Πώς η Κβαντομηχανική μεταμορφώνει τον κόσμο μας. How Quantum Mechanics transforming our world

Η Κβαντομηχανική είναι η θεωρία της Φυσικής που μελετάει τη συμπεριφορά της ύλης και του φωτός σε “ατομική” κλίμακα. Στη σημερινή της μορφή, είναι η μόνη που εξηγεί τα φυσικά φαινόμενα του μικρόκοσμου με πολύ καλή ακρίβεια και έχει προβλέψει πολλά νέα φαινόμενα. Η ακρίβεια των προβλέψεων της θεωρίας είναι της τάξεως του 10⁻¹¹. Quantum mechanics is the body of scientific laws that describe the wacky behavior of photons, electrons and the other particles that make up the universe. Credit: agsandrew | Shutterstock

Έχουμε πολλά ακόμη να μάθουμε για τους κανόνες της Φύσης. Η Φύση δεν κάνει εύκολα τα πράγματα για εμάς. Στη μικρότερη κλίμακα της ύπαρξης, βαθιά μέσα στον παράξενο κόσμο της Κβαντικής Μηχανικής, μοιάζει να παίζεται το παιχνίδι από δυο διαφορετικούς κανόνες την ίδια στιγμή. Κι όσο βαθύτερα διερευνούμε στα μυστήρια, τόσο περισσότερο αναγκαζόμαστε να διερωτηθούμε όχι μόνο πώς λειτουργεί το Σύμπαν, αλλά και κατά πόσο, τα πάντα είναι αληθινά.

Η Κβαντομηχανική έχει μεταμορφώσει τον κόσμο. Οφείλουμε την περισσότερη από την εκπληκτική τεχνολογία μας στις εξηγήσεις της γύρω από το πώς τα εξαιρετικά μικρά σωματίδια συμπεριφέρονται.

Αλλά δεν τα καταλαβαίνουμε στ' αλήθεια. Στον κβαντικό κόσμο τίποτα δεν μοιάζει να βγάζει νόημα. Η πραγματικότητα σταματάει να είναι... πραγματική. Αυτό το μυστήριο είναι το μεγαλύτερο εμπόδιό μας στο να ξεκλειδώσουμε τα μυστήρια του Σύμπαντος.

Κβαντική θεωρία

Η Κβαντική Μηχανική (ή Κβαντική Φυσική ή Κβαντομηχανική), είναι αξιωματικά θεμελιωμένη θεωρία της Φυσικής Μηχανικής, που αναπτύχθηκε με σκοπό την ερμηνεία φαινομένων, που η Νευτώνεια Μηχανική αδυνατούσε να περιγράψει.

Η Κβαντομηχανική περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης στο μοριακό, ατομικό και υποατομικό επίπεδο. Ο όρος κβάντα (λατινικός) αναφέρεται σε διακριτές μονάδες, που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένες φυσικές ποσότητες, όπως η ενέργεια ενός ατόμου ύλης σε κατάσταση ηρεμίας.

Η δομή της Κβαντομηχανικής είναι αρκετά αφηρημένη και δεν είναι εύκολο να την κατανοήσουμε όπως τη Νευτώνεια Μηχανική. Όλες οι εμπειρίες που έχουμε προέρχονται από τις παρατηρήσεις των φαινομένων της καθημερινής ζωής, ώστε τα κβαντικά φαινόμενα να βρίσκονται σε αντιδιαστολή με την κοινή λογική.

Dr. Anton Zeilinger, πρωτοπόρος πειραματιστής της Κβαντικής στον κόσμο. Quantum physicist Anton Zeilinger inside the "Hedy Lamarr Quantum Communication Telescope" of the Austrian Academy of Sciences (AAS) and the University of Vienna. (Copyright: IQOQI Wien/Lois Lammerhuber).

Η Βιέννη είναι αναμφισβήτητα η γενέτειρα της Κβαντικής Μηχανικής. Ο αυστριακός καθηγητής Anton Zeilinger λέει: «Όταν άκουσα πρώτη φορά για την Κβαντομηχανική όταν ήμουν φοιτητής, αμέσως εντυπωσιάστηκα από τρία πράγματα: Πρώτον, από την απίστευτη μαθηματική ομορφιά. Δεύτερον, από την απίστευτη ακρίβεια, με την οποία δουλεύουν οι προβλέψεις της. Και τρίτον, από το γεγονός πως... δεν βγάζει νόημα!».

Η Κβαντομηχανική περιγράφει τη συμπεριφορά όλων των μικροσκοπικών σωματιδίων, από τα οποία είναι φτιαγμένα τα πάντα. Αυτή η γνώση, μας πρόσφερε υπολογιστές, πυρηνική ενέργεια, δορυφόρους, τα περισσότερα άλματα προόδου της ανθρωπότητας τα τελευταία  χρόνια.

Αλλά ο κβαντικός κόσμος φαίνεται να λειτουργεί σε αντίθεση με ό,τι ξέρουμε για τους νόμους της Φύσης. Για να το θέσουμε πιο απλά, σε πολύ-πολύ μικρή κλίμακα το Σύμπαν ακολουθεί διαφορετικούς κανόνες.

Κβαντική Διεμπλοκή

Ένα πείραμα στο Πανεπιστήμιο του Ντελφτ στην Ολλανδία στέλνει στο χρονοντούλαπο της ιστορίας τις αμφιβολίες του Άλμπερτ Αϊνστάιν σχετικά με το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής. Το πείραμα απορρίπτει την αρχή του «τοπικού ρεαλισμού» του Άλμπερτ Αϊνστάιν η οποία υποστηρίζει ότι το σύμπαν υπακούει σε νόμους και όχι στην τύχη και ότι δεν υπάρχει ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Historic Delft Experiments tests Einstein's 'God does not play dice' using quantum 'dice'. An artistic impression of the entanglement between electrons. Credit: ICFO

Σκεφτείτε το φαινόμενο της κβαντικής αλληλεπίδρασης, όπου δύο μικρά σωματίδια μοιράζονται ταυτόχρονα πληροφορίες από τεράστιες αποστάσεις.

