Τρίτη, 12 Απριλίου 2016

Ο Στίβεν Χόκινγκ ανακοινώνει τη μυστηριώδη διαστημική αποστολή «Starshot». Professor Steven Hawking to announce mystery space mission

Ο Στίβεν Χόκινγκ και δισεκατομμυριούχος Ρώσος ανακοινώνουν πως ψάχνουν εξωγήινους. Prof Stephen Hawking is to unveil a new space exploration project. The announcement can be watched here. CREDIT: TELEGRAPH /TELEGRAPH

Στην αναζήτηση εξωγήινης ζωής φαίνεται πως θα επιδοθούν ο Στίβεν Χόκινγκ και ο δισεκατομμυριούχος Ρώσος επιχειρηματίας, Γιούρι Μίλνερ, με το νέο τους πρότζεκτ, το «Starshot». Μάλιστα, οι δύο νέοι συνεργάτες αναμένεται να ανακοινώσουν σήμερα το σχέδιο τους για αναζήτηση εξωγήινων πολιτισμών.

Είναι ήδη γνωστό πως ο Μίλνερ, ο οποίος έχει σπουδάσει Φυσική, έχει συμφωνήσει στη χρηματοδότηση μιας δεκαετούς έρευνας για εξωγήινη ζωή, το οποίο θα του κοστίσει περίπου 100 εκατομμύρια δολάρια.

Ο ίδιος, μάλιστα, είχε δηλώσει πέρυσι στην «Time» πως: «Το σύμπαν δεν είναι γεμάτο από ζωή, αλλά πιθανότατα δεν είμαστε μόνοι. Αλλά δεν θέλω να παριστάνω τον κριτή, απλά θέλω να βρω μια απάντηση».

Από την πλευρά του ο Στίβεν Χόκινγκ έχει εκφράσει πολλές φορές το ενδιαφέρον του για την πιθανότητα ύπαρξης εξωγήινων πολιτισμών.

On April 12, 2016, billionaire Yuri Milner and cosmologist Stephen Hawking will announce a new space-exploration project called Starshot. This photo shows Milner (left), Hawking (second from left) and other researchers in July 2015, during the unveiling of a $100 million search for signs of intelligent alien life called Breakthrough Listen. Credit: Breakthrough Initatives

Το περασμένο καλοκαίρι ο Χόκινγκ είχε ανακοινώσει το 10ετές πρόγραμα Breakthrough Listen (χρηματοδοτείται από τον Γιούρι Μίλνερ) που θα ερευνήσει ένα εκατομμύριο άστρα – κοντινά στη Γη, σαρώνοντας το γαλαξιακό επίπεδο του Γαλαξία μας. Και πέρα από το Γαλαξία μας θα αναζητηθούν πιθανά εξωγήινα μηνύματα από τους 100 πλησιέστερους γαλαξίες σε ένα τεράστιο εύρος συχνοτήτων.

Η ανακοίνωση του πρότζεκτ «Starshot» θα πραγματοποιηθεί σήμερα στο «One World Observatory» στη Νέα Υόρκη. Τώρα τι είναι ακριβώς «Starshot» θα το μάθουμε σε λίγο, παρακολουθώντας live την ανακοίνωση ΕΔΩ: http://livestream.com/accounts/18650072/events/5143435

Σύντομη ιστορική ανασκόπηση των Φυσικών επιστημών. A Brief History of Physics

Οι αρχαίοι πολιτισμοί της Μεσογείου (Αίγυπτος), της Μεσοποταμίας (Βαβυλώνιοι) και της Κίνας ανέπτυξαν τεχνογνωσία, συνέλεξαν αστρονομικές παρατηρήσεις και καλλιέργησαν τα μαθηματικά (κυρίως τη γεωμετρία) κινούμενοι από πρακτικές ανάγκες για τις κατασκευές τους, για τη μέτρηση του χρόνου και, βεβαίως, για τους πολεμικούς εξοπλισμούς τους. Ένας μεγάλος σταθμός σ΄ αυτή την πρώτη μακρόχρονη περίοδο (περίπου 4000 π.Χ. έως 600 π.Χ.) ήταν η επινόηση του αλφαβήτου (γύρω στο 1500 π.Χ.).

