Περι Φυσικής-Χημείας-Βιολογίας?

[Δροσος Γεωργιος]

Το πρώτο πρατήριο υδρογόνου στην Ελλάδα.

Με πρώτες ύλες τον ήλιο και το νερό, το πρώτο πρατήριο υδρογόνου, το οποίο θα φουλάρει τα οχήματα με το «καύσιμο του μέλλοντος», λειτουργεί από χθες στον χώρο του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος».

Ο σταθμός για την ώρα ανεφοδιάζει ποδήλατα υδρογόνου μέσα σε 2-3 δευτερόλεπτα. Σε επόμενο στάδιο, πιθανόν τον Σεπτέμβριο, θα μπορεί να ανεφοδιάζει σκούτερ υδρογόνου, καθώς και golf carts (αμαξίδια γηπέδων γκολφ). Aπώτερος στόχος να χρησιμοποιείται το υδρογόνο σε σταθμούς ανεφοδιασμού βαρέων οχημάτων (φορτηγών, λεωφορείων, απορριμματοφόρων κ.ά.).

Με βασικές πρώτες ύλες τον ήλιο και το νερό της βρύσης, αλλά με μια πρωτοποριακή παγκοσμίως τεχνολογία, ξεκίνησε να λειτουργεί στην Ελλάδα ο πρώτος σταθμός ανεφοδιασμού μικρών οχημάτων υδρογόνου, το πρώτο υδρογονάδικο, όπως χαρακτηριστικά το λένε οι άνθρωποι του χώρου.Πέρα από το γεγονός ότι η εξέλιξη αυτή δείχνει το μέλλον για απεξάρτηση από ορυκτά καύσιμα, εν πολλοίς εισαγόμενα με ό,τι αυτό σημαίνει για την ασφάλεια εφοδιασμού της χώρας και τα προβλήματα που προκαλούν κατά καιρούς οι γεωπολιτικές εξελίξεις, όπως άλλωστε συμβαίνει τώρα, έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον ότι ο σταθμός είναι προϊόν κατά 90% και πλέον ελληνικής τεχνογνωσίας, ενώ η καινοτόμος τεχνολογία συμπίεσης του υδρογόνου που χρησιμοποιείται αναπτύχθηκε από τη Cyrus, τεχνοβλαστό (spin-off) του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος». Το γεγονός δε ότι ήδη υπάρχει ενδιαφέρον ακόμη και από το εξωτερικό για τη χρήση αυτών των σταθμών δείχνει, αν μη τι άλλο, τη σημασία της εμπορικής αξιοποίησης της έρευνας.

Πώς λειτουργεί

Ο σταθμός, ο οποίος έχει εγκατασταθεί στον χώρο του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» στην Αγία Παρασκευή, λειτουργεί ως εξής: στην οροφή ενός οικίσκου, που στην πραγματικότητα έχει το μέγεθος ενός κοινού κοντέινερ, υπάρχουν φωτοβολταϊκά πάνελ ισχύος 22 kW, ενώ συνδέεται με παροχή νερού βρύσης. Με την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά γίνεται ηλεκτρόλυση του νερού, η διάσπασή του δηλαδή σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ενώ το υδρογόνο αποθηκεύεται σε πίεση 16 bar. Στη συνέχεια περνάει μέσα από συμπιεστές που κάνουν χρήση τεχνολογίας μεταλλοϋδριδίων (σ.σ. στην ουσία το σύστημα συμπίεσης είναι ειδικοί σωλήνες που υπάρχουν εντός του σταθμού) και με τη χρήση ζεστού νερού από θερμικό ηλιακό συλλέκτη (στην ουσία πρόκειται για ηλιακό θερμοσίφωνα) θερμαίνονται τα μεταλλοϋδρίδια και γίνεται η συμπίεση του υδρογόνου στα 200 bar και αυτό αποθηκεύεται σε υψηλή πίεση. Μέσω μιας αντλίας το όχημα υδρογόνου ανεφοδιάζεται μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Ο σταθμός για την ώρα ανεφοδιάζει ποδήλατα υδρογόνου μέσα σε 2-3 δευτερόλεπτα, τα οποία έχουν αυτονομία 145 χλμ. Η πρωτοποριακή τεχνολογία που χρησιμοποιείται στον σταθμό αυτό διασφαλίζει πέρα από μηδενικούς ρύπους και μηδενικό θόρυβο, σε αντίθεση με άλλες τεχνολογίες συμπίεσης υδρογόνου. Η συνολική αποθηκευτική ικανότητα του συγκεκριμένου σταθμού είναι 120 κυβικά μέτρα.Σε επόμενο στάδιο, πιθανόν τον Σεπτέμβριο, ο σταθμός θα μπορεί να ανεφοδιάζει σκούτερ υδρογόνου, καθώς και golf carts (αμαξίδια γηπέδων γκολφ).Επόμενο βήμα για τη Cyrus είναι η ανάπτυξη τεχνολογίας για τη συμπίεση του υδρογόνου σε μεγαλύτερη πίεση, πάνω από 400 bar, έτσι ώστε να χρησιμοποιείται σε σταθμούς ανεφοδιασμού βαρέων οχημάτων (φορτηγών, λεωφορείων, απορριμματοφόρων κ.ά.).

Νέα χρηματοδότηση 1 εκατ.

Καθοριστικό ρόλο στο βήμα αυτό θα διαδραματίσει η νέα χρηματοδότηση ύψους 1 εκατ. ευρώ που θα λάβει η Cyrus από το Uni.Fund (σ.σ. η Cyrus είναι ήδη εταιρεία στην οποία έχει επενδύσει το Uni.Fund), την εισηγμένη στον Nasdaq εταιρεία Advent Technologies, αλλά και άλλους επενδυτές.Στόχος, άλλωστε, είναι το υδρογόνο να λειτουργεί συμπληρωματικά ως προς τη χρήση μπαταριών για ηλεκτροκίνηση, κυρίως για βαρέα οχήματα, καθώς διασφαλίζει πολύ γρηγορότερο ανεφοδιασμό σε σύγκριση με τον χρόνο φόρτισης των μπαταριών στα ηλεκτροκίνητα οχήματα και μεγαλύτερη αυτονομία.«Το υδρογόνο μπορεί να μας πάει πολλά χιλιόμετρα μακριά», δήλωσε χαρακτηριστικά ο υπουργός Περιβάλλοντος και Ενέργειας Κ. Σκρέκας κατά τη χθεσινή εκδήλωση παρουσίασης του σταθμού. Από την πλευρά του ο υφυπουργός Μεταφορών Μ. Παπαδόπουλος ανακοίνωσε την έναρξη συνεργασίας με τον «Δημόκριτο» για την κατάρτιση του κατάλληλου θεσμικού πλαισίου που θα διέπει τη χρήση του υδρογόνου στις μεταφορές.

Ο «Λευκός Δράκος» και τα ελληνικά έργα υδρογόνου

H Ευρωπαϊκή Επιτροπή σκοπεύει να αναπτύξει τον λεγόμενο «Επιταχυντή Υδρογόνου», με σκοπό έως το τέλος του Ιουνίου να έχει ολοκληρώσει την αξιολόγηση των πρώτων σημαντικών έργων κοινού ευρωπαϊκού ενδιαφέροντος (IPCEI), ώστε να λάβουν χρηματοδότηση από ευρωπαϊκά ταμεία. Ενδεικτικά, ομάδα εταιρειών, αποτελούμενη από τους μεγαλύτερους ενεργειακούς ομίλους της χώρας (ΔΕΠΑ Εμπορίας, Advent Technologies, Damco Energy, ΔΕΗ, ΔΕΣΦΑ, Ελληνικά Πετρέλαια, Μότορ Οϊλ, Σωληνουργεία Κορίνθου, TAP και ΤΕΡΝΑ Ενεργειακή), έχει ήδη καταθέσει στην ελληνική κυβέρνηση, από την περασμένη άνοιξη, πρόταση σχετικά με την παραγωγή πράσινου υδρογόνου, υπό την ονομασία «Λευκός Δράκος».Η πρόταση προβλέπει επενδύσεις άνω των 8 δισ. ευρώ για την ετήσια παραγωγή 250.000 τόνων πράσινου υδρογόνου στη Δυτική Μακεδονία, αναμένεται να απασχολήσει άμεσα 18.000 και έμμεσα 29.500 εργαζομένους, ενώ το περιβαλλοντικό όφελος υπολογίζεται στον περιορισμό των εκπομπών CO2 κατά 11,5 εκατ. τόνους τον χρόνο. Το υδρογόνο που θα παράγεται θα διοχετεύεται στον αγωγό φυσικού αερίου υψηλής πίεσης του Διαχειριστή Εθνικού Συστήματος Φυσικού Αερίου (ΔΕΣΦΑ) και παράλληλα θα αξιοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας στα δίκτυα τηλεθερμάνσεως της περιοχής. Παράλληλα, θα διερευνηθεί η δυνατότητα μεταφοράς και εξαγωγής Η2 μέσω του διαδριατικού αγωγού φυσικού αερίου (TAP), που συνδέει την Ελλάδα με τις ευρωπαϊκές αγορές.Πέντε ελληνικά έργα υδρογόνου έχουν εγκριθεί στο πρώτο στάδιο του πλαισίου σημαντικών έργων κοινού ευρωπαϊκού ενδιαφέροντος (ΙPCEI) «Yδρογόνο», μέσω του οποίου τα έργα που θα επιλεγούν τελικά θα χρηματοδοτηθούν από ευρωπαϊκούς πόρους.Εκτός του «Λευκού Δράκου», είναι το «Blue Med» της Μότορ Οϊλ που αφορά την παραγωγή μπλε και πράσινου υδρογόνου για μεταφορά, διανομή και χρήση σε βιομηχανία και μεταφορές και το «Green HiPo» της Advent Energy Technologies που αφορά την κατασκευή μονάδας παραγωγής καινοτόμων ηλεκτρολυτών και κυψελίδων καυσίμου με εγκατάσταση στη Δυτική Μακεδονία. Τα τρία αυτά έργα έρχονται να συμπληρώσουν το «Η2CAT TANKS» της B&T Composites για την κατασκευή καινοτόμων δεξαμενών υψηλής πίεσης ως προς την αποθήκευση υδρογόνου και το «H2CEM» της ΤΙΤΑΝ για την παραγωγή τσιμέντου με χρήση πράσινου υδρογόνου.Παράλληλα, ο ΔΕΣΦΑ προχωράει με τον σχεδιασμό για την ωρίμανση και υλοποίηση του νέου αγωγού υψηλής πίεσης φυσικού αερίου 156 χιλιομέτρων στη Δυτική Μακεδονία, ο οποίος θα είναι συμβατός για µεταφορά υδρογόνου και η ένταξη του οποίου στο σύστημα αναμένεται τον Σεπτέμβριο του 2023. Επίσης, στο τέλος του 2021 ο ΔΕΣΦΑ και ο διαχειριστής συστήματος μεταφοράς φυσικού αερίου της Βουλγαρίας (Bulgartransgaz) υπέγραψαν επιστολή πρόθεσης για συνεργασία στον τομέα του Η2 με σκοπό να στηρίξουν την ανάπτυξη σχετικών τεχνολογιών και αγοράς Η2 στην Ευρώπη, εξετάζοντας συνέργειες στα δύο διασυνδεδεμένα συστήματα μεταφοράς.Την ίδια στιγμή, η Μότορ Οϊλ και η ΔΕΗ ανακοίνωσαν την υπογραφή μνημονίου συναντίληψης (Memorandum of Understanding – MOU) για τη διαμόρφωση του πλαισίου και την υλοποίηση μέσω κοινοπρακτικού σχήματος (με μετοχικό σχήμα 51% της Μότορ Οϊλ και 49% της ΔΕΗ) έργων στον τομέα του πράσινου Η2, έχοντας πρόσβαση στην αναπτυσσόμενη πλατφόρμα παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές της ΔΕΗ και εκμεταλλευόμενοι τη δυναμικότητα και τεχνογνωσία της Μότορ Οϊλ. Τέλος, τα ΕΛΠΕ, μέσω του Vision 2025, προσανατολίζονται προς επενδύσεις σε κλάδους με χαμηλό ανθρακικό αποτύπωμα και προωθούν εφαρμογές υδρογόνου.

Πάνω από 350 μεγάλα επενδυτικά σχέδια 500 δισ. έως το 2030 παγκοσμίως 

Η κλιματική αλλαγή και η αύξηση του ενεργειακού κόστους προκαλούν ένα νέο κύμα ενθουσιασμού για το υδρογόνο, που μπορεί να έχει πολύ περισσότερες χρήσεις πέραν αυτής της φόρτισης ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων. Περισσότερα από 350 μεγάλα προγράμματα ανάπτυξης βρίσκονται σε εξέλιξη σχετικά με το υδρογόνο και οι σωρευτικές επενδύσεις τους μπορεί να φθάσουν τα 500 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2030. Η επενδυτική τράπεζα Morgan Stanley εκτιμά ότι οι ετήσιες πωλήσεις υδρογόνου μπορεί να φθάσουν τα 600 δισ. δολ. έως το 2050, από 150 δισ. δολ. σήμερα. Πολλές χώρες (Βρετανία, Γαλλία, Γερμανία, Ιαπωνία, Ν. Κορέα κ.ά.) έχουν πλέον εθνικά σχέδια ανάπτυξης του υδρογόνου.

Σε σπίτια και βιομηχανίες

Οι ιαπωνικές και οι νοτιοκορεατικές αυτοκινητοβιομηχανίες είναι πρόθυμες να πουλήσουν οχήματα που χρησιμοποιούν κυψέλες υδρογόνου ως καύσιμο, αν και τα αυτοκίνητα με μπαταρίες είναι πιο αποδοτικά. Από την άλλη, μερικές ευρωπαϊκές χώρες ελπίζουν να τροφοδοτήσουν τα σπίτια με υδρογόνο, αν και οι αντλίες θερμότητας είναι πιο αποτελεσματικές, ενώ παράλληλα χρειάζεται ένα δίκτυο ασφαλών σωλήνων για το υδρογόνο, κάτι που δεν είναι πάντα δεδομένο.Σύμφωνα με τον Economist, το υδρογόνο μπορεί ασφαλώς να βρει τη θέση του σε βιομηχανίες με πολύπλοκες χημικές διαδικασίες και ενεργοβόρες ανάγκες χρήσης υψηλών θερμοκρασιών, που δύσκολα επιτυγχάνονται με τον ηλεκτρισμό. Οι χαλυβουργίες, π.χ., που εκλύουν το 8% περίπου των παγκόσμιων εκπομπών άνθρακα, θα μπορούσαν να στραφούν πλέον στο υδρογόνο. Επίσης, οι εμπορικές μεταφορές για μακρινές διαδρομές που δεν μπορούν να καλύψουν τα ηλεκτροκίνητα οχήματα: τα υδρογονοκίνητα φορτηγά μπορούν να είναι καλύτερα σε σχέση με εκείνα με μπαταρίες. Ακόμη, καύσιμα από υδρογόνο μπορούν να φανούν χρήσιμα στα αεροπλάνα και τα πλοία. Ηδη η γαλλική εταιρεία Alstom έχει θέσει σε λειτουργία υδρογονοκίνητα τρένα στις ευρωπαϊκές ράγες.

Αποθήκευση ενέργειας

Το υδρογόνο μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί ως υλικό για τη μαζική αποθήκευση και μεταφορά ενέργειας. Τα δίκτυα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχουν προβλήματα, όταν δεν φυσάει αέρας ή όταν πέφτει η νύχτα. Η αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρίες βοηθάει, αλλά αν η ανανεώσιμη ενέργεια (αιολική, ηλιακή) μετατραπεί σε υδρογόνο, μπορεί να αποθηκευθεί φθηνά για μεγάλες χρονικές περιόδους και μετά, όποτε χρειάζεται, να μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Οι χώρες με σημαντικές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θα μπορούσαν ακόμη και να εξάγουν τέτοια ενέργεια με μορφή υδρογόνου.Ο κατάλογος με τις πιθανές χρήσεις του υδρογόνου θα γίνεται ολοένα πιο μακρύς, όσο επενδύονται περισσότερα κεφάλαια στην έρευνα και σε νέες τεχνολογίες αξιοποίησής του. Τόσο ο ιδιωτικός τομέας όσο και οι κυβερνήσεις μπορούν να παίξουν τον δικό τους ρόλο για να διευκολύνουν την οικονομία του υδρογόνου. Το συμπέρασμα, σύμφωνα με τον Economist, είναι ότι «το υδρογόνο έχει τους περιορισμούς του, αλλά μπορεί να παίξει ζωτικό ρόλο στη μετάβαση σε μια πιο καθαρή ενέργεια».

https://physicsgg.me/2022/05/20/το-πρώτο-πρατήριο-υδρογόνου-στην-ελλά/

[Δροσος Γεωργιος]

Ελον Μασκ και Μπιλ Γκέιτς φτιάχνουν «ρουφήχτρα» διοξειδίου του άνθρακα.

Mission Zero

Στη φωτογραφία εικονίζεται μια μακέτα του μηχανισμού απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα που χρηματοδοτούν ο Μπιλ Γκέιτς και ο Έλον Μασκ.

Η βρετανική νεοφυής εταιρεία Mission Zero κατάφερε να κερδίσει την προσοχή δύο από τους πλουσιότερους και διασημότερους επιχειρηματίες του πλανήτη. Ο Μπιλ Γκέιτς έδωσε στην εταιρεία 5 εκατ. δολάρια μέσω ενός fund επενδύσεων στον ενεργειακό τομέα στο οποίο ηγείται ο ίδιος. Ο Ελον Μασκ προσέφερε ένα εκατ. δολάρια μέσω ενός ιδρύματος που έχει ιδρύσει.Τα κεφάλαια αυτά δόθηκαν στην εταιρεία από τους δύο μεγιστάνες για να κατασκευάσει ένα μηχανισμό απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Οι ειδικοί αναφέρουν ότι δεν αρκεί ο περιορισμός των εκπομπών βλαβερών αερίων στην ατμόσφαιρα για την παρεμπόδιση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Υποστηρίζουν ότι θα πρέπει να γίνει παράλληλα και μια προσπάθεια απορρόφησης πολλών δισεκατομμυρίων τόνων διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα αλλά και τους ωκεανούς. Προτείνουν οι ποσότητες του CO2 που θα απορροφηθούν να αποθηκευτούν.Έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι και συστήματα απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα αλλά έχουν περιορισμένες δυνατότητες. Μέχρι στιγμής έχουν απορροφηθεί περίπου δέκα χιλιάδες τόνοι, ένα εκατομμυριοστό μικρότερη ποσότητα από αυτή που πρέπει να απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κάθε χρόνο για να υπάρξει αποτέλεσμα.Η Mission Zero υποστηρίζει ότι ο μηχανισμός που αναπτύσσει απαιτεί το ένα τρίτο της ενέργειας που χρειάζονται οι άλλοι αντίστοιχοι μηχανισμοί απορρόφησης του CO2 που βρίσκονται σε λειτουργία ενώ θα απορροφά αξιοσημείωτα μεγαλύτερες ποσότητες από αυτούς.

https://naftemporiki.gr/story/1864996/elon-mask-kai-mpil-gkeits-ftiaxnoun-roufixtra-diokseidiou-tou-anthraka

 

[Δροσος Γεωργιος]

Προσεγγίζοντας το απόλυτο μηδέν.

Οι ερευνητές έψυξαν άτομα ινδίου σε θερμοκρασία κοντά στο 1 mK(=10^-3Κ), καθιστώντας το ίνδιο το πρώτο άτομο της ομάδας III του περιοδικού πίνακα που έγινε υπερψυχρό.

Σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν ( −273,15 °C), τα άτομα κινούνται πιο αργά από έναν τριδάκτυλο βραδύποδα, κάτι που επιτρέπει τους φυσικούς να ελέγχουν στο εργαστήριο με μεγάλη ευκολία τέτοια συστήματα. Νέες φάσεις ύλης μπορούν να σχηματιστούν όταν τα άτομα γίνονται εξαιρετικά ψυχρά και μπορούν να εμφανιστούν αλλόκοτες κβαντικές ιδιότητες, ωστόσο μεγάλο μέρος του περιοδικού πίνακα δεν έχει ερευνηθεί στην υπερψυχρή κατάσταση. Οι ερευνητές Travis Nicholson et al και οι συνεργάτες του έψυξαν με επιτυχία το ίνδιο κοντά στο 1mK.Το ίνδιο είναι το πρώτο άτομο της «κύριας ομάδας III» – μια συγκεκριμένη ομάδα μετάλλων μετάπτωσης στον περιοδικό πίνακα – που ψύχεται σε τόσο χαμηλή θερμοκρασία. Η επιτυχία αυτή ανοίγει την πόρτα για την μελέτη υπερψυχρών συστημάτων με ανεξερεύνητες μέχρι τώρα ιδιότητες από φυσικούς.Για τα πειράματά τους, ο Nicholson και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μια μαγνητο-οπτική παγίδα – ένα κλασικό εργαλείο για την παγίδευση και την ψύξη των ατόμων. Αλλά επειδή αυτή ήταν η πρώτη προσπάθεια υπερ-ψύξης ατόμων ινδίου, οι ερευνητές έπρεπε να φτιάξουν μια νέα διάταξη αντί να χρησιμοποιήσουν κάποια που είχε σχεδιαστεί για την ψύξη άλλων ατόμων. Σύμφωνα με τον Nicholson, τα συστήματα που χρησιμοποιήθηκαν για αυτή την έρευνα εξειδικεύθηκαν στα συγκεκριμένα άτομα. Με την προσαρμοσμένη πειραματική διάταξη, η ομάδα οδήγησε 500.000.000 άτομα ινδίου στην παγίδα χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ και στη συνέχεια τα έψυξε.Τα άτομα της ομάδας III έχουν εξωτικές κβαντικές ιδιότητες που επιτρέπουν ευκολότερο έλεγχο των ατόμων, καθιστώντας αυτά τα άτομα υποψήφια για την χρήση τους σε διάφορες κβαντικές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων και των εξαιρετικά ακριβών ατομικών ρολογιών. Αν και οι ερευνητές δεν έχουν κάνει ακόμη κβαντικές μετρήσεις με υπερψυχρά άτομα ινδίου, η επιτυχής παγίδευση και ψύξη τους θα επιτρέψει σύντομα τέτοια πειράματα. Ο Nicholson ελπίζει ότι και άλλοι ερευνητές θα επιχειρήσουν την ψύξη ατόμων από άλλες ομάδες του περιοδικού πίνακα ώστε να προκύψουν ακόμα περισσότερες κατηγορίες υπερψυχρών ατόμων.

https://physicsgg.me/2022/06/08/προσεγγίζοντας-το-απόλυτο-μηδέν/

[Δροσος Γεωργιος]

H φυσικός Stefania Maracinean.

… και η ανακάλυψη της τεχνητής ραδιενέργειας

H Stefania Mărăcineanu (18 Ιουνίου 1882 – 15 Αυγούστου 1944) είναι η φυσικός από την Ρουμανία, την οποία τιμά σήμερα (18/6/2022) η Google για τα 140 χρόνια από την γέννησή της. Υπήρξε μία από τις πρωτοπόρες γυναίκες στην ανακάλυψη και την έρευνα της ραδιενέργειας. 

H Stefania Maracineanu γεννήθηκε το 1882 στο Βουκουρέστι. Αν και δεν γνωρίζουμε πολλά για την προσωπική της ζωή, είναι γνωστό πως είχε μια δυστυχισμένη παιδική ηλικία. Ολοκλήρωσε τις σπουδές της στη φυσική το 1910 στο Πανεπιστήμιο του Βουκουρεστίου. Η διπλωματική της που αναφερόταν στην συμβολή του φωτός και σε εφαρμογή για την μέτρηση του μήκους κύματος, βραβεύθηκε με 300 λέι. Μετά την αποφοίτησή της, δίδαξε σε διάφορα λύκεια και το 1915, εξασφάλισε μια θέση καθηγήτριας στο κεντρικό σχολείο θηλέων του Βουκουρεστίου, μια θέση που κράτησε μέχρι το 1940.Μετά τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο έλαβε μια υποτροφία που της επέτρεψε να ταξιδέψει στο Παρίσι για να συνεχίσει τις σπουδές της. Το 1919 παρακολούθησε μαθήματα για την ραδιενέργεια στη Σορβόννη με τη Μαρία Κιουρί. Στη συνέχεια, συνέχισε την έρευνα με την Κιουρί στο Ινστιτούτο Radium μέχρι το 1926, όπου ολοκλήρωσε το διδακτορικό της. Η διατριβή της (η οποία δημοσιεύτηκε το 1924) διαβάστηκε στη συνεδρίαση της Γαλλικής Ακαδημίας στις 23 Ιουνίου 1923 από τον Georges Urbain. Στο Ινστιτούτο, η Maracineanu ερεύνησε τον χρόνο ημιζωής του πολώνιου και επινόησε μεθόδους μέτρησης της διάσπασης άλφα.

H Stefania Maracineanu το 1913

Κατά τη διάρκεια της έρευνάς της , η Maracineanu παρατήρησε ότι ο χρόνος ημιζωής του πολωνίου φαινόταν να εξαρτάται από τον τύπο του μετάλλου στο οποίο τοποθετούνταν. Αυτό την έκανε να αναρωτηθεί αν η ραδιενέργεια άλφα από το πολώνιο έκανε το μέταλλο επίσης ραδιενεργό. Αυτή η έρευνα την οδήγησε να διαπιστώσει ότι ραδιενεργά ισότοπα θα μπορούσαν να προκύψουν ως αποτέλεσμα της έκθεσης υλικών στην ραδιενέργεια άλφα του πολώνιου. Ήταν η πρώτη αναφορά δημιουργίας τεχνητής ραδιενέργειας. Το 1935 οι Frederic Joliot και Irene Joliot-Curie (n κόρη των επιστημόνων Pierre Curie και Marie Curie) κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη της τεχνητής ραδιενέργειας, αν και όλα τα δεδομένα δείχνουν ότι η Maracineanu ήταν η πρώτη που το κατάφερε. Η Maracineanu είχε εκφράσει την απογοήτευσή της για το γεγονός ότι η Irene Joliot-Curie χρησιμοποίησε μεγάλο μέρος της εργασίας της σχετικά με την τεχνητή ραδιενέργεια, χωρίς καμία αναφορά στο όνομά της.Υποστήριξε δημόσια ότι ανακάλυψε την τεχνητή ραδιενέργεια κατά τη διάρκεια της έρευνάς της στο Παρίσι, όπως άλλωστε αποδεικνύεται από την διδακτορική της διατριβή, η οποία παρουσιάστηκε πολύ πιο πριν. Μάλιστα έγραψε στη Lise Meitner το 1936, εκφράζοντας την απογοήτευσή της «που η Irene Joliot Curie, εν αγνοία της, χρησιμοποίησε μεγάλο μέρος της δουλειάς της, ειδικά αυτό που σχετίζεται με την τεχνητή ραδιενέργεια, στο έργο της». Η Maracineanu ερεύνησε επίσης την πιθανότητα το ηλιακό φως να προκαλεί ραδιενέργεια, μια εργασία που αμφισβητήθηκε.Η Maracineanu συνέχισε να εργάζεται στο Αστεροσκοπείο του Παρισιού μέχρι το 1929, και στη συνέχεια επέστρεψε στη Ρουμανία όπου άρχισε να διδάσκει στο Πανεπιστήμιο του Βουκουρεστίου. Πραγματοποίησε πειράματα διερευνώντας τη σχέση μεταξύ ραδιενέργειας και βροχοπτώσεων, και βροχοπτώσεων με σεισμούς. Ήταν η πρώτη που ανέφερε ότι υπάρχει σημαντική αύξηση της ραδιενέργειας στο επίκεντρο ενός σεισμού.Το 1942 η Maracineanu συνταξιοδοτήθηκε και πέθανε το 1944 από καρκίνο, (προφανώς) λόγω της έκθεσής της στην ραδιενέργεια κατά την διάρκεια των ερευνών της.

https://physicsgg.me/2022/06/18/h-φυσικός-stefania-maracineanu/

[Δροσος Γεωργιος]

Πώς το μποζόνιο Higgs κατέστρεψε τη ζωή του Peter Higgs.