Αν ήταν κβαντικά ζάρια, θα σήμαινε ότι αν ρίξουμε ένα ζάρι εδώ θα μας δείξει ένα συγκεκριμένο νούμερο. Ρίχνοντας το άλλο ζάρι σε κάποια μακρινή απόσταση θα μας έδειχνε το ίδιο νούμερο. Πώς είναι δυνατό αυτό; Η Κβαντομηχανική το περιγράφει πολύ καλά.

Στην Κβαντομηχανική, οι ιδιότητες δύο μακρινών αντικειμένων τα οποία απέχουν χιλιόμετρα μεταξύ τους, «διεμπλέκονται» με αποτέλεσμα, όταν μετριέται κάποια ιδιότητα του ενός αντικειμένου, τότε η αντίστοιχη ιδιότητα του άλλου παίρνει την ίδια τιμή, δηλαδή μεταπίπτει ακριβώς στην ίδια κατάσταση με το πρώτο, άσχετα με την απόσταση, που μεσολαβεί από το ένα στο άλλο.

Αν σταλεί το ένα από τα δύο στο άλλο άκρο του σύμπαντος και συμβεί κάτι σε οποιοδήποτε από τα δύο, το άλλο αντιδρά ακαριαία. Έτσι, φαίνεται είτε πως η πληροφορία μπορεί να ταξιδέψει με άπειρη ταχύτητα, είτε πως στην πραγματικότητα τα δύο αντικείμενα βρίσκονται ακόμα σε «επαφή», σε σύνδεση μεταξύ τους, σε κατάσταση διεμπλοκής. Το φαινόμενο ονομάστηκε Κβαντική Διεμπλοκή.

Αυτή η συμπεριφορά (λες και υπάρχει ένα «φάντασμα» στην ύλη) εκνεύριζε τον Einstein, καθώς φαίνεται να παραβιάζει τον ─υποτίθεται απαραβίαστο─ συμπαντικό κανόνα ότι τίποτε δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από το φως.

Στη δεκαετία του '60, πρώτος ο ιρλανδός φυσικός John Steawart Bell πρότεινε ένα πείραμα, για να επιβεβαιωθεί η Κβαντική Διεμπλοκή και να διαψευσθεί ο Einstein οριστικά. Το πρώτο πείραμα έγινε το 1981 από τον Alain Aspect στο École Supérieure d'Optique της Γαλλίας. Αρκετά ακόμη πειράματα έλαβαν χώρα στα επόμενα χρόνια, αλλά κάθε φορά έμενε κάποια αμφιβολία.

In this video you will see an introductory explanation of the experiment described in the paper ‘Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres’ by B. Hensen et al. at the Delft University of Technology http://www.tudelft.nl/en/current/late...

Όμως, ένα νέο πείραμα, που αφορούσε την κβαντική διεμπλοκή ζευγών ηλεκτρονίων και φωτονίων, φαίνεται πως κλείνει πλέον για τα καλά κάθε προηγούμενο κενό. «Το πείραμα στο Delft αποτελεί την οριστική απόδειξη ότι η κβαντική κρυπτογραφία μπορεί να είναι απεριόριστα ασφαλής», δήλωσε ο Zeilinger.

Σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων υποστηρίζει, πως επιβεβαίωσε πειραματικά το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης από απόσταση, δύο υποατομικών σωματίδιων ─ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η απόσταση αυτή─ μεταβάλλοντας έτσι ακαριαία τις ιδιότητές τους.

Προκειμένου να αντιληφθούμε το πείραμα της κβαντικής διεμπλοκής του Delft University of Technology της Ολλανδίας, θα χρειαστούμε ένα εστιατόριο, ένα ερωτευμένο ζευγάρι και δυο σερβιτόρους. In this video you will see the story of ‘quantum love’ as an illustration of how the Bell test works, and how loopholes affect it. The video illustrates the Bell test as described in the paper: ‘Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres’ by B. Hensen et al. at the Delft University of Technology.

Το πείραμα πραγματοποιήθηκε με επικεφαλής ερευνητές του Delft University of Technology κι είναι ορόσημο στην ιστορία της Φυσικής, αφού αποτελεί την πιο βάσιμη μέχρι σήμερα ένδειξη ότι δεν ισχύει η «τοπικότητα», μία θεμελιώδης αρχή της Κλασικής Φυσικής, σύμφωνα με την οποία καμία αλληλεπίδραση δεν μπορεί να διαδοθεί ταχύτερα από το φως, ενώ όταν δύο συστήματα που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους απομακρυνθούν πάρα πολύ, τότε διαχωρίζονται και δεν υπάρχει καμία αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

Στην αρχή της τοπικότητας είχε βασισθεί ο Albert Einstein, για να υποστηρίξει, πως η Κβαντική Φυσική δεν είναι μία πλήρης θεωρία που καταφέρνει να περιγράψει την πραγματικότητα. Το συγκεκριμένο φαινόμενο τον ταλαιπώρησε τόσο πολύ, που το ονόμασε αλλόκοτη δράση από απόσταση (spooky action at a distance).

Όπως αναφέρουν οι επιστήμονες από το Delft, αυτό που κατάφεραν ήταν να παρατηρήσουν πειραματικά την κβαντική διεμπλοκή «σε δράση», και μάλιστα με τέτοιο τρόπο, που να αποκλείει οποιαδήποτε εναλλακτική ερμηνεία, η οποία να παρακάμπτει την κβαντική.

