Σωματίδιο αντιύλης «τερατώδους» ενέργειας ανιχνεύθηκε στην Ανταρκτική. Monster antimatter particle slams into Antarctica

Μια καλλιτεχνική απόδοση του εργαστηρίου IceCube στο Νότιο Πόλο. Η μοναδική μέχρι σήμερα ανίχνευση ενός «συντονισμού Glashow» απεικονίζεται με την μπλε λάμψη μιας ράβδου. On December 6, 2016, a high-energy particle hurtled to Earth from outer space at close to the speed of light. It triggered the sensors of the IceCube Neutrino Observatory, a massive telescope buried in the Antarctic glacier. IceCube had seen a Glashow resonance event, a phenomenon predicted by Nobel laureate physicist Sheldon Glashow in 1960. A South Pole scene of the IceCube Laboratory against a backdrop of auroras displayed inside an artistic rendition of a photomultiplier tube. The resonance is depicted as a glowing blue rod, representing the first string in IceCube to observe early pulses from the event. Credit: IceCube Collaboration (ICL photo by Yuya Makino, IceCube/NSF)

Ένα αντινετρίνο έφτασε στη Γη με ενέργεια ίση με την κινητική ενέργεια ενός κουνουπιού ταχύτητας 8,2 Mach – τόση ενέργεια στον κόσμο των σωματιδίων θεωρείται ‘εκκωφαντικά’ τεράστια – και συγκρούστηκε με ένα ηλεκτρόνιο των πάγων της Ανταρκτικής, προκαλώντας μια σπάνια αλληλεπίδραση. Τέτοια σπάνια γεγονότα είχαν προβλεφθεί θεωρητικά το 1960, αλλά ουδέποτε είχαν ανιχνευθεί.

Το εν λόγω γεγονός συνέβη το 2016, όμως οι ερευνητές το διερεύνησαν αναλυτικά και το επιβεβαιώνουν στην εργασία τους που δημοσιεύθηκε στις 10 Μαρτίου στο περιοδικό Nature. Το αντινετρίνο του ηλεκτρονίου με ταχύτητα σχεδόν ίση με την ταχύτητα του φωτός, συγκρούστηκε με ένα ηλεκτρόνιο κάπου στον πάγο της Ανταρκτικής.

A visualization of the Glashow event recorded by the IceCube detector. Each colored circle shows an IceCube sensor that was triggered by the event; red circles indicate sensors triggered earlier in time, and green-blue circles indicate sensors triggered later. This event was nicknamed “Hydrangea.” Credit: IceCube Collaboration

Αυτή η σύγκρουση δημιούργησε έναν πίδακα σωματιδίων που εντοπίστηκαν από τον υπόγειο ανιχνευτή IceCube – ο οποίος είναι υπεύθυνος για μεγάλο μέρος της έρευνας σχετικά με τα νετρίνα υψηλής ενέργειας την τελευταία δεκαετία.

Οι φυσικοί του IceCube αναφέρουν ότι αυτός ο πίδακας σωματιδίων περιείχε αποδεικτικά στοιχεία για ένα φαινόμενο που είχε προβλεφθεί θεωρητικά, αλλά ποτέ δεν είχε εντοπιστεί, γνωστό ως «συντονισμός Glashow» .

A timeline of major milestones in neutrino astronomy. Credit: IceCube Collaboration

Το 1960, ο φυσικός Sheldon L. Glashow, τότε μεταπτυχιακός ερευνητής στο Σκανδιναβικό Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στη Δανία, προέβλεψε ότι όταν ένα αντινετρίνο με την κατάλληλα υψηλή ενέργεια συγκρούεται με ένα ηλεκτρόνιο, παράγεται βαρύ βραχύβιο σωματίδιο γνωστό σήμερα ως μποζόνιο W:

Η πρόβλεψη του Glashow βασίζεται στους θεμελιώδεις κανόνες του Kαθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής, την θεωρία που περιγράφει το κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων. Υπενθυμίζεται ότι το μποζόνιο W, φορέας των ασθενών αλληλεπιδράσεων, ανακαλύφθηκε το 1983!

Το αντινετρίνο του ηλεκτρονίου το οποίο δημιούργησε το γεγονός του συντονισμού Glashow έφτασε από πολύ μακριά πριν φτάσει στο IceCube. Στο παραπάνω γράφημα  (χωρίς κλίμακα) η μπλέ διακεκομμένη γραμμή δείχνει την διαδρομή του αντινετρίνου. The electron antineutrino that created the Glashow resonance event traveled quite a distance before reaching IceCube. This graphic shows its journey; the blue dotted line is the antineutrino’s path. (Not to scale.) Credit: IceCube Collaboration

Η ανίχνευση του συντονισμού Glashow είναι μια ισχυρή επιβεβαίωση του Καθιερωμένου Προτύπου. Αλλά απαιτεί το νετρίνο να μεταφέρει ενέργεια 6.3 PetaelectronVolts (1PeV=10¹⁵eV), πολύ περισσότερη από οποιαδήποτε ενέργεια μπορεί σήμερα να επιτευχθεί στους επιταχυντές σωματιδίων.

Συνήθως είναι δύσκολο να αντιληφθούμε τους αριθμούς που περιγράφουν μεγέθη των σωματιδίων υψηλών ενεργειών. Ένα νετρίνο έχει μάζα μικρότερη από 2×10⁻³⁷kg, και χιλιάδες νετρίνα χαμηλής ενέργειας που παράγονται στον ήλιο περνούν μέσα από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο χωρίς να τα αντιλαμβανόμαστε. Ένα νετρίνο με ενέργεια 6,3 PeV είναι ‘θηριώδες’. Σύμφωνα με το CERN, ένα teraelectronvolt (TeV) ισοδυναμεί με την ενέργεια ενός κουνουπιού που πετά με ταχύτητα 1 mph (1,6 km/h). Και τα 6,3 PeV είναι 6.300 TeV. Έτσι, ένα σμήνος 6.300 κουνουπιών με αυτή την ταχύτητα (ή ένα μόνο κουνούπι με ταχύτητα 8,2 Mach, πάνω από τέσσερις φορές η μέγιστη ταχύτητα ενός F-16), ισοδυναμεί με την ενέργεια ενός απειροελάχιστου σωματιδίου που απαιτείται για τον συντονισμό του Glashow.