Η νέα βιογραφία του Φυσικού (και του σωματιδίου που εκείνος προέβλεψε) μας αποκαλύπτει την περιφρόνησή του για τα φώτα της δημοσιότητας

Elusive: How Peter Higgs Solved the Mystery of Mass (Basic Books, 2022)

Πριν από δέκα χρόνια οι φυσικοί ανακοίνωσαν μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις στην ιστορία της φυσικής: την ανίχνευση του μποζονίου Higgs. Το σωματίδιο, που είχε προβλεφθεί 48 χρόνια νωρίτερα, ήταν το κομμάτι που έλειπε από το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Η μηχανή που εν μέρει κατασκευάστηκε για να βρει αυτό το σωματίδιο, ο κυκλικός Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) μήκους 27 χιλιομέτρων στο CERN, είχε εκπληρώσει τις προσδοκίες των φυσικών.Η ύπαρξη αυτού του σωματιδίου προτάθηκε για πρώτη φορά από τον φυσικό Peter Higgs το 1964. Για χρόνια, η σημασία αυτής της πρόβλεψης δεν είχε εκτιμηθεί όπως έπρεπε από τους περισσότερους επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του Higgs. Αλλά σταδιακά έγινε σαφές ότι το μποζόνιο Higgs δεν ήταν απλά μια εξωτική παράπλευρη εμφάνιση στο τσίρκο των σωματιδίων, αλλά μάλλον το κύριο γεγονός. Το σωματίδιο και το σχετικό πεδίο Higgs αποδείχτηκε ότι ήταν υπεύθυνα για την παροχή μάζας στα άλλα σωματίδια και, επομένως, την δημιουργία της δομής των γαλαξιών, των άστρων και των πλανητών που αποτελούν το σύμπαν μας και επιτρέπουν την ύπαρξή μας. Οι φυσικοί πίστευαν σ’ αυτή την (θεωρητική) ιστορία για πολλές δεκαετίες, όμως όλα ήταν στον αέρα αφού δεν υπήρχε πειραματική επιβεβαίωση. Το ημερολόγιο έγραφε 4 Ιουλίου του 2012, όταν οι ερευνητές δύο πειραμάτων στον LHC ανακοίνωσαν την ανακάλυψή τους και επιβεβαίωσαν την πρόβλεψη που έκανε ο Higgs την δεκαετία του 1960.

Καλλιτεχνική αναπαράστση μιας αλληλεπίδρασης του μποζονίου Higgs μέσα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) Credit: Illustration by Tobias Roetsch/Future Publishing via Getty Images

Έτσι, η πειραματική επιβεβαίωση του σωματιδίου Higgs είχε ως παράπλευρη συνέπεια, ένας ντροπαλός άνθρωπος σε σχέση με την δημοσιότητα Peter Higgs, να γίνει διάσημος σε όλη τη Γη. Την ημέρα της ανακοίνωσης της βράβευσής του με το Νόμπελ Φυσικής το 2013, ο Higgs έφυγε από το σπίτι του στο Εδιμβούργο και βρήκε καταφύγιο σε μια παμπ της πόλης, ώστε η επιτροπή του βραβείου να μην μπορεί να τον βρει.Ο φυσικός Frank Close αφηγείται την ιστορία του Higgs και της σπουδαίας ανακάλυψής του στο νέο του βιβλίο ‘Elusive: How Peter Higgs Solved the Mystery of Mass’ (Basic Books, 2022). Ο συγγραφέας του νέου βιβλίου μίλησε στο περιοδικό Scientific American για το σωματίδιο, την πειραματική του αναζήτηση και τον άνθρωπο που τα ξεκίνησε όλα.

Το βιβλίο σας ονομάζεται ‘elusive’ (φευγαλέο-άπιαστο). Σίγουρα το ίδιο το μποζόνιο Higgs ήταν άπιαστο και οι φυσικοί χρειάστηκαν δεκαετίες και πολλά δισεκατομμύρια δολάρια για να το βρουν. Αλλά και ο άνθρωπος Higgs εμφανίζεται στο βιβλίο σας ως ‘φευγαλέο’ άτομο.

Ένα από τα μεγαλύτερα σοκ που έπαθα όταν του έπαιρνα συνέντευξη ήταν όταν μου είπε πως η ανακάλυψη του μποζονίου «κατέστρεψε την ζωή [του]». Του λέω, «Πώς μπορεί να καταστραφεί η ζωή σου όταν έχεις δημιουγήσει μερικά όμορφα μαθηματικά και στην συνέχεια αποδεικνύεται ότι μυστηριωδώς είχες αγγίξει τον παλμό της φύσης και όλα όσα πίστευες έχουν αποδειχθεί σωστά, και κερδίζεις το βραβείο Νόμπελ; Πώς μπορούν αυτά τα πράγματα να ισοδυναμούν με καταστροφή;» Απάντησε, «Η σχετικά ήσυχη ζωή μου τελείωνε. Το στιλ μου ήταν να εργάζομαι σε απομόνωση και περιστασιακά να έχω κάποια καλή ιδέα». Ήταν ένα πολύ αποτραβηγμένο άτομο που ξαφνικά εκτέθηκε στα φώτα της δημοσιότητας. Αυτός, κατά τη γνώμη μου, είναι ο λόγος για τον οποίο ο άνθρωπος Peter Higgs εξακολουθεί να είναι φευγαλέος για μένα, παρότι τον γνωρίζω 40 χρόνια.

Παραθέτετε ότι ο Higgs είπε πως αυτή η ιδέα ήταν «η μόνη πραγματικά πρωτότυπη ιδέα που είχα ποτέ». Πιστεύετε ότι είναι αλήθεια;

Ναι, αλλά πόσοι από εμάς μπορούμε να πούμε ότι είχαμε έστω και μια πραγματικά λαμπρή ιδέα; Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι είχε μια πραγματικά λαμπρή ιδέα. Στη φυσική, οι άνθρωποι που έχουν κάνει πραγματικά μεγάλα πράγματα τείνουν να κάνουν κι άλλα μεγάλα πράγματα. Ο Higgs είναι μοναδικός και το έκανε μία και μόνο μία φορά. Είναι εύκολο να το θεωρήσεις ως τύχη, και σαφώς η τύχη ήταν μέρος του. Αλλά δεν είναι τυχαίο το να είσαι στο σωστό μέρος και τη σωστή στιγμή – αυτό πρέπει να το αναγνωρίσουμε. Ο Higgs είχε βασανιστεί δύο με τρία χρόνια προσπαθώντας στην παραγματικότητα να κατανοήσει ένα συγκεκριμένο πρόβλημα. Και επειδή είχε κάνει αυτή τη σκληρή δουλειά και προσπαθούσε ακόμα να εμβαθύνει στην κατανόηση ενός πολύ δύσκολου προβληματος, μόλις έπεσε στα χέρια του μια δημοσίευση που έθετε την σχετική ερώτηση, ο Higgs κατάφερε να δώσει την απάντηση λόγω της δουλειάς που είχε κάνει. Μερικές φορές λέει, «Είμαι κυρίως γνωστός για τρεις εβδομάδες της ζωής μου». Του απαντώ, «Ναι, αλλά ξόδεψεςς δύο χρόνια προετοιμασίας για εκείνη τη στιγμή».

Η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs ήρθε σχεδόν 50 χρόνια μετά την πρόβλεψη του Higgs, ο οποίος είχε δηλώσει ότι δεν περίμενε πως θα ανακαλυφθεί κατά την διάρκεια της ζωής του. Τι σήμαινε για αυτόν το γεγονός ότι τελικά ανιχνεύτηκε το σωματίδιο;

Μου είπε ότι η πρώτη του αντίδραση ήταν μια ανακούφιση που όντως επιβεβαιώθηκε. Εκείνη τη στιγμή ήξερε ότι [το σωματίδιο υπήρχε] τελικά, και ένιωθε μια βαθιά αίσθηση συγκίνησης που η φύση ήταν πραγματικά έτσι – αλλά μετά πανικοβλήθηκε γιατί συνειδητοποίησε ότι η ζωή του επρόκειτο να αλλάξει.

Γιατί η ανακάλυψη του Higgs ήταν τόσο σημαντική;

Η ανακάλυψη του Higgs ήταν ότι η ιδιότητα της μάζας δεν είναι κάτι εγγενές στα σωματίδια. Είναι αποτέλεσμα ολόκληρου του Κόσμου. Αυτό γίνεται επειδή υπάρχει κάποιο πεδίο πραγμάτων εκεί έξω. Και η περίεργη, πέραν της διαίσθησης πτυχή του είναι ότι αν το κενό [του χώρου] ήταν εντελώς άδειο, θα ήταν λιγότερο σταθερό από ό,τι αν το γεμίζατε με αυτή τη μυστηριώδη ουσία που ονομάζουμε πεδίο Higgs. Αυτό είναι τόσο αντι-διαισθητικό που αναρωτιέμαι αν αυτός ήταν ο λόγος που χρειάστηκε τόσος χρόνος για να αποκαλυφθεί αυτή η ιδέα. Και τώρα ξέρουμε ότι είναι αλήθεια.Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν ακούσει για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Εάν προσθέσετε ενέργεια σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, μπορείτε να το διεγείρετε σε φωτόνια. Ομοίως, υπάρχει αυτό το πράγμα που ονομάζουμε πεδίο Higgs. Αν μπορούσαμε να εφαρμόσουμε αρκετή ενέργεια σε αυτό, θα μπορούσαμε, κατ’ αρχήν, να το διεγείρουμε και να παράγουμε μποζόνια Higgs. Το μποζόνιο Higgs και το πεδίο Higgs είναι ανάλογα με τα φωτόνια και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.Ωστόσο, το άναμμα ενός σπίρτου παράγει αμέτρητα φωτόνια, αλλά για να παραχθεί ένα μποζόνιο Higgs, πρέπει να συγκεντρώσουμε 125 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ σε ένα σημείο, κάτι που έκαναν στον LHC. Αυτός είναι ο λόγος που ξέραμε για την ύπαρξη των φωτονίων εδώ και 100 χρόνια, αλλά μόλις προσφάτως βρήκαμε το μποζόνιο Higgs.

Έχουν έχουν περάσει 10 χρόνια από την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs. Έκτοτε πολλοί απογοητεύθηκαν από την έλλειψη μιας παρόμοιας συναρπαστικής ανακάλυψης στον LHC. Είστε απογοητευμένος που δεν υπήρξε άλλη σπουδαία ανακάλυψη μετά το Higgs;

Αυτή η ανακάλυψη ήταν μια σημαντική στιγμή στην ιστορία του ανθρώπινου πολιτισμού. Είναι μια ανακάλυψη που θα τοποθετηθεί δίπλα στην ανακάλυψη του πυρήνα του ατόμου από τον Rutherford. Είναι η ανακάλυψη ότι είμαστε βυθισμένοι σε αυτή τη μυστηριώδη ουσία, το πεδίο Higgs, το οποίο τελικά οδηγεί στη δομή του σύμπαντος.

Ποιες είναι οι προοπτικές στον LHC για τα επόμενα 10 χρόνια;

Η εύρεση του μποζονίου Higgs ήταν σαν να σκαρφαλώνεις σε ένα βουνό. Όταν ο Higgs έκανε την ανακάλυψή του, δεν ξέραμε καν πού ήταν το βουνό ή πόσο ψηλό ήταν. Το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής δεν υπήρχε καν. Υπήρχε μια αόριστη επίγνωση ότι κάπου σε αυτή την κορυφή, υπήρχε ένα μποζόνιο Higgs που θα αποδείκνυε ότι όλη αυτή η δομή ήταν εκεί. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, είχαμε μια αίσθηση του πόσο ψηλό ήταν το βουνό. Και το 2012, επιτέλους, πατήσαμε αυτή την κορυφή.Τώρα κατεβαίνουμε από την άλλη πλευρά του βουνού, κατά μήκος των πεδιάδων, που εκτείνονται μέχρι την κλίμακα Planck [το ελάχιστο όριο του σύμπαντος]. Αν έχουμε δίκιο, κάπου εκεί έξω στις πεδιάδες υπάρχουν άλλες οροσειρές όπου υπάρχουν τα σωματίδια της υπερσυμμετρίας ή σωματίδια σκοτεινής ύλης. Αλλά δεν έχουμε σαφή ένδειξη για το πόσο μακριά πρέπει να περπατήσουμε στις πεδιάδες για να δούμε τις νέες οροσειρές. Αυτή είναι η διαφορά ανάμεσα στο πού βρισκόμαστε τώρα και το πού ήμασταν τις τελευταίες δεκαετίες. Δεν έχουμε κανέναν πειστικό τρόπο να δούμε πόσο μακριά πρέπει να πάμε. Είναι ασύλληπτο.

https://physicsgg.me/2022/06/26/πώς-το-μποζόνιο-higgs-κατέστρεψε-τη-ζωή-του-p/

[Δροσος Γεωργιος]

Τι γνωρίζετε για το σωματίδιο Ηiggs

Στις 4 Ιουλίου συμπληρώνονται 10 χρόνια από την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs. Έχουν γραφτεί τόσο πολλά που κάποιοι θεωρούν ότι ξέρουν σχεδόν τα πάντα γι αυτό. Εσείς τελικά πόσο ειδήμονας γίνατε σχετικά με το Higgs; Για να το βρείτε κάντε το διαδραστικό τεστ πατώντας ΕΔΩ.

https://forms.office.com/pages/responsepage.aspx?id=DQSIkWdsW0yxEjajBLZtrQAAAAAAAAAAAAMAANZbYq5UMTAzVVpHVzRTTzVMNkoxUjZYR1dONUFQMC4u

οι ερωτήσεις:

1. Σε τι αναφέρεται η λέξη “Higgs”;
(α) σε ένα σωματίδιο
(β) σε ένα πεδίο
(γ) σε έναν μηχανισμό
(δ) σε έναν Σκωτσέζο θεωρητικό φυσικό
(ε) σε όλα τα παραπάνω.😄

2. Ποιο σωματίδιο στο Καθιερωμένο Μοντέλο έχει το μεγαλύτερο φυσικό μέγεθος;
(α) το μποζόνιο Higgs
(β) το τοπ (κορυφαίο) κουαρκ
(γ) το ηλεκτρόνιο
(δ) το φωτόνιο
(ε) κανένα από τα παραπάνω, όλα τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν το ίδιο μέγεθος😄

3. Κατά μέσο όρο, τα μποζόνια Higgs μπορούν να ζήσουν:
(α) περισσότερο από τον χρόνο ζωής του σύμπαντος
(β) Περίπου 100 χρόνια
(γ) Περίπου 15 λεπτά
(δ) Περίπου 100 yoctoseconds (ή 10^–22 sec)😄

4. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις ισχύει για το πεδίο Higgs;
(α) Μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα.
(β) Υπάρχει παντού στο σύμπαν.😄
(γ) Αλληλεπιδρά με όλα τα σωματίδια με τον ίδιο τρόπο.
(δ) Είναι υπεύθυνο για ολόκληρη τη μάζα ενός ατόμου

5. Ποιο πρόβλημα έλυσε ο μηχανισμός Higgs στη φυσική;
(α) Εξήγησε γιατί τα φωτόνια δεν έχουν έχουν μάζα.
(β) Εξήγησε τις μεγάλες μάζες των μποζονίων W και Z.😄
(γ) Εξήγησε τη χαμηλή μάζα του μποζονίου Higgs.
(δ) Εξήγησε τον κοσμικό πληθωρισμό.

6. Ποιος συνέβαλε στη θεωρητική ερμηνεία του μηχανισμού Higgs;
(α) οι Fritz και Heinz London
(β) ο Philip Anderson
(γ) ο Yoichiro Nambu
(δ) Οι συγγραφείς των τριών δημοσιεύσεων το 1964 στο PRL για το σπάσιμο της συμμετρίας: François Englert και Robert Brout, Gerald Guralnik, Carl Hagen και Tom Kibble, και Peter Higgs
(ε) Οι Steven Weinberg και Abdus Salam
(ζ) Όλοι οι παραπάνω και πολλοί άλλοι😄

7. Πώς ανακάλυψαν για πρώτη φορά οι επιστήμονες το μποζόνιο Higgs;
(α) Παρατήρησαν τη διάσπασή του σε bottom (πυθμένες ή χαμηλά) κουάρκ
(β) Παρατήρησαν τη διάσπασή του σε top (κορυφαία) κουάρκ.
(γ) Παρατήρησαν τη διάσπασή του σε νετρίνα.
(δ) Παρατήρησαν τη διάσπασή του σε φωτόνια.😄
(ε) Παρατήρησαν τη διάσπασή του σε σκοτεινή ύλη.

8. Ποιοι επιταχυντές σωματιδίων παρήγαγαν μποζόνια Higgs;
(α) Ο Μεγάλος Επιταχυντής Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων (LEP)
(β) Ο επιταχυντής Tevatron
(γ) Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC)
(δ) Ολοι οι παραπανω😄

9. Το μποζόνιο Higgs στο Καθιερωμένο Πρότυπο ταυτίζεται με το αντισωματίδιό του
(α) Σωστό😄
(β) Λάθος

οι απαντησεις:

[Δροσος Γεωργιος]

Η επιβράβευση των κβαντικών αλγορίθμων με 3 εκατ. δολάρια.

… και τα υπόλοιπα βραβεία Breakthrough σχετικά με την Φυσική

Το βραβείο θεμελιώδους φυσικής 2023 των 3 εκατομμυρίων δολαρίων από το Breakthrough Prize Foundation μοιραζονται οι φυσικοί:
Charles H. Bennett, IBM Thomas J. Watson Research Center
Gilles Brassard, Université de Montréal
David Deutsch, Oxford University
Peter W. Shor, MIT
για την πρωτοποριακή συνεισφορά τους στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών.

Ο David Deutsch είναι ένας θεωρητικός φυσικός που δεν είχε ποτέ κανονική δουλειά, και τώρα συνεργάζεται με το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Το 1985 δημοσίευσε τον περίφημο αλγόριθμό του (αλγόριθμος Deutsch), ο οποίος – στην πιο «παιδική» του μορφή – προορίζεται για έναν κβαντικό υπολογιστή με δυο μόνο κβαντοδυφία (*) (qubits) και αποσκοπεί στην επίλυση ενός εξίσου «παιδικού» προβλήματος. Το σημαντικό είναι ότι η εφαρμογή του αλγορίθμου απάντησε στο απλό πρόβλημα με ένα μόνο «τρέξιμο» της μηχανής έναντι δυο που θα απαιτούσε ένας κλασικός υπολογιστής. Κι αυτό οφείλεται σε ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό του τρόπου λειτουργίας ενός κβαντικού υπολογιστή – τον κβαντικό παραλληλισμό. Ότι δηλαδή ο υπολογιστής εκμεταλλεύεται τη δυνατότητα των κβαντοδυφίων να υπάρχουν σε κάθε δυνατή επαλληλίατων καταστάσεων |0> και |1> και εκτελεί έτσι το εκάστοτε πρόγραμμα και για τη μία και για την άλλη τιμή της δυαδικής μεταβλητής x(=0 ή 1).
Η εργασία του Deutsch το 1985 [Quantum theory as a universal physical theory] άνοιξε το δρόμο για τους στοιχειώδεις κβαντικούς υπολογιστές που εργάζονται σήμερα οι επιστήμονες.

Ο Peter W. Shor καθηγητής εφαρμοσμένων μαθηματικών στο ΜΙΤ, το 1994 επινόησε έναν κβαντικό αλγόριθμο, βασισμένο στον μετασχηματισμό Fourier, χάρις στον οποίο έγινε για πρώτη φορά εφικτή η επίλυση ενός από τα δυσκολότερα προβλήματα στην ιστορία των μαθηματικών και της επιστήμης των υπολογιστών, της παραγοντοποίησης ενός πολύ μεγάλου ακέραιου αριθμού [Algorithms for quantum computation: discrete logarithms and factoring].

https://ieeexplore.ieee.org/document/365700

Ο Gilles Brassard από το Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ και ο Charles Bennett της IBM στη Νέα Υόρκη, εφηύραν το πρωτόκολλο BB84 για την κβαντική κρυπτογραφία [Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing] και την κβαντική τηλεμεταφορά – ενός τρόπου αποστολής κβαντικών πληροφοριών από το ένα μέρος στο άλλο [Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels].

Επιπλέον, το βραβείο Νέοι Ορίζοντες στη Φυσική 2023 μοιράζονται οι φυσικοί:
David Simmons-Duffin, Caltech
Για την ανάπτυξη αναλυτικών και αριθμητικών τεχνικών στη μελέτη σύμμορφων θεωριών πεδίου, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που περιγράφουν το κρίσιμο σημείο κατά την μετάβαση στην φάση υπερρευστότητας.
Anna Grassellino, Fermilab
Για την βελτίωση της απόδοσης σε κοιλότητες υπεραγώγιμων ραδιοσυχνοτήτων από νιόβιο, με εφαρμογές από τη φυσική των επιταχυντών έως τις κβαντικές διατάξεις.
Hannes Bernien, University of Chicago – Manuel Endres, Caltech – Adam M. Kaufman, JILA, National Institute of Standards and Technology and University of Colorado – Kang-Kuen Ni, Harvard University – Hannes Pichler, University of Innsbruck and Austrian Academy of Sciences – Jeff Thompson, Princeton University
Για την ανάπτυξη διατάξεων οπτικών λαβίδων για τον έλεγχο μεμονωμένων ατόμων που απαιτούνται στους κβαντικούς υπολογιστές, τη μετρολογία και τη μοριακή φυσική.

Τα βραβεία Breakthrough δημιουργήθηκαν το 2012 με βασικό χρηματοδότη τον ρώσο δισεκατομμυριούχο και πρώην θεωρητικό φυσικό Γιούρι Μίλνερ, αλλά και άλλους επιχειρηματίες, όπως ο Μαρκ Ζάκερμπεργκ του Facebook.

πηγή: https://breakthroughprize.org/News/73

(*) Τι είναι το κβαντοδυφίο (qubit);
Έτσι ονομάζεται η βασική μονάδα μνήμης των κβαντικών υπολογιστών.
Στους γνωστούς κλασικούς υπολογιστές η βασική μονάδα πληροφορίας εγγραφής και επεξεργασίας της πληροφορίας στο δυαδικό σύστημα, με τα γνωστά ψηφία 0 και 1, χρησιμοποιείται ο όρος δυφίο (bit=binary digit). Το bit,  στοιχειώδης μονάδα πληροφορίας, αποθηκεύεται σε κάποιο κλασικό φυσικό σύστημα που μπορεί να βρίσκεται σε δυο καταστάσεις όπως: οι δυο κατευθύνσεις μαγνήτισης, οι δυο θέσεις ενός διακόπτη, δυο τάσεις ηλεκτρικού ρεύματος κ.λπ.
Στους κβαντικούς υπολογιστές η βασική μονάδα εγγραφής δεν είναι ένα κλασικό σύστημα αλλά κβαντικό. Για παράδειγμα ένα άτομο υδρογόνου στη θεμελιώδη κατάσταση, όπου το μηδέν αντιπροσωπεύεται από την ηλεκτρονιακή κατάσταση με σπιν πάνω και το ένα από την κατάσταση με σπιν κάτω.
Συμβολίζουμε την κατάσταση με σπιν πάνω με |0> και την κατάσταση με σπιν κάτω με |1˃. Εφόσον το άτομο είναι ένα κβαντικό σύστημα, εκτός από τις δυο καταστάσεις |0> και |1>, θα είναι επίσης μια πραγματοποιήσιμη κατάσταση και κάθε γραμμικός συνδυασμός της μορφής |ψ> = α |0> + β |1>. όπου α²+ β²=1.
Και εδώ βρίσκεται η πηγή της θεμελιώδους διαφοράς μεταξύ ενός κλασικού και ενός κβαντικού υπολογιστή. Ότι στους κβαντικούς υπολογιστές η βασική μονάδα μνήμης μπορεί να βρίσκεται όχι μόνο στις καταστάσεις 0 και 1 αλλά και σε κάθε δυνατή επαλληλία (υπέρθεση) τους. Γι αυτό, στην περίπτωση των κβαντικών υπολογιστών μιλάμε για κβαντοδυφία (qubit=quantum bit).[Κβαντομηχανική ΙΙ, Στέφανος Τραχανάς]

https://www.cup.gr/book/kvantomichaniki-ii/

https://physicsgg.me/2022/09/23/η-επιβράβευση-των-κβαντικών-αλγορίθμ/

 

Κοινοποιήστε:

[Δροσος Γεωργιος]

Το σπάσιμο του καθρέφτη της ομοτιμίας

Οι φυσικοί Chen-Ning Yang (αριστερά) και Tsung-Dao Lee, βραβεύθηκαν το 1957 Νόμπελ Φυσικής, για την δημοσίευσή τους σχετικά με την παραβίαση της ομοτιμίας

Τον Νοέμβριο του 1954, ο Wolfgang Pauli – ένας από τους μεγαλύτερους φυσικούς του 20ου αιώνα – είδε ένα όνειρο τόσο παράξενο ώστε ακόμη και μετά από τρία χρόνια το συγκρατούσε στη μνήμη του. Όπως συνήθιζε το περιέγραψε σε μια επιστολή που έστειλε στον ψυχαναλυτή Carl Jung. Ο Pauli έδειχνε μεγάλο ενδιαφέρον για την έννοια της συμμετρίας, τόσο στη φυσική όσο και στην ψυχολογία, όπου θεωρούσε το συνειδητό και το ασυνείδητο ως κατοπτρικά μεταξύ τους είδωλα. Στο εν λόγω όνειρο βλέπει ότι βρίσκεται με μια σκοτεινή γυναίκα – την ανιμά του – σε ένα δωμάτιο στο οποίο εκτελούνται πειράματα με αντικατοπτρισμούς. Οι «άλλοι» που βρίσκονται στο δωμάτιο πιστεύουν ότι οι αντικατοπτρισμοί δείχνουν πραγματικά αντικείμενα, όμως ο Pauli και η σκοτεινή γυναίκα γνωρίζουν ότι πρόκειται απλά για κατοπτρικά είδωλα. Και το κρατούν μυστικό. «Το μυστικό αυτό μας γεμίζει με φόβο». Κατά διαστήματα, η σκοτεινή γυναίκα μεταμορφώνεται στην Κινέζα που εμφανιζόταν σε προηγούμενα όνειρα και είχε παρουσιάσει τον Pauli μπροστά στους «αγνώστους»Η Κινέζα, σύμφωνα με τον Jung, αντιπροσωπεύει την ολιστική πλευρά της σκοτεινής γυναίκας, καθότι η κινεζική φιλοσοφία επιδιώκει να συμφιλιώσει τα αντίθετα.
Ο Pauli υπέθεσε ότι οι «άλλοι» αντιπροσωπεύουν τη συλλογική άποψη την οποία εξέλαβε ως «δικές του συμβατικές αντιρρήσεις … προς ορισμένες ιδέες – και τον φόβο του γιαυτές». Το πρόβλημα με το οποίο παλεύει είναι ότι «δεν υπάρχει συμμετρία ‘αντικειμένων’ και ‘ αντικατοπτρισμών’ στο όνειρο αυτό, εφόσον όλη η ουσία έγκειται στη διάκριση μεταξύ των δυο. Μολονότι αυτός μπορεί να αντιληφθεί πως ότι φαίνεται ως αντικείμενο είναι απλά αντικατοπτρισμός, δεν συμβαίνει το ίδιο και με τους «άλλους». Στο όνειρο αυτό δεν υπάρχει κατοπτρική συμμετρία. Κάτι που είναι αδύνατο.

Η διατήρηση της κατοπτρικής συμμετρίας ή της ομοτιμίας (parity), το αναλλοίωτο σε μετασχηματισμούς αναστροφής χώρου, πιο απλά, η συμμετρία αριστερού-δεξιού, μεταφέρθηκε από την κλασική στην κβαντική φυσική από τον Wigner προς το τέλος της δεκαετίας του 1920, παίρνοντας μια θέση στο βάθρο των «αναμφισβήτητων» αρχών διατήρησης. Έτσι, όταν το 1929 ο Weyl πρότεινε μια κυματική εξίσωση Dirac δυο συνιστωσών για σωματίδια με μηδενική μάζα και σπιν ½, ο Pauli την απέρριψε ακριβώς επειδή παραβίαζε την αρχή διατήρησης της ομοτιμίας (Η εξίσωση Weyl αποκαταστάθηκε πολύ αργότερα, μετά την ανακάλυψη της μη διατήρησης της ομοτιμίας). Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1950, οι φυσικοί δεν αμφισβητούσαν το δόγμα της διατήρησης της ομοτιμίας.