Το πείραμα έγινε στις εγκαταστάσεις του Delft, με τους επιστήμονες να χρησιμοποιούν ζεύγη «συσχετισμένων» ηλεκτρονίων, τα οποία «επικοινωνούσαν» μεταξύ τους από απόσταση 1,3 χιλιομέτρων. Σε κάθε άκρο της διάταξης είχε τοποθετηθεί από ένα διαμάντι με μια «παγίδα» για τα ηλεκτρόνια, ενώ με τη βοήθεια παλμών από μικροκύματα και LASER γινόταν ο «συσχετισμός» των ηλεκτρονίων και η μέτρηση του spin τους. Η μεγάλη απόσταση των δύο διαμαντιών εξασφάλιζε, πως τα ηλεκτρόνια δεν μπορούσαν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους με συμβατικό τρόπο, πριν μετρηθεί το spin τους.

Οι πρακτικές εφαρμογές, αν καταφέρουμε να δαμάσουμε το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής θα είναι τεράστιες. Από τη δημιουργία υπερσύγχρονων κβαντικών υπολογιστών, έως τη δραματική βελτίωσης της κρυπτογράφησης, ίσως ακόμα και της κβαντικής τηλεμεταφοράς πληροφοριών.

Τα παράδοξα του πειράματος της διπλής σχισμής

Το διαβόητο πείραμα της διπλής σχισμής. Τι είναι η ύλη; Σωματίδια ή κύματα; Και τι είδους κύματα; Και ποια η σχέση του παρατηρητή με αυτά; O παράξενος, φανταστικός κόσμος της συμπεριφοράς των κβάντα.

Ο dr. Zeilinger απέδειξε ότι όσο ακραίες κι αν είναι οι προβλέψεις της, η κβαντική θεωρία λειτουργεί, αν και δεν θα έπρεπε. Ίσως η πιο ισχυρή απόδειξη για το πόσο ανησυχητική μπορεί να είναι η Κβαντομηχανική, είναι το πείραμα της διπλής σχισμής. Θα σας κάνει ν' αναρωτιέστε αν υπάρχει πραγματικότητα.

 

Σωματίδια που περνούν μέσα από πέτασμα με δύο σχισμές. A Diagram showing the two slit experiment using clasical particles.

Μια απλή διάταξη ρίχνει σωματίδια φωτός, που ονομάζονται φωτόνια, ένα κάθε φορά, μέσα από δύο σχισμές σε μια οθόνη. Υπάρχει ένα LASER, που παράγει το φως το οποίο μετριάζεται, έτσι ώστε να εκπέμπεται ένα φωτόνιο κάθε φορά. Αυτό το φωτόνιο περνάει από μια διάταξη δύο σχισμών και έχουμε και μια κάμερα, που καταγράφει το μοτίβο πίσω από τη διάταξη των δύο σχισμών. Έτσι, αυτό που παρατηρούμε είναι τα φωτόνια να καταφθάνουν ένα-ένα, στην οθόνη, κάποια εδώ, κάποια εκεί, κάτι που φαίνεται εντελώς τυχαίο.

Ηλεκτρόνια που περνούν μέσα από πέτασμα διπλής σχισμής. A Diagram showing the two slit experiment using electrons and the produced diffraction fringes.

Αφού τα φωτόνια ταξιδεύουν ένα-ένα, κάποια από τη μία, κάποια από την άλλη σχισμή, θα περιμένατε ν' αφήσουν ένα μοτίβο δύο λωρίδων στον τοίχο. Και θα κάνατε... λάθος. Μυστηριωδώς, δημιουργούν μια ομάδα λωρίδων.

Πώς λοιπόν είναι δυνατό μεμονωμένα σωματίδια φωτός να δημιουργούν μοτίβο κύματος; Αυτό θα μπορούσε να συμβεί μόνο αν τα σωματίδια περνούσαν ταυτόχρονα και από τις δύο σχισμές. Με άλλα λόγια, το σωματίδιο είναι σε δύο μέρη την ίδια στιγμή.

Quantum Mechanics - Double Slit Experiment. Is anything real? (Prof. Anton Zeilinger)

Αλλά το πιο παράξενο απ' όλα είναι αυτό που γίνεται, όταν βάλουμε ανιχνευτές δίπλα από τις σχισμές. Όταν τα φωτόνια παρακολουθούνται, το μοτίβο κύματος εξαφανίζεται. Αν αφαιρέσουμε τους ανιχνευτές, το μοτίβο κύματος επανεμφανίζεται. Αυτό υποδεικνύει ότι μπορούμε ν' αλλάξουμε τον τρόπο συμπεριφοράς της πραγματικότητας απλά κοιτώντας την. Αυτό σημαίνει ότι η ίδια η πραγματικότητα δεν είναι πραγματική;

Η μοντέρνα απάντηση είναι ότι το μονοπάτι που ακολουθεί το φωτόνιο, δεν είναι στοιχείο της πραγματικότητας. Δεν μας επιτρέπεται να μιλήσουμε για το αν το φωτόνιο περνά από αυτή ή αυτή τη σχισμή. Ούτε μας επιτρέπεται να πούμε ότι το φωτόνιο περνά και από τις δύο σχισμές.

Επίλογος

Όλα αυτά τα λόγια δεν έχουν νόημα. Οπότε, απλά συνεχίζουμε να εκμεταλλευόμαστε τα οφέλη της Κβαντομηχανικής και να δεχόμαστε ότι κατά βάθος, η Φύση διέπεται από κάποιους κανόνες, που θα παραμείνουν ένα μυστήριο.

Το ενδιαφέρον μήνυμα είναι ότι αν κι έχουμε την Κβαντική Φυσική εδώ και χρόνια, ακόμη δουλεύουμε στα θεμέλια. Όταν αντιληφθούμε πώς λειτουργεί, θα είναι η απόλυτη αποκάλυψη.

