Φυσική & Φιλοσοφία (140 άρθρα)

Νόμπελ Φυσικής 2021

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Τρεις επιστήμονες μοιράστηκαν το Νόμπελ Φυσικής 2021 για τις πρωτοποριακές μελέτες τους στην κατανόηση περίπλοκων φυσικών συστημάτων. Το μισό βραβείο μοιράστηκαν οι Syukuro Manabe(1/4) και ο Klaus Hasselmann(1/4) διότι έθεσαν τα θεμέλια της γνώσης μας για το κλίμα της Γης. Μπορείτε να διαβάσετε σχετικά ΕΔΩ: ‘Βραβείο Νόμπελ Φυσικής στα μοντέλα που προβλέπουν την κλιματική αλλαγή‘.

Ο Giorgio Parisi βραβεύθηκε με το ήμισυ του βραβείου Νόμπελ για την επαναστατική συμβολή του στη θεωρία των χαοτικών και τυχαίων φαινομένων.

Μέθοδοι για αδιάτακτα συστήματα

Γύρω στο 1980, ο Giorgio Parisi παρουσίασε τις ανακαλύψεις του για το πώς τα τυχαία φαινόμενα διέπονται από κρυμμένους κανόνες. H εργασία του θεωρείται σήμερα ως μια από τις σημαντικότερες συνεισφορές στη θεωρία πολύπλοκων συστημάτων.

Οι σύγχρονες μελέτες τέτοιων συστημάτων έχουν τις ρίζες τους στη στατιστική μηχανική που αναπτύχθηκε στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα από τους James C. Maxwell, Ludwig Boltzmann και J. Willard Gibbs. Η στατιστική μηχανική χρησιμοποίησε νέες μεθόδους για να περιγράψει συστήματα, όπως αέρια ή υγρά, που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό σωματιδίων. Παίρνοντας υπόψιν τις τυχαίες κινήσεις των σωματιδίων η βασική ιδέα ήταν να υπολογιστούν οι μέσες τιμές των μεγεθών που περιγράφουν την συμπεριφορά των σωματιδίων αντί να μελετηθεί κάθε σωματίδιο ξεχωριστά. Για παράδειγμα, η θερμοκρασία σε ένα αέριο είναι ένα μέτρο της μέσης τιμής της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων του αερίου. Η στατιστική μηχανική είχε μεγάλη επιτυχία, επειδή μας έδωσε την μικροσκοπική ερμηνεία για τις μακροσκοπικές ιδιότητες σε αέρια και υγρά, όπως η θερμοκρασία και η πίεση.

Τα μόρια ενός αερίου μπορούν να θεωρηθούν ως μικροσκοπικές ελαστικές μπάλες, που κινούνται με ταχύτητες που αυξάνονται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Όταν μειώνεται η θερμοκρασία ή αυξηθεί η πίεση, τα μόρια συμπυκνώνονται πρώτα σε υγρή και στη συνέχεια σε στερεή μορφή. Η στερεά μορφή συνήθως είναι ένας κρύσταλλος, όπου τα σωματίδια είναι διατεταγμένα με μια συμμετρική δομή. Ωστόσο, αν αυτή η μεταβολή συμβεί γρήγορα, τα σωματίδια μπορεί να σχηματίσουν μια ακανόνιστη δομή, η οποία δεν αλλάζει ακόμη και όταν το υγρό ψυχθεί ή συμπιεστεί. Εάν το πείραμα επαναληφθεί, τα σωματίδια θα σχηματίσουν ένα νέο μοτίβο, παρά το γεγονός ότι η μεταβολή πραγματοποιήθηκε με τον ίδιο ακριβώς τρόπο. Γιατί τα αποτελέσματα είναι διαφορετικά;

Τα μαθηματικά πολύπλοκων και αδιάτακτων συστημάτων: Κάθε φορά που πολλοί πανομοιότυποι δίσκοι συμπιέζονται, σχηματίζεται ένα νέο ακανόνιστο μοτίβο παρά το ότι συμπιέζονται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο. Τι είναι αυτό που καθορίζει το αποτέλεσμα; Ο Giorgio Parisi ανακάλυψε μια κρυφή δομή σ’ αυτά τα περίπλοκα άτακτα συστήματα που αντιπροσωπεύουν οι δίσκοι και βρήκε έναν τρόπο να τα περιγράψει μαθηματικά

Κατανοώντας την πολυπλοκότητα

Αυτά τα συμπιεσμένα σφαιρίδια είναι ένα απλό μοντέλο για το συνηθισμένο γυαλί και για κοκκώδη υλικά, όπως η άμμος ή το χαλίκι. Ωστόσο, το θέμα της αρχικής εργασίας του Parisi ήταν ένα διαφορετικό είδος συστήματος που ονομάζεται spin glass – στα ελληνικά συναντάται ως ‘ύαλος σπιν‘. Το όνομα αυτό δόθηκε λόγω του ότι τα σπιν των ατόμων του συστήματος έχουν συμπεριφορά ανάλογη των ”κανονικών” υάλων τα οποία είναι άμορφα και χωρικά παγωμένα. Πρόκειται για έναν ειδικό τύπο κράματος μετάλλου στο οποίο άτομα σιδήρου, για παράδειγμα, αναμιγνύονται τυχαία σε ένα πλέγμα ατόμων χαλκού. Παρόλο που υπάρχουν μόνο λίγα άτομα σιδήρου, αλλάζουν τις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού με έναν ριζικό και πολύ μυστηριώδη τρόπο. Κάθε άτομο σιδήρου συμπεριφέρεται σαν ένας μικρός μαγνήτης, που επηρεάζεται από τα άλλα άτομα σιδήρου στην γειτονιά του. Σε έναν συνηθισμένο μαγνήτη, όλες οι ιδιο-περιστροφές (σπιν) δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση, αλλά σε ένα σύστημα υάλου σπιν αυτό αποτυγχάνει. Ορισμένα ζεύγη σπιν προσανατολίζονται προς την ίδια κατεύθυνση και άλλα προς την αντίθετη κατεύθυνση – πώς προκύπτει λοιπόν ένας βέλτιστος προσανατολισμός;

