Διαπλανητικές εποποιίες Κίμων Χατζημπίρος

Ex Scientia 8

Διαπλανητικές εποποιίες

Κίμων Χατζημπίρος

Οι αποστολές διαστημικών σκαφών στο Ηλιακό Σύστημα ωθούνται κατ’ αρχάς από την ανθρώπινη περιέργεια. Πάντως, πέρα από αύξηση της γνώσης, κτίζουν σταδιακά την άμυνα της ανθρωπότητας έναντι μιας πλανητικής απειλής. Οι μαζικές εξαφανίσεις βιολογικών ειδών σε κάποιες γεωλογικές περιόδους πιθανώς οφείλονται σε συγκρούσεις της Γης με μεγάλους αστεροειδείς ή κομήτες. Τέτοια φαινόμενα είναι συνήθη στο Σύμπαν, όπως αποδεικνύουν οι αναρίθμητοι κρατήρες στις επιφάνειες των πλανητών. Η πιθανότητα να συμβεί το επικίνδυνο γεγονός στην σύντομη διάρκεια μιας ανθρώπινης ζωής είναι αμελητέα, αλλά, δεδομένης της μακρόχρονης ζωής ενός πολιτισμού, η πιθανότητα καταστροφής λόγω σύγκρουσης του πλανήτη του με αστεροειδή δεν είναι ασήμαντη.

Περιφερόμενοι αστεροειδείς

Είναι χρήσιμα τα φιλόδοξα διαστημικά προγράμματα που καταναλώνουν οικονομικούς πόρους και διανοητικό κεφάλαιο; Αναμφισβήτητα, συντελούν στην αυτογνωσία του ανθρώπου και γεννούν τεχνολογική ώθηση αξιοποιήσιμη σε πολλά επίγεια προβλήματα. Επιπλέον όμως, οι αποστολές μη επανδρωμένων σκαφών σε μακρινούς προορισμούς συνεισφέρουν στην μακροπρόθεσμη αυτοπροστασία της ανθρωπότητας. Αν υπάρχουν προηγμένοι πολιτισμοί στο Σύμπαν, είναι εκτεθειμένοι, όπως και η Γη, σε επικίνδυνες συγκρούσεις και, πιθανώς, έχουν επινοήσει επιτυχείς τρόπους προστασίας που συνιστούν προϋπόθεση μακροπρόθεσμης επιβίωσης. Για τον καθημερινό άνθρωπο, το ζήτημα μοιάζει πολυτέλεια χωρίς νόημα, κάποιοι όμως το βλέπουν σε ευρύτερο ιστορικό πλαίσιο και γρηγορούν. Με την εξερεύνηση προωθείται η αξιολόγηση των κινδύνων, αναζητούνται τρόποι για έγκαιρο εντοπισμό της θέσης, της ταχύτητας και των μηχανικών ιδιοτήτων της επιφάνειας των επικίνδυνων αστεροειδών και κομητών, ώστε να είναι μελλοντικά εφικτή μια τεχνητή αλλαγή της τροχιάς τους, πιθανώς με εκτόξευση κατάλληλου πυραύλου.

Πριν λίγες εβδομάδες, αστρονομικές παρατηρήσεις ανακάλυψαν, για πρώτη φορά κοντά στην τροχιά της Γης, έναν ακίνδυνο εξωτερικό επισκέπτη, προερχόμενο από άλλο μέρος του Γαλαξία. Επειδή απομακρύνεται γρήγορα, οι αστρονόμοι δεν πρόλαβαν να μελετήσουν τα χαρακτηριστικά του και να μετρήσουν μέγεθος, μάζα και χημική σύνθεση. Είναι μάλλον βραχώδες αντικείμενο κινούμενο προς τον αστερισμό του Πήγασου, θα είναι ορατό επί ένα ή δύο μήνες και μετά θα χαθεί για πάντα. Η υψηλή ταχύτητα και η παράξενη τροχιά του έδειξαν στους επιστήμονες ότι δεν προέρχεται από το Ηλιακό Σύστημα, πάντως η σύντομη παραμονή του στην έλξη του Ηλίου επηρέασε την κατεύθυνσή του. Φαίνεται λοιπόν ότι ουράνια σώματα μπορούν να γίνουν διαστρικά, ξεφεύγοντας από το δικό τους πλανητικό σύστημα, πιθανώς επειδή επιταχύνθηκαν περνώντας σε μικρή απόσταση από γιγαντιαίους πλανήτες.