Πηγή: http://www.freeinquiry.gr/pro.php?id=4092

Πόση είναι η μέση διάρκεια ζωής ενός τεχνολογικά προηγμένου πολιτισμού; Average Life Span of a High-Tech Civilization

Ο τεχνολογικός πολιτισμός μας είναι νέος: μόλις 300 ή 70 χρόνων. Η κλιματική αλλαγή ήδη τον απειλεί. Under the Milky Way Galaxy. Luis Calçada on Flickr

Το ερώτημα στον τίτλο είναι ένα από τα τρία πιο σημαντικά ερωτήματα προκειμένου να μπορέσουμε να εκτιμήσουμε επιστημονικά την πιθανότητα να υπάρχει ζωή κάπου στο σύμπαν. Αυτό γράφει ο Χάρης Βάρβογλης, ομότιμος καθηγητής Τμήματος Φυσικής Α.Π.Θ. (Τομέας Αστρονομίας και Αστροφυσικής) στο εξαιρετικά κατατοπιστικό και ενδιαφέρον προλογικό σημείωμά του στον τόμο «Πέντε δισεκατομμύρια χρόνια μοναξιά» του Αμερικανού Lee Billings (μτφρ. Έφη Καλλιφατίδη, εκδ. Ροπή), ένα από τα πιο ερεθιστικά και συναρπαστικά βιβλία, με θέμα την αναζήτηση εξωγήινης ζωής, γραμμένο από ειδικευμένο δημοσιογράφο.

Στέκομαι ιδιαιτέρως στο τρίτο ερώτημα (τα άλλα δύο αφορούν την αρχιτεκτονική του ηλιακού μας συστήματος, πόσο «τυπική» είναι ή εάν αποτελεί την εξαίρεση, και τον τρόπο εμφάνισης ζωής σε έναν «κατοικήσιμο» πλανήτη). Όπως γράφει ο καθηγητής Βάρβογλης, μόνον «ατεκμηρίωτες υποθέσεις μπορούμε να κάνουμε» και αυτό διότι μόνον έναν τεχνολογικό πολιτισμό ξέρουμε που να εκπέμπει ραδιοσήματα και να εκτοξεύει διαστημικές αποστολές: τον δικό μας.

Από αυτή την άποψη, ο Χ. Βάρβογλης σημειώνει πως η «διάρκεια ζωής του μέχρι σήμερα είναι εξαιρετικά σύντομη, όποια χρονική στιγμή και αν θεωρήσει κανείς ως αρχή του τεχνολογικού πολιτισμού». Για παράδειγμα, εάν έχουμε ως αφετηρία την εφεύρεση της ατμομηχανής και τη συνακόλουθη Βιομηχανική Επανάσταση, η ηλικία του δικού μας πολιτισμού είναι μόλις 300 χρόνων. Αν, τώρα, κρατήσουμε ως σημείο εκκίνησης την εφεύρεση των ηλεκτρονικών υπολογιστών, είμαστε ακόμα πιο «νέοι»: μόλις 70 χρόνων. Κι ωστόσο, η ηλικία της Γης φτάνει τα 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια (εξ ου και ο τίτλος του βιβλίου του Billings), ενώ εκείνη του ανθρώπινου γένους τα 100.000 χρόνια.

Η νεότητα φέρει μαζί της μιαν ορμή, μιαν ακατανίκητη επιθυμία για εξερεύνηση, ανακάλυψη και επινόηση, μαζί της όμως φέρει και την ανωριμότητα, όπως επίσης, πολύ συχνά, και την αυτοκαταστροφή. Ορθά ο Χ. Βάρβογλης μας υπενθυμίζει πόσο κοντά φτάσαμε στην καταστροφή μέσα σε αυτά τα ελάχιστα χρόνια (300 ή 70, ό,τι προτιμάτε) της παρουσίας του τεχνολογικού μας πολιτισμού, κυρίως σε ό,τι αφορά τους πυρηνικούς εξοπλισμούς και, βέβαια, την κλιματική αλλαγή – την οποία αρνείται επίμονα ο νεοεκλεγείς Αμερικανός πρόεδρος.

Πριν από παραπάνω από μισό αιώνα, ο αστρονόμος Frank Drake, κατασκεύασε μια εξίσωση που υπολόγιζε την πιθανότητα να βρίσκονται και άλλοι νοήμονες πολιτισμοί στο Γαλαξία πέρα από εμάς. Το 1961, οι παράμετροι που έλαβε υπόψη του o Drake, ήταν ο μέσος ρυθμός δημιουργίας αστέρων στο Γαλαξία, το κλάσμα αυτών των άστρων που έχουν πλανήτες οι οποίοι μπορούν να συντηρήσουν ζωή και όντως αναπτύσσουν νοήμονα ζωή, και τέλος αναπτύσσουν πολιτισμό και αποκτούν τεχνολογία ικανή ώστε να γνωστοποιήσουν την ύπαρξή τους. Επίσης συνυπολόγισε και τη χρονική διάρκεια που οι πολιτισμοί αυτοί συνεχίζουν να υπάρχουν συντηρώντας τη τεχνολογία τους. Σύμφωνα με τον Drake και τους συνεργάτες του, η καλύτερη εκτίμηση που μπορούσαν να κάνουν την εποχή εκείνη, υποδείκνυε τουλάχιστον 1000 νοήμονες πολιτισμούς στο Γαλαξία μας. Έκτοτε έχουν υπάρξει πολλές ακόμη εκτιμήσεις, με τεράστια όμως απόκλιση μεταξύ τους: από έναν πολιτισμό στο Γαλαξία (εμάς) έως και πολλά εκατομμύρια. The Drake equation (top row) has proven to be a durable framework for research. But it is impossible to do anything more than guess at variables such as L, the probably longevity of other advanced civilizations. Credit: University of Rochester

Ομολογώ πως δεν είχα σκεφτεί, δεν είχα συνειδητοποιήσει ότι είμαστε τόσο νέοι. Ίσως επειδή σήμερα ειδικά, πολλοί νιώθουμε τόσο κουρασμένοι, αν όχι και γερασμένοι. Όμως, τεχνολογικά μιλώντας (και όχι μόνον), η σημερινή εποχή είναι συναρπαστική, γεμάτη νέες δυνατότητες και πιθανότητες – όπως ακριβώς και η νεότητα. Και όπως η νεότητα έτσι και η εποχή μας είναι μεταβατική, ρευστή, γεμάτη πισωγυρίσματα, αβεβαιότητες, ανασφάλειες και πολλές εσφαλμένες εκκινήσεις. Μόλις τώρα όμως ξεκινήσαμε. Τα άλματα βρίσκονται μπροστά μας.

