Wir laden Sie ein, die Bilder der Finalisten zu bewerten, die von der Royal Photographic Society den Titel „Fotograf des Jahres“ erhalten haben. Der Gewinner wird am 7. Oktober bekannt gegeben, und die Ausstellung der besten Arbeiten findet vom 7. Oktober bis 5. Januar im Science Museum in London statt.

Ausgabe PN

Seifenblasenstruktur von Kim Cox

Seifenblasen optimieren den Raum in sich selbst und minimieren ihre Oberfläche für ein gegebenes Luftvolumen. Dies macht sie zu einem nützlichen Untersuchungsobjekt in vielen Bereichen, insbesondere im Bereich der Materialwissenschaften. Die Wände der Blasen scheinen unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten zu fließen: Sie sind oben dünn und unten dick.

„Markierung auf Sauerstoffmolekülen“ von Yasmine Crawford

Das Bild ist Teil des letzten großen Projekts des Autors für einen Master-Abschluss in Fotografie an der Falmouth University, bei dem der Schwerpunkt auf myalgischer Enzephalomyelitis lag. Crawford sagt, er erschafft Bilder, die uns mit dem Mehrdeutigen und Unbekannten verbinden.

"Ruhe der Ewigkeit", Autor Evgeny Samuchenko

Das Bild wurde im Himalaya am Lake Gosaikunda in einer Höhe von 4400 Metern aufgenommen. Die Milchstraße ist eine Galaxie, die unser Sonnensystem umfasst: ein vager Lichtstreifen am Nachthimmel.

„Confused Flour Beetle“ von David Spears

Dieser kleine Schadkäfer befällt Getreide und Mehlprodukte. Das Bild wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen und dann in Photoshop koloriert.

Der Nordamerika-Nebel von Dave Watson

Der Nordamerikanebel NGC7000 ist ein Emissionsnebel im Sternbild Cygnus. Die Form des Nebels ähnelt der Form Nordamerikas – man kann sogar den Golf von Mexiko sehen.

Hirschkäfer von Victor Sikora

Der Fotograf verwendete Lichtmikroskopie mit fünffacher Vergrößerung.

Lovell-Teleskop von Marge Bradshaw

„Ich bin vom Lovell-Teleskop an der Jodrell Bank fasziniert, seit ich es auf einem Schulausflug gesehen habe“, sagt Bradshaw. Sie wollte ein paar detailliertere Fotos machen, um seine Kleidung zu zeigen.

„Quallen auf den Kopf gestellt“ von Mary Ann Chilton

Anstatt zu schwimmen, verbringt diese Art ihre Zeit damit, im Wasser zu pulsieren. Die Farbe von Quallen ist das Ergebnis des Verzehrs von Algen.

Physikern aus den USA ist es gelungen, einzelne Atome in Rekordauflösung auf einem Foto festzuhalten, berichtet Day.Az unter Berufung auf Vesti.ru

Wissenschaftlern der Cornell University in den USA ist es gelungen, einzelne Atome in einem Foto mit einer Rekordauflösung von weniger als einem halben Angström (0,39 Å) festzuhalten. Frühere Fotos hatten die halbe Auflösung - 0,98 Å.

Leistungsstarke Elektronenmikroskope, die Atome sehen können, gibt es schon seit einem halben Jahrhundert, aber ihre Auflösung ist durch die lange Wellenlänge des sichtbaren Lichts begrenzt, die größer ist als der Durchmesser eines durchschnittlichen Atoms.

Daher verwenden Wissenschaftler eine Art Analogon von Linsen, die das Bild in Elektronenmikroskopen fokussieren und vergrößern - sie sind ein Magnetfeld. Schwankungen im Magnetfeld verfälschen jedoch das Ergebnis. Um Verzerrungen zu entfernen, werden zusätzliche Geräte verwendet, die das Magnetfeld korrigieren, aber gleichzeitig die Komplexität des Elektronenmikroskopdesigns erhöhen.

