Οι μηχανές του von Neumann. Von Neumann Machines

A von Neumann machine able to move over interstellar or interplanetary distances and to utilize local materials to build new copies of itself. Von Neumann probes are named after the Hungarian-born American mathematician John von Neumann who, among many other achievements, was the first to develop a mathematical theory of machines that can make exact copies of themselves.

Η είδηση της κατασκευής μιας βάσης στη Σελήνη από τρισδιάστατο εκτυπωτή – ρομπότ, με την χρήση σεληνιακών υλικών,  θύμισε σε κάποιους τις μηχανές του von Neumann – αν και είμαστε ακόμα πολύ μακριά από την κατασκευή τους. Ευκαιρία λοιπόν να δούμε τι ακριβώς είναι οι μηχανές von Neumann.

John von Neumann with the stored-program computer at the Institute for Advanced Study, Princeton, New Jersey, in 1945. Photograph: Getty

Ο John von Neumann ήταν ένας από τους μεγαλύτερους μαθηματικούς του 20ου αιώνα. Ουγγρικής καταγωγής, μετανάστευσε κατά τη δεκαετία του 1930 στις ΗΠΑ, όπου έπαιξε κορυφαίο ρόλο στην κατασκευή του πρώτου υπολογιστή και της πρώτης ατομικής βόμβας.

Αυτοαναπαραγόμενες μηχανές. A simple form of machine self-replication.

Το 1951 επινόησε ένα σημαντικό μαθηματικό μοντέλο που έδειχνε ότι είναι δυνατόν να κατασκευαστεί μια πολύπλοκη μηχανή, ικανή να παράγει ακριβές αντίγραφο του εαυτού της. Αυτή η αυτοαναπαραγόμενη μηχανή θα αποτελούνταν ουσιαστικά από δυο μέρη: τον «κατασκευαστή» και το «πρόγραμμα κατασκευής». Ο κατασκευαστής είναι μια μηχανή ικανή να μετατρέπει την πρώτη ύλη στη μορφή που του υπαγορεύουν οι οδηγίες του προγράμματος· αν είναι σε θέση να κατασκευάζει τα πάντα, τότε ονομάζεται «καθολικός κατασκευαστής». Το πρόγραμμα περιέχει όλες τις απαραίτητες οδηγίες για την κατασκευή ενός τέλειου αντιγράφου της μηχανής. Σε πρώτη φάση, ο κατασκευαστής κατασκευάζει ένα τέλειο αντίγραφο του εαυτού του (μια «ανόητη» μηχανή) ενώ, στη συνέχεια, ακολουθώντας πάντοτε τις οδηγίες, του προσθέτει ένα τέλειο αντίγραφο του προγράμματος κατασκευής. Το αποτέλεσμα είναι το ίδιο με την πρωτότυπη μηχανή και μπορεί, με τη σειρά του, να αυτοαναπαραχθεί (υπό την προϋπόθεση να βρει στο περιβάλλον του τα απαραίτητα υλικά).

The quantum von Neumann machine (image of the real device): Two superconducting qubits (enclosed in the two central squares) are coupled through a quantum bus (center meander line). Quantum information can be stored in two quantum memories (two lateral meander lines). A zeroing register is included in the two central squares. Photo credit: Erik Lucero

Η μηχανή του von Neumann αποτελεί σήμερα εντελώς θεωρητική σύλληψη. Δεν ξέρουμε πώς να την κατασκευάσουμε και, πιθανότατα, δεν θα το μάθουμε πριν περάσουν μερικοί αιώνες. Το μόνο βέβαιο είναι ότι η πολυπλοκότητά της ξεπερνά κατά πολύ την πολυπλοκότητα ενός ιού που βρίσκεται στα όρια μεταξύ ζωντανής και αδρανούς ύλης. Ο ιός χρησιμοποιεί μερικά κύτταρα του οργανισμού – ξενιστή, κάτι που διευκολύνει το έργο της αναπαραγωγής του. Αντίθετα , η μηχανή του von Neumann θα πρέπει να κατασκευάσει όλα τα μέρη των θυγατρικών της ρομπότ, από το Α ως το Ω. Σύμφωνα με ορισμένους υπολογισμούς, το πρόγραμμα αναπαραγωγής της θα πρέπει να περιέχει πολλές δεκάδες εκατομμύρια οδηγίες. Όσο για το βάρος της νανοτεχνολογίας και της μοριακής μηχανικής θα επιτρέψει, οπωσδήποτε, πολύ ελαφρότερες κατασκευές.