Πηγή: kathimerini.gr

Πρώτη εφαρμογή του επαναστατικού CRISPR στον άνθρωπο. CRISPR gene-editing tested in a person for the first time

Το CRISPR είναι ένα σύστημα εύκολης κοπτοραπτικής στο DNA. Κλινική δοκιμή ξεκίνησε σε ασθενείς στην Κίνα με στόχο τη θεραπεία του καρκίνου. Gene-editing could improve the ability of immune cells to attack cancer. The move by Chinese scientists could spark a biomedical duel between China and the United States. Credit: Steve Gschmeissner/Science Photo Library

Ερευνητική ομάδα στην Κίνα έγινε η πρώτη στον κόσμο που εφαρμόζει σε ασθενείς το CRISPR, μια τεχνική γενετικής τροποποίησης που θεωρείται η σημαντικότερη εξέλιξη στη βιοτεχνολογία την τελευταία δεκαετία. Στόχος της κινεζικής δοκιμής, όπως και άλλων αντίστοιχων μελετών που σχεδιάζονται στις ΗΠΑ, είναι ο καρκίνος.

Το CRISPR (προφέρεται «κρίσπερ») αναγνωρίστηκε ως επίτευγμα της χρονιάς για το 2015 από το κορυφαίο περιοδικό Science. Πρόκειται για ένα σύστημα βακτηριακών ενζύμων που μπορεί να αποκόπτει και να αντικαθιστά αλληλουχίες σε συγκεκριμένες θέσεις του γονιδιώματος -πιο αποτελεσματικά, πιο γρήγορα και πιο φθηνά σε σχέση με προηγούμενες μεθόδους.

Πρώτος στόχος ο καρκίνος του πνεύμονα

A group of Chinese scientists is the first to inject an actual human being with cells containing genes edited using the controversial CRISPR method. Photo: Photo by Allison Joyce/Getty Images

Ο πρώτος ασθενής που έλαβε τη θεραπεία στο Νοσοκομείο της Νότιας Κίνας στο Τσενγκντού πάσχει από επιθετικό καρκίνο του πνεύμονα. Η ομάδα του ογκολόγου Λου Γιου απομόνωσε λευκά αιμοσφαίρια από το αίμα του ασθενούς και χρησιμοποίησε το CRISPR για να απενεργοποιήσει το γονίδιο της πρωτεΐνης PD-1, η οποία κανονικά φρενάρει το ανοσοποιητικό σύστημα.

Τα τροποποιημένα κύτταρα πολλαπλασιάστηκαν στο εργαστήριο και τελικά εισήχθησαν πίσω στον ασθενή, με την ελπίδα ότι θα επιτεθούν στα καρκινικά κύτταρα.

Συνολικά 10 καρκινοπαθείς σχεδιάζεται να συμμετάσχουν στην κλινική μελέτη Φάσης Ι, κατά την οποία εξετάζεται κυρίως η ασφάλεια της μεθόδου και συλλέγονται προκαταρκτικά στοιχεία για την αποτελεσματικότητά της.

Μόλις πέρυσι, εξάλλου, η αμερικανική FDA (Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων) ενέκρινε μια θεραπεία αντισωμάτων που επίσης στοχεύει το PD-1 για την αντιμετώπιση του καρκίνου του πνεύμονα.

Μένει τώρα να φανεί αν η θεραπεία CRISPR θα αποδειχθεί ανώτερη από τις θεραπείες αντισωμάτων στον συγκεκριμένο καρκίνο.

Ανοίγει ο δρόμος και για άλλες θεραπείες

Η νέα τεχνολογία αναμένεται πάντως να επιταχύνει την ανάπτυξη και άλλων θεραπειών με τροποποιημένα κύτταρα των ίδιων των ασθενών, εκτιμά ο Καρλ Τζουν του Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια, ο οποίος είχε δοκιμάσει μια πειραματική θεραπεία που βασιζόταν σε παλαιότερες τεχνικές.

«Πιστεύω ότι θα πυροδοτήσει μια βιοϊατρική κούρσα ανάμεσα στην Κίνα και τις ΗΠΑ, κάτι σημαντικό αν σκεφτεί κανείς ότι ο ανταγωνισμός συνήθως βελτιώνει το τελικό προϊόν» σχολίασε ο Τζουν στο δικτυακό τόπο του περιοδικού Nature.

Ο Τζουν είναι επιστημονικός σύμβουλος σε μια σχεδιαζόμενη αντικαρκινική μελέτη του CRISPR που προγραμματίζεται να ξεκινήσει στις ΗΠΑ το 2017. Την ίδια χρονιά, ακόμα τρεις αντίστοιχες μελέτες θα ξεκινήσουν στην Κίνα εφόσον εξασφαλιστεί χρηματοδότηση.

Πηγή: David Cyranoski. CRISPR gene-editing tested in a person for the first time, Nature (2016). DOI: 10.1038/nature.2016.20988 

Το πιο σφαιρικό άστρο κι άλλες αστρονομικές ειδήσεις. Distant star is roundest object ever observed in nature and other astronomical news

To Κέπλερ 11145123, σε απόσταση 5.000 ετών φωτός που είναι υπερδιπλάσιο από τον Ήλιο είναι το πιο στρογγυλό άστρο σύμφωνα με τους επιστήμονες. The star Kepler 11145123 is the roundest natural object ever measured in the universe. Stellar oscillations imply a difference in radius between the equator and the poles of only 3 km. This star is significantly more round than the sun. Credit: Mark A. Garlick

Το πιο στρογγυλό άστρο που έχει ποτέ βρεθεί στο διάστημα, ένα μακρινό γιγάντιο άγνωστο έως τώρα υπερσμήνος γαλαξιών που κρυβόταν πίσω από τον γαλαξία μας, ένας ακόμη γειτονικός εξωπλανήτης που μοιάζει με μια υπερμεγέθη Γη, καθώς και μια πολύ μεγάλη κοιλάδα στον πλανήτη Ερμή είναι οι νέες ανακαλύψεις των αστρονόμων.