Συγκριτικά, μπορούμε να πούμε επίσης ότι η ενέργεια των 6,3 PeV είναι 450 φορές η μέγιστη ενέργεια που μπορεί να παράγει ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC).

An photograph shows the surface portion of the IceCube Neutrino Observatory. (Image credit: Martin Wolf/IceCube/NSF)

Δεδομένης της τεράστιας απαιτούμενης ενέργειας, κανένας δεν ήλπιζε να ανιχνεύσει τον συντονισμό του Glashow στα πειράματα των επίγειων επιταχυντών. Αλλά το IceCube, ανιχνεύει σωματίδια που καταφτάνουν από το αχανές διάστημα. Το σωματίδιο που χτύπησε στον  πάγο της Ανταρκτικής το 2016 παρήγαγε έναν χαρακτηριστικό πίδακα σωματιδίων που σύμφωνα με τους ερευνητές προήλθε από την διάσπαση του μποζονίου W. Κι αυτό είναι το χαρακτηριστικό σημάδι ενός αντινετρίνου 6.3PeV και του συντονισμού του Glashow.

Sheldon L. Glashow. Higgins Professor of Physics, Emeritus. 1979 Nobel Prize in Physics: "For ... contributions to the theory of the unified weak and electromagnetic interaction between elementary particles, including, inter alia, the prediction of the weak neutral current."

Ο Sheldon Glashow, που βραβεύθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1979 για την συνεισφορά του στην ενοποίηση ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων και την πρόβλεψη του ασθενούς ουδέτερου ρεύματος, δήλωσε σχετικά με την ανίχνευση του συντονισμού του: «Για να είμαστε απολύτως σίγουροι, θα πρέπει να δούμε άλλο ένα τέτοιο γεγονός στην ίδια ενέργεια με αυτό που παρατηρήσαμε. Μέχρι στιγμής υπάρχει ένα, και στο μέλλον θα υπάρχουν περισσότερα».

Οι φυσικοί εξακολουθούν να μην είναι σίγουροι για το πώς παράχθηκε το τερατώδους ενέργειας σωματίδιο της αντιύλης. Η ανίχνευση περισσότερων γεγονότων, θα βελτιώσει την θεωρητική περιγραφή των κοσμικών επιταχυντών που παράγουν τέτοια ακραία σωματίδια, εκτοξεύοντάς τα προς τη Γη.

Πηγές:  The IceCube Collaboration., Aartsen, M.G., Abbasi, R. et al. Detection of a particle shower at the Glashow resonance with IceCube. Nature 591, 220–224 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03256-1 - https://icecube.wisc.edu/news/press-releases/2021/03/icecube-detection-of-a-high-energy-particle-proves-60-year-old-theory/ -  www.livescience.com - https://physicsgg.me/2021/03/17/

 

 

 

Θεωρητική μέθοδος για ταξίδια σε ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός. Breaking the warp barrier for faster-than-light travel

Επανεκκινείται η συζήτηση για την πιθανότητα ταξιδιών σε ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός με βάση τη συμβατική φυσική. New theoretical hyper-fast soliton solutions. If travel to distant stars within an individual's lifetime is going to be possible, a means of faster-than-light propulsion will have to be found. To date, even recent research about faster-than-light transport would require vast amounts of hypothetical particles and states of matter that have 'exotic' physical properties. New research gets around this problem by constructing a new class of hyper-fast 'solitons.'

Η επίτευξη ταχυτήτων μεγαλύτερων αυτής του φωτός θα αποτελούσε «κλειδί» για να καταστούν δυνατά τα ταξίδια σε μακρινά άστρα- ωστόσο ακόμα και οι πιο σύγχρονες έρευνες για μεταφορές σε υπερφωτονικές ταχύτητες με βάση τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν θα απαιτούσαν μεγάλες ποσότητες υποθετικών σωματιδίων και καταστάσεων ύλης με «εξωτικές» φυσικές ιδιότητες, όπως η αρνητική πυκνότητα ενέργειας. Αυτός ο τύπος ύλης είτε δεν μπορεί να βρεθεί είτε δεν μπορεί να παραχθεί σε ικανές ποσότητες. Αντίθετα, νέα έρευνα που διεξήχθη στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν «παρακάμπτει» αυτό το πρόβλημα δημιουργώντας μια νέα κατηγορία εξαιρετικά ταχέων «σολιτονίων», χρησιμοποιώντας πηγές με μόνο θετικές ενέργειες που μπορούν να επιτρέψουν ταξίδι σε οποιαδήποτε ταχύτητα. Αυτό επανεκκινεί τη συζήτηση για την πιθανότητα ταξιδιών σε ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός με βάση τη συμβατική φυσική.

Artistic impression of different spacecraft designs considering theoretical shapes of different kinds of “warp bubbles.” Credit: E Lentz.

Η εν λόγω έρευνα δημοσιεύτηκε στο Classical and Quantum Gravity. Ο συντάκτης της, Έρικ Λεντς, ανέλυσε υπάρχουσες έρευνες και ανακάλυψε κενά σε προηγούμενες μελέτες πάνω σε «κινητήρες στρέβλωσης» (warp drives). Ο Λεντς πρόσεξε ότι υπήρχαν ανεξερεύνητες ακόμα καταστάσεις καμπυλότητας του χωροχρόνου οργανωμένες σε «σολιτόνια», που έχουν τη δυνατότητα να επιλύσουν τον γρίφο, διατηρώντας τη φυσική βιωσιμότητα.