Ο Frank Tipler υποστήριξε ότι ένας τεχνολογικά προηγμένος πολιτισμός θα ήταν σε θέση να κατασκευάσει τέτοιες αυτοαναπαραγόμενες μηχανές και να τις χρησιμοποιήσει σε ένα μακροπρόθεσμο πρόγραμμα γαλαξιακού εποικισμού. Το εγχείρημα αυτό θα παρουσίαζε πολύ λιγότερες δυσκολίες από ένα αντίστοιχο επανδρωμένο πρόγραμμα, αφού οι μηχανές μπορούν να πραγματοποιούν διαστρικά ταξίδια χωρίς να χρειάζονται αναπνεύσιμη ατμόσφαιρα και τρόφιμα. Μόλις θα έφταναν στο αστρικό σύστημα προορισμού τους, θα χρησιμοποιούσαν τα υλικά των αστεροειδών για να κατασκευάσουν μερικά αντίγραφα του εαυτού τους, καθώς και ισάριθμα διαστρικά διαστημόπλοια. Από κάθε αστρικό σύστημα, μια ντουζίνα ρομπότ δεύτερης γενιάς θα ξεκινούσε για προορισμούς λίγο πιο μακρινούς, ενώ μετά την αναχώρησή τους τα «μητρικά» ρομπότ θα ασχολούνταν με τη λεπτομερή εξερεύνηση του αστρικού συστήματος και με τη μεταβίβαση των παρατηρήσεών τους στη Γη. Το κύμα των αυτοαναπαραγόμενων μηχανών θα εξαπλωνόταν σιγά – σιγά σε ολόκληρο τον Γαλαξία. Αν κάθε ρομπότ έστελνε στα γειτονικά συστήματα μόνο δυο αντίγραφα, έπειτα από τριάντα έξι μόλις «γενεές» θα υπήρχε ένα ρομπότ γύρω από κάθε ένα από τα εκατό δισεκατομμύρια άστρα του Γαλαξία μας. Τη στιγμή εκείνη θα έπρεπε να σταματήσει ο ραγδαίος πολλαπλασιασμός τους, διαφορετικά όλα τα μέταλλα του Γαλαξία θα βρίσκονταν, έπειτα από μερικές ακόμη γενεές, δεσμευμένα στο σώμα των ρομπότ. Για τον σκοπό αυτό, το πρόγραμμα (ο «γενετικός κώδικας») των ρομπότ θα πρέπει να περιέχει μια οδηγία, προγραμματισμένη από τους εμπνευστές του σχεδίου και μεταβιβαζόμενη από γενιά σε γενιά, που να διασφαλίζει τη στειρότητα της τριακοστής έβδομης γενιάς.

Ο απαραίτητος χρόνος για τον εποικισμό του Γαλαξία από τα ρομπότ εξαρτάται κυρίως από την ταχύτητα των διαστρικών διαστημοπλοίων που θα μεταφέρουν, διότι ο χρόνος κατασκευής των καινούργιων μηχανών θα είναι συγκριτικά ασήμαντος. με ταχύτητα 0,1c (ένα δέκατο της ταχύτητας του φωτός), ο χρόνος του εποικισμού θα μπορούσε να είναι «μόνον» μερικά εκατομμύρια χρόνια, ενώ για τα αργά διαστημόπλοια θα ήταν της τάξης των εκατό εκατομμυρίων ετών. Ύστερα από αυτό το χρονικό διάστημα, οι μακρινοί απόγονοι των εμπνευστών του προγράμματος στη Γη θα είχαν αποκτήσει πλήρη και λεπτομερή γνώση του Γαλαξία, χωρίς καν να έχουν βγει από το Ηλιακό Σύστημα. Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι το κόστος του εγχειρήματος θα περιοριζόταν στα έξοδα κατασκευής και εκτόξευσης της πρώτης μόνο μηχανής!