Τα άστρα δεν είναι τέλειες σφαίρες, καμία φορά μάλιστα μοιάζουν ακόμη και με κολοκύθες, καθώς όσο πιο γρήγορα περιστρέφονται, τόσο πιο πεπλατυσμένα γίνονται λόγω της φυγόκεντρης δύναμης. Ο Ήλιος μας είναι στον ισημερινό του 20 χιλιόμετρα πιο μεγάλος από ό,τι είναι η διάμετρος που συνδέει τους πόλους του, ενώ στη Γη αυτή η διαφορά φθάνει τα 42 χιλιόμετρα.

Όμως οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα άστρο που είναι σχεδόν ολοστρόγγυλο. Πρόκειται για το καυτό και πολύ φωτεινό άστρο «Κέπλερ 11145123», σε απόσταση 5.000 ετών φωτός, το οποίο είναι υπερδιπλάσιο από τον Ήλιο μας και περιστρέφεται τρεις φορές πιο αργά από αυτόν.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή Λοράν Γκιζόν του γερμανικού Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ για την Έρευνα του Ηλιακού Συστήματος, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science Advances», υπολόγισαν με την μέθοδο της αστροσεισμολογίας ότι η διαφορά ανάμεσα στην οριζόντια (ισημερινό) και την κάθετη διάμετρο (των πόλων) είναι μόλις τρία χιλιόμετρα.

Οι ερευνητές έκαναν λόγο για εντυπωσιακά μικρό αριθμό, αν ληφθεί υπόψη ότι το τεράστιο άστρο έχει ακτίνα 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων. «Πρόκειται για το πιο στρογγυλό φυσικό αντικείμενο που έχει ποτέ μετρηθεί, πιο στρογγυλό και από τον Ήλιο», δήλωσε ο Γκιζόν.

Ένα κρυμμένο υπερσμήνος γαλαξιών

To υπερσμήνος Vela (VLC) και το ευρύτερο περιβάλλον του. The Vela supercluster in its wider surroundings: The image displays the smoothed redshift distribution of galaxies in and around the Vela supercluster (larger ellipse; VSC). The centre of the image, so-called the Zone of Avoidance, is covered by the Milky Way (with its stellar fields and dust layers shown in grey scale), which obscures all structures behind it. Colour indicates the distance ranges of all galaxies within 500 - 1000 million light years (yellow is close to the peak of the Vela supercluster, green is nearer and orange further away). The ellipse marks the approximate extent of the Vela Supercluster, crossing the Galactic Plane. The VSC structure was revealed thanks to the new low latitude spectroscopic redshifts. Given its prominence on either side of the plane of the Milky Way it would be highly unlikely for these cosmic large-scale structures not to be connected across the Galactic Plane. The structure may be similar in aggregate mass to the Shapley Concentration (SC, smaller ellipse), although much more extended. The so-called “Great Attractor” (GA), located much closer to the Milky Way, is an example of a large web structure that crosses the Galactic Plane, although much smaller in extent than VSC. The central, dust-shrouded part of the VSC remains unmapped in the current Vela survey. Also visible are the Milky Way’s two satellite galaxies, LMC and SMC, located south of the Galactic plane. Credit: Thomas Jarrett (UCT)

Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων, με επικεφαλής την καθηγήτρια Ρενέ Κράαν-Κόρτεβεγκ του Πανεπιστημίου του Κέιπ Τάουν της Ν.Αφρικής, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας της Βρετανίας, εντόπισαν ένα άγνωστο μέχρι σήμερα υπερσμήνος γαλαξιών στον αστερισμό των Ιστίων.

Το λεγόμενο πλέον «υπερσμήνος των Ιστίων», που βρίσκεται σε απόσταση 800 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, κρυβόταν πίσω από τον γαλαξία μας. Η βαρυτική επίδρασή του πιστεύεται ότι είναι σημαντική στην κίνηση της Τοπικής Ομάδας Γαλαξιών, που περιλαμβάνει και τον δικό μας.

Τα γαλαξιακά υπερσμήνη είναι οι μεγαλύτερες γνωστές δομές στο ορατό σύμπαν. Αποτελούνται από σμήνη γαλαξιών και απλώνονται σε έκταση έως 200 εκατομμυρίων ετών φωτός.

   

Μια ακόμη κοντινή υπερ-Γη

Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωπλανήτη GJ 536 b και του άστρου GJ 536. Researchers have discovered a "super-Earth" type planet, GJ 536 b, whose mass is around 5.4 Earth masses, in orbit around a nearby very bright star. The exoplanet is not within the star's habitable zone, but its short orbital period of 8.7 days and the luminosity of its star, a red dwarf which is quite cool and near to our Sun, make it an attractive candidate for investigating its atmospheric composition. Artistic design of the "superearth" GJ 536 b and the star GJ 536. Credit: Gabriel Pérez, SMM (IAC)

Αστρονόμοι, με επικεφαλής τον Γιονάι Ισάι Γκονσάλες του Ινστιτούτου Αστροφυσικής των Καναρίων Νήσων της Ισπανίας, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Astronomy & Astrophysics", ανακάλυψαν άλλο έναν κοντινό εξωπλανήτη που αποτελεί μεγέθυνση της Γης.

Η εν λόγω υπερ-Γη κινείται πέριξ του άστρου GJ 536 σε απόσταση 32 ετών φωτός και έχει μάζα 5,4 φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης. Όμως ο εξωπλανήτης GJ 536 b, που κατά πάσα πιθανότητα είναι βραχώδης, δεν βρίσκεται εντός της δυνητικά φιλόξενης για ζωή ζώνης του μητρικού άστρου του.

