Dele:
10 Science Stories of 2017 som låter som Sci-Fi Taglines
Med et år i bakspeilet er det på tide å lene seg tilbake, ta et dypt pust og se på noen av de vitenskapelige overskriftene som vi kanskje har savnet. Forskere utfordrer kontinuerlig nye utviklinger på ulike felt. For å nevne noen, nanoteknologi, genterapi og kvantefysikk bryter alltid ny grunn.
Vitenskapens overskrifter begynner å lese mer og mer som artikler fra sci-fi-magasiner. Gitt hva 2017 brakte, kan vi nesten ikke vente på å se hva 2018 avslører ...
10 forskere lager tidskrystaller og bryter tid-oversettelsessymmetri
Ifølge den første loven om termodynamikk er evigvarende maskiner som produserer arbeid uten energiinngang umulig. Men tidligere i år skapte fysikere strukturer kalt tidskrystaller som sikkert satte den tanken til testen.
Tidskrystaller fungerer som de første virkelige eksemplene på en ny tilstand av materie kalt "ikke-likevekt", der atomer har varierende temperaturer og aldri er i termisk likevekt med hverandre. Tidskrystaller har en atomstruktur som gjentar ikke bare i rommet, men også i tid, slik at de kan opprettholde konstant svingning uten energi. Dette skjer selv i jordtilstand, som er den laveste energistaten hvor bevegelse, teoretisk, er umulig fordi den krever energiforbruk.
Så er tidskrystaller som bryter fysikkens lover? Teknisk, nei. Energibesparelse kan bare defineres innenfor systemer med tidsoversettelsessymmetri, ideen om at fysikkloven er de samme overalt og til alle tider. Og hvis det er en ting som tiden krystallene bryter, er det tid-oversettelsessymmetri. De er imidlertid ikke de første. Magneter blir også ofte brakt opp som naturlig asymmetriske gjenstander fordi de har en nordlig ende og en sørenden.
En annen grunn til at krystallene ikke bryter lovene i termodynamikken, er fordi de ikke er helt isolert. De trenger en "nudge" nå og da - bare litt utvendig energi for å få dem til å begynne å bla sine stater igjen og igjen. Mulige fremtidige bruksområder for tidskrystaller innebærer informasjonsoverføring og lagring i kvantesystemer. De kunne spille en avgjørende rolle i kvantemåling.
9 Dragonfly Wings er 'Live'
Forenklet, Merriam-Webster definerer "vinge" som en bevegelig fjær eller membranaktig appendage som brukes av fugler, insekter og flaggermus for å oppnå fly. Det er ikke meningen å være i live, men entomologer ved Kieluniversitetet i Tyskland gjorde noen oppsiktsvekkende funn som tyder på noe annet, i hvert fall i morpho-dragonflies.
Insekter puster gjennom et trakeal system. Luft går inn i sine kropper gjennom eksterne åpninger kalt spirakler. Det går da gjennom et komplekst nettverk av trakealrør, som leverer luften til alle cellene i kroppen. Vingene er imidlertid gjort nesten helt av døde vev, som tørker opp og enten blir gjennomskinnelige eller dekket i fargemønstre. Områdene av dødt vev grenser av årer, som er de eneste vingekomponentene som er en del av pustesystemet.
Men da entomologen Rhainer Guillermo Ferreira så på en mannens fløy Zenithoptera dragonfly gjennom et elektronmikroskop, så han små forgreningsrør. Dette markerer den første slik observasjon i hvilken som helst insektvinge. Det vil ta mye testing for å avgjøre om denne fysiologiske egenskapen er spesielt for denne arten, eller kanskje vanlig i dragonflies eller til og med i andre insekter. Det kan til og med være en mutasjon funnet ved en tilfeldighet i bare ett individ, men eksperter er tvilsomme. Tilstedeværelsen av rikelig oksygenforsyning kan forklare de levende, komplekse blåfarger som finnes på vingene til Zenithoptera dragonflies, som ikke inneholder noe blått pigment.