What is a warp drive? Are they scientifically possible? How does the Alcubierre drive work? Credit: Sabine Hossenfelder

Ένα σολιτόνιο- ανεπίσημα χαρακτηρίζεται και ως «φυσαλίδα στρέβλωσης» (ή «δίνης»)- είναι ένα συμπαγές κύμα που διατηρεί το σχήμα του και κινείται με συνεχή ταχύτητα. Ο Λεντς «έβγαλε» εξισώσεις Αϊνστάιν για ανεξερεύνητες διαρρυθμίσεις σολιτονίων, διαπιστώνοντας ότι οι αλλαγμένες γεωμετρίες χωροχρόνου μπορούσαν να σχηματιστούν με έναν τρόπο που λειτουργούσε ακόμα και με συμβατικές ενεργειακές πηγές. Στην ουσία, η νέα μέθοδος χρησιμοποιεί την ίδια τη δομή του χωροχρόνου, διαρρυθμισμένη σε ένα σολιτόνιο, για να παρέχει μια λύση για ταξίδια γρηγορότερα από το φως, που θα χρειαζόταν μόνο πηγές με θετικές πυκνότητες ενέργειας- χωρίς να απαιτούνται «εξωτικές» αρνητικές πυκνότητες ενέργειας.

Image to show how long it would take different types of spacecraft to travel from our solar system to Proxima Centauri (the nearest known star). Currently, the only option would be to use a chemical rocket meaning a journey time of over 50,000 years. Credit: E Lentz

Εάν μπορούσε να παραχθεί επαρκής ενέργεια, οι εξισώσεις που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την έρευνα θα μπορούσαν να επιτρέψουν ένα ταξίδι στον Εγγύτατο Κενταύρου (το κοντινότερο σε εμάς άστρο) και πάλι πίσω στη Γη μέσα σε μερικά χρόνια αντί για δεκαετίες ή χιλιετίες. Συγκριτικά, με την παρούσα πυραυλική τεχνολογία θα χρειάζονταν πάνω από 50.000 χρόνια απλά και μόνο για να πάει κάποιος εκεί. Επιπρόσθετα, τα σολιτόνια διαρρυθμίστηκαν έτσι ώστε να περιλαμβάνουν μια περιοχή με ελάχιστες παλιρροιακές δυνάμεις, έτσι ώστε το πέρασμα του χρόνου μέσα στο σολιτόνιο να είναι αντίστοιχο αυτού έξω από αυτό- ένα ιδανικό περιβάλλον για ένα διαστημόπλοιο. Αυτό θα σήμαινε ότι δεν θα παρατηρούνται παράδοξα όπως το αποκαλούμενο «παράδοξο του διδύμου», όπου ένας από δύο διδύμους που ταξιδεύει κοντά στην ταχύτητα του φωτός γηράσκει πολύ πιο αργά από τον άλλο, που παραμένει στη Γη. Με βάση αυτές τις εξισώσεις, και οι δύο δίδυμοι θα είχαν την ίδια ηλικία όταν συναντιούνταν ξανά.

Erik Lentz (Göttingen University)

«Η δουλειά αυτή έχει πάει το πρόβλημα των υπερφωτονικών ταξιδιών ένα βήμα πιο μακριά από τη θεωρητική έρευνα στη θεμελιώδη φυσική και πιο κοντά στη μηχανολογία. Το επόμενο βήμα είναι να βρούμε πώς θα μειώσουμε την αστρονομική ποσότητα ενέργειας που απαιτείται, εντός των ορίων των σημερινών τεχνολογιών, όπως μια μεγάλη σύγχρονη γεννήτρια πυρηνικής σχάσης. Τότε μπορούμε να συζητήσουμε για την κατασκευή των πρώτων πρωτοτύπων» είπε ο Λεντς- διευκρινίζοντας πως αυτή τη στιγμή η ενέργεια που απαιτείται για αυτό το νέο είδος διαστημικής προώθησης είναι τεράστια: «Η ενέργεια που απαιτείται για έναν τέτοιο κινητήρα που θα ταξιδεύει σε ταχύτητα του φωτός, περιβάλλοντας ένα διαστημόπλοιο ακτίνας 100 μέτρων, είναι της τάξης μάζας εκατοντάδων φορών αυτής του Δία. Η εξοικονόμηση ενέργειας θα έπρεπε να είναι δραστική για να βρεθεί εντός του εύρους των σύγχρονων πυρηνικών αντιδραστήρων σχάσης».

Πηγές: Erik W Lentz. Breaking the warp barrier: hyper-fast solitons in Einstein–Maxwell-plasma theory. Classical and Quantum Gravity, 2021; 38 (7): 075015 DOI: 10.1088/1361-6382/abe692 - https://scitechdaily.com/breaking-the-warp-barrier-for-faster-than-light-travel-new-theoretical-hyper-fast-solitons-discovered/ - https://www.naftemporiki.gr/story/1701374/theoritiki-methodos-gia-taksidia-se-taxutites-megaluteres-tou-fotos

 

 

Αστρονόμοι ανίχνευσαν μαύρη τρύπα εν κινήσει. Astronomers Detect a Black Hole on the Move

Έχει ταχύτητα 177.000 χιλιόμετρα/ώρα ως προς τον γαλαξία που την περιέχει. Galaxy J0437+2456 is thought to be home to a supermassive, moving black hole. Credit: Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

Οι φυσικοί θεωρούν προφανές ότι οι μαύρες τρύπες είναι δυνατόν να περιπλανηθούν στο διάστημα – αλλά μέχρι σήμερα δεν είχε καταγραφεί ποτέ ένα τέτοιο γεγονός. Αστρονόμοι από το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard & Smithsonian εντόπισαν για πρώτη φορά την κίνηση μιας τεράστιας μάζας μαύρης τρύπας. Η ανακάλυψή τους δημοσιεύθηκε στο περιοδικό The Astrophysical Journal.

