O «Κολοσσός» της διαστημικής εξερεύνησης. Colossus telescope to seek out exoplanet 'footprints'

Το γιγάντιο κάτοπτρο του κολοσσού θα αποτελείται από λεπτά επιμέρους κάτοπτρα διαμέτρου 8 μέτρων. Bigger and better: The 74 m Colossus telescope, if built, would use 60 mirrors each 8 m in diameter to study the atmospheres of exoplanets. (Colossus Consortium/Dynamic Structures Ltd)

Ας ελπίσουμε ότι οι μητροπόλεις των εξωγήινων θα είναι θερμές σαν το λεκανοπέδιο Αττικής: Πανεπιστήμια και άλλα ιδρύματα σε όλο τον κόσμο προωθούν την κατασκευή του «Κολοσσού», ενός γιγάντιου οπτικού τηλεσκοπίου ικανού να αναλύει τις ατμόσφαιρες εξωπλανητών αλλά και να εντοπίζει εξωγήινες πόλεις από την υπέρυθρη ακτινοβολία τους.

Το σχέδιο

Colossus will be able to detect extraterrestrial civilizations without us announcing our existence and location. (Credit: Colossus Consortium)

Το Colossus, του οποίου η κατασκευή δεν έχει ακόμα πάρει το πράσινο φως, εκτιμάται ότι θα κοστίσει γύρω στο 1 δισ. δολάρια και θα έχει σύνθετο κάτοπτρο διαμέτρου 74 μέτρων, υπερδιπλάσια σε σχέση με το ισχυρότερο τηλεσκόπιο που έχει κατασκευαστεί ως σήμερα.

Εφόσον βρεθούν τα απαιτούμενα κονδύλια «θα μπορούσαμε να κατασκευάσουμε τη τηλεσκόπιο εντός πέντε ετών» σχολίασε ο Τζεφ Κουν του Πανεπιστημίου της Χαβάης, το οποίο συμμετέχει στο σχέδιο.

O Ήλιος, ο Ερμής, η Αφροδίτη, η Γη και ο Άρης όπως θα φαίνονταν με το Colossus από απόσταση 50 ετών φωτός. Οι αποστάσεις μεταξύ των σωμάτων δεν είναι υπό κλίμακα (Credit: Colossus Consortium)

Σύμφωνα με τον ερευνητή, το Colossus δεν θα μπορούσε μεν να απεικονίσει πόλεις ή άλλες κατασκευές με άμεσες παρατηρήσεις, θα ήταν όμως ικανό να ανιχνεύσει έμμεσες ενδείξεις από απόσταση 60 έως 70 ετών φωτός.

According to the researchers, the alternate method would be to use a very large telescope designed to pick up infrared radiation patterns directly from an exoplanet. This new observation technique might possibly be the key to discovering intelligent life.

Οι ερευνητές υποθέτουν ότι οι εξωγήινες πόλεις θα διακρίνονται στις υπέρυθρες εικόνες ως νησίδες θερμότητας, όπως συμβαίνει με τις πόλεις και τις βιομηχανικές περιοχές της Γης. Οι τεχνητές κατασκευές θα ήταν πιθανότατα δυνατό να διακριθούν από τις φυσικές πηγές θερμότητας, όπως τα ηφαίστεια, επειδή παρουσιάζουν μικρότερη διαφορά θερμοκρασίας σε σχέση με τη θερμότητα του υποβάθρου (τη θερμότητα του περιβάλλοντος).

Ακόμα κι έτσι όμως ο Κολοσσός θα έχει τους περιορισμούς του, παραδέχεται ο Δρ Κουν: «Θα ήταν δυνατό να μπερδευτούμε στις περιπτώσεις πλανητών που καλύπτονται μόνιμα από νέφη» επισημαίνει. Επιπλέον, η μέθοδος θα ήταν σχεδόν άχρηστη στην περίπτωση εξωγήινων πολιτισμών που κατανέμουν τους πληθυσμούς τους και τις πηγές θερμότητας ομοιόμορφα στην επιφάνεια του πλανήτη.

Τοποθεσία για το προτεινόμενο τηλεσκόπιο δεν έχει ακόμα επιλεχθεί, είναι όμως πιθανό να είναι τα όρη του Σαν Πέντρο Μάρτιρ στο Μεξικό.

Στο σχέδιο συμμετέχουν ακόμα το Εθνικό Πανεπιστήμιο του Μεξικού, το Ινστιτούτο Ηλιακής Φυσικής Kiepenheuer στη Γερμανία, το Πανεπιστήμιο Τοκόχου της Ιαπωνίας, το Πανεπιστήμιο της Λιόν στη Γαλλία και η εταιρεία Innovative Optics. Λεπτομέρειες για το σχεδιασμό του τηλεσκοπίου δημοσιεύτηκαν φέτος στα περιοδικά «Physics World» και «Astronomy».

H γέφυρα Einstein - Rosen. Einstien - Rosen Bridge & Black Holes

To 1935, o Einstein δημοσίευσε μια εργασία με τον συνεργάτη του Nathan Rosen , στην οποία επιχείρησαν να αποδείξουν ότι οι ιδιομορφίες Schwarzschild δεν υπήρχαν.

Χρησιμοποιώντας ένα μαθηματικό τέχνασμα, που είναι γνωστό ως μετασχηματισμός συντεταγμένων, κατάφεραν να διατυπώσουν εκ νέου τη μαθηματική λύση του Schwarzschild σε τέτοια μορφή ώστε να μην περιέχει ένα σημείο στο οποίο σταματούσαν ο χώρος και ο χρόνος.

Όμως αυτή η εναλλακτική μορφή ήταν εξίσου παράξενη. Οι δυο επιστήμονες έδειξαν ότι η ιδιομορφία γινόταν μια γέφυρα που συνέδεε το Σύμπαν μας με … ένα παράλληλο σύμπαν!

Δεν πρόκειται για το είδος του παράλληλου σύμπαντος που θα είχε αποκοπεί από το δικό μας ως αποτέλεσμα της κβαντικής μηχανικής. Αυτός ο σύνδεσμος μεταξύ των συμπάντων έγινε γνωστός ως γέφυρα Einstein – Rosen και ήταν, για τον Einstein, μια αμιγώς θεωρητική άσκηση γεωμετρίας, στην οποία δυο χωρόχρονοι ενώνονταν μεταξύ τους. O Einstein δεν πίστευε στην ύπαρξη μιας τέτοιας γέφυρας, όπως δεν πίστευε και στην πραγματική ύπαρξη των ιδιομορφιών. Επρόκειτο απλά για μια εκκεντρικότητα των μαθηματικών της γενικής σχετικότητας. (…)

H περίληψη της δημοσίευσης των Einstein – Rosen στο Physical Review (κλικ πάνω στην εικόνα για μεγέθυνση).

