Protože se další rok blíží ke konci, zdá se, že je čas znovu se posadit, složit ruce, zhluboka se nadechnout a podívat se na některé z titulků vědeckých článků, kterým jsme se možná dříve nevěnovali. Vědci neustále vytvářejí nějaký nový vývoj v různých oborech, jako je nanotechnologie, genová terapie nebo kvantová fyzika, a to vždy otevírá nové obzory.
Názvy vědeckých článků začínají stále více připomínat názvy příběhů z časopisů science fiction. Vzhledem k tomu, co nás přinesl rok 2017, zbývá se jen těšit na to, co nás přinese 2018 …
Vědci vytvořili časové krystaly, na které se zákony časové symetrie nevztahují
Podle prvního zákona o termodynamice je nemožné vytvořit stroj s trvalým pohybem, který bude fungovat bez dalšího zdroje energie. Počátkem tohoto roku se však fyzikům podařilo vytvořit struktury zvané temporální krystaly, což rozhodně zpochybňuje tuto práci.
Dočasné krystaly působí jako první skutečné příklady nového stavu hmoty, nazývaného „nerovnováha“, ve kterém atomy mají proměnnou teplotu a nikdy nejsou mezi sebou v tepelné rovnováze. Dočasné krystaly mají atomovou strukturu, která se opakuje nejen v prostoru, ale také v čase, což jim umožňuje udržovat konstantní vibrace bez přijímání energie. Děje se to i ve stacionárním stavu, což je nejnižší energetický stav, když je pohyb teoreticky nemožný, protože vyžaduje náklady na energii.
Takže porušují časové krystaly zákony fyziky? Přísně vzato, ne. Zákon zachování energie funguje pouze v systémech se symetrií v čase, což znamená, že fyzikální zákony jsou všude a vždy stejné. Časové krystaly však porušují zákony symetrie času a prostoru. A nejen oni. Také magnety jsou někdy považovány za přírodní asymetrické objekty, protože mají severní a jižní pól.
Propagační video:
Dalším důvodem, proč časové krystaly neporušují termodynamické zákony, je to, že nejsou zcela izolované. Někdy je třeba „tlačit“- to znamená, dát vnější impuls, poté, co obdrží, již začnou znovu a znovu měnit své stavy. Je možné, že v budoucnu tyto krystaly najdou široké uplatnění v oblasti přenosu a ukládání informací v kvantových systémech. Mohou hrát klíčovou roli v kvantovém počítání.
"Živá" křídla vážky
Merriam-Webster Encyclopedia říká, že křídlo je pohyblivé přívěsek peří nebo membrány používané ptáky, hmyzem a netopýry k letu. Nemělo by to být naživu, ale entomologové na univerzitě v Keele v Německu učinili několik překvapivých objevů, které naznačují něco jiného - alespoň pro některé vážky.
Hmyz dýchá tracheálním systémem. Vzduch vstupuje do těla skrz otvory zvané spirály. Poté prochází složitou sítí průdušnic, které přenášejí vzduch do všech buněk v těle. Samotná křídla jsou však tvořena téměř úplně z mrtvé tkáně, která se vysychá a buď se stane průsvitnou, nebo pokryje barevnými vzory. Oblasti odumřelé tkáně prochází žilami a jsou to jediné komponenty křídel, které jsou součástí dýchacího systému.
Když se však entomolog Rainer Guillermo Ferreira elektronovým mikroskopem podíval na křídlo mužské vážky Zenithoptera, uviděl malé rozvětvené tracheální trubice. Bylo to poprvé, co bylo něco takového vidět v hmyzím křídle. Bude třeba hodně výzkumu, aby se zjistilo, zda je tento fyziologický znak pro tento druh jedinečný, nebo zda se také vyskytuje u jiných vážek nebo dokonce u jiného hmyzu. Je dokonce možné, že se jedná o jednu mutaci. Bohatá zásoba kyslíku může vysvětlit jasné, složité modré vzory v křídlech vážky Zenithoptera, které neobsahují modrý pigment.