«Δεν περιμένουμε να κινείται η πλειονότητα των υπερμεγέθων μαύρων οπών. Συνήθως αρέσκονται στο να κάθονται» λέει ο Dominic Pesce, αστρονόμος στο Κέντρο Αστροφυσικής, ένας από τους συγγραφείς της δημοσίευσης. «Έχουν τόσο μεγάλη μάζα που τους είναι δύσκολο να μετακινηθούν. Σκεφτείτε πόσο πιο δύσκολο είναι να μετακινήσετε μια μπάλα μπόουλινγκ σε σχέση με μια μπάλα ποδοσφαίρου – για να συνειδητοποιήσετε την δυσκολία στην αστρονομική μας περίπτωση, όταν η «μπάλα μπόουλινγκ» έχει μάζα αρκετά εκατομμύρια μεγαλύτερη από την μάζα του Ήλιου. Θα απαιτείται σίγουρα ένα πολύ ισχυρότερο λάκτισμα».

Ο Pesce και οι συνεργάτες του διερευνούν αυτό το σπάνιο φαινόμενο τα τελευταία πέντε χρόνια, συγκρίνοντας τις ταχύτητες των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και των γαλαξιών.  «Αναρωτηθήκαμε: Είναι οι ταχύτητες των μαύρων οπών ίδιες με τις ταχύτητες των γαλαξιών στους οποίους κατοικούν; Περιμένουμε να έχουν την ίδια ταχύτητα. Αν όχι, αυτό σημαίνει ότι η μαύρη τρύπα έχει διαταραχθεί.»

Για την έρευνά τους, η ομάδα εξέτασε αρχικά 10 γαλαξίες και τις τεράστιας μάζας μαύρες τρύπες στους πυρήνες τους. Μελέτησαν συγκεκριμένα τις μαύρες τρύπες που περιείχαν νερό στους δίσκους προσαύξησής τους – τις σπειροειδείς δομές που βρίσκονται σε τροχιακή κίνηση γύρω και προς την μαύρη τρύπα. Καθώς το νερό περιφέρεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, παράγει μια ακτινοβολία, γνωστή ως μέιζερ. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε με ένα συνδεδεμένο δίκτυο ραδιοφωνικών κεραιών χρησιμοποιώντας μια τεχνική γνωστή ως Συμβολομετρία Πολύ Μεγάλων Αποστάσεων (VLBI) και διαμέσου της ακτινοβολίας μέιζερ υπολογίζεται η ταχύτητα της μαύρης τρύπας με ακρίβεια.

Η τεχνική αυτή βοήθησε την ομάδα να διαπιστώσει ότι εννέα από τις 10 υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες βρίσκονταν σε ηρεμία – αλλά μία ξεχώρισε και φάνηκε να κινείται. Η κινούμενη μαύρη τρύπα βρίσκεται σε απόσταση 230 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, στο κέντρο του γαλαξία J0437 + 2456. Η μάζα της είναι περίπου τρία εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη την μάζα του Ήλιου μας.

Located 230 million light-years away from Earth, the black hole sits at the center of a galaxy named J0437+2456. Its mass is about three million times that of our Sun. Using follow-up observations with the Arecibo and Gemini Observatories, the team has now confirmed their initial findings. The supermassive black hole is moving with a speed of about 110,000 miles per hour inside the galaxy J0437+2456.

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από τις παρατηρήσεις των ραδιοτηλεσκοπίων Arecibo και Gemini, η ομάδα επιβεβαίωσε τώρα τα αρχικά της ευρήματα. Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα κινείται με ταχύτητα περίπου 177.000 km/h ως προς τον γαλαξία J0437 + 2456. Αλλά η αιτία που προκαλεί την κίνηση δεν είναι γνωστή. Η ομάδα θεωρεί ότι υπάρχουν δύο δυνατότητες.

Σύμφωνα με τον Jim Condon, μπορεί να παρατηρούμε το αποτέλεσμα της συγχώνευσης δυο μαύρων τρυπών. Το αποτέλεσμα μιας τέτοιας συγχώνευσης μπορεί να προκαλέσει την κίνηση που παρακολουθούμε επ’ αυτοφώρω. Παρά την προσδοκία ότι τέτοια γεγονότα θα έπρεπε συμβαίνουν συχνά, οι αστρονόμοι δυσκολεύονται να εντοπίσουν σαφή παραδείγματα δυαδικών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών, λέει ο Pesce. Αυτό που μάλλον βλέπουμε στον γαλαξία J0437 + 2456 είναι η μία από τις μαύρες τρύπες ενός τέτοιου ζεύγους, με την άλλη απούσα στις ραδιοφωνικές μας παρατηρήσεις, λόγω έλλειψης εκπομπών μέιζερ.

Ωστόσο, θα χρειαστούν επιπλέον παρατηρήσεις, για να εντοπιστεί η πραγματική αιτία της κίνησης μιας τόσο μεγάλης μαύρης τρύπας.