Η ύπαρξη σύγχυσης (frustration) συνεπάγεται την αδυναμία ταυτόχρονης ικανοποίησης: Όταν το ένα σπιν δείχνει προς τα πάνω και το άλλο προς τα κάτω, το τρίτο δεν μπορεί να τα ικανοποιήσει και τα δύο ταυτόχρονα, επειδή τα γειτονικά σπιν έχουν διαφορετικές κατευθύνσεις. Πώς βρίσκουν τα σπιν τον βέλτιστο προσανατολισμό; Ο Giorgio Parisi απάντησε σε αυτές τις ερωτήσεις για πολλά διαφορετικά υλικά και φαινόμενα.

Στην εισαγωγή του βιβλίου του για τα υαλώδη πρότυπα σπιν, ο Parisi γράφει ότι η μελέτη του είναι σαν να παρακολουθούμε τις ανθρώπινες τραγωδίες των έργων του Σαίξπηρ. Αν θέλετε να κάνετε ταυτόχρονα φίλους δύο άτομα τα οποία αντιπαθούνται μεταξύ τους, μπορεί να συγχυστείτε. Αυτό συμβαίνει εντονότερα σε μια κλασική τραγωδία, όπου φίλοι και εχθροί συναισθηματικά φορτισμένοι συναντώνται στη σκηνή. Πώς μπορεί να ελαχιστοποιηθεί η ένταση στην σκηνή;

Οι ύαλοι σπιν και οι εξωτικές τους ιδιότητες μας δείχνουν ένα μοντέλο για τα πολύπλοκα συστήματα. Στη δεκαετία του 1970, πολλοί φυσικοί, συμπεριλαμβανομένων αρκετών βραβευμένων με Νόμπελ, αναζήτησαν τρόπους για να περιγράψουν τις μυστηριώδεις υάλους σπιν. Μια μέθοδος που χρησιμοποίησαν ήταν το τέχνασμα των αντιγράφων. Στην μέθοδο αντιγράφων εξετάζεται η θερμοδυναμική συμπεριφορά πολλών ανεξάρτητων αντιγράφων του συστήματος. Αποδείχθηκε ότι υπάρχει υαλώδης φάση κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία Tc. Ωστόσο, όσον αφορά τη φυσική, τα αποτελέσματα των αρχικών υπολογισμών έδειξαν την αδυναμία αυτής της προσέγγισης εξαιτίας της ύπαρξης αρνητικής εντροπίας σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Το 1979, ο Parisi έκανε μια αποφασιστική ανακάλυψη όταν απέδειξε πώς εισάγοντας την έννοια της ”ρήξης συμμετρίας αντιγράφων”, το τέχνασμα των αντιγράφων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί έξυπνα για την επίλυση του προβλήματος των υάλων σπιν. Ανακάλυψε μια κρυφή δομή στα αντίγραφα και βρήκε έναν τρόπο να την περιγράψει μαθηματικά. Χρειάστηκαν πολλά χρόνια για να αποδειχθεί η σωστή μαθηματική λύση του Parisi. Έκτοτε, η μέθοδος του χρησιμοποιήθηκε σε πολλά αδιάτακτα συστήματα και έγινε ακρογωνιαίος λίθος της θεωρίας περίπλοκων συστημάτων.

Η ύαλος σπιν είναι ένα κράμα μετάλλου όπου άτομα σιδήρου, για παράδειγμα, αναμιγνύονται τυχαία σε ένα πλέγμα ατόμων χαλκού. Κάθε άτομο σιδήρου συμπεριφέρεται σαν ένας μικρός μαγνήτης, ο οποίος επηρεάζεται από τους άλλους μαγνήτες γύρω του. Ωστόσο, σε ένα σύστημα υάλου σπιν ‘συγχύζονται’ και δυσκολεύονται να επιλέξουν προς ποια κατεύθυνση θα προσανατολιστούν. Εκδήλωση της σύγχυσης (frustration) είναι το πάγωμα των σπιν και η εκθετική αύξηση του χρόνου αποκατάστασης. Ο Parisi ανέπτυξε μια θεωρία που ερμηνεύει το φαινόμενο και εφαρμόζεται σε πολλά άλλα πολύπλοκα συστήματα.

Οι καρποί της σύγχυσης είναι πολλοί και ποικίλοι

Τόσο τα υαλώδη συστήματα σπιν όσο και τα κοκκώδη υλικά είναι παραδείγματα συστημάτων στα οποία εκδηλώνεται σύγχυση (frustration), όπου διάφορα συστατικά πρέπει να τακτοποιηθούν με τρόπο που να συμβιβάζει τις δυνάμεις που δρουν αντίθετα. Το ερώτημα είναι πώς συμπεριφέρονται και ποια είναι τα αποτελέσματα. Ο Parisi απάντησε σε αυτές τις ερωτήσεις για πολλά διαφορετικά υλικά και φαινόμενα. Οι θεμελιώδεις ανακαλύψεις του για την δομή των υάλων σπιν ήταν τόσο βαθιές που δεν επηρέασαν μόνο την φυσική, αλλά και τα μαθηματικά, τη βιολογία, τη νευροεπιστήμη και την μηχανική μάθηση, επειδή όλα αυτά τα πεδία περιλαμβάνουν προβλήματα που σχετίζονται άμεσα με την σύγχυση (frustration). Σε μια ομιλία του ο νομπελίστας φυσικός Philip Anderson είχε πει: ‘Οι ύαλοι σπιν αποτελούν την γέφυρα μεταξύ βιολογίας, στατιστικής μηχανικής και επιστήμης υπολογιστών’.

