Πως τα διαγράμματα Feynman έφεραν επανάσταση στη φυσική. How Feynman Diagrams Revolutionized Physics

In the late 1940s, Richard Feynman invented a visual tool for simplifying particle calculations that forever changed theoretical physics. Mette Ilene Holmriis for Quanta Magazine

Ο Richard Feynman είναι ένας από τους διασημότερους φυσικούς του 20ου αιώνα. Ο Hans Bethe, που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ φυσικής το 1967, έλεγε για τον Feynman: «Υπάρχουν δυο τύποι μεγαλοφυίας. Στον πρώτο τύπο ανήκουν οι συνηθισμένες ιδιοφυίες, που επιτυγχάνουν εκπληκτικά πράγματα, αλλά σας αφήνουν το περιθώριο να πιστεύετε ότι θα μπορούσατε να κάνετε το ίδιο … εφόσον εργαζόσασταν πολύ σκληρά.  Στον δεύτερο τύπο ανήκουν οι μάγοι, που δεν έχετε ιδέα πως το κάνουν. Ο Feynman ήταν ένας μάγος».

Richard P. Feynman, circa 1955. Credit: SSPL/Getty Images

Οι φυσικοί προς το τέλος της δεκαετίας του 1940 προσπαθούσαν να αναδιατυπώσουν μια σχετικιστική κβαντική θεωρία που να περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Μεταξύ αυτών και ο Feynman ο οποίος βραβεύθηκε για την συνεισφορά του με το Νόμπελ φυσικής το 1965.

Το διάγραμμα Feynman για την διάσπαση βήτα ενός νετρονίου προς ένα πρωτόνιο, ένα νετρόνιο και ένα αντινετρίνο διαμέσου του μποζονίου W.

Ο Feynman εισήγαγε μια οπτική μέθοδο για να απλοποιήσει τους φαινομενικά αδύνατους υπολογισμούς που απαιτούνται στην περιγραφή των αλληλεπιδράσεων των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Με την εργασία του Feynman (και των Dyson, Julian Schwinger και Sin-Itiro Tomonaga), γεννήθηκε μια νέα και βελτιωμένη θεωρία της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής.

Σύμφωνα με τον ιστορικό της επιστήμης David Kaiser, τα διαγράμματα Feynman έφεραν επανάσταση στη θεωρητική φυσική, παρόμοια με την γονιδιωματική επανάσταση στη βιολογία, και συνέβαλαν στην αλλαγή του τρόπου με τον οποίο οι φυσικοί έβλεπαν την φύση και την θέση τους σ’ αυτή.

Το νέο βίντεο του quantamagazine.org μας εξηγεί τι είναι τα διαγράμματα Feynamn. The brilliant physicist Richard Feynman devised a system of line drawings that simplified calculations of particle interactions and helped rescue the field of quantum electrodynamics. Directed by Emily Driscoll and animated by Mette Ilene Holmriis for Quanta Magazine

Δεκαετίες αργότερα, έγινε φανερό ότι η τεχνική του Feynman ήταν σαν μια μηχανή Rube Goldberg. Ακόμα και η σύγκρουση δύο γλοιονίων  που παράγει τέσσερα γλοιόνια με μικρότερη ενέργεια, ένα γεγονός που συμβαίνει δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο στις συγκρούσεις του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων, περιλαμβάνει 220 διαγράμματα, τα οποία αντιστοιχούν σε χιλιάδες όρους στον υπολογισμό του πλάτους σκέδασης.

Tα τελευταία χρόνια, μια ομάδα φυσικών και μαθηματικών μελετά ένα γεωμετρικό αντικείμενο που ονομάζεται amplituhedron (πλατύεδρο) που απλοποιεί σημαντικά τους υπολογισμούς των αλληλεπιδράσεων των σωματιδίων.

Εν τω μεταξύ, άλλοι φυσικοί ελπίζουν ότι οι αναδυόμενες συνδέσεις μεταξύ των διαγραμμάτων Feynman και της θεωρίας αριθμών μπορούν να βοηθήσουν στην αναγνώριση των μοτίβων που παράγονται από πιο περίπλοκα διαγράμματα. Όπως ανέφερε ο Kevin Hartnett το 2016, η κατανόηση αυτών των μοτίβων θα μπορούσε να κάνει τους υπολογισμούς αλληλεπιδράσεων σωματιδίων πολύ πιο απλούς, αλλά όπως και η προσέγγιση amplituedron, είναι ακόμα μια διαδικασία σε εξέλιξη.

Γλυπτό του Andy Charalambous εμπνευσμένο από το διάγραμμα Feynman της διάσπαση βήτα του νετρονίου.