Starověké klíště s dinosaurovou krví uvnitř
V jantarové síle často najdeme úžasné věci, ale letos nám byla udělena super cena. Vědci z Myanmaru objevili jantarové kousky staré 99 miliónů let, které v sobě obsahovaly parazity jako moderní klíšťata. Jeden z nich se zapletl do dinosaurovského peří, další dva byly nalezeny v kousku dinosaurovského hnízda a čtvrtý byl uvnitř naplněn dinosaurovou krví.
To samozřejmě přimělo lidi, aby přemýšleli o scénáři Jurského parku a možnosti využití krve k okamžitému vytvoření dinosaurů. Bohužel se tak nestane v blízké budoucnosti, protože je nemožné extrahovat vzorky DNA ze nalezených kousků jantaru. Debata o tom, jak dlouho může molekula DNA vydržet, stále ještě neskončila, ale i podle nejoptimističtějších odhadů a za nejoptimističtějších podmínek není jejich životnost delší než několik milionů let.
Přestože klíště zvané Deinocrotondraculi („Hrozný Dracula“) nepomohlo obnovit dinosaury, stále je to velmi neobvyklý nález, který nám poskytl nové znalosti. Nyní víme nejen, že mezi pernatými dinosaurymi byly nalezeny starodávné klíšťata, ale také, že dokonce infikovali dinosauří hnízda.
Modifikace dospělých genů
Vrchol genové terapie je dnes „seskupený pravidelně interspaced krátkých palindromických opakování“, nebo CRISPR (seskupený pravidelně interspaced krátkých palindromických opakování). Rodina sekvencí DNA, které v současné době tvoří základ technologie CRISPR-Cas9, by mohla navždy teoreticky změnit lidskou DNA.
V roce 2017 se genetické inženýrství rozhodně posunulo vpřed - poté, co tým v Proteomickém výzkumném centru v Pekingu oznámil, že úspěšně použil CRISPR-Cas9 k odstranění mutací způsobujících onemocnění u životaschopných lidských embryí. Jiný tým z institutu Francis Crick v Londýně šel opačně a tuto technologii poprvé použil k záměrnému vytvoření mutací v lidských embryích. (Zejména vypnul gen, který podporuje vývoj embryí na blastocysty.)
Výzkum ukázal, že technologie CRISPR-Cas9 funguje - a docela úspěšně. To však vyvolalo intenzivní etickou debatu o tom, jak daleko lze tuto technologii použít. Teoreticky by to mohlo vést k „návrhářským dětem“, které mohou mít intelektuální, sportovní a fyzikální vlastnosti v souladu s charakteristikami stanovenými rodiči.
Až na etiku, výzkum šel ještě dále letos v listopadu, kdy byl CRISPR-Cas9 poprvé testován na dospělém. Brad Maddu (44 let) z Kalifornie trpí Hunterovým syndromem, nevyléčitelnou nemocí, která by ho mohla nakonec vést na invalidní vozík. Dostal injekci miliard kopií opravného genu. Bude trvat několik měsíců, než zjistíme, zda byl postup úspěšný.
Co přišlo dříve - houba nebo želé želé?
Nová vědecká zpráva, která byla zveřejněna letos, by měla ukončit dlouhodobou debatu o původu zvířat jednou provždy. Podle studie jsou houby „sestry“všech zvířat na světě. Důvodem je skutečnost, že houby byly první skupinou, která se během evoluce oddělila od primitivního společného předka všech zvířat. Stalo se to asi před 750 miliony let.
Dříve probíhala vzrušená debata, která vedla ke dvěma hlavním kandidátům: výše uvedené houby a mořský bezobratlý zvaný ctenophores. Zatímco houby jsou nejjednodušší stvoření, která sedí na dně oceánu a živí se průchodem a filtrováním vody přes jejich těla, hřebenové želé jsou složitější. Připomínají medúzy, dokážou se pohybovat ve vodě, mohou vytvářet vzory světla a mají jednoduchý nervový systém. Otázka, která z nich byla první, znamená otázku, jak vypadal náš společný předek. Toto je považováno za nejdůležitější okamžik ve sledování historie našeho vývoje.