Ο Parisi μελέτησε επίσης και πολλά άλλα φαινόμενα στα οποία οι τυχαίες διαδικασίες παίζουν καθοριστικό ρόλο στο πώς δημιουργούνται και πώς αναπτύσσονται οι δομές, και εξετάζει ερωτήματα όπως: Γιατί έχουμε περιοδικά επαναλαμβανόμενες εποχές των παγετώνων; Υπάρχει γενικότερη μαθηματική περιγραφή του χάους και της τυρβώδους ροής; Ή – πώς προκύπτουν τα μοτίβα σε σμήνη πουλιών (ψαρόνια); Αυτή η ερώτηση μπορεί να φαίνεται εντελώς άσχετη με τα υαλώδη σπιν. Όμως, ο Parisi μας έδειξε το πώς οι απλές συμπεριφορές δημιουργούν πολύπλοκες συλλογικές συμπεριφορές και αυτό ισχύει και για τα υαλώδη σπιν και για τα ψαρόνια.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η χαμηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Οι φυσικοί του Πανεπιστημίου της Βρέμης, στη Γερμανία έφτασαν στην χαμηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί ποτέ σε εργαστήριο. Το πέτυχαν ως μέρος ενός πειράματος που περιλάμβανε την ελεύθερη πτώση κβαντικού αερίου (συμπύκνωμα Bose-Einstein) και επιβράδυνση της κίνησής του με μαγνητικά πεδία.

Το απόλυτο μηδέν, Τ=0 Κ ή θ=-273,15°C είναι η χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία σύμφωνα με την θερμοδυναμική. Αν κάποιο σώμα μπορούσε να φτάσει σ’ αυτή τη θερμοκρασία, τότε τα άτομα που το αποτελούν θα έπρεπε να είναι ακίνητα. Όμως κάτι τέτοιο είναι αδύνατο να συμβεί σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας της κβαντική φυσικής, επομένως είναι αδύνατη η επίτευξη του απολύτου μηδενός. Μπορούμε όμως να το πλησιάσουμε. Πειράματα όπως αυτά που διεξήχθησαν στο Cold Atom Lab του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού έφτασαν στην θερμοκρασία των 50 picokelvins, ή 50∙10-12Κ.

Ρεκόρ χαμηλότερης θερμοκρασίας σε εργαστήριο

Η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Βρέμης έχει καταρρίψει τα προηγούμενα ρεκόρ, καταγράφοντας στα πειράματά της θερμοκρασία Τ=38 picoKelvin, ή 38∙10-12Κ. Καθώς μελετούσαν τις κυματικές ιδιότητες των ατόμων, δημιουργήθηκε για λίγα δευτερόλεπτα ένα από τα «ψυχρότερα μέρη του σύμπαντος» στο Κέντρο Εφαρμοσμένης Διαστημικής Τεχνολογίας και Μικροβαρύτητας (ZARM) στο Πανεπιστήμιο της Βρέμης.

Για τα πειράματά της, η ομάδα παγίδευσε σε θάλαμο κενού με μαγνητικό πεδίο ένα νέφος αερίου αποτελούμενο από 100.000 άτομα ρουβιδίου. Στη συνέχεια ψύχθηκε για να μετατραπεί σε ένα κβαντικό αέριο που ονομάζεται συμπύκνωμα Bose-Einstein. Καθώς τα άτομα στα συμπυκνώματα Bose-Einstein κινούνται συλλογικά, οι επιστήμονες τα χρησιμοποιούν σε πειράματα για να παρατηρήσουν ασυνήθιστες κβαντικές επιδράσεις στη μακροκλίμακα, διευρύνοντας έτσι τις γνώσεις τους για την κβαντική στατιστική φυσική.

Προκειμένου να επιτευχθεί η χαμηλότερη θερμοκρασία-ρεκόρ, οι ερευνητές άφησαν το συμπύκνωμα Bose-Einstein να πέσει από ύψος 120 μέτρων στην ερευνητική εγκατάσταση του Bremen Drop Tower. Ταυτόχρονα ενεργοποίησαν έναν συλλογικό τρόπο ταλάντωσης στο συμπύκνωμα Bose-Einstein χρησιμοποιώντας μαγνητικούς φακούς, επιτυγχάνοντας τελικά, σχεδόν την πλήρη ακινητοποίηση των ατόμων ρουβιδίου. Στην ουσία μείωσαν δραστικά την θερμοκρασία τους λόγω της ελάχιστης ταχύτητας των ατόμων.

Οι ερευνητές μπόρεσαν να διατηρήσουν τη χαμηλή θερμοκρασία ρεκόρ για 2 δευτερόλεπτα, αν και πραγματοποίησαν προσομοιώσεις που δείχνουν ότι θα μπορούσε να διατηρηθεί για περίπου 17 δευτερόλεπτα σε ένα περιβάλλον χωρίς βαρύτητα, όπως ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός. Αυτό σημαίνει ότι ενδεχομένως να διεξαχθεί περαιτέρω έρευνα στο εργαστήριο του Διαστημικού Σταθμού Cold Atom Lab (CAL).

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Πώς θα αναζητήσουμε άγνωστες μορφές εξωγήινης ζωής;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Μεγάλο μέρος της αστροβιολογίας επικεντρώνεται στην αναζήτηση εξωγήινων οργανισμών των οποίων η χημεία είναι παρόμοια με τη δική μας – κάτι το οποίο θα μπορούσε κάλλιστα να μην ισχύει.