Άλλη μια μεγάλη κοιλάδα στον Ερμή

A high-resolution digital elevation model derived from stereo images obtained by NASA’s MESSENGER spacecraft has revealed Mercury’s great valley shown here in this 3D perspective view. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/DLR/Smithsonian Institution

Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον Τόμας Γουότερς του Κέντρου Πλανητικών Μελετών του Ινστιτούτου Σμιθσόνιαν, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Geophysical Research Letters» της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης, ανακάλυψαν μια νέα μεγάλη κοιλάδα στον Ερμή, τον κοντινότερο στον Ήλιο πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος.

Η ανακάλυψη έγινε μετά από προσεκτικότερη ανάλυση των στοιχείων που έστειλε το σκάφος Messenger της NASA και τα οποία επέτρεψαν τη δημιουργία ενός νέου υψηλής ανάλυσης τοπογραφικού χάρτη του νοτίου ημισφαιρίου του πλανήτη.  Η κοιλάδα έχει πλάτος περίπου 400 χιλιομέτρων, μήκος άνω των 1.000 χιλιομέτρων και βάθος έως τριών χιλιομέτρων.

Πηγές:  Shape of a slowly rotating star measured by asteroseismology, Science Advances, 16 November 2016. advances.sciencemag.org/content/2/11/e1601777 

Renée C. Kraan-Korteweg et al. Discovery of a supercluster in the ZOA in Vela, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (2016). DOI: 10.1093/mnrasl/slw229. 

"A super-Earth orbiting the nearby M-dwarf GJ 536", by A. Suárez Mascareño, J. I. González Hernández, R. Rebolo, N. Astudillo-Defru, X. Bonfils, F. Bouchy, X. Delfosse, T. Forveille, C. Lovis, M. Mayor, F. Murgas, F. Pepe, N. C. Santos, S. Udry, A. Wünsche and S. Velasco. Accepted for publication in Astronomy & Astrophysics. www.iac.es/preprints/?c=view&pre_id=16097 

Fault-bound valley associated with the Rembrandt basin on Mercury, Geophysical Research Letters, DOI: 10.1002/2016GL070205

Τεράστιος ωκεανός κάτω από την «καρδιά» του Πλούτωνα. Pluto's icy surface may conceal a vast ocean, say researchers

Βρίσκεται κάτω από την γνωστή περιοχή με σχήμα καρδιάς και υπολογίζεται ότι είναι τόσο μεγάλος όσο όλες οι θάλασσες της Γης. The position of the dwarf planet’s heart has long been a puzzle. Now two research teams suggest Pluto tipped over - potentially aided by a huge ocean. The 1,000-kilometre-wide plain known as Sputnik Planitia. Photograph: Nasa/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Κάτω από την πιο χαρακτηριστική περιοχή του Πλούτωνα, η οποία έχει σχήμα καρδιάς, είναι πολύ πιθανό να υπάρχει ένας κρύος μισολιωμένος ωκεανός παγωμένου νερού, μεγάλος όσο όλες μαζί οι θάλασσες της Γης, σύμφωνα με νέες μελέτες των στοιχείων που είχε στείλει στη Γη το σκάφος «Νέοι Ορίζοντες» (New Horizons) της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA).

Έτσι, ο Πλούτων έρχεται να προστεθεί σε άλλα σώματα του ηλιακού μας συστήματος που μπορεί να φιλοξενούν υπόγειους ωκεανούς, με πιθανότητα κάποιων μορφών ζωής σε αυτούς. Ο ωκεανός του Πλούτωνα εκτιμάται ότι βρίσκεται 150 έως 200 χιλιόμετρα κάτω από την παγωμένη επιφάνειά του και έχει βάθος έως 100 χιλιομέτρων.

Οι ερευνητές των πανεπιστημίων ΜΙΤ, Αριζόνα και Καλιφόρνιας-Σάντα Κρουζ, με επικεφαλής τον καθηγητή πλανητικών επιστημών Φράνσις Νίμο από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας-Σάντα Κρουζ, που έκαναν δύο σχετικές δημοσιεύσεις στο περιοδικό «Nature», εκτιμούν ότι ο υγρός ωκεανός βρίσκεται πολύ κοντά κάτω από την επιφάνεια του νάνου πλανήτη και όχι σε μεγάλο βάθος.

Ο πλουτώνιος ωκεανός

Sputnik Planitia, the western lobe of Pluto’s icy “heart,” is a giant basin that probably formed from a powerful impact northwest of its present location. It reoriented to is current position near Pluto’s equator as its basin filled with volatile ices, potentially aided by the upwellings of a subsurface ocean deep within the dwarf planet. Credit: James Tuttle Keane

H λεγόμενη περιοχή Tombaugh που μοιάζει με καρδιά και ειδικότερα ένα κυκλικό επίπεδο τμήμα της 1.000 χιλιομέτρων με την ονομασία Sputnik Planitia (προηγουμένως λεγόταν Sputnik Planum), που πιθανότατα δημιουργήθηκε από πρόσκρουση αστεροειδούς, είναι η πιο φωτεινή πάνω στον Πλούτωνα. Για κάποιο άγνωστο λόγο, είναι μονίμως «κλειδωμένη» απέναντι στο δορυφόρο Χάροντα.

An ocean could explain why Sputnik Planitia - the left lobe of the bright, heart-shaped expanse on the dwarf planet’s surface - lies near Pluto’s equator, facing away from Pluto’s largest moon. Photograph: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Ένας ωκεανός από κάτω της θα μπορούσε να εξηγεί αυτή τη βαρυτική ανωμαλία. Παρόλο που απέχει από τον Ήλιο περίπου 40 φορές περισσότερες από ό,τι η Γη, ο Πλούτων έχει διατηρήσει στα έγκατά του ραδιενεργή θερμότητα από την εποχή που δημιουργήθηκε πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, κάτι που επιτρέπει τη διατήρηση ενός υγρού ωκεανού στο εσωτερικό του, λιώνοντας - ή έστω μισολιώνοντας - τους πάγους. Επιπλέον, ο πλουτώνιος ωκεανός πιθανώς περιέχει αμμωνία που δρα ως...αντιψυκτικό.

