Ученые предсказали Земле превращение в хаотический мир
В областях красного и оранжевого цвета уровень воды поднялся в июне 2021 года на 10-15 см выше обычного из-за глобального потепления и таяния ледников.
В работе сотрудников факультета физики и астрономии Университета Порту описано, как использование ископаемого топлива и другие действия человечества отразятся на общей картине жизни Земли будущего. Представленный прогноз радостным назвать нельзя, сообщает Live Science со ссылкой на слова привлеченного к исследованию ученого Орфеу Бертолами.
Земля периодически испытывает массовые изменения климатических моделей, переходя от одного устойчивого равновесия к другому. Эти сдвиги обычно вызваны внешними факторами, такими как изменение орбиты Земли или массовый всплеск вулканической активности.
Прошлые исследования показали, что сейчас мы вступаем в новую фазу, которая определяется человеческой деятельностью. По мере того как люди выбрасывают в атмосферу все больше углерода, происходит переход в новую эру антропоцена — периода климатической системы, подверженной влиянию человека, — чего наша планета никогда раньше не переживала.
В своем исследовании португальские ученые смоделировали введение антропоцена как фазовый переход. Большинство людей знакомы с фазовыми переходами в материалах, например, когда кубик льда переходит из твердого состояния в жидкое, растворяясь в воде, или когда вода испаряется, превращаясь в газ.
Но фазовые переходы происходят и в других системах. В данном случае системой является климат Земли. Сейчас он имеет предсказуемое и регулярное деление на сезоны года, а фазовый переход в климате приведет к новому характеру этих сезонов и погоды в целом. Когда климат проходит через фазовый переход, это означает, что на Земле происходят внезапные и очень быстрые изменения погодных моделей.
В лучшем случае, когда человечество достигнет предела производства углерода, климат Земли стабилизируется при новой, более высокой средней температуре. Она будет по-прежнему являться причиной повышения уровня Мирового океана и возникновения экстремальных погодных явлений, но, по крайней мере, ее можно будет назвать стабильной.
В худшем случае климат Земли обратится в хаос. Хаотичный климат тоже будет иметь времена года, но они будут резко меняться от десятилетия к десятилетию (или даже из года в год). Средняя температура Земли будет сильно колебаться, переходя от более прохладных периодов к более жарким за относительно короткие промежутки времени.
«В хаотическом мире станет невозможно предсказать поведение различных систем на Земле будущего, даже если нам хорошо будет знакомо нынешнее состояние планеты, — уточняет Бертолами. — Это означает, что любая способность контролировать и приводить Землю к равновесному состоянию, которое способствует обитаемости биосферы, будет утрачена».
Посмотрите, к каким изменениям на Земле причастен человек:
Самарские ученые научились превращать лучи лазера в фотонные нейроны
Ученые отмечают, что для работы «викселей» в качестве фотонных нейронов пригодится их широкоапертурность — возможность формировать широкий пучок. То есть вместо узкого сфокусированного луча они могут генерировать расходящийся пучок, проявляющий хаотическую динамику. Ученые выявили и рассчитали параметры, при которых возникает сильно расходящийся пучок. В этом состоянии хаотической динамики лазеры также могут образовывать сложные упорядоченные пространственно-временные структуры. Ученые рассчитали условия, при которых это происходит, и какие именно структуры возникают
«Возможность управлять хаотической динамикой “викселей” позволит разрабатывать на их основе нанолазеры — полупроводниковые устройства размерами в несколько сотен нанометров, которые могут найти широкое применение в самых различных сферах, например, в медицине, телекоммуникациях, но прежде всего — в области технологий систем искусственного интеллекта», — отметил Кренц.
На основе подобных фотонных нейронов в перспективе можно будет создавать миниатюрные оптические нейронные сети нового поколения, которые будут скоростными и энергоэффективными, схожими по устройству с мозгом живых существ, считают ученые.
Российские полупроводники вырастят в космосе: установку отправили на МКС
Сотрудники Института физики полупроводников имени Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) по заказу РКК «Энергия» создали оборудование для синтеза полупроводников в космосе. Проект называется «Экран-М». Он предполагает использование преимуществ вакуума для получения сверхчистых полупроводниковых материалов с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). На сегодня подобная научно-прикладная программа — единственная в мире. Оборудование прошло предполетные тесты и было отправлено на Международную космическую станцию (МКС) 12 сентября 2025 года.
МЛЭ является базовым методом выращивания полупроводников с повышенными эксплуатационными требованиями. В процессе эпитаксии атомарные слои в условиях максимально достижимого вакуума помещаются друг на друга таким образом, чтобы получаемые кристаллы обладали нужными свойствами — излучали или принимали свет на определенной длине волны или выдерживали ток высокого напряжения, не допуская пробоев. На Земле установки МЛЭ — крупногабаритное оборудование, сложное и дорогое в производстве и эксплуатации. Отходы синтеза токсичны и требуют ответственной утилизации.