Τα διαγράμματα Feynman παραμένουν ένα πολύτιμο εργαλείο στη φυσική, επειδή συχνά δίνουν καλές προσεγγίσεις της πραγματικότητας, έγραψε ο Frank Wilczek, ο οποίος βραβεύθηκε με το Νόμπελ φυσικής το 2004: «Μας βοηθούν να κατευθύνουμε τις δυνάμεις της οπτικής φαντασίας μας σε κόσμους που δεν μπορούμε πραγματικά να δούμε.»

Πηγές: https://www.quantamagazine.org/how-feynman-diagrams-revolutionized-physics-20190514/ - https://physicsgg.me/2019/05/16/πως-τα-διαγράμματα-feynman-έφεραν-επανάστασ/

Ο πρώτος ζωντανός οργανισμός με επανακωδικοποιημένο γονιδίωμα. Scientists Created Bacteria With a Synthetic Genome. Is This Artificial Life?

Oλική σύνθεση του Escherichia coli με ένα επανακωδικοποιημένο γονιδίωμα. Πρέπει να θεωρηθεί ως τεχνητή ζωή ή όχι; In a milestone for synthetic biology, colonies of E. coli thrive with DNA constructed from scratch by humans, not nature. Syn61, the E. coli bacteria with a "recoded" genome, growing on an agar plate. Credit: WESLEY E. ROBERTSON

Επιστήμονες στη Βρετανία δημιούργησαν στο εργαστήριο, με τη βοήθεια υπολογιστή, τον πρώτο έμβιο μικροοργανισμό με την ονομασία Syn61, του οποίου το DNA είναι πλήρως ανασχεδιασμένο από τους ανθρώπους. Το επίτευγμα χαρακτηρίσθηκε ορόσημο στο πεδίο της συνθετικής βιολογίας και εγείρει το ερώτημα κατά πόσο το εν λόγω βακτήριο πρέπει να θεωρηθεί τεχνητή ζωή ή όχι.

Fig. 1: Design of the synthetic genome, implementing a defined recoding scheme for synonymous codon compression.

Η γενετική πληροφορία είναι καταγεγραμμένη στα νουκλεϊνικά οξέα στη γλώσσα των τεσσάρων αζωτούχων βάσεων που συμβολίζονται με τα γράμματα Α=αδενίνη, Τ=θυμίνη, G=γουανίνη, C=κυτοσίνη για το DNA και τα ίδια για το RNA, μόνο που αντί της T έχουμε την U=την ουρακίλη. Τα νουκλεϊνικά οξέα συνίστανται από τα νουκλεοτίδια τα οποία χαρακτηρίζονται από την αζωτούχα βάση που περιέχουν. Η σύνθεση του mRNA (το μόριο που μεταφέρει την γενετική πληροφορία σύνθεσης των πρωτεϊνών στα ριβοσώματα), καθορίζεται από την αλληλουχία των παραπάνω βάσεων στο μόριο του DNA. Στην διαδικασία αυτή που ονομάζεται μεταγραφή δεν έχουμε προβλήματα κωδικοποίησης, αφού κάθε βάση του DNA αντιστοιχεί σε μια συμπληρωματική της στο mRNA.

Όμως κατά την σύνθεση των πρωτεϊνών (μετάφραση) έχουμε το εξής πρόβλημα: οι διαφορετικές αζωτούχες βάσεις είναι τέσσερις, ενώ τα διαφορετικά αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες είναι είκοσι. Συνεπώς δεν γίνεται ένα νουκλεοτίδιο να κωδικοποιεί ένα αμινοξύ.

Έτσι, ο γενετικός κώδικας, το λεξικό δηλαδή με βάση το οποίο μεταφράζεται η γενετική πληροφορία, είναι τριαδικός. Μια τριάδα νουκλεοτιδίων (κωδικόνιο), χαρακτηρίζεται από μια τριάδα αζωτούχων βάσεων και κωδικοποιεί ένα αμινοξύ.

Από τα εξήντα τέσσερα διαφορετικά κωδικόνια: τα τρία από αυτά δεν κωδικοποιούν κανένα αμινοξύ και λειτουργούν ως σήματα λήξης της μετάφρασης.

Όλα τα αμινοξέα, εκτός από δύο, κωδικοποιούνται από περισσότερα του ενός κωδικόνια (τα συνώνυμα κωδικόνια). Αυτή η αλληλοεπικάλυψη δεν έχει εξηγηθεί μέχρι σήμερα.

Είναι λοιπόν όλα τα κωδικόνια ουσιώδη για τη ζωή;

A colored scanning electron micrograph of the bacteria E. coli. Scientists in Britain created bacteria with “recoded” DNA. Credit: Nano Creative/Science Source

Ο μικροοργανισμός Syn61δημιουργήθηκε (και) για να δοθεί μια απάντηση στο ερώτημα αυτό.

