Μιχάλης Δαφέρμος: Διαψεύδοντας την υπόθεση της κοσμικής λογοκρισίας. Mathematicians Disprove Conjecture Made to Save Black Holes

Η εργασία των Μιχάλη Δαφέρμου και του Jonathan Luk (μαθηματικοί στα πανεπιστήμια Princeton και Stanford, αντίστοιχα) απαντά σε ένα από τα πιο σημαντικά ερωτήματα της γενικής σχετικότητας και αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον χωρόχρονο. Mathematicians have disproved the strong cosmic censorship conjecture. Their work answers one of the most important questions in the study of general relativity and changes the way we think about space-time. Maciej Rebisz for Quanta Magazine

Σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε το φθινόπωρο οι Δαφέρμος και Luk απέδειξαν ότι η εικασία της ισχυρής κοσμικής λογοκρισίας, η οποία αφορά την παράξενη λειτουργία του εσωτερικού των μαύρων τρυπών, είναι ψευδής.

Σύμφωνα με τον Igor Rodnianski, μαθηματικό στο Πανεπιστήμιο του Princeton, η εργασία αυτή είναι ένα ποιοτικό άλμα προς την κατανόηση της γενικής σχετικότητας.

Η ισχυρή υπόθεση της κοσμικής λογοκρισίας προτάθηκε το 1979 από τον φυσικό Roger Penrose. Ήταν η διέξοδος από μια παγίδα. Για δεκαετίες, η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν κυριαρχούσε ως η καλύτερη επιστημονική περιγραφή των μεγάλης κλίμακας φαινομένων στο σύμπαν. Όμως, οι μαθηματικές εξελίξεις στην δεκαετία του 1960 έδειξαν ότι οι εξισώσεις του Αϊνστάιν κατέληγαν σε προβληματικές ασυνέπειες όταν εφαρμόζονταν σε μαύρες τρύπες. Ο Penrose πίστευε πως αν η ισχυρή υπόθεση κοσμικής λογοκρισίας ήταν αληθής, αυτή η έλλειψη προβλεψιμότητας θα μπορούσε να αγνοηθεί ως μια μαθηματική μικρολεπτομέρεια, παρά ως μια αληθή διατύπωση σχετικά με τον φυσικό κόσμο.

Mihalis Dafermos. Ο Μιχάλης Δαφέρμος σπούδασε Μαθηματικά στο Χάρβαρντ, από όπου πήρε το πτυχίο του το 1997 με διάκριση. Το ενδιαφέρον του για τη γενική θεωρία της σχετικότητας τον οδήγησε στη συνέχεια στο Πρίνστον, όπου πήρε διδακτορικό στα Μαθηματικά υπό την εποπτεία του καθηγητή Δημήτρη Χριστοδούλου. Δίδαξε πρώτα στο ΜΙΤ και τώρα βρίσκεται στο Κέιμπριτζ. Το επιστημονικό έργο του επικεντρώνεται στα θεμελιώδη ζητήματα της γενικής σχετικότητας, της επικρατούσας σήμερα φυσικής θεωρίας για την περιγραφή της βαρύτητας.

Σύμφωνα με τον Μιχάλη Δαφέρμο, η εικασία του Penrose στην ουσία είναι μια ευχή για να εξορκιστεί αυτή η κακή συμπεριφορά. Στην τελευταία εργασία του καταρρίπτεται το όνειρο του Penrose. Ταυτόχρονα, πραγματοποιεί την επιθυμία του Penrose με άλλο τρόπο, αποδεικνύοντας ότι η διαίσθησή του σχετικά με την φυσική στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών ήταν σωστή, όχι μόνο για τον λόγο που υποψιαζόταν.

Prof. Demetrios Christodoulou

Στην κλασική φυσική το σύμπαν είναι προβλέψιμο: Αν γνωρίζετε τους νόμους που διέπουν ένα φυσικό σύστημα και γνωρίζετε την αρχική του κατάσταση, τότε μπορείτε να παρακολουθείτε την μελλοντική του εξέλιξη. Αυτό ισχύει εάν χρησιμοποιείτε τους νόμους του Νεύτωνα για να προβλέψετε την μελλοντική θέση μιας μπάλας μπιλιάρδου, τις εξισώσεις του Maxwell για να περιγράψετε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ή τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν για την πρόβλεψη της εξέλιξης της μορφής του χωροχρόνου. «Αυτή είναι η βασική αρχή όλης της κλασικής φυσικής που ξεκινάει με την Νευτώνεια μηχανική», λέει ο Δημήτριος Χριστοδούλου, μαθηματικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ζυρίχης και ένας από τους πρωτοπόρους στην μελέτη των εξισώσεων του Αϊνστάιν. «Μπορείτε να καθορίσετε την εξέλιξη από τα αρχικά δεδομένα».

Αλλά στην δεκαετία του 1960 οι μαθηματικοί βρήκαν ένα φυσικό σενάριο στο οποίο οι εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν – που αποτελούν τον πυρήνα της θεωρίας της γενικής σχετικότητας – παύουν να περιγράφουν ένα προβλέψιμο σύμπαν. Οι μαθηματικοί και οι φυσικοί παρατήρησαν ότι κάτι δεν πήγαινε καλά όταν μοντελοποιούσαν την εξέλιξη του χωρόχρονου στο εσωτερικό μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας.

Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

Για να καταλάβετε τι δεν πάει καλά, φανταστείτε ότι πέφτετε μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Αρχικά διασχίζετε τον ορίζοντα των γεγονότων, το σημείο πέραν του οποίου δεν υπάρχει επιστροφή (αν και δεν θα αντιληφθείτε κάποια διαφορά από τον συνηθισμένο χωροχρόνο). Εδώ οι εξισώσεις του Αϊνστάιν εξακολουθούν να λειτουργούν όπως πρέπει, δίνοντας μια μοναδική ντετερμινιστική πρόβλεψη για το πώς θα εξελιχθεί στο χωρο-χρόνος στο μέλλον.