Ο λόγος για τον οποίο, στην δεκαετία του 1930, κανείς δεν ήταν πολύ ενθουσιασμένος με την γέφυρα Einstein – Rosen ήταν ότι δεν θα μπορούσε ποτέ να χρησιμοποιηθεί ως πρακτικό μέσο για τη μετάβαση σε ένα άλλο σύμπαν.

Ένας τρόπος για να καταλάβουμε πως σχηματίζεται μια γέφυρα Einstein – Rosen είναι να φανταστούμε μια ιδιομορφία στο σύμπαν μας συνδεδεμένη με μια ιδιομορφία σ’ ένα παράλληλο σύμπαν. Μήπως αυτό είναι που θα συμβεί αν πέσουμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα;

Click on the button to see an animation of the Earth in orbit around a black hole. The animation nicely illustrates gravitational lensing. The black hole here is taken to have a radius equal to that of the Earth, which requires that the mass of the black hole be about 2,000 suns. The Earth orbits at 3 Schwarzschild radii (the minimum stable circular orbit), and we observe at rest from a distance of 5 Schwarzschild radii. For these parameters, we would see the Earth orbit the black hole 80 times per second. This animation is not realistic! The Earth would be tidally torn apart in about one orbit if it were orbiting this close to a black hole of this mass. Notice that when the Earth recedes from us, it appears reddish (redshifted) and slowed, and conversely when the Earth approaches us it appears blue (blueshifted) and speeded up. The background to this animation is the 2-Micron All Sky Survey (2MASS).

Φανταστείτε τις κάπως σαν την μεταθανάτια ζωή. Κανείς δεν γνωρίζει πραγματικά τι τον περιμένει μετά θάνατον και ομοίως, δεν μπορούμε να είμαστε βέβαιοι για το τι θα μας συμβεί όταν πέσουμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα, παρά μόνον αφού το κάνουμε.

Ακόμη και τότε δεν θα είμαστε σε θέση να αναμεταδώσουμε τα νέα πίσω σε εκείνους που περιμένουν έξω από τον ορίζοντα των γεγονότων. Ως επιστήμων θέλω να πιστεύω ότι γνωρίζουμε λίγο περισσότερα σχετικά με τις μαύρες τρύπες απ’ ότι σχετικά με τη μεταθανάτια ζωή, αφού τουλάχιστον οι πρώτες υπακούουν σε μαθηματικές εξισώσεις!

Επομένως, γιατί η γέφυρα Einstein – Rosen δεν είναι κατάλληλη ως μέσον προκειμένου να μεταβούμε σε ένα άλλο σύμπαν;

Λοιπόν, αρχικά υπάρχει ο ορίζοντας των γεγονότων.

Being massive, you cannot travel at the speed of light (it would take you an infinite amount of energy to accelerate to the speed of light). But you could go almost the speed of light. If, going at almost the speed of light, you went into circular orbit just above the photon sphere, it would look like this.

Από τη στιγμή που πηδάτε μέσα σε μια μαύρη τρύπα, δεν μπορείτε πλέον να επιστρέψετε. Βεβαίως, προκειμένου να βγείτε από την άλλη πλευρά της, η μαύρη τρύπα πρέπει να συνδέεται με μια λευκή τρύπα. Υπενθυμίζουμε ότι πρόκειται για το αντίθετο μιας μαύρης τρύπας από την οποία η ύλη εξέρχεται αντί να εισέρχεται. Συνεπώς οι λευκές τρύπες πρέπει να περιβάλλονται από το αντίθετο ενός ορίζοντα γεγονότων, αυτό που αποκαλούμε αντι-ορίζοντα, ο οποίος επιτρέπει τη μονόδρομη κίνηση προς τα έξω αλλά ποτέ προς τα μέσα.

Δυστυχώς οι αντι – ορίζοντες είναι πολύ ασταθείς και μετατρέπονται σε κανονικούς ορίζοντες σε δευτερόλεπτα μετά το σχηματισμό τους. Έτσι, αφού διασχίσετε τον ορίζοντα γεγονότων της αρχικής μαύρης τρύπας, θα διαπιστώσετε ότι υπάρχει ένας δεύτερος ορίζοντας των γεγονότων, ο οποίος εμποδίζει την έξοδό σας από το άλλο άκρο. Φανταστείτε έναν κρατούμενο σε ένα κελί που ανακαλύπτει μια σήραγγα κάτω από το κρεβάτι του, η οποία οδηγεί υπόγεια για λίγα μέτρα σε ένα επίσης κλειδωμένο, κελί.

Το κύριο πρόβλημα με τη γέφυρα Einstein – Rosen είναι η εξαιρετική αστάθειά της. Η σύνδεση μπορεί να επιβιώσει μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου προτού αποκοπεί εντελώς.

Ουσιαστικά, η διάρκεια της γέφυρας είναι τόσο μικρή, ώστε ούτε το φως δεν προλαβαίνει να τη διασχίσει.

Έτσι, αν κάποτε πηδήξετε μέσα στη μαύρη τρύπα με την ελπίδα να τη διασχίσετε, θα συλληφθείτε οπωσδήποτε από την ιδιομορφία, και σίγουρα το τελευταίο πράγμα που επιθυμείτε είναι να συμπιεστεί το σώμα σας σε μέγεθος πολύ μικρότερο από εκείνο του ατόμου.

Όλα αυτά προϋποθέτουν ότι δεν σας έχουν διαμελίσει οι παλιρροϊκές δυνάμεις προτού φθάσετε στην ιδιομορφία. Προκειμένου απλά και μόνο να επιβιώσετε καθώς διασχίζετε τον ορίζοντα, η μαύρη τρύπα πρέπει να διαθέτει τεράστια μάζα. (…)

John Wheeler taught at Princeton University. (new york times/file 1967)

To 1955, o John Archibald Wheeler,  ένας από τους μεγαλύτερους φυσικούς του εικοστού αιώνα (αυτός επινόησε τον όρο μαύρη τρύπα) δημοσίευσε μια εργασία με την οποία έδειξε για πρώτη φορά ότι δεν είναι απαραίτητο μια σήραγγα στον χωρόχρονο να συνδέει το σύμπαν μας με κάποιο άλλο παράλληλο σύμπαν, αλλά ότι μπορεί να καμπυλώνεται (όπως η λαβή ενός φλιτζανιού του καφέ) έτσι ώστε να συνδέει δυο διαφορετικές περιοχές του δικού μας σύμπαντος. Πρόκειται για μια σήραγγα που προέκυψε από το συνηθισμένο χωρόχρονο και που παρέχει μια εναλλακτική διαδρομή μεταξύ των δυο «στομίων» της μέσω μιας μεγαλύτερης διάστασης.

Δυο χρόνια αργότερα σε μια εργασία – ορόσημο περί «γεωμετροδυναμικής», που σημαίνει τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο μεταβάλλεται και εξελίσσεται η γεωμετρία ή το σχήμα του χώρου, ο Wheeler εισήγαγε στο ιδιόλεκτο της φυσικής τον όρο «σκουληκότρυπα». Βεβαίως η εργασία του εξακολουθούσε να είναι αμιγώς θεωρητική. Σκοπός της ήταν η κατανόηση των σχημάτων που μπορεί να πάρει ο χωρόχρονος και δεν είχε καμία σχέση με το πώς μπορούν οι άνθρωποι να ταξιδέψουν μέσα στις σκουληκότρυπες.