Φραντσέσκο Χάγιεζ, «Αριστοτέλης» (1811, Ακαδημία της Βενετίας)

Και μετά ήλθε η κλασική αρχαία Ελλάδα που προσέδωσε για πρώτη φορά επιστημονικό χαρακτήρα στον ανθρώπινο πολιτισμό. Από τη ζήτηση των απαντήσεων σε πρακτικά ερωτήματα, πέρασε στην αναζήτηση ερμηνείας των φυσικών φαινομένων. Ερμηνείας χωρίς την επίκληση μύθων και θεών, απελευθερωμένης από προλήψεις και δόγματα και με εμπιστοσύνη στη δύναμη της λογικής σε συνδυασμό με την παρατήρηση. Έλειψε όμως ένας σημαντικός κρίκος για την ολοκλήρωση της επιστημονικής μεθόδου: το πείραμα.

Ραφαήλ, «Η Σχολή των Αθηνών», 1510-1511

Παραμένει, νομίζω, μυστήριο το γιατί η αρχαία Ελλάδα σε μια σχετικά σύντομη περίοδο περίπου διακοσίων πενήντα ετών δημιούργησε αυτή την τεράστια πολιτιστική έκρηξη (περιλαμβανομένης και της γένεσης της επιστημονικής σκέψης) και σφράγισε ανεξίτηλα τον ανθρώπινο πολιτισμό. Δεν ήσαν παρά εκατοντάδες χιλιάδες άνθρωποι (λιγότεροι από το σημερινό πληθυσμό της Κρήτης). Υπήρχε άραγε σ’ ένα σημαντικό τμήμα του πληθυσμού, ή στην ηγεσία του, περιέργεια, ενδιαφέρον και εκτίμηση για την δημιουργία επιστημονικής γνώσης; Επικρατούσε ένα συλλογικό κλίμα θεμελιωμένης αυτοπεποίθησης και ριζοσπαστικής καινοτομίας, ως αποτέλεσμα ίσως της νικηφόρας αντιμετώπισης της Περσικής Αυτοκρατορίας; Ή μήπως η αποικιακή επέκταση διεύρυνε και τους πνευματικούς τους ορίζοντες;

Ο Αρίσταρχος ο Σάμιος (310 π.Χ.- περίπου 230 π.Χ.) ήταν Έλληνας αστρονόμος και μαθηματικός, που γεννήθηκε στη Σάμο. Είναι ο πρώτος καταγεγραμμένος άνθρωπος ο οποίος πρότεινε ηλιοκεντρικό μοντέλο του Ηλιακού Συστήματος, θέτοντας τον Ήλιο και όχι τη Γη, στο κέντρο του γνωστού Σύμπαντος. Οι ιδέες του περί Αστρονομίας δεν είχαν γίνει αρχικά αποδεκτές και θεωρήθηκαν κατώτερες από εκείνες του Αριστοτέλη και του Πτολεμαίου, έως ότου αναγεννήθηκαν επιτυχώς και αναπτύχθηκαν από τον Κοπέρνικο περίπου 2000 χρόνια μετά.

Ακολούθησε η αλεξανδρινή περίοδος, όπου η επιστημονική επανάσταση, κάτω από την ενεργή στήριξη της δυναστείας των Πτολεμαίων (με τη δημιουργία του Μουσείου και της Βιβλιοθήκης της Αλεξάνδρειας) μπήκε στο δρόμο της ολοκλήρωσης.

Ο Αρχιμήδης μπορεί να είχε χρησιμοποιήσει την αρχή της πλευστότητας για να καθοριστεί αν η χρυσή κορώνα ήταν λιγότερο πυκνή από το ατόφιο χρυσάφι. The Archimedes principle may have been used to determine whether the golden crown was less dense than gold. Given that both the crown (left) and the reference weight (right) are of identical volume, the less dense reference weight object will experience a larger upward buoyant force, causing it to weigh less in the water and float closer to the surface.