ΠΗΓΗ: «Η περιπέτεια του μέλλοντος, Σενάρια για τις προοπτικές του ανθρώπου στο Σύμπαν», Νίκος Πράντζος, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Το φάντασμα της Όπερας: Ο ρόλος της αρχής της αβεβαιότητας στο σύμπαν

Βέρνερ Χάιζενμπεργκ (Werner Heisenberg, 1901 - 1976)

Ο φυσικός και διευθυντής των Πανεπιστημιακών Εκδόσεων Κρήτης Στέφανος Τραχανάς, έδωσε το Σάββατο 26 Ιανουαρίου διάλεξη με τίτλο: Το φάντασμα της Όπερας: Ο ρόλος της αρχής της αβεβαιότητας στο σύμπαν. Τη διάλεξη διοργάνωσε η ομάδα ΘΑΛΗΣ + ΦΙΛΟΙΗ και μπορείτε να την παρακολουθήσετε ολόκληρη πατώντας στον σύνδεσμο:

Blod | Τραχανάς Στέφανος | Το φάντασμα της Όπερας: Ο ρόλος της αρχής της αβεβαιότητας στο σύμπαν

Η αρχή της αβεβαιότητας είναι ίσως η μεγαλύτερη επιστημονική ανακάλυψη όλων των εποχών. Είναι εκείνος ο μοναδικός φυσικός νόμος που «ενορχηστρώνει» όλες τις θεμελιώδεις φυσικές προϋποθέσεις που κάνουν δυνατή την ανάδυση της ζωής στο σύμπαν. Από τη σταθερότητα των ατόμων και των μορίων μέχρι τη μακροβιότητα των άστρων.

Erwin Schrödinger, the founder of wave mechanics.

Και όπως μάθαμε πολύ πρόσφατα, η αρχή της αβεβαιότητας είναι επίσης ο «μυστικός συνθέτης» εκείνης της παράξενης κοσμικής μουσικής που «ακούστηκε» στο σύμπαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και χάρις στην οποία «έσπασε» η ομοιομορφία του αρχέγονου κοσμικού χυλού και έγινε δυνατός ο σχηματισμός των γαλαξιών, των άστρων και των πλανητών των λίκνων της ζωής.

Η αρχή της αβεβαιότητας είναι λοιπόν το φάντασμα της Όπερας το φάντασμα του κόσμου. Ένας φυσικός νόμος που δρα κάτω από την επιφάνεια των πραγμάτων. Στο υπόγειο. Στα έγκατα της ύλης. Στον μικρόκοσμο. Κι από εκεί ελέγχει όλα όσα συμβαίνουν «επί σκηνής». Στο θέατρο του δικού μας αισθητού κόσμου. Η γνωριμία με το φάντασμα είναι ο σκοπός της ομιλίας.

Τι σκέφτεται ένα ψάρι; This Is What a Fish Thought Looks Like

For the first time, researchers have been able to see a thought "swim" through the brain of a living fish. The new technology is a useful tool for studies of perception. It might even find use in psychiatric drug discovery, according to authors of the study, appearing online on Jan. 31 in Current Biology, a Cell Press publication. (Credit: Current Biology, Muto et al.)

Τις νοητικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στον εγκέφαλο ενός ψαριού, την ώρα που κυνηγά ένα άλλο ψάρι κατάφεραν να βιντεοσκοπήσουν σε πραγματικό χρόνο ιάπωνες επιστήμονες. Στην πραγματικότητα είναι η πρώτη φορά που οι νευροεπιστήμονες είχαν τη δυνατότητα να παρακολουθήσουν τα εγκεφαλικά κύτταρα εν ώρα δράσης σε ένα ανεξάρτητα κινούμενο ζώο. Αν και η μελέτη αφορούσε ένα ψάρι, παρέχει στοιχεία και για τον τρόπο λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Προηγούμενες μελέτες είχαν χρησιμοποιήσει τεχνικές μαγνητικής απεικόνισης για να μελετήσουν τη δραστηριότητα διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου των ψαριών, όμως η νέα έρευνα χρησιμοποίησε μια διαφορετική πιο εξελιγμένη τεχνική για να καταγράψει τη διαδικασία ενεργοποίησης και απενεργοποίησης των επιμέρους εγκεφαλικών κυττάρων κάθε στιγμή.