Ο Pauli πίστευε φανατικά στην διατήρηση κατοπτρικής συμμετρίας, ότι η φύση δεν διακρίνει μεταξύ του «αριστερά» και του «δεξιά». Πως αν εκτελέσουμε ένα πείραμα και παρατηρήσουμε το είδωλό του στον καθρέπτη θα διαπιστώσουμε ότι αυτά τα δυο είναι πανομοιότυπα. Το δεύτερο θα πρέπει να αποτελεί τέλεια κατοπτρική ανάκλαση του πρώτου. Στα μαθηματικά η διατήρηση της ομοτιμίας συνεπάγεται ότι μια εξίσωση της φυσικής πρέπει να παραμείνει αναλλοίωτη κατά την εναλλαγή αριστερού-δεξιού.Τη εποχή που είδε το όνειρο με την Κινέζα και τους αντικατοπτρισμούς που δεν ήταν αντικατοπτρισμοί, ο Pauli έγραφε ένα άρθρο-ορόσημο με αφορμή τα εβδομηκοστά γενέθλια του Bohr, όπου εκλάμβανε την διατήρηση της ομοτιμίας ως αξίωμα. Τότε όμως δεν έδωσε στο όνειρο περαιτέρω σημασία.Τον Ιούνιο του 1956 – δυο κινεζικής καταγωγής αμερικανοί φυσικοί, ο Chen-Ning Yang και ο Tsung-Dao Lee έστειλαν στον Pauli ένα άρθρο τους. Σ’ αυτό αποδείκνυαν ότι στην ασθενή αλληλεπίδραση δεν διατηρείται η κατοπτρική συμμετρία ή ομοτιμία. Ο Pauli χαμογέλασε ειρωνικά και δεν έδωσε καμία περαιτέρω σημασία στο άρθρο.Εκείνη την εποχή, οι φυσικοί πίστευαν ότι όλες οι γνωστές θεμελιώδεις δυνάμεις – ο ηλεκτρομαγνητισμός, η βαρύτητα, η ισχυρή δύναμη και η ασθενής δύναμη – υπάκουαν στη συμμετρία ομοτιμίας, ότι όλοι νόμοι της φύσης είναι αμφιδέξιοι. Γιατί το σύμπαν να μην φαίνεται το ίδιο στον καθρέφτη;Η εργασία των Lee και Yang με τίτλο “Question of Parity Conservation in Weak Interactions”, που δημοσιεύτηκε την 1η Οκτωβρίου 1956, εντυπωσίασε την κοινότητα της φυσικής. Οι ιδέες τους προκάλεσαν μια φρενίτιδα συζητήσεων και πειραμάτων, και μόλις ένα χρόνο μετά μοιράστηκαν το Νόμπελ Φυσικής!

Μια μουντή μέρα του Γενάρη του 1957 στη Ζυρίχη, ο Wolfgang Pauli έγραφε στον συνάδελφό του Victor Weisskopf «είμαι έτοιμος να στοιχηματίσω ένα πολύ μεγάλο ποσό» ότι κανένα πείραμα δεν θα επιβεβαίωνε παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας. Είχε αμφιβολίες σχετικά με την πρόταση των Lee και Yang και αποτύπωσε τον σκεπτικισμό του με την θρυλική διατύπωσή του: «Ich glaube aber nicht, daß der Herrgott ein schwacher Linkshänder ist». (Δεν πιστεύω ότι ο Θεός είναι ασθενής αριστερόχειρας.)Όμως δύο μέρες αργότερα, ο κομψός καθρέφτης της ομοτιμίας γκρεμίστηκε. Μια Κινέζα, η Chien-Shiung Wu, πραγματοποίησε ένα πολύ όμορφο πείραμα, με το οποίο αποδεικνυόταν πέραν πάσης αμφιβολίας η παραβίαση της ομοτιμίας στην περίπτωση των ασθενών αλληλεπιδράσεων. Τα αρχικά δεδομένα από το πείραμα της Wu έδειξαν ότι η θεωρία των Lee και Yang ήταν σωστή. Ο Pauli έγραψε: «Sehr aufregend. Wie sicher ist die Nachricht;» (Πολύ συναρπαστικό. Πόσο σίγουρο είναι αυτό το νέο;).

Με ένα ιστορικό πείραμα η Chien-Shiung Wu έδειξε ότι η φύση μερικές φορές παραβίαζε την ομοτιμία, αποδεικνύοντας την ορθότητα της θεωρίας των Lee και Yang. Παρά τον καθοριστικό της ρόλο, η Wu δεν βραβεύθηκε ποτέ με Νόμπελ για τη εργασία της – όπως συνέβη με τους Lee and Yang.

Την δεκαετία του 1950, οι φυσικοί μαστίζονταν από ένα πρόβλημα γνωστό ως παράδοξο ταυ – θήτα. Τα σωματίδια τ⁺ και θ⁺ – που τώρα ονομάζονται καόνια- είχαν την ίδια μάζα, ίδιο φορτίο, ίδιο χρόνο ζωής, όμως το ένα αποσυντίθετο σε δυο πιόνια: (θ⁺→ π⁺ + π⁰), ενώ το άλλο σε τρία: τ⁺→ π⁺ + π⁰ + π⁰ ή π⁺ + π⁺ + π⁻.Οι υποθέσεις για την επίλυση του γρίφου τ-θ πολλαπλασιάζονταν. Μερικοί φυσικοί πρότειναν ότι τα σωματίδια δεν ήταν τελικά πανομοιότυπα – ότι το ταυ ήταν λίγο βαρύτερο από το θήτα – ή ότι οι υψηλοί αριθμοί σπιν μπορεί να εξηγήσουν την παράξενη διάσπαση. Τα πειράματα απέδειξαν γρήγορα ότι όλα αυτά τα μοντέλα ήταν λάθος.Σε ένα συνέδριο τον Απρίλιο του 1956, ο Yang συζήτησε τον γρίφο τ-θ, προκαλώντας μια έντονη συζήτηση. Κάποια στιγμή, ο Richard Feynman έθεσε μια ερώτηση στον Martin Block: «Μήπως … η ομοτιμία δεν διατηρείται… μήπως η φύση έχει έναν τρόπο να ορίζει μοναδικά τη δεξιοχειρία ή την αριστεροχειρία;» Ο Yang απάντησε ότι αυτός και ο Lee είχαν ερευνήσει την ερώτηση αλλά δεν κατέληξαν σε οριστικό συμπέρασμα.Μετά το συνέδριο, ο Lee έκανε μια σημαντική ανακάλυψη μιλώντας με τον Jack Steinberger, την οποία θυμήθηκε κατά τη διάρκεια μιας ομιλίας του 2001: «Αν η ομοτιμία δεν διατηρείται στις διασπάσεις παράξενων σωματιδίων, θα μπορούσε να υπάρξει μια ασυμμετρία μεταξύ των γεγονότων… Αυτό είναι το κλειδί που λείπει!» Η συζήτηση οδήγησε τον Steinberger και τους συναδέλφους του να αναζητήσουν παραβίαση ομοτιμίας στη διάσπαση υπερονίων, αλλά με πολύ λίγα δεδομένα -μόλις 48 ανιχνευμένα σωματίδια- τα αποτελέσματά τους ήταν ασαφή.Εν τω μεταξύ, ο Lee και ο Yang άρχισαν να εξετάζουν τα υπάρχοντα δεδομένα. Σύμφωνα με τον ιστορικό της φυσικης Allan Franklin, εκείνη την εποχή όλοι πίστευαν ορθά – τουλάχιστον από όσο γνωρίζουμε τώρα – ότι η ομοτιμία διατηρείται στις ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Είχε επιβεβαιώσει κανείς ότι η ομοτιμία διατηρείται στις ασθενεις αλληλεπιδράσεις; Η απάντηση των Lee και Yang ήταν όχι. (Στην πραγματικότητα, τα πειράματα στη δεκαετία του 1930 είχαν ήδη αποκαλύψει παραβίαση της ομοτιμίας, αλλά κανείς δεν έδωσε σημασία, λέει ο Franklin.)Πολλοί φυσικοί, όπως ο Pauli, αμφισβητούσαν την παραβίαση της ομοτιμίας. «Γιατί η φύση πρέπει να διακρίνει μεταξύ αριστερά και δεξιά;» λέει ο Franklin. Ο Feynman πόνταρε εναντίον του 50 προς 1 και ο Felix Bloch είπε στους συναδέλφους του στο Stanford ότι θα στοιχημάτιζε το καπέλο του. Αργότερα εκμυστηρεύτηκε στον Lee, ότι ήταν τυχερός που δεν είχε καπέλο.Τελικά ο γρίφος λύθηκε από τους Lee και Yang διατυπώνοντας την υπόθεση ότι οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις παραβιάζουν τη διατήρησης της ομοτιμίας. Η υπόθεση ήταν αποδεκτή από τους πειραματικούς φυσικούς, αλλά αντιμετωπίστηκε ως ύβρις από τους θεωρητικούς. Κι αυτό γιατί η ομοτιμία είναι μια συμμετρία του χωροχρόνου όπως και οι στροφές, επομένως έπερεπε να διατηρείται απολύτως.Πέρα από τις αμφιβολίες, οι πειραματιστές άρπαξαν την ιδέα των Lee και Yang. Η Chien Shiung Wu, συνάδελφός τους στο Columbia, εγκατέλειψε όλα τα σχέδιά της και σχεδίασε ένα πείραμα χρησιμοποιώντας την διάσπαση του κοβαλτίου-60. Μέχρι τον Δεκέμβριο, είχε αρκετά δεδομένα για να αποδείξει την παραβίαση της ομοτιμίας.Όταν οι συνάδελφοι φυσικοί στο Columbia, Leon Lederman και Richard Garwin, άκουσαν για το επίτευγμα της Wu, συνειδητοποίησαν ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν μια δέσμη μιονίων για να επιβεβαιώσουν το αποτέλεσμά της. Αργά το βράδυ της Παρασκευής, ο Lederman, Garwin και ένας μεταπτυχιακός φοιτητής ονόματι Marcel Weinrich έστησαν ένα πείραμα χρησιμοποιώντας καθημερινά απλά υλικά.«Μέχρι τις έξι το πρωί, ήμασταν σε θέση να καλέσουμε συναδέλφους και να τους πούμε ότι οι νόμοι της ομοτιμίας παραβιάζουν την κατοπτρική συμμετρία», θυμόταν αργότερα ο Lederman. Το σύμπαν, με διαφορά περίπου 1 στις 10.000, έδειχνε να «κλίνει» προς τα αριστερά και όχι δεξιά.Και τα δύο πειράματα δημοσιεύτηκαν στις 15 Φεβρουαρίου 1957 στο Physical Review. Παρά τον πρωταγωνιστικό ρόλο της Wu και τις 26 υποψηφιότητές της για Νόμπελ, δεν έλαβε ποτέ το βραβείο, κάτι που προκαλούσε την οργή συναδέλφων της, όπως ο Pauli. Η πρώτη της αναγνώριση για την πειραματική επαλήθευση της παραβίασης της ομοτιμίας ήρθε μετά από πολύ καιρό, με το βραβείο Wolf το 1978.

Χιουμοριστική επιστολή Pauli προς Bohr:
«Με μεγάλη λύπη μας γνωστοποιούμε ότι η για πολλά χρόνια αγαπημένη μας φίλη
ΟΜΟΤΙΜΙΑ
πέθανε γαλήνια στις 19 Ιανουαρίου 1957, μετά από μια σύντομη ταλαιπωρία που υπέστη λόγω πειραματικής μεταχείρισης,
Εκ μέρους των συγγενών
e, μ, ν

Η ανακάλυψη της παραβίασης της ομοτιμίας έβαλε στο επίκεντρο την έρευνα για την ανακάλυψη της παραβίασης συζυγίας φορτίου και ομοτιμίας (CP) και άλλων φαινομένων που σπάζουν τη συμμετρία που οδήγησαν στην διαρύπωση του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωμτιδίων. «Το γεγονός ότι η ίδια η ομοτιμία παραβιάστηκε ήταν απλώς μια τεράστια αλλαγή στον τρόπο που σκεφτόμαστε», λέει ο Franklin.Οι φυσικοί που είχαν αντιμετωπίσει τις συμμετρίες της φύσης με θρησκευτική ευλάβεια, ένιωσαν μια συγκλονιστική προδοσία. Όπως είπε ο Yang στην ομιλία κατά την απονομή του βραβείου Νόμπελ: «Αυτή η προοπτική δεν μας άρεσε. Αντίθετα, μπορούμε να πούμε πως οδηγηθήκαμε σ’ αυτή με μεγάλη δυσφορία».

https://physicsgg.me/2022/10/03/το-σπάσιμο-του-καθρέφτη-της-ομοτιμίας/

[Δροσος Γεωργιος]

Η ερμηνεία της υπεραγωγιμότητας του υδραργύρου.

… 111 χρόνια μετά την ανακάλυψή της

O Heike Kamerlingh Onnes στο εργαστήριο κρυογονικής του πανεπιστημίου Λέιντεν

Ο Χάικε Κάμερλιν Όνες (Heike Kamerlingh Onnes. 1853 – 1926) ήταν Ολλανδός πειραματικός φυσικός και νομπελίστας ο οποίος πρωτοπόρησε σε μεθόδους ψύξης και διερεύνησε πως συμπεριφέρονται τα υλικά όταν ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Το εργαστήριο κρυογονικής που δημιούργησε με «προτεσταντική» αυστηρότητα αποτέλεσε πρότυπο για τα ερευνητικά ινστιτούτα του 20ου αιώνα.
Δεν παρέλειπε ποτέ να τονίζει ότι οι φυσικές παρατηρήσεις πρέπει να εκτελούνται με αστρονομική ακρίβεια. Σε μια διάλεξή του στο Λέιντεν είπε τα εξής: «η επιδίωξη ποσοτικών ερευνών, δηλαδή ερευνών που εδραιώνουν σχέσεις ανάμεσα σε μετρήσεις φαινομένων, θα έπρεπε να κατέχει την πρώτη θέση στην πειραματική πρακτική των φυσικών. Δια της μετρήσεως προς την γνώση (Door meten tot weten) ιδού τι θα ήθελα να γράψω ως σύνθημα πάνω από την είσοδο κάθε εργαστηρίου φυσικής».Το 1911, ο Kamerlingh Onnes χρησιμοποίησε υγρό ήλιο – ήταν ο πρώτος που κατάφερε να το υγροποιήσει – για να ψύξει τον υδράργυρο σε θερμοκρασία μερικούς βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν (T_C=4 Κ). Έτσι, ανακάλυψε ότι σ’ αυτή τη θερμοκρασία η ηλεκτρική του αντίσταση μηδενιζόταν:

 Η γραφική παράσταση της αντίστασης του υδραργύρου συναρτήσει της θερμοκρασίας που προέκυψε από τα πειράματα του Onnes. Στις 28 Απριλίου roy 1911 ο Onnes παρουσίασε μια αναφορά για τα αποτελέσματα των ερευνών του στην Βασιλική Ακαδημία Επιστημών του Άμστερνταμ.
Ονόμασε το νέο φαινόμενο «υπεραγωγιμότητα». Το 1913 του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ. Στη διάλεξη που έδωσε κατά τη διάρκεια της τελετής απονομής διατύπωσε την άποψη πως το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας πιθανόν να συνδέεται με την κβάντωση της ενέργειας που ανακάλυψε ο Max Planck στις αρχές του 20ου αιώνα. 

Καμία μικροσκοπική θεωρία μέχρι σήμερα δεν είχε καταφέρει να εξηγήσει πλήρως τη υπεραγώγιμη συμπεριφορά του υδραργύρου και να προβλέψει την κρίσιμη θερμοκρασία του T_C=4,15 Κ.
111 χρόνια μετά την ανακάλυψη του Onnes, οι φυσικοί Trescaet al στην δημοσίευσή τους με τίτλο «Why mercury is a superconductor» υποστηρίζουν πως το κατάφεραν.

https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.106.L180501

Χρησιμοποιώντας βασικές αρχές της φυσικής υπολόγισαν με ακρίβεια την θερμοκρασία T_C του υδραργύρου, κάτι που θα μπορούσε να βοηθήσει στην αναζήτηση υπεραγωγών σε θερμοκρασία δωματίου.Ο υδράργυρος αποτελεί εξαίρεση μεταξύ των συμβατικών υπεραγωγών, οι περισσότεροι από τους οποίους μπορούν να περιγραφούν επιτυχώς με σύγχρονες θεωρητικές μεθόδους. Για να αντιμετωπίσουν τις μοναδικές προκλήσεις του υδραργύρου, ο Gianni Profeta από το Πανεπιστήμιο της L’Aquila, και οι συνεργάτες του εξέτασαν όλες τις φυσικές ιδιότητες που σχετίζονται με την συμβατική υπεραγωγιμότητα, όπου πραγματοποιείται σύζευξη ηλεκτρονίων με φωνόνια. Συγκεκριμένα, οι ερευνητές υπολόγισαν σχετικιστικά φαινόμενα τα οποία αλλάζουν τις συχνότητες των φωνονίων, που είχαν αγοηθεί σε παλαιότερες μελέτες. Έτσι, βελτίωσαν την περιγραφή των φαινομένων συσχέτισης ηλεκτρονίων που τροποποιούν τις ηλεκτρονικές ζώνες και έδειξαν ότι τα d-ηλεκτρόνια του υδραργύρου προκάλούν ένα ανώμαλο φαινόμενο θωράκισης που ευνοεί την υπεραγωγιμότητα, μειώνοντας την άπωση Coulomb μεταξύ των υπεραγώγιμων ηλεκτρονίων. Με αυτές τις βελτιώσεις, κατέληξαν στον υπολογισμό της κρίσιμης θερμοκρασίας T_C για τον υδράργυρο η οποία ήταν μόνο 2,5% χαμηλότερη από την πειραματική τιμή.Η ερμηνεία της υπεραγώγιμης συμπεριφοράς του υδραργύρου, του αρχαιότερου υπεραγωγού, θα βρει μια θέση στα βιβλία φυσικής, αλλά μπορεί επίσης να προσφέρει πολύτιμα μαθήματα στην περαιτέρω έρευνα της υπεραγωγιμότητας, υποστηρίζει ο Profeta.

https://physicsgg.me/2022/11/06/η-ερμηνεία-της-υπεραγωγιμότητας-του-υ/

[Δροσος Γεωργιος]

Το μυστήριο του σπιν.

Σύμφωνα με τα σχολικά βιβλία «ο κβαντικός αριθμός του σπιν ενός ηλεκτρονίου καθορίζει την ιδιοπεριστροφή του ηλεκτρονίου…. Σε κάθε τροχιακό δε μπορούμε να έχουμε περισσότερα από δύο ηλεκτρόνια και επιπλέον το ένα περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του αντίθετα από το άλλο, δηλαδή έχουν αντίθετη ιδιοπεριστροφή (σπιν)…» Και δεδομένου ότι το ηλεκτρόνιο είναι φορτισμένο σωματίδο θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ότι η αντίθετη ιδιοπεριστροφή των ηλεκτρονίων δημιουργεί δυο μαγνητάκια που έλκονται μεταξύ τους… Το περίεργο είναι πως αν αποδεχτούμε ότι το ηλεκτρόνιο «ιδιοπεριστρέφεται», αυτή η περιστροφή ουδέποτε επιβραδύνεται, ούτε επιταχύνεται και γιαυτό η τιμή της είναι πάντα ή +1/2 ή -1/2!Κι όμως, τα ηλεκτρόνια δεν περιστρέφονταιγύρω από τον άξονά τους. Δεν γίνεται να περιστρέφονται. Αν περιστρέφονταν πραγματικά τόσο γρήγορα ώστε να εξηγούν όλη τη συμπεριφορά που εμφανίζουν ως σπιν, τότε οι επιφάνειές τους (αν είχαν) θα κινούνταν πολύ πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός!Το σπιν είναι πολύ σημαντικό για την κατανόηση του κόσμου μας. Αν τα ηλεκτρόνια δεν είχαν σπιν, η καρέκλα σας θα κατέρρεε σε ένα μικρό κλάσμα του μεγέθους της. Θα κατέρρεες κι εσύ – αλλά αυτό θα ήταν το μικρότερο από τα προβλήματά σου. Χωρίς σπιν, ολόκληρος ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων θα εξαφανιζόταν και μαζί του όλη η χημεία. Στην πραγματικότητα, δεν θα υπήρχαν καθόλου μόρια.

Η δημοσίευση ενός λάθους

Η έννοια του σπιν των σωματιδίων με την εμφάνισή της προκάλεσε σύγχυση στους φυσικούς. Το 1925, δύο νεαροί Ολλανδοί φυσικοί, οι Samuel Goudsmit και George Uhlenbeck, προβληματίστηκαν από την τελευταία εργασία του διάσημου (και γνωστού για την καυστικότητά του) φυσικού Wolfgang Pauli. Ο Pauli, σε μια προσπάθεια να εξηγήσει τη δομή των ατομικών φασμάτων και του περιοδικού πίνακα, είχε υποθέσει ότι τα ηλεκτρόνια έπρεπε να παίρνουν «δύο τιμές που δεν περιγράφονται κλασικά». Αλλά ο Pauli δεν είχε πει σε ποια φυσική ιδιότητα του ηλεκτρονίου αντιστοιχούσε η νέα του τιμή, και οι Goudsmit και Uhlenbeck αναρωτήθηκαν τι θα μπορούσε να είναι.Το μόνο που ήξεραν, ήταν αυτό που υποψιαζόντουσαν όλοι οι φυσικοί εκείνη την εποχή – ότι η νέα τιμή του Pauli συνδέθηκε με διακριτά ‘κβάντα’ μιας γνωστής ιδιότητας από την κλασική νευτώνεια φυσική, που ονομάζεται στροφορμή. Οι Goudsmit και Uhlenbeck σκέφτηκαν αν αποδώσουν στο ηλεκτρόνιο την στροφορμή που έχει ένα σώμα που περιστρέφεται γύρω από άξονά του, όπως η ιδιοπεριστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της. Έτσι, αν τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να περιστρέφονται δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα, τότε αυτό θα εξηγούσε τις δυο τιμές που θεωρούσε ο Pauli.Γεματοι ενθουσιασμό οι Goudsmit και Uhlenbeck έγραψαν παρουσίασαν τη νέα τους ιδέα στον μέντορά τους, Paul Ehrenfest. Ο Ehrenfest, στενός φίλος του Αϊνστάιν και σημαντικός φυσικός από μόνος του, θεώρησε ότι η ιδέα ήταν ενδιαφέρουσα. Ενώ το σκεφτόταν, είπε στους δύο πρόθυμους νεαρούς φυσικούς να συμβουλευτούν τον Hendrik Antoon Lorentz – τον σοφό γέροντα της ολλανδικής φυσικής.Αλλά ο Lorentz εντυπωσιάστηκε λιγότερο από την ιδέα του σπιν σε σχέση με τον Ehrenfest. Όπως επεσήμανε στον Uhlenbeck, το ηλεκτρόνιο ήταν γνωστό ότι ήταν πολύ μικρό (<10^-14m), τουλάχιστον 3.000 φορές μικρότερο από ένα άτομο – και τα άτομα ήταν ήδη γνωστό ότι είχαν διάμετρο περίπου το ένα δέκατο του νανομέτρου, ένα εκατομμύριο φορές μικρότερο από το πάχος ενός φύλλου χαρτιού. Με ένα τόσο μικρό ηλεκτρόνιο και με την ακόμη μικρότερη μάζα του (9×10^-31kg) – ένα δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του γραμμαρίου – δεν υπήρχε περίπτωση να περιστρέφεται αρκετά γρήγορα για να εξηγήσει την στροφορμή που αναζητούσαν ο Pauli και άλλοι. Στην πραγματικότητα, όπως είπε ο Lorentz στον Uhlenbeck, η επιφάνεια του ηλεκτρονίου θα έπρεπε να κινείται 10 φορές πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός (*), κάτι που είναι αδύνατον.Απογοητευμένος, ο Uhlenbeck είπε τα νέα στον Ehrenfest και του είπε να προλάβει την δημοσίευση της εργασίας – καθώς ο μέντοράς του την είχε ήδη στείλει για δημοσίευση. «Είστε και οι δύο αρκετά νέοι για να έχετε την πολυτέλεια μιας βλακείας», είπε ο Ehrenfest . Και είχε δίκιο. Παρά το γεγονός ότι το ηλεκτρόνιο δεν μπορούσε να περιστρέφεται, η ιδέα του σπιν έγινε ευρέως αποδεκτή ως σωστή – όχι με τον συνηθισμένο τρόπο. Αντί να περιστρέφεται ένα ηλεκτρόνιο, κάτι που ήταν αδύνατο, οι φυσικοί ερμήνευσαν το εύρημα ότι το ηλεκτρόνιο έφερε μαζί του κάποια εγγενή στροφορμή, σαν να περιστρεφόταν. Η ιδιότητα αυτή εξακολουθούσε να ονομάζεται «σπιν» και οι Goudsmit και Uhlenbeck αναγνωρίστηκαν ως οι πρωτεργάτες της ιδέας.

Σπιν και απαγορευτική αρχή του Pauli

Το σπιν αποδείχθηκε κρίσιμο για την ερμηνεία των θεμελιωδών ιδιοτήτων της ύλης. Στην ίδια δημοσίευση όπου είχε προτείνει τον νέο κβαντικό αριθμό των δύο τιμών, ο Pauli είχε προτείνει επίσης μια «απαγορευτική αρχή», την ιδέα ότι ποτέ δυο ηλεκτρόνια με τους ίδιους κβαντικούς αριθμούς δεν θα μπορούσαν να καταλάβουν την ίδια ακριβώς κατάσταση. Αν μπορούσαν, τότε όλα τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου θα έπεφταν απλά στην χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση και ουσιαστικά όλα τα στοιχεία θα συμπεριφέρονταν σχεδόν με τον ίδιο τρόπο, εξαλείφοντας την χημεία που ξέρουμε. Το νερό δεν θα υπήρχε. Η ζωή δεν θα υπήρχε. Το σύμπαν θα ήταν βαρετό και αδιάφορο. Στην πραγματικότητα, όπως έγινε αντιληπτό αργότερα, η στερεά ύλη κάθε είδους θα ήταν ασταθής. Αν και η ιδέα του Pauli ήταν ξεκάθαρα σωστή, δεν ήταν σαφές γιατί τα ηλεκτρόνια δεν μπορούσαν να μοιραστούν καταστάσεις. Η απαγορευτική αρχή του Pauli θα δώσει ερμηνείες για όλα όσα μας συμβαίνουν στην καθημερινή ζωή.Σύντομα ανακαλύφθηκε ότι το σπιν είναι μια βασική ιδιότητα όλων των στοιχειωδών σωματιδίων, όχι μόνο των ηλεκτρονίων – που τα διαχωρίζει ως προς την συμπεριφορά τους σε δυο μεγάλες κατηγορίες(**) ανοίγοντας την όρεξη για νέες όψεις της Φυσικής.
Το 1940, ο Pauli και ο Ελβετός φυσικός Markus Fierz απέδειξαν ότι όταν συνδυάζονται η κβαντομηχανική και η ειδική σχετικότητα του Αϊνστάιν, οδηγούν αναπόφευκτα σε μια σύνδεση μεταξύ του σπιν και της στατιστικής συμπεριφοράς της κάθε ομάδας. Η απαγορευτική αρχή του Pauli ήταν απλώς μια ειδική περίπτωση αυτού του θεωρήματος της σπιν-στατιστικής, όπως έγινε γνωστό. Το θεώρημα είναι ένα «πανίσχυρο δεδομένο για τον κόσμο», όπως λέει ο φυσικός Michael Berry. «Βρίσκεται στη βάση της χημείας, της υπεραγωγιμότητας, είναι ένα πολύ θεμελιώδες γεγονός». Και όπως τόσες πολλές βασικές έννοιες στη φυσική, το σπιν βρέθηκε να είναι χρήσιμο και τεχνολογικά. Στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, το σπιν αξιοποιήθηκε για την ανάπτυξη λέιζερ, την εξήγηση της συμπεριφοράς των υπεραγωγών και στην κατασκευή κβαντικών υπολογιστών.Μια περιστρεφόμενη σφαίρα που δεν είναι σφαίρα και δεν περιστρέφεταιΑλλά όλες αυτές οι υπέροχες ανακαλύψεις, εφαρμογές και ερμηνείες εξακολουθούν να αφήνουν στο τραπέζι την ερώτηση των Goudsmit και Uhlenbeck: τι είναι το σπιν; Αν τα ηλεκτρόνια πρέπει να έχουν σπιν, αλλά δεν μπορούν να περιστρέφονται, τότε από πού προέρχεται αυτή η στροφορμή; Η τυπική απάντηση είναι ότι αυτή η ορμή είναι απλώς εγγενής στα υποατομικά σωματίδια και δεν αντιστοιχεί σε καμία μακροσκοπική έννοια της περιστροφής.