Μεγάλα και θαυμαστά τα επιτεύγματα αυτής της εποχής: η μέτρηση της περιφέρειας της Γης (Ερατοσθένης), η μέτρηση της απόστασης Γης-Σελήνης (Αρίσταρχος, Ίππαρχος), η επαναστατική πρόταση του Αρίσταρχου για το ηλιοκεντρικό σύστημα, η μεγαλοφυΐα του Αρχιμήδη στα μαθηματικά και η σύνδεσή τους με τη φυσική (μοχλοί, άνωση κ.λπ.).

Aντίγραφο ρωμαϊκού ψηφιδωτού που εικονίζει τη σκηνή του φόνου του Αρχιμήδη από Ρωμαίο στρατιώτη (Φρανκφούρτη, Δημοτικό Iνστιτούτο Tέχνης).

Παράλληλα ξεκίνησαν δειλά και τα πρώτα βήματα της τεχνολογικής επανάστασης (ατμομηχανή του Ήρωνα) που τερματίστηκαν πρόωρα ίσως λόγω της έλευσης των πρακτικών Ρωμαίων. Ο φόνος του Αρχιμήδη από Ρωμαίο στρατιώτη έχει, νομίζω, συμβολική σημασία. Είναι η αρχή του τέλους. Εν τούτοις, η επιστημονική ενασχόληση συνεχίστηκε για πολύ ακόμα, σχεδόν μέχρι το τέλος του 4ου αιώνα μ.Χ. με κύριο επίτευγμα τις διοφαντικές εξισώσεις στα μαθηματικά. Παραλείπω το θαυμαστό στη λεπτομέρειά του γεωκεντρικό μοντέλο του Πτολεμαίου, μια και απεδείχθη (πολύ αργότερα) ότι δεν ανταποκρίνεται στην πραγματικότητα. Ο μαρτυρικός θάνατος της Υπατίας το 415 μ.Χ. στα χέρια φανατισμένου χριστιανικού όχλου σηματοδοτεί το οριστικό τέλος μιας επιστημονικά δημιουργικής εποχής και την απαρχή της χιλιετούς επιστημονικής σιωπής της Βυζαντινής Αυτοκρατορίας, καθώς και του ευρωπαϊκού χώρου. Ο δαυλός του ενδιαφέροντος για την επιστήμη πέρασε για ένα διάστημα δυο περίπου αιώνων (800 – 1025 μ.Χ.) στον αραβικό κόσμο στο χαλιφάτο της Βαγδάτης να αποτελεί το επιστημονικό κέντρο. Βέβαιο, οι Κινέζοι συνέχισαν τις σημαντικότατες επινοήσεις τους (χαρτί, πυρίτιδα κ.λπ.), χωρίς όμως να τις αξιοποιήσουν επιστημονικά ή τεχνολογικά.

Γιαν Ματέικο, «Αστρονόμος Κοπέρνικος: Συνομιλία με τον Θεό». 1872

Χρειάστηκε να φτάσουμε στο 15ο και 16ο αιώνα μ.Χ. με την ανακάλυψη της τυπογραφίας, τους μεγάλους θαλασσοπόρους, την άνθιση της επιστήμης και της τέχνης στις ιταλικές πόλεις και, τελικά, με την καθιέρωση του ηλιοκεντρικού συστήματος (Κοπέρνικος, Τύχο Μπράχε, Γαλιλαίος, Κέπλερ).

Ο 17ος αιώνας χαρακτηρίστηκε από δυο μεγάλες επαναστατικές κατακτήσεις της επιστημονικής σκέψης:

Αντίγραφο του Νεύτωνα από τις Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

i. To νόμο της κίνησης της κλασικής μηχανικής (με πρωτοπόρο τον Γαλιλαίο και θεμελιωτή καθώς και ολοκληρωτή τον Νεύτωνα), που συνέδεσε τη δύναμη με την επιτάχυνση και όχι με την ταχύτητα, όπως ήταν το καθιερωμένο αριστοτέλειο πρότυπο.

