Ένα βήμα πιο κοντά στη… διακτίνιση. Physicists break distance record for quantum teleportation

Πάκετα φωτός τηλεμεταφέρθηκαν σε απόσταση 100 χλμ. This graphic shows how to teleport quantum information over 100 km of fiber. Credit: Content By Martin Stevens/NIST, Design By Kelly Irvine/NIST

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μεγάλη πρόοδος στον ερευνητικό τομέα της κβαντικής τηλεμεταφοράς, της προσπάθειας ώστε ύλη  να εξαφανιστεί από μια θέση ενώ ένα τέλειο αντίγραφό της να εμφανίζεται κάπου αλλού. Απώτατος στόχος είναι η ανάπτυξη τεχνολογίας όμοιας με αυτή της περίφημης διακτίνισης στο Star Trek όπου άνθρωποι μεταφέρονταν στο Διάστημα σε χρόνο dt με το πάτημα ενός κουμπιού. Ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο έχουν καταφέρει να τηλεμεταφέρουν σωματίδια ύλης σε διάφορες αποστάσεις. Ερευνητές του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ (NIST) πραγματοποίησαν ρεκόρ τηλεμεταφοράς. Κατάφεραν να τηλεμεταφέρουν «πακέτα» φωτός σε απόσταση περίπου 100 χλμ. Το επίτευγμα θέτει βάσεις για ανάπτυξη νέων ακόμη πιο προηγμένων συστημάτων κρυπτογράφησης αλλά και μετάδοσης δεδομένων από τη Γη στο Διάστημα.

Φυσικά η εξέλιξη αυτή είναι ένα ακόμη βήμα προς το… όνειρο της διακτίνισης ανθρώπων που μπορεί να ακούγεται σενάριο επιστημονικής φαντασίας αλλά με βάση τις ερευνητικές εξελίξεις διάφοροι επιστήμονες έχουν αρχίσει να πιστεύουν ότι μπορεί να επιτευχθεί και μάλιστα στο κοντινό μέλλον. Ένας από αυτούς είναι ο θεωρητικός φυσικός Μίκιο Κάκου καθηγητής στο βρετανικό Πανεπιστήμιο City που έχει γίνει διάσημος από την συμμετοχή του σε πολλές τηλεοπτικές εκπομπές και ντοκιμαντέρ επιστήμης. Ο Κάκου πριν από λίγες εβδομάδες είπε ότι η διακτίνιση ανθρώπων μπορεί να επιτευχθεί και η κβαντική τηλεμεταφορά είναι ίσως το κλειδί που θα ανοίξει αυτή την πόρτα.

Μοναδικό βίντεο εξωπλανήτη να γυροφέρνει το άστρο του. Watch This Amazing Video of an Exoplanet in Motion

Όλα συμβαίνουν στο σύστημα του βήτα Οκρίβαντα (β Pictoris) σε απόσταση 60 ετών φωτός από τη Γη. An annotated diagram of the Beta Pictoris system. Image credit: ESO/A.-M Lagrange et al.

Από τους εκατοντάδες εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα, ελάχιστοι έχουν γίνει άμεσα ορατοί. Ο μακρινός πλανήτης «β Pic β» διαφέρει, αφού έδωσε την ευκαιρία στους αστρονόμους να παρακολουθήσουν την περιφορά γύρω από το μητρικό του άστρου.

The star β Pictoris (Beta Pictoris) lies about 63 light-years from Earth in the southern constellation of Pictor (The Painter’s Easel). Planet Beta Pictoris b is a gas giant and astronomers captured the best view yet of an exoplanet moving in its orbit. The images, captured between November 2013 to April 2015, show β Pic b as it moves through 1 ½ years of its 22-year orbital period. Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2/Nick Risinger, M. Millar-Blanchaer, University of Toronto; R. Marchis (SETI Institute)

Το σπάνιο βίντεο εστιάζει στο σύστημα του βήτα Οκρίβαντα (β Pictoris), ένα φωτεινό, νεαρό άστρο στο νότιο αστερισμό του Οκρίβαντα, το οποίο απέχει από τη Γη 60 έτη φωτός. Περικυκλωμένο από κομμήτες και έναν γιγάντιο δίσκο αερίων και σκόνης, το βήτα του Οκρίβαντα εξάπτει την περιέργεια των αστρονόμων, καθώς τους δίνει την ευκαιρία να παρακολουθήσουν τα αρχικά στάδια του σχηματισμού ενός νέου πλανητικού συστήματος.