Zatímco výsledky studie směle prohlašují, že problém byl vyřešen, před několika měsíci byla zveřejněna jiná studie, která říká, že naše evoluční „sestry“byly ctenophory. Proto je příliš brzy říci, že nejnovější výsledky lze považovat za dostatečně spolehlivé, aby potlačily jakékoli pochybnosti.
Mývalové prošli starým zpravodajským testem
V šestém století před naším letopočtem psal starověký řecký spisovatel Aesop mnoho sbírek, které se dnes nazývají „Aesopovy bajky“. Mezi nimi byla bajka zvaná „Vrána a džbán“, která popisuje, jak žíznivá vrána vrhla kamínky do džbánu, aby zvýšila hladinu vody a mohla pít.
O několik tisíc let později si vědci uvědomili, že tato bajka popisuje dobrý způsob, jak vyzkoušet inteligenci zvířat. Experimenty ukázaly, že experimentální zvířata chápou příčinu a účinek. Vrány, stejně jako jejich příbuzní, věže a sojky, potvrdili pravdu o bajku. Opice také prošly tímto testem a letos byly do seznamu přidány mývalové.
Během zkoušky na základě Aesopovy bajky dostalo osm mývalových nádob nádoby s vodou, na jejichž povrchu se vznášely marshmallows. Hladina vody byla příliš nízká na to, aby bylo dosaženo. Dva z předmětů úspěšně hodili kameny do nádoby, aby zvýšili hladinu vody a dostali to, co chtěli.
Ostatní testovací subjekty našli vlastní kreativní řešení, která vědci nikdy neočekávali. Jeden z mývalů místo toho, aby házel kameny do kontejneru, vylezl na kontejner a začal se houpat ze strany na stranu, dokud se nenarazil. V dalším testu, používajícím plovoucí a klesající koule místo kamenů, odborníci doufali, že mývalové budou používat potopící koule a vyhodit plovoucí. Některá zvířata místo toho začala opakovaně ponořovat plovoucí kouli do vody, dokud stoupající vlna přibila marshmallow kusy na stranu, což usnadnilo jejich získání.
Fyzici vytvářejí první topologický laser
Fyzici z University of California v San Diegu tvrdí, že vytvořili nový typ laseru - „topologický“, jehož paprsek může mít jakýkoli složitý tvar bez rozptylu světla. Přístroj pracuje na základě konceptu topologických izolátorů (materiálů, které jsou dielektrikami uvnitř svého objemu, ale vedou povrch po proudu), které v roce 2016 obdržely Nobelovu cenu za fyziku.
K zesílení světla v laserech se obvykle používají prstencové rezonátory. Jsou účinnější než rezonátory s ostrým rohem. Tentokrát však výzkumný tým vytvořil topologickou dutinu s použitím fotonického krystalu jako zrcadla. Zejména byly použity dva fotonické krystaly s různými topologiemi, z nichž jeden byl hvězdicovitou buňkou ve čtvercové mřížce a druhý trojúhelníkovou mřížkou s válcovými vzduchovými otvory. Člen týmu Boubacar Kante je přirovnal k bagelu a preclíku: ačkoli jsou oba chléb s otvory, různý počet děr je odlišuje.
Jakmile jsou krystaly na správném místě, paprsek získává požadovaný tvar. Tento systém je řízen magnetickým polem. To vám umožní změnit směr, ve kterém je světlo emitováno, čímž vytvoříte světelný tok. Přímé praktické použití tohoto systému je schopné zvýšit rychlost optické komunikace. V budoucnosti se to však považuje za krok vpřed ve vytváření optických počítačů.