Ουσιαστικά, οι σκουληκότρυπες που ενδιέφεραν τον Wheeler ήταν μικροσκοπικές. Μελετούσε τη δομή του χωροχρόνου στην ελάχιστη δυνατή κλίμακα όπου, σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, τα πάντα γίνονται ασαφή και αβέβαια. Στο επίπεδο αυτό ακόμη και ο χωρόχρονος γίνεται αφρώδης και είναι δυνατός ο τυχαίος σχηματισμός κάθε παράξενου είδους σχήματος και δομής (κβαντικές σκουληκότρυπες).

Το 1963, ο νεοζηλανδός μαθηματικός Roy Kerr  ανακάλυψε ότι οι εξισώσεις του Einstein προέβλεπαν την ύπαρξη ενός εντελώς νέου είδους μαύρης τρύπας: της περιστρεφόμενης, παρόλο που και ο ίδιος δεν είχε αντιληφθεί αυτήν την ιδιότητά τους στην αρχή.

Αργότερα η επιστημονική κοινότητα συνειδητοποίησε πως η λύση του Kerr εφαρμοζόταν σε οποιονδήποτε περιστρεφόμενο αστέρα που είχε καταρρεύσει σχηματίζοντας μια μαύρη τρύπα και ότι, αφού όλοι οι αστέρες περιστρέφονται γύρω από τους άξονές τους με διάφορους ρυθμούς, οι μαύρες τρύπες του Kerr ήταν πιο γενικές και πιο ρεαλιστικές από τις μη περιστρεφόμενες του Schwarzschild.

Επιπλέον, μια μαύρη τρύπα περιστρέφεται πιο γρήγορα από τον αρχικό αστέρα από τον οποίο έχει προκύψει, επειδή είναι πιο συμπαγής από αυτόν.

I imagine that if, in the distant future, human beings visit the black hole at the center of the Milky Way, they will go into an unstable circular orbit around it. Click on the button to see what things look like on an the unstable circular orbit at 2 Schwarzschild radii. If the black hole's mass is that of the supermassive black hole at the center of the Milky Way, then it would take approximately ten minutes to orbit the black hole in this orbit. Just right for a quick tour! On this unstable orbit, a short forward burst on your thrusters would send you back out into space, while a short retro burst would send you into the black hole.

Μεγάλο ενδιαφέρον αναφορικά με τα αποτελέσματα των υπολογισμών του Kerr παρουσίαζε η φύση της ιδιομορφίας στο κέντρο μιας τέτοιας μαύρης τρύπας. Δεν επρόκειτο πλέον για ένα σημείο όπως εκείνο στο κέντρο της μαύρης τρύπας τύπου Schwarzschild, αλλά για έναν δακτύλιο. Το σύνολο της ύλης βρίσκεται συγκεντρωμένο στην περίμετρο του δακτυλίου, ο οποίος έχει σχεδόν μηδενικό πάχος, συνεπώς σχεδόν άπειρη πυκνότητα. Το κέντρο του δεν είναι παρά σχεδόν κενός χώρος. Μια τέτοια δακτυλιοειδής ιδιομορφία θα μπορούσε, αναλόγως της μάζας και της στροφορμής της, να διαθέτει μια επαρκώς μεγάλη διάμετρο ώστε να μπορούν να τη διασχίσουν οι άνθρωποι ακόμη και μαζί με τα διαστημόπλοιά τους (Συνεπώς οι ιδιομορφίες είναι πιο γενικά αντικείμενα και όχι απλώς σημεία. Μια ιδιομορφία βρίσκεται οπουδήποτε υπάρχει ένα άκρο του χωροχρόνου. Έτσι, στο μοντέλο της δισδιάστατης επιφάνειας, οποιαδήποτε τομή συνιστά μια ιδιομoρφία.)

Ο αστροφυσικός John Miller του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης έχει επισημάνει ότι, ενώ η λύση του Kerr αναπαριστά κατά μοναδικό τρόπο τις ιδιότητες του χωροχρόνου στο εξωτερικό οποιασδήποτε στάσιμης περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας, δεν υπάρχει ως τώρα καμία ένδειξη ότι η λύση αυτή περιγράφει με σωστό τρόπο τι συμβαίνει στο εσωτερικό του ορίζοντα, συμπεριλαμβανομένων όσων σχετίζονται με τη δακτυλιοειδή ιδιομορφία. 

Πρόκειται απλώς για μια πιθανή εικόνα του εσωτερικού μιας μαύρης τρύπας. Σύμφωνα με τον Miller, τέτοιες περιγραφές θα έπρεπε να συνοδεύονται από μια προειδοποίηση του υπουργείου υγείας ανάλογη με εκείνη στα πακέτα των τσιγάρων.

Με τι μοιάζει μια μαύρη τρύπα Kerr;

Κατ’ αρχήν, η δακτυλιοειδής ιδιομορφία διαφέρει από την σημειακή ιδιομορφία του Schwarzschild κατά πολλούς τρόπους. Για παράδειγμα, μια δακτυλιοειδής ιδιομορφία διαθέτει έναν δεύτερο, εσωτερικό, ορίζοντα που ονομάζεται ορίζοντας Cauchy και περιβάλλει την ιδιομορφία. Βεβαίως, από τη στιγμή που διασχίζετε τον εξωτερικό ορίζοντα δεν υπάρχει για σας επιστροφή. Όμως, θα είστε σε θέση τουλάχιστον να δείτε φως από το εξερχόμενο σύμπαν, παρόλο που θα είναι καμπυλωμένο και εστιασμένο λόγω της βαρύτητας της μαύρης τρύπας. Ο ορίζοντας Cauchy σηματοδοτεί το σύνορο στο εσωτερικό του οποίου δεν θα βλέπετε πλέον φως από το εξωτερικό σύμπαν.

As you fall through the horizon, at 1 Schwarzschild radius, something quite unexpected happens. You thought you were going to fall through the red grid that supposedly marks the horizon. But no. The red grid still stands off ahead of you.