«Αν έχω δει πιο μακρυά, αυτό συμβαίνει μόνο γιατί στέκομαι στους ώμους γιγάντων».- Ισαάκ Νεύτων. "If I have seen further it is by standing on the shoulders of Giants." – Isaac Newton

ii. Τη συνειδητοποίηση ότι η δύναμη της βαρύτητας είναι πανταχού παρούσα, ότι συνίσταται στο νόμο της παγκόσμιας έλξης και, και επομένως, ότι και τα επίγεια και τα ουράνια φαινόμενα διέπονται από τον ίδιο οικουμενικό νόμο. Το διαχωριστικό τείχος χιλιετηρίδων μεταξύ των επίγειων και των ουράνιων κινήσεων κατέρρευσε.

Τζων Ντάλτον. Engraving of a painting of John Dalton.

Ο 18ος αιώνιος ήταν κυρίως ο αιώνας της χημείας καθώς και της σταδιακής συσσώρευσης γνώσεων γύρω από ηλεκτρικά, μαγνητικά και οπτικά φαινόμενα. Ο Dalton, το 1803, συνοψίζοντας ενάμιση περίπου αιώνα χημείας καθιέρωσε την έννοια του ατομικού βάρους και έδωσε έτσι πειραματική υπόσταση στην ατομική ιδέα του Δημόκριτου.

Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ. Engraving of James Clerk Maxwell by G. J. Stodart from a photograph by Fergus of Greenock.

Στον 19ο αιώνα η στήριξη της ατομικής θεωρίας συνεχίστηκε κυρίως από φυσικούς (Avogadro, Dulong-Petit, Maxwell, Loschmidt, Boltzmann, Brown) για να γίνει αποδεκτή στην αυγή του 20ου αιώνα με τις εργασίες του Einstein και του Περέν. Παράλληλα με την επιβεβαίωση της ύπαρξης των ατόμων, η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου, το 1897 – 1899, οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το άτομο είναι σύνθετο σωμάτιο και επομένως όχι απολύτως αδιαίρετο.


Το μεγάλο, όμως, γεγονός του 19ου αιώνα ήταν η τελική ενοποίηση των μαγνητικών και ηλεκτρικών δυνάμεων με τις περίφημες τέσσερις εξισώσεις του Μaxwell, που η πιο σημαντική τους συνέπεια είναι η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, τα οποία διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός. Κατά συνέπεια, όπως επισήμανε και ο ίδιος ο Maxwell, «είναι δύσκολο να αποφύγει κανείς το συμπέρασμα ότι και το φως δεν είναι τίποτα άλλο παρά ηλεκτρομαγνητικό κύμα». Ο Hertz, το 1888, επιβεβαίωσε πειραματικά την ύπαρξη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, που σήμερα αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της καθημερινής μας ζωής (τηλεόραση, κινητό τηλέφωνο, τηλεχειριστήρια, ακτίνες Χ, μαγνητική τομογραφία κ.λπ.).

To Ατομικό πρότυπο του Ράδερφορντ. This model of an atom was developed by Ernest Rutherford, a New Zealand native working at the University of Manchester in England in the early 1900s.

Η διαπίστωση από τον Έρνεστ Ράδερφορντ, τo 1911, ότι τα άτομα είναι μια μικρογραφία του πλανητικού μας συστήματος: Κάθε άτομο αποτελείται από έναν πολύ πιο μικροσκοπικό πυρήνα όπου είναι συγκεντρωμένη σχεδόν όλη μάζα του και από ακόμη πιο μικροσκοπικά και ελαφριά ηλεκτρόνια (όλα τα ίδια) που περιφέρονται γύρω του σε αποστάσεις από περίπου 1000 έως 100.000 φορές μεγαλύτερες από την ακτίνα του πυρήνα.

Στη συνέχεια διαπιστώθηκε ότι και ο σούπερ μικροσκοπικός πυρήνας δεν είναι αδιαίρετο σωμάτιο αλλά σύνθετο. Αποτελείται από δυο ειδών σωμάτια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που φέρουν κοινό όνομα νουκλεόνια.

Schematic representation of a nucleus as an ensemble of neutrons and protons.