Vědci objevili excitonium
Fyzici z celého světa jsou velmi nadšení objevem nové formy hmoty zvané excitonium. Tato forma je kondenzát kvazičástic, excitonů, které jsou vázaným stavem volného elektronu a elektronovou dírou, která se vytváří jako výsledek skutečnosti, že molekula ztratila elektron. Navíc Harvardův teoretický fyzik Bert Halperin předpověděl existenci excitonia v 60. letech a od té doby se vědci pokusili dokázat, že je to správné (nebo špatné).
Stejně jako mnoho významných vědeckých objevů došlo v tomto objevu ke značné míře náhody. Tým vědců z University of Illinois, který objevil excitonium, vlastně ovládal novou technologii nazvanou spektroskopie ztráty energie elektronovým paprskem (M-EELS) - vytvořenou speciálně pro identifikaci excitonů. K objevu však došlo, když vědci prováděli pouze kalibrační testy. Jeden člen týmu vstoupil do místnosti, zatímco všichni ostatní se dívali na obrazovky. Řekli, že detekovali „lehký plazmon“, předchůdce excitační kondenzace.
Vedoucí studie, profesor Peter Abbamont, srovnával tento objev s Higgsovým bosonem - nebude mít přímé využití v reálném životě, ale ukazuje, že naše současné chápání kvantové mechaniky je na správné cestě.
Vědci vytvořili nanoroboty, které zabíjejí rakovinu
Vědci z University of Durham tvrdí, že vytvořili nanoroboty, které jsou schopné detekovat rakovinné buňky a zabíjet je za pouhých 60 sekund. V úspěšném univerzitním pokusu trvalo malé roboty mezi jednou a třemi minutami, než pronikly vnější membránou do rakovinné buňky prostaty a okamžitě ji zničily.
Nanoroboty jsou 50 000krát menší než průměr lidských vlasů. Jsou aktivovány světlem a rotují rychlostí dvou až tří milionů otáček za sekundu, aby mohly proniknout buněčnou membránou. Když dosáhnou svého cíle, mohou jej buď zničit, nebo do něj vstříknout užitečnou terapeutickou látku.
Až dosud byly nanoroboty testovány pouze na jednotlivých buňkách, ale povzbudivé výsledky vedly vědce k tomu, aby pokročili k experimentům na mikroorganismech a malých rybách. Dalším cílem je přejít na hlodavce a poté na lidi.
Mezihvězdný asteroid může být mimozemská kosmická loď
Je to jen pár měsíců, co astronomové šťastně oznámili objev prvního mezihvězdného objektu procházejícího sluneční soustavou, asteroidu zvaného Oumuamua. Od té doby pozorovali mnoho podivných věcí, které se děly tomuto nebeskému tělu. Někdy se chovalo tak neobvykle, že vědci věří, že se tento předmět může ukázat jako mimozemská kosmická loď.
Zaprvé, jeho forma je alarmující. Oumuamua má tvar doutníku s poměrem délky k průměru deset ku jedné, což nebylo u žádného pozorovaného asteroidu nikdy vidět. Vědci si zpočátku mysleli, že jde o kometu, ale pak si uvědomili, že to tak není, protože objekt nezanechal za sebou ocas, když se blížil ke Slunci. Někteří odborníci navíc tvrdí, že rychlost rotace objektu měla zničit jakýkoli normální asteroid. Člověk má dojem, že byl speciálně vytvořen pro mezihvězdné cestování.
Ale pokud to bylo vytvořeno uměle, tak co by to mohlo být? Někteří říkají, že se jedná o mimozemskou sondu, jiní věří, že to může být kosmická loď, jejíž motory selhaly, a nyní se vznáší vesmírem. V každém případě se účastníci programů, jako je SETI a BreakthroughListen, domnívají, že Oumuamua vyžaduje další zkoumání, takže na něj zamíří své dalekohledy a poslouchají jakékoli rádiové signály.
Zatímco hypotéza o mimozemšťanech nebyla nijak potvrzena, počáteční pozorování SETI nikam nevedla. Mnoho vědců je stále pesimistických ohledně šancí, že by objekt mohl být vytvořen mimozemšťany, ale v každém případě bude výzkum pokračovat.