Τώρα αυτά ίσως ηχούν αρκετά λογικά, εκ πρώτης όψεως τουλάχιστον, όμως μην αυταπατάστε. Οι μαύρες τρύπες συνιστούν τόσο απόκοσμα μέρη ώστε τίποτα δεν είναι απόλυτα σαφές. Μια από τις παράξενες προβλέψεις στα μαθηματικά της μαύρης τρύπας είναι αυτό που συμβαίνει στο φως που βλέπετε από το εξωτερικό σύμπαν καθώς πλησιάζετε προς τον ορίζοντα Cauchy. Επειδή ο δικός σας χρόνος κυλά ολοένα και πιο αργά, ο χρόνος στο εξωτερικό επιταχύνεται έως ότου, στον ορίζοντα Cauchy, ο εξωτερικός χρόνος αρχίζει να τρέχει με άπειρη ταχύτητα, οπότε τη στιγμή που διασχίζετε τον ορίζοντα θα δείτε κυριολεκτικά ολόκληρο το μέλλον του σύμπαντος να εμφανίζεται εμπρός σας. Θεωρώ πως πρόκειται για κάτι τελείως το διεστραμμένο: αντί να δείτε, όπως περιμένετε ολόκληρο το παρελθόν σας να εκτυλίσσεται μπροστά στα μάτια σας, βλέπετε ολόκληρο το μέλλον.

Προκειμένου να βεβαιωθώ ότι δεν προσβάλλω τους φανατικούς υποστηρικτές της μαύρης τρύπας, οφείλω να προσθέσω ότι στην πραγματικότητα δεν θα έχετε μια προνομιούχο εικόνα του μέλλοντος του σύμπαντος, διότι το σύνολο του φωτός που θα εισέλθει στην μαύρη τρύπα θα πρέπει να φτάσει ολόκληρο στη διάρκεια ενός κλάσματος δευτερολέπτου.

Το εισερχόμενο φως θα συμπιεστεί προς το μπλε άκρο του φάσματος. Κι αυτό είναι το αντίθετο από αυτό που βλέπει ένας παρατηρητής από το εξωτερικό μιας μαύρης τρύπας κοιτάζοντας το φως να εισέρχεται.

Γι αυτόν το χρώμα του φωτός μετατοπίζεται προς το ερυθρό. Καθώς πλησιάζετε τον ορίζοντα Cauchy, θα παρατηρήσετε ότι το φως μετατοπίζεται ολοένα και περισσότερο προς το μπλε, δηλαδή προς υψηλότερες συχνότητες, γεγονός που συνεπάγεται επίσης ότι η ενέργεια του φωτός αυξάνεται με αποτέλεσμα κυριολεκτικά να ψηθείτε από την τελική έκρηξη ακτινοβολίας άπειρης ενέργειας.

Λυπάμαι. Βεβαίως, όλα αυτά προϋποθέτουν ότι έχετε επιβιώσει από τις βαρυτικές παλιρροϊκές δυνάμεις, οι οποίες έχουν την τάση να σας εκτείνουν και να σας διαμελίσουν προτού φτάσετε στον ορίζοντα Kerr.(…)

Jim Al-Khalili, «ΣΚΟΥΛΗΚΟΤΡΥΠΕΣ, μαύρες τρύπες & ΧΡΟΝΟΜΗΧΑΝΕΣ», εκδόσεις Π. ΤΡΑΥΛΟΣ, 2001

Πυρηνικές βόμβες φωτίζουν τα μυστήρια του εγκεφάλου. Atomic Bombs Help Solve Brain Mystery

Οι πυρηνικές βόμβες λύνουν το μυστήριο της γέννησης νέων νευρώνων. Nuclear fallout. Radioactive carbon-14 atoms released by atomic bombs are helping scientists determine the birthdays of new neurons in the hippocampus (inset). Credit: Spalding et al., Cell (2013);(inset) Weissman, Livet, Sanes, and Lichtman/Harvard University

Μπορεί μια ατομική βόμβα να έχει σχέση με τον εγκέφαλο και μάλιστα ενός ανθρώπου που γεννήθηκε δεκαετίες μετά την έκρηξή της; Όσο κι αν φαίνεται παράξενο, μια διεθνής επιστημονική ομάδα χρησιμοποίησε στοιχεία από τις πυρηνικές δοκιμές του Ψυχρού Πολέμου στις δεκαετίες του ΄50 και του ΄60 για να αποδείξει ότι οι εγκέφαλοι των ενήλικων ανθρώπων συνεχίζουν να γεννούν νέα κύτταρα (νευρώνες).

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Γιόνας Φρίζεν και την Κίρστι Σπάλντινγκ του σουηδικού πανεπιστημιακού Ινστιτούτου Καρολίνσκα της Στοκχόλμης, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό βιολογίας «Cell» (Κύτταρο), σύμφωνα με το «Science», θέλησαν να δώσουν μια οριστική απάντηση στο επίμαχο έως τώρα ερώτημα αν ο ενήλικος εγκέφαλος γεννά νέα κύτταρα, κάτι που έχει αποδειχτεί σε πειραματόζωα, αλλά όχι στους ανθρώπους με βεβαιότητα.

Εδώ και χρόνια είναι γνωστό ότι οι νευρώνες, υπό την επίδραση των νέων εμπειριών και του ερεθισμάτων του περιβάλλοντος, δημιουργούν συνεχώς νέες διασυνδέσεις (συνάψεις) μεταξύ τους καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής (η λεγόμενη «πλαστικότητα» του εγκεφάλου). Όμως δεν ήταν εξίσου σίγουρο ότι νέα νευρικά κύτταρα δημιουργούνται εκ του μηδενός από τη γέννηση έως τον θάνατο του ανθρώπου.

A medium spiny neuron with extensive dendrites, or projections that enable it to communicate with other brain cells.

Οι επιστήμονες έδειξαν πλέον ότι όντως ένας σημαντικός αριθμός νέων νευρώνων δημιουργείται καθημερινά στον ιππόκαμπο, τη ζωτική για τη συνειδητή μνήμη και τη μάθηση, περιοχή του εγκεφάλου. Η τεχνική τους ήταν πολύ πρωτότυπη, επειδή βασίστηκε στη μέτρηση της ποσότητας του άνθρακα-14 που έχει εισέλθει στον οργανισμό των ανθρώπων, εξαιτίας των αλλεπάλληλων επιφανειακών πυρηνικών δοκιμών που έγιναν πριν από περίπου μισό αιώνα.

«Εθεωρείτο για πολύ καιρό ότι γεννιόμαστε με έναν ορισμένο αριθμό νευρώνων και ότι δεν είναι δυνατό να αποκτήσουμε νέους νευρώνες μετά τη γέννησή μας. Δείχνουμε τώρα για πρώτη φορά ότι υπάρχει σημαντική νευρογένεση στον ανθρώπινο ιππόκαμπο σε όλη τη διάρκεια της ζωής», δήλωσε ο Φρίζεν.

Image: Spalding et al./Cell

Οι ερευνητές αξιοποίησαν το γεγονός ότι οι πάνω από 500 πυρηνικές δοκιμές, ιδίως των ΗΠΑ, κατά την περίοδο 1945-1962, απελευθέρωσαν στην ατμόσφαιρα διπλάσιες ποσότητες του ραδιενεργού ισοτόπου άνθρακα-14. Όμως μετά το 1963, όταν απαγορεύτηκαν διεθνώς οι δοκιμές, ο άνθρακας-14 στον αέρα μειώνεται σταδιακά με ένα συγκεκριμένο ρυθμό.