Αλλά καθώς συνεχίζετε να ταξιδεύετε προς το εσωτερικό της μαύρης τρύπας, τελικά θα περάσετε έναν άλλο ορίζοντα, γνωστό ως ορίζοντα Cauchy. Εδώ τα πράγματα γίνονται αλλόκοτα. Οι εξισώσεις Αϊνστάιν αρχίζουν να δείχνουν ότι θα μπορούσαν να εκτυλιχθούν πολλές διαφορετικές διαμορφώσεις του χωροχρόνου. Είναι όλες διαφορετικές, όμως όλες τους ικανοποιούν τις εξισώσεις. Η θεωρία δεν μπορεί να μας πει ποια επιλογή είναι αληθινή. Για μια φυσική θεωρία αυτό είναι ένα θανάσιμο αμάρτημα.

«Η απώλεια της προβλεψιμότητας που προέκυπτε στην γενική σχετικότητα ήταν πολύ ενοχλητική», λέει ο Eric Poisson, ένας φυσικός του πανεπιστημίου Guelph στον Καναδά.

A reasonably realistic simulation of falling into a black hole shows how space and time are distorted, and how light is blue shifted as you approach the inner or Cauchy horizon, where most physicists think you would be annihilated. However, a UC Berkeley mathematician argues that you could, in fact, survive passage through this horizon. Animation by Andrew Hamilton, based on supercomputer simulation by John Hawley.

Ο Roger Penrose πρότεινε την εικασία της ισχυρής κοσμικής λογοκρισίας για να αποκαταστήσει την προβλεψιμότητα των εξισώσεων του Αϊνστάιν. Η εικασία λέει ότι ο ορίζοντας Cauchy είναι ένα αποκύημα της μαθηματικής σκέψης. Μπορεί να υπάρχει σε ένα ιδεατό σενάριο όπου το σύμπαν δεν περιέχει τίποτε, εκτός από μια μόνο περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, αλλά δεν μπορεί να υπάρξει με καμία πραγματική έννοια.  Ο λόγος, σύμφωνα με τον Penrose, είναι ότι ο ορίζοντας Cauchy είναι ασταθής. Κάθε διερχόμενο βαρυτικό κύμα θα έπρεπε να καταρρεύσει στον ορίζοντα Cauchy σε μια ανωμαλία-ιδιομορφία (singularity) – μια περιοχή άπειρης πυκνόητας η οποία διαχωρίζεται από τον χωρόχρονο. Επειδή το πραγματικό σύμπαν διαταράσσεται από τέτοια κύματα, ένα ορίζοντας Cauchy δεν θα εμφανίζονταν ποτέ στη φύση.

Το αποτέλεσμα είναι ότι δεν έχει νόημα να ρωτάμε τι συμβαίνει στον χωροχρόνο πέρα από τον ορίζοντα Cauchy, επειδή εκεί ο χωροχρόνος σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας δεν υπάρχει πια. «Αυτό δίνει μια διέξοδο στο φιλοσοφικό γρίφο», λέει ο Δαφέρμος.

Ο τίτλος και η περίληψη της εργασίας των Μιχάλη Δαφέρμου και Jonathan Luk, όπου διαψεύδουν τις εικασίες που έγιναν για να διασώσουν τις μαύρες τρύπες, αφιερωμένη στον Δημήτριο Χριστοδούλου.

Ωστόσο, στη νέα εργασία του αποδεικνύει ότι το όριο του χωροχρόνου που καθορίστηκε στον ορίζοντα Cauchy είναι λιγότερο μοναδικό απ’ ότι είχε φανταστεί ο Penrose.

Οι Dafermos και Luk, απέδειξαν ότι η κατάσταση στον ορίζοντα Cauchy δεν είναι τόσο απλή. Η εργασία τους είναι ευφυής – μια ανασκευή της αρχικής διατύπωσης του Penrose, της εικασίας της ισχυρής κοσμικής λογοκρισίας, όχι όμως μια πλήρης άρνηση του πνεύματός της.

Με βάση τις μεθόδους που έθεσε πριν από μια δεκαετία ο Χριστοδούλου, ο επιβλέπων καθηγητής της διδακτορικής διατριβής του Δαφέρμου, απέδειξαν ότι ο ορίζοντας Cauchy μπορεί να σχηματίσει μια ιδιομορφία, αλλά όχι σαν αυτή που προβλέπει ο Penrose. Η ιδιομορφία στην εργασία των Dafermos και Luk είναι ηπιότερη από αυτή του Penrose – βρήκαν μια ασθενή «φωτοειδή» ιδιομορφία εκεί όπου περίμεναν μια «χωροειδή» ιδιομορφία. Αυτή η ασθενέστερη μορφή της ιδιομορφίας ασκεί μια έλξη στην χωροχρονική δομή, αλλά δεν την διαχωρίζει. «Το θεώρημά μας συνεπάγεται ότι οι παρατηρητές που διασχίζουν τον ορίζοντα Cauchy δεν διαλύονται από τις παλιρροιακές δυνάμεις. Μπορούν να αισθάνονται κάποια δύναμη αλλά δεν θα διαλυθούν», σύμφωνα με τον Δαφέρμο.

The flow of space accelerates back outward. The place where it accelerates back up to the speed of light marks the inner horizon. As you pass once again through the inner horizon, this time going outward rather than inward, you see a second infinitely bright, infinitely energetic burst of light. Whereas on your inward passage through the inner horizon you saw the entire history of the universe go by, this time, on your outward passage, you see the entire future of the universe go by. The fact that you see the outside universe infinitely bright and blueshifted as you pass outward through the inner horizon was first pointed out by Roger Penrose in 1968.

