Химия

В этой статье описание концептуальной модели сознания, как непрерывной эволюции информационных потоков в которой живой одновременно организм включен в четыре неразрывные, взаимно обусловленные петли регуляции — генетическую, телесную, групповую и экологическую. Отбор идет по траектории, которая постоянно переходит из одной петли в другую. Поэтому любая попытка объяснить сознание только из устройства мозга или только из организации информации описывает подсистему, а не систему целиком.

Почему ни нейронаука, ни философия, ни психология не объяснят сознание без физики, генетики и эволюционной биологии

Поведение животных нельзя объяснить только работой нейронной сети. На него влияет и группа, как ещё один фактор среды и собственный метаболизм. У молодого самца гормональный профиль ещё не устоялся, и нападение на альфа‑самца не запускается, хотя физически он на это способен. Уровень кортизола связан и с рангом животного в стае, и с подчиненным поведением. У крыс гормональный фон, сложившийся в детстве, влияет на поведение взрослого животного: детёныши, которых мать чаще вылизывала, вырастают менее тревожными и более устойчивыми к стрессу. У них в гиппокампе больше рецепторов к гормону стресса (кортикостерону), поэтому стрессовая реакция быстрее выключается.

Большинство современных концепций сознания пытаются вывести его либо из устройства мозга, либо из формальной организации информации, либо из некоего фундаментального свойства материи. Все они по‑разному понимают феномен сознания, но при этом предполагают, что эволюционное изменение происходит внутри самой описываемой подсистемы: в контуре нервных сетей, в структуре кода, в степени интеграции информации или в квантовых процессах.

В этой статье я представляю описание именно такой концептуальной модели сознания через эволюцию потоков информации в живых организмах.

Работа мозга в принципе считается вычислимой, даже если на её описание уйдут десятилетия. А вот ощущения пока не удается вывести из известных нам законов физики. Почему электрические сигналы между нейронами сопровождаются вкусом маминого печенья, этот вопрос остаётся без ответа.

Мы живём в мире, где всё подчиняется законам физики. Молекулы сталкиваются, ионы проходят через мембраны, нейроны передают сигналы — и всё это можно описать через энергию, массу и заряд. Но переживание в этих терминах описать не удаётся.

Философ Дэниел Деннет считал, что эта трудность во многом создается языком. Он прослеживал путь разума от бактерий до человека и показал, что слова вроде «хочет» и «знает» не указывают на отдельную сущность в живых организмах. Но его объяснение остается на уровне эволюционной логики: он показывает, почему такие слова могли возникнуть, но не показывает, какие физические процессы за ними должны стоять.

Проблема не в том, что физика этих процессов науке неизвестна, а в том, что уже на уровне клетки мы описываем их словами, которые обрывают связь с физикой. Про физику при этом не забывают: биофизики подробно изучают, как сталкиваются молекулы, как устроены каналы, сколько энергии уходит на каждый шаг. Но эти знания остаются внутри своей области. А в клеточной биологии, физиологии и нейронауке используется уже сокращенный язык, и в учебниках пишут: «с ДНК снимается копия», «рибосома читает мРНК», «транспортная РНК доставляет аминокислоту», «фермент распознаёт субстрат». А когда мы доходим до описания сознания, остаются слова «распознаёт», «оценивает», «прогнозирует», которые мы применяем уже к электрическим сигналам нейронов.

Поэтому мы восстанавливаем не лингвистическую логику, а сами физические процессы, которые стоят за этим языком: потоки энергии и вещества, концентрации, пороги и переходы между ступенями от клетки до человека. Наша цель – перевести описание переживания на язык физических законов.

Проблема не в том, что физика этих процессов науке неизвестна. Биофизики изучают её подробно: как молекулы сталкиваются, как устроены каналы, сколько энергии уходит на каждый шаг. Но эти знания остаются внутри своей области. На следующих уровнях, в клеточной биологии, физиологии и нейронауке, используется уже сокращённый язык, и связь с физическими процессами обрывается. А когда мы доходим до сознания, от неё остаются только слова «распознаёт», «оценивает», «прогнозирует», которые мы применяем уже к электрическим сигналам нейронов. Поэтому мы восстанавливаем не лингвистическую логику, а сами физические процессы от клетки до человека.