Εκατομμύρια μικρά ουράνια σώματα, αστεροειδείς ή κομήτες, ανήκουν στο Ηλιακό Σύστημα. Οι αστεροειδείς είναι βράχοι διαφόρων μεγεθών που κινούνται είτε στην ομώνυμη ζώνη μεταξύ Άρη και Δία, είτε πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα. Οι κομήτες έχουν νεφελώδη όψη και η συνήθως ελλειπτική τροχιά τους παρουσιάζει μεγάλη εκκεντρότητα. Κάθε χρόνο πέφτουν στην Γη εκατοντάδες μικροί μετεωρίτες ποικίλης προέλευσης που θεωρούνται σχεδόν ακίνδυνοι, όσοι όμως είναι μεγαλύτεροι από λίγες δεκάδες μέτρα, προκαλούν σοβαρούς κινδύνους. Η συχνότητα συγκρούσεων με την Γη υπολογίζεται με βάση τον αριθμό κρατήρων της Σελήνης, η οποία βρίσκεται στην ίδια διαστημική γειτονιά. Η περιοδικότητα πτώσης αστεροειδών με μήκος 140 ή 50 μέτρων είναι 15.000 ή 1.000 χρόνια, αντίστοιχα. Ένας τέτοιος βράχος ή κομήτης εξερράγη την 30^η Ιουνίου 1908 σε ύψος 5-10 χιλιομέτρων στην ατμόσφαιρα της Σιβηρίας, καταστρέφοντας 2.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα δάσους. Από φέτος, ο ΟΗΕ καθιέρωσε την ημερομηνία αυτή ως Ημέρα Αστεροειδών, με σκοπό την ευαισθητοποίηση της παγκόσμιας κοινής γνώμης. Καταστροφή πλανητικής κλίμακας θα προκαλούσε μια σύγκρουση με αστεροειδή μήκους 10 χιλιομέτρων. Η πιθανότητα να συμβεί μέσα στο επόμενο έτος είναι ένα εκατοντάκις εκατομμυριοστό, αφού η μέση συχνότητα σύγκρουσης με την Γη είναι 100 εκατομμύρια χρόνια. Ένα τέτοιο γεγονός συνέβη πριν 66 εκατομμύρια χρόνια και, πιθανώς, εξαφάνισε τους δεινοσαύρους. Στις 19 Απριλίου 2017, ένας βράχος μήκους 650 μέτρων που είχε παρατηρηθεί μόλις 3 χρόνια πριν, πλησίασε την Γη σε απόσταση μικρότερη από 5 φορές την απόσταση Γης-Σελήνης. Αν είχε συγκρουσθεί με τον πλανήτη μας, η καταστροφή θα ήταν τεράστια. Προβλέπεται ότι το 2029 ο αστεροειδής Apophis, μήκους 350 μέτρων, θα πλησιάσει την Γη πιο κοντά από την απόσταση κάποιων τεχνητών δορυφόρων της και θα είναι ορατός με γυμνό μάτι.

Οι αστεροειδείς με μήκος μεγαλύτερο από ένα χιλιόμετρο υπερβαίνουν το 1.000.000, από αυτούς έχουν καταγραφεί μέχρι σήμερα περίπου 700.000 και περίπου 1.000 θεωρούνται δυνητικά επικίνδυνοι, δηλαδή με τροχιές που μπορούν να διασταυρωθούν με την Γη. Η καταγραφή συνεχίζεται και μέχρι το 2020 θα είναι γνωστό τουλάχιστον το 90% των δυνητικά επικίνδυνων αστεροειδών με μήκος μεγαλύτερο των 140 μέτρων.