8 Ancient Tick funnet fylt med Dinosaur Blood
Vi har oppdaget noen fantastiske ting bevart i rav, men årets funn kan ta kaken. Forskere i Myanmar avdekket biter av gult datert til 99 millioner år siden som inneholder parasitter som ligner på moderne flått. En av dem ble viklet inn i en dinosaurfjær, to ble funnet med biter av en dinosaurbakke, og den fjerde ble fylt med dinosaurblod.
Selvfølgelig, dette gjorde at folk umiddelbart tenkte på en Jurassic Park-som scenario der vi kunne bruke blodet til å bringe dinosaurer tilbake til livet. Dessverre vil det ikke skje når som helst, fordi det er umulig å utvinne DNA-prøver fra slike former for ravbevarte fossiler. Det er fortsatt pågående debatt om hvor lenge et DNA-molekyl kan vare, men selv de mest optimistiske estimatene sier bare noen få millioner år under ideelle forhold.
Selv om det ikke tok tilbake dinosaurene, den nylig navngitte Deinocroton draculi (Dracula's forferdelige kryss) er fortsatt et ekstraordinært funn som ga oss ny informasjon. Vi vet nå ikke bare de gamle flåttene som er målrettet fjærede dinosaurer, men også at de angrepet dinosaurhesten.
7 Voksne menneske gjennomgår genmodifisering
Den nåværende toppunktet for genterapi er Clustert regelmessig interspaced Palindromic Repeats eller CRISPR. Det er en familie av DNA-sekvenser som nå danner grunnlaget for en teknologi som heter CRISPR / Cas9, som teoretisk kan permanent forandre et menneskes DNA.
I 2017 tok genredigeringsverktøyet et skritt fremover etter at et lag fra Beijing Proteome Research Center kunngjorde at den med suksess brukte CRISPR / Cas9 for å rette opp sykdomsfremkallende mutasjoner i levedyktige menneskelige embryoer. Et annet team fra Londons Francis Crick Institute gikk motsatt vei og brukte teknologien til å opprette mutasjoner i menneskelige embryoer for første gang.(Spesielt de "slått av" et gen, som hindrer at embryoer utvikler seg til blastocystene.)
Studiene viste at CRISPR / Cas9 fungerer og relativt enkelt. Dette førte imidlertid til sterke etiske debatter om hvor langt denne teknologien skulle bli tatt. Teoretisk sett kan det føre til "designer babyer" som kunne ha intellektuelle, atletiske og fysiske egenskaper etter foreldrenes spesifikasjoner.
Etikk til side, det var en enda større utvikling i november da CRISPR / Cas9 ble brukt for første gang på et voksen menneske. Den 44 år gamle Brad Madeux fra California lider av Hunters syndrom, en uhelbredelig sykdom som til slutt kunne begrense ham til rullestol. Han ble injisert med milliarder av kopier av det korrigerende genet og et genetisk verktøy som ble brukt til å kutte DNA, sette inn genet og sy det igjen. Det vil ta noen måneder før vi kan se om prosedyren var vellykket eller ikke.
6 Hvem kom først - svampen eller geléen?
Et nytt forskningsarkiv som ble publisert i år, har som mål å avslutte den enestående debatten om dyrenes opprinnelse. Ifølge studien er svamper "søstrene" av alle andre dyr i verden. Dette kommer fra det faktum at svamper var den første gruppen som avgrenet seg fra det evolusjonære treet, som bare inneholdt den primitive vanlige forfederen til alle dyrene. Dette ville ha skjedd for rundt 750 millioner år siden.