Η κίνηση

Η εικόνα του άστρου έχει καλυφθεί με έναν μαύρο κύκλο προκειμένου να αναδειχθεί το αμυδρό φως του πλανήτη δεξιά. This looping animation of a series of images taken between November 2013 and April 2015 with the Gemini Planet Imager (GPI) on the Gemini South telescope in Chile shows the exoplanet β Pictoris b orbiting the star β Pictoris, which lies over 60 light-years from Earth. In the images, the star is at the centre of the left-hand edge of the frame; it is hidden by the Gemini Planet Imager’s coronagraph. We are looking at the planet’s orbit almost edge-on; the planet is closer to the Earth than the star. Image credit: M. Millar-Blanchaer, University of Toronto; F. Marchis, SETI Institute.

Οι τελευταίες παρατηρήσεις δείχνουν τον β Pic b, έναν αέριο πλανήτη με μάζα 12 φορές μεγαλύτερη από του Δία. Χάρη στο μεγάλο μέγεθος και τη σχετικά μικρή απόστασή του από τη Γη, o β Pic b είναι ένας από τους ελάχιστους πλανήτες που έχουν γίνει άμεσα ορατοί με τηλεσκόπια.

The Heavyweight world B Pictoris b vs planets in our solar system… note the rapid rotation rate! Image credit: ESO/I. Snellen (Leiden University)

Ο εξωπλανήτης χρειάζεται 22 γήινα χρόνια για να ολοκληρώσει μια περιφορά γύρω από το μητρικό του άστρο. Μια μεγάλη ευκαιρία ήρθε το 2013, όταν ο β Pic b βρέθηκε στην ιδανική θέση για παρατηρήσεις.

The Gemini Planet Imager on the Gemini South telescope. In the photo, GPI comprises the three box-like components attached to the telescope and hanging closest to the observatory floor. Other box-like components on the telescope are other instruments. Image credit: Manuel Paredes/Gemini Observatory/AURA.

Το προηγμένο όργανο GPI (Gemini Planet Imager), το οποίο έχει εγκατασταθεί ειδικά για την παρατήρηση εξωπλανητών στο τηλεσκόπιο Gemini South στη Χιλή, παρακολούθησε το στόχο για διάστημα 1,5 έτους, μέχρι τον Απρίλιο του 2015. Η συρραφή των εικόνων δείχνει τον πλανήτη να διανύει μια σχετικά μικρή απόσταση καθώς γυροφέρνει το βήτα του Οκρίβαντα.

The location of Beta Pictoris in the southern hemisphere sky. Image credit: Stellarium

«Οι εικόνες αυτές αντιστοιχούν στις ακριβέστερες μετρήσεις της θέσης του πλανήτη που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα» καμαρώνει ο Μάξουελ Μίλαρ-Μπλανσέρ του Πανεπιστημίου του Τορόντο, πρώτος συγγραφέας της μελέτης στο έγκριτο «Astrophysical Journal».