Rosetta και Philae, Cassini και Huygens

Οι διαπλανητικές αποστολές για την εξερεύνηση αστεροειδών και κομητών συναρπάζουν ένα μέρος του κατοίκων του πλανήτη, ιδιαίτερα τη νεολαία, όπως έδειξε η περιπέτεια του μικρού ρομποτικού οχήματος Philae. Το ευρωπαϊκό διαστημικό σκάφος Rosetta ακολούθησε επί 2,5 χρόνια τον κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko, κάνοντας παρατηρήσεις από απόσταση 10-30 χιλιομέτρων. Το Philae εκτοξεύτηκε από το σκάφος και προσεδαφίστηκε στον κομήτη την 12^η Νοεμβρίου 2014. Έκανε σημαντικές παρατηρήσεις χάρη σε απροσδόκητη τύχη: αναπηδώντας δύο φορές πριν ακινητοποιηθεί, σε έδαφος πιο σκληρό από το αναμενόμενο, σήκωσε σκόνη, η οποία αναλύθηκε χημικά από τα όργανά του. Τελικά όμως στάθηκε στην σκιά ενός γκρεμού και δεν ολοκλήρωσε τις μετρήσεις, αφού δεν αποθήκευσε ηλιακή ενέργεια αρκετή για την διάτρηση της επιφάνειας του κομήτη. Διαψεύδοντας παλιότερες απόψεις, η αποστολή αποκάλυψε ότι οι κομήτες, εκτός από πάγο και σκόνη, περιέχουν οργανικά μόρια, όπως αρωματικούς υδρογονάνθρακες, αλδεϋδες, ακόμα και αμινοξέα, δηλαδή δομικούς λίθους ζωντανής ύλης, τα οποία σαν συγκολλητική ουσία συγκρατούν μόρια πάγου και πυριτικών υλικών, σε αέρια και στερεή μορφή. Όταν το 2016 η Rosetta ολοκλήρωσε το πρόγραμμα ερευνών, συνετρίβη πάνω στον κομήτη με εντολή του διαστημικού κέντρου της Γης, για λόγους οικολογικής προστασίας.

Η ύψιστη ακρίβεια των πλανητικών κινήσεων και των αστρονομικών μαθηματικών επιτρέπει να επιτυγχάνονται υψηλές διαπλανητικές ταχύτητες και απομακρυσμένοι στόχοι. Η αρχική ώθηση κατά την εκτόξευση ενός σκάφους πολλαπλασιάζεται, χωρίς σημαντική δαπάνη ενέργειας, χάρη στην προσέγγιση και την έλξη μεγάλων πλανητών. Παράδειγμα, η εμβληματική 20ετής περιπέτεια του διαστημικού σκάφους Cassini. Εκτοξεύθηκε από την Γη το 1997, πέρασε επιταχυνόμενο κοντά από την Αφροδίτη και την Γη, στη συνέχεια μελέτησε την ζώνη των αστεροειδών, πλησίασε τον Δία και το 2004 έγινε δορυφόρος του Κρόνου. Εκτόξευσε το μικρό διαστημικό όχημα Huygens που, ταξιδεύοντας χωρίς επιστροφή, προσεδαφίστηκε επιτυχώς στον Τιτάνα και έμεινε ενεργό επί 72 ώρες, στέλνοντας στοιχεία για τον μεγάλο δορυφόρο του Κρόνου με τις υγρές λίμνες υδρογονανθράκων. Αργότερα το Cassini μελέτησε τους δακτυλίους και μερικούς άλλους από τους 62 δορυφόρους του Κρόνου, ειδικότερα πλησίασε την επιφάνεια του Εγκέλαδου, κάτω από την οποία πιθανώς υπάρχει ένας υδάτινος αλμυρός ωκεανός. Τον Απρίλιο 2017, με εντολή από την Γη, το σκάφος ξεκίνησε 22 καθοδικές περιστροφές μεταξύ πλανήτη και δακτυλίων, οι οποίες την 15^η Σεπτεμβρίου 2017 το οδήγησαν, για λόγους οικολογικής προστασίας, να εξαερωθεί μέσα στην πυκνή ατμόσφαιρα του Κρόνου.