Forut for denne historien syntes den omstridte debatten å ha slått ned til bare to kandidater: De ovennevnte svampene og marine ryggradene kalte kamgeler. Mens svampe er enkle skapninger som sitter på havbunnen og overlever gjennom filterfôring, er kamgeler mer komplekse. De ligner maneter, er i stand til å drive seg gjennom vann, kan skape lyse mønstre, og har enkle nervesystemer. Å finne ut hvilken som kom først betyr også å finne ut hva vår felles forfedre så ut. Det regnes som en viktig del for å spore vår evolusjonære tidslinje.
Mens studien utelukkende proklamerer saken avgjort, bare noen måneder før, kom en annen undersøkelse ut som sier at kamgeler er våre evolusjonære "søstre." Det er for tidlig å fortelle om den nyeste forskningen egentlig er idiotsikker nok til å kvote noen dvelende tvil.
5 vaskebjørn har bestått en gammel intelligens test
Noen ganger rundt det sjette århundre f.Kr. skrev den greske fortelleren Aesop eller samlet en mengde fabler som nå kollektivt kjent som Aesops Fables. Blant dem var et fortell som heter "The Crow and the Pitcher", som viste en tørstkrå å drikke en drink fra en krukke ved å slippe småstein inn i den, og øke vannstanden til fuglen kunne nå den.
Noen få tusen år senere innså forskerne at historien presenterte en god måte å teste dyre intelligens på. Forsøket vil vise at skapningen som testes har en forståelse av årsak og effekt. Tro mot fortellingen, utviste krager, som andre korvider, som rooks og jays. Store aper har også bestått testen, og i år ble et annet dyr lagt til listen - vaskebjørn.
Under Aesops Fable-test ble det fremlagt åtte vaskebjørn med en sylinder som inneholdt en marshmallow flytende på vann som var for lav til å nå. To av dem falt med hell småstein for å heve vannstanden og nå sin godbit.
Andre testpersoner fant sine egne kreative løsninger som testerne ikke hadde forventet. Kanalisere sin erfaring som en søppelkran, en vaskebjørn klatret på toppen av sylinderen og begynte å svinge fra side til side til hun slo den over. I en annen test ved hjelp av flytende og synkende baller i stedet for småstein, hørte eksaminatørene vaskebjørnene bruke sinkende baller og kaste bort de flytende. I stedet dunket noen dyr en flytende ball gjentatte ganger til biter av marshmallow sprutte på siden av sylinderen eller ble sittende fast i ballen, noe som gjør dem enkle å hente.
4 fysikere lager første topologisk laser
Fysikere fra University of California, San Diego, hevder å ha konstruert en ny type "topologisk" laser som kan ta på seg enhver form og slange rundt et hulrom uten å ha lysdisplayet. Enheten fungerer basert på begrepet topologiske isolatorer (materialer som er isolerende i sin masse, men ledende langs deres flater), som vunnet Nobelprisen i fysikk i 2016.
Normalt er en laserhule forsterket av lys formet som en ring. Dette er mer effektivt enn former med skarpe hjørner, men gir fortsatt bortkastet mellomrom mellom ringene. Forskningsgruppen overkom denne hindringen ved å lage et topologisk hulrom ved hjelp av en fotonisk krystall som et speil. Spesielt brukte de to fotoniske krystaller med forskjellige topologier, hvorav den ene var en stjerneformet enhetscelle i en firkantet gitter og den andre et trekantet gitter med sylindriske lufthull. Teammedlem Boubacar Kante sammenlignet dem med en bagel og et pretzel: Selv om de begge er brødet med hull, gjør det forskjellige antall hull de forskjellige former.
Når krystallene er på plass og grensesnittet tar ønsket form, slås systemet på ved å bruke et magnetfelt. Dette endrer retningen der lyset utløses, og dermed kan lede lysstrømmen. Umiddelbare praktiske anvendelser innebærer å pakke flere lasere på en brikke, og dermed øke hastigheten på optisk kommunikasjon. Men i den store ordningen av ting, ses dette som et skritt fremover i jakten på optisk databehandling.