Fluorescent protein is a bright idea. (Image: The Kawakami Group/NIG)

Η νέα τεχνολογία, σύμφωνα με τους ερευνητές, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί ευρύτερα για να μελετηθεί η νοητική διαδικασία σε ανθρώπους και ζώα και να ρίξει περισσότερο φως σε διάφορες εγκεφαλικές διαταραχές, καθώς επίσης να διευκολύνει την καλύτερη αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των νευρολογικών-ψυχιατρικών φαρμάκων.

Οι ερευνητές του Εθνικού Ινστιτούτου Γενετικής της Ιαπωνίας και του Ινστιτούτου Επιστήμης του Εγκεφάλου του πανεπιστημίου Σαϊτάμα, με επικεφαλής τον καθηγητή Γιουνίτσι Νακάι και τον Κοϊτσι Καβακάμι, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό βιολογίας «Current Biology», σύμφωνα με το «Science» και το «New Scientist», εξέφρασαν την αισιοδοξία τους ότι στο μέλλον θα καταστεί εφικτό για τους επιστήμονες να ερμηνεύουν τη συμπεριφορά ενός ζώου, τη διαδικασία μάθησης και μνήμης, καθώς και τα συναισθήματά του (φόβος, χαρά, θυμός κ.α.), με βάση την ιδιαίτερη ενεργοποίηση των ξεχωριστών συνδυασμών νευρώνων (εγκεφαλικών κυττάρων).

Οι Ιάπωνες ερευνητές τροποποίησαν γενετικά τη διαφανή προνύμφη ενός μικρού ψαριού-ζέβρα, έτσι ώστε το τμήμα του εγκεφάλου που εμπλέκεται στην όραση, να εκπέμπει πλέον -χάρη σε μια ειδική πρωτεϊνη (GPF)- φωσφορίζον πράσινο φως, κάθε φορά που οι νευρώνες ενεργοποιούνταν.

Με τη βοήθεια ενός μικροσκοπίου και μιας βιντεοκάμερας υψηλής ανάλυσης, οι επιστήμονες ήταν πλέον σε θέση να κινηματογραφήσουν σε πραγματικό χρόνο την εγκεφαλική δραστηριότητα του ψαριού σε διαφορετικές στιγμές (όταν κατασκόπευε τη λεία του, όταν κινείτο προς αυτήν, όταν αποφάσιζε να την πιάσει κλπ).

Σοσιαλιστικός Ρεαλισμός στην Αμερική. Social Realism in America

David Alfaro Siqueiros, Cosmos and Disaster, c.1936.

David Alfaro Siqueiros, Echo of a Scream.

Diego Rivera, Man at the Crossroads.

Diego Rivera, Panorama of Mexcian History.

José Clemente Orozco, Modern Migration of the Spirit, 1933, Dartmouth College.

José Clemente Orozco, Detail of Mural Gods of the Modern World, Dartmouth College, New Hampshire.

José Clemente Orozco, Men on Fire.

Jackson Pollock, Untitled (Bald Woman With Skeleton).

Irving Norman, Spain 1938, 1942. Oil on canvas. This stark painting of a bomb shattered tree filled with bloody human body parts, is based on the artist’s battlefield experiences in the Spanish Civil War. While Picasso’s Guernica is the most famous painting depicting the war, Norman’s canvas is imbued with a frightful immediacy that came from his direct wartime encounters.

Irving Norman, Woman Ship Welder, 1943, graphite on paperboard.

Irving Norman, Celebration, 1953. Oil on canvas, 82 x 30 inches. Crocker Art Museum, loan and promised gift of Richard Graves and Stephen F. Melcher.