Zuvor hatten Physiker der Cornell University den Electron Microscope Pixel Array Detector (EMPAD) entwickelt, der ein komplexes System von Generatoren ersetzt, die einfallende Elektronen durch ein einzelnes kleines Array von 128 x 128 Pixeln fokussieren, das für einzelne Elektronen empfindlich ist. Jedes Pixel registriert den Winkel der Elektronenreflexion; Mit diesem Wissen rekonstruieren Wissenschaftler mit Hilfe der Technik der Ptyikographie die Eigenschaften der Elektronen, einschließlich der Koordinaten des Punktes, von dem sie freigesetzt wurden.

Atome in höchster Auflösung

David A. Müller et al. Natur, 2018.

Im Sommer 2018 beschlossen Physiker, die Qualität der resultierenden Bilder auf eine bis heute rekordverdächtige Auflösung zu verbessern. Die Wissenschaftler befestigten eine Platte aus 2D-Material – Molybdänsulfid MoS2 – auf einem beweglichen Balken und setzten Elektronenstrahlen frei, indem sie den Balken in verschiedenen Winkeln zur Elektronenquelle drehten. Mittels EMPAD und Ptyikographie bestimmten die Wissenschaftler die Abstände zwischen einzelnen Molybdänatomen und erhielten ein Bild mit einer Rekordauflösung von 0,39 Å.

"Tatsächlich haben wir das kleinste Lineal der Welt geschaffen", erklärt Sol Gruner (Sol Gruner), einer der Autoren des Experiments. Auf dem resultierenden Bild konnten Schwefelatome mit einer Rekordauflösung von 0,39 Å gesehen werden. Außerdem konnten wir sogar die Stelle sehen, an der ein solches Atom fehlt (durch einen Pfeil gekennzeichnet).

Schwefelatome in Rekordauflösung

Bisher konnten Wissenschaftler nur von molekularen Strukturen ausgehen. Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie lassen sich heute die einzelnen Atombindungen (jeweils einige zehnmillionstel Millimeter lang), die ein Molekül (26 Kohlenstoffatome und 14 Wasserstoffatome) verbinden, recht deutlich erkennen.

Zunächst wollte das Team mit Strukturen aus Graphen arbeiten, einem einschichtigen Material, in dem Kohlenstoffatome in sechseckigen Mustern angeordnet sind. Die Atome bilden Waben aus Kohlenstoff und ordnen sich von einer linearen Kette zu Sechsecken an; Diese Reaktion kann mehrere verschiedene Moleküle erzeugen.

Felix Fischer, Chemiker an der University of California in Berkeley, und seine Kollegen wollten die Moleküle visualisieren, um sicherzustellen, dass sie es richtig hinbekommen.

Ein ringförmiges, kohlenstoffhaltiges Molekül, dargestellt vor und nach der Reorganisation mit den beiden häufigsten Reaktionsprodukten bei Temperaturen über 90 Grad Celsius. Größe: 3 Angström oder drei bis zehn Milliardstel Meter Durchmesser.

Um das Graphen-Rezept zu dokumentieren, benötigte Fisher ein leistungsstarkes Bildgebungsgerät und wandte sich an ein Rasterkraftmikroskop, das Michael Crommie vom Labor der University of California hatte.

Die berührungslose Rasterkraftmikroskopie (NC-AFM) verwendet einen sehr dünnen und empfindlichen Sensor, um die von Molekülen erzeugte elektrische Kraft zu erfassen. Die Spitze bewegt sich nahe der Oberfläche des Moleküls, wird durch unterschiedliche Ladungen abgelenkt und erzeugt ein Bild davon, wie sich die Atome bewegen.

Die Einzelatomspitze eines berührungslosen Rasterkraftmikroskops "sondiert" die Oberfläche mit einer scharfen Nadel. Die Nadel bewegt sich entlang der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts, genau wie die Phonographennadel durch die Rillen einer Schallplatte geht. Neben Atomen ist es möglich, Atombindungen zu "sondieren".

So gelang es dem Team, nicht nur Kohlenstoffatome sichtbar zu machen, sondern auch die Bindungen zwischen ihnen, die durch gemeinsame Elektronen entstehen. Sie platzierten Kohlenstoffringstrukturen auf einer Silberplatte und erhitzten sie, um das Molekül neu zu organisieren. Die gekühlten Reaktionsprodukte enthielten drei unerwartete Produkte und nur ein von Wissenschaftlern erwartetes Molekül.