To πρώτο τετράποδο! Meet Bunostegos Akokanensis, the First Creature to Walk Upright on all Fours

Καλλιτεχνική απεικόνιση του Bunostegos που πιστεύεται ότι είναι το πρώτο τετράποδο ζώο στη Γη. Ζούσε πριν από 250 εκ. έτη και έμοιαζε με αγελάδα ή ιπποπόταμο. About the same size as a cow, this pre-reptile also stood the same way -- upright with its legs underneath. It may be the earliest known creature to do so, according to a new study. Credit: Morgan Turner

Η μελέτη απολιθωμάτων ενός πανάρχαιου είδους ζώου δείχνει ότι πρόκειται για το πρώτο ζώο που πάτησε σταθερά σε τέσσερα πόδια και κινούνταν με αυτά στη στεριά. Τα απολιθώματα μελέτησαν ερευνητές του αμερικανικού Πανεπιστημίου Brown ζώο και διαπίστωσαν ότι ζούσε πριν από περίπου 250 εκ. έτη στην Παγγαία, την υπερήπειρο της Γης η οποία κάποια στιγμή διασπάστηκε σε διάφορες ηπείρους.

How do we know Bunostegos walked upright on all fours? The bones in four areas: 1) the shoulder 2) the humerus 3) the elbow joint 4) the radius and ulna. Credit: Image: Morgan Turner

Το ζώο έλαβε την ονομασία Bunostegos akokanensis και σύμφωνα με τους ερευνητές ήταν ένα προγονικό είδος των αμφίβιων. Το ζώο αυτό ανέπτυξε τέσσερα συμμετρικά και δυνατά πόδια με τα οποία κατάφερε να σταθεί όρθιο και να κινηθεί στη στεριά. Πρόκειται δηλαδή για το πρώτο τετράποδο του πλανήτη. Σύμφωνα με τους ερευνητές το ζώο αυτό κινούνταν με τρόπο παρόμοιο με αυτό που κινούνται οι αγελάδες ή οι ιπποπόταμοι. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Journal of Vertebrate Paleontology».

Νέα ώθηση στην αναζήτηση βαρυτικών κυμάτων. Hunt for gravitational waves to resume after massive upgrade

Καθένας από τους ανιχνευτές αποτελείται από δύο κάθετες σήραγγες. Τα βαρυτικά κύματα θα προκαλούσαν ανεπαίσθητες μεταβολές στο μήκος τους, το οποίο φτάνει τα 4 χλμ. The LIGO Livingston Observatory in Louisiana sits in the middle of a pine forest. Credit: LIGO Scientific Collaboration/NSF

Σε νέα επίπεδα ακρίβειας και ευαισθησίας θα λειτουργεί από αυτήν την εβδομάδα το αμερικανικό LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), το μεγαλύτερο πείραμα για την ανίχνευση των λεγόμενων βαρυτικών κυμάτων, ρυτιδώσεων στο χωροχρόνο που προβλέφθηκαν από τον Αϊνστάιν αλλά παραμένουν άφαντες μέχρι σήμερα.

Η ολοκλήρωση της αναβάθμισης των δύο ανιχνευτών LIGO -ένας στην πολιτεία της Ουάσινγκτον και ένας ακόμα στη Λουιζιάνα- αναπτερώνει τώρα τις ελπίδες των φυσικών για την ανίχνευση του θεωρητικού φαινομένου, έπειτα από μια δεκαετία άκαρπης αναζήτησης με τους αρχικούς ανιχνευτές.

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων είχε προβλεφθεί το 1916 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν ως συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας. Ο μεγάλος φυσικός είχε υπολογίσει ότι η επιτάχυνση σωμάτων μεγάλης μάζας, όπως μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων που οποία κινούνται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο, δημιουργούν κυματισμούς στο χωροχρόνο που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός.

Μεζούρες ακριβείας

Illustration: Nik Spencer/Nature

Τα βαρυτικά κύματα, εφόσον υπάρχουν, ουσιαστικά τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος). Αυτό είναι το φαινόμενο που προσπαθούν να καταγράψουν οι ανιχνευτές LIGO. Καθένας από τους δύο ανιχνευτές αποτελείται από δύο σωλήνες τοποθετημένους κάθετα ο ένας στον άλλο, μέσα στους οποίους υπάρχουν δέσμες λέιζερ που μετρούν το μήκος των σωλήνων με εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια.

