Delen:
10 Science Verhalen van 2017 die klinken als Sci-Fi-taglines
Met nog een jaar in de achteruitkijkspiegel is het tijd om achterover te leunen, diep adem te halen en naar enkele van de wetenschappelijke koppen te kijken die we misschien hebben gemist. Wetenschappers zijn continu bezig met het ontwikkelen van nieuwe ontwikkelingen op verschillende gebieden. Om er maar een paar te noemen, zijn nanotechnologie, gentherapie en kwantumfysica altijd baanbrekend.
De krantenkoppen beginnen steeds meer te lezen als artikelen uit sci-fi-tijdschriften. Gezien wat 2017 bracht, kunnen we nauwelijks wachten om te zien wat 2018 onthult ...
10 wetenschappers maken tijdkristallen en breken time-translation-symmetrie
Volgens de eerste wet van de thermodynamica zijn perpetuum mobile-machines die werk produceren zonder enige energie-input onmogelijk. Eerder dit jaar creëerden natuurkundigen echter structuren die tijdkristallen worden genoemd en die dat idee zeker op de proef stellen.
Tijdkristallen fungeren als de eerste voorbeelden uit de echte wereld van een nieuwe staat van materie die 'niet-evenwicht' wordt genoemd, waarbij de atomen wisselende temperaturen hebben en nooit thermisch in evenwicht zijn met elkaar. Tijdkristallen hebben een atomaire structuur die zich niet alleen in de ruimte maar ook in de tijd herhaalt, waardoor ze constante trillingen zonder energie kunnen handhaven. Dit gebeurt zelfs bij grondtoestand, de laagste energietoestand waarin beweging in theorie onmogelijk is omdat het energieverbruik vereist.
Dus zijn tijdkristallen die de wetten van de natuurkunde overtreden? Technisch gezien niet. Behoud van energie kan alleen worden gedefinieerd binnen systemen met tijd-vertaalsymmetrie, het idee dat de natuurwetten overal en altijd hetzelfde zijn. En als er één ding is dat kristallen kristallen breken, is het de tijd-vertaling symmetrie. Ze zijn echter niet de eerste. Magneten worden ook vaak opgevoed als van nature asymmetrische objecten omdat ze een noordeinde en een zuideinde hebben.
Een andere reden waarom tijdkristallen de wetten van de thermodynamica niet overtreden, is omdat ze niet volledig geïsoleerd zijn. Ze hebben af en toe een duwtje nodig - een beetje energie van buitenaf zodat ze hun staten steeds opnieuw kunnen omdraaien. Mogelijke toekomstige toepassingen voor tijdkristallen omvatten informatieoverdracht en opslag binnen kwantumsystemen. Ze zouden een cruciale rol kunnen spelen in quantum computing.
9 Dragonfly Wings zijn 'levend'
Vereenvoudigd, definieert Merriam-Webster "vleugel" als een beweegbaar gevederde of vliezige aanhangsel dat door vogels, insecten en vleermuizen wordt gebruikt om vlucht te bereiken. Het is niet de bedoeling dat het leeft, maar entomologen aan de Kiel University in Duitsland hebben een aantal verrassende ontdekkingen gedaan die op een andere manier suggereren, tenminste in morpho libellen.
Insecten ademen door een tracheale systeem. Lucht komt hun lichaam binnen via uitwendige openingen, zogenaamde spiracles. Het gaat dan door een complex netwerk van tracheale buizen, die de lucht leveren aan alle cellen van het lichaam. Vleugels zijn echter bijna volledig opgebouwd uit dood weefsel, dat opdroogt en ofwel doorzichtig wordt of bedekt is met kleurpatronen. De gebieden met dood weefsel worden begrensd door aderen, die de enige vleugelcomponenten zijn die deel uitmaken van het beademingssysteem.
Toen entomoloog Rhainer Guillermo Ferreira echter naar een vleugel van de man keek zenithoptera libel door een elektronenmicroscoop zag hij kleine, vertakte tracheale buizen. Dit markeert de eerste dergelijke waarneming in elke insectenvleugel. Het zal veel testen vereisen om te bepalen of dit fysiologische kenmerk specifiek is voor deze soort of, misschien, gebruikelijk in libellen of zelfs in andere insecten. Het kan zelfs een mutatie zijn die bij toeval bij slechts één persoon wordt gevonden, maar experts zijn twijfelachtig. De aanwezigheid van overvloedige toevoer van zuurstof zou de levendige, complexe blauwe kleuren op de vleugels kunnen verklaren zenithoptera libellen, die geen blauw pigment bevatten.