Πηγές: "A Restless Supermassive Black Hole in the Galaxy J0437+2456” by Dominic W. Pesce, Anil C. Seth, Jenny E. Greene, James A. Braatz, James J. Condon, Brian R. Kent and Davor Krajnović, 12 March 2021, The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/abde3d - https://www.cfa.harvard.edu/news/2021-06 - https://scitechdaily.com/astronomers-detect-a-supermassive-black-hole-on-the-move-unusual-motion-thus-far-unexplained/ - https://physicsgg.me/2021/03/14/

 

 

 

Σκουληκότρυπες που επιτρέπουν την διέλευση ανθρώπων. Wormholes Open for Transport

Νέες θεωρίες για τις σήραγγες στον χωροχρόνο (σκουληκότρυπες), διερευνούν αν θα μπορούσαν τις διασχίσουν οι άνθρωποι. New theories of wormholes—postulated tunnels through spacetime—explore whether they could be traversable by humans. Peter Jurik/stock.adobe.com

Η πρώτη (;) αναφορά σε κάποιο είδος σκουληκότρυπας, έστω και παραμυθένια, αποτελεί ο καθρέφτης που χρησιμοποιεί η Αλίκη στη χώρα των θαυμάτων. Στην μια πλευρά του καθρέφτη βρίσκεται η εξοχή της Οξφόρδης στην Αγγλία και στην άλλη πλευρά ο φανταστικός κόσμος των θαυμάτων όπου μεταφέρεται ακαριαία η Αλίκη περνώντας μέσα από τον καθρέφτη.

Οι σκουληκότρυπες είναι το αγαπημένο τέχνασμα στα σενάρια ταινιών επιστημονικής φαντασίας που μεταφέρει ταχύτατα τους πρωταγωνιστές από το ένα άκρο του γαλαξία στο άλλο ή σε άλλους γαλαξίες, παρακάπτοντας τις τεράστιες συμπαντικές αποστάσεις. Όμως, παρά το πλήθος των έργων επιστημονικής φαντασίας που αναφέρονται σ’ αυτές (χτυπητά παραδείγματα ο «Πόλεμος των Άστρων» και το «Interstellar»), τα ταξίδια μέσα από τις σκουληκότρυπες είναι δύσκολο να δικαιολογηθούν επιστημονικά.

Πρόσφατα, δύο διαφορετικές ερευνητικές ομάδες παρουσίασαν θεωρητικά μοντέλα που κάνουν τις σκουληκότρυπες να φαίνονται λιγότερο εξωτικές και κάπως πιο αξιόπιστες στην υποτιθέμενη χρήση τους από ανθρώπους.

Η ιδέα της σκουληκότρυπας είναι περίπου τόσο παλιά όσο και της μαύρης τρύπας. Εμφανίστηκε το 1935, όταν o Einstein δημοσίευσε μια εργασία με τον συνεργάτη του Nathan Rosen , στην οποία επιχείρησαν να αποδείξουν ότι οι ιδιομορφίες Schwarzschild που προανήγγειλαν τις μαύρες τρύπες δεν υπήρχαν. Τελικά, ενώ οι μαύρες τρύπες ανακαλύφθηκαν από τους αστρονόμους, η ύπαρξη σκουληκοτρυπών παραμένει μέχρι σήμερα ανοιχτό ερώτημα.

Ακόμα κι αν μπορούσε να σχηματιστεί μια σκουληκότρυπα, η βαρυτική έλξη της ύλης μέσα σε αυτή θα προκαλούσε πιθανώς το κλείσιμο του λαιμού της (το στενότερο σημείο στη σήραγγα), εμποδίζοντας το ταξίδι από τη μία πλευρά στην άλλη. Οι θεωρητικοί έχουν προτείνει τρόπους για να διατηρηθεί ανοιχτή μια σκουληκότρυπα, συνήθως προσθέτοντας εξωτική ύλη, ένα υποθετικό είδος ύλης που αντιστέκεται στην βαρυτική κατάρρευση.

German physicists explore the possibility of tunnels in spacetime. Researchers present a new theoretical model that makes microscopic wormholes seem less far-fetched than in previous theories.

Ο Jose Blázquez-Salcedo από το πανεπιστήμιο της Μαδρίτης και οι συνεργάτες του, βρήκαν μια λύση διαπερατής σκουληκότρυπας που δεν απαιτεί εξωτική ύλη [Traversable wormholes in Einstein-Dirac-Maxwell theory]. Μοντελοποιούν την σκουληκότρυπα χρησιμοποιώντας ένα ημικλασικό πλαίσιο, στο οποίο η ύλη αντιμετωπίζεται ως ένα σύνολο φερμιονίων (σωματίδια με ημιακέραιο σπιν) που περιγράφονται με κβαντομηχανικές κυματοσυναρτήσεις, αλλά αλληλεπιδρά διαμέσου των κλασικών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, κάτι που απλοποιεί τις εξισώσεις.

Μεταβάλλοντας παραμέτρους, μεταξύ των οποίων το φορτίο και την μάζα των φερμιονίων, ο Blázquez-Salcedo και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να υπάρξουν διαπερατές σκουληκότρυπες, εφόσον ο λόγος του συνολικού φορτίου προς τη συνολική μάζα μέσα στην σκουληκότρυπα υπερβαίνει ένα θεωρητικό όριο που ισχύει για τις μαύρες τρύπες. Οι ερευνητές υποθέτουν ότι αυτή η λύση θα πρέπει να παραμένει αληθής και σε ένα πιο ολοκληρωμένο μοντέλο, όπου τα πεδία που αντιστοιχούν στις αλληλεπιδράσεις ύλης είναι κβαντισμένα.

Αλλά οι σκουληκότρυπες που ο Blázquez-Salcedo και οι συνάδελφοί του οραματίζονται είναι μικροσκοπικές – πολύ μικρές για να «τρυπώσουν» και να τις διασχίσουν άνθρωποι.