Μετά από μερικά προκαταρτικά πειράματα, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, με επικεφαλής τον μοριακό βιολόγο Τζέησον Τσιν, σχεδίασαν μια τροποποιημένη μορφή του γονιδιώματος του Ε. coli που απαιτούσε 61 κωδικόνια. Ο νέος οργανισμός χρησιμοποιεί τα 59 κωδικόνια για να κωδικοποιήσει όλα τα αμινοξέα που χρειάζεται ο οργανισμός.  Για παράδειγμα, αντί τα 6 κωδικόνια να παράγουν το ίδιο αμινοξύ, την σερίνη, στο νέο γονιδίωμα χρησιμοποιούνται μόνο 4.

Το συνθετικό DNA δημιουργήθηκε στο εργαστήριο και μετά εισήχθη σταδιακά στο βακτήριο E.coli, αντικαθιστώντας τελικά πλήρως τα φυσικά γονίδια με συνθετικά. Το πλήρως ανασχεδιασμένο βακτήριο επέζησε. Οι αποικίες των εν λόγω συνθετικών βακτηρίων είναι ζωντανές και αναπτύσσονται, αν και έχουν ασυνήθιστο σχήμα και αναπαράγονται πιο αργά από ό,τι συνήθως.

Τα κύτταρα τους λειτουργούν με νέους βιολογικούς κανόνες, παράγοντας γνωστές πρωτεΐνες αλλά με ανθρωπογενή γενετικό κώδικα. Το επίτευγμα μπορεί μια μέρα να οδηγήσει σε συνθετικούς οργανισμούς που, σαν «ζωντανά εργοστάσια», θα παράγουν νέου τύπου φάρμακα ή άλλα πολύτιμα μόρια. Η σχετική δημοσίευση έγινε στο «Nature».

A colored scanning electronic micrograph of synthesized Mycoplasma mycoides, bacteria with a genome containing one million base pairs. Now scientists have created an E.coli genome four times larger. Credit: Thomas Deerinck, NCMIR/Science Source

Το 2010 επιστήμονες στις ΗΠΑ δημιούργησαν το πρώτο εν μέρει συνθετικό γονιδίωμα ενός μικροοργανισμού (Mycoplasma mycoides), που διέθετε ένα εκατομμύριο βάσεις (τα «γράμματα» του γενετικού αλφαβήτου), δηλαδή τα μόρια αδενίνη, θυμίνη, γουανίνη και κυτοσίνη (A, T, G, C). Το νέο κατά 100% ανασχεδιασμένο συνθετικό γονιδίωμα διαθέτει τέσσερα εκατομμύρια βάσεις και η εκτύπωση του καταλαμβάνει 970 σελίδες Α4.

Πηγές: Julius Fredens et al. Total synthesis of Escherichia coli with a recoded genome, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1192-5 - https://www.nytimes.com/2019/05/15/science/synthetic-genome-bacteria.html - http://www.kathimerini.gr/1024211/article/epikairothta/episthmh/dhmioyrgh8hke-o-prwtos-emvios-syn8etikos-mikroorganismos-me-dna-kata-100-anasxediasmeno-apo-toys-an8rwpoys

H τέχνη συναντά την τεχνητή νοημοσύνη. Dali lives: Art meets artificial intelligence

Μουσείο «ανέστησε» τον Σαλβαντόρ Νταλί με τεχνητή νοημοσύνη. Imagine Salvador Dali welcoming you to the The Dali Museum as if he were alive today, sharing observations on current events and shedding light on the motivations behind his artwork. In April, that imagined Dali becomes real with the debut of Dali Lives, a groundbreaking AI experience exclusively at The Dali. Using cutting-edge artificial intelligence (AI), Dali Lives will provide Museum visitors an opportunity to learn more about Dali’s life from the person who knew him best: the artist himself. When the experience opens, visitors will be able to interact with an engaging life-like Salvador Dali on a series of screens throughout the Museum. © Salvador Dali Museum, Inc., St. Petersburg, FL, 2019. 

Ο Σαλβαντόρ Νταλί υποδέχεται o ίδιος τους επισκέπτες του στο The Dali Museum στο Σεντ Πίτερσμπεργκ της Φλόριντα από το Σάββατο, 11 Μαΐου- επέτειο της γέννησης του καλλιτέχνη- με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης.

Το «Dali Lives» είχε ανακοινωθεί τον Ιανουάριο και είναι μια πρωτοβουλία προς τιμήν του μεγάλου καλλιτέχνη για τα 115 χρόνια από τη γέννησή του. Η εμπειρία «Dali Lives» αξιοποιεί τεχνολογία machine learning για τη δημιουργία ενός ομοιώματος του Νταλί, με το οποίο οι επισκέπτες μπορούν να αλληλεπιδρούν σε οθόνες ανά το μουσείο.

Όπως είχε πει ο Χανκ Χάιν, εκτελεστικός διευθυντής του μουσείου, ο ίδιος ο Νταλί είχε εκφράσει την ελπίδα πως, μετά τον θάνατό του, οι άνθρωποι θα έλεγαν πως «ο Νταλί πέθανε, αλλά όχι εντελώς». Με την τεχνολογία αυτή, οι επισκέπτες μπορούν να βιώσουν την προσωπικότητα του καλλιτέχνη από κοντά, θαυμάζοντας παράλληλα τα έργα του.