Επειδή η ιδιομορφία που σχηματίζεται στον ορίζοντα Cauchy είναι στην πραγματικότητα πιο ήπια απ’ ότι προβλέπει η εικασία της ισχυρής κοσμικής λογοκρισίας, η θεωρία της γενικής σχετικότητας μπορεί να εξετάσει τι συμβαίνει στο εσωτερικό. «Εξακολουθεί να έχει νόημα ο καθορισμός του ορίζοντα Cauchy γιατί μπορεί κανείς, αν το επιθυμεί, να κάνει συνεχή επέκταση του χωροχρόνου πέρα απ’ αυτόν», λέει ο Harvey Reall, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Cambridge.

Οι Δαφέρμος και Luk αποδεικνύουν ότι ο χωροχρόνος εκτείνεται πέρα ​​από τον ορίζοντα Cauchy. Μπορούν επίσης να αποδείξουν ότι από το ίδιο σημείο εκκίνησης η επέκταση μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους: Μετά τον ορίζοντα «υπάρχουν πολλές τέτοιες επεκτάσεις που θα μπορούσαμε να σκεφτούμε, και δεν υπάρχει κανένας καλός λόγος να προτιμούμε την μια από την άλλη», δήλωσε ο Δαφέρμος.

Όμως – και εδώ βρίσκονται τα λεπτά σημεία της εργασίας τους – αυτές οι μη μοναδικές επεκτάσεις του χωροχρόνου δεν σημαίνουν ότι οι εξισώσεις του Αϊνστάιν πηγαίνουν χαοτικά πέρα ​​από τον ορίζοντα. Οι εξισώσεις του Αϊνστάιν δουλεύουν προσδιορίζοντας ποσοτικά τον τρόπο με τον οποίο μεταβάλλεται ο χωρόχρονος. Στη μαθηματική γλώσσα, υπολογίζονται οι παραγώγοι μιας αρχικής διαμόρφωσης του χωροχρόνου. Για να είναι δυνατή η παραγώγιση, ο χωρόχρονος πρέπει να είναι επαρκώς «ομαλός» – χωρίς ασυνεχή άλματα. Οι Δαφέρμος και Luk αποδεικνύουν ότι ενώ ο χωροχρόνος υπάρχει πέρα ​​από τον ορίζοντα Cauchy, αυτός ο εκτεταμένος χωροχρόνος δεν είναι αρκετά ομαλός ώστε να ικανοποιούνται οι εξισώσεις του Αϊνστάιν. Επομένως, ακόμη κι αν η ισχυρή κοσμική λογοκρισία αποδείχθηκε ψευδής, οι εξισώσεις δεν αποφεύγουν τον σκόπελο της εξαγωγής μη μοναδικής λύσης.

«Έχει νόημα να μιλάμε για τον ορίζοντα Cauchy, ωστόσο, δεν μπορούμε να συνεχίσουμε πέρα ​​από αυτόν διαμέσου των λύσεων των εξισώσεων του Αϊνστάιν», λέει ο Reall. «Δίνουν αρκετά πειστικές αποδείξεις ότι αυτό είναι αληθές, κατά τη γνώμη μου.»

Θα μπορούσατε εκλάβετε αυτό το αποτέλεσμα ως έναν απογοητευτικό συμβιβασμό: Παρόλο που μπορείτε να επεκτείνετε τον χωροχρόνο πέρα ​​από τον ορίζοντα Cauchy, οι εξισώσεις του Αϊνστάιν δεν μπορούν να λυθούν. Αλλά το γεγονός ότι αυτή η μέση οδός φαίνεται να υπάρχει, κάνει την εργασία των Δαφέρμος και Luk συναρπαστική.

«Πράγματι, ανακάλυψαν ένα νέο φαινόμενο στις εξισώσεις του Einstein», δήλωσε ο Rodnianski.

Πηγές: https://arxiv.org/pdf/1710.01722.pdf - https://www.quantamagazine.org/mathematicians-disprove-conjecture-made-to-save-black-holes-20180517/ - physicsgg

Μελέτη που αποδεικνύει ότι υπάρχουν είδη θηλαστικών που δεν γνωρίζουμε. Over 300 mammal species yet to be discovered

Κάνει λόγο για περισσότερα από 300 είδη που πρέπει να εντοπιστούν γρήγορα γιατί κινδυνεύουν με εξαφάνιση. A new predictive model developed by ecologists in the US estimates there are roughly 303 mammal species throughout the world that remain unknown to science. Given the high extinction rates today, however, the experts warn many species could be wiped out.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Τζόρτζια στις ΗΠΑ πραγματοποίησαν μια μελέτη για τον αριθμό των ειδών θηλαστικών στον πλανήτη. Σύμφωνα με αυτή την μελέτη ο αριθμός των θηλαστικών ειδών είναι 5.860 από τα οποία γνωρίζουμε τα 5.557 δηλαδή υπάρχουν 303 άγνωστα είδη τα οποία οι ερευνητές εκτιμούν ότι είναι όλα είδη που ζουν στην ξηρά. Οι ερευνητές τονίζουν ότι η επιστημονική κοινότητα πρέπει να δράσει άμεσα και να ξεκινήσουν εξερευνητικές αποστολές για να εντοπιστούν αυτά τα είδη γιατί εκτιμούν ότι όλα κινδυνεύουν με εξαφάνιση.