Το προηγούμενο εξάμηνο, στο σεμινάριο των πρωτοετών φοιτητών μου στο Harvard, ανέφερα ότι το πλησιέστερο άστρο στον ήλιο, ο Εγγύτατος του Κενταύρου, εκπέμπει κυρίως υπέρυθρη ακτινοβολία και ότι στην λεγόμενη κατοικίσιμη ζώνη του διαθέτει έναν πλανήτη, τον Εγγύτατο b. Έκανα την εξής ερώτηση στους φοιτητές: «Αν υποθέσουμε ότι υπάρχουν πλάσματα που βρίσκονται στην επιφάνεια του Proxima b, πώς θα ήταν τα μάτια τους που είναι ευαίσθητα στο υπέρυθρο; » Ο πιο γρήγορος φοιτητής στην τάξη απάντησε μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα με μια εικόνα της γαρίδας μάντης, η οποία διαθέτει υπέρυθρη όραση. Τα μάτια της γαρίδας είναι σαν δυο μπαλάκια του πινγκ-πονγκ που εξέχουν στο κεφάλι της. «Μοιάζει με εξωγήινο», ψιθύρισε.

Γαρίδα μάντης. Τα μάτια της είναι πολύ ανεπτυγμένα καθώς μπορούν να δουν ένα μεγάλο μέρος του ηλιακού φάσματος διότι έχει δώδεκα φωτοευαίσθητους υποδοχείς, ενώ ο άνθρωπος έχει μόνο τρεις

Όταν προσπαθούμε να φανταστούμε κάτι που δεν έχουμε δει ποτέ, συχνά επιλέγουμε κάτι που έχουμε ήδη δει. Για το λόγο αυτό, στην αναζήτησή μας για εξωγήινη ζωή συνήθως ψάχνουμε τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε. Όμως, υπάρχει τρόπος για να προεκτείνουμε τη φαντασία μας όσον αφορά την άγνωστης μορφής εξωγήινη ζωή;

Στη φυσική, ένας τέτοιος τρόπος είχε ήδη καθιερωθεί πριν από έναν αιώνα και αποδείχθηκε επιτυχής. Περιλαμβάνει τη διεξαγωγή εργαστηριακών πειραμάτων που αποκαλύπτουν τους νόμους της φυσικής, οι οποίοι με τη σειρά τους ισχύουν για ολόκληρο το σύμπαν. Για παράδειγμα, περίπου την ίδια εποχή που ο James Chadwick το 1932 ανακάλυψε το νετρόνιο στο εργαστήριο του, ο Lev Landau ισχυρίστηκε ότι μπορεί να υπάρχουν άστρα φτιαγμένα από νετρόνια. Οι αστρονόμοι στη συνέχεια συνειδητοποίησαν ότι τελικά υπάρχουν περίπου 100 εκατομμύρια άστρα νετρονίων μόνο στον γαλαξία μας – και ένα δισεκατομμύριο φορές περισσότερο στο παρατηρήσιμο σύμπαν. Πρόσφατα, το πείραμα LIGO ανίχνευσε σήματα βαρυτικών κυμάτων από συγκρούσεις μεταξύ άστρων νετρονίων σε κοσμολογικές αποστάσεις. Μάλιστα, θεωρείται ότι σε τέτοιες συγκρούσεις παράγονται πολλά βαριά στοιχεία όπως ο πολύτιμος χρυσός. Το μήνυμα αυτής της ιστορίας είναι ότι οι φυσικοί μπόρεσαν να φανταστούν κάτι νέο στο σύμπαν και να το αναζητήσουν στον ουρανό, ακολουθώντας τις γνώσεις που αποκτήθηκαν από εργαστηριακά πειράματα στη Γη.

Η αναζήτηση εξωγήινης ζωής μπορεί να ακολουθήσει παρόμοια προσέγγιση. Δημιουργώντας συνθετική ζωή με διάφορους τρόπους από μια σούπα χημικών στοιχείων στο εργαστήριο, θα μπορούσαμε να φανταστούμε νέα περιβάλλοντα όπου η ζωή θα μπορούσε να υπάρξει διαφορετικά από ότι στη Γη. Η κατάσταση είναι παρόμοια με το γράψιμο ενός βιβλίου συνταγών με συνταγές για το ψήσιμο διαφορετικών τύπων κέικ. Για να γράψουμε ένα τέτοιο ‘βιβλίο συνταγών’, πρέπει να πειραματιστούμε με πολλά είδη χημικών στοιχείων. Και επίσης, όπως αναφέρω σε μια εργασία με τον Manasvi Lingam, αυτός ο πειραματισμός μπορεί να χρησιμοποιήσει κι άλλα υγρά εκτός από το νερό, το οποίο θεωρείται απαραίτητο για τη ζωή που γνωρίζουμε.

Ένας από τους συναδέλφους μου στο Harvard, ο νομπελίστας Jack Szostak, βρίσκεται πολύ κοντά στην δημιουργία συνθετικής ζωής στο εργαστήριό του. Οποιαδήποτε επιτυχία με μια μόνο συνταγή μπορεί να προτείνει παραλλαγές που θα παρήγαγαν μια ποικιλία αποτελεσμάτων, για να ενταχθούν στο βιβλίο συνταγών μας για συνθετική ζωή. Με τον προσδιορισμό των κατάλληλων περιβαλλοντικών συνθηκών από τα εργαστηριακά μας πειράματα, μπορούμε αργότερα να αναζητήσουμε πραγματικά συστήματα όπου πραγματοποιούνται στο διάστημα, όπως στην περίπτωση των άστρων νετρονίων.