Humanly traversable wormholes is a new paper by Juan Maldacena and Alexey Milekhin that points out that there can be humanly traversable wormhole solutions in some previously considered theories for physics beyond the Standard Model, namely the Randall-Sundrum model. But what happens when you go through a humanly traversable wormhole? Is there Time dilation, do you travel faster than light, and are there any limits to how far you can go? Credit: Event Horizon

Στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού, ο Juan Maldacena από το Ινστιτούτο Προχωρημένων Μελετών στο New Jersey και ο Alexey Milekhin από το Πανεπιστήμιο του Princeton έχουν διερευνήσει σκουληκότρυπες που θα παρέχουν ασφαλή διέλευση σε τολμηρούς ταξιδιώτες.

Το μοντέλο τους υποθέτει ότι οι σκουληκότρυπες σχηματίζονται σε έναν πενταδιάστατο χωροχρόνο, όπως προτείνουν ορισμένες κοσμολογίες της θεωρίας χορδών. Οι ερευνητές δείχνουν ότι μια φιλική προς τον άνθρωπο σκουληκότρυπα – με επιταχύνσεις μικρότερες από 20g – θα μπορούσε να επιτρέψει το ταξίδι κατά μήκος ενός γαλαξία σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο. Αυτή η σύντομη διάρκεια θα ισχύει μόνο για το άτομο που διασχίζει την σκουληκότρυπα, καθώς ένας εξωτερικός παρατηρητής θα μετρήσει την διάρκεια του ταξιδιού σε χιλιάδες χρόνια.

Πηγές: Jose Luis Blázquez-Salcedo, Christian Knoll, Eugen Radu. Traversable Wormholes in Einstein-Dirac-Maxwell Theory. Physical Review Letters, 2021; 126 (10) DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.101102 - https://scitechdaily.com/not-science-fiction-german-physicists-say-traversable-wormholes-possible/ - Juan Maldacena, Alexey Milekhin: «Humanly traversable wormholes» - https://physicsgg.me/2021/03/11/

 

 

Περισσότερο φως στα μυστικά του Μηχανισμού των Αντικυθήρων από Βρετανούς και Έλληνες επιστήμονες. 2,000-Year-Old Greek Astronomical Calculator: Experts Recreate a Mechanical Cosmos for the World’s First Computer

Ερευνητές του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου (UCL), μεταξύ των οποίων δύο Έλληνες, ανακοίνωσαν ότι έλυσαν ένα σημαντικό μέρος του αινίγματος που περιβάλλει τον αρχαίο ελληνικό αστρονομικό υπολογιστή, γνωστό ως Μηχανισμό των Αντικυθήρων, μια -απρόσμενα για την εποχή της- πολύπλοκη συσκευή που επέτρεπε την πρόβλεψη διαφόρων αστρονομικών γεγονότων. Researchers at UCL have solved a major piece of the puzzle that makes up the ancient Greek astronomical calculator known as the Antikythera Mechanism, a hand-powered mechanical device that was used to predict astronomical events. Cosmos Display at the front of the Antikythera Mechanism, showing the positions of the Sun, Moon, and five planets as well as the phase of the Moon and the nodes of the Moon. Credit: © 2020 Tony Freeth

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι έκαναν ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση όλων των δυνατοτήτων του Μηχανισμού και του πώς κατάφερνε να κάνει ακριβείς προβλέψεις για τα ουράνια φαινόμενα.

Fragments of the Antikythera Mechanism with evidence for this study. These are shown as PTMs with specular enhancement. Credit: © 2005 Hewlett-Packard

Ο Μηχανισμός, ο οποίος φυλάσσεται στο Εθνικό Αρχαιολογικό Μουσείο στην Αθήνα, θεωρείται από πολλούς ως ο πρώτος γνωστός αναλογικός υπολογιστής στον κόσμο και είναι το πιο πολύπλοκο δείγμα μηχανικής που έχει βρεθεί από τον αρχαίο κόσμο. Η ηλικίας περίπου 2.000 ετών συσκευή χρησιμοποιείτο για να προβλέψει τη θέση του Ήλιου, της Σελήνης, των ηλιακών και σεληνιακών εκλείψεων, των θέσεων των πλανητών, ακόμη και των ημερομηνιών των Ολυμπιακών αγώνων.

Οι επιστήμονες της διεπιστημονικής ερευνητικής ομάδας "UCL Antikythera Research Team", με επικεφαλής τον καθηγητή Τόνι Φριθ του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Scientific Reports", ρίχνουν φως στον τρόπο λειτουργίας των γραναζιών στο μπροστινό μέρος του Μηχανισμού. Όπως είπε ο Φριθ, «ο Ήλιος, η Σελήνη και οι πλανήτες παρουσιάζονται με τρόπο που αποτελεί ένα εντυπωσιακό άθλο της αρχαίας ελληνικής μεγαλοφυΐας».

The astronomical calculator is a bronze device that consists of a complex combination of 30 surviving bronze gears used to predict astronomical events, including eclipses, phases of the moon, positions of the planets and even dates of the Olympics. Model of the Antikythera Mechanism, showing the front and back dials as well as an exploded diagram of the gearing. Credit: © 2020 Tony Freeth

Ο Μηχανισμός από μπρούντζο, ο οποίος ανακαλύφθηκε το 1901 από Έλληνες αλιείς σε ναυάγιο πλοίου κοντά στα Αντικύθηρα, αποτελείται από ένα πολύπλοκο συνδυασμό 30 γραναζιών. Η συνεχής μελέτη του από Έλληνες και ξένους επιστήμονες αυξάνει συνεχώς την κατανόηση για τις λειτουργίες του.

Exploded model of the Cosmos gearing of the Antikythera Mechanism. Credit: © 2020 Tony Freeth

Μέχρι σήμερα όμως δεν είχε καταστεί εφικτή η πλήρης κατανόηση του συστήματος των γραναζιών, καθώς μόνο το ένα τρίτο του Μηχανισμού εκτιμάται ότι έχει διασωθεί και αυτό σε 82 θραύσματα.