Το μουσείο συνεργάστηκε με την Goodby Silverstein & Partners (GS&P) για να «αναστήσει» τον «άρχοντα» του σουρεαλισμού: Στο πλαίσιο του εγχειρήματος, αξιοποιήθηκαν εκατοντάδες συνεντεύξεις, αποφθέγματα και πλούσιο αρχειακό υλικό, που χρησιμοποιήθηκαν για να «εκπαιδεύσουν» έναν αλγόριθμο Α.Ι. έτσι ώστε να «μάθει» το πρόσωπο του Νταλί. Στη συνέχεια έψαξαν και βρήκαν έναν ηθοποιό με παρόμοια σωματικά χαρακτηριστικά. Ακολούθως, η τεχνητή νοημοσύνη φτιάχνει ένα ομοίωμα του Νταλί που να αντιστοιχεί στο πρόσωπο και τις εκφράσεις του καλλιτέχνη. Για σκοπούς πληροφόρησης και ενημέρωσης των επισκεπτών που αλληλεπιδρούν με το «Dali Lives», το μουσείο χρησιμοποίησε αυθεντικά γραπτά του ίδιου του Νταλί, σε συνδυασμό με πιο μοντέρνα μηνύματα, τα οποία, συνολικά, αναλαμβάνει να «ζωντανέψει» ο ηθοποιός.

Όπως σημειώνει το Popular Mechanics, πρόκειται για μια επίδειξη του επιπέδου στο οποίο έχει φτάσει η τεχνολογία των deepfakes, που επιτρέπει τη ρεαλιστική «εισαγωγή» διάσημων σε βίντεο. Σε συνδυασμό με ηθοποιό που μιμείται τη χαρακτηριστική προφορά του καλλιτέχνη, το τελικό αποτέλεσμα είναι μια ιδιαίτερα εντυπωσιακή διαδραστική εμπειρία, που είναι διαφορετική για τον κάθε επισκέπτη.

Πηγές: https://thedali.org/dali-lives/ - https://www.naftemporiki.gr/story/1475004/mouseio-anestise-ton-salbantor-ntali-me-texniti-noimosuni

Αποκαλύφθηκε στις ΗΠΑ μικρομεσαίος πρόγονος του Τυραννόσαυρου. New three-foot-tall relative of Tyrannosaurus rex

A reconstruction of the tyrannosauroid Suskityrannus hazelae (standing in foreground) that lived during the Late Cretaceous period about 92 million years ago. The ceratopsoid Zuniceratops sits nearby, while the hadrosauromorph Jeyawati  walks in the background. Credit: Andrey Atuchin

Παλαιοντολόγοι αποκάλυψαν στις ΗΠΑ δύο απολιθώματα ενός νέου, άγνωστου έως τώρα, είδους τυραννόσαυρου, που είχε μικρομεσαίο μέγεθος και προηγήθηκε κατά περίπου 92 εκατομμύρια χρόνια του τρομερού «βασιλιά» Τυραννόσαυρου (T.rex), ο οποίος ήταν τεράστιος.

Ο νέος δεινόσαυρος, ο οποίος ονομάστηκε Σασκιτύραννος (Suskityrannus hazelae), είχε ύψος γύρω στο ένα μέτρο (μικρότερο από το κρανίο ενός T.rex), μήκος τρία μέτρα και βάρος 40 κιλά. Επειδή τα απολιθώματα προέρχονται από νεαρής ηλικίας δεινόσαυρο, το συγκεκριμένο είδος εκτιμάται ότι θα είχε μεγαλύτερη ανάπτυξη κατά την ωρίμανσή του, αλλά σίγουρα δεν θα έφτανε το μέγεθος του T.rex, που ζύγιζε οκτώ έως εννέα τόννους.

Η νέα ανακάλυψη δείχνει ότι οι Τυραννόσαυροι είχαν ήδη αναπτύξει από το παρελθόν πολλά από τα βασικά χαρακτηριστικά τους –αν και σε μικρότερο μέγεθος– όπως το σχήμα του κρανίου, του στόματος και των ποδιών. Την εποχή που ζούσε ο Σασκιτύραννος, στον πλανήτη μας κυριαρχούσαν οι Αλλόσαυροι.

Sterling Nesbitt and fossil remains of Suskityrannus hazelae, which he found at age 16 in 1998. Credit: Virginia Tech

«Ο Σασκιτύραννος μας δίνει μια εικόνα για την εξέλιξη των τυραννόσαυρων προτού κατακτήσουν τον πλανήτη», ανέφερε ο επικεφαλής ερευνητής, επίκουρος καθηγητής παλαιοντολογίας Στέρλινγκ Νέσμπιτ του Τμήματος Γεωεπιστημών του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας της Βιρτζίνια (Virginia Tech), που έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature Ecology and Evolution».