Ωστόσο, σύμφωνα με το άρθρο του Scientific American με τίτλο «Quantum Particles Aren’t Spinning. So Where Does Their Spin Come From?», αυτή η απάντηση δεν τους ικανοποιεί όλους.
«Ποτέ δεν μου άρεσε η περιγραφή του σπιν που γίνεται σε ένα μάθημα κβαντικής μηχανικής», λέει ο Charles Sebens, ένας φιλόσοφος της φυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια. Αν και στο βάθος ακούγεται η υποχθόνια απάντηση του Feynmann «ε, και;«,
ο Sebens συνεχίζει απτόητος «… τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται σαν να περιστρέφονται αλλά δεν περιστρέφονται πραγματικά. Εντάξει. Υποθέτω ότι μπορώ να το αποδεχτώ και να μάθω να δουλεύω με αυτό. Αλλά είναι περίεργο».
Πριν από κάποιο καιρό διαπέρασε το μυαλό του Sebens ο εξής συλλογισμός: «Στην κβαντομηχανική, φαίνεται ότι το ηλεκτρόνιο δεν περιστρέφεται. Όμως η κβαντική μηχανική δεν είναι η καλύτερη θεωρία μας για τη φύση. Οπότε ας πάμε στην κβαντική θεωρία πεδίου που είναι μια βαθύτερη και πιο ακριβής θεωρία».Στην κβαντική θεωρία πεδίου ο κβαντικός κόσμος των υποατομικών σωματιδίων συναντά την πιο διάσημη εξίσωση στον κόσμο: E = mc², η οποία περικλείει την ανακάλυψη του Αϊνστάιν της ισοδυναμίας ύλης και ενέργειας. Έτσι, όταν τα υποατομικά σωματίδια αλληλεπιδρούν, συχνά δημιουργούνται νέα σωματίδια από την ενέργειά τους και τα υπάρχοντα σωματίδια μπορούν να διασπαστούν σε κάτι άλλο. Η κβαντική θεωρία πεδίου χειρίζεται αυτό το φαινόμενο περιγράφοντας τα σωματίδια που προκύπτουν με πεδία που διαπερνούν όλο τον χωροχρόνο, ακόμη και τον κενό χώρο. Αυτά τα πεδία επιτρέπουν στα σωματίδια να εμφανίζονται και να εξαφανίζονται, όλα σύμφωνα τόσο με τις αυστηρές επιταγές της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν όσο και με τους πιθανολογικούς νόμους του κβαντικού κόσμου. Και είναι αυτά τα πεδία, σύμφωνα με τον Sebens, που μπορεί να περιέχουν τη λύση στο παζλ της περιστροφής.Σύμφωνα με τον Sebens «στην κβαντική θεωρία πεδίου, για κάθε σωματίδιο, υπάρχει ένας τρόπος να το σκεφτούμε ως πεδίο. Συγκεκριμένα, το ηλεκτρόνιο μπορεί να θεωρηθεί ως διέγερση ενός κβαντικού πεδίου γνωστού ως πεδίο Dirac, και ίσως αυτό το πεδίο μπορεί να μεταφέρει το σπιν του ηλεκτρονίου. Υπάρχει μια πραγματική περιστροφή ενέργειας και φορτίου στο πεδίο Dirac». Κι αν εκεί βρίσκεται η στροφορμή, το πρόβλημα ενός ηλεκτρονίου που περιστρέφεται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός εξαφανίζεται. Η περιοχή του πεδίου που φέρει το σπιν ενός ηλεκτρονίου είναι πολύ μεγαλύτερη από το ίδιο το υποτιθέμενο σημειακό ηλεκτρόνιο. Έτσι, σύμφωνα με τον Sebens, κατά κάποιο τρόπο, ο Pauli και ο Lorentz είχαν κατά το ήμισυ δίκιο: δεν υπάρχει ένα περιστρεφόμενο σωματίδιο. Υπάρχει ένα περιστρεφόμενο πεδίο, κι αυτό το πεδίο είναι που δημιουργεί σωματίδια.Περισσότερες λεπτομέρειες για τις ιδέες του Charles T. Sebens περιέχονται στο πρόσφατο άρθρο του Adam Becker, στο Scientific American «Quantum Particles Aren’t Spinning. So Where Does Their Spin Come From? A new proposal seeks to solve the paradox of quantum ή στο αρχικό άρθρο του ίδιου του Sebens με τίτλο: ‘How Electrons Spin‘

Το σπιν μου άλλαξε τη ζωή

Μπορεί η περιγραφή του σπιν των σωματιδίων ως ιδιοπεριστροφή να είναι διδακτικά πρακτική για το σχολικό επίπεδο. ‘Ομως αν θέλουμε να καταλάβουμε τι είναι στην πραγματικότητα το σπιν πρέπει να ακολουθησουμε έναν δρόμο στρωμένο με ωραία μαθηματικά που συνδέει την στροφορμή με την γεννήτρια των απειροστών στροφών και την περιστροφική συμμετρία ενός συστήματος.
Κλείνουμε με ένα σχετικό απόσπασμα από το βιβλίο του νομπελίστα φυσικού Frank Wilczeck «Τα Θεμελιώδη»:
«Αν έχετε παίξει ποτέ με γυροσκόπιο, θα έχετε αποκτήσει ένα καλό προβάδισμα προς την κατανόηση του τι εστί το σπιν των στοιχειωδών σωματιδίων. Η βασική ιδέα είναι ότι τα στοιχειώδη σωματίδια συνιστούν ιδανικά, χωρίς τριβές γυροσκόπια, που ουδέποτε σταματούν.
Το διασκεδαστικό χαρακτηριστικό του γυροσκοπίου είναι η ικανότητά του να κινείται με τρόπους ανοίκειους στην καθημερινή εμπειρία μας. Πιο συγκεκριμένα, ένα γυροσκόπιο ανθίσταται σε κάθε προσπάθεια μεταβολής του άξονα περιστροφής του. Ο προσανατολισμός αυτού του άξονα δεν μεταβάλλεται κατά πολύ, εκτός αν του ασκήσουμε μεγάλη δύναμη. Λέμε ότι το γυροσκόπιο χαρακτηρίζεται από «αδράνεια προσανατολισμού». Το συγκεκριμένο φαινόμενο αξιοποιείται για την καθοδήγηση αεροσκαφών και διαστημοπλοίων, τα οποία φέρουν γυροσκόπια για να διατηρούν τον προασανατολισμό τους. Όσο ταχύτερα περιστρέφεται ένα γυροσκόπιο τόσο αποτελσματικότερα αυτό αντιστέκεται στις προσπάθειες μεταβολής του προσανατολισμού του. Συγκρίνοντας την ασκούμενη δύναμη με την απόκριση του γυροσκοπίου, μπορεί να οριστεί ένα μέγεθος που να εκφράζει την αδράνεια προσανατολισμού. Αυτό δεν είναι άλλο από τη στροφορμή. Τα μεγάλα γυροσκόπια που περιστρέφονται γρήγορα έχουν μεγάλη στροφορμή και η απόκρισή τους στις εφαρμοζόμενες δυνάμεις είναι μικρή.
Τα στοιχειώδη σωματίδια, απεναντίας, είναι μικροσκοπικά γυροσκόπια. Έχουν πολύ μικρή στροφορμή. Όταν η στροφορμή είναι τόσο μικρή όσο εκείνη των στοιχειωδών σωματιδίων, τότε βρισκόμαστε στην επικράτεια της κβαντικής μηχανικής. Συχνά το εν λόγω πεδίο μας αποκαλύπτει ότι μεγέθη τα οποία κάποτε θεωρούσαμε πως μεταβάλλονται κατά συνεχή τρόπο στην πραγματικότητα λαμβάνουν τιμές ίσες με το άθροισμα μικρών διακριτών ποσοτήτων, γνωστών ως κβάντα (Εξ αυτού έλαβε το όνομά της η κβαντική μηχανική.) Σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, υπάρχει μαι θεωρητική ελάχιστη τιμή της στροφορμής που μπορεί να φέρει ένα σώμα. Όλες οι δυνατές τιμές της στροφορμής είναι ακέραια πολλαπλάσια της συγκεκριμένης ελάχιστης μονάδας.
Όπως προκύπτει, τα ηλεκτρόνια, τα κουάρκ και άλλα είδη στοιχειωδών σωματιδίων φέρουν ακριβώς τη θεωρητικώς ελάχιστη μονάδα στροφορμής. Οι φυσικοί εκφράζουν το συγκεκριμένο γεγονός λέγοντας ότι τα ηλεκτρόνια φέρουν σπιν 1/2. (Ένας ενδιαφέρων μαθηματικός λόγος κρύβεται πίσω από τη διατύπωση των φυσικών ότι η βασική μονάδα στροφορμής είναι το σπιν 1/2 αντί το σπιν 1, αλλά αυτό ξεπερνά του σκοπούς του παρόντος βιβλίου.)
Προτού ολοκληρώσω τη μικρή εισαγωγή μου περί σπιν, θα ήθελα να προσθέσω ένα προσωπικό στοιχείο. Το σπιν μου άλλαξε τη ζωή. Ανέκαθεν μου άρεσαν τα μαθηματικά και οι γρίφοι, και ως παιδί λάτρευα να παίζω με σβούρες. Το βασικό πεδίο των σπουδών μου ήταν τα μαθηματικά. Κατά το τελευταίο εξάμηνο στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο ο Peter Freund, ένας διάσημος καθηγητής θεωρητικής φυσικής, δίδαξε ένα μάθημα προχωρημένου επιπέδου για τις εφαρμογές της μαθηματικής συμμετρίας στη φυσική… μας έδειξε πως κάποια εξαιρετικής ομορφιάς μαθηματικά, με αφετηρία την ιδέα της συμμετρίας, οδηγούν απευθείας σε συγκεκριμένες και σαφείς προβλέψεις σχετικά με τις παρατηρούμενες φυσικές συμπεριφορές… Το εντυπωσιακότερο παράδειγμα σύνδεσης της μαθηματικής συμμετρίας με την παρατηρούμενη συμπεριφορά φυσικών συστημάτων ήταν – και εξακολουθεί να είναι – κβαντική θεωρία της στροφορμής, την οποία μας ανέπτυξε. Όταν ένα ιδιοπεριστρεφόμενο σωματίδιο διασπάται σε άλλα ιδιοπεριστρεφόμενα σωματίδια (μια πολύ συνηθισμένη κατάσταση στον φυσικό κόσμο), η κβαντική θεωρία της στροφορμής κάνει προβλέψεις όσον αφορά τις σχέσεις μεταξύ των διευθύνσεων επί των οποίων εμφανίζονται τα προϊόντα της διάσπασης και των προσανατολισμό των αξόνων περιστοφής τους. Η μαθηματική μελέτη των προβλέψεων αυτών απαιτεί πολύ σοβαρούς υπολογισμούς και οι προβλεπόμενες συμπεριφορές μόνο προφανείς δεν είναι. Εντούτοις, όσο απίστευτο και αν φαίνεται, λειτουργούν!
Η εμπειρία της βαθιάς αρμονίας μεταξύ δυο διαφορετικών συμπάντων – των όμορφων ιδεών και της φυσικής συμπεριφοράς – αποτέλεσε για εμένα ένα είδος πνευματικής αφύπνισης. Έγινε επάγγεμά μου, και δεν με απογοήτευσε.«

(*) Το σπιν του ηλεκτρονίου είναι . Από την κλασική σχέση για την στροφορμή μιας σφαίρας που περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της:  και για , προκύπτει ότι η γραμμική ταχύτητα στον «ισημερινό» του σφαιρικού ηλεκτρονίου ισούται με . Για h=6,6×10^-34m²kg/s, r_e=10^-14m και m_e=9×10^-31kg η εν λόγω ταχύτητα είναι περίπου 10 φορές η ταχύτητα του φωτός.

(**) Οι δύο κατηγορίες των σωματιδίων είναι: (α) αυτά που έχουν ακέραιο κβαντικό αριθμό σπιν (μποζόνια) και (β) αυτά που έχουν ημιακέραιο κβαντικό αριθμό σπιν (φερμιόνια)

https://physicsgg.me/2022/11/26/το-μυστήριο-του-σπιν/

[Δροσος Γεωργιος]

Ο αριθμός Avogadro δεν ανακαλύφθηκε από τον Avogadro.

Σε αντίθεση με τις πεποιθήσεις γενεών φοιτητών χημείας, ο αριθμός του Avogadro – ο αριθμός των σωματιδίων στην ποσότητα που είναι γνωστή ως mole – δεν ανακαλύφθηκε από τον Amadeo Avogadro (1776-1856). Ο Avogadro ήταν ένας δικηγόρος που ενδιαφερόταν για τα μαθηματικά και τη φυσική, έτσι ώστε το 1820 να γίνει ο πρώτος καθηγητής φυσικής στην Ιταλία. Ο Avogadro είναι πιο διάσημος για την υπόθεσή του ότι ίσοι όγκοι διαφορετικών αερίων στην ίδια θερμοκρασία και πίεση περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων.Εκείνος που υπολόγισε για πρώτη φορά τον πραγματικό αριθμό σωματιδίων σε δεδομένη ποσότητα μιας ουσίας ήταν ο Josef Loschmidt, ένας Αυστριακός καθηγητής γυμνασίου που αργότερα έγινε καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης. Το 1865 ο Loschmidt χρησιμοποίησε την κινητική θεωρία των αερίων για να υπολογίσει τον αριθμό των σωματιδίων σε ένα κυβικό εκατοστό αερίου σε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Αυτή η ποσότητα είναι τώρα γνωστή ως σταθερά Loschmidt

https://en.wikipedia.org/wiki/Loschmidt_constant

και η αποδεκτή τιμή της είναι 2,6867773×10²⁵m^-3.Ο όρος «αριθμός του Avogadro» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο φυσικό Jean Baptiste Perrin.

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1926/perrin/biographical/

Το 1909 ο Perrin υπολόγισε τον αριθμό του Avogadro με βάση την εργασία του για την κίνηση Brown – την τυχαία κίνηση των μικροσκοπικών σωματιδίων που αιωρούνται σε ένα υγρό ή αέριο. Στα επόμενα χρόνια χρησιμοποιήθηκαν διάφορες τεχνικές για την εκτίμηση του μεγέθους αυτής της θεμελιώδους σταθεράς.Ο ακριβής προσδιορισμός του αριθμού του Avogadro απαιτεί την μέτρηση μιας ποσότητας τόσο στην ατομική όσο και στη μακροσκοπική κλίμακα χρησιμοποιώντας την ίδια μονάδα μέτρησης. Αυτό έγινε δυνατό για πρώτη φορά όταν ο Αμερικανός φυσικός Robert Millikan μέτρησε το ηλεκτρικό φορτίο του ηλεκτρονίου. Το ηλεκτρικό φορτίο του ενός mol ηλεκτρονίων ήταν ήδη γνωστό ως σταθερά Faraday. Η καλύτερη εκτίμηση της τιμής ενός Faraday, σύμφωνα με το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST), είναι 96.485,3383 coulombs ανά mole ηλεκτρονίων. Η καλύτερη εκτίμηση του φορτίου του ηλεκτρονίου με βάση σύγχρονα πειράματα είναι 1,60217653×10^-19 coulombs ανά ηλεκτρόνιο. Αν διαιρέσουμε το φορτίο ενός γραμμομορίου ηλεκτρονίων με το φορτίο ενός μόνο ηλεκτρονίου, παίρνουμε την τιμή του αριθμού του Avogadro των 6.02214154×10²³ σωματιδίων ανά mole.Μια άλλη προσέγγιση για τον προσδιορισμό του αριθμού του Avogadro γίνεται με ακριβείς μετρήσεις της πυκνότητας ενός υπερκαθαρού δείγματος ενός υλικού στη μακροσκοπική κλίμακα. Στη συνέχεια μετριέται η πυκνότητα αυτού του υλικού στην ατομική κλίμακα χρησιμοποιώντας τεχνικές περίθλασης ακτίνων Χ για τον προσδιορισμό του αριθμού των ατόμων ανά μοναδιαία κυψελίδα στον κρύσταλλο και την απόσταση μεταξύ των ισοδύναμων σημείων που ορίζουν την μοναδιαία κυψελίδα (βλ. Physical Review Letters, 1974 , 33, 464).Αξίζει να σημειωθεί ότι εκτίμηση του αριθμού Avogadro έκανε και ο Albert Einstein στην διδακτορική του διατριβή 

https://physicsgg.me/2019/07/20/η-διδακτορική-διατριβή-του-αϊνστάιν/

το 1905, βρίσκοντας την τιμή: N_A≈6,56·10²³, μια πολύ καλή προσέγγιση για την εποχή του.

https://physicsgg.me/2022/12/01/ο-αριθμός-avogadro-δεν-ανακαλύφθηκε-από-τον-avogadro/

[Δροσος Γεωργιος]

Το μοντέλο της Μαρίας Γκέπερτ-Μάγιερ.

(…) Το απλούστερο στοιχείο στο Σύμπαν, το υδρογόνο (₁H), είναι και το πιο άφθονο. Το δεύτερο απλούστερο στοιχείο στο Σύμπαν, το ήλιο (₂Ηe), είναι το το δεύτερο πιο άφθονο. Σε ένα εύτακτο από αισθητική άποψη Σύμπαν, το τρίτο απλούστερο στοιχείο, το λίθιο (₃Li), θα ήταν και το τρίτο πιο άφθονο, κ.ο.κ. Αλλά το Σύμπαν μας δεν είναι εύτακτο. Το τρίτο πιο διαδεδομένο στοιχείο είναι το οξυγόνο (₈Ο), το στοιχείο με ατομικό αριθμό 8. Γιατί όμως; Ίσως κάποιος επιστήμονας να απαντούσε ότι το οξυγόνο διαθέτει έναν πολύ σταθερό πυρήνα, ο οποίος δεν διασπάται. Εντούτοις, μια τέτοια απάντηση απλώς μεταθέτει το ερώτημα: Γιατί ορισμένα στοιχεία, όπως το οξυγόνο, έχουν τόσο σταθερό πυρήνα;Σε αντίθεση με τους περισσότερους σύγχρονούς της, η Μαρία Γκέπερτ- Μάγερ

https://physicsgg.me/2014/08/05/h-maria-goeppert-mayer-και-το-πρότυπο-φλοιών/

 διέκρινε εδώ έναν παραλληλισμό με την αξιοσημείωτη σταθερότητα των ευγενών αερίων. Υποστήριξε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια του πυρήνα κατανέμονται σε πυρηνικούς «φλοιούς», όπως τα ηλεκτρόνια κατανέμονται σε ηλεκτρονιακές στιβάδες, και ότι η συμπλήρωση των πυρηνικών φλοιών με τον κατάλληλο αριθμό σωματιδίων συντελεί στην πυρηνική σταθερότητα. Στα μάτια ενός τρίτου φαντάζει μια εύλογη, κομψή αναλογία. Αλλά τα βραβεία Νόμπελ δεν κατακτώνται με εικασίες, και δη εικασίες άμισθων καθηγητριών. Επιπλέον, η ιδέα των πυρηνικών φλοιών προκάλεσε αναστάτωση στους πυρηνικούς φυσικούς, καθότι οι πυρνηνικές διαδικασίες είναι ανεξάρτητες από τις χημικές. Δεν υπάρχει λόγος τα φερέγγυα νετρόνια και πρωτόνια, οι σπιτόγατοι του ατόμου, να συμπεριφέρονται όπως τα μικροσκοπικά, παρορμητικά ηλεκτρόνια, που εγκαταλείπουν το σπίτι τους χάριν ελκυστικών γειτόνων. Και πράγματι, ως επί το πλέιστον, συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά.Αλλά η Γκέπερτ-Μάγιερ διερεύνησε την εικασία της και, συνδυάζοντας μεταξύ τους ορισμένα ασύνδετα πειράματα, απέδειξε ότι όντως υπάρχουν πυρηνικοί φλοιοί και ότι ενίοτε σχηαμτίζονται «μαγικοί πυρήνες», όπως τους ονόμασε η ίδια. Για πολύπλοκους μαθηματικούς λόγους, οι μαγικοί πυρήνες δεν έχουν περιοδικότητα όπως οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων. Η μαγεία ανακύπτει στους ατομικούς αριθμούς 2, 8, 20, 28, 50, 82, κ.ο.κ. Η Γκέπερτ-Μάγερ απέδειξε ότι, στους συγκεκριμένους ατομικούς αριθμούς, τα πρωτόνια και τα νετρόνια συγκροτούν καθ΄όλα συμμετρικές σφαίρες υψηλής σταθερότητας. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα οκτώ πρωτόνια και τα οκτώ νετρόνια του οξυγόνου καθιστούν τον πυρήνα του ατόμου του διπλά μαγικό, και ως εκ τούτου αενάως σταθερό – γεγονός που εξηγεί τη φαινομενική υπεραφθονία του οξυγόνου στο Σύμπαν..Η θεωρία της Γκέπερτ-Μάγερ απηχεί την πλατωνική ιδέα περί τελειότητας των όμορφων σχημάτων. Και το μοντέλο των μαγικών, σφαιρικών πυρήνων αναδείχθηκε στην ιδεατή μορφή έναντι της οποίας κρίνονται όλοι οι πυρήνες. Αντιστρόφως, χημικά στοιχεία που απέχουν πολύ από τους δυο εγγύτερούς τους μαγικούς αριθμούς είναι λιγότερο διαδεδομένα, διότι σχηματίζουν άσχημους, επιμήκεις πυρήνες. Στην περίπτωση μάλιστα του στοιχείου με ατομικό αριθμό 67, του ολμίου (₆₇Ho), οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει άτομα με έλλειμμα νετρονίων τα οποία έχουν παραμορφωμένο πυρήνα που μοιάζει με μπάλα αμερικανικού φουτμπόλ. Όπως μπορείτε να μαντέψετε από το μοντέλο της Γκέπερτ-Μάγιερ (ή έχοντας παρακολουθήσει την μπάλα να πέφτει από τα χέρια κάποιου παίκτη σε αγώνα αμερικανικού φουτμπόλ), οι πυρήνες ολμίου δεν είναι ιδιαίτερα σταθεροί. Και σε αντίθεση με τα άτομα που έχουν μη εξισορροπημένες ηλεκτρονιακές στιβάδες, τα άτομα με παραμορφωμένους πυρήνες δεν μπορούν να αποσπάσουν νετρόνια και πρωτόνια άλλων ατόμων ώστε να εξισσοροπήσουν τους πυρήνες τους. Ως εκ τούτου, άτομα με δύσμορφους πυρήνες, όπως το ισότοπο του ολμίου, δεν σχηματίζονται ποτέ. Και σε περίπτωση που όντως σχηματιστούν, αμέσως αποσυντίθενται.Το μοντέλο των πυρηνικών φλοιών αποτελεί μια ιδιοφυή ανακάλυψη. Επομένως, η Γκέπερτ-Μάγερ πρέπει να ένιωσε απόγνωση, δεδομένης μάλιστα της επισφαλούς θέσης της στην επιστημονική κοινότητα, όταν πληροφορήθηκε ότι το ίδιο μοντέλο είχε περιγραφεί από άρρενες φυσικούς στη γενέτειρά της. Η Μαρία κινδύνευε να απολέσει πλήρως τα επιστημονικά πρωτεία. Ωστόσο, οι δυο πλευρές είχαν αναπτύξει την ιδέα ανεξάρτητα μεταξύ τους. Και όταν οι Γερμανοί αναγνώρισαν ευγενικά το έργο της και της πρότειναν να συνεργαστούν, η καριέρα της απογειώθηκε. Η Γκέπερτ-Μάγερ έλαβε επιτέλους τα εύσημα για τις ανακαλύψεις της, και το 1959 μετακόμισε για τελευταία φορά με τον σύζυγό της στο Σαν Ντιέγκο, όπου ανέλαβε μια κανονική, έμμισθη ακαδημαϊκή έδρα στις νεότευκτες εγκαταστάσεις του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας εκεί. Παρ’ όλα αυτά, δεν κατάφερε ποτέ να αποτινάξει το στίγμα της ερασιτέχνισσας. Όταν η Σουηδική Ακαδημία ανακοίνωσε, το 1963, ότι θα απονεμόταν στην Γκέπερτ-Μάγερ η ύψιστη διάκριση του επαγγέλματός της, η τοπική εφημερίδα του Σαν Ντιέγκο χαιρέτισε το σπουδαίο επίτευγμά της με τον πρωτοσέλιδο τίτλο: «Μητέρα από το Σαν Ντιέγκο κατακτά το βραβείο Νόμπελ»

Αλλά ίσως να εξαρτώνται όλα από την οπτική γωνία του καθενός. Αν οι εφημερίδες δημοσίευαν ένα ανάλογα ταπεινωτικό πρωτοσέλιδο για τον Γκίλμπερτ Λιούις,

https://el.wikipedia.org/wiki/Γκίλμπερτ_Λιούις

το πιθανότερο είναι εκείνος να πετούσε τη σκούφια του (…)

απόσπασμα από το βιβλίο του Sam Kean, ‘Το κουτάλι που εξαφανίζεται’, μετάφραση: Παναγιώτης Δεληβοριάς, εκδόσεις κάτοπτρο.

https://katoptro.gr/ypo-ekdosin/το-κουτάλι-που-εξαφανίζεται-detail

https://physicsgg.me/2022/12/29/το-μοντέλο-της-μαρίας-γκέπερτ-μάγιερ/

[Δροσος Γεωργιος]

Οι νευρώνες δεν είναι τα μόνα εγκεφαλικά κύτταρα που σκέφτονται.

Οι ανακαλύψεις των τελευταίων ετών αλλάζουν εκ θεμελίων την εικόνα για την ανθρώπινη νόηση

Όσοι αναρωτιούνται για τον βιολογικό μηχανισμό της ανθρώπινης σκέψης, πιθανότατα πιστεύουν πως η συνείδηση εδράζεται μόνο μέσα στο περίπλοκο δίκτυο νευρώνων στο κρανίο τους.Και, ως ένα βαθμό, αυτό είναι αλήθεια: οι 86 δισεκατομμύρια νευρώνες, ηλεκτρικά αγώγιμα κύτταρα στον ανθρώπινο εγκέφαλο, διεκπεραιώνουν πολλές γνωστικές διεργασίες. Αλλά όχι όλες.Το διανοητικό έργο υποστηρίζουν και άλλοι τρεις τύποι κυττάρων, με σημαντικές ιδιότητες που μέχρι πρόσφατα μας ήταν άγνωστες: τα μικρογλοία, τα αστροκύτταρα και οι ολιγοδενδρίτες.Τα νευρογλοιακά κύτταρα, όπως ονομάζονται στο σύνολό τους, είχαν ελαφρώς παραμεληθεί από την επιστήμη της νευρολογίας, αλλά αυτό έχει πλέον αλλάξει αφού οι ερευνητές συνειδητοποίησαν πως δεν λειτουργούν απλώς ως εγκεφαλική «κόλλα».Τα μικρογλοία λειτουργούν ως «κηπουροί» της σκέψης. «Κλαδεύουν» τους συνδέσμους μεταξύ των νευρώνων για να διατηρήσουν το δίκτυο σε τάξη. Οι ολιγοδενδρίτες, που επί μακρόν απορρίπτονταν ως απλοί «μονωτές» των ηλεκτρικά αγώγιμων ινών μέσω των οποίων επικοινωνούν οι νευρώνες, παίζουν κρίσιμο ρόλο στη ρύθμιση των σημάτων. Και τα αστροκύτταρα, τα πιο ενδιαφέροντα από όλα, μετατρέπουν τις συνάψεις σε βιολογικά «τρανζίστορ», ρυθμίζοντας τη ροή των πληροφοριών στις διασταυρώσεις των αξόνων που μεταφέρουν τα σήματα.Οι διαπιστώσεις αυτές δεν έχουν απλώς ακαδημαϊκό ενδιαφέρον, αφορούν την καθημερινότητά μας: τα νευρογλοιακά κύτταρα που δεν συμπεριφέρονται φυσιολογικά εμπλέκονται σε μια σειρά από καταστάσεις, διαταραχές και παθήσεις: από τον αυτισμό έως την πολλαπλή σκλήρυνση και την ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή. Η μελέτη τους συνδέεται επομένως με σημαντικές ιατρικές εφαρμογές.Ενδιαφέρουν επίσης όσους σχεδιάζουν τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, από τα οποία εξαρτάται η μηχανική μάθηση και η τεχνητή νοημοσύνη. 

Οι «κηπουροί»

Για τα μικρογλοία, μια κρίσιμη εργασία δημοσιεύθηκε το 2012. Σε αυτήν, η Ντόροθι Σέιφερ της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ και οι συνεργάτες της έδειξαν ότι τα κύτταρα αυτά «κλαδεύουν» τις συνάψεις κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του εγκεφάλου και ότι πρόκειται για διαδικασία που συνεχίζεται μέχρι τα μέσα της τρίτης δεκαετίας στην ανάπτυξη ενός ατόμου.Πριν από αυτό, τα μικρογλοία θεωρούνταν απλώς μέρος του ανοσοποιητικού συστήματος, σημαντικό για την απομάκρυνση παθογόνων μικροοργανισμών και κυτταρικών υπολειμμάτων. Η Δρ Σέιφερ ήταν εκείνη που διαπίστωσε ότι, κυνηγώντας και καταπίνοντας τις σπάνια χρησιμοποιούμενες συνάψεις, τα μικρογλοία διατηρούν σε «φόρμα» το μυαλό, εξορθολογίζοντας τους υπολογισμούς που εκτελούν οι νευρώνες και διασφαλίζοντας ότι ο εγκέφαλος παραμένει όσο πιο αποδοτικός γίνεται.