Το σκάφος New Horizons, που έχει μέγεθος μεγάλου πιάνου, εκτοξεύθηκε από τη Γη τον Ιανουάριο του 2006 και έφθασε στον μακρινό Πλούτωνα τον Ιούλιο του 2015, όπου παρέμεινε επί τρεις μήνες, στέλοντας πίσω πολύτιμα στοιχεία, προτού συνεχίσει το ταξίδι του ακόμη πιο πέρα από τον Ποσειδώνα, στη Ζώνη Κάιπερ και ειδικότερα στο σώμα «2014 MU69», όπου αναμένεται να φθάσει την Πρωτοχρονιά του 2019. Υπάρχουν ενδείξεις ότι και άλλα μεγάλα σώματα σε αυτή τη Ζώνη μπορεί να διαθέτουν υπόγειους υγρούς ωκεανούς.

Πηγή: https://www.theguardian.com/science/2016/nov/16/plutos-icy-surface-may-conceal-a-vast-ocean-say-researchers-sputnik-planitia

Σ. Χόκινγκ: Η «απόδραση» από τη Γη αναγκαία για την επιβίωση της ανθρωπότητας. Professor Stephen Hawking: Humanity will not survive another 1,000 years if we don’t escape our planet

Humans will not survive another 1,000 years on 'fragile' Earth, according to Professor Stephen Hawking. The renowned theoretical physicist believes that life on Earth is at an ever-increasing risk of being wiped out by a disaster, such as the increasing threat of artificial intelligence.

Το ανθρώπινο είδος δεν θα καταφέρει να επιβιώσει, αν σε μία χιλιετία δεν έχει προλάβει να βρει μία άλλη «κατοικία» στο διάστημα. Αυτό υποστήριξε ο διάσημος Βρετανός φυσικός Στίβεν Χόκινγκ σε χθεσινή του διάλεξη στην Οξφόρδη, με θέμα την κοσμολογία.

Climate change, nuclear war, over population could all contribute to the end of the world. GETTY

Ο Χόκινγκ σημείωσε πως θα πρέπει να συνεχισθεί η διαστημική εξερεύνηση, για το μέλλον της ανθρωπότητας. «Δεν νομίζω πως θα επιβιώσουμε άλλα 1.000 χρόνια, αν στο μεταξύ δεν έχουμε δραπετεύσει από τα εύθραυστο πλανήτη μας», σημείωσε χαρακτηριστικά, σύμφωνα με την εφημερίδα The Independent.

Τον περασμένο Ιανουάριο, ο ίδιος είχε εκτιμήσει πως θα χρειασθούν 100 χρόνια για να γίνουν πραγματικότητα οι πρώτες αποικίες στον Άρη. Όπως πρόσθεσε, στα χρόνια που θα μεσολαβήσουν, θα πρέπει να είμαι «πολύ προσεκτικοί» στη διαχείριση του γήινου περιβάλλοντος.

Professor Hawking explained in his talk, titled 'The Origin of the Universe', how he was currently working to prove how the origin of the universe did obey the laws of physics as was understood what modern physicists called M-theory.

Κατά τη διάρκεια της διάλεξής του, ο 74χρονος επιστήμονας χαρακτήρισε θρίαμβο τα βήματα που έχουν γίνει τα τελευταία χρόνια στην κοσμολογία. Χάρις σε αυτά τα βήματα, «έχουμε έρθει τόσο κοντά στο να κατανοήσουμε τους νόμους που κυβερνούν το σύμπαν και εμάς τους ίδιους», υπογράμμισε.

Κάνοντας έναν απολογισμό αυτών των επιτευγμάτων, ανέφερε πως είναι μία εξαιρετική εποχή για να ζει κανείς και να εργάζεται πάνω στη θεωρητική φυσική. Επίσης, μίλησε για τις έρευνες που έχει ο ίδιος πραγματοποιήσει, σημειώνοντας ότι είναι χαρούμενος για τη «μικρή συμβολή» του στην αλλαγή του τρόπου με τον οποίο «βλέπουμε» το σύμπαν μέσα στα τελευταία 50 χρόνια.

Transcript of Professor Hawking’s speech at the launch of the Leverhulme Centre for the Future of Intelligence, October 19, 2016

Όσον αφορά το μέλλον, ο Χόκινγκ μίλησε για «φιλόδοξους» στόχους. «Θα χαρτογραφήσουμε τη θέση εκατομμυρίων γαλαξιών, με τη βοήθεια υπερυπολογιστών όπως το Cosmos. Θα κατανοήσουμε καλύτερη τη θέση μας στο σύμπαν».

Το Cosmos είναι ένας υπερυπολογιστής που βρίσκεται εγκατεστημένος στο πανεπιστήμιο Κέιμπριτζ, στο Κέντρο Θεωρητικής Κοσμολογίας Stephen Hawking (CTC).

Ο θεωρητικός φυσικός συμβούλευσε επίσης το ακροατήριο να θυμάται να «ατενίζει ψηλά τα αστέρια, και όχι να χαμηλώνει το βλέμμα στα πόδια του».

«Να προσπαθείτε να κατανοείτε ό,τι βλέπετε, αναρωτηθείτε τι είναι αυτό που κάνει το σύμπαν να υπάρχει. Να έχετε περιέργεια. Όσο δύσκολη κι αν φαίνεται η ζωή, πάντοτε υπάρχει κάτι που μπορείτε να κάνετε και στο οποίο να πετύχετε. Αυτό που έχει σημασία είναι να μην εγκαταλείπετε την προσπάθεια», τόνισε.

Πηγή: www.independent.co.uk