ИФП СО РАН — один из немногих российских научных центров, обладающих компетенциями для выпуска и обслуживания подобных установок. Уровень разрежения в них таков, что на 109 атомов синтезируемого проводника не встречается ни одного постороннего атома. Для осаждения каждого химического элемента предусмотрена «персональная» вакуумная камера, которая не загрязняется другими веществами.
Внутри установки: четыре молекулярных источника и подложка
В космосе достичь нужного уровня вакуума гораздо проще — он в неограниченном количестве находится за бортом МКС. Там можно использовать для осаждения всех элементов одну общую камеру. Это вдохновило ученых на реализацию проекта «Экран-М» по синтезу полупроводников на орбите. Ученые и инженеры ИФП СО РАН с нуля сконструировали и собрали «космическую» установку молекулярно-лучевой эпитаксии. Были учтены ограничения по массе и габаритам, требования стойкости деталей к повышенной радиации, параметры поведения вещества в условиях космического пространства.
Главный конструктор проекта «Экран-М», заведующий лабораторией ИФП СО РАН Александр Никифоров отметил, что ключевая цель ученых — понять, насколько эффективен процесс роста эпитаксиальных слоев на орбите по сравнению с Землей. Также в рамках проекта будет проведена отработка оборудования в разных режимах и проанализированы свойства синтезированных материалов.
Заместитель руководителя научно-технического центра РКК «Энергия» имени Королева Дмитрий Сурин убежден, что создание на околоземной орбите чистых полупроводниковых пленок методом МЛЭ — перспективное и коммерчески востребованное направление пилотируемой космонавтики. Этот проект ценен и для фундаментальной науки, и для технологии — с прицелом на дальнейшее производство полупроводников на орбите. Оно может стать крайне важным для поддержания российского технологического суверенитета. Эксперименты должны продолжаться и после планируемого запуска Российской орбитальной станции (РОС).
Электронный блок управления (ЭБУ) установки КНА МЛЭ
Александр Никифоров сообщил, что все элементы установки для выращивания полупроводниковых кристаллов были разработаны заново. В число модернизированных узлов вошли:
Нагреватель подложки;
Молекулярные источники;
Механизм передачи подложек.
В земных установках эти элементы устроены по-другому. Так, одна из технологических инноваций коснулась конструкции молекулярного источника. Из него испаряется вещество, которое формирует растущую полупроводниковую пластину. В источнике помещается тигель, где исходный твердый материал — например, галлий или мышьяк — плавится, а затем испаряется. Как известно, в невесомости жидкости формируют шарики и разлетаются из тигля по камере. Рост кристалла на подложке становится невозможным. Чтобы решить эту проблему, ученые поставили над молекулярным источником защитную мембрану с отверстиями диаметром около 100 микрон. Силы поверхностного натяжения не пропускают через эти микроотверстия жидкие капли, но пропускают пары. В результате мышьяк и галлий попадают на подложку, после чего начинается требуемый синтез кристаллической нанопленки арсенида галлия (GaAs).
Съемная кассета с подложками
Блок роста кристаллов изготовлен в экспериментальном цехе ИФП СО РАН. ЭБУ разработан и создан ООО НПФ «Электрон» (Красноярск) по техническому заданию института.
Российскому экипажу МКС будет необходимо:
Установить оборудование;
Загрузить кассету с шестью подложками;
Повторить загрузку по окончании первого ростового цикла;
Предполагается два цикла роста каждый по две недели.
На орбите пока протестируют самый простой процесс — гомоэпитаксию, рост кристаллов на подложке одного и того же состава (синтез арсенида галлия на подложке из арсенида галлия). Этот полупроводник — третий по объему использования в мире после кремния и германия. Он востребован в разных отраслях от силовой электроники и лазеров до фотодиодов и солнечных панелей.
Элементы для съема кассеты
По словам Александра Никифорова, арсенид галлия хорошо изучен и служит модельным полупроводником. Полученные в космосе образцы будет исследоваться и сравниваться с земными образцами в лабораториях ИФП СО РАН. Ученые планируют использовать собственный опыт выращивания арсенида галлия и практику зарубежных коллег.
Дополнительным плюсом развертывания производства полупроводников в космосе является безопасная утилизация токсичных соединений — после окончания синтеза они автоматически покинут камеру и без следа развеются в космическом пространстве. На Земле утилизировать ядовитые отходы приходится вручную.
Программа «Экран-М» входит в утвержденный «Роскосмосом» перечень долгосрочных целевых работ на МКС. Эксперименты в сфере орбитальной эпитаксии начались в Институте физики полупроводников в 1996 году под руководством профессора Олега Пчелякова. Сегодня он является научным руководителем проекта «Экран-М».
Заместитель директора ИФП СО РАН, доктор физико-математических наук, профессор Олег Пчеляков.
На борту МКС не только выращивают полупроводники. Недавно мы рассказали о судьбе побывавших на орбите мышиных стволовых клеток. После возвращения на Землю из них появилось здоровое потомство.
Свежие комментарии