сегодня на процессы химического разделения исследователи тратят значительное количество энергии: например, в США это составляет примерно 50 процентов от общих мощностей промышленного энергопотребления. Традиционные методы химического разделения требуют интенсивного нагрева и охлаждения, что делает их крайне энергозатратными. В этом случае система группы Нитшке выглядит крайне привлекательной, ведь для ее работы будет нужно гораздо меньше электричества.
Telegram 
Дзен 
VK Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.
На этой неделе курс биткоина установил исторический максимум — 123 тысячи долларов. Суммарный объем мирового объема денег, хранящихся в криптовалюте, равен 3,740 триллионам долларов. Люди покупают на нее автомобили, украшения, электронику, а могут и просто сходить за хлебом в магазин у дома. Все это возможно благодаря майнингу — процессу, который помогает переводить виртуальные деньги, обеспечивая их безопасность. Ученый Пермского Политеха Даниил Курушин объяснил, как работает майнинговая ферма и можно ли установить ее у себя дома, чем легальный майнинг отличается от теневого, почему от этого часто случаются пожары, как крипта влияет на курс реальных валют, в каких регионах России майнинг строго запрещен и как защититься от майнеров-мошенников, которых становится все больше.
В свежем систематическом обзоре ученые обобщили данные об эффективности разных видов упражнений, выполнение которых может повысить качество сна и облегчить бессонницу. Среди рассмотренных комплексов — йога, тайцзи, ходьба или бег трусцой, сочетание аэробных и силовых упражнений, а также силовые и аэробные тренировки по отдельности.
Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.
Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.
В условиях отсутствия связи (шахты, горы, тайга) критически важна надежная передача данных. Ученые Пермского Политеха разработали цифровую радиостанцию, устойчивую к помехам и физическим препятствиям, включая бетонные стены. Устройство передает данные в двух сетях MANET одновременно, обеспечивая скорость до 300 кбит/с (низкоскоростной канал) и 54 Мбит/с (высокоскоростной). Рация работает как ретранслятор и узел сети, что делает ее незаменимой для спасателей, промышленности и туристов. Ключевые преимущества разработки: помехоустойчивость, дальность связи до 30 километров и работа при -25°C до +55 градусов Цельсия.
Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.
Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.
Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии