Предлагаем оценить снимки финалистов, претендующих на звание« Фотограф года» Королевского фотографического общества. Победителя объявят уже 7 октября, а выставка лучших работ пройдет с 7 октября по 5 января в Музее науки в Лондоне.

Редакция ПМ

«Структура мыльного пузыря», автор Ким Кокс

Мыльные пузыри оптимизируют пространство внутри себя и минимизируют площадь их поверхности для заданного объема воздуха. Это делает их полезным объектом исследования во многих областях, в частности, в области материаловедения. Стенки пузырьков как бы стекают под действием силы тяжести: они тонкие вверху и толстые внизу.

«Разметка на молекулах кислорода», Ясмин Кроуфорд

Снимок входит в последний крупный проект автора в рамках магистерской работе по фотографии в университете Фалмута, где основное внимание уделялось исследованию миалгического энцефаломиелита. Кроуфорд говорит, что создает образы, которые связывают нас с неоднозначным и неизвестным.

«Спокойствие вечности», автор Евгений Самученко

Снимок сделан в Гималаях на озере Госаикунда на высоте 4400 метров. Млечный Путь — это галактика, в которую входит и наша Солнечная система: смутная полоса света на ночном небе.

«Смущенный мучной жук», автор Дэвид Спирс

Этот маленький жук-вредитель заводится зерновых и мучных изделиях. Изображение было получено с помощью сканирующей электронной микрофотографии, а затем окрашено в Photoshop.

«Туманность «Северная Америка», Дэйв Уотсон

Туманность «Северная Америка» NGC7000 — это эмиссионная туманность в созвездии Лебедя. Форма туманности напоминает форму Северной Америки — можно увидеть даже Мексиканский залив.

«Жук-олень», автор Виктор Сикора

Фотограф использовал световую микроскопию с увеличением в пять раз.

«Телескоп Ловелла», автор Мардж Брэдшоу

«Я была очарована телескопом Ловелла в Джодрелл Бэнк с тех пор, как увидела ее на школьной экскурсии», — говорит Брэдшоу. Она хотела сделать несколько более детальных фотографий, чтобы показать его износ.

«Медузы вверх ногами», автор Мэри Энн Чилтон

Вместо того, чтобы плавать, этот вид проводит время, пульсируя в воде. Цвет медуз — результат поедания водорослей.

Физикам из США удалось запечатлеть на фото отдельные атомы с рекордным разрешением, передает Day.Az со ссылкой на Vesti.ru

Ученым из Корнеллского университета в США удалось запечатлеть на фото отдельные атомы с рекордным разрешением - меньше половины ангстрема (0,39 Å). Предыдущие фотографии обладали вдвое низким разрешением - 0,98 Å.

Мощные электронные микроскопы, способные увидеть атомы, существуют уже полвека, однако их разрешающая способность ограничена длинной волны видимого света, которая больше диаметра атома средней величины.

Поэтому ученые используют некий аналог линз, фокусирующих и увеличивающих изображение в электронных микроскопах - им выступает магнитное поле. Однако колебания магнитного поля искажают полученный результат. Чтобы убрать искажения, используют дополнительные устройства, которые корректируют магнитное поле, но вместе с тем увеличивают сложность конструкции электронного микроскопа.

Ранее физики из Корнеллского университета разработали устройство Electron Microscope Pixel Array Detector (EMPAD), заменяющее сложную систему генераторов, фокусирующих входящие электроны одной небольшой матрицей с разрешением 128х128 пикселей, чувствительных к отдельным электронам. Каждый пиксель регистрирует угол отражения электрона; зная его, ученые при помощи техники птайкографии реконструируют характеристики электронов, включая координаты точки, откуда он был выпущен.

Атомы в самом большом разрешении

David A. Muller et al. Nature, 2018.

Летом 2018 года физики решили улучшить качество получаемых снимков до рекордного до сегодняшнего дня разрешения. Ученые закрепили на подвижной балке лист 2D материала - сульфида молибдена MoS2, и выпустили пучки электронов, поворачивая балку под разными углами к источнику электронов. С помощью EMPAD и птайкографии ученые определили расстояния между отдельными атомами молибдена и получили изображение с рекордным разрешением - 0,39 Å.

"Практически мы создали самую маленькую в мире линейку", - объясняет Сол Грюнер (Sol Gruner), один из авторов эксперимента. На полученном снимке удалось разглядеть атомы серы с рекордным разрешением 0,39 Å. Причем удалось даже разглядеть место, где одного такого атома не хватает (указано стрелочкой).

Атомы серы в рекордном разрешении

До сих пор ученые могли только предполагать наличие молекулярных структур. Сегодня же с помощью атомно-силовой микроскопии, отдельные атомные связи (каждая несколько десятков миллионных долей миллиметра длиной), соединяющие молекулу (26 атомов углерода и 14 атомов водорода), можно увидеть довольно четко.

Первоначально, команда хотела работать со структурами из графена, однослойного материала, в котором атомы углерода расположены в виде шестиугольников. Формируя соты углерода, атомы перестраиваются из линейной цепи в шестигранники; эта реакция может давать несколько различных молекул.

Феликс Фишер, химик Калифорнийского университет в Беркли, и его коллеги хотели визуализировать молекулы, чтобы убедиться, что все сделали правильно.

Кольчатая, углеродсодержащая молекула, показанная до и после реорганизации с двумя наиболее распространенными продуктами реакции, проходившей при температуре выше 90 градусов Цельсия. Размер: 3 ангстрема или трех-десяти миллиардная доля метра в поперечнике.

Чтобы задокументировать рецепт графена, Фишеру было необходимо мощное устройство обработки изображений, и он обратился к атомно-силовому микроскопу, который был у Майкла Кромми из лаборатории Калифорнийского университета.

Бесконтактная атомно-силовая микроскопия (NC-AFM) использует очень тонкий и чувствительный датчик, чтобы почувствовать электрическую силу, создаваемую молекулами. Кончик перемещается вблизи поверхности молекулы, испытывая отклонения разными зарядами, создавая образ того, как перемещаются атомы.

Одноатомный кончик бесконтактного атомно-силового микроскопа "прощупывает" поверхность с помощью острой иглы. Игла движется по поверхности исследуемого объекта подобно тому, как игла фонографа проходит по желобкам пластинки. Кроме атомов, возможно "прощупывать" и атомные связи

Так команде удалось не только визуализировать атомы углерода, но и связи между ними, созданные общими электронами. Они поместили кольчатые структуры углерода на серебренную пластину и нагрели ее, чтобы реорганизовать молекулу. Охлажденные продукты реакции, содержали три неожиданных продукта и только одну молекулу, ожидаемую учеными.

Молекула воды Н2О состоит из одного атома кислорода, связанного ковалентной связью с двумя атомами водорода.

В молекуле воды главным действующим лицом является атом кислорода.

Поскольку атомы водорода друг от друга заметно отталкиваются, угол между химическими связями (линиями, соединяющими ядра атомов) водород - кислород не прямой (90°), а немного больше - 104,5°.

Химические связи в молекуле воды – полярные, так как кислород подтягивает к себе отрицательно заряженные электроны, а водород - положительно заряженные электроны. В результате вблизи атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, а у атомов водорода - положительный.

Поэтому вся молекула воды является диполем, то есть молекулой с двумя разноименными полюсами. Дипольная структура молекулы воды во многом определяет ее необычные свойства.

Молекула воды – это диамагнетик.

Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура - тетраэдр. Таково строение самой молекулы воды.

При изменении состояния молекулы воды длина сторон и угол между ними изменяются в тетраэдре.

Например, если молекула воды находится в парообразном состоянии, то угол, образованный ее сторонами, равняется 104°27". В водном состоянии угол составляет 105°03". И в состоянии льда угол равен 109,5°.

Геометрия и размеры молекулы воды для различных состояний
а - для парообразного состояния
б - для низшего колебательного уровня
в - для уровня, близкого к образованию кристалла льда, когда геометрия молекулы воды соответствует геометрии двух египетских треугольников с соотношением сторон 3: 4: 5
г - для состояния льда.

Если разделить пополам эти углы, то получим углы:
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109,5°: 2 = 54°32".

Значит, среди геометрических рисунков молекулы воды и льда находится знаменитый египетский треугольник, в основу построения которого заложены соотношения золотой пропорции - длины сторон относятся как 3:4:5 с углом 53°08".

Молекула воды приобретает строение золотой пропорции на пути, когда вода переходит в лед, и наоборот, когда лед тает. Очевидно, за это состояние и ценится талая вода, когда ее структура в построении имеет пропорции золотого сечения.

Теперь становится понятным, что знаменитый египетский треугольник с соотношением сторон 3:4:5 "взят" из одного из состояний молекулы воды. Сама же геометрия молекулы воды образована двумя египетскими прямоугольными треугольниками, имеющими общий катет равный 3.

Молекула воды, имеющая в основе соотношение золотой пропорции, является физическим проявлением Божественной Природы, которая участвует в создании жизнь. Именно поэтому в земной природе заложена та гармония, которая присуща всему космосу.

И поэтому древние египтяне обожествляли числа 3, 4, 5, а сам треугольник считали священным и старались заложить его свойства, его гармонию в любую конструкцию, дома, пирамиды и даже в разметку полей. Кстати, украинские хаты строились тоже с применением соотношения золотой пропорции.

В пространстве молекула воды занимает некоторый объем, и покрыта электронной оболочкой в виде вуали. Если представить вид гипотетической модели молекулы в плоскости, то она похожа на крылья бабочки, на Х-образную хромосому, в которой записана программа жизни живого существа. И это является показательным фактом того, что сама вода - это обязательный элемент всего живого.

Если представить вид гипотетической модели молекулы воды в объеме, то она передает форму треугольной пирамиды, у которой имеется 4 грани, а у каждой грани по 3 ребра. В геометрии треугольная пирамида называется тетраэдром. Такое строение свойственно кристаллам.

Таким образом, молекула воды образует прочную уголковую структуру, которую она сохраняет даже, когда находится в парообразном состоянии, на грани перехода в лед, и когда превращается в лед.

Если "скелет" молекулы воды так устойчив, то и его энергетическая "пирамида" - тетраэдр тоже стоит непоколебимо.

Такие структурные свойства молекулы воды в различных условиях объясняются прочными связями между двумя атомами водорода и одним атомом кислорода. Эта связь примерно в 25 раз сильнее, чем связь между соседними молекулами воды. Поэтому легче отделить одну молекулу воды от другой, например, при нагревании, чем разрушить саму молекулу воды.

За счет ориентационных, индукционных, дисперсионных взаимодействий (сил Ван-дер-Ваальса) и водородных связей между атомами водорода и кислорода соседних молекул молекулы воды способны образовывать как случайные ассоциаты, т.е. не имеющие упорядоченной структуры, так и кластеры – ассоциаты, имеющие определенную структуру.

Согласно статистическим данным, в обычной воде находится случайных ассоциатов - 60% (деструктурированная вода) и кластеров - 40% (структурированная вода).

В результате исследований, проведенных российским ученым С. В. Зениным, были обнаружены стабильные долгоживущие кластеры воды.

Зенин установил, что молекулы воды первоначально образуют додекаэдр. Четыре додекаэдра соединяясь, образует основной структурный элемент воды - кластер, состоящий из 57 молекул воды.

В кластере додекаэдры имеют общие грани, а их центры образуют правильный тетраэдр. Это объёмное соединение молекул воды, в том числе гексамеров, которое имеет положительные и отрицательные полюса.

Водородные мостики позволяют молекулам воды объединяться самыми различными способами. Благодаря этому в воде наблюдается бесконечное разнообразие кластеров.

Кластеры могут взаимодействовать друг с другом за счет свободных водородных связей, что приводит к появлению структур второго порядка в виде шестигранников. Они состоят из 912 молекул воды, которые практически не способны к взаимодействию. Время существования такой структуры весьма велико.

Эту структуру, похожую на маленький острый кристаллик льда из 6 ромбических граней, С.В. Зенин назвал "основным структурным элементом воды”. Многочисленные эксперименты подтвердили; в воде - мириады таких кристалликов.

Эти кристаллики льда почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому не образуют более сложных устойчивых конструкций и легко скользят гранями относительно друг друга, создавая текучесть. В этом смысле вода напоминает переохлажденный раствор, который никак не может кристаллизоваться.