Fragment A, shown as an X-ray CT slice through the Main Drive Wheel. Credit: © 2005 X-Tek Systems

Η χρήση ακτίνων-Χ από το 2005 έχει αποκαλύψει χιλιάδες χαρακτήρες κειμένου κρυμμένους μέσα στα θραύσματα. Οι επιγραφές περιλαμβάνουν μια περιγραφή του Κόσμου, με τους πλανήτες να κινούνται σε δακτυλίους. Είναι αυτή η απεικόνιση του σύμπαντος που αναδημιούργησαν οι Βρετανοί ερευνητές.

Fragment D, shown as a false-color X-ray CT slice, with the teeth tips marked for counting. Credit: © 2005 X-Tek Systems

Δύο σημαντικές γνώσεις που αποκαλύπτονται στο μηχανισμό, είναι οι αριθμοί των 462 και 442 ετών, που αντιστοιχούν στους κύκλους της Αφροδίτης και του Κρόνου αντίστοιχα. Όταν παρατηρούνται από τη Γη, οι κύκλοι των πλανητών μερικές φορές αναστρέφουν την κίνηση τους σε σχέση με τα άστρα. Οι ειδικοί πρέπει να παρακολουθούν αυτούς τους μεταβαλλόμενους κύκλους (πλανητικές περιόδους) για μεγάλα χρονικά διαστήματα, προκειμένου να μπορέσουν να προβλέψουν τις θέσεις των πλανητών στο μέλλον.

«Η κλασσική αστρονομία της πρώτης χιλιετίας προ Χριστού γεννήθηκε στη Βαβυλώνα, όμως τίποτε σε αυτή την αστρονομία δεν υπάρχει που να δείχνει πως κατάφεραν οι αρχαίοι Έλληνες να βρουν τον άκρως ακριβή κύκλο των 462 ετών για την Αφροδίτη και των 442 ετών για τον Κρόνο», δήλωσε ο Έλληνας υποψήφιος διδάκτορας του UCL Άρης Δακάναλης. Στην ερευνητική ομάδα συμμετέχει και μία ακόμη Ελληνίδα του UCL, η ειδική στα αρχαιολογικά υλικά δρ Μυρτώ Γεωργακοπούλου.

Figure 1 from Cosmos paper, showing the disposition of the inscriptions on the external plates of the Antikythera Mechanism. Credit: © 2020 Tony Freeth

Χρησιμοποιώντας μια αρχαία ελληνική μαθηματική μέθοδο που περιγράφει ο φιλόσοφος Παρμενίδης, οι ερευνητές όχι μόνο εξήγησαν πώς βρήκαν οι Έλληνες τους κύκλους της Αφροδίτης και του Κρόνου, αλλά επίσης κατάφεραν να αναδημιουργήσουν τους κύκλους όλων των άλλων πλανητών του Μηχανισμού, για τους οποίους έχουν χαθεί τα σχετικά δεδομένα.

The UCL Antikythera Research Team struggle to solve the front of the Antikythera Mechanism—a fragmentary ancient Greek astronomical calculator—revealing a dazzling display of the ancient Greek Cosmos. Credit: © 2020 Tony Freeth

«Πρόκειται για μια σημαντική θεωρητική πρόοδο, όσον αφορά του πως ο Κόσμος αναπαρίστατο στον Μηχανισμό. Τώρα πρέπει να αποδείξουμε την εφαρμοσιμότητα του, κάνοντας το με τις αρχαίες τεχνικές», δήλωσε ο δρ Άνταμ Βόιτσικ του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του UCL.

Πηγές: Tony Freeth, David Higgon, Aris Dacanalis, Lindsay MacDonald, Myrto Georgakopoulou, Adam Wojcik. A Model of the Cosmos in the ancient Greek Antikythera Mechanism. Scientific Reports, 2021; 11 (1) DOI: 10.1038/s41598-021-84310-w - https://scitechdaily.com/2000-year-old-greek-astronomical-calculator-experts-recreate-a-mechanical-cosmos-for-the-worlds-first-computer/ - https://www.newscientist.com/article/2271165-ancient-computer-may-have-used-bejewelled-rings-to-model-the-cosmos/ - https://www.amna.gr/home/article/536096/Perissotero-fos-sta-mustika-tou-Michanismou-ton-Antikuthiron-apo-Bretanous-kai-Ellines-epistimones

 

 

 

Οι άνθρωποι είναι απρόσμενα παρόμοιοι με τα πρώτα ζώα της Γης. Research shows we're surprisingly similar to Earth's first animals

Σύμφωνα με έρευνα του UC Riverside, θαλάσσια όντα 555 εκατομμυρίων ετών από την Εδιακρανική Περίοδο μοιράζονται γονίδια με τα σημερινά πλάσματα του ζωικού βασιλείου- μεταξύ των οποίων και ο άνθρωπος. The earliest multicellular organisms may have lacked heads, legs, or arms, but pieces of them remain inside of us today, new research shows. According to a new study, 555-million-year-old oceanic creatures from the Ediacaran period share genes with today's animals, including humans. Recreation of Ediacaran sealife displayed at the Smithsonian Institution. Credit: Ryan Somma

Οι πρώιμοι πολυκυτταρικοί οργανισμοί μπορεί να μην είχαν κεφάλια, πόδια ή χέρια, ωστόσο τμήματά τους παραμένουν μέσα μας σήμερα, όπως δείχνουν νέες έρευνες.

Σύμφωνα με έρευνα του UC Riverside, θαλάσσια όντα 555 εκατομμυρίων ετών από την Εδιακρανική Περίοδο μοιράζονται γονίδια με τα σημερινά πλάσματα του ζωικού βασιλείου- μεταξύ των οποίων και ο άνθρωπος.