Das Wassermolekül H2O besteht aus einem Sauerstoffatom, das kovalent an zwei Wasserstoffatome gebunden ist.

Im Wassermolekül ist die Hauptfigur das Sauerstoffatom.

Da sich Wasserstoffatome merklich abstoßen, ist der Winkel zwischen den chemischen Bindungen (Linien, die die Atomkerne verbinden) Wasserstoff - Sauerstoff nicht gerade (90 °), sondern etwas mehr - 104,5 °.

Die chemischen Bindungen im Wassermolekül sind polar, da Sauerstoff negativ geladene Elektronen zu sich zieht und Wasserstoff positiv geladene Elektronen. Infolgedessen sammelt sich eine überschüssige negative Ladung in der Nähe des Sauerstoffatoms und eine positive Ladung in der Nähe der Wasserstoffatome an.

Daher ist das gesamte Wassermolekül ein Dipol, also ein Molekül mit zwei entgegengesetzten Polen. Die Dipolstruktur des Wassermoleküls bestimmt maßgeblich seine ungewöhnlichen Eigenschaften.

Das Wassermolekül ist ein Diamagnet.

Wenn Sie die Epizentren positiver und negativer Ladungen mit geraden Linien verbinden, erhalten Sie eine dreidimensionale geometrische Figur - einen Tetraeder. Dies ist die Struktur des Wassermoleküls selbst.

Wenn sich der Zustand des Wassermoleküls ändert, ändern sich im Tetraeder die Länge der Seiten und der Winkel zwischen ihnen.

Wenn sich beispielsweise ein Wassermolekül im Dampfzustand befindet, beträgt der von seinen Seiten gebildete Winkel 104 ° 27 ". Im Wasserzustand beträgt der Winkel 105 ° 03". Und im Eiszustand beträgt der Winkel 109,5°.

Geometrie und Abmessungen des Wassermoleküls für verschiedene Zustände
a - für den Dampfzustand
b - für das niedrigste Schwingungsniveau
c - für eine Ebene nahe der Bildung eines Eiskristalls, wenn die Geometrie des Wassermoleküls der Geometrie zweier ägyptischer Dreiecke mit einem Seitenverhältnis von 3: 4: 5 entspricht
d - für den Eiszustand.

Wenn wir diese Winkel halbieren, erhalten wir die Winkel:
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109,5°: 2 = 54°32".

Dies bedeutet, dass sich unter den geometrischen Mustern des Wasser- und Eismoleküls das berühmte ägyptische Dreieck befindet, dessen Konstruktion auf dem Goldenen Schnitt basiert - die Seitenlängen beziehen sich auf 3:4:5 mit einem Winkel von 53 °08".

Das Wassermolekül nimmt die Struktur des Goldenen Schnitts auf dem Weg an, wenn das Wasser zu Eis wird, und umgekehrt, wenn das Eis schmilzt. Offensichtlich wird Schmelzwasser für diesen Zustand geschätzt, wenn seine Struktur im Aufbau die Proportionen des goldenen Schnitts hat.

Nun wird deutlich, dass das berühmte ägyptische Dreieck mit einem Seitenverhältnis von 3:4:5 einem der Zustände des Wassermoleküls „entnommen“ ist. Die gleiche Geometrie des Wassermoleküls wird von zwei ägyptischen rechtwinkligen Dreiecken mit einem gemeinsamen Bein gleich 3 gebildet.

Das Wassermolekül, das auf dem Verhältnis des Goldenen Schnitts basiert, ist eine physische Manifestation der göttlichen Natur, die an der Erschaffung des Lebens beteiligt ist. Deshalb enthält die irdische Natur die Harmonie, die dem gesamten Kosmos innewohnt.

Und so vergötterten die alten Ägypter die Zahlen 3, 4, 5, und das Dreieck selbst galt als heilig und versuchte, seine Eigenschaften, seine Harmonie in jede Struktur, Häuser, Pyramiden und sogar in die Markierung von Feldern zu legen. Ukrainische Hütten wurden übrigens auch nach dem Goldenen Schnitt gebaut.