Μπορείτε να φανταστείτε τον ατομικό πυρήνα σαν ένα σούπερ μικροσκοπικό και στρογγυλεμένο τσαμπί σταφύλι με δυο ειδών ρώγες (ας πούμε, κόκκινες για τα πρωτόνια και πράσινες για τα νετρόνια). Αόρατα «κοτσάνια» – οι ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις – διατηρούν το τσαμπί ενιαίο παρ’ όλες τις βίαιες κινήσεις της κάθε «ρώγας». Υπάρχουν στη φύση μικροί πυρήνες με λίγες «ρώγες» – νουκλεόνια (ο μικρότερος είναι ο πυρήνας του συνηθισμένου υδρογόνου με ένα μόνο πρωτόνιο) και μεγάλοι πυρήνες με πολλές «ρώγες» – νουκλεόνια (μεγαλύτερος είναι ο πυρήνας του ουρανίου-238 με 238 «ρώγες»-νουκλεόνια).

Ένα πρωτόνιο συνίσταται από τρία quarks. The quark structure of a proton. The color assignment of individual quarks is arbitrary, but all three colors must be present. Forces between quarks are mediated by gluons.

Μεγάλοι πυρήνες μπορούν να σπάσουν σε δυο κομμάτια εκλύοντας τεράστια ποσά ενέργειας (αυτή η διαδικασία λέγεται σχάση και χρησιμοποιείται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες και στις πυρηνικές βόμβες). Μικροί πυρήνες – αν έχουν αρκετή ταχύτητα – μπορούν να κολλήσουν παράγοντας ένα μεγαλύτερο πυρήνα και εκλύοντας τεράστια ποσά ενέργειας. Αυτή η διαδικασία – που ονομάζεται σύντηξη – δίνει ενέργεια στον Ήλιο μας και στα άλλα άστρα∙ χρησιμοποιείται επίσης μαζί με σχάση στις σύγχρονες πυρηνικές βόμβες. Η σύγχρονη τεχνολογία προσπαθεί να δαμάσει τη σύντηξη, ώστε να παράγει με ελεγχόμενο τρόπο πρακτικά ανεξάντλητη και καθαρή ενέργεια. Ορισμένοι πυρήνες, οι λεγόμενοι ραδιενεργοί, υφίστανται – με την επέμβαση ενός τετάρτου είδους δυνάμεων, που λέγονται ασθενείς πυρηνικές – και κάποιες άλλες αυθόρμητες διαδικασίες (π.χ. εκπομπή ενός ηλεκτρονίου με ταυτόχρονη αλλαγή ενός νετρονίου σε πρωτόνιο κ.λπ), ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως ραδιενέργεια. Έχει διαπιστωθεί ότι και τα πρωτόνια και τα νετρόνια – αυτές οι πυρηνικές «ρώγες» – είναι σύνθετα σωμάτια: κάθε ένα τους περιέχει τρία πυρηνικά «κουκούτσια» (που λέγονται κουάρκ) και τη συγκολλητική ουσία που τα συγκρατεί παγιδευμένα για πάντα μέσα στην πυρηνική «ρώγα».

Ο Αϊνστάιν ήταν ένα εβραιόπουλο που αναγκαστικά μεγάλωσε και πήγε σχολείο σε μια καθολική κοινωνία. Από την αντιδιαστολή των θρησκευτικών αντιλήψεων ανάμεσα στο οικογενειακό και το σχολικό περιβάλλον διαμορφώθηκε αρκετά ο χαρακτήρας του. Όπως γράφει στις «Αυτοβιογραφικές σημειώσεις» του, άρχισε νωρίς να αμφιβάλλει για τις ιστορίες της Βίβλου διαβάζοντας βιβλία εκλαϊκευμένης επιστήμης. Έτσι, χαρακτήριζε την παιδική του ηλικία ως εποχή της «φανατικής απόλαυσης της ελεύθερης σκέψης». Από μικρός ο Άλμπερτ Αϊνστάιν μελέτησε φιλοσοφία. Σε όλη του τη ζωή πίστευε ότι η επιστήμη, η ηθική, η φιλοσοφία και οι τέχνες ήταν κλαδιά του ίδιου δέντρου.