Ακολουθώντας αυτήν την προσέγγιση, θα πρέπει να είμαστε τόσο προσεκτικοί όσο και στην χρήση της πυρηνικής ενέργειας. Η δημιουργία τεχνητών παραλλαγών ζωής στα εργαστήριά μας φέρνει τον κίνδυνο πρόκλησης καταστροφής, όπως στην ιστορία του Φρανκενστάιν. Τέτοιοι πειραματισμοί πρέπει να εκτελούνται σε απομονωμένα εργαστήρια, έτσι ώστε τα ατυχήματα με τις μορφές ζωής που δεν γνωρίζουμε να μην θέτουν σε κίνδυνο την μορφή της ζωή που γνωρίζουμε.

Παρότι οι επιφάνειες των πλανητών και των αστεροειδών μπορούν να εξερευνηθούν εξ αποστάσεως για βιολογικές υπογραφές, η εξωγήινη ζωή μπορεί να είναι πιο άφθονη κάτω από την επιφάνειά τους. Θα μπορούσαν να υπάρχουν συνθήκες που ευνοούν την ανάπτυξη ζωής στους ωκεανούς που βρίσκονται κάτω από παγωμένες επιφάνειες, όχι μόνο σε δορυφόρους όπως ο Εγκέλαδος του Κρόνου ή η Ευρώπη του Δία, αλλά και μέσα σε αντικείμενα που κινούνται ελεύθερα στον διαστρικό χώρο. Σε άλλη έρευνα με τον Lingam, δείξαμε ότι ο αριθμός των αντικειμένων που φέρουν ζωή θα μπορούσε να υπερβαίνει τον αριθμό των πλανητών στην κατοικήσιμη ζώνη γύρω από άστρα κατά πολλές τάξεις μεγέθους.

Η προσαρμογή της ζωής σε ακραία περιβάλλοντα θα μπορούσε να λάβει εξωτικές μορφές, όπως για παράδειγμα τα ακραιόφιλα στη Γη. Πρόσφατα ανακαλύφθηκε κατεψυγμένη μικροσκοπική μορφή ζωής που επιβίωσε 24.000 χρόνια στον μόνιμο παγετό της Σιβηρίας και βρέθηκε ότι η μικροβιακή ζωή επιμένει 100 εκατομμύρια χρόνια κάτω από τον θαλάσσιο βυθό. Αυτά τα μικρόβια γεννήθηκαν κατά τη διάρκεια της θερμής Κρητιδικής περιόδου, όταν οι δεινόσαυροι κυριαρχούσαν στη Γη.

Στο ηλιακό σύστημα, οι συνθήκες παρόμοιες με την Γη πραγματοποιήθηκαν στους πλησιέστερους γείτονές της, την Αφροδίτη και τον Άρη. Η NASA επέλεξε πρόσφατα δύο νέες αποστολές για τη μελέτη της Αφροδίτης και το διαστημικό όχημα Perseverance ψάχνει ίχνη ζωής στον Άρη. Αν βρεθεί εξωγήινη ζωή, το επόμενο ερώτημα θα είναι αν πρόκειται για «ζωή όπως τη γνωρίζουμε». Αν όχι, θα συνειδητοποιήσουμε ότι υπάρχουν πολλαπλά χημικά μονοπάτια προς την φυσική ζωή. Αλλά αν βρούμε στοιχεία για τη ζωή του Άρη ή της Αφροδίτης που μοιάζουν με τη γήινη ζωή, τότε αυτό μπορεί να υποδηλώνει μια ιδιαίτερη προτίμηση για τη «ζωή όπως τη γνωρίζουμε». Εναλλακτικά, η ζωή θα μπορούσε να έχει μεταφερθεί από αστεροειδείς που ταξίδευαν μεταξύ των πλανητών μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται πανσπερμία. Ο μαθητής μου Amir Siraj και εγώ γράψαμε μια εργασία στην οποία δείχνουμε ότι η μεταφορά της ζωής θα μπορούσε να έχει μεταφερθεί από αστεροειδείς που διέρχονται πολύ κοντά, μέσα από την ατμόσφαιρα των πλανητών. Θα πρέπει επίσης να έχουμε στο μυαλό μας και την πολύ μικρή πιθανότητα η ζωή να φυτεύτηκε στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα από έναν «εξωηλιακό κηπουρό», δηλαδή μέσω «κατευθυνόμενης πανσπερμίας».

Η πιο ζωντανή ανάμνηση της παιδικής μου ηλικίας είναι οι συζητήσεις στις οποίες οι μεγάλοι προσποιούνταν ότι γνώριζαν πολύ περισσότερα από ό,τι στην πραγματικότητα. Και αν διατύπωνα μια ερώτηση για την οποία δεν είχαν έτοιμη απάντηση, θα την απέρριπταν ως άσχετη. Η εμπειρία μου ως επιστήμονας δεν διαφέρει, ειδικά όταν θέτω την ερώτηση: «Are We Really the Smartest Kid on the Cosmic Block?;«

Η επιστήμη μας προσφέρει το προνόμιο να διατηρήσουμε την παιδική μας περιέργεια. Η πρόοδος της επιστημονικής γνώσης μέσω πειραματισμού δεν μπορεί να σταματήσει. Εδώ ελπίζουμε ότι θα βρούμε μια συνταγή για τεχνητή ζωή που θα μας επιτρέψει να φανταστούμε κάτι πολύ πιο έξυπνο από τη φυσική ζωή που συναντήσαμε μέχρι τώρα. Κι αυτό θα είναι μια ταπεινωτική εμπειρία. Αλλά ακόμα κι αν δεν ανακαλύψουμε αυτήν την υπέρτατη νοημοσύνη στα εργαστήριά μας, τα υποπροϊόντα της μπορεί να εμφανιστούν στον ουρανό μας ως αλληλογραφία που αποστέλλεται από τις μακρινές γειτονιές του Γαλαξία μας. Και θα τα ψάξουμε μέσα από τα τηλεσκόπια του προγράμματος Galileo. που ανακοινώθηκε προσφάτως.