Τα βαρυτικά κύματα θα γίνονταν θεωρητικά αντιληπτά από μικρές μεταβολές στο μήκος των δύο σωλήνων, λόγω της παραμόρφωσης του χώρου. Οι σωλήνες έχουν μήκος 4 χιλιόμετρα, όμως η πειραματική διάταξη μπορεί να μετρά μεταβολές τουλάχιστον 1.000 φορές μικρότερες από τη διάμετρο ενός ατόμου.

Η αναβάθμιση των συστημάτων με ισχυρότερα λέιζερ και νέα οπτικά επιτρέπει θεωρητικά την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από απόσταση περίπου 88 εκατομμυρίων ετών φωτός. Τελικός στόχος είναι η αύξηση αυτής της απόστασης στα 650 εκατομμύρια έτη φωτός -αυτό σημαίνει ότι οι ανιχνευτές θα μπορούν να σαρώνουν μια σφαίρα στο Διάστημα 1.000 φορές μεγαλύτερη από ό,τι η αρχική μορφή των συστημάτων.

Οι εργασίες αναβάθμισης, για τις οποίες χρειάστηκαν πέντε χρόνια και 200 εκατ. δολάρια, περιλάμβαναν μεταξύ άλλων τη βελτίωση των συστημάτων απόσβεσης κραδασμών -οι ανιχνευτές επηρεάζονται ακόμα και από τρένα που περνούν σε απόσταση χιλιομέτρων ή ακόμα και το γδούπο ενός δέντρου που πέφτει.

Στην Ευρώπη λειτουργούν στο μεταξύ οι ανιχνευτές GEO600 και Virgo, ενώ ανάλογο ερευνητικό πρόγραμμα, με την ονομασία Indigo, ανακοίνωσε και η Ινδία. Η ανίχνευση του ίδιου σήματος από ανιχνευτές σε διαφορετικές ηπείρους θα επέτρεπε στους ερευνητές να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την προέλευση των φευγαλέων κυμάτων.

Πηγή: www.nature.com

Η ζωή εξαπλώνεται στο Σύμπαν σαν επιδημία! Life Might Spread Across Universe Like an 'Epidemic' in New Math Theory

Σύμφωνα με τη νέα θεωρία, η ζωή στο Σύμπαν υπάρχει παντού και μεταδίδεται από περιοχή σε περιοχή σαν... επιδημία. If life can spread from star to star, researchers should see a characteristic pattern of overlapping growth. In this theoretical artist's conception of the Milky Way galaxy, translucent green "bubbles" mark areas where life has spread beyond its home system to create cosmic oases, a process called panspermia. Credit: NASA/JPL/R. Hurt

«Η ζωή μπορεί να μεταδίδεται από ένα αστρικό σύστημα σε ένα άλλο με έναν τρόπο παρόμοιο με το ξέσπασμα μιας επιδημίας. Θα μπορούσε έτσι κάποιος να πει ότι ο Γαλαξίας μας μπορεί να μολυνθεί κάποια στιγμή από πολλούς θύλακες που περιέχουν ζωή» αναφέρει ο Αβι Λεμπ του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian, εκ των επιστημόνων που διατύπωσαν τη συγκεκριμένη νέα θεωρία.

Μία ακόμη ιδέα για την ύπαρξη της ζωής πέφτει στο τραπέζι του επιστημονικού διαλόγου - Οι εμπνευστές της παρομοιάζουν τη ζωή με έναν… ιό. The researchers compare the 'relentless spread' of life in the universe to how a virus would spread on Earth. 'In our theory, clusters of life form, grow, and overlap like bubbles in a pot of boiling water,' they said. 'Life could spread in a pattern similar to the outbreak of an epidemic'.

Σύμφωνα με αυτήν, η ζωή σχηματίζεται, αναπτύσσεται και καλύπτει τον χώρο με τον ίδιο τρόπο που σχηματίζονται, αναπτύσσονται και καλύπτουν τον χώρο οι φυσαλίδες σε μια κατσαρόλα με νερό που βράζει. Στη συνέχεια διάφορα φυσικά φαινόμενα διασπείρουν τις φυσαλίδες (και τη ζωή) σε όλα τα μήκη και πλάτη ενός γαλαξία.