Υπάρχουν εκατοντάδες άγνωστα είδη θηλαστικών που πρέπει γρήγορα να εντοπιστούν γιατί διαφορετικά ίσως δεν τα γνωρίσουμε ποτέ, αφού κινδυνεύουν με εξαφάνιση. Hundreds of species of mammals living in the world’s tropics have yet to be discovered, a new study suggests. Most of these can likely be found in the tropics and Palearctic, with a high concentration in Africa, the researchers say.

Οι ειδικοί αναφέρουν ότι τα περισσότερα θηλαστικά ζουν στις τροπικές περιοχές και στην Παλαιαρκτική ή Παλαιαρκτική Ζώνη που είναι μια περιοχή του Βόρειου Ημισφαιρίου, που δημιουργήθηκε κατά την Παλαιογενή περίοδο. Η αρχική ενότητα της περιοχής αντικατοπτρίζεται στην γεωγραφική κατανομή των σημερινών ειδών ζώων και φυτών, και ο όρος χρησιμοποιείται στη φυτογεωγραφία και στη ζωογεωγραφία και γενικότερα στη βιογεωγραφία.

Using species maps from the International Union for Conservation of Nature, they determined where these species might be hiding. The map above shows the areas most likely to hold undiscovered species, with blue representing regions with fewer, and red with most.

Η Παλαιαρκτική ζώνη είναι μαζί με την Νεοαρκτική ζώνη μέρος της Αρκτικής ζώνης. Η Νεοαρκτική περιλαμβάνει την Βόρεια Αμερική, η οποία χωρίστηκε από την Παλαιαρκτική ζώνη και γι' αυτό το λόγο θεωρείται «νέο». Η Παλαιαρκτική ζώνη κατ' αρχάς περιλαμβάνει την Ευρασία (αφαιρούμενης της Ινδικής υποήπειρου, γιατί αυτή προστέθηκε αργότερα με τη Μετατόπιση των τεκτονικών πλακών) και περιλαμβάνει επίσης την Βόρεια Αφρική.

Πηγές: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-5737007/Earths-undiscovered-mammals-Researchers-say-300-species-left-discovered.html - http://www.tovima.gr/science/technology-planet/article/?aid=979598

Παγκόσμιο ρεκόρ υπερθέρμανσης νερού από Έλληνες επιστήμονες. World's fastest water heater—100,000 degrees in under a 10th of a picosecond

Ανέβασαν την θερμοκρασία του στους 100.000 βαθμούς Κελσίου. Scientists have used a powerful X-ray laser to heat water from room temperature to 100,000 degrees Celsius in less than a 10th of a picosecond (millionth of a millionth of a second). The experimental setup, which can be seen as the world's fastest water heater, produced an exotic state of water from which researchers hope to learn more about the peculiar characteristics of water. The observations also have practical use for the probing biological and many other samples with X-ray lasers. After about 70 femtoseconds (quadrillionths of a second) most water molecules have already split into hydrogen (white) and oxygen (red). Credit: Carl Caleman, DESY/Uppsala University

Το νερό φαίνεται πως ταιριάζει στους Έλληνες επιστήμονες. Δύο ερευνητές της διασποράς συμμετείχαν σε πρωτοποριακές έρευνες που αφορούν το πιο σημαντικό υγρό του πλανήτη μας.

Ερευνητές από τις ΗΠΑ και την Ευρώπη, μεταξύ των οποίων ένας Έλληνας επιστήμονας της διασποράς, πέτυχαν παγκόσμιο ρεκόρ ταχύτητας θέρμανσης του νερού. Χρησιμοποιώντας ένα ισχυρό λέιζερ ακτίνων-Χ, κατάφεραν να ανεβάσουν τη θερμοκρασία του νερού, από τη θερμοκρασία δωματίου στους 100.000 βαθμούς Κελσίου, μέσα σε μόλις ένα πικοδευτερόλεπτο (εκατομμυριοστό του εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου).

Simulated paths of the atoms in the hot plasma. Credit: Carl Caleman, CFEL/DESY/Uppsala University

Με τον τρόπο αυτό, παρήγαγαν μια «εξωτική» μορφή του νερού, την οποία θα μελετήσουν περισσότερο στο μέλλον, ώστε να μάθουν περισσότερα πράγματα για τις ιδιότητές του. Η απότομη θέρμανση του νερού με τις ακτίνες-Χ υψηλής ενέργειας «σπρώχνει» τα ηλεκτρόνια έξω από τα μόρια του νερού, με συνέπεια το νερό να μετατρέπεται αστραπιαία από υγρό σε πλάσμα, μια κατάσταση της ύλης όπου τα ηλεκτρόνια έχουν απομακρυνθεί από τα άτομα, οδηγώντας σε ένα είδος ηλεκτρικά φορτισμένου αερίου.

Παρόλο, όμως, που το νερό μεταμορφώνεται από υγρό σε πλάσμα, διατηρεί την πυκνότητα του υγρού νερού, με αποτέλεσμα να προκύπτει μια «εξωτική» κατάσταση ύλης, που δεν συναντάται με φυσικό τρόπο στη Γη και στην οποία η θερμοκρασία είναι υψηλότερη και από τον πυρήνα της Γης.

Simulation of the movement of the water molecules and atoms in the first 70 femtoseconds of the intense X-ray pulse. The experimental data were used to validate the theoretical modelling of the dynamics. Credit: Carl Caleman, CFEL/DESY and Uppsala University

Οι ερευνητές του γερμανικού ερευνητικού κέντρου-συγχρότρου DESY και του σουηδικού Πανεπιστημίου της Ουψάλα χρησιμοποίησαν για τα πειράματά τους το λέιζερ του επιταχυντή SLAC των ΗΠΑ. Μεταξύ των επιστημόνων, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο επιστημονικό έντυπο (PNAS), είναι ο Έλληνας Δημοσθένης Σοκαράς, ερευνητής από το 2015 του Εργαστηρίου SLAC του Πανεπιστημίου Στάνφορντ της Καλιφόρνια, ο οποίος έχει αποφοιτήσει από το ΕΜΠ και έχει πάρει το διδακτορικό του από το «Δημόκριτο».