Όταν οι άνθρωποι τρώνε ζώα και φυτά, απορροφούν αυτόν τον άνθρακα στο σώμα τους και στον εγκέφαλό τους. Κάθε φορά που ένα κύτταρο διαιρείται, χρησιμοποιεί αυτό τον άνθρακα και τον ενσωματώνει στο DNA των νέων κυττάρων που προκύπτουν. Η αναλογία ανάμεσα στο ασταθές ισότοπο του άνθρακα-14 και στο πιο σταθερό ισότοπο του άνθρακα-12 δείχνει πότε ένα κύτταρο έχει γεννηθεί. Έτσι, η ύπαρξη του ραδιενεργού άνθρακα επιτρέπει να γίνει υπολογισμός της χρονολογίας γέννησης νέων νευρώνων με μια τεχνική ανάλογη με αυτή που χρησιμοποιούν οι αρχαιολόγοι για να χρονολογήσουν ένα εύρημα με τη βοήθεια του άνθρακα-14.

Κάνοντας νεκροψίες σε 55 πεθαμένους ανθρώπους (που είχαν δώσει εκ των προτέρων τη συγκατάθεσή τους) και μετρώντας τη συγκέντρωση άνθρακα-14 στο DNA των εγκεφαλικών νευρώνων, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όλα τα εγκεφαλικά κύτταρα δεν έχουν την ίδια ηλικία, αλλά πάνω από το ένα τρίτο ανανεώνονται τακτικά στη διάρκεια της ζωής. Εκτιμάται ότι περίπου 1.400 νέοι νευρώνες προστίθενται κάθε μέρα στους ενήλικους και αυτός ο ρυθμός μειώνεται ελαφρά με το πέρασμα του χρόνου. Επειδή, παράλληλα, μερικοί νευρώνες του ιππόκαμπου πεθαίνουν κάθε μέρα, τελικά ο συνολικός αριθμός τους διατηρείται λίγο-πολύ σε ισορροπία.

Η επιβεβαίωση της αέναης δημιουργίας εγκεφαλικών κυττάρων μπορεί να έχει και ιατρικές προεκτάσεις. Οι ψυχίατροι υποπτεύονται ότι ορισμένες παθήσεις, όπως η κατάθλιψη, οφείλονται σε μειωμένη νευρογένεση στην περιοχή του ιππόκαμπου. Η νέα έρευνα θα μπορούσε, μεταξύ άλλων, να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών αντικαταθλιπτικών φαρμάκων.

«Τρύπες» στον χρόνο. Scientists create device that tears a hole in time, enabling undetectable secret messages to be sent (so long as you do it in 0.00012 of a second)

A 'time cloak' which bends light to tear holes in time itself has been created by scientists. The device can hide a continuous stream of events at telecommunications data rates.

Όλοι, λίγο - πολύ, έχουμε στο παρελθόν μας στιγμές για τις οποίες δεν είμαστε και τόσο υπερήφανοι. Το όνειρο του να μπορούσαμε να τις διαγράψουμε μια για πάντα φαίνεται ότι δεν ανήκει πλέον απόλυτα στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας. Ερευνητές κατόρθωσαν να δημιουργήσουν έναν μανδύα χρονικής αορατότητας - μπόρεσαν δηλαδή να «κρύψουν» ένα γεγονός κάνοντας αόρατη την εμφάνισή του στον χρόνο. Η ανάπτυξη ενός πρακτικά λειτουργικού τέτοιου μανδύα βρίσκεται βεβαίως ακόμη κυριολεκτικά στα σπάργανα - αυτό σημαίνει ότι η δυνατότητα διαγραφής του «βρώμικου» παρελθόντος ή και παρόντος σας, αν υπάρχει, μετατίθεται για το πολύ μακρινό μέλλον. Πολύ πιο σύντομα όμως η τεχνική μάλλον θα μας προσφέρει απόλυτη ασφάλεια στη μεταφορά πληροφοριών και καλύτερης ποιότητας δεδομένα.

Η ιδέα της χρονικής αορατότητας είναι πολύ καινούργια - μόλις μερικών ετών. Προτάθηκε το 2010 από τον φυσικό του Imperial College του Λονδίνου Μάρτιν Μακ Κολ και τους συνεργάτες του. «Πατώντας» επάνω στις αρχές για τους οπτικούς μανδύες αορατότητας οι οποίοι κάνουν αόρατα τα αντικείμενα στον χώρο κατευθύνοντας τις ακτίνες του φωτός γύρω από αυτά, οι επιστήμονες του Imperial είχαν υποστηρίξει ότι θα μπορούσε κάποιος να κάνει αόρατα τα γεγονότα «χωρίζοντας» και ξαναενώνοντας τα κύματα του φωτός έτσι ώστε να δημιουργήσει μικρούς «θυλάκους» (κατ' άλλους «παράθυρα» ή «τρύπες») στον χρόνο.

Η πρόταση αυτή εκινείτο ωστόσο στο καθαρά θεωρητικό επίπεδο. Η πρώτη επιτυχημένη απόπειρα υλοποίησής της σημειώθηκε μόλις πέρυσι, από ερευνητές του Πανεπιστημίου Κορνέλ στις Ηνωμένες Πολιτείες. Τα χρονικά παράθυρα που δημιουργήθηκαν είχαν όμως υπερβολικά μικρή διάρκεια. Τώρα, όπως αναφέρουν με δημοσίευση στην επιθεώρηση «Nature», μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο Περντιού, επίσης στις ΗΠΑ, προχώρησαν ένα βήμα πιο πέρα επιτυγχάνοντας «τρύπες» με ικανοποιητική χρονική διάρκεια.

Οι επιστήμονες κατάφεραν να κρύψουν δεδομένα που αποστέλλονται μέσω οπτικών ινών.

Οι επιστήμονες του Κορνέλ, με επικεφαλής τον Αλεξάντερ Γκαέτα, είχαν δημιουργήσει τον πρώτο λειτουργικό μανδύα χρονικής αορατότητας χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ. Ο δρ Λούκενς και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν την ίδια βασική τεχνική, αλλά επιτάχυναν τον ρυθμό της διαδικασίας της. Για να το επιτύχουν εκμεταλλεύθηκαν το οπτικό φαινόμενο των πλεγμάτων περίθλασης που είναι γνωστό ως «χαλί του Τάλμποτ». Μεταφέροντάς το στη χρονική εκδοχή του «κατηύθυναν» το φως στον χρόνο έτσι ώστε να δημιουργήσουν τακτές περιόδους με μηδενική ένταση φωτός - δηλαδή «χρονικές τρύπες» στις οποίες μπορεί κάποιος να κρύψει δεδομένα. Η διάρκεια των «τρυπών» αυτών ήταν 36 πικοδευτερόλεπτα (36 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου), ενώ ο μανδύας χρονικής αορατότητας που επετεύχθη έκρυψε επιτυχώς δεδομένα τα οποία προσετίθεντο με ρυθμό 12,7 gigabits ανά δευτερόλεπτο.