3 Forskere er begeistret for Excitonium
Fysikere over hele verden er entusiastiske over oppdagelsen av en ny form for materie, passende betegnet excitonium. Det er laget av rare partikler som kalles excitons, som er den bundet tilstanden til et rømt elektron, og hullet det bare etterlot seg, tiltrukket av hverandre av Coulomb-kraften. Dessuten var Harvard teoretisk fysiker Bert Halperin den første som postulerer eksistoniums eksistens tilbake på 1960-tallet, og forskere har forsøkt å bevise ham riktig (eller feil) siden da.
Som mange store vitenskapelige funn, involverte denne en god del serendipity. Teamet som er ansvarlig for funnet fra University of Illinois i Urbana-Champaign, utviklet faktisk en ny teknikk som heter momentum-resolved electron energy-loss spectroscopy (M-EELS) for å identifisere excitoner. Men deres "Eureka" øyeblikk skjedde da forskerne gjorde kalibreringstester for deres nye metode. Et teammedlem kom inn i rommet mens alle andre stirret på en tavle og sa at de bare hadde målt en "myk plasmon", forløperen til å sprenge kondens.
Studieleder Professor Peter Abbamonte liknet oppdagelsen til Higgs boson-den vil ikke ha noen umiddelbare virkelige applikasjoner, men det viser at vår nåværende forståelse av kvantemekanikk er på rette spor.
2 forskere utvikler nanomaskiner som dreper kreft
Forskere fra Durham University hevder å ha utviklet nanomachines som er i stand til å bore inn i kreftceller og drepe dem på bare 60 sekunder. I en vellykket test utført på universitetet tok de små maskinene mellom ett og tre minutter for å trenge inn i den ytre membranen til en prostatakreftcelle og ødela den umiddelbart. (Det høyeste bildet ovenfor viser cytoplasma som lekker ut fra en angrebet kreftcelle.)
Nanomaskinene er 50.000 ganger mindre enn diameteren av et menneskehår. De aktiveres av lys og spinner to til tre millioner ganger per sekund for å kunne grave gjennom cellelinjer. Når de når sitt mål, kan de enten sprenge det eller levere en terapeutisk agent nyttelast.
Så langt har nanomachinene bare blitt brukt på enkeltceller, men de oppmuntrende resultatene førte til at forskerne flyttet opp til mikroorganismer og småfisk. Deres nåværende mål er å komme frem til gnagere snart og til slutt til mennesker.
1 Interstellar Asteroid Kanskje Vær En Alien Spacecraft
Det har bare vært et par måneder siden astronomer med glede annonserte oppdagelsen av vår første interstellare besøkende, en asteroide som heter Oumuamua. Siden da har de observert mange merkelige ting om det himmelske objektet, selv for noe som ikke er fra vårt solsystem. Faktisk er det så rart at de tror det er mulig at det kan være et fremmed romfartøy.
For det første er formen. 'Oumuamua har en sigarform med et ti-til-ett-breddeforhold, i motsetning til andre asteroider som noen gang er observert. Først trodde vi det var en komet, men vi skjønte at det ikke var tilfelle da det ikke spire en hale etter å ha kommet nær solen. Videre hevder noen eksperter at hastigheten som objektet dreier seg vil bryte fra en normal asteroide. I stedet virker det som om det er spesielt designet for å utholde interstellar reise.
Så hvis det er kunstig, hva kan det være? Noen sier en fremmed sonde, mens andre tror det kan være et romskip hvis motorer har sviktet og nå går gjennom rom. Uansett, programmer som SETI og Breakthrough Listen think 'Oumuamua garanterer videre undersøkelse og har rettet sine teleskoper på den for å lytte etter noen form for radiosignaler.
Så langt ser det ikke bra ut for den fremmede hypotesen, da SETIs første observasjoner ikke viste noe. Mange romforskere forblir pessimistiske om sjansene for at Oumuamua er av fremmed opprinnelse, men det er nødvendig med ytterligere undersøkelse for å avgjøre hva det mystiske objektet egentlig er.