Irving Norman, Bacchanal, 1954. Oil on canvas, 69 x 39 inches. Collection of Morelle and Norman Levine.

Irving Norman, From Work, 1978. Oil on canvas, 80 x 92 inches. Fine Arts Museums of San Francisco, gift of Hela Norman.

Jacob Lawrence, The Railroad Stations Were Crowded With Migrants, from the Migration Series.

Jacob Lawrence, Their Lives Were Often In Danger, from the Migration Series.

George Bellows, "Cliff Dwellers". Oil on canvas. 1913. 40 1/4 x 42 1/8 inches. In this canvas, Bellows painted the poor immigrant slums of New York’s Lower East Side. This work is the very embodiment of American Social Realism.

Jack Levine, The Patriarch of Moscow on a Visit to Jerusalem, 1975. Oil on canvas - 213.2 x 237 cm (84 x 96 in.), Thyssen-Bornemisza Collection.

Jack Levine, Gangster Funeral, 1952-3.

Jack Levine, Welcome Home, 1946.

Jack Levine, Reception in Miami, 1948.

Ben Shahn, Father & Child, 1947.

Ben Shahn, Renascence, 1946.

Ben Shahn, Liberation, 1945.

Ben Shahn,  East Twelfth Street, 1946.

Ben Shahn, Italian Landscape, 1943-1944. Ben Shahn said to his biographer: "During the war, I worked in the Office of War Information. We were supplied with a constant stream of material, photographic and other kinds of documentation of the decimation within enemy territory. There were the secret confidential horrible facts of the cartloads of dead...so many of which I knew well and cherished. There were the churches destroyed, the villages, the monasteries—Monte Cassino and Ravenna. At that time I painted only one theme, "Europa," you might call it. Particularly I painted Italy as I lamented it, or feared what it might have become."

Ben Shahn, Unemployment, 1938. This is probably the best example of Ben Shahn’s Social Realist style. In Unemployment, we are presented with six tired, weary looking men, who we can assume from the painting’s title are out of work. Despite becoming unfortunate victims of the Great Depression, a sense of dignity seems to remain among the men, specifically in their unfazed stares and postures.

America, 1930's - Social Realism is a naturalistic realism focusing specifically on social issues and the hardships of everyday life. The term usually refers to the urban American Scene artists of the Depression era, who were greatly influenced by the Ashcan School of early 20th century New York. Social Realism is somewhat of a pejorative label in the United States, where overtly political art, not to mention socialist politics, are extremely out of favor. Ben Shahn, Jack Levine and Jacob Lawrence are the best-known American Social Realists.

Τελικά τα άστρα δεν περνούν σε «εμμηνόπαυση», Stars can be late parents

Ο σχηματισμός πλανητικού δίσκου γύρω από από το άστρο TW Ύδρας, σε απόσταση 175 ετών φωτός  (καλλιτεχνική απεικόνιση). This artist's concept illustrates the planet-forming disk around TW Hydrae, located about 175 light-years away in the Hydra, or Sea Serpent, constellation. Image credit: NASA/JPL-Caltech

Στην ηλικία των δέκα εκατομμυρίων ετών, τα περισσότερα άστρα δεν μπορούν πια να κάνουν παιδιά. Κι όμως, ένα ηλικιωμένο άστρο στον αστερισμό της Ύδρας φαίνεται ότι έχει το περιθώριο να αποκτήσει πολλούς νέους πλανήτες.

Το άστρο

Weighing the planet-forming disc around a nearby star.

Η ανακάλυψη του μεσόκοπου υποψήφιου γονιού «θα μας οδηγήσει σε νέες ιδέες όσον αφορά τις θεωρίες σχηματισμού πλανητών» σχολιάζει ο Έντουιν Μπέργκιν, αστροχημικός στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν στο Αν Άρμπορ και επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύεται στο «Nature».