Ολική διαγραφή

Time cloaking is a way of manipulating electromagnetic radiation in time and space so a collection of events or happenings are concealed from people who are observing from a distance.

Η αξιοσημείωτη επιτυχία έχει ωστόσο και την αρνητική πλευρά της - όπως το θέτει το «Nature» στο ειδησεογραφικό τμήμα του, στην παρούσα μορφή του ο μανδύας είναι υπερβολικά καλός στο… κρύψιμο, αφού «εξαφάνισε» το συμβάν μια για πάντα. «Σβήσαμε το γεγονός της πρόσθεσης δεδομένων τελείως από την Ιστορία, επομένως δεν υπάρχει τρόπος αποστολής των δεδομένων ως μηνύματος σε κάποιον παραλήπτη» εξήγησε ο δρ Λούκενς. Παρ' όλα αυτά ο δρ Μακ Κολ είναι εντυπωσιασμένος από το επίτευγμα και θεωρεί ότι με λίγες τροποποιήσεις η τεχνική μπορεί να επιτρέψει σύντομα την αποστολή απολύτως μυστικών μηνυμάτων. «Φέρνει τους μανδύες χρονικής αορατότητας κοντά στην πρακτική εφαρμογή» δήλωσε, επίσης στο «Nature».

The device could have important implications for sending secret messages via fibre optic cables.

Κάτι τέτοιο, όπως τόνισε ο δρ Λούκενς, θα δημιουργήσει ένα εντελώς νέο επίπεδο στην ασφάλεια της μεταφοράς δεδομένων μέσω των οπτικών ινών. «Δεν εμποδίζει απλώς τους ωτακουστές να διαβάσουν τα δεδομένα σας - δεν μπορούν καν να ξέρουν ότι υπάρχουν δεδομένα για να τα υποκλέψουν» εξήγησε. Η πρώτη πρακτική εφαρμογή των μανδυών του είδους ωστόσο, όπως επισημαίνουν οι επιστήμονες, ίσως δεν θα είναι η απόκρυψη των δεδομένων αλλά η βελτίωση της ποιότητάς τους. Στα πειράματά τους ο δρ Λούκενς και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι ο διαχωρισμός και η επανασύνδεση των κυμάτων του φωτός «προστατεύουν» την κύρια ροή των δεδομένων από αλλοιώσεις. «Αυτό ίσως είναι χρήσιμο για να μειωθούν οι αλλοιώσεις όταν πολλές ροές δεδομένων μοιράζονται την ίδια ίνα» υπογράμμισε ο ειδικός.

Ο δρ Γκαέτα από την πλευρά του συμπλήρωσε: «Ο κόσμος πάντα φαντάζεται κάτι παράνομο όταν ακούει τη λέξη "μανδύας", όμως αυτοί οι τρόποι χειρισμού του φωτός μάλλον θα χρησιμοποιηθούν για να κάνουν τις παρούσες, όχι μυστικές, επικοινωνίες περισσότερο εξελιγμένες».   

Οι «αμμοστρόβιλοι» που φτιάχνουν πλανήτες. 'Dust trap' around young star could be comet factory

Artist’s impression shows the dust trap in the system Oph-IRS 48. The dust trap provides a safe haven for the tiny rocks in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. (Credit: ESO/L. Calçada)

Διεθνής ομάδα επιστημόνων έχει στρέψει τη συστοιχία τηλεσκοπίων ALMA σε ένα νεαρό άστρο γύρω από το οποίο έχει σχηματιστεί ένας δίσκος κοσμικής ύλης. Οι επιστήμονες παρατηρούν τον δίσκο με την ελπίδα ότι θα γίνουν μάρτυρες των πολύπλοκων κοσμικών διεργασιών που συντελούνται εκεί και οδηγούν στη δημιουργία πλανητών. Ήδη έχουν κάνει ορισμένες ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις.

Η κρατούσα θεωρία

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το εσωτερικό των δίσκων ύλης που σχηματίζονται γύρω από άστρα αποτελείται από αέρια και μικροσκοπικούς κόκκους σκόνης. Οι κόκκοι σκόνης ενώνονται συνεχώς μεταξύ τους σχηματίζοντας βραχώδη σώματα με μάζα μέχρι και δέκα φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης. Κάποια από αυτά τα σώματα ξεκινούν να συλλέγουν αέρια από τον δίσκο και τελικά μετατρέπονται σε πυρήνες γιγάντων αερίου όπως ο Δίας.

Οι κοσμικές «αντιφάσεις»

Όμως οι προσομοιώσεις δημιουργίας πλανητών από τους δίσκους ύλης έχουν δημιουργήσει πονοκεφάλους στους επιστήμονες. Τα μοντέλα δείχνουν ότι οι μάζες που αρχίζουν να σχηματίζονται μέσα στον δίσκο όσο περισσότερο διογκώνονται τόσο περισσότερο επιβραδύνεται η ταχύτητα τους καθώς κινούνται μέσα στα αέρια και τη σκόνη. Οι μάζες αυτές σταματούν κάποια στιγμή να περιδιαβαίνουν τον δίσκο και αρχίζουν να κινούνται προς το άστρο. Σύμφωνα με τα μοντέλα η πορεία αυτή έχει δύο πιθανές καταλήξεις. Οι μάζες είτε συγκρούονται μεταξύ τους και διαλύονται είτε μπαίνουν σε μια διαδικασία αυτοκαταστροφικής περιδίνησης.

Τα μοντέλα δείχνουν επίσης ότι όσο πιο μακριά από το άστρο σχηματίζεται μια μάζα τόσο πιο μικρό είναι το μέγεθος της πριν ξεκινήσει να κινείται προς αυτό. Σε άστρα όπως ο Ήλιος, οι μάζες που σχηματίζονται σε αποστάσεις παρόμοιες με αυτή της Γης από το άστρο μας δεν μπορούν να μεγαλώσουν περισσότερο από ένα μέτρο σε διάμετρο. Αυτό σημαίνει ότι σε αποστάσεις όπως αυτές που βρίσκεται ο Ποσειδώνας οι μάζες που θα μπορούσαν να αποτελέσουν πυρήνες ενός πλανήτη δεν μπορούν να αναπτυχθούν περισσότερο από μόλις ένα χιλιοστό.

Η παγίδα της σκόνης

This image from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) shows the dust trap in the disc that surrounds the system Oph-IRS 48. The high asymmetry of the dust emission between the southern and northern part of the disc (at least a factor of 130) is indicative of the presence of such a dust trap. The dust trap provides a safe haven for tiny particles in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Κάποιοι επιστήμονες είναι θιασώτες μια θεωρίας που δίνει λύση σε αυτό το κοσμικό αδιέξοδο. Σύμφωνα με αυτήν, στο εσωτερικό του δίσκου υπάρχουν διαφορές πίεσης οι οποίες δημιουργούν στροβίλους. Οι στρόβιλοι αυτοί παγιδεύουν τη σκόνη και της επιτρέπουν να σχηματίζει μάζες μεγέθους τέτοιου ώστε να μην μπουν σε οποιαδήποτε διαδικασία αυτοκαταστροφής.