Ο T.rex, ένας από τους μεγαλύτερους και πιο επίφοβους θηρευτές που περπάτησαν στη Γη, είναι επίσης ο πιο διάσημος από όλους τους δεινόσαυρους. Όμως η «βασιλεία» του στον πλανήτη μας υπήρξε σχετικά σύντομη, καθώς το είδος τους εξελίχθηκε μόνο 15 εκατομμύρια χρόνια πριν από την εξαφάνιση των δεινοσαύρων (πριν από 66 εκατ. χρόνια λόγω πτώσης αστεροειδούς).

Οι παλαιοντολόγοι είχαν έως τώρα βρει πολύ πρώιμους και μικρόσωμους τυραννόσαυρους που ζούσαν 150 εκατομμύρια χρόνια πριν από την εμφάνιση του T.rex, αλλά όχι ενδιάμεσα απολιθώματα. Αυτό το κενό έρχεται να καλύψει η ανακάλυψη του Σασκιτύραννου.

Δεν είναι σαφές γιατί οι πρόγονοι των τυραννόσαυρων, που τριγυρνούσαν στην Αμερική και στην Ασία για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, παρέμειναν μικρομεσαίου μεγέθους και μετά έγιναν γιγάντιοι.

Πηγές: A mid-Cretaceous tyrannosauroid and the origin of North American end-Cretaceous dinosaur assemblages. Nature Ecology & Evolution, 2019 DOI: 10.1038/s41559-019-0888-0 - https://www.in.gr/2019/05/07/tech/anakalyfthike-stis-ipa-mikromesaios-progonos-tou-tyrannosayrou/

Ερωτικό γράμμα διαβάζει το «Κορίτσι» στον πίνακα του Βερμέερ; A “new” Vermeer in Dresden

Γιοχάνες Φερμέερ, «Κορίτσι που διαβάζει γράμμα μπροστά στο ανοιχτό παράθυρο». Το έργο κατά τη διάρκεια των εργασιών συντήρησης. Φωτ.: Staatliche Kunstsammlungen Dresden. Johannes Vermeer, Girl Reading a Letter at an Open Window, current intermediate state of restoration, with partially uncovered picture of Cupid. (photo: Wolfgang Kreische – © SKD)

Τα έργα των μεγάλων ζωγράφων του παρελθόντος δεν παύουν να μας εκπλήσσουν. Εργασίες συντήρησης αποκαλύπτουν στοιχεία τα οποία παρέμεναν μυστικά για αιώνες. Το γνωστό αποδεικνύεται άγνωστο. Τώρα, ένας κρυμμένος Ερωτιδέας στον πίνακα του Γιοχάνες Φερμέερ (Βερμέερ, είναι γνωστός στην Ελλάδα) «Κορίτσι που διαβάζει γράμμα μπροστά στο ανοιχτό παράθυρο» πρόκειται να αναδυθεί στον καμβά ενός από τα πιο διάσημα, παγκοσμίως, έργα της Δυτικής ζωγραφικής αφότου παρέμεινε επί δυόμισι αιώνες κάτω από μια στρώση χρώματος!

Γιοχάνες Φερμέερ, «Κορίτσι που διαβάζει γράμμα μπροστά στο ανοιχτό παράθυρο». Το έργο πριν από τις εργασίες συντήρησης. Φωτ.: Staatliche Kunstsammlungen Dresden. Johannes Vermeer (1632-1675), Girl Reading a Letter at an Open Window, ca. 1657-59 Gemäldegalerie Alte Meister, Dresden

Κατά τη διάρκεια εργασιών συντήρησης του πίνακα στη Gemaldegalerie της Δρέσδης, οι συντηρητές ανακάλυψαν, προς μεγάλη τους έκπληξη, ότι ο γυμνός θεός Έρωτας, στο πάνω δεξιά τμήμα του έργου, είχε καλυφθεί με χρώμα πολλά χρόνια μετά το θάνατο του ζωγράφου. Στο πρωτότυπο έργο, ο «πίνακας μέσα στον πίνακα» στον οποίο αναπαρίστατο ο Ερωτιδέας ήταν κρεμασμένος στον τοίχο πίσω από το κορίτσι που διάβαζε το γράμμα. Αυτό είχε διαπιστωθεί, πριν από 40 χρόνια, έπειτα από εξέταση του έργου με ακτίνες Χ. Οι ειδικοί, όμως, είχαν καταλήξει ότι ο ίδιος ο μεγάλος Φλαμανδός ζωγράφος τον είχε καλύψει με χρώμα. Αποφασίστηκε να αποκαταστήσουν τον Ερωτιδέα στον πίνακα όταν εργαστηριακά τεστ αποσαφήνισαν ότι είχε καλυφθεί δεκαετίες αργότερα από την ολοκλήρωση του έργου από τον Φερμέερ.