Αιώνιοι γαλαξιακοί ταξιδιώτες: Pioneer 10 και 11, Voyager 1 και 2

Στο τέλος της δεκαετίας του ’70 οι διαπλανητικές συνθήκες ήταν ευνοϊκές, με τους γίγαντες πλανήτες Δία, Κρόνο, Ουρανό και Ποσειδώνα να βρίσκονται προς την ίδια κατεύθυνση, φαινόμενο που συμβαίνει μόνο κάθε 160 χρόνια. Η NASA εκτόξευσε το 1972 και 1973 τα μικρά σκάφη Pioneer 10 και 11, για να διαπιστωθεί αν μπορούν να περάσουν με ασφάλεια μέσα από την ζώνη των αστεροειδών, πράγμα που επιβεβαιώθηκε. Τα σκάφη φέρουν από μια επίχρυση αλουμινένια πλάκα με μήνυμα προς ενδεχόμενη εξωγήινη ζωή, στο οποίο περιλαμβάνονται δύο γυμνές φιγούρες άνδρα και γυναίκας και σύμβολα με πληροφορίες για την προέλευση του σκάφους. Αν και η επικοινωνία έχει πλέον σταματήσει, μάλλον συνεχίζουν τα ταξίδια τους, για να φθάσουν το πρώτο στον αστερισμό του Ταύρου και το δεύτερο στον αστερισμό του Αετού μετά από δύο και τέσσερα εκατομμύρια χρόνια, αντίστοιχα.

Δύο μεγαλύτερα σκάφη, τα Voyager 1 και 2 εκτοξεύθηκαν το 1977 και συγκέντρωσαν πλούσιες πληροφορίες για τους γίγαντες πλανήτες και τους δορυφόρους τους. Στη διάρκεια της δεκαετίας του ’90 οι αστροφυσικοί έκριναν ότι τα σκάφη μπορούσαν να ταξιδέψουν πιο μακριά και το πρόγραμμα παρατάθηκε. Το 2013 το Voyager 1 βγήκε από την Ηλιόσφαιρα, δηλαδή την περιοχή μαγνητικής επιρροής του Ηλίου και συνεχίζει πλέον στο εξωτερικό διάστημα που περιέχει αραιό αέριο και σκόνη. Θα εκπέμπει περίπου μέχρι το 2025, οπότε η πηγή ενέργειάς του θα εξαντληθεί, ενώ εκτιμάται ότι δεν θα προσεγγίσει άλλο αστέρι του Γαλαξία πριν από 40.000 χρόνια. Το Voyager 2 θα βγει στο εξωτερικό διάστημα σε λίγα χρόνια και αναμένεται να στείλει περισσότερα στοιχεία, δεδομένου ότι τα όργανά του είναι σε καλύτερη κατάσταση. Μετά από 296.000 χρόνια υπολογίζεται ότι θα πλησιάσει τον Σείριο. Τα δύο σκάφη φέρουν από ένα επίχρυσο χάλκινο αναλογικό δίσκο με πληροφορίες για τον κόσμο της Γης, που δείχνουν την ποικιλία ζωής και κουλτούρας. Περιλαμβάνονται χαιρετισμοί σε 55 γλώσσες, μεταξύ αυτών και αρχαία ελληνικά, 115 εικόνες και ποικιλία φυσικών ήχων, μια συλλογή 90 λεπτών μουσικής με Μπαχ, Μότσαρτ, Μπετόβεν, τζαζ, μοντέρνα και έθνικ, καθώς και πληροφορίες, σε συμβολική γλώσσα, για την προέλευση του σκάφους και τον τρόπο χρήσης του δίσκου.

Είναι η πρώτη φορά στην ανθρώπινη ιστορία που τεχνητά αντικείμενα εγκαταλείπουν το Ηλιακό Σύστημα προς το διαστρικό κενό. Πιθανώς, τα Pioneer και τα Voyager θα περιφέρονται εντός του Γαλαξία επί απροσδιόριστο χρόνο. Εάν υπάρχουν αλλού νοήμονα όντα, κάποτε θα εντοπίσουν κάποιον από τους μεταλλικούς ταξιδιώτες και θα αποκρυπτογραφήσουν τις πληροφορίες που μεταφέρει. Είναι άγνωστο βέβαια αν εκείνη την εποχή θα υπάρχουν ακόμα ο άνθρωπος και ο πολιτισμός του, ή μπορεί πάλι η επαφή και η ανάπτυξη σχέσεων της Γης με άλλους πολιτισμούς να έχει γίνει κοινός τόπος, οπότε οι επίχρυσοι δίσκοι θα έχουν μόνον αρχαιολογική αξία.

