Высокие технологии и современная цивилизация

Но что же общего между космическим лифтом и современными нанотехнологиями? Космический лифт должен выдерживать, по крайней мере, свой вес, весьма немалый из-за длины троса, а соответственно, от материала троса требуется чрезвычайная прочность на разрыв в сочетании с малой плотностью. Утолщение троса, с одной стороны, повышает его прочность, а с другой – увеличивает его массу. Кроме того, следует учитывать, что нагрузка на различные участки троса будет различна в зависимости от высоты над уровнем Земли: в одних случаях участок троса должен выдерживать вес сегментов, находящихся ниже, в других – обеспечивать центростремительную силу, удерживающую верхние части троса на орбите. С учетом гравитации Земли и центробежной силы, сечение однородного троса в зависимости от высоты описывается формулой, в соответствии с которой толщина троса экспоненциально увеличивается вплоть до высоты нескольких земных радиусов, а достигнув геостационарной орбиты, снова уменьшаться, создавая эффективный противовес рабочей части лифта.

Возникает вопрос, из какого материала сделать трос? Подставив в расчетную формулу плотность и прочность, например, стали, и взяв диаметр троса у поверхности Земли в 1 см, мы получим диаметр на уровне геостационарной орбиты, равный нескольким сотням километров! Таким образом, сталь, кевлар и другие традиционные высокопрочные материалы непригодны для строительства такого лифта. Его реальная реализация возможна только при условии разработки новых высокотехнологических материалов, у которых прочность на разрыв составляет более 100 ГПа, а плотность не превышает 2000 кг/м3. Казалось бы, совершенно немыслимые требования? Но именно таких свойств исследователи ожидают от идеальных «одностенных углеродных нанотрубок» (ОСНТ). Согласно теоретическим оценкам, их прочность может достигать прочности графитового листа (до 1 ТПа) при плотности ~ 1700 кг/м3. В настоящий момент уже получены одностенные на-нотрубки с прочностью на разрыв ~60 ГПа. Но не стоит забывать, что 60 ГПа — это прочность отдельной углеродной нанотрубки, длина которой составляет лишь сотни микрон. Чтобы использовать нанотрубки в качестве материала троса, необходимо сначала «свить» из них жгуты, что приведет к значительному уменьшению прочности.

Именно с появлением нанотрубок NASA был разработан проект по созданию комического лифта, а уже в 2000 году выпущен отчет, согласно которому трос из углеродных нанотрубок сможет выдержать свою массу при диаметре всего в несколько сантиметров. Быстрые темпы развития нанотехнологий привели к тому, что уже сегодня изготовление жгутов из ОСНТ не является невыполнимой задачей и может производиться в достаточных для постройки космического лифта масштабах. Работы по созданию космического лифта, включая разработку подъемника, способного самостоятельно двигаться по тросу, проводятся компанией HighLift Systems при поддержке NASA, а частная компания Liftport Inc. пытается самостоятельно достичь той же цели к 2031 году. И уже сегодня Вы можете приобрести первый билет на лифт, поднимающий Вас к самой высокой точке планеты.

«Что же, пусть наша прекрасная незнакомка так и останется незнакомкой, лишь бы она полюбила нас», – сказал, по преданию, выдающийся микробиолог Л. Пастер, так и не сумев выделить возбудителя бешенства – страшной болезни, от которой в XIX веке не было никакого спасения. Получить вакцину и тем самым спасти многие тысячи человеческих жизней ему удалось, так и не познав природу инфекционного агента. Сделать это в те времена не смог бы никто, поскольку возбудителем бешенства оказался не микроб, как того ожидал Л. Пастер, а вирус.