8 Ancient Tick Found Filled With Dinosaur Blood
We hebben een aantal verbazingwekkende dingen ontdekt die in barnsteen zijn bewaard, maar de bevindingen van dit jaar kunnen de kroon op de zaak nemen. Wetenschappers in Myanmar hebben stukken barnsteen ontdekt die dateren van 99 miljoen jaar geleden en die parasieten bevatten die lijken op moderne teken. Een van hen was verstrikt in een dinosaurusveer, twee werden gevonden met stukjes van een dinosaurusnest en de vierde was gevuld met dinosaurusbloed.
Natuurlijk, dit maakte mensen meteen denken aan een Jurassic Park-achtig scenario waarin we het bloed konden gebruiken om dinosaurussen weer tot leven te brengen. Helaas zal dat niet snel gebeuren, omdat het onmogelijk is DNA-monsters te extraheren uit dit soort amberkleurige fossielen. Er is nog steeds discussie over hoe lang een DNA-molecule kan blijven bestaan, maar zelfs de meest optimistische schattingen zeggen slechts een paar miljoen jaar onder ideale omstandigheden.
Zelfs als het de dinosaurussen niet heeft teruggebracht, de nieuwe namen Deinocroton draculi (Dracula's vreselijke teek) is nog steeds een buitengewone vondst die ons nieuwe informatie opleverde. We weten nu niet alleen dat oude teken gericht op gevederde dinosaurussen, maar ook dat ze de dinosaurusnesten besmetten.
7 Volwassen mens ondergaat genmodificatie
De huidige top van gentherapie is Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats of CRISPR. Het is een familie van DNA-sequenties die nu de basis vormen voor een technologie genaamd CRISPR / Cas9, die in theorie het DNA van een mens permanent zou kunnen veranderen.
In 2017 deed de tool voor het bewerken van genen een stap verder nadat een team van het Proteome Research Center in Beijing had aangekondigd met succes CRISPR / Cas9 te hebben gebruikt om ziekte-veroorzakende mutaties in levensvatbare menselijke embryo's te corrigeren. Een ander team van het Londense Francis Crick Institute ging de tegenovergestelde route en gebruikte de technologie om opzettelijk voor het eerst mutaties in menselijke embryo's te creëren.(Met name "schakelden ze een gen uit", waardoor de embryo's zich niet konden ontwikkelen tot blastocysten.)
De studies toonden aan dat CRISPR / Cas9 werkt en met relatief gemak. Dit leidde echter tot intense ethische discussies over hoe ver deze technologie zou moeten worden genomen. Theoretisch zou dit kunnen leiden tot 'designer babies' die volgens de specificaties van de ouders intellectuele, atletische en fysieke kenmerken zouden kunnen bezitten.
Ethiek terzijde, er was een nog grotere ontwikkeling in november toen CRISPR / Cas9 voor het eerst werd gebruikt door een volwassen mens. De 44-jarige Brad Madeux uit Californië lijdt aan het Hunter-syndroom, een ongeneeslijke ziekte die hem uiteindelijk tot een rolstoel zou kunnen beperken. Hij werd geïnjecteerd met miljarden kopieën van het correctieve gen en een genetisch hulpmiddel dat werd gebruikt om zijn DNA te knippen, het gen in te brengen en het opnieuw te maken. Het duurt een paar maanden voordat we kunnen zien of de procedure succesvol was of niet.
6 Welke kwam eerst - de spons of de gelei?
Een nieuw onderzoekspublicaat dat dit jaar is gepubliceerd, wil voor eens en voor altijd een einde maken aan het al lang bestaande debat over de oorsprong van dieren. Volgens de studie zijn sponzen de "zussen" van elk ander dier in de wereld. Dit komt door het feit dat sponzen de eerste groep waren die zich afsplitste van de evolutionaire boom die op dat moment alleen de primitieve gemeenschappelijke voorouder bevatte voor alle dieren. Dit zou ongeveer 750 miljoen jaar geleden zijn gebeurd.
Voorafgaand aan dit verhaal leek het fel omstreden debat te zijn teruggebracht tot slechts twee kandidaten: de eerder genoemde sponzen en ongewervelde zeedieren, genaamd kamgelei. Terwijl sponzen eenvoudige wezens zijn die op de bodem van de oceaan zitten en overleven door filtervoeding, zijn kamgelei complexer. Ze lijken op kwallen, kunnen zichzelf voortbewegen door water, kunnen lichte patronen creëren en hebben eenvoudige zenuwstelsels. Om erachter te komen welke het eerst was, moest je ook uitvinden hoe onze gemeenschappelijke voorouder er uit zag. Het wordt beschouwd als een vitaal onderdeel bij het traceren van onze evolutionaire tijdlijn.