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Το Hubble παρατηρεί τους στροβιλισμούς της μεγάλης ερυθράς κηλίδας του Δία

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Παλαιότερα το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είχε παρατηρήσει την συρρίκνωση της μεγάλης ερυθράς κηλίδας του Δία. Τώρα διαπιστώνει ότι αυξάνεται και η ταχύτητα περιστροφής της.

Αναλύοντας τις εικόνες που έλαβε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble από το 2009 έως το 2020, οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι η μέση ταχύτητα της θύελλας ακριβώς εντός των ορίων της μεγάλης κόκκινης κηλίδας, που ξεκινά από το εξωτερικό του πράσινου κύκλου (βλέπε παραπάνω σχήμα), αυξήθηκε έως και 8% από το 2009 έως το 2020 και ξεπερνά τα 400 μίλια την ώρα. Αντίθετα, οι άνεμοι κοντά στην εσωτερική περιοχή της καταιγίδας, που ξεκινούν από τον μικρότερο πράσινο δακτύλιο, κινούνται πολύ πιο αργά. Και οι δύο κινούνται αριστερόστροφα.

Υπενθυμίζεται ότι η η μεγάλη ερυθρά κηλίδα είναι μια επίμονη περιοχή υψηλών πιέσεων («βαρομετρικό υψηλό σύστημα») στην ατμόσφαιρα του πλανήτη Δία, που συντηρεί μια αντικυκλωνική θύελλα, την μεγαλύτερη σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα, 22ο νοτίως του ισημερινού του Δία. Παρατηρείται συνεχώς από το έτος 1830 και μετά. Υπάρχουν ιστορικές αναφορές για μία «μόνιμη κηλίδα» στην επιφάνεια του Δία, οι οποίες ξεκινούν ήδη από το 1665 έως το 1713, αν και οι σημερινοί αστρονόμοι διαφωνούν κατά πόσο όντως επρόκειτο από τότε για την ίδια «μεγάλη ερυθρά κηλίδα». Αν αυτό αληθεύει, τότε η κηλίδα υπάρχει εδώ και τουλάχιστον 360 έτη.

Δείτε το σχετικό βίντεο της ΝΑSA:

Αφού οι παλαιότερες παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου έδειξαν ότι η ερυθρά κηλίδα του Δία συρρικνώνεται, μήπως λοιπόν η παρατηρούμενη αύξηση της ταχύτητας οφείλεται στην αρχή διατήρησης της στροφορμής; (όπως ακριβώς συμβαίνει στο βίντεο που ακολουθεί)

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Οι μελωδίες των άστρων

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Το Διάστημα είναι εν γένει σιωπηλό. Συνήθως, τα δεδομένα που συλλέγονται από τηλεσκόπια μετατρέπονται σε αθόρυβους χάρτες, γραφήματα και εικόνες. Όμως, οι αστρονόμοι του Παρατηρητηρίου Ακτίνων Χ Chandra και ερευνητές της NASA έχουν ξεκινήσει ένα πρόγραμμα ‘ηχοποίησης’ που σκοπό έχει να μετατρέπει δεδομένα από τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια του κόσμου σε ήχο. Αυτή η προσπάθεια καθιστά δυνατή την εμπειρία δεδομένων από κοσμικές πηγές με μια διαφορετική αίσθηση: την ακοή. Αυτή η προσπάθεια μας επιτρέπει να «ακούσουμε» κοσμικές πηγές, όπως φαίνονται μέσα από τις ακτίνες Χ, ορατό και υπέρυθρο φως.

Η τελευταία έκδοση αυτού του προγράμματος ηχοποιεί τρεις περιοχές, όπου σε κάθε περίπτωση εφαρμόζεται διαφορετική τεχνική για να μεταφράσει τα αστρονομικά δεδομένα σε ήχους που μπορούν να ακούσουν οι άνθρωποι:

1. Μια περιοχή του διαστήματος όπου γεννιούνται άστρα (Westerlund 2):

2. Τα υπολείμματα από την έκρηξη του σουπερνόβα Tycho:

3. Την περιοχή γύρω από την πιο γνωστή μαύρη τρύπα Messier 87:

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Οι μαύρες τρύπες εκτός από θερμοκρασία έχουν και πίεση

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Στην κλασική θεωρία της γενικής σχετικότητας, οι μαύρες τρύπες είναι σχετικά απλά αντικείμενα. Μπορούν να περιγραφούν με τρεις μόνο ιδιότητες: την μάζα, το ηλεκτρικό φορτίο και την ιδιοπεριστροφή. Γνωρίζουμε όμως ότι η γενική σχετικότητα δεν είναι μια τελική θεωρία. Η κβαντική μηχανική που περιγράφει με επιτυχία την συμπεριφορά μικροσκοπικών αντικειμένων, παίζει επίσης ρόλο σε μεγάλα αντικείμενα όπως οι μαύρες τρύπες. Για να περιγράψουμε τις μαύρες τρύπες σε κβαντικό επίπεδο, χρειαζόμαστε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Δεν έχουμε ακόμη μια πλήρη θεωρία, αλλά αυτό που γνωρίζουμε μέχρι τώρα είναι ότι η κβαντομηχανική κάνει τις μαύρες τρύπες πιο περίπλοκες, δίνοντάς τους ιδιότητες όπως εντροπίαθερμοκρασία, ίσως ακόμα και πίεση.