Το άστρο TW Ύδρας, σε απόσταση 176 ετών φωτός, ήταν γνωστό ότι περιβάλλεται από έναν δίσκο αερίου και σκόνης, παρόμοιο με τον «πρωτοπλανητικό δίσκο» που γυρνόφερνε κάποτε τον Ήλιο και συμπυκνώθηκε για να σχηματίσει τη Γη και τους άλλους πλανήτες.

Δεδομένου ότι το TW Ύδρας βρίσκεται σχετικά κοντά, οι αστρονόμοι μελετούν συστηματικά το δίσκο του σε μια προσπάθεια να βελτιώσουν τα μοντέλα σχηματισμού πλανητικών συστημάτων. Υπολόγιζαν όμως ότι το υλικό αυτό έχει ηλικία 3 με 10 εκατομμυρίων ετών και θεωρούσαν ότι είναι υπερβολικά ηλικιωμένο για να δώσει πλανήτες.

Για να είναι όμως κανείς σίγουρος για την απάντηση, θα πρέπει πρώτα να υπολογίσει τη συνολική μάζα του δίσκου και να ελέγξει αν το υλικό αυτό είναι αρκετό για να γεμίσει πλανήτες. Η εκτίμηση της μάζας, όμως, είναι δύσκολη υπόθεση. 

Η μέθοδος

Detection of water vapour in the spectrum of TW Hydrae's protoplanetary disc.

Ο Δρ Μπέργκιν και οι συνεργάτες του αποφάσισαν να αξιοποιήσουν μια απαιτητική μέθοδο που είχε δοκιμαστεί ελάχιστες φορές στο παρελθόν. Χρησιμοποίησαν το ευρωπαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Herschel για να μετρήσουν την αναλογία δύο ισοτόπων του υδρογόνου, η οποία είναι ενδεικτική της συνολικής μάζας.

Kαλλιτεχνική απεικόνιση που δείχνει έναν πλανητικό δίσκο (αριστερά) που ζυγίζει όσο 50 πλανήτες σαν τον Δία. This artist's illustration shows a planetary disk (left) that weighs the equivalent of 50 Jupiter-mass planets. Image credit: NASA/JPL-Caltech

Η ανάλυση υποδεικνύει ότι ο δίσκος του TW Ύδρας περιέχει αρκετό υλικό για 50 πλανήτες στο μέγεθος του Δία, αναφέρουν οι ερευνητές. Ο Μπέργκιν πιστεύει τώρα ότι η μέθοδος που χρησιμοποίησε θα αποδειχθεί σημαντικό εργαλείο στη μελέτη των εκατοντάδων πλανητικών συστημάτων που έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα.

«Ζυγίζοντας αυτά τα συστήματα κατά τη γέννησή τους, κερδίζουμε γνώσεις για το πώς το Ηλιακό Σύστημα σχηματίστηκε και πήρε μια από τις πολλές πιθανές διατάξεις που υπήρχαν» είπε ο ερευνητής.  Τόνισε πάντως ότι για να γίνει αυτό θα πρέπει να λειτουργήσουν κι άλλα τηλεσκόπια με τη δυνατότητα να μετρούν τα ισότοπα υδρογόνου σε τόσο μακρινά αντικείμενα.

Νέο σύστημα μέτρησης του «βάρους» των μελανών οπών, New Cosmic 'Scale' Could Weigh Distant Black Holes

An artist's impression of a black hole like the one weighed in this work, sitting in the core of a disk galaxy. The black-hole in NGC4526 weighs 450,000,000 times more than our own Sun. CREDIT: NASA/JPL-Caltech

Επιστήμονες του Νότιου Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου (ESO) προτείνουν ένα νέο σύστημα μέτρησης της μάζας μιας μαύρης τρύπας.