Θα ακούγαμε «λάθος»

Η αποκάλυψη για τους ολιγοδενδρίτες ήρθε δύο χρόνια αργότερα, το 2014. Μέχρι τότε, ο ρόλος τους, αν και γνωστός, φαινόταν επίσης απλούστερος. Τα κύτταρα αυτά παράγουν μυελίνη, ένα μείγμα πρωτεϊνών και λιπιδίων το οποίο τυλίγουν γύρω από τους άξονες, σε εκφύσεις που ονομάζονται χιτώνες, για να βελτιώσουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα των ινών αυτών.Εκείνη τη χρονιά, μια ομάδα με επικεφαλής τον Αρμιν Σέιντλ, στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, ανακάλυψε ότι οι ολιγοδενδρίτες χρησιμοποιούν τη μυελίνη για να ρυθμίζουν την ταχύτητα των ηλεκτρικών σημάτων στους άξονες.Για παράδειγμα, οι άξονες που μεταφέρουν σήματα από το αριστερό και το δεξί αυτί σε συγκεκριμένο τμήμα του ακουστικού φλοιού διαφέρουν σε μήκος, οπότε τα σήματα χρειάζονται διαφορετικό χρόνο για να φτάσουν. Η λεπτομερής ρύθμιση (που επιτυγχάνεται με την προσαρμογή της διαμέτρου του άξονα και των αποστάσεων μεταξύ των κόμβων του περιβλήματος μυελίνης) αντισταθμίζει αυτό το φαινόμενο, και η διαφορά που απομένει αντανακλά την πραγματική χρονική διαφορά της άφιξης του ήχου σε κάθε αυτί. Αυτή την πραγματική διαφορά χρησιμοποιεί ο εγκέφαλος για να εντοπίσει από πού προέρχεται κάθε ήχος.

Αποθήκευση αναμνήσεων

Είναι όμως οι πρόσφατα ανακαλυφθείσες ιδιότητες των αστροκυττάρων που συναρπάζουν τους ερευνητές. Αυτά τα κύτταρα «χιονονιφάδες» διαθέτουν έλικες, κάθε μία από τις οποίες καταλήγει σε ένα «πόδι». Κάθε αστροκύτταρο ελέγχει μια δική του περιοχή, και όλα μαζί σχηματίζουν ένα «τρισδιάστατο μωσαϊκό» στον εγκέφαλο.Τα «πόδια» των αστροκυττάρων εντοπίζουν και περιβάλλουν τις συνάψεις, γεγονός που τους επιτρέπει να «κρυφακούν» την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων και, στη συνέχεια, ενισχύοντας ή αποδυναμώνοντας συγκεκριμένες συνάψεις, να ελέγχουν τους υπολογισμούς που γίνονται μέσα στα νευρωνικά δίκτυα. Υπάρχουν πλέον αδιάσειστα στοιχεία ότι τα αστροκύτταρα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στο, σχηματισμό της μνήμης, ιδίως στον ιππόκαμπο, ο οποίος παγιώνει τις βραχυπρόθεσμες μνήμες σε μακροπρόθεσμες.

Βιολογικά «τρανζίστορ»

Βιοψίες δείχνουν ότι (ανάλογα με την περιοχή του εγκεφάλου) τα αστροκύτταρα ρυθμίζουν το 50% έως 90% των συνάψεων του ανθρώπινου εγκεφάλου. Η ανάμειξη των αστροκυττάρων είναι επομένως ο κανόνας και όχι κάποια εξαίρεση. Ετσι, πολλοί ερευνητές μιλούν πλέον ανοιχτά για την «τριμερή σύναψη» ως την τυπική σύναψη στον εγκέφαλο. Είναι αυτή η σύνθεση τριών στοιχείων που μετατρέπει μια σύναψη σε «τρανζίστορ», με το ένα μέρος (το αστροκύτταρο, το ισοδύναμο της σύνδεσης “βάσης” του τρανζίστορ) να ρυθμίζει τη διέλευση των σημάτων μεταξύ των άλλων δύο (των νευρώνων, τα ισοδύναμα του μέρους που συλλέγει, και του μέρους που εκπέμπει σήματα).Τα αστροκύτταρα δεν παρεμβαίνουν απλώς στη δράση των νευρώνων, αλλά είναι και σε θέση να εκτελούν τους δικούς τους υπολογισμούς. Στα «σύνορα» των περιοχών δύο αστροκυττάρων, οι έλικές τους μπορούν να συνδεθούν από άκρη σε άκρη, επιτρέποντάς τους να σχηματίσουν δίκτυα σχεδόν εξίσου πολύπλοκα με εκείνα των νευρώνων. Αυτό τους επιτρέπει να επικοινωνούν χρησιμοποιώντας παλμούς ιόντων ασβεστίου που περνούν από την έλικα του ενός κυττάρου στην έλικα του άλλου.

Μπορούν να «τρέξουν» αλγόριθμους υπολογιστών

Στις αρχές του 2021, ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Τάμπερε, στη Φινλανδία, με επικεφαλής τον Μίκαελ Μπάρος, χρησιμοποίησε γονιδιακά τροποποιημένα αστροκύτταρα για να δείξει ότι αυτά τα σήματα ιόντων ασβεστίου μπορούν να εκτελέσουν μέχρι και πράξεις άλγεβρας Boole, που είναι η «γλώσσα» των υπολογιστών. Η ομάδα του Μπάρος κατάφερε να εκτελέσει τις πράξεις Boole «και» και «ή» με ποσοστό ακρίβειας έως και 90%.Το 2022, ο Ερικ Πίτερσον του Πανεπιστημίου Carnegie Mellon, στο Πίτσμπουργκ, απέδειξε μαθηματικά πως, κατ’ αρχήν, ένα δίκτυο αστροκυττάρων μπορεί να εκτελέσει οποιονδήποτε αλγόριθμο υπολογιστή μπορεί να φανταστεί κανείς. Αυτό υποδηλώνει ότι τα αστροκύτταρα μπορούν να σχηματίσουν ένα δευτερεύον υπολογιστικό δίκτυο, παράλληλο με αυτό των νευρώνων, που είναι σε θέση να ρυθμίζει το πρωτεύον δίκτυο μέσω τριμερών συνάψεων.Στη νέα εικόνα για τον εγκέφαλο, οι νευρώνες δεν είναι «ανώτεροι» από τα νευρογλοιακά κύτταρα και όλα μαζί συνεργάζονται για να παραχθούν οι σκέψεις. Το 2022 ο Αλεξέι Σεμιάνοφ και ο Αλεξέι Βερκράτσκι της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών ονόμασαν αυτή την ιδέα «ενεργό κύκλο» του εγκεφάλου.Ενα συμπέρασμα αυτής της ανάλυσης είναι πως, όταν τα νευρογλοιακά κύτταρα δεν συμπεριφέρονται σωστά, υπάρχει αντίκτυπος σε πολλές νευρολογικές καταστάσεις και ψυχιατρικές παθήσεις. Το 2017, η Ισιζούκα Κανάκο, του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Ναγκόγια στην Ιαπωνία, εντόπισε έναν συσχετισμό του φάσματος του αυτισμού και ένα ζεύγος γενετικών παραλλαγών που επηρεάζουν τα μικρογλοία. 

Υπερσυνδεδεμένοι εγκέφαλοι

Η τρέχουσα θεωρία είναι ότι στα άτομα στο φάσμα του αυτισμού τα μικρογλοία δεν «κλαδεύουν» το ίδιο ποσοστό συνάψεων στη φάση της ανάπτυξης του εγκεφάλου, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται «υπερσυνδεδεμένοι εγκέφαλοι», με αυξημένη ευαισθησία στα ερεθίσματα, τόσο τα αισθητηριακά όσο και τα συναισθηματικά.Την τελευταία δεκαετία, απεικονιστικές, μεταθανάτιες και γενετικές μελέτες δείχνουν πως οι δυσλειτουργικοί ολιγοδενδρίτες «αποτελούν την αιτία της ψύχωσης σε καταστάσεις όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας, η διπολική διαταραχή και η σχιζοφρένεια», αναφέρει στην εκτενή ανάλυσή του ο Economist.

Ψύχωση και αυτοκτονία

Η υπεύθυνη δυσλειτουργία διαταράσσει τη μυελίνη στους άξονες, διαταράσσοντας τον συγχρονισμό των σημάτων τους. Επιστήμονες εικάζουν πως η κατάσταση αυτή μπορεί να οδηγεί σε ψευδαισθήσεις –φανταστικές εικόνες και ήχους- που αποτελούν το χαρακτηριστικό γνώρισμα της ψύχωσης.Υπάρχουν επίσης αδιάσειστα στοιχεία ότι τα αστροκύτταρα που παρουσιάζουν δυσλειτουργία παίζουν ρόλο σε διαταραχές της διάθεσης, όπως η κατάθλιψη και το άγχος, και σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως η νόσος Αλτσχάιμερ.Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο ήρθε το 2021, όταν ο Λίαμ Ο’Λίρι από το Πανεπιστήμιο McGill του Μόντρεαλ ανέφερε πως οι εγκέφαλοι καταθλιπτικών ανθρώπων που αυτοκτόνησαν, είχαν αισθητά μειωμένη πυκνότητα αστροκυττάρων, σε σύγκριση με φαινομενικά «υγιείς εγκεφάλους», σε τμήματα του προμετωπιαίου φλοιού (το εκτελεστικό όργανο του εγκεφάλου), του κερκοφόρου πυρήνα (που βοηθά στον έλεγχο της στοχευμένης συμπεριφοράς) και του θαλάμου (που μεταβιβάζει τις αισθητηριακές πληροφορίες στον φλοιό).

Τεχνητή νοημοσύνη

Και δεν είναι μόνο οι ψυχίατροι που εμπλουτίζουν ή εγκαταλείπουν παλιές θεωρίες χάρη στις πρόσφατες ανακαλύψεις. Οι επιστήμονες Πληροφορικής ενημερώνονται με το ίδιο ενδιαφέρον, καθώς τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα βασίζονται σε ένα πρώιμο μοντέλο του τρόπου λειτουργίας των νευρώνων και, παρότι μεταγενέστερες έρευνες έδειξαν ότι αυτό ήταν απλοϊκό, η οργάνωση αυτών των δικτύων σε διασυνδεδεμένα στρώματα αναλόγων νευρώνων αντικατοπτρίζει την οργάνωση του εγκεφαλικού φλοιού.Δεν προκαλεί επομένως έκπληξη που ορισμένοι ερευνητές της επιστήμης της Πληροφορικής προσπάθησαν να προσθέσουν τεχνητά μικρογλοία και αστροκύτταρα στα δίκτυα για να ελέγξουν αν βελτιώνεται η απόδοσή τους. Και πράγματι βελτιώνεται. Αρκετές επιστημονικές ομάδες ανακάλυψαν, ανεξάρτητα η μία από την άλλη, ότι η απαλλαγή από τις σπάνια χρησιμοποιούμενες συνάψεις (σ.σ.: η δουλειά των μικρογλοίων στον εγκέφαλο) βοηθά τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα να κωδικοποιούν νέες πληροφορίες και να αποθηκεύουν δεδομένα στη μνήμη. Η εξεύρεση τρόπων για να γίνουν τα νευρωνικά δίκτυα λιγότερο πυκνά, θεωρείται πλέον ένας σημαντικός τομέας.Πειραματίζονται επίσης με τεχνητά αστροκύτταρα, που μιμούνται τις τριμερείς συνάψεις, για την ενίσχυση και την αποδυνάμωσή τους ανάλογα με τον ρυθμό που πυροδοτούνται αυτές οι συνάψεις σε βάθος χρόνου. Σε σύγκριση με τα συμβατικά δίκτυα, αυτά τα δίκτυα φαίνεται πως αποδίδουν σταθερά καλύτερα. Οπως συμβαίνει με πολλά πράγματα στην ανθρώπινη μηχανική, η φύση φαίνεται πως το «εφηύρε πρώτη.»

https://physicsgg.me/2023/01/24/οι-νευρώνες-δεν-είναι-τα-μόνα-εγκεφαλι/

[Δροσος Γεωργιος]

Ανακαλύφθηκε νέο είδος άμορφου πάγου.

Επιστήμονες στη Βρετανία ανακάλυψαν μια νέα μορφή «εξωτικού» πάγου, που μοιάζει σε πυκνότητα και μοριακή δομή με το υγρό νερό περισσότερο από κάθε άλλο γνωστό τύπο πάγου, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση του νερού και των πολλών «ανωμαλιών» του. Επιπλέον, το νέο είδος πάγου είναι πιθανό ότι υπάρχει σε μακρινούς παγωμένους δορυφόρους του ηλιακού μας συστήματος, όπως ο Γανυμήδης και η Ευρώπη.Ο άγνωστος έως τώρα πάγος είναι άμορφος, δηλαδή τα μόριά του δεν έχουν οργανωμένη κρυσταλλική μορφή όπως του συνηθισμένου πάγου. Ο άμορφος πάγος, αν και σπάνιος στη Γη, είναι η βασική μορφή πάγου στο διάστημα, επειδή λόγω του ψυχρότερου περιβάλλοντος εκεί ο πάγος δεν διαθέτει αρκετή θερμική ενέργεια για να σχηματίσει κρυστάλλους.Οι ερευνητές του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου (UCL) και του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, με επικεφαλής τους καθηγητές Χημείας Κρίστοφ Σάλτσμαν και Άγγελο Μιχαηλίδη, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science», ονόμασαν τον νέο πάγο «μέσης πυκνότητας άμορφο πάγο» (MDA) και διαπίστωσαν ότι, αντίθετα με τους άλλους γνωστούς πάγους, έχει περίπου την ίδια πυκνότητα με το υγρό νερό. Η πυκνότητα του είναι 1,06 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, ενώ το νερό έχει πυκνότητα 1 γραμμάριο ανά κ.ε.Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ο πάγος MDA, που μοιάζει με λεπτή λευκή σκόνη, μπορεί να υπάρχει μέσα σε παγωμένα φεγγάρια του Δία και του Κρόνου. Μάλιστα, διαπιστώθηκε ότι όταν ο εν λόγω πάγος θερμαίνεται και κρυσταλλοποιείται, απελευθερώνει πολύ μεγάλες ποσότητες θερμότητας, κάτι που θα μπορούσε να πυροδοτεί τεκτονικές κινήσεις και παγο-σεισμούς στους παγωμένους δορυφόρους.Ο δρ Σάλτσμαν δήλωσε ότι «το νερό αποτελεί το θεμέλιο όλης της ζωής. Η ύπαρξή μας εξαρτάται από αυτό, εκτοξεύουμε διαστημικές αποστολές σε αναζήτησή του, παρόλα αυτά από επιστημονική άποψη η κατανόησή μας γι’ αυτό είναι περιορισμένη. Γνωρίζουμε 20 κρυσταλλικές μορφές πάγου, όμως μόνο δύο βασικοί τύποι άμορφου πάγου είχαν ανακαλυφθεί προηγουμένως, ένας υψηλής και ένας χαμηλής πυκνότητας. Ανάμεσά τους υπήρχε ένα τεράστιο κενό πυκνότητας και έως τώρα γινόταν αποδεκτό ότι δεν υπάρχει κάποια ενδιάμεση μορφή. Η μελέτη μας δείχνει ότι ο άμορφος πάγος μέσης πυκνότητας έρχεται να καλύψει ακριβώς αυτό το κενό πυκνότητας».Το νερό έχει πολλές παραξενιές και ανωμαλίες που έχουν προβληματίσει τους επιστήμονες εδώ και καιρό. Κανονικά, όταν παγώνει, αποκτά κρυσταλλική δομή, καθώς τα μόριά του διατάσσονται σε εξάγωνα, δημιουργώντας έτσι τον στερεό πάγο. Όμως ο πάγος είναι λιγότερο πυκνός από ό,τι το υγρό νερό, μια ασυνήθιστη ιδιότητα για κρύσταλλα.Το νερό έχει τη μεγαλύτερη πυκνότητά του στους 4 βαθμούς Κελσίου και γίνεται λιγότερο πυκνό όσο παγώνει, εξ ου και ο πάγος επιπλέει. Επίσης όσο συμπιέζεται το υγρό νερό, τόσο η συμπίεσή του γίνεται ευκολότερη, αντίθετα με αυτό που συμβαίνει στις περισσότερες άλλες ουσίες.Ο άμορφος πάγος χαμηλής πυκνότητας ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1930, όταν οι επιστήμονες συμπίεσαν υδρατμούς πάνω σε μια μεταλλική επιφάνεια που είχε ψυχθεί στους -110 βαθμούς Κελσίου. Ο άμορφος πάγος υψηλής πυκνότητας ανακαλύφθηκε στη δεκαετία του 1980, όταν κανονικός πάγος συμπιέστηκε στους σχεδόν -200 βαθμούς Κελσίου.Ο νέος πάγος μέσης πυκνότητας ανακαλύφθηκε όταν κανονικός πάγος με εξαγωνική κρυσταλλική μορφή κονιορτοποιήθηκε και ψύχθηκε έως τους -196 βαθμούς μέσα σε ένα δοχείο με μεταλλικά σφαιρίδια. Κάποια στιγμή ο νέος πάγος MDA εμφανίστηκε ως κόκκοι κολλημένοι πάνω στις μεταλλικές μπάλες. Η μοριακή δομή του είναι χαοτική, μοιάζοντας με εκείνη του γυαλιού. Όταν ο εν λόγω άμορφος πάγος θερμαίνεται στους -120 βαθμούς Κελσίου, τότε γίνεται ξανά κρυσταλλικός και απελευθερώνει πολλή θερμότητα.Στη Γη γενικότερα ο άμορφος πάγος θεωρείται ότι υπάρχει μόνο στα ανώτερα και πιο ψυχρά στρώματα της ατμόσφαιρας. Στο διάστημα ο άμορφος πάγος αφθονεί. Οι κομήτες π.χ. ουσιαστικά είναι μεγάλα κομμάτια άμορφου πάγου χαμηλής πυκνότητας.

https://physicsgg.me/2023/02/03/ανακαλύφθηκε-νέο-είδος-άμορφου-πάγου/

[Δροσος Γεωργιος]

Σχετικά με την πρόβλεψη των σεισμών.

Μια ερευνητική ομάδα αποτελούμενη από σεισμολόγους και στατιστικολόγους του Πανεπιστημίου Northwestern υποστηρίζει ότι ανάπτυξε μια νέα μέθοδο ή καλύτερα ένα νέο μοντέλο που υπολογίζει την πιθανότητα για το πότε και πού μπορεί να κάνει την εμφάνιση της μια μεγάλη σεισμική δόνηση. Η μελέτη με τίτλο “A More Realistic Earthquake Probability Model Using Long-Term Fault Memory,” δημοσιεύεται στο περιοδικό Bulletin of the Seismological Society of America. Τα σημερινά στατιστικά μοντέλα πρόβλεψης βασίζονται στη μελέτη του μέσου χρόνου μεταξύ προηγούμενων μετρήσεων ενώ το νέο μοντέλο λαμβάνει υπόψη τα ακριβή στοιχεία χρονικής εμφάνισης των σεισμών και των χαρακτηριστικών που αυτοί έχουν κάθε φορά.Η είδηση αυτή σε συνδυασμό με τον πρόσφατο καταστροφικό σεισμό σε Τουρκία-Συρία, αναθερμαίνει τον προβληματισμό για το αν τελικά είναι η δυνατή η πρόβλεψη ενός σεισμού.
Ο καθηγητής Φυσικών Καταστροφών, Κωνσταντίνος Συνολάκης, πριν από μερικές ημέρες ισχυρίστηκε ότι μπορεί να γίνει μεγάλος σεισμός στο ελληνικό τόξο της τάξης των 8-8,5 Ρίχτερ. Σύμφωνα με την συλλογιστική του αφού κάθε 600 με 800 χρόνια γίνονται τέτοιοι σεισμοί και ο τελευταίος σεισμός τέτοιου μεγέθους έγινε το 1403, πλέον βρισκόμαστε στο “παράθυρο” του αιώνα για έναν παρόμοιο σεισμό.Βέβαια εκείνο που έχει πολύ μεγαλύτερο ενδιαφέρον δεν είναι μια τέτοια μακροχρόνια στατιστική πρόβλεψη, αλλά μια συγκεκριμένη βραχυπρόθεσμη πρόβλεψη του επίκεντρου και του μεγέθους ενός σεισμού.Η επιστημονική μέτρηση των σεισμών και οι προσπάθειες πρόβλεψής τουςΤην 1η Νοεμβρίου του 1755 έγινε ένας ισχυρότατος καταστρεπτικός σεισμός στη Λισσαβώνα, ο οποίος έγινε αισθητός μέχρι τη Βενετία. Επακολούθησαν τσουνάμι και πυρκαγιές που άφησαν πίσω τους μια βιβλική καταστροφή.
Ο Βολταίρος δημοσίευσε το «Ποίημα για την καταστροφή της Λισσαβώνας» διατυπώνοντας τον προβληματισμό του για τη μοίρα και για την ύπαρξη του κακού. Πράγματι, αν το κακό υπάρχει, η Θεία Πρόνοια δεν μπορεί να υπάρχει. Και, τότε, ποιος ο λόγος να πιστεύουμε στον Θεό;
Ο Καντ που ήταν τότε τριάντα ενός ετών συγκλονισμένος και αυτός από την ένταση του φυσικού γεγονότος, προσπάθησε να το μελετήσει και να το ερμηνεύσει αποκλειστικά ως τέτοιο, αφήνοντας κατά μέρος τις ιστορίες δυστυχισμνένων ανθρώπων και τις αναφορές κατεστραμμένων πόλεων. Δημιούργησε ένα κατάλογο φαινομένων τα οποία παρατηρήθηκαν στο έδαφος και την ατμόσφαιρα τόσο πριν όσο και μετά τον μεγάλο σεισμό σε ολόκληρη την Ευρώπη. Ήταν η πρώτη απόπειρα να μελετηθεί ένας σεισμός με επιστημονικό τρόπο, μετά τις θεωρίες που είχαν διατυπώσει στην αρχαιότητα σημαντικοί έλληνες φιλόσοφοι, από τον Θαλή έως τον Αριστοτέλη.Η επιστήμη της σεισμολογίας γεννήθηκε όταν ο ιρλανδός πολιτικός μηχανικός Robert Mallet, πραγματοποίησε μια μελέτη για τον μεγάλο σεισμό της Νάπολης το 1857. Ανέπτυξε μια μεθοδολογία η οποία στηριζόταν στη μελέτη των ερειπίων που άφηνε πίσω τoυ ένας σεισμός. Από μια τέτοια μελέτη μπορούσαν να προκύψουν συμπεράσματα για τη διεύθυνση διάδοσης του σεισμού, τη σχετική ισχύ και το επίκεντρό του. Η μεταβλητή με την οποία μπορούσε να ποσοτικοποιηθεί ένας σεισμός ήταν η ένταση, η οποία σχετιζόταν με τις επιπτώσεις που είχε μια δόνηση στη σεισμόπληκτη περιοχή.Την σκυτάλη πήρε ο Άγγλος John Milne που δίδασκε Γεωλογία στο Βασιλικό Κολλέγιο του Τόκυο, μετά από έναν μέτριο σεισμό που έπληξε την χώρα το 1880, αποφάσισε να ασχοληθεί με τη μελέτη των σεισμών. Όταν επιχείρησε να εφαρμόσει την μέθοδο του Mallet διαπίστωσε ότι αυτό ήταν αδύνατον, αφού τα ξύλινα ιαπωνικά κτίρια συμπεριφέρονταν με εντελώς διαφορετικό τρόπο από τα πέτρινα ευρωπαϊκά. Αυτή ακριβώς η δυσκολία τον οδήγησε στην κατασκευή ενός σεισμογράφου, σε συνεργασία με τους συναδέλφους του, James Alfred Ewing και Thomas Lomar Gray, ο οποίος αποτέλεσε τον πυρήνα της σεισμολογίας.Το 1921 ιδρύθηκε το περίφημο Σεισμολογικό Εργαστήριο, γνωστό ως Seismo Lab, στο Caltech. Πρώτος διευθυντής ήταν ο Harry Wood, ο οποίος επινόησε μαζί με τον συνεργάτη του, John Anderson, το γνωστό σεισμογράφο Wood-Anderson. Πριν αποσυσρθεί ο Wood είχε προλάβει να ενθαρρύνει τον νεαρό τότε σεισμολόγο Charles F. Richter να ασχοληθεί με τον καθορισμό ενός μηχανικού ισοδύναμου της έντασης. Προϊόν αυτής της εργασίας ήταν η γνωστή μας κλίμακα Ρίχτερ. Με την κλίμακα αυτή οι επιστήμονες κατάφεραν να βρουν ένα εργαλείο για την «αληθινή» μέτρηση ενός σεισμού, αφήνοντας εκτός τους ψυχολογικούς και άλλους μη αντικειμενικούς παράγοντες στους οποίους στηρίζονταν οι κλίμακες έντασης (για παράδειγμα ο βαθμός 7 στην κλίμακα Forel αντιστοιχούσε σε γενικευμένο πανικό). Τώρα πια ο καθορισμός ενός σεισμού απαιτούσε δυο παραμέτρους, ίδιες για όλους τους επιστήμονες οπουδήποτε στον κόσμο: μια τιμή στην κλίμακα Ρίχτερ για το μέγεθος και τον προσδιορισμό του επίκεντρου.Aν και κάποιοι επιμένουν ακόμα και σήμερα να θεωρούν ό,τι όχι μόνον η σεισμολογία, αλλά και η γεωλογία …. δεν είναι πραγματικές επιστήμες:

… ο επιστημονικός χαρακτήρας της σεισμολογίας απαιτεί από αυτήν, πέρα από την εκ των υστέρων μελέτη και θεωρητική ερμηνεία των σεισμών, να περιλαμβάνει και την έρευνα σχετικά με την βραχυπρόθεσμη πρόβλεψη αυτών – αγνοώντας την δήλωση του ίδιου του Richter πριν από έναν περίπου αιώνα, ότι «Μόνο τρελλοί και τσαρλατάνοι προσπαθούν να προβλέψουν σεισμούς».

Πρόδρομα φαινόμενα σεισμού

Το 1962 σοβιετικοί επιστήμονες υποστήριξαν για πρώτη φορά σε διεθνές ακροατήριο ότι είχαν αναγνωρίσει ένα πολύ ελπιδοφόρο πρόδρομο φαινόμενο σεισμού. Πρόδρομα φαινόμενα ονομάζονται τα φυσικά φαινόμενα που κάνουν την εμφάνισή τους πριν από έναν σεισμό και στα οποία μπορεί να στηριχθεί η πρόβλεψη. Το φαινόμενο που ανέφεραν οι σοβιετικοί ήταν η μεταβολή του λόγου των ταχυτήτων v_P/v_S, των διάμηκων πρωτογενών σεισμικών κυμάτων P προς τα εγκάρσια δευτερογενή εγκάρσια S.

Είδη σεισμικών κυμάτων: τα διαμήκη πρωτογενή P – ταχύτητα διάδοσης στον ανώτερο φλοιό της γης ~6 km/s, τα εγκάρσια δευτερογενή S – ταχύτητα διάδοσης στον ανώτερο φλοιό της Γης ~3,5 km/s και τα επιφανειακά L – ταχύτητα διάδοσης ~3,2 km/s [από το βιβλίο Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ’ τάξης ΕΠΑΛ, των Κωστόπουλου Δ., Παπαχρήστου Π., Σκούντζου Π., Χαλκιά Κ.]