Φως στον «χορό» του νερού

Typically we consider that water molecules in the liquid state move randomly on ultrafast timescales due to thermal fluctuations. Now, scientists have discovered correlated motion in water dynamics on a sub-100 femtoseconds timescale. This appears as 'caging effects' due to buildup of tetrahedral structures upon supercooling. The results are based on a combination of experimental studies using x-ray lasers and theoretical simulations. A schematic of the approach used to capture water dynamics on the ultrafast timescale. If one were able to photograph the molecules in real space with different exposure times, the image would become gradually blurry because of the motion of the molecules. This is done with x-ray scattering in the so-called reciprocal space, where the diffraction pattern is gradually smoother for longer pulse durations. Credit: Stockholm University

Μια άλλη έρευνα, με επικεφαλής έναν Έλληνα φυσικό της διασποράς, τον δρα Φοίβο Περάκη του Πανεπιστημίου της Στοκχόλμης, για πρώτη φορά χρησιμοποίησε ένα ισχυρό λέιζερ ακτίνων-Χ για να αποκαλύψει την υπερταχεία κίνηση των μορίων του υγρού νερού.

Οι ερευνητές από τη Σουηδία, τις ΗΠΑ και τη Γερμανία, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο Nature Communications, είναι οι πρώτοι που, με τη βοήθεια του επιταχυντικού συγχρότρου SLAC, «φωτογράφησαν» τα κινούμενα μόρια του νερού σε χρονική κλίμακα κάτω των 100 femtoseconds (εκατομμυριοστών του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου).

Foivos Perakis - Stockholm University

«Είναι μια τελείως νέα δυνατότητα να μπορούμε να χρησιμοποιούμε τα λέιζερ ακτίνων-Χ για να βλέπουμε την κίνηση των μορίων σε πραγματικό χρόνο. Αυτό μπορεί να ανοίξει ένα τελείως νέο πεδίο ερευνών σε αυτές τις χρονικές κλίμακες», δήλωσε ο Περάκης, ο οποίος έχει αποφοιτήσει από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και έχει πάρει το διδακτορικό του από το Ινστιτούτο Φυσικής Χημείας του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης.

Πηγές: Ultrafast non-thermal heating of water initiated by an X-ray Free-Electron Laser. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1711220115 - Coherent X-rays reveal the influence of cage effects on ultrafast water dynamics. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-04330-5 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=979632 - http://www.desy.de/news/news_search/index_eng.html?openDirectAnchor=1402

Πέταξε το Robofly, το πρώτο ασύρματο ρομποτικό έντομο. The first wireless flying robotic insect takes off

Ανοίγει ο δρόμος για τα microdrones. To power RoboFly, the engineers pointed an invisible laser beam (shown here in red laser) at a photovoltaic cell, which is attached above the robot and converts the laser light into electricity. Credit: Mark Stone/University of Washington

Για πρώτη φορά ένα ρομποτικό έντομο πέταξε για λίγο στον αέρα μόνο του, χωρίς να είναι προσδεμένο σε καλώδιο. Πρόκειται για το Robofly, που έκανε μια μικρή πτήση, αλλά ένα γιγάντιο άλμα όσον αφορά τα ρομπότ.

RoboFly is slightly heavier than a toothpick. Credit: Mark Stone/University of Washington

Τα ιπτάμενα ρομπότ μεγέθους εντόμου, που ουσιαστικά είναι μικροσκοπικά drones (microdrones), κινούνται ανεβοκατεβάζοντας τις μηχανικές φερούγες τους, καθώς είναι πολύ μικρά για να διαθέτουν έλικες όπως τα μεγάλα drones.

Μέχρι σήμερα αυτά τα ρομποτικά έντομα ήσαν συνδεδεμένα με σύρμα με το έδαφος, για να παίρνουν ενέργεια, καθώς τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που τους επιτρέπουν να κινούνται, ήσαν πολύ βαριά για να μπορέσουν τα «έντομα» να σηκωθούν στον αέρα μόνα τους.

The University of Washington engineers who created RoboFly check out their new tiny wireless flying robot. Back row (left to right): Yogesh Chukewad, Sawyer Fuller, Shyam Gollakota; Front row: Vikram Iyer, Johannes James. Credit: Mark Stone/University of Washington

Τώρα, για πρώτη φορά, μηχανικοί του Πανεπιστημίου Ουάσιγκτον, έκοψαν τον «ομφάλιο λώρο» και πρόσθεσαν ένα «εγκέφαλο», επιτρέποντας στο RoboFly να κάνει την πρώτη ασύρματη πτήση του.

To make RoboFly wireless, the engineers designed a flexible circuit (yellow) with a boost converter (copper coil and black boxes at left) that boosts the seven volts coming from the photovoltaic cell into the 240 volts needed for flight. This circuit also has a microcontroller brain (black square box in the top right) that lets RoboFly control its wings. Credit: Mark Stone/University of Washington

Το RoboFly - το οποίο αποτελεί διάδοχο του RoboBee που είχε ένα σύρμα για «λουρί»- είναι λίγο βαρύτερο από οδοντογλυφίδα και κινείται με τη βοήθεια μιας ακτίνας λέιζερ που στέλνεται από το έδαφος. Διαθέτει ένα μικροσκοπικό ηλεκτρονικό «εγκέφαλο» και ένα εξίσου μικρό φωτοβολταϊκό, που μετατρέπει την ενέργεια του λέιζερ σε ηλεκτρισμό, ώστε να μπορεί να κινεί τις φτερούγες του.