Η δεύτερη μεγάλη ανακάλυψη του 20ου αιώνα οφείλεται στον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Ξεκινώντας από το γεγονός ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα ίδια – 300.000 km/s – ανεξάρτητα από την ταχύτητα είτε της φωτεινής πηγής είτε του παρατηρητή∙ και από το ότι κλεισμένοι σ’ ένα όχημα που κινείται ευθύγραμμα και ομαλά αλλά χωρίς οπτική ή άλλη επαφή με το περιβάλλον δεν μπορούμε να διαπιστώσουμε αν κινούμαστε ή ακινητούμε, κατέληξε αναπόδραστα στο συμπέρασμα ότι ο χώρος και ο χρόνος δεν είναι απόλυτες έννοιες ίδιες για όλους του παρατηρητές.

Αντίθετα, είναι ευέλικτες και σχετικές έννοιες που αλλάζουν ανάλογα με την κίνηση του κάθε παρατηρητή. Στη γενική θεωρία της σχετικότητας έδειξε ότι η παρουσία της μάζας (ή μαζών) προσδίδει πρόσθετη πλαστικότητα στο χώρο και στο χρόνο (κάπως, όπως μια μεταλλική σφαίρα παραμορφώνει μια πλαστική μεμβράνη). Είναι ακριβώς αυτή η πλαστικότητα και παραμορφωσιμότητα του χώρου και του χρόνου που εμφανίζονται ως δύναμη βαρύτητας.

Επίλυση της εξίσωσης του Σρέντιγκερ για το άτομο του υδρογόνου σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας. Οι φωτεινές περιοχές αντιπροσωπεύουν μεγαλύτερη πιθανότητα εύρεσης ενός ηλεκτρονίου (ηλεκτρονιακές πιθανοτικές στοιβάδες σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας).

Η τρίτη μεγάλη ανακάλυψη του 20ου αιώνα είναι η πιο επαναστατική, η πιο γόνιμη, η πιο σημαντική, και η πιο απομακρυσμένη από την εποπτεία μας. Είναι γνωστή ως κυματοσωματιδιακός δυϊσμός ή ως Κβαντομηχανική. Περιέχει την πειραματική διαπίστωση ότι κάθε κύμα έχει και σωματιδιακό χαρακτήρα, με την έννοια ότι η ενέργειά του δεν είναι συνεχής, αλλά αποτελείται από διακριτά, αδιαίρετα κομμάτια∙ αντίστοιχα κάθε σωμάτιο δεν κινείται ακολουθώντας μια τροχιά που οδεύει ως να ήταν κύμα. Έτσι η φύση δεν αποτελείται ούτε από αμιγή σωμάτια, ούτε από αμιγή κύματα, αλλά από κυματοσωμάτια, που έχουν εν μέρει ιδιότητες κύματος και εν μέρει ιδιότητες σωματίου. Η πιο σημαντική πρακτική συνέπεια αυτής της επαναστατικής πειραματικής διαπίστωσης είναι ότι όσο περισσότερο περιορίζεις ένα κυματοσωμάτιο (π.χ. ένα ηλεκτρόνιο, ή ένα νετρόνιο, ή ένα πρωτόνιο) τόσο πιο γρήγορα κινείται και τόσο πιο μεγάλη πίεση διαφυγής ασκεί. Έχοντας αυτό το καίριο συμπέρασμα μπορούμε πια να πραγματοποιήσουμε το όνειρο του Δημόκριτου, να εξηγήσουμε δηλαδή πως τρία μόνο είδη σωματίων (πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια) μπορούμε να ανασυνθέσουμε τον Κόσμο.

A history of physics in two minutes, featuring the song 'Heart of Courage' by Two Steps From Hell.

Οι δυνάμεις της φύσης φέρνουν μεν τα σωμάτια μαζί αλλά, αν παρέμεναν ανεμπόδιστες, θα τα συνέθλιβαν σε μικρές ή μεγαλύτερες μαύρες τρύπες. Αυτό που εμποδίζει την κατάρρευση είναι ακριβώς η κβαντική πίεση διαφυγής που προσφέρει το απολύτως αναγκαίο αντιστάθμισμα των δυνάμεων. Ακριβώς όταν οι δυο πιέσεις (η συνθλιπτική των δυνάμεων και η επεκτατική της αναπόφευκτης κβαντικής κίνησης) γίνουν ίσες έχουμε μια ισορροπία και τη δημιουργία δομής της ύλης.