Η ερμηνεία της μεταβολής του λόγου των ταχυτήτων v_P/v_S από τον Christopher Scholtz ήταν ότι η ταχύτητα που έχουν τα διαμήκη κύματα Ρ σε ξηρό πέτρωμα μεταβάλλεται αν στο πέτρωμα εισέλθει μέσω ρωγμών νερό που βρίσκεται στο υπέδαφος, άρα και η τιμή του λόγου v_P/v_S. Ο Scholtz πρότεινε ότι στη θεωρία πρόβλεψης να συμπεριληφθούν κι άλλα πρόδρομα φαινόμενα, όπως τη μεταβολή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εδάφους, η ευκολότερη διαφυγή στην επιφάνεια του αερίου ραδιενεργού ραδονίου και η μικρή ανύψωση της στάθμης του εδάφους λόγω της διαστολής των βράχων.Η αισιοδοξία που επικρατούσε στα μέσα της δεκαετίας του 1970 στην επιστημονική κοινότητα αναφορικά με την επιτυχή πρόβλεψη σεισμών έφτασε στο αποκορύφωμά της όταν στις αρχές του 1975 έφτασε στη Δύση η είδηση ότι οι κινέζοι είχαν προβλέψει επιτυχημένα έναν πραγματικά μεγάλο και καταστροφικό σεισμό. Στις 4 Φεβρουαρίου 1975 σεισμός μεγέθους 7,3 χτύπησε τη βιομηχανική πόλη Χαϊτσενγκ, προκαλώντας σημαντικές ζημιές σε κτίρια, αλλά μόνο μικρές απώλειες σε ανθρώπινες ζωές. Επιστήμονες που μελέτησαν τα αρχεία περίπου 30 χρόνια μετά κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι πράγματι υπήρξε πρόβλεψη βασισμένη σε πρόδρομα φαινόμενα, όπως η αύξηση της συχνότητας των μικροσεισμών και παρατηρήσεις της συμπεριφοράς ζώων, και πιο συγκεκριμένα φιδιών και άλλων ερπετών που ξύπναγαν από την χειμερία νάρκη τους ανεβαίνοντας στην επιφάνεια του εδάφους.
Όμως στις 28 Ιουλίου 1976 ο σεισμός 7,6 ρίχτερ που έπληξε χωρίς καμία απολύτως προειδοποίηση την πόλη Τανγκσάν της Κίνας, έφερε την απογοήτευση σε όσους επένδυαν στην πρόβλεψη των σεισμών. Την ίδια εποχή έγιναν μελέτες που υποστήριζαν ότι και ο λόγος των ταχυτήτων v_P/v_S δεν μπορεί τελικά να χρησιμοποιηθεί ως πρόδρομο φαινόμενο.
Έτσι απομακρυνόταν το όνειρο του Milne, εφευρέτη του πρώτου σεισμογράφου, ότι το όργανο που κατασκεύασε θα μετατρεπόταν τελικά σε μια προβλεπτική μηχανή.

Η μέθοδος ΒΑΝ

Όμως στις αρχές της δεκαετίας του 1980 εμφανίστηκε η πρώτη και η πιο σημαντική μέθοδος βραχυπρόθεσμης πρόβλεψης σεισμών, η οποία έγινε αντικείμενο συντονισμένης απόπειρας αξιολόγησης από την επιστημονική κοινότητα, προκαλώντας μεγάλες έριδες μεταξύ των επιστημόνων.Πρόκειται για την ελληνική μέθοδο ΒΑΝ, η οποία επικεντρώνεται στην ανίχνευση ενός πρόδρομου φαινομένου, των ηλεκτρικών σημάτων που εκπέμπονται από την περιοχή γένεσης ενός σεισμού. Τα σήματα αυτά που έχουν συγκεκριμένες ιδιότητες ονομάζονται σεισμικά ηλεκτρικά σήματα (SES: Seismic Electric Signals).
Η μέθοδος BAN πήρε το όνομά της από τα αρχικά των επιθέτων των εμπενυστών της: του Παναγιώτη Βαρώτσου, του Καίσαρα Αλεξόπουλου και του Κωνσταντίνου Νομικού.
Oι Βαρώτσος και Αλεξόπουλος προέρχονταν από την φυσική στερεάς κατάστασης, και κατά τη δεκαετία του 1970 είχαν εργαστεί στο πεδίο της θερμοδυναμικής των πλεγματικών ανωμαλιών. Μια βασική ιδέα που προέκυψε από την έρευνα αυτή ήταν ότι όταν η πίεση σε ένα στερεό σταδιακά αυξάνεται φτάνοντας μία κρίσιμη τιμή, τα υπάρχοντα ηλεκτρικά δίπολα (οφειλόμενα σε πλεγματικές ανωμαλίες) αποκτούν τον ίδιο προσανατολισμό, κάτι που οδηγεί στην εκπομπή ηλεκτρικού σήματος πριν την θραύση.

Η ερευνητική προσπάθεια της ομάδας ΒΑΝ χωρίζεται σε τρία στάδια συν ένα, το στάδιο μηδέν.
●Τo στάδιο μηδέν αποτελεί το υπόβαθρο της μεθόδου ΒΑΝ και καλύπτει τη δεκαετία από το 1970 μέχρι το 1980, όταν οι Βαρώτσος και Αλεξόπουλος εργάστηκαν στη θερμοδυναμική των πλεγματικών ανωμαλιών καταλήγοντας σε συμπεράσματα που αποτέλεσαν την αρχική έμπνευση για τη δημιουργία της μεθόδου ΒΑΝ.

Όσον αφορά την έρευνα ΒΑΝ αυτή καθ΄εαυτή χωρίζεται σε τρια στάδια:
● Την πρώτη δεκαετία από το 1981 έως το 1990, που περιλάμβανε τα πειράματα επιβεβαίωσης της ύπαρξης των ηλεκτρικών σημάτων τύπου SES.
● Την δεύτερη δεκαετία, από το 1990 έως το 2000 περίπου, όπου οι προσπάθειες των μελών της ομάδας ΒΑΝ είχαν πιο θεωρητική κατεύθυνση καθώς εστιάστηκαν στην κατανόηση των φυσικών ιδιοτήτων των σημάτων, ώστε να απαντηθούν ορισμένα πολύ σημαντικά ερωτήματα. Για παράδειγμα, πως γίνεται τα SES να διαδίδονται σε τόσο μεγάλες αποστάσεις όσο αυτές που μεσολαβούν από την εστία ενός σεισμού έως την επιφάνεια της Γης και να έχουν αρκετή ενέργεια ώστε να είναι δυνατή η ανίχνευσή τους, ή γιατί τα SES ανιχνεύονται σε ορισμένα μόνο σημεία που ονομάζονται «ευαίσθητα» και όχι σε άλλα; Τότε εισήχθησαν οι έννοιες της επιλεκτικότητας και της ευαισθησίας που έχουν κομβική σημασία για την εκτίμηση του επίκεντρου του σεισμού.
● Στο τρίτο στάδιο που ξεκινά από το 2001, η ομάδα ΒΑΝ εργάστηκε για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας όσον αφορά την παράμετρο χρόνος σε μια πρόβλεψη. Η προσπάθεια της πιο ακριβούς πρόβλεψης του χρόνου βασίστηκε σε μια ιδέα που εσήγαγαν τα μέλη της ομάδας ΒΑΝ, αυτής του φυσικού χρόνου, που συμβολίζεται με το γράμμα χ, σε αντιδιαστολή με το γράμμα t με το οποίο παριστάνεται διεθνώς ο χρόνος. Η ανάλυση του φυσικού χρόνου χρησιμοποιήθηκε από τον καθηγητή Βαρώτσο και στην ανάλυση καρδιογραφημάτων για να προβλεφθεί ο αιφνίδιος καρδιακός θάνατος.Αν και από το 2000 και μετά η ένταση της περίπλοκης διαμάχης για το αν το ΒΑΝ πραγματοποιεί επιτυχείς προβλέψεις σεισμών ή όχι, σχεδόν εξαφανίστηκε, οι ερευνητές της ομάδας ΒΑΝ συνεχίζουν τις προσπάθειες βελτίωσης της μεθόδου τους. Οι τόνοι έπεσαν αφού οι αντιμαχόμενες πλευρές ακολουθούν παράλληλους δρόμους. Σχετικά με την αντιπαράθεση για την πρόβλεψη των σεισμών στην Ελλάδα, μπορείτε να διαβάστε πολύ περισσότερες λεπτομέρειες στην διδακτορική διατριβή του Κατσαλούλη Ηρακλή (2016, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ)), Η πρόβλεψη σεισμών ως αντικείμενο επιστημονικής διαμάχης: πειραματική πρακτική, κρατική πολιτική και επιστήμη στη δημόσια σφαίρα ή στο βιβλίο του Ηρακλή Κατσαλούλη «Η πρόβλεψη των σεισμών στην Ελλάδα», εκδόσεις ΡΟΠΗ, το οποίο χρησιμοποιήθηκε και ως πηγή στην παρούσα ανάρτηση.

Μήπως είναι εγγενώς αδύνατη η πρόβλεψη σεισμών;

Διαβάζοντας κανείς περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις διάφορες μεθόδους και τους ισχυρισμούς πρόβλεψης σεισμών στο παρελθόν (π.χ. εδώ: https://en.wikipedia.org/wiki/Earthquake_prediction) ίσως καταλήξει στο συμπέρασμα πως η βραχυπρόθεσμη πρόβλεψη των σεισμών μπορεί τελικά να είναι εγγενώς αδύνατη. Άλλωστε υπάρχουν και ερευνητές που υποστηρίζουν το ίδιο με επιστημονικά επιχειρήματα λόγω της τεράστιας πολυπλοκότητας της ανάλυσης του συνόλου του φλοιού της Γης. Και το ισχυρότερο αποδεικτικό στοιχείο αυτής της άποψης είναι προφανώς το γεγονός ότι δεν έχει επιτευχθεί ακόμα μια ακριβής μέθοδος πρόβλεψης των σεισμών.Σε σύγκριση με τις μετεωρολογικές προβλέψεις που έχουν βελτιωθεί εξαιτίας της ισχύος των υπολογιστών, των μαθηματικών μοντέλων και την ανάπτυξη της τεχνολογίας drones και δορυφόρων, η εξέλιξη της πρόβλεψης των σεισμών είναι απογοητευτική.Οι νέες τεχνολογίες και ειδικότερα η τεχνητή νοημοσύνη είναι βέβαιο πως θα βοηθήσουν σίγουρα στην πρόβλεψη των σεισμών. Για παράδειγμα έχουν αναπτυχθεί συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης για σεισμούς, που χρησιμοποιούν σεισμογράφους που εντοπίζουν και αναλύουν τις δονήσεις και στέλνουν ειδοποιήσεις λίγα δευτερόλεπτα πριν χτυπήσει ο σεισμός. Τέτοιο σύστημα είναι το ShakeAlert, που στέλνει ειδοποιήσεις στο κινητό τηλέφωνο περίπου 20 δευτερόλεπτα έως ένα λεπτό πριν από έναν σεισμό.

Η ακριβής πρόβλεψη των σεισμών θα απαιτούσε αναλυτική χαρτογράφηση και ανάλυση του φλοιού της Γης, την επισήμανση κάθε σημείου πίεσης και τη συνεχή παρακολούθηση σημείων που μπορεί να είναι κοντά σε ρήξη. Χρησιμοποιώντας λογισμικό μηχανικής εκμάθησης, και τροφοδοτώντας το με τεράστιες ποσότητες δεδομένων σεισμολογικών μετρήσεων, κάθε είδους σημάτων πρόδρομων φαινόμενων, δεδομένα ραντάρ για τον τρόπο παραμόρφωσης της επιφάνειας της Γης κλπ,
θα ήταν δυνατή αν όχι η τελειοποίηση μιας ακριβούς βραχυπρόθεσμης πρόβλεψης σεισμών, τουλάχιστον η αποφυγή άσκοπων συναγερμών από λανθασμένες προβλέψεις που προκαλούν στον κόσμο σύγχυση και απογοήτευση.

 

https://physicsgg.me/2023/02/12/σχετικά-με-την-πρόβλεψη-των-σεισμών/

 

Το επεξεργάστηκε Φεβρουάριος 14, 2023 ο Δροσος Γεωργιος

[Δροσος Γεωργιος]

Τι απέγινε η «θεωρία των πάντων»;

Η θεωρία των πάντων υπήρξε εμμονή των φυσικών στη δεκαετία του 1980. Τι απέγινε λοιπόν;

Μόνο οι αισιόδοξοι τα καταφέρνουν σ’ αυτόν τον κόσμο – είχε διαβάσει στο περιτύλιγμα μιας καραμέλας ο θεωρητικός φυσικός John Ellis. Του κόλλησε τόσο πολύ που το 1986 αναφέρθηκε στο ρητό της καραμέλας σε άρθρο του στο περιοδικό Nature με τίτλο: «Υπεχορδές: η θεωρία των πάντων ή του τίποτα;».

https://www.symmetrymagazine.org/article/whatever-happened-to-the-theory-of-everything

Ήταν αρκετά αισιόδοξος και πολύ θετικός σχετικά με την θεωρία αυτή.Σύμφωνα με τον Ellis, η «θεωρία των πάντων» είναι ένα μάλλον σαρκαστικό όνομα για μια θεωρία που περιγράφει όλα ανεξαιρέτως τα φυσικά φαινόμενα σε ένα θεμελιώδες επίπεδο. Η ιδέα διαδόθηκε τόσο επιστημονικά όσο και πολιτιστικά. Πολλοί συγγραφείς, φιλόσοφοι και δημοσιογράφοι την υιοθέτησαν, συμπεριλαμβανομένων των δημιουργών της βιογραφικής ταινίας του 2014 για τον Στίβεν Χόκινγκ.Γιατί λοιπόν σήμερα ελάχιστοι άνθρωποι αναφέρονται στη θεωρία των πάντων;«Θα έπαιζε τον ρόλο μιας μόνο μηχανής που κινεί τα πάντα», λέει ο Francesco Sannino, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Δανίας. «Αυτό είναι σαφώς ελκυστικό, αλλά και μια ρομαντική άποψη για τον κόσμο γύρω μας».

Το πολύ καλό Καθιερωμένο Πρότυπο

Ο Ellis λέει ότι εξακολουθεί και σήμερα να είναι αισιόδοξος, αλλά οι προσδοκίες του είναι πιο συγκρατημένες. «Σίγουρα θα ήμουν ευχαριστημένος με μια θεωρία των πάντων, αλλά και με οτιδήποτε πέραν αυτού που περιγράφει το Καθιερωμένο Πρότυπο.»Το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι η θεωρία που διαθέτουν οι φυσικοί για να περιγράψουν τον υποατομικό κόσμο. Αλλά το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν είναι μια θεωρία των πάντων. Δεν μπορεί να εξηγήσει την προέλευση της ύλης στο σύμπαν ή την επιταχυνόμενη διαστολή του, ούτε τι είναι η αόρατη σκοτεινή ύλη που εξηγεί γιατί οι γαλαξίες δεν διαλύονται εξαιτίας της γρήγορης περιστροφής τους. Το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν μπορεί να περιγράψει την βαρυτική δύναμη – ούτε να την ενοποιήσει με τις άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις.Αλλά για να προχωρήσουν πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο και προς μια θεωρία των πάντων, οι φυσικοί χρειάζονται ένα πάτημα με την μορφή μιας απροσδόκητης πειραματικής απόκλισης – την οποία όμως προς το παρόν δεν έχουν βρει.«Το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι πολύ καλό», λέει ο Peter Woit, θεωρητικός φυσικός στο Columbia. «Παρά την γιγάντια προσπάθεια, δεν καταφέραμε να φτάσουμε σε κάτι καλύτερο».Όταν ξεκίνησε ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων το 2008, οι φυσικοί ήλπιζαν ότι τελικά θα αποκάλυπταν φυσική πέραν της αναμενόμενης. «Αρκετοί συνάδελφοι πίστευαν ότι θα ανακαλύπταμε 100 νέα σωματίδια με το καλημέρα», λέει ο Francesco Sannino. «Ήταν μια αφελής προσδοκία και όχι η πραγματική συμπεριφορά της φύσης».Ο Ellis και πολλοί άλλοι φυσικοί ήταν αισιόδοξοι ότι ο LHC θα ανακάλυπτε την υπερσυμμετρία, μια επέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου που λύνει πολλά προβλήματα προσθέτοντας πολλά νέα σωματίδια. Η πειραματική ανακάλυψη της υπερσυμμετρίας θα ήταν ένα συγκεκριμένο βήμα προς τη θεωρία των υπερχορδών, την «θεωρία των πάντων» που διαφήμιζε ο Ellis στο άρθρο του το 1986.«Η θεωρία χορδών θέτει τα πάντα σε μια ονειρική θεωρία των πάντων – όμως πρέπει να αγοράσεις επτά ακόμη διαστάσεις», λέει ο Sannino.Αλλά ο LHC βρήκε μόνο ένα νέο θεμελιώδες σωματίδιο: το μποζόνιο Higgs, το οποίο ήταν και το τελευταίο κομμάτι του Καθιερωμένου Προτύπου. Όλες οι άλλες ανακαλύψεις από τον LHC απλά ενίσχυσαν τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.Η υπερσυμμετρία φαινόταν όλο και λιγότερο πιθανό να είναι σωστή και η θεωρία των υπερχορδών δεν έδωσε ποτέ κάποιες συγκεκριμένες προβλέψεις που θα μπορούσαν να ελεγχθούν πειραματικά στο άμεσο μέλλον.«Η υπόλοιπη επιστημονική κοινότητα αναρωτιέται, όπως στην παλιά διαφήμηση της δεκαετίας του 1980, ‘Where’s the beef?‘. Δεν υπάρχει κρέας προς το παρόν», λέει ο Ellis. «Ίσως οι φυσικοί των σωματιδίων να έχουν γίνει λίγο χορτοφάγοι και να έχουν χάσει το ενδιαφέρον τους για το κρέας».

Koιτώντας ψηλά

Πάρα πολλοί φυσικοί ήταν κάποτε αισιόδοξοι ό,τι θα μπορούσαν να τροποποιήσουν την θεωρία των χορδών προς ένα μαθηματικό εργαλείο ικανό για συγκεκριμένες προβλέψεις. «Αυτό δεν έχει συμβεί ακόμα», σύμφωνα με τον Ellis. «Οι άνθρωποι είναι πλέον πολύ πιο προσεκτικοί».Όμως δεν χάθηκαν όλα. Η θεωρία των χορδών έχει αποκαλύψει νέους τρόπους σκέψης για τις σχέσεις μεταξύ της βαρύτητας και των άλλων θεμελιωδών δυνάμεων, καθώς και γνώσεις για τη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης και το τι συμβαίνει κατά την διάρκεια των συγκρούσεων βαρέων πυρήνων στον LHC.Όταν βαρέα ιόντα συγκρούονται στον LHC, τα κουάρκ και τα γλοιόνια των πυρήνων τους συμπεριφέρονται ως ένα σχεδόν τέλειο ρευστό. Αυτό το φαινόμενο είναι δύσκολο να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας παραδοσιακές προσεγγίσεις. Αλλά οι ιδέες από την θεωρία των χορδών δείχνουν το πως μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους με τρόπο που να δημιουργεί ένα ρευστό με εξαιρετικά μικρό ιξώδες. Σύμφωνα με τον Ellis, «Η θεωρία των χορδών έχει μεταμορφωθεί όχι μόνο σε μια υποψήφια θεωρία των πάντων – που σίγουρα εξακολουθεί να ακούγεται πολύ αισιόδοξο – αλλά και σε μια θεωρία για ορισμένα πράγματα επίσης».Ο Ellis αναγνωρίζει ότι ο δρόμος προς μια θεωρία των πάντων έχει αποδειχθεί πολύ πιο σκληρός σε σχέση με αυτό που οραματιζόταν ο ίδιος και η επιστημονική κοινότητα τη δεκαετία του 1980. Και απολογείται λέγοντας πως, ο κόσμος είναι πιθανώς πολύ πιο περίπλοκος από όσο θα μπορούσαμε ποτέ να φανταστούμε.Αλλά εξακολουθεί να είναι αισιόδοξος και εξακολουθεί να πιστεύει ότι οι φυσικοί πρέπει να στρέψουν το βλέμμα τους ψηλά. «Ο Νεύτωνας ενοποίησε την κίνηση του μήλου με την κίνηση της Σελήνης. Άμα κοιτάξουμε ψηλά, θα αποκτήσουμε βαθύτερες γνώσεις».

https://physicsgg.me/2023/04/29/τι-απέγινε-η-θεωρία-των-πάντων/

[Δροσος Γεωργιος]

Ευρωπαίοι φυσικοί αποκάλυψαν τη «μνήμη» της πολυπλοκότητας.

Mόλις ανακοινώθηκαν τα αποτελέσματα μιας ιταλικής και ισπανικής ερευνητικής συνεργασίας, στην οποία πρωταγωνιστής είναι ο νομπελίστας θεωρητικός φυσικός Τζόρτζιο Παρίζι (Giorgio Parisi).

https://physicsgg.me/2021/10/13/μισό-νόμπελ-φυσικής-στα-μυστηριώδη-υα/

Τα αποτελέσματα αυτής της πολυετούς έρευνας έδειξαν πρώτη φορά το πώς οι μυστηριώδεις «ύαλοι σπιν» μπορούν να μας αποκαλύψουν το φυσικό υπόστρωμα ή, αν θέλετε, το «μνημονικό αποτύπωμα» της εξέλιξης των πολύπλοκων συστημάτων. Μια νέα ανακάλυψη που έχει απρόσμενες θεωρητικές και τεχνολογικές εφαρμογές, ενώ βασίζεται στις θεμελιώδεις ανακαλύψεις του Παρίζι για τη δυναμική όλων των πολύπλοκων συστημάτων.

Ο Τζόρτζιο Παρίζι έχει αδυναμία του στους ελληνικούς χορούς

Πράγματι, ο Τζόρτζιο Παρίζι είναι σήμερα ο πιο διάσημος φυσικός για τις έρευνές του για τα πολύπλοκα συστήματα στη Φύση, αλλά και δραστήριος αριστερός διανοούμενος. Το 2021 κέρδισε δικαίως το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής «για την ανακάλυψη του ρόλου της αταξίας και των διακυμάνσεων στα φυσικά συστήματα, από τις ατομικές έως τις πλανητικές κλίμακες», σύμφωνα με την αιτιολόγηση της Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών.Από το 1980 μέχρι σήμερα, οι έρευνες του Τζόρτζιο Παρίζι αφορούν τη μαθηματική-πιθανοκρατική περιγραφή των τυχαίων αλληλεπιδράσεων που γεννούν τις χαώδεις δυναμικές σε όλα τα πολύπλοκα συστήματα: από την ατμόσφαιρα και το κλίμα του πλανήτη μας μέχρι τα ανθρώπινα νευρωνικά και κοινωνικά δίκτυα και από τις μικροσκοπικές υποατομικές αλληλεπιδράσεις μέχρι τις μακροσκοπικές αλληλεπιδράσεις των πλανητών και των γαλαξιών.Στην πιο πρόσφατη έρευνά του με τίτλο «Memory and rejuvenation effects in spin glasses are governed by more than one length scale«,

https://www.nature.com/articles/s41567-023-02014-6

που μόλις δημοσιεύτηκε στο κορυφαίο διεθνές περιοδικό «Nature Physics», συνεργάστηκε με κορυφαίους Ιταλούς φυσικούς του Πανεπιστημίου της Ρώμης και του ιταλικού Ινστιτούτου Νανοτεχνολογίας, αλλά και με σπουδαίους Ισπανούς ερευνητές του Πανεπιστημίου Complutense της Μαδρίτης και Extremadura της Σαραγόσα.

Η πολύπλοκη μνήμη των «υαλωδών σπιν»

Η ύαλος σπιν είναι ένα κράμα μετάλλου όπου άτομα σιδήρου, για παράδειγμα, αναμιγνύονται τυχαία σε ένα πλέγμα ατόμων χαλκού. Κάθε άτομο σιδήρου συμπεριφέρεται σαν ένας μικρός μαγνήτης, ο οποίος επηρεάζεται από τους άλλους μαγνήτες γύρω του. Ωστόσο, σε ένα σύστημα υάλου σπιν ‘συγχύζονται’ και δυσκολεύονται να επιλέξουν προς ποια κατεύθυνση θα προσανατολιστούν. Εκδήλωση της σύγχυσης (frustration) είναι το πάγωμα των σπιν και η εκθετική αύξηση του χρόνου αποκατάστασης. Ο Parisi ανέπτυξε μια θεωρία που ερμηνεύει το φαινόμενο και εφαρμόζεται σε πολλά άλλα πολύπλοκα συστήματα.

Οι μυστηριώδεις ύαλοι σπιν (spin glass) και κυρίως οι αναδυόμενες φυσικές τους ιδιότητες αποτελούν το αγαπημένο αντικείμενο ερευνών του Παρίζι, επειδή από το 1980 μέχρι σήμερα αποδείχτηκαν το ιδανικό μοντέλο για τη φυσική περιγραφή όλων των πολύπλοκων συστημάτων που μελέτησε. Στη Φυσική περιγράφεται ως «ύαλος σπιν», ένα κράμα μετάλλου, όπου π.χ. τα άτομα σιδήρου αναμιγνύονται τυχαία μέσα σε ένα πλέγμα ατόμων χαλκού. Σε αυτό το κράμα κάθε ένα από τα λίγα άτομα σιδήρου συμπεριφέρεται σαν ένας μικροσκοπικός μαγνήτης, ο οποίος επηρεάζεται από τα άλλα άτομα-μαγνήτες που υπάρχουν γύρω του.Ωστόσο, ενώ σε έναν συνηθισμένο μαγνήτη τα σπιν, δηλαδή οι ιδιοπεριστροφές όλων των ατόμων, προσανατολίζονται αυτομάτως προς την ίδια κατεύθυνση, στο σύστημα των υάλων σπιν αυτό δεν συμβαίνει αυτομάτως, γιατί ορισμένα ζεύγη σπιν προσανατολίζονται προς την ίδια κατεύθυνση ενώ άλλα προς την εντελώς αντίθετη.Αυτή η άβολη αλλά καθόλου αφύσικη συνύπαρξη διαφορετικών σπιν δημιουργεί μια κατάσταση «σύγχυσης» (frustration) και τα σπιν των ατόμων δεν μπορούν να αποφασίσουν προς ποια κατεύθυνση είναι καλύτερο (ενεργειακά) να προσανατολιστούν, ενώ καταφέρνουν τελικά να βρουν τη σωστή κατεύθυνση μόνο υπό ορισμένες θερμοδυναμικές συνθήκες.Μελετώντας τη συμπεριφορά αυτών των συστημάτων, ο Τζόρτζιο Παρίζι ανακάλυψε τα κρυμμένα φυσικομαθηματικά πρότυπα που περιγράφουν αυτά και πολλά άλλα πολύ πιο πολύπλοκα φυσικά συστήματα. Και οι ανακαλύψεις του θεωρούνται αποφασιστικές για την κατανόηση της ανάδυσης και της εξέλιξης όλων των πολύπλοκων δομών, οι οποίες περιγράφονται όχι μόνο από τη Φυσική, αλλά και από πολλές άλλες επιστήμες, όπως η Γεωλογία, η Βιολογία, οι Νευροεπιστήμες, η Ιατρική Επιδημιολογία, η Γνωσιακή Ψυχολογία και η Πληθυσμιακή Κοινωνιολογία.Οι πιο πρόσφατες έρευνές του εστιάζουν στο αν τα στοιχειώδη πολύπλοκα συστήματα των «υάλων σπιν» μπορούν να λησμονούν τα διάφορα εξελικτικά βήματα που τα οδήγησαν στη σημερινή τους κατάσταση. Καθώς και αν, υπό ορισμένες ακραίες φυσικές συνθήκες, μπορούν να «ξανανιώσουν», ανακτώντας τις προηγούμενες και ξεχασμένες φυσικές καταστάσεις τους!Χαρη σε αυτές τις έρευνες και με τη βοήθεια του υπερυπολογιστή Janus, που είναι ικανός να εκτελεί 8 δισ. αριθμητικές πράξεις το δευτερόλεπτο, οι σημερινοί ερευνητές κατάφεραν να επιβεβαιώσουν τις βασικές αρχές της θεωρίας του Παρίζι, αλλά και να ανασυγκροτήσουν την εξέλιξη αυτών των πολύπλοκων συστημάτων.Όπως δήλωσε ο Enzo Marinari, συνεργάτης του Παρίζι που συνυπογράφει αυτήν την τελευταία έρευνα: Χάρη στα πρόσφατα αποτελέσματα «είμαστε σε θέση να κατανοούμε τις αρχές βάσει των οποίων οργανώνονται τα βιολογικά συστήματα, ή ακόμη να περιγράφουμε με πολύ καλύτερα μοντέλα τις φυσικές αρχές που εξηγούν τις ικανότητες των υαλωδών σπιν».Και προσθέτει διευκρινιστικά ο Enzo Marinari: «Πρόκειται για συστήματα στα οποία γνωρίζαμε ότι πρέπει να υπάρχει στη δομή τους μια αρκετά πολύπλοκη διάταξη, αλλά αγνοούσαμε ποια είναι αυτή. Τα πειράματα που έγιναν τα τελευταία 25 χρόνια, έδειχναν ότι στις υάλους σπιν συμβαίνουν παράξενα πράγματα, τα οποία δεν καταφέρναμε να αναλύσουμε, ούτε καν καταφεύγοντας στη θεωρία του Παρίζι.Με τη βοήθεια του υπερυπολογιστή Janus και των τεράστιων ικανοτήτων του για αριθμητικές προσομοιώσεις, καταφέραμε τελικά, μετά από 25 χρόνια, να εμφανιστούν αυτές οι συμπεριφορές σε συστήματα των υαλωδών σπιν. Αυτά τα υλικά φαίνονται κανονικά, αλλά διαθέτουν κρυφές ποιότητες, μοιάζουν να είναι σταθερά, αλλά μπορούν κρυφά να εξελίσσονται, και αυτή η εξέλιξη τα οδηγεί να γερνάνε, αλλά μετά η γήρανσή τους εξαφανίζεται και λαμβάνει χώρα η ανανέωσή τους».

https://physicsgg.me/2023/05/05/ευρωπαίοι-φυσικοί-αποκάλυψαν-τη-μν/

[Δροσος Γεωργιος]

Τα ρολόγια που δάμασαν τα νερά του χωροχρόνου.