Στο μέλλον, το RoboFly θα κινείται με δικές του μικροσκοπικές μπαταρίες αντί με τη βοήθεια της ακτίνας λέιζερ ή θα αντλεί ενέργεια από τα σήματα των ραδιοσυχνοτήτων. Επίσης θα αποκτήσει πιο εξελιγμένο εγκέφαλο και αισθητήρες, ώστε να πλοηγείται αυτόνομα και να αναλαμβάνει διάφορες εργασίες.

Engineers at the University of Washington have created RoboFly, the first wireless flying robotic insect. This might be one small flap for a robot, but it’s one giant leap for robot-kind. Credit: University of Washington

Τέτοια microdrones έχουν πολλά πλεονεκτήματα, καθώς είναι φθηνά και μπορούν εύκολα να τρυπώσουν σε στενά μέρη, όπου είναι αδύνατο να εισχωρήσει ένα μεγάλο drone. Στο μέλλον θα αναλάβουν διάφορες εργασίες, από το να παρακολουθούν γεωργικές καλλιέργειες έως να βοηθάνε σε φυσικές καταστροφές και να ανιχνεύουν διαρροές αερίων (π.χ. μεθανίου).

Πηγές: http://www.washington.edu/news/2018/05/15/robofly/ - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=978608

Βρήκαν οξυγόνο 13,3 δισ. έτη φωτός μακριά μας. ALMA Finds Most-Distant Oxygen in the Universe

Διεθνής επιστημονική ομάδα έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Nature". This image shows the galaxy cluster MACS J1149.5+2223 taken with the NASA/ESA Hubble Space Telescope and the inset image is the galaxy MACS1149-JD1 located 13.28 billion light-years away observed with ALMA. Here, the oxygen distribution detected with ALMA is depicted in green. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.

Αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα πολύ μακρινό γαλαξία, όπου εκτιμάται ότι άρχισαν να σχηματίζονται άστρα απρόσμενα νωρίς, μόλις 250 εκατομμύρια χρόνια μετά την «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ) που γέννησε το σύμπαν. Στον ίδιο γαλαξία ανακαλύφθηκε επίσης το πιο μακρινό οξυγόνο που έχει ποτέ ανιχνευθεί στο σύμπαν, σε απόσταση 13,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Το προηγούμενο ρεκόρ απόστασης οξυγόνου ήταν τα 13,2 δισεκατομμύρια έτη φωτός από το 2016.

Η ανακάλυψη έγινε με τη βοήθεια των τηλεσκοπίων ALMA και VLT του Ευρωπαϊκού Νοτίου Αστεροσκοπείου (ESO) στη Χιλή. Η διεθνής επιστημονική ομάδα, με επικεφαλής τον Τακούγια Χασιμότο του Εθνικού Αστρονομικού Παρατηρητηρίου της Ιαπωνίας, έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Nature".

This image shows the very distant galaxy MACS1149-JD1, seen as it was 13.3 billion years ago and observed with ALMA. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Hashimoto et al.

Ο γαλαξίας είναι ο MACS1149-JD1, ο οποίος -όπως έδειξε η φασματοσκοπική ανάλυσή του- εκπέμπει ένα πολύ αχνό σήμα ιονισμένου οξυγόνου στο υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το σήμα αυτό, που ανιχνεύθηκε από τα επίγεια τηλεσκόπια, εκπέμφθηκε πριν από 13,28 δισεκατομμύρια χρόνια, δηλαδή περίπου 500 εκατομμύρια έτη φωτός μετά το «Μπιγκ Μπανγκ», γεγονός που το καθιστά το πιο μακρινό οξυγόνο που έχει ποτέ παρατηρηθεί από τη Γη.

Η παρουσία αυτού του οξυγόνου είναι ένα σαφές σήμα ότι ήδη πολύ νωρίτερα είχαν αρχίσει να δημιουργούνται και να πεθαίνουν άστρα σε αυτό το γαλαξία. Το οξυγόνο δημιουργείται μόνο μέσα στα άστρα και στη συνέχεια, όταν τα άστρα πεθαίνουν με εκρηκτικό τρόπο ως «σούπερ-νόβα», αυτό απελευθερώνεται σε μεσοαστρικά νεφελώματα αερίων στους γαλαξίες, μαζί με άλλα στοιχεία όπως ο άνθρακας και το άζωτο. 

This video sequence starts with a NASA/ESA Hubble Space Telescope view of the distant galaxy cluster MACS 1149. Up in the corner lies a still more distant object, the galaxy MACS 1149-JD1, seen just 500 million years after the Big Bang. The final image shows recent ALMA imaging of this galaxy. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.

Αναλύοντας το φως το μακρινού γαλαξία, οι αστρονόμοι υπολόγισαν ότι πολλά άστρα του είχαν ήδη ηλικία 300 εκατομμυρίων ετών και εκτίμησαν ότι η αστρογένεση στον MACS-1149-JD1 είχε πιθανότατα ξεκινήσει, όταν το σύμπαν ήταν μόλις 250 εκατομμυρίων ετών.

Artist impression of very young galaxy in the early universe. Credit: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Είναι απροσδιόριστη η διάρκεια της περιόδου μετά το «Μπιγκ Μπανγκ», κατά την οποία δεν υπήρχαν καθόλου άστρα στο σύμπαν, συνεπώς δεν υπήρχε ούτε οξυγόνο. Ένα από τα σημαντικότερα ερωτήματα στην αστρονομία είναι πότε ακριβώς δημιουργήθηκαν τα πρώτα άστρα, μια εποχή που ρομαντικά αποκαλείται και «κοσμική αυγή», καθώς διαλύθηκε το έως τότε σκοτάδι των γαλαξιών με το πρώτο φως των άστρων.