Большинство теорий сознания в вычислительном мейнстриме – от предиктивного кодирования до принципа свободной энергии – исходят из того, что мозг строит прогноз, а после его реализации результату присваивается оценка «хорошо/плохо». Но тогда остается трудная проблема сознания (hard problem): если прогноз – это чистая вычислительная операция, непонятно, зачем нужно переживание радости или горя. И даже если мы опишем все вычисления мозга, остается неясным, как и каким образом мозг порождает сознание?

В этой статье я хочу показать, что, если проследить эволюцию информационных потоков от РНК, а начинать не с уровня человека, можно увидеть, что порядок вычислений, начинается не с прогноза и сознание это не порождение мозга - это общий принцип всей живой материи – организовывать информацию о собственной структуре.

Общий принцип организации информационных потоков заключается в том, что все живые организмы сначала оценивают входящие (внешние и внутренние) сигналы, затем на основании накопленной памяти обо всех предыдущих состояниях самого организма осуществляют прогноз изменения своего внутреннего состояния. Это не вычисление будущего и не модель внешнего мира, это упреждающий поиск в сохраненной памяти собственных состояний и воссоздание нужной биохимии чтобы избежать или приблизить то или иное событие.

Затем через изменённую собственную биохимию совершается действие, и результат действия сравнивается с прогнозом. Положительный результат подкрепляет прогноз и порог его срабатывания снижается, делая его вероятностным, отрицательный его не устраняет, а повышает порог срабатывания этого прогноза.

Поэтому мы рассматриваем сознание как свойство всей живой материи организовывать информацию о собственной структуре. Человеческое сознание в этой рамке – частный случай: видоспецифическая форма той же организации информационных потоков.

У современного телёнка есть паспорт. На ухе у него пластиковая бирка с чипом: подносишь сканер и видишь, когда он родился и чем болел. Скот в России маркируют по закону. 

Меня зовут Алла, я работаю в аграрном дивизионе СИБУРа и занимаюсь проектами животноводства. В агро я попала недавно и неожиданно для себя: до этого была счастливой айтишницей.

Сейчас расскажу, как мы решаем, какие изделия делать из наших полимеров, и как эти проекты выглядят изнутри.

В поп-культуре приставка «нано» часто ассоциируется с фантастикой. В «Мстителях: Войне бесконечности» Тони Старк касается устройства на груди, и на нём собирается броня. В фильме «Бросок кобры» ракета с нанороботами попадает в Эйфелеву башню, после чего крошечные машины пожирают металл и разрушают конструкцию. А в игре Metal Gear Rising: Revengeance Райден бьёт сенатора Армстронга, но удары не причиняют тому вреда. На вопрос, почему он никак не умирает, сенатор отвечает: «Nanomachines, son!»

В реальности нанотехнологии выглядят скромнее. Они позволяют инженерам и учёным менять свойства материалов под свои задачи: например, в компьютерных чипах и некоторых лекарствах. Из забавного — в лабораториях устраивают гонки крошечных наномашин, за которыми можно следить только через специальный микроскоп.

Расскажу, что на самом деле означает «нано-», как работают эти технологии, где их применяют и что мешает массовому производству нанокостюмов Железного человека.

Низкоэнергетические ядерные реакции (Low Energy Nuclear Reactions, LENR) находятся на периферии науки сегодня. Несмотря на множество свидетельств аномального выделения тепла и трансмутации элементов, эта область исследована недостаточно. У многих эффекты не воспроизводятся. Общепринятой теории, объясняющей наблюдаемые аномалии, нет. В статье кратко описана предыстория LENR, дан обзор настоящего положения дел, и представлен концепт энергоёмких, надёжных и безопасных источников электроэнергии — термофотоэлектрических генераторов с низкоэнергетическим ядерным реактором (LENR-ТФЭГ).