Terwijl de studie stoutmoedig de kwestie uitroept, slechts een paar maanden geleden, kwam er een ander onderzoek dat zei dat kamgelei onze evolutionaire "zusters" zijn. Het is te vroeg om te zeggen of het nieuwste onderzoek inderdaad voldoende waterdicht is om eventuele slepende gebeurtenissen te onderdrukken. twijfels.
5 wasberen hebben een antieke intelligentietest doorstaan
Ergens rond de zesde eeuw voor Christus schreef of verzamelde de Griekse verteller Aesop een stel fabels die nu gezamenlijk bekend staan als Aesop's Fables. Onder hen bevond zich een verhaal dat 'The Crow and the Pitcher' heette en waarin een dorstige kraai een drankje uit een kruik liet zien door er steentjes in te gooien en het waterniveau te verhogen totdat de vogel het kon bereiken.
Een paar duizend jaar later ontdekten wetenschappers dat het verhaal een goede manier was om dierlijke intelligentie te testen. Het experiment zou aantonen dat het wezen dat wordt getest een goed begrip heeft van oorzaak en gevolg. Trouw aan het verhaal, kraaien excelleerde, net als andere corvids, zoals torens en gaaien. Ook de mensapen hebben de test doorstaan, en dit jaar werd een ander dier aan de lijst toegevoegd: de wasbeer.
Tijdens de Fable-test van de Aesopus werden acht wasberen gepresenteerd met een cilinder met een marshmallow die dobberde op water dat te laag was om te bereiken. Twee van hen hebben met succes kiezels laten vallen om het waterniveau te verhogen en hun traktatie te bereiken.
Andere proefpersonen vonden hun eigen creatieve oplossingen die de testers niet hadden verwacht. Door haar ervaring als een trashcan-kipper over te brengen, klom één wasbeer bovenop de cilinder en begon te zwaaien van links naar rechts totdat ze hem omver gooide. In een andere test met drijvende en zinkende ballen in plaats van steentjes hoopte de onderzoeker dat de wasberen zinkende ballen zouden gebruiken en de drijvende ballen zouden weggooien. In plaats daarvan dompelden sommige dieren herhaaldelijk een zwevende bal onder totdat stukjes marshmallow op de zijkant van de cilinder spatten of vast kwamen te zitten aan de bal, waardoor ze gemakkelijk terug te halen waren.
4 Natuurkundigen creëren eerste topologische laser
Natuurkundigen van de Universiteit van Californië, San Diego, beweren een nieuw soort "topologische" laser te hebben gebouwd die elke vorm en slang kan aannemen rond een holte zonder de lichtverstrooiing. Het apparaat werkt op basis van het concept van topologische isolatoren (materialen die in hun massa isoleren maar wel geleidend zijn langs hun oppervlak), die in 2016 de Nobelprijs voor natuurkunde hebben gewonnen.
Normaal gesproken heeft een laserholte versterkt door licht de vorm van een ring. Dit is efficiënter dan vormen met scherpe hoeken maar laat nog steeds verspilde ruimte tussen de ringen achter. Het onderzoeksteam overwon dit obstakel door een topologische holte te creëren met een fotonisch kristal als spiegel. In het bijzonder gebruikten ze twee fotonische kristallen met verschillende topologieën, één een stervormige eenheidscel in een vierkant rooster en de andere een driehoekig rooster met cilindrische luchtgaten. Teamlid Boubacar Kante vergeleek hen met een bagel en een krakeling: hoewel ze allebei brood met gaten bevatten, maakt het verschillende aantal gaten ze onderscheidend.
Zodra de kristallen op hun plaats zijn en de interface de gewenste vorm aanneemt, wordt het systeem ingeschakeld door een magnetisch veld aan te leggen. Dit verandert de richting waarin het licht wordt uitgezonden, waardoor het de lichtstroom kan sturen. Onmiddellijke praktische toepassingen omvatten het inpakken van meer lasers op een chip, waardoor de snelheid van optische communicatie toeneemt. In het grote geheel der dingen wordt dit echter gezien als een stap vooruit in het streven naar optische computerverwerking.