«Με τα ναυτικά του ρολόγια ο Τζων Χάρρισον δοκίμασε τα νερά του χωρόχρονου. Κατόρθωσε, ενάντια σε κάθε πρόβλεψη, να χρησιμοποιήσει την τέταρτη – τη χρονική διάσταση, για να συνδέσει σημεία πάνω στην τρισδιάστατη υδρόγειο σφαίρα. Απέσπασε από τους αστέρες τα μυστικά των τοποθεσιών του κόσμου και κλείδωσε το μυστικό σ’ ένα ρολόι τσέπης.»

Deva Sobel, «Ρολόγια εν πλω, Η αληθινή ιστορία ενός ιδιοφυούς ανθρώπου που έλυσε το μεγαλύτερο επιστημονικό πρόβλημα του καιρού του», Μετάφραση: Παναγιώτης Δρεπανιώτης, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.

Κατά τον 18ο αιώνα, ενόσω η επιστηµονική επανάσταση βρισκόταν σε πλήρη εξέλιξη και η εποχή των µεγάλων ανακαλύψεων στο απόγειό της, το πλέον ακανθώδες επιστηµονικό πρόβληµα που κυριαρχούσε στους επιστηµονικούς και πολιτικούς κύκλους της Βρετανίας, και όχι µόνο, είχε καθαρά πρακτική σηµασία: ήταν ο υπολογισµός του γεωγραφικού µήκους. Η αδυναµία µέτρησής του είχε κοστίσει επί αιώνες χιλιάδες ανθρώπινες ζωές χαµένες στη θάλασσα, ενώ έθετε σοβαρά εµπόδια στην εµπορική επέκταση και την αµυντική θωράκιση της νησιωτικής χώρας.Με το συγκεκριµένο πρόβληµα καταπιάστηκαν οι κορυφαίοι αστρονόµοι της εποχής, όµως ένας επίµονος τεχνίτης, ο Τζων Χάρρισον, συνέλαβε µια µηχανική λύση. Αφιερώνοντας 40 χρόνια από τη ζωή του, µπόρεσε να κατασκευάσει ένα ρολόι που µετρούσε µε ακρίβεια την πάροδο του χρόνου στη θάλασσα, κάτι που τα ρολόγια της εποχής δεν κατάφερναν ούτε στη στεριά. Τούτο το τέλειο ρολόι, που σήμερα ονομάζεται χρονόμετρο, υπήρξε το επιστέγασμα μιας ηρωικής προσπάθειας η οποία αντιμετώπισε ατέλειωτες δυσκολίες, αμφισβητήσεις και τρικλοποδιές, για να γνωρίσει τέλος την επίσημη αναγνώριση και την καθολική αποδοχή.«Όσοι αγνοούσαν τούτο το μοναδικό επεισόδιο της ανθρώπινης Ιστορίας, θα απολαύσουν μια συναρπαστική αφήγηση γύρω από ένα εκπληκτικό επίτευγμα στους τομείς της μέτρησης του χρόνου και της ναυσιπλοΐας.» Νηλ Άρµστρονγκ, ο πρώτος άνθρωπος που πάτησε στη Σελήνη.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
Πρόλογος στην ελληνική έκδοση
Πρόλογος του Νηλ Άρμστρονγκ
1. Φανταστικές γραμμές
2. Η θάλασσα πριν από τον χρόνο
3. Έρμαιο στα γρανάζια του σύμπαντος
4. Ο χρόνος στο μπουκάλι
5. Η συμπαθητική σκόνη
6. Το βραβείο
7. Το ημερολόγιο ενός ωρολογοποιού
8. Η ακρίδα πάει στη θάλασσα
9. Δείκτες στο ουράνιο ρολόι
10. Ο διαμαντένιος φύλακας του χρόνου
11. Δοκιμασία διά πυρός και υδάτων
12. Ιστορία δύο πορτρέτων
13. Το δεύτερο ταξίδι του πλοιάρχου Τζέιμς Κουκ
14. Η μαζική παραγωγή της ιδιοφυΐας
15. Στον αυλόγυρο του μεσημβρινού
Ευχαριστίες
Πηγές
Ευρετήριο

διαβάστε τον πρόλογο του Νηλ Άρµστρονγκ

https://www.cup.gr/wp-content/uploads/2023/03/ROLOGIA_EN_PLO_sample.pdf

https://physicsgg.me/2023/05/15/τα-ρολόγια-που-δάμασαν-τα-νερά-του-χωρο/

 

[Δροσος Γεωργιος]

Τι είναι οι ανηχωικοί θάλαμοι;

H «εκκωφαντική» σιωπή των ανηχωικών θαλάμων της Θεσσαλονίκης

«Oταν τον είχε επισκεφθεί ο ανιψιός μου, ήταν τότε έξι-επτά χρονών, τρόμαξε με το που μπήκε, αισθάνθηκε φοβερή δυσφορία, τον συγκρατήσαμε να μη βάλει τα κλάματα». Αυτή είναι η πιο χαρακτηριστική εμπειρία που είχε να μοιραστεί για τον ανηχωικό θάλαμο του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης ο κ. Τραϊανός Γιούλτσης, καθηγητής στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΑΠΘ και ένας εκ των υπευθύνων του θαλάμου.

Θέλμα Χατζηαθανασίου – kathimerini.gr

Με τη δυσφορία του μικρού αγοριού συμπάσχω. Οταν επισκέφθηκα τον θάλαμο -ο οποίος παραπέμπει περισσότερο σε δυστοπική σκηνή από ταινία φαντασίας παρά σε εργαστήριο πανεπιστημιακού κάμπους – μπορεί μεν να μην έβαλα τα κλάματα, αλλά αισθανόμουν μία πίεση στο κεφάλι, σαν να βρίσκομαι σε αεροπλάνο. Και ο λόγος είναι απλός, όπως εξηγεί ο κ. Γιούλτσης: ο θάλαμος επηρεάζει και το ακουστικό κύμα.Βέβαια, βασικός σκοπός αυτού του είδους των θαλάμων, ο αριθμός των οποίων στην Ελλάδα είναι μετρημένος στα δάχτυλα του ενός χεριού, είναι πολύ πιο σύνθετος. Επιχειρώντας να τον απλοποιήσει, η κ. Γεωργία Ρεμπούτσικα, διευθύνουσα σύμβουλος του Εθνικού Συστήματος Υποδομών Ποιότητας (ΕΣΥΠ), εξηγεί στην «Κ» ότι ο ανηχωικός θάλαμος χρησιμοποιείται για μετρήσεις ελεύθερου πεδίου. Μετρήσεις δηλαδή, που πρέπει να υλοποιηθούν χωρίς την παρεμβολή των ακουστικών κυμάτων από ανάκλαση.Στόχος των μετρήσεων, σημειώνει η κ. Ρεμπούτσικα, είναι η μελέτη των ακουστικών ιδιοτήτων διαφόρων αντικειμένων και οργάνων, όπως ηχεία, μικρόφωνα και διάφορες ηχητικές πηγές. Τέτοιου είδους μετρήσεις πραγματοποιούνται στον δεύτερο ανηχωικό θάλαμο της Θεσσαλονίκης, στο Ελληνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας, το οποίο λειτουργεί υπό την «ομπρέλα» του ΕΣΥΠ.  Από την άλλη πλευρά, ο θάλαμος στο ΑΠΘ αφορά κυκλώματα υψηλών συχνοτήτων, όπου γίνονται μετρήσεις οποιασδήποτε συσκευής μπορεί να δουλεύει στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, όπως κεραίες και διατάξεις για τις προηγμένες ασύρματες επικοινωνίες (π.χ. 5G).  Για ένα πείραμα, πέρα από τη σχεδίαση και την κατασκευή της διάταξης, η μέτρηση μπορεί να διαρκέσει από μερικά λεπτά έως κάποιες ώρες. Το κόστος των πειραμάτων διαφέρει ανάλογα με το πόσο εξειδικευμένα είναι. Για τον θάλαμο του ΑΠΘ μπορεί να ξεκινήσει από μερικές εκατοντάδες ευρώ και να ξεπεράσει  τα 1.000 ευρώ. Πάντως, ο κ. Γιούλτσης τονίζει χαρακτηριστικά ότι «δεν ξέρει πόσες φορές» έχει αποσβεστεί το κόστος της δημιουργίας του θαλάμου από την ολοκλήρωσή του προ δεκαπενταετίας. Τότε, για το στήσιμό του -που διήρκεσε περίπου δύο χρόνια – χρειάστηκαν μερικές εκατοντάδες χιλιάδες ευρώ. Ενδεικτικά, μόνο το κύριο όργανο μέτρησης, ο αναλυτής κυκλωμάτων, στοίχισε 100.000 ευρώ.

Οι τοίχοι του ανηχωικού θαλάμου στο ΕΙΜ μοιάζουν με μαξιλάρια. Αντιθέτως, στο ΑΠΘ είναι επικαλυμμένοι με ένα υλικό σπογγώδες σε αίσθηση και με σχήμα πυραμίδας.

Η συμβολή

Στους δύο θαλάμους της Θεσσαλονίκης ανατίθενται πειράματα και διακριβώσεις από εταιρείες και συνεργάτες. Ο θάλαμος στο ΕΙΜ, το οποίο είναι η «κεφαλή» του εθνικού μετρολογικού συστήματος, έχει πολύ υψηλές προδιαγραφές για τις διακριβώσεις και λειτουργεί σε εξαιρετικά χαμηλές συχνότητες. Από την άλλη πλευρά, ο χώρος του ΑΠΘ λειτουργεί σε συχνότητες άνω των 500 Μεγαχέρτζ και εξυπηρετεί παράλληλα το διδακτικό έργο, αφού διατίθεται και για ερευνητικούς και εκπαιδευτικούς σκοπούς.Παρότι η συμβολή των ανηχωΐκών θαλάμων είναι σημαντική και απαραίτητη, ο μικρός αριθμός τους στη χώρα δικαιολογείται από το περιορισμένο μέγεθος της ελληνικής βιομηχανίας. «Υπάρχει σαφέστατα ένα μέρος βιομηχανικής δραστηριότητας, αλλά δεν μπορούμε να συγκριθούμε με χώρες όπως η Γαλλία, η Γερμανία, ακόμη και με την Ολλανδία, ως προς το μέγεθος του εξοπλισμού που χρειάζεται να μετρηθεί», υποστηρίζει ο κ. Γιούλτσης.

Πώς λειτουργεί

Ο ανηχωικός θάλαμος είναι ένας εξειδικευμένος χώρος, ακουστικά απομονωμένος από το εξωτερικό περιβάλλον, με υλικά που απορροφούν τα ακουστικά κύματα που προσπίπτουν σε αυτά. Όταν μιλάμε, για παράδειγμα, ο ήχος της φωνής μας ανακλάται από όλες τις επιφάνειες γύρω μας. Εντός του θαλάμου, όμως, οι ανακλάσεις των ακουστικών κυμάτων στα τοιχώματα είναι αμελητέες, καθώς διαφορετικά θα μπορούσαν να δημιουργήσουν πρόβλημα στην ακρίβεια της μέτρησης.

«Ανάμεσα σε αυτές τις πυραμίδες δημιουργούνται πολλαπλές ανακλάσεις. Σε κάθε μία από αυτές αποσβέννυται το κύμα και επιστρέφει πάρα πολύ εξασθενημένο», εξηγεί στην «Κ» ο κ. Γιούλτσης.

Η επικάλυψη των τοίχων είναι αντίστοιχη με τα στούντιο ηχογράφησης. Τα υλικά που επιλέγονται παρουσιάζουν αγωγιμότητα (πρόκειται συνήθως για κάποιες μορφές άνθρακα, ενδεχομένως φερίτες για χαμηλές συχνότητες), ενώ ανάλογα με τον σκοπό που εξυπηρετούν οι θάλαμοι, διαφέρουν ως προς το σχήμα και τη γεωμετρία τους. Για παράδειγμα, οι τοίχοι του θαλάμου στο ΕΙΜ μοιάζουν με μαξιλάρια. Αντιθέτως, στο ΑΠΘ είναι επικαλυμμένοι με ένα υλικό σπογγώδες σε αίσθηση και με σχήμα πυραμίδας. «Ανάμεσα σε αυτές τις πυραμίδες δημιουργούνται πολλαπλές ανακλάσεις. Σε κάθε μία από αυτές αποσβέννυται το κύμα και επιστρέφει πάρα πολύ εξασθενημένο», εξηγεί στην «Κ» ο κ. Γιούλτσης.

Η δυσφορία

Ο διασημότερος ανηχωικός θάλαμος είναι κατά πάσα πιθανότητα αυτός της Microsoft, στο Ρέντμοντ της Ουάσιγκτον. Το τσιμεντένιο δωμάτιο κατέχει το παγκόσμιο ρεκόρ Γκίνες ως το πιο ήσυχο μέρος του κόσμου, καθώς εκεί μπορεί κανείς να ακούσει τον παλμό του, το αίμα του να κυλά, ακόμα και τον ήχο που κάνουν τα οστά του καθώς κινείται. Αν μείνει για παρατεταμένο διάστημα, όμως, ο επισκέπτης ακούει ένα κουδούνισμα και χάνει την ισορροπία του.Η «εκκωφαντική» αυτή ησυχία υπάρχει και στους θαλάμους υψηλότερων συχνοτήτων, όπου η έλλειψη ηχούς δημιουργεί μία παράξενη αίσθηση αποπροσανατολισμού, πολύ ηπιότερη βέβαια από τον θάλαμο της Microsoft. Παράλληλα, μπορεί να προκαλέσει δυσφορία λόγω της κλειστοφοβίας και της αλλαγής θερμοκρασίας που ενδεχομένως υπάρχει σε έναν μικρότερο χώρο. Σίγουρα πάντως, η δυσφορία του μικρού παιδιού ήταν δικαιολογημένη.

https://physicsgg.me/2023/06/22/τι-είναι-οι-ανηχωικοί-θάλαμοι/

[Δροσος Γεωργιος]

Τα φώτα LED εξοικονομούν ενέργεια αλλά επηρεάζουν την υγεία μας.

 

Κατά την τελευταία δεκαετία, οι επιστήμονες, διαπίστωσαν πως ο νυχτερινός ουρανός γίνεται σχεδόν 10% πιο φωτεινός κάθε χρόνο εξαιτίας του τεχνητού φωτισμού και κυρίως των LED που εκπέμπουν υπερβολική λάμψη, προκαλώντας φωτορύπανση. Μέρος του προβλήματος είναι τα φώτα του δρόμου, αλλά και πηγές όπως οι φωτεινές διαφημιστικές πινακίδες και τα φώτα των γηπέδων.Αλλά τα φώτα LED επηρεάζουν και την υγεία μας. Όπως αναφέρει εκτενές δημοσίευμα της Washington Post, οι συνήθεις τύποι λαμπτήρων αυτής της τεχνολογίας έχουν υψηλότερα ποσοστά στην εκπομπή μπλε μήκους κύματος, τα οποία μπορούν να επηρεάσουν τις νυχτερινές συνήθειες των ανθρώπων. Διαταράσσουν τους κιρκάδιους ρυθμούς μας (τον 24ωρο κύκλο που ρυθμίζει τις σωματικές λειτουργίες σχεδόν όλων των έμβιων όντων, από τον ύπνο έως το ξύπνημα), μειώνουν την απόδοση του ανοσοποιητικού μας συστήματος και αυξάνουν την εμφάνιση ορισμένων ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου.Το ζήτημα έχει αναδειχθεί τα τελευταία χρόνια. Ως γνωστόν, τα φώτα LED είναι οι ολυμπιονίκες των λαμπτήρων: Καταναλώνουν έως και 90 τοις εκατό λιγότερη ενέργεια και μπορούν να διαρκέσουν έως και 25 φορές περισσότερο από τα παραδοσιακά φώτα πυρακτώσεως.Ως ο πιο ενεργειακά αποδοτικός λαμπτήρας στην αγορά, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τόσοι πολλοί άνθρωποι τον προτιμούν.

Κρύβουν τα αστέρια- Φωτεινότερος ο ουρανός

Εντοπίστηκαν ωστόσο και μειονεκτήματα: Οι ερευνητές της Αμερικανικής Εθνικής Υπηρεσίας Πάρκων διαπίστωσαν ότι τα φώτα LED κρύβουν τα περισσότερα από τα αστέρια.“Ο φωτισμός γίνεται ισχυρότερος, οπότε εκτείνεται ψηλότερα στον ουρανό … ολόκληρος ο ουρανός γίνεται πιο φωτεινός”, δήλωσε ο αστρονόμος Li-Wei  ο οποίος δημοσίευσε σχετική έρευνα “Μόλις πριν από λίγα χρόνια, αυτό ήταν πραγματικά νέα γνώση για εμάς. Η μετάβαση σε LED μειώνει πραγματικά τη φωτορύπανση ή την αυξάνει; Δεν ξέραμε ακριβώς”.Τα δεδομένα έδειξαν ότι ο ουρανός πάνω από το βουνό Burch της κομητείας Τσίλαν που πρωτοστάτησε στην αλλαγή των λαμπτήρων, ήταν κατά 60 τοις εκατό φωτεινότερος μετά την ολοκλήρωση της μετάβασης το 2019, σε σύγκριση με το 2018. Η  αυξημένη ρύπανση χαρακτηρίστηκε ως  η “απόλυτη έκπληξη” καθώς,  παρότι η Δημόσια Υπηρεσία Κοινής Ωφέλειας είχε προσπαθήσει να κατευθύνει τα φώτα προς το έδαφος, το φως εξακολουθούσε να διασκορπίζεται προς τα πάνω.

«Φρέναρε» η Ουάσινγκτον

Από το 2011 έως το 2022, αναφορές επιστημόνων και πολιτών έδειξαν ότι ο μέσος νυχτερινός ουρανός γινόταν φωτεινότερος κατά 9,6 τοις εκατό κάθε χρόνο, γεγονός που οι ερευνητές αποδίδουν στην αντικατάσταση των λαμπτηρων με LED.  Ορισμένες πόλεις, όπως η Ουάσινγκτον, διέκοψαν τη μετάβαση στην νέα τεχνολογία, αφού οι κάτοικοι παραπονέθηκαν ότι τα έντονα φώτα διαταράσσουν τον ύπνο τους.Τα φώτα LED εκπέμπουν περισσότερο μπλε φως από τους κανονικούς λαμπτήρες στο οποίο το ανθρώπινο μάτι είναι εξαιρετικά ευαίσθητο.“Ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του κιρκάδιου ρολογιού μας είναι η χρονική στιγμή που παράγεται η μελατονίνη, ορμόνη που σχετίζεται με την ύπνο”, δήλωσε ο Μανουέλ Σπίτσαν, νευροεπιστήμονας στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Η έκθεση των ανθρώπων σε φως τη νύχτα καταστέλλει την παραγωγή της”.Χωρίς τη μελατονίνη που ενεργοποιεί τη νύστα, οι άνθρωποι είναι πιο πιθανό να μείνουν ξάγρυπνοι, προκαλώντας διαταραχή στον  κιρκάδιο ρυθμό μας που έχει συνδεθεί με περιπτώσεις καρκίνου, όπως ο καρκίνος του μαστού, και έχει  χαρακτηριστεί πιθανώς καρκινογόνα από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας. Άλλες έρευνες έχουν δείξει ότι οι διακοπές στον κιρκαδικό μας ρυθμό συνδέονται με ορισμένα καρδιακά προβλήματα.“Είμαστε πιο ευαίσθητοι στο μπλε φως τη νύχτα απ’ ό,τι κατά τη διάρκεια της ημέρας”, δήλωσε ο Κρις Κάιμπα, ο οποίος μετρά ποσοτικά το τεχνητό φως στο νυχτερινό περιβάλλον στο Γερμανικό Κέντρο Ερευνών GFZ για τις Γεωεπιστήμες.

Τι να προσέξετε

Δεν είναι όλα τα φώτα LED ίδια. Όταν πηγαίνετε στο κατάστημα, θα βρείτε φώτα LED με ετικέτες 4.000 Kelvin, 3.000 Kelvin ή ακόμη και 2.000 Kelvin- μονάδες μέτρησης της θερμοκρασίας- που συσχετίζονται με την εμφάνιση του φωτός ως θερμού (πιο κίτρινου) ή ψυχρού (μπλε).

Οι γιατροί συνιστούν να αγοράζετε φώτα LED με θερμότερες αποχρώσεις, όπως το κίτρινο ή το πορτοκαλί. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να χρησιμοποιείτε φώτα LED κάτω από 4.000 Kelvin. Κατά μέσο όρο, τα φώτα LED στα 4.000 Kelvin έχουν περίπου 29% μπλε χρώμα. Τα φώτα στα 3.000 Kelvin έχουν περίπου 21 τοις εκατό μπλε χρώμα. Αυτές τις μέρες, υπάρχουν διαθέσιμα φώτα LED σε επίπεδα μόλις 2.000 Kelvin. Οι θερμότερες αποχρώσεις διασκορπίζονται επίσης λιγότερο στην ατμόσφαιρα από το ψυχρό μπλε φως.

https://physicsgg.me/2023/06/24/τα-φώτα-led-εξοικονομούν-ενέργεια-αλλά-ε/

[Δροσος Γεωργιος]

Στη θεωρία των χορδών το μετάλλιο Dirac 2023.

To Διεθνές Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής Abdus Salam (ICTP) απένειμε το μετάλλιο Dirac 2023 σε τέσσερις φυσικούς για την συνεισφορά τους στη θεωρία των χορδών, ένα μαθηματικό πλαίσιο της θεμελιώδους φυσικής που στοχεύει να περιγράψει το σύνολο του σύμπαντος:
Jeffrey Harvey, Πανεπιστήμιο Chicago, HΠA
Igor Klebanov, Πανεπειστήμιο Princeton University, ΗΠΑ
Stephen Shenker, Πανεπιστήμιο Stanford , ΗΠΑ
Leonard Susskind, Πανεπιστήμιο Stanford, ΗΠΑ

Η βράβευσή τους αντανακλά την πρωτοποριακή εργασία τους στην διαταρακτική και μη διαταρακτική θεωρία των χορδών και την κβαντική βαρύτητα, ειδικότερα στις πτυχές που σχετίζονται με τις ανωμαλίες, την δυαδικότητα, τις μαύρες τρύπες και την ολογραφία. Οι προαναφερθέντες φυσικοί έχουν στο ενεργητικό τους πολλές πρωτότυπες δημοσεύσεις στην ανάπτυξη της θεωρίας των χορδών, με στόχο την ενοποίηση όλων των φυσικών αλληλεπιδράσεων, συμπεριλαμβανομένης της βαρύτητας. Η έρευνά τους οδήγησε σε νέες και βαθύτερες γνώσεις σχετικά με τη φυσική των μαύρων τρυπών και σε σημαντικές εννοιολογικές ανακαλύψεις διαμέσου των νέων αρχών της δυαδικότητας και της ολογραφίας.Το μετάλλιο Dirac του ICTP απονέμεται προς τιμήν του Paul Dirac, ενός από τους μεγαλύτερους φυσικούς του 20ου αιώνα. Απονέμεται κάθε χρόνο στα γενέθλια του Ντιράκ, στις 8 Αυγούστου, σε επιστήμονες με σημαντική συμβολή στη θεωρητική φυσική.Στο βίντεο που ακολουθεί ο διευθυντής του ICTP Atish Dabholkar κάνει μια εκλαϊκευμένη παρουσίαση της θεωρίας χορδών και της συνεισφοράς των τεσσάρων βραβευθέντων φυσικών:

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: ICTP Announces 2023 Dirac Medallists (via JD M)

https://physicsgg.me/2023/08/08/στη-θεωρία-των-χορδών-το-μετάλλιο-dirac-2023/

[Δροσος Γεωργιος]

Επιστήμονες πλησιάζουν στην ανακάλυψη της πέμπτης δύναμης της φύσης.

Fermi National Accelerator Laboratory/Ryan Postel/Handout via REUTERS

Τα δεδομένα προέρχονται από πειράματα στην αμερικανική εγκατάσταση επιταχυντή σωματιδίων Fermilab.Η δελεαστική θεωρία ότι θα μπορούσε να υπάρχει μια πέμπτη δύναμη της φύσης απέκτησε δυναμική χάρη στην απροσδόκητη ταλάντωση ενός υποατομικού σωματιδίου, όπως αποκάλυψαν οι φυσικοί.Σύμφωνα με την τρέχουσα αντίληψη, υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση, τρεις από τις οποίες – η ηλεκτρομαγνητική δύναμη και η ισχυρή και ασθενής πυρηνική δύναμη – εξηγούνται από το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής. Ωστόσο, το μοντέλο δεν εξηγεί την άλλη γνωστή θεμελιώδη δύναμη, τη βαρύτητα, ή τη σκοτεινή ύλη – μια παράξενη και μυστηριώδη ουσία που θεωρείται ότι αποτελεί περίπου το 27% του σύμπαντος.Τώρα οι ερευνητές δήλωσαν ότι θα μπορούσε να υπάρχει μια άλλη, πέμπτη, θεμελιώδης δύναμη της φύσης. Ο Δρ Mitesh Patel, από το Imperial College του Λονδίνου, δήλωσε: «Μιλάμε για μια πέμπτη δύναμη επειδή δεν μπορούμε απαραίτητα να εξηγήσουμε τη συμπεριφορά [σε αυτά τα πειράματα] με τις τέσσερις που γνωρίζουμε».Τα δεδομένα προέρχονται από πειράματα στην αμερικανική εγκατάσταση επιταχυντή σωματιδίων Fermilab, τα οποία διερεύνησαν τον τρόπο με τον οποίο υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται μιόνια – παρόμοια με τα ηλεκτρόνια αλλά περίπου 200 φορές βαρύτερα – κινούνται σε μαγνητικό πεδίο.Ο Patel λέει ότι τα μιόνια συμπεριφέρονται λίγο σαν την παιδική σβούρα, καθώς περιστρέφονται γύρω από τον άξονα του μαγνητικού πεδίου. Ωστόσο, καθώς τα μιόνια κινούνται, ταλαντεύονται. Η συχνότητα αυτής της ταλάντωσης μπορεί να προβλεφθεί από το καθιερωμένο μοντέλο.Αλλά τα πειραματικά αποτελέσματα από το FermiLab δεν φαίνεται να ταιριάζουν με αυτές τις προβλέψεις.Ο καθηγητής Jon Butterworth του University College του Λονδίνου, ο οποίος εργάζεται στο πείραμα Atlas στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο Cern, δήλωσε: ται στους βρόχους – το οποίο θα μπορούσε, για παράδειγμα, να είναι ο φορέας μιας πέμπτης δύναμης».«Οι ταλαντώσεις οφείλονται στον τρόπο με τον οποίο το μιόνιο αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο. Μπορούν να υπολογιστούν με μεγάλη ακρίβεια στο καθιερωμένο μοντέλο, αλλά ο υπολογισμός αυτός περιλαμβάνει κβαντικούς βρόχους, με γνωστά σωματίδια που εμφανίζονται σε αυτούς τους βρόχους». «Αν οι μετρήσεις δεν συμφωνούν με την πρόβλεψη, αυτό θα μπορούσε να είναι ένα σημάδι ότι υπάρχει κάποιο άγνωστο σωματίδιο που εμφανίζεται στους βρόχους – το οποίο θα μπορούσε, για παράδειγμα, να είναι ο φορέας μιας πέμπτης δύναμης».Τα ευρήματα ακολουθούν προηγούμενες εργασίες του FermiLab που έδειξαν παρόμοια αποτελέσματα.