Биосфера планеты Земля наполнена множеством удивительных организмов. Разные виды, обитающие в разных уголках планеты, обладают самыми разнообразными особенностями как физиологии, так и поведения. Внимание людей обычно привлекает нечто большое, порой пугающее, как синий кит или колоссальный кальмар. Их габариты, а также некая вуаль таинственности становятся вдохновением для творчества писателей и многочисленных исследований ученых. Однако можно быть гигантским и при этом невероятно крошечным, как, например, одноклеточный организм Spirostomum ambiguum. Но самое удивительное это не его габариты, а умение уменьшаться до четверти своего первоначального размера всего за 5 миллисекунд. Ученые из Университета штата Северная Каролина (США) провели подробное исследование Spirostomum ambiguum, дабы установить механизм, лежащий в основе столь разительного и быстрого изменения формы тела. В чем же секрет такого поведения, какие механизмы лежат в его основе, и как понимание этого может помочь людям? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Что полезно, а что вредно? Извечный вопрос, поражающий массу споров. Кто-то считает, что нужно полностью исключить сладкое, кто-то уверен в полезности рыбьего жира, а кто-то уверен, что вгрызаться в сырой кусок мяса как-то поможет с тестостероном, но таких персонажей лучше обходить стороной. Суть в том, что любое вещество может быть и полезным, и вредным. А вот каким именно, вспоминая слова Парацельса, зависит от дозы. Кофе, а точнее кофеин, который есть и в других напитках и продуктах питания, часто относят к чему-то более вредному, нежели полезному. Однако ученые из Лондонского университета королевы Марии (Великобритания) провели исследование, в котором установили связь кофеина с активацией древних систем клеточного энергообмена, участвующих в процессах стрессоустойчивости, восстановления ДНК и роста. Что это за древние системы, как именно кофеин на их влияет, и появляется ли теперь у кофеманов научно-обоснованная причина любить кофе еще больше? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Тема биологических вычислений и двоичной логики очень широка и уже не раз рассматривалась на Хабре. Хочу заострить внимание на цифровой природе охотничьего механизма у венериной мухоловки — эту тему, как минимум, дважды рассматривали на Хабре. Первая статья от уважаемого @Seleditor «Смертельно эффективная ловушка: как венерина мухоловка запоминает, что она поймала добычу» вышла в октябре 2020, а «Ужасная тюрьма 2: как щекотать мухоловку и не быть съеденным» от уважаемого @Dmytro_Kikot — в июле того же года. Также не раз на Хабре затрагивалась цифровая природа нейронов — например, в статьях «Как я нейроны паял» от уважаемого @DIZZYLEO «Моделируем электрическую активность нейронов» от уважаемого @esir_pavel и фундаментальный перевод «В коре вашего мозга 17 млрд компьютеров» от уважаемого Анатолия Ализара @m1rko

В этой статье я в широком смысле попробую рассмотреть успешные попытки программирования цифровой логики на материале бактерий и вирусов, какой субстрат для этого существует, а также что представляют собой биохимические логические вентили и транзисторы.

Меня зовут Никита Мохов. Я отвечаю за цифровое развитие закупок, документооборот и ещё десяток процессов в Цифровом СИБУРе – начиная с закупок и до того, как сотрудники получают ключи в нашем санатории. Сегодня – только про закупки. И про Колю.

Коля – это ИИ-агент. История про него началась не с алгоритмов, а с одного простого наблюдения: наш процесс держался не на регламенте, а на закупщике, который каждый раз молча доделывал за рынок его работу.

Стратегический нефтяной резерв США (СНР) — крупнейшее в мире хранилище сырой нефти. В него помещается до 714 миллионов баррелей нефти, что чуть меньше 10% от ежегодного потребления нефти в США. СНР был построен в ответ на нефтяное эмбарго ОАПЕК 1973 года с целью изолировать США от потрясений, связанных с рынком нефти: для компенсации дефицита и предотвращения резкого роста цен в случае перебоев с поставками нефти. За годы, прошедшие после его создания, он стал одним из самых часто применяемых инструментов энергетической политики в арсенале США.

