October 5th, 2012

монгольфьер

(no subject)

Из всех предметов в этом семестре мой любимый, конечно же, - поспать экспериментальная физика. Причем, в этом семестре нам ещё и лекции по ней читают. Причём, лекции густо замешаны на биологии. Получается двойное удовольствие.

Например, сегодня рассказывали про оптический пинцет, и про его применение при изучении физических свойств молекулы ДНК. Каждый (второй) раз, когда я сталкиваюсь с оптическим пинцетом, это приводит меня в благоговейный восторг. Я давно люблю свет, а, точнее, электромагнитное излучение (разумеется, в умеренных количествах), и восхищаюсь его свойствами, начиная от возникновения магнитного поля при прохождении тока (и обратное - производство электрического тока при движении магнита рядом с проводником) и заканчивая плазмонами - индуцированными колебаниями металлов. Но только оптический пинцет завораживает меня, как удав кролика.

Вот примерная схема действия:



Что мы видим на этой картинке? В физике часто имеется несколько моделей, объясняющих одно и то же явление: от наивной до навороченной. Если исходить из инструментария геометрической оптики, то мы можем составить наивную, простейшую модель оптического пинцета: свет лазера, проходя через среды с разным коэффициентом преломления, меняет направление. В данном случае эти среды - 1) пластмасса шарика и 2) вода, в которой этот шарик плавает. А поскольку свет вроде как волна, но вроде как и частица (фотон), то у него есть импульс, который меняется при изменении направления движения, потому что импульс - вектор (как все, конечно же, знают, для вектора важно не только абсолютная величина - модуль, но и направление). Обычно импульс равен произведению массы на скорость, но со светом не всё так просто, потому что у фотона нет массы, но всё равно направление импульса совпадает с направлением движения - то есть, меняется направление, меняется и импульс. Согласно второму закону Ньютона, изменение импульса создает силу, с которой свет действует на объект. Если мы возьмем очень маленький (1 микрон) пластмассовый шарик, то этой силы будет достаточно, чтобы двигать шарик! Круто, правда?

Как можно это использовать? Оптический пинцет очень активно используется в биофизике, как я уже писала, при изучении механических свойств ДНК. Поскольку молекула ДНК скручена, причем много раз и разными способами, биофизикам интересно её поломать разобрать и посмотреть, что внутри, а именно - замерить, с какой силой закручена молекула и сколько энергии нужно энзиму, чтобы раскрутить её, забраться внутрь и скопировать участок ДНК, чтобы организм вырос сильным и красивым. Или вот ещё биофизики любят прикрепить шарик на конце микротрубочки (которая является как бы "костью" клетки), упереть микротрубочку в стенку и посмотреть, как она прогнётся под изменчивый мир. Так они изучают, с какого конца нарастает микротрубочка, и как ее скорость зависит от концентрации АТФ (источника энергии клетки). 

Примерно так выглядит то, что ученый видит на мониторе:



Что тут происходит? В данный момент физики просто развлекаются, протаскивая один шарик через ряды других. Загвоздка в том, что пучок лазера один, а шариков много. Что же делать? В данном случае пучок лазера двигают быстро-быстро вдоль всех шариков, чтобы шарики не успели разбежаться по-броуновски (то есть, толкаемые движением молекул воды) в разные стороны. Не правда ли, это страшно интересно? Все срочно в биофизику!

А самый большой восторг эта дисциплина вызывает у меня тем, что в ней две с половиной формулы, понятной и детям, и многа букаф. Я всё чаще подозреваю, что я - поддельный физик, который, на самом деле, боится любых расчетов и теории. Может, мне стоит подумать над тем, чтобы стать учителем в подготовительных классах или даже лицее, м? Говорят, они очень прилично зарабатывают.