Вирусы

Вирусы – это мельчайшие частицы, которые являются своеобразными инфекционными агентами и паразитируют внутри клеток. Вначале вирусы считали просто ядовитыми веществами, затем – одной из форм жизни, позже – биохимическими соединениями. Сегодня предполагают, что вирусы существуют на границе между живым и неживым мирами: даже на шкале размера они располагаются между типичными живыми объектами, например бактериями, и неживыми – огромными молекулами (макромолекулами) белков и полимеров. Подобно обычным химическим веществам, вне клеток вирусы образуют кристаллы. Когда в 1935 г. У. Стэнли удалось впервые выделить кристаллы вируса табачной мозаики (рис. 1), обнаружилось, что они состоят из сложных биохимических компонентов и не обладают необходимым для биологических систем свойством – обменом веществ. Одиннадцатью годами позже он получил за эту работу Нобелевскую премию по химии.

Вирус обладает достаточно сложной внутренней структурой. Его сердцевина («ядро») содержит одну (иногда больше) молекулу нуклеиновой кислоты, представляющую собой ДНК или РНК. Нуклеиновые кислоты самых мелких вирусов содержат 3-4 гена, а самые крупные вирусы имеют до 100 генов. Снаружи вирус покрыт белковым «чехлом», защищающим нуклеиновую кислоту от вредных воздействий окружающей среды. Форма вирусов очень разнообразна. По размерам вирусы подразделяют на крупные (300-400 нм в диаметре), средние (80-125 нм) и мелкие (20-30 нм). Крупные вирусы можно увидеть в обычный световой микроскоп, более мелкие изучают под электронным микроскопом. В таблице приведены размеры некоторых вирусов, а для сравнения – бактерий и молекул белков.

Попав в чувствительные к ним клетки живых организмов, вирусы внедряются и заставляют клетки производить все новые и новые копии вирусных частиц за счет собственных питательных веществ. В результате клетка, превращаясь в «копировальный аппарат», перестает выполнять свои обычные функции, в конце концов истощается и погибает. У высших организмов (растений и животных) это приводит к различным заболеваниям. Бешенство, иммунодефицит (человека, обезьян, кошек и т.д.), энцефалит, полиомиелит, оспа, грипп, желтуха шелкопряда, мозаика табака, курчавость малины, махровость черной смородины – лишь наиболее значимые из них. Однако не во всех случаях действие вируса негативно – если он атакует одноклеточные организмы, к которым, в частности, относятся бактерии, те погибают. Поэтому с помощью таких вирусов – бактериофагов – можно уничтожать многие бактерии, вызывающие такие опасные заболевания человека, как дизентерия, холера, чума.

Способность вируса убивать клетку-хозяина можно использовать при борьбе с отдельными клетками многоклеточных организмов, и прежде всего – раковыми. При этом залогом успеха является точная «наводка» вируса на клетку, которую предстоит убить, поскольку сам по себе он готов поразить все чувствительные к нему клетки организма. Для этого вирус и специальный белок (антитело), способный селективно связываться с участком поверхности клетки (мишени), прикрепляют к наночастице, выступающей в роли своеобразного транспортного средства. Такой «снаряд» атакует только определенные клетки, разрушая их. Разумеется, нужно еще позаботиться о том, чтобы, сделав свое дело, вирус в дальнейшем мог покинуть организм, не повредив здоровые клетки. В нанотехнологиях вирусы используются также в качестве темплата для создания наноструктурированных систем.

Заключение

 Библиографический список

1. Бурлаков, И. Высокие технологии и современная цивилизация / И.Бурлаков. – М., 1999. – 92 с.

2. Материалы научной конференции «Высокие технологии и современная цивилизация» / Институт философии Российской Академии Наук; отв. ред. В.С. Степин. – М., 1999 – 131 с.

3. Логинов, С. В. Высокие технологии / С. В. Логинов // Журнал «Наука и жизнь». – 2007. – №3

4. Сидоров, Г. А. Хронолого-эзотерический анализ развития современной цивилизации / Г. А. Сидоров. – М.: Концептуал, 2012. – 89 с.

5. Парк высоких технологий Республики Беларусь [Электронные ресурсы]. Режим доступа: http://www.park.by. Дата доступа: 01.10.2013.