Недавно СНР привлёк к себе серьёзное внимание: администрация Трампа регулярно извлекала из резерва нефть (примерно 120 миллионов баррелей на момент написания статьи) в ответ на закрытие Ираном Ормузского пролива. В основном это внимание было связано с техническими факторами максимального объёма безопасно извлекаемой из резерва нефти: например, различные источники заявляли, что минимальный безопасный уровень эксплуатации СНР составляет 300 миллионов баррелей нефти (этот уровень пересекли приблизительно 7 августа) и что ниже этого объёма в хранилище может произойти авария.

Не совсем ясно, справедливо ли это утверждение о 300 миллионах баррелей, но у хранилища действительно есть ограничение на максимально извлекаемый объём и количество его возможных опустошений. Учитывая текущую важность СНР, стоит разобраться в том, как он строился и как работает сегодня.

Представьте: на дне реки проложен трубопровод, по которому транспортируется сырьё широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) от газоперерабатывающих заводов.

Для контроля герметичности трубопровода требуется регулярный контроль не предмет утечек.

Периодический контроль внутренней поверхности ведется при помощи специальных устройств для очистки и диагностики. Помимо этого, используется несколько инструментов, такие как контроль технического состояния, телемеханика, системы обнаружения утечек, мониторинг с помощью БПЛА. А контроль при осмотрах велся при помощи отбора проб воды на лодках.

Способ рабочий, но долгий и опасный, а добрую половину года им вообще не воспользуешься. 

Наши коллеги из направлений Экология и линейных-эксплуатационных служб пришли с задачей по замене данного метода на более эффективный и безопасный для персонала. Идея была в том, чтобы искать потенциальную утечку не в воде, проводя анализы в лаборатории, а в воздухе, облетая трассу при помощи дрона с высокоточным газоанализатором. Звучало как задача на вечер.

Поэтому сегодня я бы уже не определял DFE только как аппарат для концентрирования жидких радиоактивных отходов. Гораздо интереснее рассматривать его как попытку создать масштабируемую горизонтальную платформу для глубокого выпаривания сложных, загрязняющих теплообменную поверхность и кристаллизующихся растворов.

Получится ли из этого действительно конкурентоспособная промышленная машина? Я этого пока не знаю. Но именно поэтому следующий шаг уже совершенно очевиден: её нужно построить и испытать.

История ретинола — это путь от древних эмпирических наблюдений до хорошо изученного инструмента косметологии, подтверждённого тоннами клинических исследований. Мы не раз и не два писали о пользе этого актива, но ретинол так интересен и многогранен, что не грех и повторить. 

История парадокса Гиббса неплохо изложена в книге С. Д. Хайтуна 'История парадокса Гиббса' и обзоре Оливье Дарриголя 'Парадокс Гиббса: ранняя история и пути решения'. Меня удивило, что как в книге Хайтуна, так и обзоре Дарриголя выражались сомнения в возможности разрешения парадокса Гиббса в классической термодинамике. В конце 19-го - начала 20-го века понятие энтропии в химии приживалось с трудом, и можно понять вопросы и колебания, возникающие в те времена у ученых в связи с энтропией смешения. С другой стороны, в настоящее время химическая термодинамика является сложившейся наукой, и я бы сказал, что парадокс заключается в том, что люди по-прежнему находят парадокс в энтропии смешения в классической термодинамике.

В этом блоге я неоднократно рассматривал необычные формы вещества, в том числе, мюоний, кварк‑глюонную плазму и даже страпельки. Но моей излюбленной экзотической субстанцией, которую мы научились синтезировать, но пока не можем найти ей применения, является антивещество. Антивещество — это элементарные частицы (позитрон, антинейтрино) и небольшие атомы (антиводород, антигелий), аналогичные обычному веществу по химическим свойствам, но при этом инвертированные по кварковому составу. Первой известной античастицей был позитрон, открытый в 1932 году, и по сей день это самая распространённая из известных античастиц, встречающаяся в природе — позитроны обычны в составе космических лучей. Ранее я рассказывал на Хабре о естественных источниках антивещества, в частности, о пульсарах. А в этой статье попробуем обсудить, насколько реалистично выглядит промышленное производство антивещества, о каких объёмах может идти речь, и для чего можно использовать этот ресурс.