Η ευθύνη προφύλαξης του διαστημικού περιβάλλοντος

Το διάστημα γύρω από την Γη περιέχει ήδη εκατομμύρια απομεινάρια τεχνητών δορυφόρων και άλλα ανθρωπογενή διαστημικά σκουπίδια. Η διαστημική ρύπανση μπορεί να περιορισθεί με κατάλληλη μέριμνα, αλλά σε ένα βαθμό είναι αναπόφευκτη, εφόσον ο άνθρωπος στέλνει αντικείμενα εκτός του πλανήτη. Μείζων κίνδυνος ωστόσο θεωρείται η βιολογική ρύπανση, δηλαδή η μετανάστευση ανεξέλεγκτων μορφών ζωής από την Γη σε πλανήτες, όπου θα μπορούν να αναπτυχθούν και να απειλήσουν, ως ξένα είδη, την ενδεχόμενη ιθαγενή ζωή που υπάρχει εκεί. Ο κίνδυνος θεωρήθηκε σημαντικός σε περίπτωση που τα σκάφη Rosetta και Cassini συνέχιζαν να περιφέρονται ανεξέλεγκτα μέσα στο Ηλιακό Σύστημα. Η πιθανότητα να έχουν επιβιώσει γήινα μικρόβια σε μη επανδρωμένο διαστημικό σκάφος μετά από ένα μακρινό ταξίδι είναι εξαιρετικά μικρή, αλλά υπαρκτή. Μερικές μορφές γήινης ζωής, μικροβιακές ή άλλες, είναι απίστευτα ανθεκτικές, όπως διαπιστώθηκε σε πρόσφατα πειράματα στον διαστημικό σταθμό, όπου μικροσκοπικές γαρίδες εκτέθηκαν στο διαστημικό κενό επί μήνες και μετά αναζωογονήθηκαν μόλις βρέθηκαν μέσα σε νερό. Ο κίνδυνος βιολογικής ρύπανσης είναι σημαντικότερος σε δορυφόρους του Κρόνου όπως ο Εγκέλαδος και του Δία όπως η Ευρώπη, όπου η πιθανή παρουσία νερού σε υγρή μορφή αφήνει ανοικτή την δυνατότητα ζωής με γήινη μορφή.

Η ηθική της ευθύνης του ανθρώπου επέβαλε προφυλάξεις, ώστε να αποκλεισθεί η επαφή των σκαφών με τους υπόγειους ωκεανούς. Γι’ αυτό ελήφθη η απόφαση καταστροφής της Rosetta μέσω σύγκρουσης με τον κομήτη, όπως και εξαέρωσης του Cassini στην ατμόσφαιρα του Κρόνου. Τα αποθέματα καυσίμων είχαν εξαντληθεί και κρίθηκε ότι δεν έπρεπε να ταξιδεύουν τα σκάφη εκτός ελέγχου, με κίνδυνο να φθάσουν κάποτε σε ένα από τους ευαίσθητους δορυφόρους.

Για να μάθετε περισσότερα:

Τεύχος με 20 άρθρα (2017). Spécial Planètes, La Recherche Hors-Série, 23, pp 5-96.

https://saturn.jpl.nasa.gov/the-journey/timeline/

https://voyager.jpl.nasa.gov/

http://www.news.com.au/technology/science/space/astronomers-just-found-the-first-interstellar-object-from-beyond-our-solar-system/news-story/01471d1542f30509f701eeb65555d2eb

Καθιερωμένο μοντέλο και μποζόνιο Higgs

Βαγγέλης Πρατικάκης από το ΒΗΜΑ

Πολύς ο λόγος τελευταία για το μποζόνιο του Χιγκς, μια οντότητα αφηρημένη και ακατάληπτη όσο το όνομά της. Ας δούμε λοιπόν τι σόι πράγμα είναι αυτό, ξεκινώντας από τα ειδικά και προχωρώντας στα γενικότερα.