Το πρόβλημα

The CARMA telescope located in the Inyo Mountains in Eastern California. The combination of large and small dishes helped the authors zoom in on the gas in the center of NGC 4526 CREDIT: Timothy A. Davis

Επειδή η απευθείας παρατήρηση μιας μελανής οπής δεν είναι είναι δυνατή, οι υπολογισμοί για το μέγεθός της γίνονται με έμμεσους τρόπους. Όμως αυτοί οι έμμεσοι τρόποι δεν είναι πάντα ικανοί να αποκαλύψουν στοιχεία για το μέγεθος μιας μαύρης τρύπας ειδικά όταν αυτή ανήκει στην κατηγορία των «υπερμεγέθων» μελανών οπών, δηλαδή εκείνων η μάζα των οποίων είναι δεκάδες ή και εκατοντάδες εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου. Είναι χαρακτηριστικό ότι, ενώ έχουν εντοπιστεί εκατοντάδες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι επιστήμονες έχουν καταφέρει να υπολογίσουν την μάζα παρά λίγων δεκάδων εξ αυτών.

Η λύση των σωματιδίων

Ο συνήθης τρόπος υπολογισμού της μάζας μιας μαύρης τρύπας είναι από την παρατήρηση της κίνησης των άστρων που βρίσκονται κοντά της. Οι ερευνητές υπολογίζουν την ταχύτητα με την οποία κινούνται τα άστρα που βρίσκονται πιο κοντά στην μαύρη τρύπα σε σχέση με εκείνη των άστρων που βρίσκονται πιο μακριά από αυτή. Με αυτόν τον τρόπο γίνεται ένας υπολογισμός της μάζας της μελανής οπής που δεν είναι ακριβής αλλά κατά προσέγγιση. 

Ο γαλαξίας NGC4526 στο κέντρο του οποίου βρίσκεται μια γιγάντια μαύρη τρύπα η μάζα της οποίας υπολογίστηκε με τη νέα μέθοδο. A Hubble Space telescope image of NGC 4526, overlaid with our molecular gas observations from CARMA. The black hole sits in the very center of the galaxy. CREDIT: NASA/ESA and Timothy A. Davis

Οι επιστήμονες του ESO προτείνουν τώρα τον εντοπισμό της ακτινοβολίας που εκπέμπουν οι πυκνές ψυχρές μάζες αερίων. Η ακτινοβολία αυτή μπορεί να εντοπιστεί με την μορφή ραδιοκυμάτων στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Η μέθοδος επικεντρώνει την προσοχή της στον εντοπισμό και χαρτογράφηση των μορίων του μονοξειδίου του άνθρακα. Η θέση και η κίνηση των μορίων σε σχέση με τη θέση της μαύρης τρύπας επιτρέπει τον υπολογισμό της μάζας της. Με αυτή τη μέθοδο οι ερευνητές κατάφεραν να υπολογίσουν την μάζα της μαύρης τρύπας που βρίσκεται στον γαλαξία NGC4526.

The ALMA telescope, currently under construction in the Atacama Desert of Chile. Using the power of this new telescope, this study predicts it should be possible to measure black-hole masses in hundreds of galaxies. CREDIT: ALMA, C. Padilla

Όπως διαπιστώθηκε, η μαύρη τρύπα του συγκεκριμένου γαλαξία έχει μάζα 450 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου. Με αυτή τη μέθοδο οι επιστήμονες πιστεύουν ότι θα υπολογίσουν την μάζα εκατοντάδων μελανών οπών πολλές εκ των οποίων βρίσκονται σε γειτονικούς μας γαλαξίες. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».

Εντοπίστηκαν τα «χαδιάρικα» νεύρα. Sorting out Stroking Sensations: Biologists Find Individual Neurons in Skin That React to Massage

Left: An image of fluorescent nerve fibers in the spinal cord, viewed through the microscope prior to stimulation. Right: A magnified view showing the increase in fluorescence signal in one specific fiber (boxed area, red color) during stroking with the brush. Credit: Anderson Lab / Caltech

Υπάρχουν τρόποι αγγίγματος που αδιαμφισβήτητα ευφραίνουν το κορμί αλλά και την ψυχή – σκεφθείτε για παράδειγμα το μασάζ και το χάδι. 