Dickinsonia fossils. Credit: © Alizada Studios / stock.adobe.com

«Κανένα δεν είχε κεφάλι ή σκελετό. Πολλά πιθανώς έμοιαζαν με τρισδιάστατα χαλάκια στον πυθμένα της θάλασσας, στρογγυλοί δίσκοι» είπε η Μαίρη Ντρόσερ, καθηγήτρια γεωλογίας στο UCR. «Αυτά τα πλάσματα είναι τόσο περίεργα και τόσο διαφορετικά, που είναι δύσκολο να τα κατατάξουμε σε σύγχρονες κατηγορίες ζωντανών οργανισμών απλά και μόνο κοιτώντας τα, και δεν είναι ότι μπορούμε να εξάγουμε το DNA τους- δεν μπορούμε».

Paleontologist Scott Evans studying fossils in the Australian outback. (Droser Lab/UCR)

Ωστόσο καλοδιατηρημένα ιστορικά απολιθωμάτων επέτρεψαν στη Ντρόσερ και τον πρώτο συντάκτη της έρευνας, Σκοτ Έβανς, να συνδέσουν την εμφάνιση των ζώων και τις πιθανές συμπεριφορές με γενετικές αναλύσεις σημερινών ζωντανών πλασμάτων. Τα αποτελέσματα αυτών των συνδέσεων δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Proceedings of the Royal Society B.

Για την ανάλυσή τους, οι ερευνητές εξέτασαν τέσσερα ζώα αντιπροσωπευτικά των άνω των 40 αναγνωρισμένων ειδών που έχουν ταυτοποιηθεί από την Εδιακρανική Περίοδο. Τα πλάσματα αυτά ποικίλλουν σε μέγεθος, από μερικά χιλιοστά μέχρι και σε μήκος περίπου ενός μέτρου.

Fossil of Kimberella quadrata. Credit: Arkhangelsk Regional Museum

Τα Kimberella ήταν πλάσματα με σχήμα που θυμίζει δάκρυ, με μια ευρεία, στρογγυλή πλευρά και μια στενή, που πιθανότατα έψαχνε για τροφή στον πυθμένα με μια προβοσκίδα.

Reconstruction of Kimberella quadrata. Credit: Oleg Kuznetsov - http://3depix.com/ 3D Epix Inc.

Επιπλέον, μπορούσαν να μετακινούνται χρησιμοποιώντας ένα «μυώδες πόδι» σαν τα σημερινά σαλιγκάρια.

Fossil of Dickinsonia, an Ediacaran-era animal. (Mary Droser/UCR)

Η έρευνα περιελάμβανε επίπεδα, σε οβάλ σχήμα Dickinsonia, με μια σειρά από ανυψωμένα τμήματα στην επιφάνειά τους, και Tribrachidium, που περνούσαν τις ζωές τους ακίνητα στον πάτο του ωκεανού.

An artist's rendering of Ikaria wariootia. (Sohail Wasif/UCR)

Επίσης αναλύθηκαν Ikaria, ζώα που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα από μια ομάδα στην οποία συμμετείχαν οι Έβανς και Ντρόσερ. Είχαν περίπου το μέγεθος και σχήμα ενός κόκκου ρυζιού και αντιπροσώπευαν τα πρώτα αμφίπλευρα συμμετρικά ζώα, με εμπρόσθιο τμήμα, οπίσθιο και ανοίγματα στα άκρα.

Ikaria wariootia impressions in stone. (Droser Lab/UCR)

Ο Έβανς λέει πως πιθανώς τα Ikaria να είχαν στόματα, αν και δεν έχουν σωθεί σε απολιθώματα, και προχωρούσαν στην οργανική ύλη «τρώγοντας καθώς κινούνταν».

Και τα τέσσερα ζώα ήταν πολυκύτταρα, με κύτταρα διαφορετικών τύπων. Τα πιο πολλά είχαν συμμετρία στην αριστερή και τη δεξιά τους πλευρά, καθώς και μη επικεντρωμένα νευρικά συστήματα και μυϊκές δομές. Επιπρόσθετα φαίνεται πως ήταν σε θέση να επισκευάζουν τραυματισμένα μέλη μέσω μιας διαδικασίας που είναι γνωστή ως απόπτωση. Τα ίδια γονίδια που εμπλέκονται αποτελούν βασικά στοιχεία των ανθρώπινων ανοσοποιητικών συστημάτων, που βοηθά στην αντιμετώπιση μολυσμένων από ιούς και προκαρκινικών κυττάρων.

Τα ζώα αυτά πιθανότατα είχαν τα γενετικά τμήματα που είναι υπεύθυνα για τα κεφάλια και τα αισθητήρια όργανα που συνήθως βρίσκονται εκεί. Ωστόσο η πολυπλοκότητα της αλληλεπίδρασης μεταξύ αυτών των γονιδίων που θα οδηγούσε σε τέτοια χαρακτηριστικά δεν έχει επιτευχθεί ακόμα. «Το ότι μπορούμε να πούμε πως αυτά τα γονίδια λειτουργούσαν σε κάτι που δεν υπάρχει εδώ και μισό δισεκατομμύριο χρόνια είναι συναρπαστικό για εμένα» είπε ο Έβανς.

Πηγές: Scott D. Evans, Mary L. Droser, Douglas H. Erwin. Developmental processes in Ediacara macrofossils. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2021; 288 (1945): 20203055 DOI: 10.1098/rspb.2020.3055 - https://news.ucr.edu/articles/2021/03/08/research-shows-were-surprisingly-similar-earths-first-animals - https://www.naftemporiki.gr/story/1701724/ereuna-oi-anthropoi-einai-aprosmena-paromoioi-me-ta-prota-zoa-tis-gis