Έτσι κατά τους ερευνητές η ζωή μπορεί να εξαπλωθεί μέσα στο Σύμπαν πολύ πιο γρήγορα από ό,τι στην περίπτωση που η εμφάνισή της γίνεται κάθε φορά κάπου μεμονωμένα βάσει των τοπικών συνθηκών που επικρατούν στο σημείο όπου εμφανίζεται. Με βάση τη θεωρία τους οι ερευνητές εικάζουν ότι μπορεί μια τέτοια φυσαλίδα να έφτασε ως τη Γη και να μετέτρεψε τον πλανήτη μας σε έναν παράδεισο της ζωής.

The research was led by Henry Lin from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) and was based on panspermia. Panspermia is a theory that suggests life spreads across the universe, hitchhiking on comets or meteorites. For example, life capable of surviving in space, could travel on asteroids and comets.

Η σχετική μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «The Astrophysical Journal Letters» και η νέα θεωρία χαρακτηρίζεται συναφής με μία από τις πιο δημοφιλείς θεωρίες για την εμφάνιση της ζωής στη Γη, εκείνη της λεγόμενης «πανσπερμίας». Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ζωή έφθασε στη Γη με τη μορφή μικροοργανισμών που «ταξίδεψαν» με αστεροειδείς ή κομήτες από άλλους πλανήτες είτε του ηλιακού μας συστήματος είτε και από πιο μακριά. Ευνοήτως με την ίδια διαδικασία μεταφοράς η ζωή έχει ταξιδέψει και... αγκυροβολήσει σε αμέτρητους πλανήτες και δορυφόρους του Σύμπαντος.

Η ζωή στον Γαλαξία

Astrobiologists are collecting growing evidence that suggests life may have begun elsewhere in the galaxy. Supporters point to the remains of apparent microorganisms collected 16 miles (26km) up in the stratosphere by a high altitude balloon and a tiny metal orb found surrounded by an organic goo (pictured).

Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει πολλές μελέτες τόσο για τον αριθμό των πλανητών στον γαλαξία μας όσο και για το ποιοι από αυτούς διαθέτουν συνθήκες φιλικές προς τη ζωή. Η τελευταία σχετική μελέτη αναφέρει ότι ο αριθμός των φιλόξενων για τη ζωή πλανητών στον Γαλαξία είναι πολύ μεγαλύτερος από όσο πιστεύαμε.

Ερευνητές από τη Δανία και την Αυστραλία, με επικεφαλής τον Στέφεν Γιάκομπσεν του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, μελέτησαν δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου Kepler το οποίο σάρωσε τον Γαλαξία μας τα προηγούμενα χρόνια αναζητώντας εξωπλανήτες.

Αναλύοντας αυτά τα δεδομένα οι ερευνητές υπολόγισαν τον αριθμό των άστρων του Γαλαξία μας τα οποία διαθέτουν πλανητικά συστήματα και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αρκετά δισεκατομμύρια από αυτά τα άστρα διαθέτουν από έναν ως τρεις βραχώδεις πλανήτες που βρίσκονται στη λεγόμενη κατοικήσιμη ζώνη.

Βρίσκονται, δηλαδή, σε απόσταση τέτοια από το μητρικό τους άστρο ώστε να είναι δυνατόν να υπάρχει σε αυτούς νερό σε υγρή μορφή. Η παρουσία νερού σε υγρή μορφή συνδέεται άμεσα με την ύπαρξη ζωής έστω και σε μικροβιακό επίπεδο. H μελέτη δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Montlhy Notices of the Royal Astronomical Society».