Вода, растворённые в ней соли и кислород  — классический набор для запуска коррозии. Именно от него металл прячут под грунтом, краской, лаком, полимерными и оксидными плёнками. Логика у такой защиты предельно простая: пока покрытие цело, вода не доберётся до основания и ржаветь там будет нечему. Разумеется, со временем краска царапается, разрушается под ультрафиолетом и постепенно теряет сцепление с металлом. Но теперь выяснилось, что обычная капля воды способна не только воспользоваться уже готовым дефектом, но и самостоятельно пробить изолирующий слой.

Исследователи из Института исследования полимеров Общества Макса Планка показали, что вода накапливает электрический заряд, когда стекает по листьям, стеклу, пластику и другим поверхностям. Потенциал отдельной капли может достигать нескольких тысяч вольт. При приближении к покрытому металлу она создаёт настолько сильное поле, что в защитной плёнке происходит электрический пробой. Дальше в дело вступает обычная химия: вода достигает металла и запускает коррозию. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

В столовой — бывшей монастырской трапезной, мрачном сводчатом зале, народу было много, и я подсел к двум пенсионерам, не спеша вкушавшим капустные котлеты, которые они запивали кефиром. Один из них сердито говорил другому:

— Мудрят все!.. Вон вчера в газете написали, что умники какие‑то воду варили до тех пор, пока не получилась вода, да совсем на воду не похожая — клейкая, тягучая, на морозе не замерзает, и вкус кислый. Вот ты мне и скажи — на кой она нужна мне, вода такая, чтоб ни напиться, ни умыться! Глупости одни да деньгам народным сплошной перевод…

Аркадий и Георгий Вайнеры, «Визит к Минотавру» (1971–1972)

Любой, кто читал Вайнеров, наверняка натыкался на этот юмористический эпизод, в котором следователь Тихонов выслушивает в столовой брюзжание пенсионера над капустными котлетами. Я счел эту сценку мимоходной зарисовкой того, во что превращается передовая наука в изложении журналиста и восприятии обывателя. Эпизод там ещё забавно перекликался с сюжетом и дал название всей главе — «Кислая вода лжи». Каково же было мое удивление, когда позже я узнал, что за столовой байкой о «варёной кислой воде» прячется не сочиненная, а реальная сенсация тех лет, в которой сплелись научная драма, паника мирового уровня, чуть было не геополитическая гонка на серьезных щах.

Приветствую, уважаемые читатели.

Меня очень порадовал и удивил ваш интерес к недавней статье об адамантанах и алмазоидах, которая собрала +52 и 21,7% дочтений. Поэтому я, продолжая заниматься следующей статьёй, предложу вашему вниманию интереснейший Guest Post под авторством уважаемой Владиславы Шраменко @Kotyara99о физико‑химических свойствах углеродных нанотрубок и о том, как их получать, правильно сжигая углеродный порошок. Статья богато иллюстрирована. Далее — от автора.

Дмитрию Ивановичу Менделееву приписывается фраза «Сжигать нефть — всё равно, что топить печку ассигнациями». Действительно, нефть — это смесь разнообразных углеводородов, и нефть требуется разделять на фракции, для чего и предназначен процесс ректификации. Но наряду с основными фракциями в нефти содержатся и незначительные экзотические молекулы, об одном из классов которых пойдёт речь в этой статье. Это адамантан (а также его производные) — насыщенный трициклический углеводород с общей формулой C₁₀H₁₆, обладающий уникальными свойствами, так как атомы углерода располагаются в адамантане точно как в алмазе.