«Αυτό είναι η πιο εντυπωσιακή εμπειρία της καριέρας μου» δήλωσε η επικεφαλής συντηρήτρια στην Πινακοθήκη της Δρέσδης, Ούτα Νάιντχαρντ. «Το κάνει διαφορετικό έργο ζωγραφικής».

Ο πίνακας ολοκληρώθηκε γύρω στο 1657, ανήκει στις συλλογές της Δρέσδης από το 1742 και είναι ένας από τους μόνο 35 πίνακες ζωγραφικής που οριστικά αποδίδονται στον μαέστρο.

«Είναι η μοναδική ένδειξη που υπαινίσσεται ιστορία έρωτα» δηλώνει η Νάιντχαρντ.

Πηγές: https://www.skd.museum/en/besucherservice/press/2019/a-new-vermeer-in-dresden/ - https://www.newsit.gr/kosmos/erotiko-gramma-diavazei-to-koritsi-ston-pinaka-tou-vermeer/2776167/

Οι «σκοτεινές δυνάμεις» του σύμπαντος κρατούν στο σκοτάδι τους επιστήμονες. Cosmology’s Biggest Conundrum Is A Clue, Not A Controversy

How fast is the Universe expanding? The results might be pointing to something incredible. The expanding Universe, full of galaxies and the complex structure we observe today, arose from a smaller, hotter, denser, more uniform state. It took thousands of scientists working for hundreds of years for us to arrive at this picture, and yet the lack of a consensus on what the expansion rate actually is tells us that either something is dreadfully wrong, we have an unidentified error somewhere, or there’s a new scientific revolution just on the horizon. (C. FAUCHER-GIGUÈRE, A. LIDZ, AND L. HERNQUIST, SCIENCE 319, 5859 (47))

Η ανακοίνωση των επιστημόνων προ ημερών, οι οποίοι επιβεβαίωσαν ότι βλέπουν το σύμπαν να επεκτείνεται ταχύτερα του αναμενομένου, με ρυθμό περίπου 9% πιο γρήγορο από ό,τι υπολογίζαμε μέχρι πρότινος, δημιούργησε νέο προβληματισμό στην επιστημονική κοινότητα.

The farther a galaxy is, the faster it expands away from us, and the more its light appears redshifted. A galaxy moving with the expanding Universe will be even a greater number of light years away, today, than the number of years (multiplied by the speed of light) that it took the light emitted from it to reach us. But how fast the Universe is expanding is something that astronomers using different techniques cannot agree on. (LARRY MCNISH OF RASC CALGARY CENTER)

Αστρονόμοι, φυσικοί και κοσμολόγοι αντιλαμβάνονται ότι κάτι δεν πάει καλά με τις θεωρίες τους για το πως εξελίσσεται το σύμπαν … συνεπώς απαιτείται μια νέα Φυσική που να μπορεί να το εξηγήσει καλύτερα.

Modern measurement tensions from the distance ladder (red) with early signal data from the CMB and BAO (blue) shown for contrast. It is plausible that the early signal method is correct and there’s a fundamental flaw with the distance ladder; it’s plausible that there’s a small-scale error biasing the early signal method and the distance ladder is correct, or that both groups are right and some form of new physics (shown at top) is the culprit. But right now, we cannot be sure. (ADAM RIESS (PRIVATE COMMUNICATION))

Η νέα ανακοίνωση από τον νομπελίστα Αμερικανό καθηγητή φυσικής και αστρονομίας Άνταμ Ρις του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς, που επιβεβαιώνει την ταχύτερη διαστολή του σύμπαντος, χωρίς να μπορεί να δοθεί ακόμη μια εξήγηση για το μυστήριο, λειτούργησε ως «καμπανάκι κινδύνου» για τους επιστήμονες. Ο Ρις είχε μοιραστεί το Νόμπελ Φυσικής του 2011 με τους Μπράιαν Σμιτ και Σολ Περλμούτερ ακριβώς επειδή είχαν πρώτοι δείξει στο τέλος της δεκαετίας του 1990 ότι η επέκταση του σύμπαντος όχι μόνο είναι υπαρκτή, αλλά είναι επίσης -για κάποια «σκοτεινή» αιτία- και επιταχυνόμενη.

The redshift-distance relationship for distant galaxies. The points that don’t fall exactly on the line owe the slight mismatch to the differences in peculiar velocities, which offer only slight deviations from the overall observed expansion. The original data from Edwin Hubble, first used to show the Universe was expanding, all fit in the small red box at the lower-left. (ROBERT KIRSHNER, PNAS, 101, 1, 8–13 (2004))

Το σύμπαν μεγαλώνει συνεχώς και ο χώρος ανάμεσα στους γαλαξίες «ξεχειλώνει». Ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος ονομάζεται «σταθερά του Χαμπλ», επειδή πρώτος ο Αμερικανός αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ παρατήρησε το φαινόμενο της συμπαντικής διαστολής το 1929.