Kβαντική φυσική και ανθρώπινη συμπεριφορά. You're not irrational, you're just quantum probabilistic

Researchers explain human decision-making with physics theory. Credit: Rice University

Εκτός από τον «κόσμο» των σωματιδίων, οι νόμοι και οι εξισώσεις της κβαντικής φυσικής έχουν εφαρμογή και στην ανθρώπινη συμπεριφορά, αφού εξηγούν σκέψεις και αποφάσεις μας οι οποίες ειδάλλως μοιάζουν παράδοξες ή ακόμη και παράλογες.

Η εφαρμογή της κβαντομηχανικής στην ψυχολογία αποτελεί μία νεοεμφανιζόμενη τάση, με «πρεσβευτές» επιστήμονες που υποστηρίζουν πως με αυτό τον τρόπο όχι μόνο μπορεί να κατανοηθεί πληρέστερα ο άνθρωπος, αλλά και να λυθούν ορισμένες αντιφάσεις που έχουν εμφανιστεί κατά καιρούς στα αποτελέσματα ψυχολογικών ή κοινωνιολογικών μελετών.

Zheng Joyce Wang

Μία από τις εκπροσώπους αυτής της τάσης είναι η Ζεν Τζόις Γουάνκ, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο πολιτειακό πανεπιστήμιο του Οχάιο και διευθύντρια του Εργαστηρίου Επικοινωνίας και Ψυχοφυσιολογίας. Σύμφωνα με τη Γουάνκ, η οποία προσπαθεί να μοντελοποιήσει μαθηματικά τη διαδικασία λήψης αποφάσεων, οι κβαντομηχανικές εξισώσεις φαίνεται να περιγράφουν καλύτερα από οποιοδήποτε άλλο μαθηματικό «εργαλείο» την ανθρώπινη συμπεριφορά.

«Στον τομέα των γνωσιακών επιστημών, και ειδικά στις έρευνες για τον τρόπο λήψης αποφάσεων, κατά καιρούς έχουν προκύψει πολλά παράδοξα αποτελέσματα. Όταν ένα τέτοιο αποτέλεσμα δεν συμφωνεί με τις κλασικές θεωρίες, τότε το ονομάζουμε “παράλογο”. Υπό το φως όμως της κβαντομηχανικής, κατά κανόνα παύει να ισχύει αυτός ο χαρακτηρισμός», σημειώνει η ίδια.

Με συναδέλφους της, η ερευνήτρια περιέγραψε πρόσφατα σε δύο επιστημονικά περιοδικά αυτή τη νέα θεωρητική προσέγγιση της ψυχολογίας. Σε αυτά, οι συντάκτες τους υποστηρίζουν πως η «απάντηση» του ανθρώπου στην αβεβαιότητα είναι ένας τρόπος σκέψης που παραπέμπει στην κβαντομηχανική θεωρία, αφού τότε εγκαταλείπει τη διαδικασία συμπερασμού που βασίζεται στην κλασική θεωρία των πιθανοτήτων.

Έτσι, όλοι μας μπορούμε να δώσουμε απαντήσεις σε περίπλοκες ερωτήσεις, παρά τις πεπερασμένες διανοητικές μας δυνατότητες. Απαντήσεις που δεν μπορούν να εξηγήσουν οι επιστήμονες, αν προσπαθήσουν να τις αναλύσουν χρησιμοποιώντας τα συμβατικά εννοιολογικά εργαλεία που διαθέτουν.

Για παράδειγμα, οι ψυχολόγοι έχουν ανακαλύψει εδώ και χρόνια ότι, σε οποιοδήποτε γκάλοπ, η αλλαγή της σειράς των ερωτήσεων μπορεί να αλλάξει τις απαντήσεις που δίνουν οι συμμετέχοντες.

Επειδή οι εταιρείες δημοσκοπήσεων το γνωρίζουν, χρησιμοποιούν παραπάνω από μία εκδοχή του ερωτηματολογίου, με τις ερωτήσεις σε καθένα ταξινομημένες με τυχαίο τρόπο, ελπίζοντας πως έτσι θα περιορίσουν την επίδρασή του.