3 wetenschappers zijn enthousiast over Excitonium
Natuurkundigen over de hele wereld zijn enthousiast over de ontdekking van een nieuwe vorm van materie, toepasselijk excitonium genoemd. Het is gemaakt van vreemde deeltjes genaamd excitonen, die de gebonden toestand zijn van een ontsnapt elektron en het gat dat het net achterliet, aangetrokken door de Coulombkracht. Bovendien was theoretisch fysicus Bert Halperin van Harvard de eerste die het bestaan van excitonium in de jaren zestig postuleerde, en wetenschappers hebben hem sindsdien altijd proberen te bewijzen dat hij goed of fout was.
Zoals vele grote wetenschappelijke ontdekkingen, deze betekende een behoorlijke hoeveelheid serendipiteit. Het team dat verantwoordelijk is voor de vondst van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, heeft in feite een nieuwe techniek ontwikkeld, genaamd momentum-resolved elektron energie-verlies spectroscopie (M-EELS) specifiek om excitonen te identificeren. Hun "Eureka" -moment gebeurde echter toen de onderzoekers kalibratietests deden voor hun nieuwe methode. Eén teamlid ging de kamer binnen terwijl iedereen naar een whiteboard staarde en zei dat ze zojuist een 'zacht plasmon' hadden gemeten, de voorloper van exciton-condensatie.
Studieleider professor Peter Abbamonte vergeleek de ontdekking met die van het Higgs-deeltje - het zal geen directe toepassingen in de echte wereld hebben, maar het laat zien dat ons huidige begrip van de kwantummechanica op de goede weg is.
2 wetenschappers ontwikkelen nanomachines die kanker doden
Onderzoekers van Durham University beweren nanomachines te hebben ontwikkeld die in slechts 60 seconden in kankercellen kunnen boren en deze kunnen doden. In een geslaagde test aan de universiteit namen de kleine machines tussen de één en drie minuten de tijd om de buitenmembraan van een prostaatkankercel binnen te dringen en het onmiddellijk te vernietigen. (De meest rechtse afbeelding hierboven toont het cytoplasma dat lekt uit een aangevallen kankercel.)
De nanomachines zijn 50.000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar. Ze worden geactiveerd door licht en draaien twee tot drie miljoen keer per seconde om door celbekledingen te kunnen graven. Wanneer ze hun doelwit bereiken, kunnen ze of het vernietigen of een nuttige lading van therapeutisch materiaal afgeven.
Tot dusverre zijn de nanomachines alleen op enkele cellen gebruikt, maar de bemoedigende resultaten hebben wetenschappers ertoe aangezet om op te trekken naar micro-organismen en kleine vissen. Hun huidige doel is om snel door te gaan naar knaagdieren en uiteindelijk naar mensen.
1 Interstellaire asteroïde Macht Be An Alien Spacecraft
Het is pas een paar maanden geleden dat astronomen vrolijk de ontdekking aankondigden van onze eerste interstellaire bezoeker ooit, een asteroïde genaamd 'Oumuamua'. Sindsdien hebben ze veel vreemde dingen waargenomen over het hemellichaam, zelfs voor iets dat niet afkomstig is van ons zonnestelsel. Het is zelfs zo vreemd dat ze geloven dat het mogelijk een buitenaards ruimtevaartuig is.
Ten eerste is de vorm. 'Oumuamua heeft een sigarenvorm met een tien-tegen-een lengte-breedteverhouding, in tegenstelling tot alle andere asteroïden ooit waargenomen. Aanvankelijk dachten we dat het een komeet was, maar we realiseerden ons dat dat niet het geval was toen het geen staart ontsproot nadat we dicht bij de zon waren gekomen. Bovendien beweren sommige experts dat de snelheid waarmee het object ronddraait een normale asteroïde zou breken. In plaats daarvan lijkt het alsof het speciaal is ontworpen om interstellair reizen te doorstaan.
Dus als het kunstmatig is, wat zou het dan zijn? Sommigen zeggen een buitenaardse sonde, terwijl anderen denken dat het een ruimteschip kan zijn waarvan de motoren hebben gefaald en nu op drift door de ruimte zijn. Hoe dan ook, programma's zoals SETI en Breakthrough Listen denken dat 'Oumuamua verder onderzoek rechtvaardigt en hun telescopen erop hebben gericht om naar elk soort radiosignalen te luisteren.
Tot nu toe ziet het er niet goed uit voor de buitenaardse hypothese, omdat SETI's eerste observaties niets opleverden. Veel ruimtewetenschappers blijven pessimistisch over de kansen dat 'Oumuamua van origine is, maar verder onderzoek is zeker nodig om te bepalen wat het mysterieuze object eigenlijk is.