Είναι γεγονός ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να περιγραφούν με νόμους αντίστοιχους των νόμων της θερμοδυναμικής. Για να περιγραφεί θερμοδυναμικά ένα σύστημα από κανονική ύλη, χρειάζονται οι έννοιες της θερμοκρασίας ή της εντροπίας, αλλά και της πίεσης.

Οι ερευνητές Xavier Calmet και Folkert Kuipers στην εργασία τους ‘Quantum Gravitational Corrections to the Entropy of a Schwarzschild Black Hole‘ εξετάζουν την εντροπία των μαύρων τρυπών. Γενικά, η εντροπία είναι μια λεπτή έννοια, που συχνά περιγράφεται ως το μέτρο της αταξίας ενός συστήματος ή της ποσότητας των πληροφοριών που απαιτούνται για να περιγραφεί ένα σύστημα και σχετίζεται με τη θερμοκρασία του συστήματος. Στις μαύρες τρύπες, η εντροπία σχετίζεται με την εμβαδόν του ορίζοντα γεγονότων της. Οι φυσικοί μελετούν την εντροπία της μαύρης τρύπας επειδή θα μπορούσε να μας βοηθήσει να απαντήσουμε σε θεμελιώδη ερωτήματα στην κβαντική βαρύτητα, όπως το αν μια μαύρη τρύπα μπορεί να εξαφανίσει πληροφορίες.

Οι Calmet και Kuipers εφάρμοσαν τις εξισώσεις εντροπίας σε μια απλή μαύρη τρύπα, προσπαθώντας να καταλάβουν τι συμβαίνει όταν υπεισέρχονται οι εξισώσεις του Αϊνστάιν στην κβαντική θεωρία. Αυτό αποτελεί ένα συνηθισμένο τέχνασμα γνωστό ως ημι-κλασική προσέγγιση. Με έκπληξη διαπίστωσαν ότι προέκυπταν παράξενοι επιπλέον όροι στις εξισώσεις τους που δεν περίμεναν. Αυτοί οι όροι αρχικά φαίνονταν να μην έχουν κάποιο φυσικό νόημα, αλλά στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι οι επιπλέον όροι θα μπορούσαν να εκφράζουν την πίεση μιας μαύρης τρύπας, όπως η πίεση που δημιουργούν τα άτομα αερίου σε ένα δοχείο.

Η πίεση μιας μαύρης τρύπας: P=-\gamma \frac{1}{2G^{4}M^{4}} , όπου ο αριθμητικός παράγοντας \gamma  μπορεί να είναι θετικός ή αρνητικός.

Με άλλα λόγια, όταν εφαρμόζεται η κβαντική θεωρία σε μια μαύρη τρύπα, προκύπτει και θερμοκρασία και πίεση.

Όπως και με τη θερμοκρασία Hawking, αυτή η κβαντική πίεση για μια μαύρη τρύπα είναι εξαιρετικά μικρή. Είναι πολύ μικρή για να επηρεάσει τα γνωστά είδη των μαύρων τρυπών στο σύμπαν. Αλλά το γεγονός ότι υπάρχει, θα μπορούσε να έχει πραγματικές συνέπειες για τις αφάνταστα ακραίες συνθήκες που επικρατούσαν κατά την μεγάλη έκρηξη. Το συγκεκριμένο μοντέλο που αναπτύχθηκε είναι πολύ απλό για να εφαρμοστεί σε πραγματικά συστήματα, ίσως όμως να αποτελέσει ένα μικρό βήμα προς μια πληρέστερη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.

Πηγή 

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Η 2η Κβαντική Επανάσταση: Τι είναι η Κβαντική Τηλεμεταφορά;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ
 

Τα τελευταία χρόνια όταν κάποιος επιχειρεί να προβλέψει ποιοι θα μπορούσαν να βραβευθούν με το Νόμπελ Φυσικής περιλαμβάνει οπωσδήποτε τους τρεις φυσικούς: Alain AspectJohn Clauser και Anton Zeilinger. Στην ουσία πρόκειται για ένα βραβείο Νόμπελ στους θεμελιωτές της 2ης Κβαντικής Επανάστασης που εισήγαγε νέες επιστημονικές έννοιες στην ζωή μας, όπως κβαντική σύμπλεξη, κβαντική τηλεμεταφορά, κβαντικοί υπολογιστές, κβαντική οπτική, κβαντική κρυπτογραφία, κβαντική μετρολογία κλπ (Χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή στους διάφορους απατεώνες οι οποίοι χρησιμοποιούν την λέξη «κβαντικός» για να εντυπωσιάσουν, να ψαρώσουν και να ψαρέψουν τα θύματά τους. Εκμεταλλευόμενοι την άγνοια και την αφέλεια των ανθρώπων, τους εξαπατούν μιλώντας για κβαντική ιατρική, κβαντική ψυχανάλυση, κβαντικές θεραπείες, κβαντική θεολογία, κβαντική ηθοποιία κ.ο.κ.)

Στο βίντεο που ακολουθεί η Sabine Hossenfelder μας μιλάει για την Κβαντική Τηλεμεταφορά που βασίζεται στο φαινόμενο της Κβαντικής Σύμπλεξης (entanglement), η οποία έγινε γνωστή από το πείραμα σκέψης που πρότειναν οι Einstein-Podolsky-Rosen (ή παράδοξο EPR). Εικάζει επίσης για το Νόμπελ Φυσικής 2021 και εξηγεί γιατί πιστεύει πως έπρεπε ήδη να έχουν τιμηθεί με αυτό οι Aspect, Clauser και Zeilinger.