Μπορούμε έτσι, έχοντας τη συνθλιπτική τάση των δυνάμεων και την τάση διαφυγής, που πηγάζει από την κυματική φύση της ύλης, να συνθέσουμε όλους τους υπάρχοντες πυρήνες και μόνο αυτούς από τα πρωτόνια και τα νετρόνια∙ να συνθέσουμε όλα τα είδη των ατόμων του περιοδικού πίνακα των στοιχείων από τους πυρήνες και τα ηλεκτρόνια∙ να συνθέσουμε μόρια από τα άτομα∙ να συνθέσουμε ένα μέταλλο ή ένα άλλο στερεό από τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων άτομα ή μόρια∙ να συνθέσουμε έναν πλανήτη ή ένα άστρο από άτομα, μόρια, πυρήνες και ηλεκτρόνια κ.ο.κ. μέχρι να φτάσουμε στο Σύμπαν ολόκληρο.

Πηγή: «ΕΠΙΣΤΗΜΗ. ΠΟΥ ΕΔΥ ΣΟΥ Η ΘΕΛΞΗ;»  ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ Ν. ΟΙΚΟΝΟΜΟΥ

Αποθήκευση φωτογραφιών σε DNA. UW team stores digital images in DNA — and retrieves them perfectly

Ψηφιακά δεδομένα μέχρι 10.000 gigabytes μπορούν να αποθηκευτούν στο μικρό κοκκινωπό δείγμα DNA που φαίνεται στο άκρο του σωλήνα. All the movies, images, emails and other digital data from more than 600 basic smartphones (10,000 gigabytes) can be stored in the faint pink smear of DNA at the end of this test tube. Credit: Tara Brown Photography/ University of Washington

Επιστήμονες από το πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον και τη Microsoft έκαναν ένα ακόμη βήμα για την ανάπτυξη ψηφιακών αποθηκευτικών μέσων που θα βασίζονται σε DNA και θα έχουν πολύ μικρότερες διαστάσεις από τους συμβατικούς δίσκους – αφού μία τέτοια μονάδα με μέγεθος όσο ένας «κύβος» ζάχαρης θα μπορεί να αποθηκεύσει όγκο δεδομένων για τον οποίο σήμερα θα χρειαζόταν μία υποδομή με έκταση όσο ένα σουπερμάρκετ.

Πιο συγκεκριμένα, οι ερευνητές ανέπτυξαν μία νέα τεχνική για την κωδικοποίηση και τη φύλαξη ψηφιακών εικόνων σε μικρές τεχνητές αλυσίδες DNA. Όπως μάλιστα ανέφεραν σε παρουσίασή τους σε συνέδριο στις ΗΠΑ την περασμένη εβδομάδα, οι δοκιμές τους έδειξαν επίσης πως η τεχνική λειτουργεί με επιτυχία, αφού εξασφαλίζει ότι οι πληροφορίες μπορούν ανά πάσα στιγμή να ανακτηθούν από το γενετικό υλικό.

Οι δοκιμές έγιναν με την κωδικοποίηση τεσσάρων φωτογραφιών σε ένα γενετικό «σκληρό δίσκο». Φωτογραφίες που μπορούσαν να ανασυνθέσουν διαβάζοντας τον «σκληρό δίσκο», αφού κατά τη διαδικασία δεν χανόταν ούτε ένα byte δεδομένων.

«Η φύση έχει δημιουργήσει το DNA, ένα μόριο που αποθηκεύει με φανταστική αποτελεσματικότητα όλες τις πληροφορίες των γονιδίων – αφού είναι εξαιρετικά συμπαγές και ανθεκτικό» αναφέρει ο Λουίς Κέζε, αναπληρωτής καθηγητής στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον και μέλος της ομάδας. «Αυτό που ουσιαστικά κάνουμε είναι πως το προσαρμόζουμε στην αποθήκευση ψηφιακών δεδομένων –εικόνων, βίντεο, κειμένων– για εκατοντάδες ή και χιλιάδες χρόνια».