Ωστόσο, όπως έδειξε η Γουάνκ πέρυσι σε συνέδριο, στα πλαίσια μιας κβαντικής περιγραφής της ανθρώπινης συμπεριφοράς, το φαινόμενο όχι μόνο μπορεί να εξηγηθεί αλλά και να προβλεφθεί.

Η επιστήμονας ξεκαθαρίζει πως η συγκεκριμένη θεωρία δεν σημαίνει πως ο ανθρώπινος εγκέφαλος λειτουργεί στην πραγματικότητα σαν κβαντικός υπολογιστής. Επομένως, ο παραλληλισμός με την κβαντική φυσική δεν αφορά τη φυσιολογία του εγκεφάλου, αλλά ένα νέο πλαίσιο μαθηματικών αρχών που μπορεί να εξηγήσει την ανθρώπινη νόηση και συμπεριφορά.

«Στις κοινωνικές και συμπεριφορικές επιστήμες, χρησιμοποιούμε κατά κόρον μοντέλα υπολογισμού πιθανοτήτων. Για παράδειγμα, συχνά υπολογίζουμε την πιθανότητα ένας άνθρωπος να αντιδράσει με κάποιον συγκεκριμένο τρόπο ή να πάρει κάποια συγκεκριμένη απόφαση», προσθέτει.

«Παραδοσιακά, όλα αυτά τα μοντέλα βασίζονται στην κλασική θεωρία πιθανοτήτων, η οποία προέρχεται από τη φυσική μελέτη των νευτώνειων συστημάτων. Συνεπώς, δεν είναι τελικά και τόσο εξωτικό οι κοινωνικοί επιστήμονες να αρχίσουν να διερευνούν και τα κβαντικά συστήματα και τις αρχές που τα διέπουν».

Θεμελιώδες στοιχείο της κβαντικής φυσικής είναι η αβεβαιότητα: η κατάσταση ενός σωματιδίου, η ενέργειά του ή η θέση του δεν μπορούν να υπολογισθούν με απόλυτη ακρίβεια.

Αντίστοιχα, η «κβαντική γνωστική λειτουργία» ενεργοποιείται στις περιπτώσεις πνευματικής αβεβαιότητας, δηλαδή όταν δεν είμαστε απόλυτα σίγουροι για το πώς νιώθουμε ή για τη στάση που πρέπει να τηρήσουμε.

«Ο εγκέφαλός μας δεν έχει απεριόριστες δυνατότητες αποθήκευσης. Επίσης, δεν έχουμε πάντα ξεκάθαρη στάση απέναντι σε ό,τι μας συμβαίνει. Όταν κάποιος με ρωτήσει τι θα ήθελα να φάω, θα πρέπει να το σκεφθώ και τελικά να δώσω μια σαφή απάντηση». Με την κλασική προσέγγιση της ψυχολογίας, προσθέτει η επιστήμονας, τα αποτελέσματα που προκύπτουν ορισμένες φορές δεν έχουν νόημα.

Έτσι, οι επιστήμονες πρέπει να δημιουργήσουν νέα μαθηματικά αξιώματα, για να εξηγήσουν την ανθρώπινη συμπεριφορά που ερευνάται. Το αποτέλεσμα είναι να υπάρχουν σήμερα πολλά μαθηματικά μοντέλα, αρκετά από τα οποία αντιβαίνουν μεταξύ τους, ενώ κανένα δεν μπορεί να εφαρμοσθεί σε κάθε περίπτωση.

Αντίθετα, με την κβαντική προσέγγιση, όπως υποστηρίζει η Γουάνκ με τους συναδέλφους της, ένα περιορισμένο σύνολο αξιωμάτων μπορεί να εξηγήσει πολλές και περίπλοκες πτυχές της ανθρώπινης συμπεριφοράς.