Τι είναι μποζόνιο;

Χονδρικά, μποζόνια είναι τα σωματίδια που λειτουργούν ως φορείς των φυσικών δυνάμεων των αντίστοιχων πεδίων. Το φωτόνιο, για παράδειγμα, είναι το σωματίδιο του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και μεταδίδει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη στη μορφή φωτός. Τα μποζόνια έρχονται σε αντιδιαστολή με τα φερμιόνια, τα σωματίδια από τα οποία αποτελείται η ύλη.

 Επιλέξτε εδώ για να δείτε την εικόνα σε μεγέθυνσηinfographics

Τι είναι το μποζόνιο του Χιγκς;

Το μποζόνιο του Χιγκς είναι το σωματίδιο που αντιστοιχεί στο πεδίο του Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα στην ύλη. Είναι στοιχειώδες σωματίδιο, δηλαδή δεν έχει εσωτερική δομή και δεν αποτελείται από άλλα, συστατικά σωματίδια. Παρόλα αυτά, είναι εξαιρετικά ασταθές και όταν σχηματιστεί καταρρέει σχεδόν ακαριαία και δίνει άλλα υποατομικά σωματίδια. Οι επιστήμονες κουράστηκαν πολύ να προσδιορίσουν την πιθανή του μάζα, η οποία εκτιμάται τώρα στα γύρω στα 121 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (Gev), περίπου 130 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του πρωτονίου.

Τι είναι το πεδίο Χιγκς;
Αν και λέγεται και γράφεται ευρέως ότι το μποζόνιο του Χιγκς δίνει στα στοιχειώδη σωματίδια τη μάζα τους, αυτό δεν είναι απόλυτα σωστό. Τη μάζα τη δίνει το πεδίο του Χιγκς, το οποίο δεν την δημιουργεί εκ του μηδενός αλλά την εμπεριέχει από πριν ως ενέργεια.

Τη στιγμή που εμφανίστηκε το Σύμπαν, τα στοιχειώδη σωματίδια δεν είχαν μάζα. Αυτό άλλαξε ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου αργότερα, όταν εμφανίστηκε το πεδίο του Χιγκς, λέει η θεωρία. Ορισμένα σωματίδια όπως το φωτόνιο μπορούν να κινούνται μέσα στο πεδίο χωρίς να συναντούν αντίσταση, γι’ αυτό και δεν έχουν μάζα. Άλλα σωματίδια, όπως το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο, κολυμπούν με δυσκολία μέσα στο πεδίο. Και όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση που συναντούν, τόσο μεγαλύτερη η μάζα τους.

Γιατί το Χιγκς αποκαλείται «σωματίδιο του Θεού;»

Πρόκειται για ατυχές παρατσούκλι με το οποίο δυσανασχετoύν πολλοί επιστήμονες,συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του Πίτερ Χιγκς που δηλώνει άθεος. Η ονομασία προέρχεται από το βιβλίο The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? («Το Σωματίδιο του Θεού: Αν το Σύμπαν είναι η απάντηση, τότε ποια είναι η ερώτηση;» που εκδόθηκε το 1993. Ο συγγραφέας του, ο νομπελίστας φυσικός Λίον Λέντερμαν, έχει παραδεχτεί ότι δέχτηκε πιέσεις από τους εκδότες να αλλάξει το όνομα που είχε αρχικά επιλέξει: The Goddamn Particle, ή «το καταραμένο σωματίδιο» σε ελεύθερη απόδοση.

Πού βρίσκεται στη φύση το μποζόνιο του Χιγκς;

Τα μποζόνια Χιγκς δεν υπάρχουν πουθενά σε σταθερή κατάσταση. Δεν μπορεί κανείς να μαζέψει σε ένα κουτί μποζόνια Χιγκς. Το σωματίδιο υπάρχει μόνο στιγμιαία σε συνθήκες ακραίας θερμοκρασίας, ή ενέργειας όπως προτιμούν να λένε οι φυσικοί. Τέτοιες θερμοκρασίες υπήρξαν μερικές στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και παράγονται σήμερα στο τούνελ του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN.  Το σωματίδιο μπορεί επίσης να εμφανίζεται στιγμιαία σε τυχαία συμβάντα υψηλής ενέργειας, για παράδειγμα κατά την πρόσκρουση κοσμικών ακτίνων στη γήινη ατμόσφαιρα, ωστόσο δεν είναι συστατικό της καθημερινής πραγματικότητας.