Lee Organick, a UW computer science and engineering research scientist, mixes DNA samples for storage. Each tube contains a digital file, which might be a picture of a cat or a Tchaikovsky symphony. Credit: Tara Brown Photography/ University of Washington

Χάρις στην τεράστια πυκνότητα αποθήκευσης δεδομένων, οι γενετικοί ψηφιακοί δίσκοι αναμένεται να «απαντήσουν» στην ολοένα μεγαλύτερη παραγωγή ψηφιακών πληροφοριών. Μία τάση που σημαίνει πως το 2020 το «ψηφιακό σύμπαν» θα έχει αγγίξει τα 44 τρισεκατομμύρια gigabyte.

Αν αυτός ο όγκος πληροφοριών αποθηκευόταν σε tablet, τα οποία στοιβάζονταν το ένα πάνω στο άλλο, τότε θα σχηματίζονταν έξι σωροί που θα εκτείνονται από τη Γη έως τη Σελήνη. Αντίθετα, μία μικρή σταγόνα γενετικού υλικού μπορεί να αποθηκεύσει έως και 10.000 gigabyte δεδομένων.

Ωστόσο, εκτός από την περιορισμένη χωρητικότητα, όλα τα σημερινά μέσα αποθήκευσης έχουν επίσης το μειονέκτημα πως έχουν «ζωή» που δεν ξεπερνά τις λίγες δεκαετίες. Αντίθετα, το DNA υπόσχεται ότι οι πληροφορίες θα είναι ανακτήσιμες ακόμη κι έπειτα από αρκετούς αιώνες.

Για να αναπτύξουν την τεχνική τους, οι ερευνητές επινόησαν σε πρώτη φάση μία καινοτόμα μέθοδο αποθήκευσης των ψηφιακών δεδομένων (των αλληλουχιών 0 και 1) στις τέσσερις μονάδες του DNA, δηλαδή σε νουκλεοτίδια που περιέχουν τις βάσεις αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη ή γουανίνη.

The Molecular Information Systems Lab research team: Front (left to right): Bichlien Nguyen, Lee Organick, Hsing-Yeh Parker, Siena Dumas Ang, Chris Takahashi. Back (left to right): James Bornholt, Yuan-Jyue Chen, Georg Seelig, Randolph Lopez, Luis Ceze, Karin Strauss. Not pictured: Doug Carmean, Rob Carlson, Krittika d’Silva. Credit: Tara Brown Photography/University of WashingtonT

Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης ένα σύστημα «διευθυνσιοδότησης» ώστε, με τη «συρραφή» των νουκλεοτίδιων σε αλυσίδες, να κωδικοποιήσουν σε αυτές τη «διεύθυνση» στην οποία είναι αποθηκευμένη κάθε πληροφορία. Έτσι, επιστρατεύοντας στη συνέχεια μεθόδους που χρησιμοποιούνται από τους μοριακούς βιολόγους, μπορούσαν κάθε φορά να εντοπίσουν τη «διεύθυνση» στην οποία βρίσκονταν τα δεδομένα που αναζητούταν, ώστε να τα «διαβάσουν» και να τα αποκωδικοποιήσουν.

Πάντως, αν και με τη συγκεκριμένη τεχνική φαίνεται να ξεπερνιέται ένα σημαντικό πρακτικό πρόβλημα για την ανάπτυξη γενετικών «σκληρών δίσκων», ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια που παραμένει είναι το πολύ υψηλό κόστος που θα είχε η κωδικοποίηση μεγάλου όγκου δεδομένων σε DNA.

Ακόμη κι έτσι όμως, σύμφωνα με τους ερευνητές, η αποθήκευση θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε περιπτώσεις που οι αποθηκευμένες πληροφορίες είναι εξαιρετικά σημαντικές και πρέπει να «ζήσουν» για αιώνες.