Η γιγάντια μάζα

This image from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) shows the dust trap in the disc that surrounds the system Oph-IRS 48. The dust trap provides a safe haven for tiny particles in the disc, allowing them to clump together and grow to sizes that allow them to survive on their own. The green region shows where the larger particles are located (millimetre-sized) and is the dust trap seen discovered by ALMA. The orange ring shows observations of much finer dust particles (micron-sized) using the VISIR instrument on ESO's Very Large Telescope. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Οι ερευνητές έστρεψαν το ALMA στο άστρο Oph IRS 48 και εντόπισαν έναν τέτοιο στρόβιλο στις εξωτερικές περιοχές του δίσκου της ύλης. Παλαιότερες παρατηρήσεις στο συγκεκριμένο άστρο και τον δίσκο του έχουν υποδείξει την παρουσία ενός γιγάντιου σώματος με μάζα δέκα φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Δία. Η μάζα αυτή βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το άστρο και σύμφωνα με τους ειδικούς «καθαρίζει» οτιδήποτε υπάρχει στην περιοχή που κινείται.

Οι ερευνητές παρατηρούν τον δίσκο σε τρία μήκη κύματος, ένα στο οποίο εντοπίζονται μόνο τα αέρια του δίσκου, ένα όπου εντοπίζονται οι κόκκοι σκόνης άνω του ενός χιλιοστού και ένα όπου εντοπίζονται οι μικρότεροι κόκκοι σκόνης. Όπως διαπιστώθηκε οι μεγαλύτερου μεγέθους κόκκοι σκόνης είναι συγκεντρωμένοι σε μια πλευρά του άστρου σε  διάταξη ημισελήνου, γεγονός που πιθανώς οφείλεται στην παρουσία ενός στροβίλου. «Το ενδιαφέρον σε αυτή την έρευνα είναι ότι βρήκαμε έναν δίσκο όπου οι μεγαλύτεροι σε μέγεθος κόκκοι σκόνης είναι συγκεντρωμένοι σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει κάποιος μηχανισμός που τους κρατά εκεί» αναφέρει η Νίνκε βαν ντερ Μάρελ του Αστεροσκοπείου Leiden στην Ολλανδία, μέλος της ερευνητικής ομάδας. H μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».

Όταν ο Ήλιος έπαιρνε ακόμα… μπόι, Young Star Suggests our Sun Was a Feisty Toddler

Καλλιτεχνική άποψη του συστήμτος TW Ύδρας μας δείχνει τι θα βλέπαμε αν μπορούσαμε πλησιάσουμε περισσότερο απ’ ότι μπορούν τα τηλεσκόπια. This artist's conception illustrates what we would see if we could zoom in on the TW Hydrae system. We are viewing the star nearly pole-on, where streamers of gas from the surrounding protoplanetary disk funnel onto the star. Research shows that this growth process, also known as accretion, is clumpy and episodic. By studying TW Hydrae we can learn what our Sun was like when it was only 10 million years old. Credit: David A. Aguilar (CfA)

Η μελέτη ενός άστρου που μοιάζει με τον Ήλιο, είναι όμως πολύ μικρότερο σε ηλικία, δείχνει πώς μπορεί να συμπεριφερόταν το μητρικό μας άστρο όταν ήταν ακόμα νεαρό και ιδιαίτερα βουλιμικό.

To άστρο βρέφος

Artist’s impression of the gas and dust disk around the young star TW Hydrae. New measurements using the Herschel space telescope have shown that the mass of the disk is greater than previously thought. Credit: Axel M. Quetz (MPIA)

Το νεαρό άστρο, με την ονομασία TW της Ύδρας, βρίσκεται στο αστρικό σμήνος της Ύδρας, σε απόσταση 190 ετών φωτός, και έχει ηλικία μόλις δέκα εκατομμυρίων ετών. Ανήκει στην ίδια κατηγορία με τον Ήλιο, αν και η μάζα του είναι 20% μικρότερη.

«Μελετώντας το TW της Ύδρας μπορούμε να παρακολουθήσουμε τι συνέβαινε στον δικό μας Ήλιο όταν ήταν ακόμα πιτσιρίκι» σχολιάζει η Νάνσι Μπρίκχαους του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard Smithsonian, στο Κέμπριτζ της Μασαχουσέτης.

Το νεαρό άστρο είναι πιθανό να διανύει μια φάση την οποία πέρασε κάποτε και ο Ήλιος: συνεχίζει να μεγαλώνει απορροφώντας αέριο υδρογόνο από τον γιγάντιο δίσκο αερίων και σκόνης που το περιβάλλει.

Οι παρατηρήσεις

This artist's concept illustrates an icy planet-forming disk around a young star called TW Hydrae, located about 175 light-years away in the Hydra, or Sea Serpent, constellation. Image credit: NASA/JPL-Caltech

Η Μπρίκχαους και οι συνεργάτες της χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Chandra, καθώς και επίγεια όργανα, για να παρακολουθήσουν το άστρο καθώς γευμάτιζε.

Οι παρατηρήσεις στο φάσμα των ακτίνων Χ αποκάλυψαν ότι το αέριο που πέφτει μέσα στο νεαρό άστρο κινείται κατά μήκος των γραμμών του αστρικού μαγνητικού πεδίου. Οι ερευνητές κατάφεραν μάλιστα να δουν σύννεφα αερίου που συντρίβονται στην επιφάνεια του άστρου και δημιουργούν ωστικά κύματα που θερμαίνουν το αέριο στους 2,8 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

«Συλλέγοντας δεδομένα σε πολλαπλά μήκη κύματος μπορέσαμε να ακολουθήσουμε το αέριο σε όλη τη διαδρομή του. Είναι η πρώτη φορά που παρακολουθήσαμε ολόκληρη τη διαδικασία συσσώρευσης» νέας μάζας στο αστέρι, αναφέρει η ερευνήτρια.

Το ενδιαφέρον μάλιστα είναι ότι TW της Ύδρας δεν καταπίνει αέριο με σταθερό ρυθμό: το γεύμα μπορεί να σταματάει απότομα για να συνεχιστεί την επόμενη μέρα σε μια νέα φάση βουλιμίας. Σήμερα, ο Ήλιος έχει ηλικία 4,6 δισεκατομμυρίων ετών και η μαγνητική του δραστηριότητα πιστεύεται ότι έχει πια εξασθενίσει.

Οι ερευνητές πιστεύουν πάντως ότι οι τελευταίες παρατηρήσεις βελτιώνουν τις γνώσεις μας για την αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου ενός νεαρού άστρου με το δίσκο σκόνης από τον οποίο γεννιούνται τελικά οι πλανήτες. Ποιος ξέρει; Ίσως σε 4,6 δισ. χρόνια από σήμερα το TW της Ύδρας να μοιάζει με τον χαμένο δίδυμο αδελφό του σημερινού Ήλιου. Η μελέτη παρουσιάστηκε την Τετάρτη σε συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης Αστρονομίας.