Im Weltraum nimmt ein Wassermolekül ein bestimmtes Volumen ein und ist mit einer Elektronenhülle in Form eines Schleiers bedeckt. Stellen wir uns die Ansicht eines hypothetischen Modells eines Moleküls in einer Ebene vor, dann sieht es aus wie die Flügel eines Schmetterlings, wie ein X-förmiges Chromosom, in dem das Lebensprogramm eines Lebewesens gespeichert ist. Und dies ist ein Hinweis darauf, dass Wasser selbst ein unverzichtbares Element aller Lebewesen ist.

Wenn wir uns das hypothetische Modell eines Wassermoleküls im Volumen vorstellen, dann vermittelt es die Form einer dreieckigen Pyramide, die 4 Flächen hat, und jede Fläche hat 3 Kanten. In der Geometrie wird eine dreieckige Pyramide als Tetraeder bezeichnet. Eine solche Struktur ist charakteristisch für Kristalle.

So bildet das Wassermolekül eine starke Eckstruktur, die es auch im Dampfzustand, am Rande des Übergangs zu Eis und bei der Umwandlung in Eis beibehält.

Wenn das „Skelett“ des Wassermoleküls so stabil ist, dann steht auch seine Energiepyramide – der Tetraeder – unerschütterlich da.

Solche strukturellen Eigenschaften des Wassermoleküls unter verschiedenen Bedingungen werden durch starke Bindungen zwischen zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom erklärt. Diese Bindung ist etwa 25-mal stärker als die Bindung zwischen benachbarten Wassermolekülen. Daher ist es einfacher, beispielsweise beim Erhitzen ein Wassermolekül von einem anderen zu trennen, als das Wassermolekül selbst zu zerstören.

Aufgrund von Orientierungs-, Induktions-, Dispersionswechselwirkungen (Van-der-Waals-Kräfte) und Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen benachbarter Moleküle können sich Wassermoleküle als zufällige Assoziationen bilden, d.h. keine geordnete Struktur haben, und Cluster sind Assoziierte mit einer bestimmten Struktur.

Laut Statistik gibt es in gewöhnlichem Wasser zufällige Assoziationen - 60% (destrukturiertes Wasser) und Cluster - 40% (strukturiertes Wasser).

Als Ergebnis der Forschung des russischen Wissenschaftlers S. V. Zenin wurden stabile, langlebige Wassercluster entdeckt.

Zenin fand heraus, dass Wassermoleküle zunächst ein Dodekaeder bilden. Vier aneinandergefügte Dodekaeder bilden das Hauptstrukturelement des Wassers – ein Cluster aus 57 Wassermolekülen.

In einem Cluster haben Dodekaeder gemeinsame Flächen und ihre Zentren bilden ein regelmäßiges Tetraeder. Dies ist eine Massenverbindung von Wassermolekülen, einschließlich Hexameren, die positive und negative Pole hat.

Wasserstoffbrücken ermöglichen es Wassermolekülen, sich auf vielfältige Weise zu verbinden. Aus diesem Grund wird eine unendliche Vielfalt von Clustern im Wasser beobachtet.

Cluster können aufgrund freier Wasserstoffbrückenbindungen miteinander wechselwirken, was zum Auftreten von Strukturen zweiter Ordnung in Form von Sechsecken führt. Sie bestehen aus 912 Wassermolekülen, die praktisch nicht zur Wechselwirkung fähig sind. Die Lebensdauer einer solchen Struktur ist sehr lang.

Diese Struktur, ähnlich einem kleinen scharfen Eiskristall mit 6 rhombischen Flächen, S.V. Zenin nannte es „das Hauptstrukturelement des Wassers“. Zahlreiche Experimente haben bestätigt, dass es unzählige solcher Kristalle im Wasser gibt.

Diese Eiskristalle interagieren fast nicht miteinander, daher bilden sie keine komplexeren stabilen Strukturen und gleiten leicht mit ihren Flächen relativ zueinander, wodurch Fluidität entsteht. In diesem Sinne ähnelt Wasser einer unterkühlten Lösung, die in keiner Weise kristallisieren kann.