Υπάρχουν όμως και τα λεγόμενα «εικονικά» σωματίδια Χιγκς, τα οποία εμφανίζονται κυριολεκτικά από το πουθενά και εξαφανίζονται μια στιγμή αργότερα. Τα στοιχειώδη σωματίδια που έχουν μάζα πιστεύεται ότι αποκτούν αυτή την ιδιότητα όταν αλληλεπιδρούν με το πεδίο μέσω εικονικών σωματιδίων.

Με άλλα λόγια, το Χιγκς μπορεί να εμφανιστεί οπουδήποτε αλλά μόνο για μια στιγμή.

Υπάρχει περίπτωση να βρούμε και δεύτερο μποζόνιο του Χιγκς;

Ναι. Μεταξύ άλλων, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων θα μπορούσε να προσφέρει ενδείξεις για τη λεγόμενη θεωρία της υπερσυμμετρίας, η οποία προβλέπει ότι για κάθε σωματίδιο που γνωρίζουμε υπάρχει ένα αντίστοιχο, «υπερσυμμετρικό» σωματίδιο με μεγαλύτερη μάζα. Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να υπάρχει ένα υπερσυμμετρικό αντίστοιχο του Χιγκς (το sHiggs), ενώ υπάρχουν και θεωρητικά μοντέλα που προβλέπουν πέντε ή και επτά παραλλαγές του Χιγκς.

Πώς θα ήταν ένα Σύμπαν χωρίς το Χιγκς;

Δύσκολο να απαντήσει κανείς, μαθηματικά όμως ίσως θα υπήρχε αυτή η δυνατότητα. Θα ήταν ένα Σύμπαν πιο ελαφρύ από πούπουλο, χωρίς καθόλου μάζα και επομένως χωρίς βαρύτητα. Και χωρίς βαρύτητα δεν θα υπήρχαν άστρα, πλανήτες, άνθρωποι.

Λύνει οριστικά το Χιγκς το πρόβλημα της μάζας;

Πολλοί πιστεύουν πως όχι. Το πεδίο Χιγκς αλληλεπιδρά με τα στοιχειώδη σωματίδια, κανείς όμως δεν γνωρίζει γιατί ορισμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν περισσότερο και έχουν μεγάλη μάζα, ενώ άλλα δεν αλληλεπιδρούν καθόλου και είναι αβαρή. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει τρόπος να προβλεφθεί θεωρητικά η μάζα ενός οποιοδήποτε σωματιδίου, και αυτό θεωρείται σημαντικό κενό από ορισμένους φυσικούς.

Γιατί είναι τόσο δύσκολη η επιβεβαίωση της ύπαρξης του Χιγκς;

Πρώτον, το φευγαλέο σωματίδιο εμφανίζεται μόνο σε ακραίες θερμοκρασίες, τις οποίες μπορεί να πετύχει με σιγουριά μόνο ο LHC, o ισχυρότερος και ακριβότερος επιταχυντής. Δεύτερον, το Χιγκς εμφανίζεται πολύ σπάνια στις συγκρούσεις πρωτονίων μέσα στον LHC, επομένως οι ερευνητές πρέπει να εξετάζουν τρισεκατομμύρια συμβάντα για να δουν έστω και ένα μικρό ίχνος του. Τρίτον, το μποζόνιο είναι είναι τόσο βραχύβιο ώστε διασπάται πριν φτάσει καν στους ανιχνευτές του επιταχυντή. Επομένως, η ανίχνευσή του δεν μπορεί να γίνει άμεσα. Οι ερευνητές απλά συμπεραίνουν την ύπαρξή του επειδή το σωματίδιο λάμπει διά τις απουσίας του: η ανάλυση δείχνει ότι εξαφανίστηκε μια μικρή ποσότητα από την ενέργεια της σύγκρουσης, και η ποσότητα αυτή πρέπει να αντιστοιχεί στην ενέργεια, και επομένως στη μάζα, ενός άφαντου σωματίδιου.