The construction of the cosmic distance ladder involves going from our Solar System to the stars to nearby galaxies to distant ones. Each “step” carries along its own uncertainties, especially the Cepheid variable and supernovae steps; it also would be biased towards higher or lower values if we lived in an underdense or overdense region. There are enough independent methods use to construct the cosmic distance ladder that we can no longer reasonably fault one ‘rung’ on the ladder as the cause of our mismatch between different methods. (NASA, ESA, A. FEILD (STSCI), AND A. RIESS (STSCI/JHU))

Ο νέος ακριβέστερος υπολογισμός της σταθεράς από την ομάδα του Ρις έγινε κυρίως με τη βοήθεια παρατηρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble 70 μεταβλητών αστέρων στο Μεγάλο Μαγγελανικό Νέφος, ένα γαλαξία δορυφορικό του δικού μας. Τα εν λόγω άστρα (Κηφείδες) αυξομειώνουν τη φωτεινότητα τους με προβλεπόμενους ρυθμούς, πράγμα που τα καθιστά χρήσιμα για τη δημιουργία μιας κλίμακας για τον υπολογισμό των κοσμικών αποστάσεων (η μελέτη του φωτός των εκρήξεων σούπερ-νόβα βοηθά περαιτέρω).

Ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος υπολογίσθηκε σε περίπου 74,03 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (ένα megaparsec είναι γύρω στα 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός). Αυτό σημαίνει ότι για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός που ένας γαλαξίας είναι μακρύτερα από τη Γη, φαίνεται να απομακρύνεται από εμάς με ταχύτητα 74 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο πιο γρήγορα.

The Variable Star RS Puppis, with its light echoes shining through the interstellar clouds. Variable stars come in many varieties; one of them, Cepheid variables, can be measured both within our own galaxy and in galaxies up to 50–60 million light years away. This enables us to extrapolate distances from our own galaxy to far more distant ones in the Universe. Other classes of individual star, such as a star at the tip of the AGB or a RR Lyrae variable, can be used instead of Cepheids, yielding similar results and the same cosmic conundrum over the expansion rate. (NASA, ESA, AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM)

Η αβεβαιότητα του νέου αριθμού εκτιμήθηκε σε μόλις 1,9%, έναντι 10% το 2001 και 5% το 2009, ενώ η πιθανότητα λάθους υπολογίστηκε σε μόλις μία πιθανότητα στις 100.000 Το μεγάλο πρόβλημα είναι ότι η αναμενόμενη επέκταση του σύμπαντος θα έπρεπε να είναι 67,4 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, με βάση τις παρατηρήσεις του αξιόπιστου ευρωπαϊκού δορυφόρου Planck σχετικά με την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή του φωτός που είναι το απομεινάρι από την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ) της δημιουργίας του σύμπαντος πριν 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι σαν το πρώιμο σύμπαν να συμπεριφερόταν διαφορετικά από το σημερινό.

Before Planck, the best-fit to the data indicated a Hubble parameter of approximately 71 km/s/Mpc, but a value of approximately 69 or above would now be too great for both the dark matter density (x-axis) we’ve seen via other means and the scalar spectral index (right side of the y-axis) that we require for the large-scale structure of the Universe to make sense. (P.A.R. ADE ET AL. AND THE PLANCK COLLABORATION (2015))

Όπως είπε ο Ρις, «δεν είναι μόνο ότι οι δύο μετρήσεις διαφέρουν, αλλά μετρούμε τελικά κάτι θεμελιωδώς διαφορετικό. Η μία μέτρηση (σσ: η δική του) αφορά πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν όπως το βλέπουμε. Η άλλη (σσ: του Planck) είναι μια πρόβλεψη με βάση τη φυσική του πρώιμου σύμπαντος και τις μετρήσεις του πόσο γρήγορα θα έπρεπε αυτό να επεκτείνεται. Αν οι δύο μετρήσεις δεν συμφωνούν, τότε υπάρχει πολύ σοβαρή πιθανότητα πως κάτι λείπει από το κοσμολογικό μοντέλο που συνδέει τις δύο εποχές».

Η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια

The history of the expanding Universe, including what it’s composed of at present. It is only by measuring how light redshifts as it travels through the expanding Universe that we can come to understand it as we do, and that requires a large series of independent measurements.(ESA AND THE PLANCK COLLABORATION (MAIN), WITH MODIFICATIONS BY E. SIEGEL; NASA / WIKIMEDIA COMMONS USER 老陳 (INSET))

Ως υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος έχει θεωρηθεί η λεγόμενη σκοτεινή ενέργεια, που θεωρείται ότι αποτελεί περίπου το 70% της μάζας-ενέργειας του σύμπαντος. Αποκαλείται σκοτεινή απλούστατα επειδή κανείς δεν ξέρει τι είναι, όπως αντίστοιχα συμβαίνει με την αποκαλούμενη σκοτεινή ύλη.

Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι η σκοτεινή ενέργεια – ό,τι και αν είναι αυτή- υπήρχε ήδη από τα πρώτα δευτερόλεπτα της γέννησης του σύμπαντος και άρχισε εξ αρχής να ωθεί τη ύλη να επεκταθεί. Η ίδια ενέργεια υποτίθεται ότι ευθύνεται και για την επιταχυνόμενη διαστολή, λειτουργώντας ως ένα είδος κοσμικής αντιβαρύτητας. Υπό την επιρροή της σκοτεινής ενέργειας, εκτιμάται ότι το σύμπαν διπλασιάζει το μέγεθος του κάθε δέκα δισεκατομμύρια χρόνια, άγνωστο με ποιο στόχο (αν υπάρχει στόχος…).

«Αν θέλουμε να είμαστε σοβαροί με την κοσμολογία, πρέπει να πάρουμε στα σοβαρά αυτό το πρόβλημα», δήλωσε η φυσικός Λάιζα Ράνταλ του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ στους «Τάιμς της Νέας Υόρκης».

Located around 4,140 light-years away in the galactic halo, SDSS J102915+172927 is an ancient star that contains just 1/20,000th the heavy elements the Sun possesses, and should be over 13 billion years old: one of the oldest in the Universe, and having possibly formed before even the Milky Way. The existence of stars like this informs us that the Universe cannot have properties that lead to an age younger than the stars within it. (ESO, DIGITIZED SKY SURVEY 2)

Ανάμεσα στις εναλλακτικές εξηγήσεις που έχουν προταθεί, είναι η «σκοτεινή ακτινοβολία» ενός υποτιθέμενου υποατομικού σωματιδίου -ίσως ενός άγνωστου έως τώρα είδους νετρίνου πέρα από τα τρία που έχουν βρεθεί- το οποίο ταξιδεύει σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Ή η πιθανότητα η σκοτεινή ύλη (η αόρατη μορφή της ύλης που δεν αποτελείται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια) να αλληλεπιδρά πιο έντονα με τη συνήθη ύλη και ακτινοβολία από ό,τι έχει υποτεθεί μέχρι σήμερα.

Αλλά καμία προτεινόμενη εξήγηση δεν έχει αποκτήσει αληθινή αξιοπιστία, ούτε έχει επιβεβαιωθεί. «Είμαστε σε σύγχυση και ελπίζουμε ότι η σύγχυση θα οδηγήσει σε κάτι καλό», δήλωσε στωικά ο βετεράνος κοσμολόγος Μάικλ Τέρνερ του Πανεπιστημίου του Σικάγο.

A doubly-lensed quasar, like the one shown here, is caused by a gravitational lens. If the time-delay of the multiple images can be understood, it may be possible to reconstruct an expansion rate for the Universe at the distance of the quasar in question. The earliest results now show a total of four lensed quasar systems, providing an estimate for the expansion rate consistent with the distance ladder group. (NASA HUBBLE SPACE TELESCOPE, TOMMASO TREU/UCLA, AND BIRRER ET AL)

Αν η σκοτεινή ενέργεια συνεχίσει τον «καλπασμό» της με το σημερινό ρυθμό, τότε προβάλλει στον ορίζοντα ένα εφιαλτικό υπαρξιακό σενάριο: μια μέρα στο μέλλον τα πάντα θα έχουν απομακρυνθεί πια τόσο πολύ από τη Γη, ώστε τίποτε να μην είναι ορατό στον ουρανό. Η Γη -και κάθε άλλος πλανήτης- θα ζει μέσα στο απόλυτο σκοτάδι. Ακόμη χειρότερα, μπορεί μια μέρα τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια να διαλυθούν εκ των ένδον, διαρρηγνύοντας κάθε δεσμό της ύλης, οπότε δεν θα υπάρχει πια Γη, ούτε σύμπαν με υλική μορφή (το σενάριο της υπέρτατης κοσμικής καταστροφής).

Αν όμως η σκοτεινή ενέργεια εμφανίζει αυξομειώσεις διαχρονικά, άρα ίσως «επιβραδυνθεί» μελλοντικά, τότε μπορεί κανείς να ελπίσει σε ένα πιο αισιόδοξο μέλλον για την ανθρωπότητα και τον πλανήτη της.

Πηγές: https://medium.com/starts-with-a-bang/cosmologys-biggest-conundrum-is-a-clue-not-a-controversy-ae1bbad12bad -http://www.kathimerini.gr/1023471/article/epikairothta/episthmh/sto-skotadi-oi-episthmones---anazhtoyn-enagwniws-nees-kai-kalyteres-8ewries