Πηγή: Guardian

 

 

[Δροσος Γεωργιος]

Aποκάλυψαν την πλήρη αλληλουχία του χρωμοσώματος Υ

Αυτή η ανακάλυψη θα βοηθήσει τους ερευνητές να αποκωδικοποιήσουν παθήσεις όπως η υπογονιμότητα και ο καρκίνος

Τα τελευταία πέντε χρόνια, περισσότεροι από 100 ερευνητές σε όλο τον κόσμο προσπαθούσαν να λύσουν ένα μυστήριο που συνδέεται με το ανδρικό χρωμόσωμα Υ, το οποίο αποτελείται από σχεδόν 60 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων (μονάδες ή δομικά στοιχεία που συνθέτουν το DNA). Οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη τα 30 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων του χρωμοσώματος Υ, αλλά δεν μπορούσαν να αποκωδικοποιήσουν το υπόλοιπο μισό λόγω της πολύπλοκης μοριακής δομής του.«Τώρα που έχουμε την 100% πλήρη αλληλουχία του χρωμοσώματος Υ, μπορούμε να εντοπίσουμε και να διερευνήσουμε πολυάριθμες γενετικές παραλλαγές που θα μπορούσαν να επηρεάζουν τα ανθρώπινα χαρακτηριστικά και τις ασθένειες με τρόπο που δεν μπορούσαμε να κάνουμε πριν», δήλωσε ο Ντίλαν Τέιλορ, γενετιστής στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins και ένας από τους ερευνητές της μελέτης.

Γιατί η αποκωδικοποίηση του χρωμοσώματος Υ ήταν μια πρόκληση για την επιστημονική κοινότητα

Οι ερευνητές της κοινοπραξίας Telomere-to-Telomere (T2T) πέτυχαν την πρώτη πλήρη αλληλούχιση του ανθρώπινου χρωμοσώματος Χ το 2020.  Ωστόσο, τους πήρε τρία επιπλέον χρόνια για να κάνουν το ίδιο με το χρωμόσωμα Υ λόγω της μεταβαλλόμενης φύσης του και των επαναλαμβανόμενων παλίνδρομων αλληλουχιών DNA.Οι ερευνητές κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας τις πιο προηγμένες τεχνολογίες αλληλούχισης και υπολογισμού και κατάφεραν όχι μόνο να βρουν τα υπόλοιπα 30 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων για το χρωμόσωμα Υ, αλλά εντόπισαν και 41 νέα γονίδια.

Γιατί έχει σημασία η αποκωδικοποίηση ολόκληρου του χρωμοσώματος Υ;

Το χρωμόσωμα Υ είναι ένα από τα δύο φυλετικά χρωμοσώματα στα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων και πολλών άλλων ζώων. Με μια διαφορά 30% μεταξύ ανθρώπων και χιμπατζήδων, το χρωμόσωμα Υ είναι ένα από τα πιο γρήγορα αναπτυσσόμενα τμήματα του ανθρώπινου γονιδιώματος.Δεδομένου ότι η αλληλούχιση του χρωμοσώματος Υ είναι πλέον πλήρης, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν καλύτερα το βακτηριακό γονιδίωμα. Κατά την τρέχουσα μελέτη, διαπίστωσαν επίσης ότι το DNA του χρωμοσώματος Υ μολύνει τις μελέτες βακτηριακού DNA. Εντόπισαν επίσης 5.000 βακτηριακά γονιδιώματα που προηγουμένως θεωρούνταν λανθασμένα τμήματα του ανθρώπινου χρωμοσώματος Υ, εξαιτίας της μόλυνσης.«Στόχος μας είναι να καταστήσουμε τα δεδομένα αυτά ευρέως προσβάσιμα. Με τη δημιουργία και την κοινή χρήση αυτών των σημαντικών καταλόγων γενετικών διαφορών στο χρωμόσωμα Υ, μπορούμε να επεκτείνουμε τις γενετικές μελέτες των ανθρώπινων ασθενειών και να παράσχουμε νέες γνώσεις στη βασική βιολογία», δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Κάρεν Μίγκα, ερευνήτρια και καθηγήτρια μοριακής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Σάντα Κρουζ.Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature».

Σύνταξη: Εύη Τσιριγωτάκη – https://www.ertnews.gr/eidiseis/epistimi/oi-epistimones-apokalypsan-tin-pliri-allilouxia-tou-xromosomatos-y/ – https://scitechdaily.com/complete-human-y-chromosome-sequence-assembled-for-the-first-time/?expand_article=1

[Δροσος Γεωργιος]

Τι θα πίνατε; έναν χυμό μπανάνας ή ένα ποτήρι νερό από τη Φουκουσίμα;

Φουκουσίμα: Κάτω από το όριο η συγκέντρωση ραδιενέργειας στη θάλασσα, λέει το Τόκιο

Το πρόβλημα προκαλείται από ένα ραδιενεργό στοιχείο υδρογόνου που ονομάζεται τρίτιο, το οποίο δεν μπορεί να αφαιρεθεί από το μολυσμένο νερό

Έλεγχοι στο θαλασσινό νερό κοντά στον πυρηνικό σταθμό της Φουκουσίμα δεν ανίχνευσαν ραδιενεργές ουσίες, υποστηρίζουν οι αρχές της Ιαπωνίας. Αυτό ανακοίνωσε την Κυριακή το υπουργείο Περιβάλλοντος της Ιαπωνίας, λίγα εικοσιτετράωρα αφότου οι αρχές άρχισαν να απορρίπτουν στη θάλασσα επεξεργασμένο νερό που χρησιμοποιήθηκε για την ψύξη των κατεστραμμένων αντιδραστήρων. Η επιχείρηση ξεκίνησε, παρά τις διαμαρτυρίες τόσο εντός όσο και εκτός Ιαπωνίας. Είναι ενδεικτικό ότι η Κίνα απαγόρευσε τις εισαγωγές αλιευμάτων από την Ιαπωνία.Η Ιαπωνία και επιστημονικοί οργανισμοί υποστηρίζουν ότι το νερό είναι ασφαλές αφού φιλτραριστεί για να αφαιρεθούν τα περισσότερα ραδιενεργά στοιχεία εκτός από το τρίτιο (³Η), ένα ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου με χρόνο ημιζωής 12,3 έτη. Επειδή το τρίτιο είναι δύσκολο να διαχωριστεί από το νερό, το νερό της Φουκουσίμα αραιώνεται έως ότου τα επίπεδα τριτίου πέσουν κάτω από συγκεκριμένα όρια.Το νερό που απελευθερώνει η Ιαπωνία αναμένεται να περιέχει περίπου 190 μπεκερέλ ανά λίτρο (1Βq=μια διάσπαση ανά δευτερόλεπτο). Αυτό είναι σημαντικά χαμηλότερο από το μέγιστο όριο για πόσιμο νερό – 10.000 μπεκερέλ ανά λίτρο – που συνιστάται από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας και χαμηλότερο από το όριο των ΗΠΑ των 740 μπεκερέλ ανά λίτρο.Οι μετρήσεις των Ιαπώνων σε δείγματα από 11 σημεία κοντά στο εργοστάσιο έδειξαν συγκεντρώσεις τριτίου κάτω από το κατώτατο όριο ανίχνευσης, δηλαδή 7 έως 8 μπεκερέλ από το τρίτιο ανά λίτρο, ανέφερε το υπουργείο, προσθέτοντας ότι η συγκέντρωση αυτή «δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον».Η παρακολούθηση θα διενεργείται «με υψηλό επίπεδο αντικειμενικότητας, διαφάνειας και αξιοπιστίας» για να αποφευχθούν δυσμενείς επιπτώσεις στη φήμη της Ιαπωνίας, δήλωσε ο υπουργός Περιβάλλοντος Akihiro Nishimura. Το υπουργείο θα δημοσιεύει τα αποτελέσματα των δοκιμών κάθε εβδομάδα για τους επόμενους τρεις μήνες τουλάχιστον, ανέφερε άλλος αξιωματούχος. Η υπηρεσία αλιείας της Ιαπωνίας, από την πλευρά της, ανακοίνωσε ότι οι έλεγχοι σε ψάρια κοντά στο εργοστάσιο δεν φανέρωσαν καμία ανωμαλία, ενώ δεν εντοπίστηκαν ποσότητες τριτίου.Η TEPCO, η εταιρεία που διαχειρίζεται τον πυρηνικό σταθμό, ανακοίνωσε την Παρασκευή ότι το θαλασσινό νερό κοντά στο εργοστάσιο περιείχε λιγότερα από 10 μπεκερέλ τριτίου ανά λίτρο,  πολύ κάτω από το όριο των 10.000 μπεκερέλ που έχει θέσει ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας για το πόσιμο νερό. Τα μολυσμένα ύδατα που έχει αποθηκεύσει η TEPCO στις εγκαταστάσεις της Φουκουσίμα ανέρχονται σε 1,3 εκατομμύρια τόνους. Πρόκειται για ποσότητα αρκετή για να γεμίσει 500 πισίνες ολυμπιακών διαστάσεων. Η απελευθέρωση των πρώτων 7.800 κυβικών μέτρων, που ισοδυναμούν με τρεις ολυμπιακές πισίνες, θα διαρκέσει περίπου 17 ημέρες. Υπολογίζεται ότι θα χρειαστούν περίπου 30 χρόνια για να ολοκληρωθεί η επιχείρηση.

Καταιγισμός υβριστικών τηλεφωνημάτων στην Ιαπωνία από Κίνα!

Η Ιαπωνία διαμαρτυρήθηκε στην κινεζική κυβέρνηση αφού επιχειρήσεις και ιδρύματα άρχισαν να λαμβάνουν πλήθος υβριστικών τηλεφωνημάτων από την Κίνα σχετικά με την απελευθέρωση μολυσμένου νερού από το κατεστραμμένο εργοστάσιο της Φουκουσίμα.Οι κλήσεις ξεκίνησαν μετά την απελευθέρωση μολυσμένου νερού από τη Φουκουσίμα, και σύμφωνα με τις αρχές έγιναν σε κυβερνητικά τμήματα, σχολεία, ακόμη και σε ένα ενυδρείο. Μία αλυσίδα εστιατορίων στη Φουκουσίμα έχει λάβει περισσότερες από 1.000 κλήσεις.Οι καλούντες μιλούν κινέζικα, ιαπωνικά και αγγλικά – και μερικές φορές χρησιμοποιούν υβριστική γλώσσα. Εκφράζουν την αντίθεσή τους στην απόφαση της Ιαπωνίας να απελευθερώσει το ραδιενεργό νερό. Η Κίνα έχει περιγράψει την απόρριψη ως «εξαιρετικά εγωιστική και ανεύθυνη πράξη» και ανακοίνωσε την απαγόρευση εισαγωγών ιαπωνικών θαλασσινών προϊόντων.Στην απελευθέρωση του ραδιενεργού νερού αντιτίθεται και η Νότια Κορέα, και την περασμένη Πέμπτη διαδηλωτές στην Σεούλ επιχείρησαν να εισβάλουν στην ιαπωνική πρεσβεία. Η Νότια Κορέα δήλωσε ότι έστειλε εμπειρογνώμονες στη Φουκουσίμα για να παρακολουθήσουν την διαδικασία. Όμως τα κορεατικά ΜΜΕ, υποστηρίζουν ότι η Ιαπωνία δεν δέχεται οι εμπειρογνώμονες από τη Νότια Κορέα ή άλλες χώρες να κάνουν απευθείας δειγματοληψία πυρηνικών αποβλήτων από την Φουκουσίμα για ανεξάρτητες μετρήσεις ραδιενέργειας.Εν τω μεταξύ, το Τόκιο ελπίζει ότι οι συνεχείς έλεγχοι ραδιενέργειας στη θάλασσα κοντά στο εργοστάσιο θα κατευνάσουν τις ανησυχίες των γειτονικών χωρών και των ψαράδων. Τα αποτελέσματα των εβδομαδιαίων μετρήσεων θα δημοσιεύονται για τους επόμενους τρεις μήνες.Ο γενικός διευθυντής του Διεθνούς Οργανισμού Ατομικής Ενέργειας (IAEA) Rafael Mariano Grossi, δήλωσε, ότι οι ελεγχόμενες, σταδιακές απορρίψεις του επεξεργασμένου νερού στη θάλασσα, όπως έχει προγραμματιστεί και αξιολογηθεί από την Tokyo Electric Power, θα έχουν αμελητέες ραδιολογικές επιπτώσεις στους ανθρώπους και στο περιβάλλον.
Από την άλλη πλευρά, η Greenpeace σε ανακοίνωσή της, υποστηρίζει ότι αγνοήθηκαν τα επιστημονικά στοιχεία, παραβιάζοντας τα ανθρώπινα δικαιώματα των κοινοτήτων στην Ιαπωνία και την περιοχή του Ειρηνικού και ότι δεν εφαρμόζεται το διεθνές ναυτικό δίκαιο. Οι ραδιολογικοί κίνδυνοι δεν έχουν αξιολογηθεί πλήρως και οι βιολογικές επιπτώσεις του τριτίου, του άνθρακα-14, του στροντίου-90 και του ιωδίου-129 που περιέχονται στο νερό που αποβάλλεται στη θάλασσα – «έχουν αγνοηθεί».

Θα πίνατε ένα ποτήρι νερό από τις δεξαμενές της Φουκουσίμα;

Τι θα ήταν ασφαλέστερο να πιείτε; 1 λίτρο νερού από την Φουκουσίμα με την μέγιστη επιτρεπόμενη ποσότητα ραδιενεργού τριτίου ή ένα λίτρο χυμό μπανάνας;

Στη συνέχεια θα απαντήσουμε την ερώτηση υποθέτοντας ότι:
(α) Ένα λίτρο ραδιενεργού νερού της Φουκουσίμα περιέχει 1500 μπεκερέλ (1Βq=μια διάσπαση ανά δευτερόλεπτο) ) ραδιενεργού τριτίου, την μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση, και ότι δεν περιέχει άλλου είδους ραδιενεργά στοιχεία.
(β) Για την κατασκευή χυμού μπανάνας θα εμπιστευθούμε τις διαδικτυακές συνταγές, σύμφωνα με τις οποίες για να φτιάξουμε 1 λίτρο χυμού χρειαζόμαστε 4 μπανάνες. Οι μπανάνες περιέχουν κάλιο (Κ), ένα μικρό ποσοστό του οποίου είναι το ισότοπο ⁴⁰Κ. Μια μέση μπανάνα εκπέμπει περίπου 15 Bq, ενώ οι τέσσερις (μέσες) μπανάνες που περιέχει το ένα λίτρο χυμού θα εκπέμπουν ραδιενέργεια περίπου 60 Bq, πολύ λιγότερα από τα 1500 Bq του ενός λίτρου νερού της Φουκουσίμα.Το μπεκερέλ (Βq) είναι μονάδα ραδιενέργειας, αλλά η σύγκριση των Bq από μόνη της δεν είναι τόσο χρήσιμη όταν προσπαθούμε να κάνουμε εκτιμήσεις για την επικινδυνότητα της ραδιενέργειας στον άνθρωπο. Χωρίς να υπεισέλθουμε σε λεπτομέρειες, οι επιπτώσεις της ραδιενέργειας στον ανθρώπινο οργανισμό μπορούν να εκτιμηθούν χοντρικά από το μέγεθος της ενεργού δόσης ακτινοβολίας. Η μονάδα μέτρησης του μεγέθους αυτού είναι το 1 sievert (Sv) που αντιπροσωπεύει 5,5% πιθανότητα εμφάνισης καρκίνου. Ένα σχετικό πρακτικό μέγεθος είναι ο συντελεστής ενεργού δόσης που μετριέται σε Sv/Bq. O συντελεστής αυτός εξαρτάται από το είδος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται (α, β, γ, νετρόνια κλπ), τον χρόνο ημιζωής, την ενέργεια της ακτινοβολίας, την χημική φύση της ραδιενεργής ουσίας που θα επηρεάζει τον τρόπο χορήγησης της δόσης (όπως κατάποση ή εισπνοή) κ.ά.Το ⁴⁰K είναι ραδιενεργό με χρόνο ημιζωής 1.300.000.000 έτη. Υφίσταται διάσπαση σε ποσοστό 89% προς ⁴⁰Ca, διαμέσου εκπομπής βήτα (ηλεκτρόνιο) με ενέργεια 1.31 MeV, και σε ποσοστό 11% προς ⁴⁰Ar εκπέμποντας μια ακτίνα γάμμα με ενέργεια 1,46 MeV.
Από την άλλη, το τρίτιο (³Η) έχει χρόνο ημιζωής 12,3 χρόνια, πολύ μικρότερο χρόνο ημιζωής από το ⁴⁰K και κατά τη διάσπασή του εκπέμπει ακτινοβολία βήτα (ηλεκτρόνια) με μέγιστη ενέργεια μόνο 19 keV. Εδώ δεν υπάρχουν ακτίνες γάμμα κατά τη διάσπαση.Ψάχνοντας στα δεδομένα της INTERNATIONAL COMMISSION ON RADIOLOGICAL PROTECTION (ICRP) βρίσκουμε τους συντελεστές ενεργού δόσης για τα ραδιενεργά στοιχεία που μας ενδιαφέρουν: για το ⁴⁰K δίνεται η τιμή: 6,2×10^-9 Sv/Bq και για το ³Η η τιμή, 1,8×10^-11 Sv/Bq.

Έτσι προκύπτουν οι εξής τιμές των ενεργών δόσεων:
Για 1 λίτρο χυμού μπανάνας (⁴⁰Κ)=60 Bq x 6,2∙10^-9 Sv/Bq = 0,372 mSv
Για 1 λίτρο νερού από την Φουκουσίμα (³H): 1500 Bq x 1,8∙10^-11 Sv/Bq = 0,027mSv

Με λίγα λόγια ένα λίτρο χυμού μπανάνας είναι (0,372/0,027=)14 φορές πιο επικίνδυνο για την υγεία μας σε σχέση με ένα λίτρο ραδιενεργού νερού από την Φουκουσίμα!

Κλείνουμε, με την ερώτηση που τέθηκε στους Ιάπωνες ειδικούς «αντί να ρίξετε στη θάλασσα το ακίνδυνο (όπως ισχυρίζεστε ότι είναι) νερό της Φουκουσίμα, γιατί δεν τροφοδοτείτε με αυτό το δίκτυο ύδρευσης;» δόθηκε η απάντηση, ότι «σε κανένα πυρηνικό εργοστάσιο του κόσμου δεν συνηθίζεται μια τέτοια πρακτική» 🙂

πηγές:
1. https://www.ot.gr/2023/08/27/epikairothta/kosmos/foukousima-kato-apo-to-orio-i-sygkentrosi-radienergeias-sti-thalassa-leei-to-tokio/
2. https://www.bbc.com/news/world-asia-66632237
3. https://www.businessinsider.com/japan-release-fukushima-nuclear-disaster-radioactive-wastewater-treated-safe-2023-8
4. https://m.guancha.cn/internation/2023_08_26_706455.shtml
5. https://ionactive.co.uk/resource-hub/blog/a-banana-smoothie-or-a-glass-of-tritiated-wastewater-from-fukushima-daiichi-nuclear-plant

[Δροσος Γεωργιος]

Ο πληρέστερος μέχρι σήμερα χάρτης του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Οι ερευνητές κατέγραψαν περισσότερα από 3.000 διαφορετικά είδη κυττάρων στον εγκέφαλο.

Μια διεθνής επιστημονική ομάδα δημιούργησε τον μεγαλύτερο μέχρι στιγμής χάρτη των ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων, αποκαλύπτοντας περισσότερους από 3.000 τύπους – πολλοί από τους οποίους είναι άγνωστοι στην επιστήμη. Ο άτλαντας του εγκεφάλου, ένα πρότζεκτ ύψους 375 εκατομμυρίων δολαρίων που ξεκίνησε το 2017, έχει εντοπίσει περισσότερους από 3.300 τύπους εγκεφαλικών κυττάρων. Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν μόνο μια αμυδρή ιδέα για το τι κάνουν τα νεοανακαλυφθέντα κύτταρα.Ο χάρτης προσφέρει μια λεπτομερή εικόνα του πιο πολύπλοκου οργάνου του ανθρώπινου σώματος. Οι ερευνητές είχαν προηγουμένως χαρτογραφήσει τον ανθρώπινο εγκέφαλο χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, αλλά αυτός είναι ο πρώτος άτλαντας ολόκληρου του ανθρώπινου εγκεφάλου σε κυτταρικό επίπεδο που δείχνει τις περίπλοκες μοριακές αλληλεπιδράσεις του, δήλωσε ο Άντονι Χάναν, νευροεπιστήμονας στο Florey Institute of Neuroscience and Mental Health στη Μελβούρνη της Αυστραλίας.«Αυτού του είδους οι άτλαντες θέτουν πραγματικά τις βάσεις για μια πολύ καλύτερη κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου», σημείωσε.Ο Εντ Λέιν, νευροεπιστήμονας στο Ινστιτούτο Allen για την Επιστήμη του Εγκεφάλου στο Σιάτλ των ΗΠΑ, ο οποίος ηγήθηκε πέντε από τις μελέτες, δήλωσε ότι τα ευρήματα έγιναν δυνατά χάρη στις νέες τεχνολογίες που επέτρεψαν στους ερευνητές να εξετάσουν εκατομμύρια ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα που λήφθηκαν από βιοψίες ιστών ή από αποθανόντες.«Δείχνει πραγματικά τι μπορεί να γίνει τώρα», δήλωσε ο Δρ. Λέιν. »,«Ξεκινά μια εντελώς νέα εποχή για τις νευροεπιστήμες σημείωσε.Παρόλα αυτά, ο Δρ. Λέιν δήλωσε ότι ο άτλαντας ήταν απλώς ένα πρώτο προσχέδιο. Ο ίδιος και οι συνάδελφοί του έχουν δειγματοληπτήσει μόνο ένα μικρό μέρος των 170 δισεκατομμυρίων κυττάρων που εκτιμάται ότι αποτελούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο, και οι μελλοντικές έρευνες θα αποκαλύψουν σίγουρα περισσότερους τύπους κυττάρων, είπε.Ο Δρ. Λέιν και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν την χαρτογράφηση του ανθρώπινου εγκεφάλου επιθεωρώντας τον τρόπο με τον οποίο τα εγκεφαλικά κύτταρα ενεργοποιούν διαφορετικά γονίδια. Τουλάχιστον 16.000 γονίδια είναι ενεργά στον εγκέφαλο και ενεργοποιούνται σε διαφορετικούς συνδυασμούς και τύπους κυττάρων.Η Κίμπερλι Σιλέτι, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστημιακό Ιατρικό Κέντρο της Ουτρέχτης στις Κάτω Χώρες, και η ομάδα της έθεσαν τις βάσεις για τον άτλαντα με την αλληλουχία του RNA περισσότερων από 3 εκατομμύρια μεμονωμένων κυττάρων από 106 θέσεις που καλύπτουν ολόκληρο τον ανθρώπινο εγκέφαλο, χρησιμοποιώντας δείγματα ιστού από τρεις αποβιώσαντες άνδρες δότες. Συμπεριέλαβαν επίσης ένα τεμάχιο του κινητικού φλοιού από γυναίκα δότη που είχε χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενες μελέτες. Η ερευνητική ομάδα κατέγραψε 461 ευρείες κατηγορίες εγκεφαλικών κυττάρων που περιλάμβαναν περισσότερους από 3.000 υποτύπους.«Έμεινα έκπληκτη από το πόσοι διαφορετικοί τύποι κυττάρων υπάρχουν», δήλωσε η ερευνήτρια.Ορισμένα από τα πρόσφατα αναγνωρισμένα κύτταρα βρέθηκαν σε στρώματα του εγκεφαλικού φλοιού στην εξωτερική επιφάνεια του εγκεφάλου. Η περιοχή αυτή είναι απαραίτητη για πολύπλοκα νοητικά καθήκοντα, όπως η χρήση της γλώσσας και η κατάρτιση σχεδίων για το μέλλον. Ωστόσο, οι νέες μελέτες αποκαλύπτουν ότι μεγάλο μέρος της ποικιλομορφίας του εγκεφάλου βρίσκεται έξω από τον εγκεφαλικό φλοιό. Ένας τεράστιος αριθμός από τους τύπους κυττάρων που αποκαλύφθηκαν στο πλαίσιο του προγράμματος, βρίσκονται στις βαθύτερες περιοχές του εγκεφάλου, όπως το εγκεφαλικό στέλεχος, μια δομή που ενώνει τον εγκέφαλο με τοννωτιαίο μυελό.Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης πολλούς νέους τύπους νευρώνων, κύτταρα που χρησιμοποιούν ηλεκτρικά σήματα και χημικές ουσίες για να επεξεργάζονται πληροφορίες. Οι νευρώνες αποτελούν μόνο τα μισά περίπου κύτταρα του εγκεφάλου. Τα άλλα μισά είναι πολύ πιο μυστηριώδη.Τα αστροκύτταρα, για παράδειγμα, φαίνεται να βοηθούν τους νευρώνες ώστε να συνεχίσουν να λειτουργούν σωστά. Τα μικρογλοία χρησιμεύουν ως κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος, επιτίθενται σε ξένους εισβολείς και αφαιρούν ορισμένα νευρωνικά κλαδιά για να βελτιώσουν τη σηματοδότησή τους. Οι ερευνητές βρήκαν επίσης πολλούς νέους τύπους αυτών των κυττάρων.Η διεθνής ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ορισμένες από τις ίδιες μεθόδους για να μελετήσει τους εγκεφάλους των χιμπατζήδων και άλλων ειδών με στόχο την κατανόηση της εξέλιξης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί να είναι μοναδικός εν μέρει επειδή ανέπτυξε νέα είδη κυττάρων. Ωστόσο οι ερευνητές εξεπλάγησαν όταν διαπίστωσαν ότι όλοι οι τύποι κυττάρων που εντοπίστηκαν στους ανθρώπινους εγκεφάλους υπήρχαν στους χιμπαντζήδες και τους γορίλες. Μέσα σε αυτά τα κύτταρα, οι ερευνητές ανακάλυψαν μερικές εκατοντάδες γονίδια που ήταν είτε περισσότερο είτε λιγότερο ενεργά στους ανθρώπους σε σχέση με τα άλλα πρωτεύοντα θηλαστικά. Πολλά από αυτά τα γονίδια είναι κοντά σε γενετικούς «διακόπτες» που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν γονίδια.Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι ορισμένα από τα γονίδια που κάνουν τους ανθρώπους ξεχωριστούς εμπλέκονται στην οικοδόμηση των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων, γνωστών ως συνάψεις.«Οι συνδέσεις είναι που μας κάνουν να ξεχωρίζουμε από τους χιμπαντζήδες», δήλωσε ο Τρίγκβε Μπάκεν, νευροεπιστήμονας στο Ινστιτούτο Allen Brain που εργάστηκε στις μελέτες για τα πρωτεύοντα θηλαστικά.Η Μέγκαν Κάρεϊ, νευροεπιστήμονας στο Champalimaud Center for the Unknown στην Πορτογαλία, η οποία δεν συμμετείχε στο έργο, δήλωσε ότι η έρευνα παρείχε ένα συγκλονιστικό ποσό νέων δεδομένων για τους ερευνητές που μπορούν να χρησιμοποιήσουν σε μελλοντικές μελέτες.«Νομίζω ότι πρόκειται για μια τεράστια επιτυχία», δήλωσε.Ωστόσο, προειδοποίησε ότι η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου δεν θα είναι θέμα απλής καταγραφής κάθε μέρους του μέχρι τις πιο μικρές λεπτομέρειες. Οι νευροεπιστήμονες θα πρέπει επίσης να κάνουν ένα βήμα πίσω και να εξετάσουν τον εγκέφαλο ως ένα αυτορυθμιζόμενο σύστημα.«Θα υπάρξουν απαντήσεις σε αυτό το σύνολο δεδομένων που θα μας βοηθήσουν να πλησιάσουμε περισσότερο σε αυτό», δήλωσε η ερευνήτρια προσθέτοντας ότι «απλώς δεν ξέρουμε ποιες είναι αυτές ακόμη».Ο Άνταν Χάντμαν, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, ο οποίος δεν συμμετείχε στο έργο, δήλωσε ότι ο άτλαντας θα βοηθήσει ορισμένες έρευνες. Αμφισβήτησε ωστόσο το κατά πόσο μια λίστα κυτταρικών τύπων θα μπορούσε να διαφωτίσει την πολύπλοκη συμπεριφορά του εγκεφάλου.Τα ευρήματα περιγράφονται σε 21 άρθρα που δημοσιεύθηκαν την προηγούμενη εβδομάδα στο «Science» και σε άλλα επιστημονικά περιοδικά.
ΠΗΓΗ: New York Times, Nature

Σύνταξη: Εύη Τσιριγωτάκη – https://www.ertnews.gr/eidiseis/epistimi/epistimones-dimiourgisan-ton-plirestero-mexri-simera-xarti-tou-anthropinou-egkefalou/