Τα μωρά «τιτιβίζουν» όπως τα πουλιά. Of birdsong and baby babble

Mary Cassatt, Mother and Child, Mère et Enfant, 1889.

Τα μωρά μαθαίνουν να μιλούν σαν... μωρά προτού κατακτήσουν τη γλώσσα των μεγάλων - ξεκινούν αρχικά επαναλαμβάνοντας μεμονωμένες συλλαβές (όπως μπα-μπα-μπα) και στη συνέχεια ενώνοντας διαφορετικές συλλαβές μεταξύ τους (όπως μπα-ντα-γκου).

Τόσο τα μωρά όσο και τα πτηνά πασχίζουν για να μάθουν συλλαβές στην αρχή της ζωής τους, σύμφωνα με νέα μελέτη. Human infants and young birds ‘learn’ syllables in pairs.

Τα ωδικά πτηνά παρουσιάζουν παρόμοια μοτίβα καθώς μαθαίνουν να κελαηδούν. Πιστεύεται μάλιστα ότι η ικανότητα για αυτού του είδους την παράθεση συλλαβών είναι έμφυτη. Ωστόσο μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται online στην επιθεώρηση «Nature» δείχνει ότι τα πράγματα δεν είναι ακριβώς έτσι ούτε τόσο απλά.

Μελέτη σε τρία είδη

The test: In the study, young zebra finches and Bengalese finches were trained to imitate a certain song. photo: reuters

Αμερικανοί ερευνητές μελέτησαν τρία διαφορετικά είδη - δύο είδη πτηνών και συγκεκριμένα πιτσιλωτούς σπίνους (zebra finch, επιστημονική ονομασία Τaeniopygia guttata, ταινιοπυγή η στικτή) και κοινωνικούς σπίνους (bengalese finch, επιστημονική ονομασία Lonchura striata domestica), καθώς και ανθρώπους. Είδαν ότι σε κανένα από τα τρία είδη η μετάβαση από τις μεμονωμένες συλλαβές στα ζευγάρια συλλαβών δεν είναι εύκολη. Τα μικρά και των τριών ειδών χρειάζεται να μάθουν αργά πώς να συνταιριάζουν μεταξύ τους τις συλλαβές.

«Ανακαλύψαμε ένα αναπάντεχο στάδιο στην εκφορά του λόγου των ανθρώπων» ανέφερε η πρώτη συγγραφέας της νέας μελέτης Ντίνα Λιπκάιντ, ψυχολόγος που εργάζεται στο Κολέγιο Χάντερ στη Νέα Υόρκη.

Προκειμένου να καταλήξουν στα συμπεράσματά τους οι ερευνητές εκπαίδευσαν αρχικώς πιτσιλωτούς σπίνους ώστε να τραγουδούν ένα τραγούδι στο οποίο τρεις συλλαβές που αποτελούνταν από τα γράμματα Α, B, C εμφανίζονταν με την εξής σειρά: ΑΒC - ΑΒC. Στη συνέχεια εκπαίδευσαν τα πτηνά ώστε να τραγουδούν ένα άλλο τραγούδι στο οποίο τα ίδια γράμματα εμφανίζονταν με διαφορετική σειρά: ACB - ACB.

Σταδιακή διαδικασία

Researchers have found similar patterns in the ways human babies and songbirds learn their vocalizations. ROGER WRIGHT/STONE/GETTY IMAGES

Τα οκτώ από τα 17 πτηνά κατάφεραν να μάθουν το τραγούδι, όχι όμως κατευθείαν. Το έμαθαν σαν μια σειρά ζευγών συλλαβών - μάθαιναν π.χ. να περνούν από το Α στο C, στη συνέχεια από το C στο Β και τέλος από το Β στο Α. Και αυτό δεν συνέβη μέσα σε ελάχιστο χρονικό διάστημα, όπως υποστηρίζει η θεωρία της έμφυτης εκμάθησης των συλλαβών. Αντιθέτως, χρειάστηκαν δέκα ημέρες κατά μέσον όρο προκειμένου να μάθουν το πρώτο ζεύγος συλλαβών, τέσσερις ώστε να μάθουν το δεύτερο και δύο ημέρες ώστε να μάθουν το τρίτο ζεύγος.

Τα ίδια μοτίβα εκμάθησης παρατηρήθηκαν και στους κοινωνικούς σπίνους. Για παράδειγμα, στο τραγούδι του συγκεκριμένου είδους ορισμένα ζεύγη συλλαβών είναι αντιστρέψιμα - ορισμένες φορές η συλλαβή Α εμφανίζεται πριν από τη συλλαβή Β και αντιστρόφως. Και πάλι, σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με την «έμφυτη» θεωρία, τα νεαρά πτηνά θα έπρεπε να μαθαίνουν τις εντολές ταυτοχρόνως, κάτι που όμως δεν συνέβη. Όταν οι επιστήμονες παρακολούθησαν την εκμάθηση επτά τέτοιων ζευγών συλλαβών είδαν ότι τα πτηνά ήταν σε θέση να κατανοήσουν και να ακολουθήσουν τις δύο διαφορετικές εντολές με χρονική απόσταση περίπου 18 ημερών μεταξύ τους.

Το αναπάντεχο… ανθρώπινο εύρημα

Το πιο αναπάντεχο όμως εύρημα της μελέτης ήταν ότι και τα βρέφη των ανθρώπων ακολουθούν τα μοτίβα εκμάθησης των πουλιών. Όταν οι ερευνητές ανέλυσαν βάσεις δεδομένων που περιείχαν φωνητικές καταγραφές εννέα βρεφών, ανακάλυψαν ότι η εξέλιξη της μωρουδίστικης γλώσσας τους - το να περνούν, δηλαδή, από την επανάληψη της ίδιας συλλαβής στη συνένωση διαφορετικών συλλαβών - δεν ήταν μια ταχεία διαδικασία αλλά ελάμβανε χώρα σταδιακά, σε διάστημα 20-30 εβδομάδων.

«Η μελέτη αυτή προσφέρει ενδείξεις σχετικά με το ότι η μετάβαση στην κατάκτηση του ζευγαρώματος συλλαβών στα πτηνά γίνεται βήμα-βήμα. Οι αναλύσεις δείχνουν ότι το ίδιο φαινόμενο καταγράφεται και στα βρέφη των ανθρώπων» σχολιάζει ο Μάικλ Φρανκ, ερευνητής στο πεδίο κατάκτησης της γλώσσας στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ της Καλιφόρνιας. Προειδοποιεί ωστόσο ότι η υπόθεση σχετικά με τα βρέφη πρέπει να μελετηθεί περαιτέρω πειραματικά.