Περιεχόμενα: 0:00 Intro – 1:00 From Einstein to Bell – 3:39 From Bell to Quantum Teleportation – 7:13 Quantum Teleportation – 9:33 A Nobel Prize is due – 10:37 Sponsor Message

 
Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Οι σχετικές μας ταχύτητες

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Στο σχήμα το διπλό βέλος παριστάνει την ταχύτητα του ηλιακού μας συστήματος σε σχέση με την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Από τις μετρήσεις ανισοτροπίας του δορυφόρου COBE προέκυψε η τιμή 371 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Σύμφωνα με το βίντεο που ακολουθεί, η ταχύτητα περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της (ενός σημείου της στον ισημερινό) είναι 0,46 km/s, η ταχύτητα περιφοράς της Γης γύρω από τον Ήλιο 29,8 km/s, η ταχύτητα περιφοράς του Ήλιου (και συνολικά του ηλιακού μας συστήματος) γύρω από το γαλαξιακό κέντρο είναι 230 km/s και η ταχύτητα  του Γαλαξία μας ως προς ως προς το «ακίνητο» σύστημα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου 600 km/s:

Το σύστημα αναφοράς στο οποίο η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου φαίνεται ισοτροπική θα μπορούσε να θεωρηθεί ως το απολύτως ακίνητο σύστημα αναφοράς του σύμπαντος δημιουργώντας προβλήματα στην θεωρία της σχετικότητας; Διαβάστε την απάντηση ΕΔΩ: «Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μπορεί να παίξει τον ρόλο του αιθέρα;«

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Ένας σχεδόν τέλειος δακτύλιος του Αϊνστάιν

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Ως βαρυτικός φακός χαρακτηρίζεται μια κατανομή ύλης που βρίσκεται ανάμεσα σε μία μακρινή πηγή φωτός και έναν παρατηρητή, η οποία καμπυλώνει την διαδρομή του φωτός από την πηγή μέχρι τον παρατηρητή. Το φαινόμενο ονομάζεται βαρυτική εστίαση και αποτελεί μία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Όταν η μακρινή πηγή φωτός και ο παρατηρητής τυχαίνει να είναι κατάλληλα ευθυγραμμισμένοι, τότε το φως φαίνεται σαν δακτύλιος που ονομάζεται δακτύλιος Einstein–Chwolson.

Σε μια νέα εκπληκτική φωτογραφία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (που δεν το βάζει κάτω μέχρι να πάρει τα πρωτεία το επερχόμενο τηλεσκόπιο Webb) βλέπουμε ένα σχεδόν τέλειο δαχτυλίδι του Αϊνστάιν, ως αποτέλεσμα του φαινομένου της βαρυτικής εστίασης.

 

Αυτό το σπάνιο φαινόμενο προκαλείται από την παρουσία δύο γαλαξιών με τεράστια μάζα στο προσκήνιο που λειτουργούν ως βαρυτικοί φακοί στο φως του μακρινού κβάζαρ 2M1310-1714. Παρατηρείστε τα έξι φωτεινά σημεία – τέσσερα στην περιφέρεια και δυο στο μέσον του δακτυλίου. Τα δυο φωτεινά σημεία στο κέντρο είναι το ζεύγος των γαλαξιών, ενώ τα τέσσερα φωτεινά σημεία στην περιφέρεια (συν ένα ακόμα στο κέντρο που υποδεικνύουν τα δεδομένα του Hubble), είναι στην πραγματικότητα πέντε ξεχωριστές μεγεθυμένες εικόνες του ίδιου μακρινού κβάζαρ.

 

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Τι είναι οι ‘Υκεάνιοι (Hycean)’ πλανήτες;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ
Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός Υκεάνιου πλανήτηOι Υκεάνιοι πλανήτες υποδεικνύονται από τους ερευνητές Nikku Madhusudhan, Anjali A. A. Piette και Σάββα Κωνσταντίνου ως νέος στόχος αναζήτησης εξωπλανητών που πιθανόν να φιλοξενούν κάποιου είδους ζωή.

Αστρονόμοι του Καίμπριτζ διερεύνησαν μια νέα κατηγορία κατοικήσιμων πλανητών, οι οποίοι καλύπτονται από ωκεανούς και διαθέτουν ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο, που ονομάζονται Υκεάνιοι (Υδρογον-ωκεάνιοι) πλανήτες. Πρόκειται για υδάτινους κόσμους που είναι παρόμοιοι σε μέγεθος και πυκνότητα με άλλους εξωπλανήτες, όπως οι υπερ-γαίες ή μίνι-ποσειδώνες. Ένας υκεάνιος πλανήτης μπορεί να είναι έως και 2,6 φορές μεγαλύτερος από τη Γη και να έχει ατμοσφαιρική θερμοκρασία έως 200 οC. Όμως, οι ωκεάνιες συνθήκες του θα μπορούσαν να είναι παρόμοιες με αυτές που ευνοούν την μικροβιακή ζωή στους ωκεανούς της Γης.

Oι ερευνητές Nikku Madhusudhan, Anjali A. A. Piette και Savvas Constantinou δημοσίευσαν μια εργασία με τίτλο ‘Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds‘, όπου μελετώντας τα χαρακτηριστικά εξωπλανητών όπως ο μίνι-ποσειδώνας K2-18b διαπίστωσαν ότι σε ορισμένες συνθήκες αυτοί οι πλανήτες θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή. Το αποτέλεσμα αυτό τους οδήγησε σε λεπτομερή έρευνα για το πλήρες εύρος των πλανητικών και αστρικών ιδιοτήτων για τις οποίες είναι δυνατές αυτές οι συνθήκες, και κατά πόσον οι ‘βιο-υπογραφές’ τους μπορεί να είναι παρατηρήσιμες. Ας σημειωθεί ότι στον γαλαξία μας υπάρχει πολύ μεγάλος αριθμός τέτοιων εξωπλανητών, οι οποίοι μάλιστα εντοπίζονται σχετικά εύκολα.

Πηγή

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία
web design by