Πηγή: naftemporiki.gr – news.osu.edu

Ηχητικά κύματα μπορούν να ελέγξουν τον εγκέφαλο. 'Sonogenetics' allows brain cells to be controlled by sound waves

Η ηχογενετική είναι μια νέα επαναστατική τεχνική που ανοίγει νέους δρόμους.  Scientists have used genetically modified worms to show that ultrasound can be used to activate brain, heart and muscle cells from outside the body. Credit: Salk Institute

Η ηχογενετική είναι μια νέα πρωτοποριακή τεχνική που ανακάλυψαν επιστήμονες στις ΗΠΑ και με την οποία κατάφεραν για πρώτη φορά να χρησιμοποιήσουν ηχητικά κύματα για τον έλεγχο των εγκεφαλικών κυττάρων ενός νηματώδους σκώληκα αφού είχε προηγηθεί η κατάλληλη γενετική τροποποίηση του νευρικού συστήματός του.

  

Η μέθοδος

The video shows how the nematodes change direction the moment they are blasted with sonic pulses. Credit: Salk Institute

Η ηχογενετική αποτελεί ένα βήμα πέρα από την οπτογενετική, την αντίστοιχη μέθοδο που εδώ και μία δεκαετία χρησιμοποιεί τους παλμούς του φωτός λέιζερ για να κάνει κάτι ανάλογο. Ερευνητές του Εργαστηρίου Μοριακής Νευροβιολογίας του Ινστιτούτου Βιολογικών Μελετών Salk της Καλιφόρνιας, με επικεφαλής τον καθηγητή Σρικάνθ Τσαλαζανί χρησιμοποίησαν υπερήχους όπως αυτούς που χρησιμοποιούν τα διαγνωστικά μηχανήματα υπερήχων- για να ενεργοποιήσουν με επιλεκτικό τρόπο κύτταρα του εγκεφάλου (νευρώνες).

Τα πειράματα

The worm C. elegans, with its 302 well-mapped neurons, is an ideal model for this type of research. Science Photo Library

Προς το παρόν η τεχνική έχει δοκιμαστεί με επιτυχία μόνο στον νηματώδη σκώληκα C.elegans. Όμως, οι επιστήμονες αισιοδοξούν ότι τελικά θα προσαρμόσουν κατάλληλα τη μέθοδό τους, ώστε να αξιοποιηθεί για την θεραπεία ανθρωπίνων παθήσεων, όπως οι νευροεκφυλιστικές νόσοι (π.χ. Πάρκινσον).

Οι σκώληκες, όταν δέχονται τους υπέρηχους (που οι άνθρωποι δεν μπορούν να ακούσουν), αλλάζουν κατεύθυνση. Οι κινητικοί νευρώνες στον εγκέφαλο των σκωλήκων ενεργοποιούνται κατάλληλα, αφού το νευρικό τους σύστημα έχει προηγουμένως τροποποιηθεί, έτσι ώστε να ανταποκρίνεται πλέον στα ερεθίσματα των υπερήχων (κανονικά αυτό δεν συμβαίνει).

Η οπτογενετική είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, όμως έχει τις δικές της δυσκολίες, καθώς οι επιστήμονες συνήθως πρέπει να κάνουν νευροχειρουργική επέμβαση για να εισάγουν βαθιά στον εγκέφαλο μια οπτική ίνα που θα διοχετεύει το φως. Αντίθετα, στην περίπτωση της ηχογενετικής τέτοια επέμβαση δεν χρειάζεται, καθώς οι υπέρηχοι «τρυπώνουν» παντού με μη επεμβατικό τρόπο.

Εκτός από τους νευρώνες, η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε κύτταρα της καρδιάς, των μυών κ.α., όπως δήλωσε ο Τσαλαζανί, ο οποίος τόνισε ότι «το πραγματικό κατόρθωμα θα είναι να αποδείξουμε πως η τεχνική δουλεύει και στον εγκέφαλο των θηλαστικών». Ήδη προγραμματίζονται οι πρώτες δοκιμές σε ποντίκια. Το επίτευγμα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Communications».