Πηγές: ESO - https://public.nrao.edu/news/2018-alma-oxygen-iii/ - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=978875

Ο δορυφόρος Ευρώπη του πλανήτη Δία εκτοξεύει στο διάστημα πίδακες νερού. Old Data Reveal New Evidence of Europa Plumes

Οι επιστήμονες αναλύουν στοιχεία από το 1997. Artist’s illustration of Jupiter and Europa (in the foreground) with the Galileo spacecraft after its pass through a plume erupting from Europa’s surface. A new computer simulation gives us an idea of how the magnetic field interacted with a plume. The magnetic field lines (depicted in blue) show how the plume interacts with the ambient flow of Jovian plasma. The red colors on the lines show more dense areas of plasma. Credits: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Michigan

Μπορεί το διαστημικό σκάφος Galileo να είναι νεκρό εδώ και 15 χρόνια, όμως έχει ακόμη να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες. Μόλις τώρα οι επιστήμονες, αναλύοντας στοιχεία από το 1997, συνειδητοποίησαν ότι το σκάφος είχε πιθανότατα καταγράψει στο δορυφόρο Ευρώπη του Δία ένα τεράστιο πίδακα νερού που είχε εκτοξευθεί στο διάστημα.

Αυτό ενισχύει την πεποίθηση ότι κάτω από την παγωμένη επιφάνεια της Ευρώπης βρίσκεται ένας εξίσου τεράστιος ωκεανός και ότι σε αυτόν υπάρχουν συνθήκες φιλικές για την ανάπτυξη κάποιων μορφών ζωής. Οι επιστήμονες υποψιάζονται εδώ και χρόνια ότι ένας αλμυρός ωκεανός βρίσκεται κάτω από ένα στρώμα πάγου πάχους 15 έως 25 χιλιομέτρων.

This is Figure 3 from the paper. Caption: Location of the modeled plume on Europa’s surface. a,b, Perspectives from a longitude of 270° W (a) and from above the northern pole (b). The surface features shown on the sphere were extracted from a global map of Europa compiled by the United States Geological Survey. The cyan iso-surface of constant neutral density illustrates the shape and location of the modelled plume, and the magenta traces show the Galileo trajectory. The green ellipse in a indicates the location of a putative plume imaged by Hubble. Credit: Jia et al.

Κατά καιρούς, όπως αποδεδειγμένα συμβαίνει στο δορυφόρο Εγκέλαδο του Κρόνου, φαίνεται πως και η Ευρώπη εκτοξεύει πίδακες αυτού του παγιδευμένου νερού στο διάστημα. Σύμφωνα με μια εκτίμηση, ο ωκεανός της Ευρώπης, βάθους 60 έως 150 χιλιομέτρων, διαθέτει διπλάσιο όγκο νερού από όλους μαζί τους ωκεανούς της Γης.

A view of Europa created from images taken by NASA's Galileo spacecraft in the late 1990s. Credit: NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

Όταν τον Δεκέμβριο του 1997 το Galileo είχε κάνει το κοντινότερο πέρασμά του από την Ευρώπη, πετώντας σε απόσταση μόνο 400 χιλιομέτρων από την επιφάνειά της, τα όργανά του κατέγραψαν επί πέντε λεπτά στην ατμόσφαιρά της ασυνήθιστες ενδείξεις τόσο στο μαγνητικό πεδίο, όσο και στην πυκνότητα του πλάσματος σωματιδίων, οι οποίες εκτιμάται ότι προέρχονταν από ένα τέτοιο πίδακα υδρατμών που έφθασε σε ύψος εκατοντάδων χιλιομέτρων.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής την ομότιμη καθηγήτρια διαστημικής φυσικής Μάργκαρετ Κίβελσον του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες (UCLA), έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό αστρονομίας Nature Astronomy.

This 'family portrait' shows a composite of images of Jupiter, including it's Great Red Spot, and its four largest moons. From top to bottom, the moons are Io, Europa, Ganymede and Callisto. Europa is almost the same size as Earth's moon, while Ganymede, the largest moon in the Solar System, is larger than planet Mercury. While Io is a volcanically active world, Europa, Ganymede and Callisto are icy, and may have oceans of liquid water under their crusts. Europa in particular may even harbour a habitable environment. Jupiter and its large icy moons will provide a key focus for ESA's JUICE mission. The spacecraft will tour the Jovian system for about three-and-a-half years, including flybys of the moons. It will also enter orbit around Ganymede, the first time any moon beyond our own has been orbited by a spacecraft. The images of Jupiter, Io, Europa and Ganymede were taken by NASA's Galileo probe in 1996, while the Callisto image is from the 1979 flyby of Voyager. Credit: NASA/JPL/DLR

Η επόμενη αποστολή Europa Clipper της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA), που προγραμματίζεται να εκτοξευθεί το 2022 με προορισμό την Ευρώπη, θα διαθέτει τα κατάλληλα όργανα για να μελετήσει τους πίδακες, πράγμα που θα δώσει στους επιστήμονες μια καλύτερη εικόνα για τη σύσταση του υπόγειου ωκεανού της. Περίπου την ίδια εποχή, αναμένεται να εκτοξευθεί και η αποστολή JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) με προορισμό τα παγωμένα φεγγάρια του Δία Ευρώπη, Γανυμήδη και Καλλιστώ.

Το μεγάλο ερώτημα που πρέπει να απαντηθεί, είναι αν όντως η Ευρώπη, που είχε ανακαλύψει πρώτος ο Γαλιλαίος το 1610 και η οποία έχει το μέγεθος περίπου της Σελήνης με θερμοκρασίες που ποτέ δεν ξεπερνούν τους μείον 160 βαθμούς Κελσίου, είναι φιλόξενη για ζωή.