Sophia Vrontou

Τώρα ερευνητές από το Τμήμα Βιολογίας του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας στην Πασαντίνα μεταξύ των οποίων και μια Ελληνίδα, η μεταδιδακτορική ερευνήτρια Σοφία Βρόντου, κατάφεραν να εντοπίσουν για πρώτη φορά in vivo τους νευρώνες που δημιουργούν αυτά τα ευχάριστα συναισθήματα στο άγγιγμα. Και όχι μόνο αυτό: επέτυχαν επίσης, όπως αναφέρουν με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature», να ενεργοποιήσουν τεχνητά τους νευρώνες αυτούς σε ποντίκια, ανοίγοντας τον δρόμο για ανάπτυξη αποτελεσματικότερων φαρμάκων που θα ανακουφίζουν από τον πόνο και το στρες.

Οι νευρικές ίνες- «κλειδιά»

H ερευνητική ομάδα κατάφερε να εντοπίσει σε ποντίκια μια συγκεκριμένη κατηγορία νευρώνων που αποκρίνονται στο χάδι. Τα στοιχεία συνελέγησαν κατά τη διάρκεια εφαρμογής in-vivo απεικονιστικής εξέτασης η οποία έδειξε ενεργοποίηση των νεύρων στον νωτιαίο μυελό των πειραματοζώων ενόσω οι ερευνητές τα χάιδευαν με ένα πινέλο Credit:D. Anderson lab, Caltech

Η ομάδα από την Καλιφόρνια με επικεφαλής τον Ντέιβιντ Άντερσον εντόπισε σε ποντίκια έναν σπάνιο πληθυσμό αισθητήριων νευρώνων που δεν φέρουν περίβλημα μυελίνης και οι οποίοι εκφράζουν την πρωτεΐνη MRGPRB4. Οι νευρώνες αυτοί ενεργοποιούν αποκλειστικώς το τριχωτό δέρμα στο χάδι. Μάλιστα, από τα πειράματα προέκυψε ότι στο τσίμπημα δεν ενεργοποιούνται οι ίδιοι νευρώνες.

Προκειμένου να καταλήξουν στα συμπεράσματά τους οι ερευνητές από την Καλιφόρνια (με κύρια συγγραφέα της νέας μελέτης την ελληνίδα επιστήμονα) χρησιμοποίησαν μια απεικονιστική μέθοδο που αποτυπώνει την ποσότητα ασβεστίου στους ιστούς προκειμένου να εντοπίσουν νευρώνες που αντιδρούν στο χάδι σε ποντίκια.

Τα πειραματόζωα τοποθετήθηκαν σε έναν ειδικό θάλαμο και οι επιστήμονες τους ενέχυσαν ένα χημικό που ενεργοποίησε τα συγκεκριμένα νεύρα. Όπως προέκυψε,  μετά από αυτή τη διαδικασία τα ποντίκια επισκέπτονταν τον θάλαμο δύο φορές συχνότερα σε σύγκριση με πριν, γεγονός που μαρτυρεί ότι απολάμβαναν την εμπειρία εντός του θαλάμου και αποζητούσαν να τη βιώσουν περισσότερο.

Προς φάρμακα για τον άνθρωπο;

Ένα φάρμακο το οποίο θα προκαλούσε παρόμοια απόκριση στους ανθρώπους θα μπορούσε να αυξήσει την ήδη ευεργετική επίδραση της επαφής δέρματος με δέρμα, όπως συμβαίνει για παράδειγμα στις περιπτώσεις μασάζ για αποκατάσταση ασθενών ή σε άτομα με ψυχικές νόσους.

Why do hairy mammals like being stroked? Scientists think that the answer lies in a particular group of neurons which respond to gentle stroking in mice.

Η αλληλεπίδραση που περιλαμβάνει εκφράσεις όπως το χάδι είναι κοινή σε πολλά θηλαστικά, κυρίως κατά τη φάση ανατροφής των μικρών και εάν αυτή η επαφή σταματήσει τότε μπορεί να υπάρξει αρνητική επίδραση στη σωστή ανάπτυξή τους. Οι επιστήμονες που βρίσκονται πίσω από τη μελέτη σημειώνουν ότι είναι η πρώτη φορά που εντοπίζεται μια νευρολογική βάση για αυτά τα φαινόμενα.