Πηγές: Evidence of a plume on Europa from Galileo magnetic and plasma wave signatures, Nature Astronomy (2018). nature.com/articles/doi:10.1038/s41550-018-0450-z - NASA - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=978062

Βιολόγοι κατάφεραν να μεταφέρουν αναμνήσεις από ένα ζώο στο άλλο. Biologists 'transfer' a memory through RNA injection

Πειράματα πάνω σε θαλάσσια σαλιγκάρια από ερευνητές στις ΗΠΑ. Biologists report they have transferred a memory from one marine snail to another, creating an artificial memory, by injecting RNA from one to another. This research could lead to new ways to treat traumatic memories with RNA -- perhaps a traumatic memory could be altered -- and perhaps new ways to restore lost memories. This is David Glanzman holding a marine snail. Credit: Christelle Snow/UCLA

Βιολόγοι στις ΗΠΑ κατάφεραν να μεταφέρουν μια συγκεκριμένη άσχημη ανάμνηση από ένα θαλάσσιο σαλιγκάρι σε ένα άλλο, δημιουργώντας έτσι στο δεύτερο μια τεχνητή μνήμη.

Η μεταπήδηση της μνήμης έγινε μέσω μεταφοράς του μορίου RNA από το ένα πειραματόζωο στο άλλο, αν και ο ακριβής βιολογικός μηχανισμός που επέτρεψε την «μεταμόσχευση» της μνήμης, δεν είναι ακόμη κατανοητός στους επιστήμονες.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή βιολογίας Ντέηβιντ Γκλάντζμαν του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες (UCLA), που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο επιστημονικό έντυπο eNeuro, δήλωσαν ότι η έρευνα αυτού του είδους μπορεί να ανοίξει νέους δρόμους για τη θεραπεία επώδυνων αναμνήσεων στους ανθρώπους λόγω ψυχικού τραύματος, καθώς και αντίστροφα για την αποκατάσταση χαμένων αναμνήσεων.

«Νομίζω ότι στο, όχι τόσο, μακρινό μέλλον θα μπορούμε να χρησιμοποιούμε το RNA για να μετριάζουμε τις συνέπειες της νόσου Αλτσχάιμερ ή του μετατραυματικού στρες», δήλωσε ο Γκλάντζμαν.

Το RNA είναι κατ’ εξοχήν γνωστό ως ο χημικός αγγελιαφόρος που δημιουργεί πρωτεΐνες και μεταφέρει τις εντολές του DNA σε άλλα σημεία του κυττάρου. Έχει όμως και άλλες σημαντικές λειτουργίες, όπως δείχνει και η νέα μελέτη.

Placing RNA from one sea slug into another appeared to transfer a simple version of a memory, a controversial study finds. DIVEDOG/SHUTTERSTOCK

Οι ερευνητές υπέβαλαν σαλιγκάρια (του είδους Aplysia) σε μια σειρά από ήπια ηλεκτροσόκ, έτσι ώστε τα ζώα να σχηματίσουν μια δυσάρεστη ανάμνηση, με συνέπεια η ουρά τους να συστέλλεται ανακλαστικά κάθε φορά που αισθανόταν ένα άγγιγμα, ακόμη και όταν δεν επρόκειτο πια για ηλεκτροσόκ.

The researchers added RNA to Petri dishes containing neurons extracted from different snails that did not receive shocks. Some dishes had RNA from marine snails that had been given electric tail shocks, and some dishes contained RNA from snails that had not been given shocks. Some of the dishes contained sensory neurons, and others contained motor neurons, which in the snail are responsible for the reflex. NeuroscienceNews.com image

Στη συνέχεια οι επιστήμονες μετέφεραν RNA από αυτά τα σαλιγκάρια σε άλλα που δεν είχαν υποστεί κανένα ηλεκτροσόκ. Τότε και αυτά άρχισαν να συμπεριφέρονται σαν να είχαν περάσει την ίδια άσχημη εμπειρία στο παρελθόν. Όταν κάποιος άγγιζε την ουρά τους, αυτή αντιδρούσε σπασμωδικά από φόβο, σαν να προσπαθούσε να αποφύγει κάτι δυσάρεστο. Το «ρεφλέξ» αυτό δεν ήταν στιγμιαίο, αλλά διαρκούσε έως 40 δευτερόλεπτα.

«Είναι σαν να μεταφέραμε την ανάμνηση», δήλωσε ο Γκλάντζμαν και υποστήριξε ότι οι μνήμες δεν αποθηκεύονται στις συνάψεις των νευρώνων (κάθε νευρώνας έχει αρκετές χιλιάδες συνάψεις), όπως πιστεύεται ευρέως, αλλά στον πυρήνα των νευρώνων. «Αν οι αναμνήσεις αποθηκεύονταν στις συνάψεις, δεν θα υπήρχε κανείς τρόπος το πείραμά μας να πετύχει», όπως είπε.

Παρόλο που το σαλιγκάρι διαθέτει μόνο 20.000 νευρώνες στο κεντρικό νευρικό σύστημά του, ενώ ο άνθρωπος περίπου 100 δισεκατομμύρια, οι κυτταρικοί και μοριακοί μηχανισμοί φαίνεται να είναι πολύ όμοιοι στα σαλιγκάρια και στους ανθρώπους. Αυτό κάνει αισιόδοξους τους επιστήμονες ότι η έρευνά τους θα είναι δυνατό να «μεταφρασθεί» και στους ανθρώπους μελλοντικά.

Πηγές: RNA from Trained Aplysia Can Induce an Epigenetic Engram for Long-Term Sensitization in Untrained Aplysia. eneuro, 2018; ENEURO.0038-18.2018 DOI: 10.1523/ENEURO.0038-18.2018 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=978072