Τι είναι το Καθιερωμένο Μοντέλο;

Είναι το σύνολο των εξισώσεων που περιγράφουν τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά όλων των στοιχειωδών σωματιδίων. Το μοντέλο περιγράφει πώς λειτουργούν οι τρεις από τις τέσσερις φυσικές δυνάμεις: η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, δηλαδή ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός και το φως· η ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία συγκρατεί τα σωματίδια στον πυρήνα των ατόμων· και η ασθενής πυρηνική δύναμη, η οποία περιγράφει ορισμένες μορφές ραδιενεργών αντιδράσεων. Το μοντέλο δεν έχει καταφέρει να ενσωματώσει τη βαρύτητα -η καλύτερη περιγραφή αυτής της δύναμης μέχρι σήμερα είναι η Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν, η οποία όμως είναι ασύμβατη με το μοντέλο.

Ποιος είναι ο ρόλος του Χιγκς στο Καθιερωμένο Μοντέλο;

Στην αρχική τους μορφή, οι εξισώσεις του μοντέλου λειτουργούσαν μόνο αν η μάζα απουσίαζε από όλα στοιχειώδη σωματίδια. Ο μηχανισμός του Χιγκς προτάθηκε προκειμένου να συμβιβάσει το Μοντέλο με την έννοια της μάζας, και το μποζόνιο του Χιγκς είναι το τελευταίο από τα στοιχειώδη σωματίδια του Μοντέλου του οποίου η ύπαρξη αποδεικνύεται πειραματικά. Αν η ύπαρξη του διαψευδόταν, οι θεωρητικοί φυσικοί θα αναγκάζονταν να εξετάσουν εναλλακτικές θεωρίες για τη μάζα.

Πώς εμφανίστηκε η ιδέα για το πεδίο του Χιγκς;

Ο μηχανισμός του Χιγκς προτάθηκε προκειμένου να καταστήσει το μέγεθος της μάζας συμβατό με τις εξισώσεις της σωματιδιακής φυσικής. Επιπλέον, όμως, συνετέλεσε στο να ενοποιηθούν, δηλαδή να περιγραφούν με κοινό τρόπο, δύο από τις τέσσερις φυσικές δυνάμεις: η ηλεκτρομαγνητική δύναμη (που προέκυψε με τη σειρά της από την ενοποίηση του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού) και η ασθενής πυρηνική δύναμη, η οποία περιγράφει ορισμένες ραδιενεργές αντιδράσεις, όπως αυτές που τροφοδοτούν τον Ήλιο. Αυτό που προέκυψε είναι η λεγόμενη «ηλεκτρασθενής δύναμη», η οποία επέτρεψε στους θεωρητικούς φυσικούς να προχωρήσουν ένα βήμα προς τον απώτερο, απόλυτο στόχο τους: να περιγράψουν μια θεωρία των πάντων, η οποία εξηγεί όλες τις φυσικές δυνάμεις ως παράγωγα μιας κοινής δύναμης που υπήρχε μόνη της τη στιγμή που γεννήθηκε το Σύμπαν.

Πώς βοήθησε ο μηχανισμός του Χιγκς τη θεωρία της ηλεκτρασθενούς δύναμης;

Στην προσπάθειά τους να βρουν την κοινή προέλευση της ηλεκτρομαγνητικής και της ασθενούς δύναμης, οι φυσικοί στα μέσα του προηγούμενου αιώνα συνάντησαν ένα σημαντικό εμπόδιο: το φωτόνιο, το σωματίδιο που λειτουργεί ως φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, δεν έχει μάζα. Αντίθετα, τα σωματίδια που μεταδίδουν την ασθενή πυρηνική δύναμη, τα μποζόνια W και Z, έχουν μάζα και μάλιστα μεγάλη. Πώς λύνεται το πρόβλημα; Σύμφωνα με την κρατούσα πλέον δύναμη, το πρώτο τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη τίποτα στο Σύμπαν δεν είχε μάζα, οπότε μπορούσε να υπάρχει ένα αβαρές σωματίδιο-φορέας της ηλεκτρασθενούς δύναμης. Στη συνέχεια, όμως, εμφανίστηκε το πεδίο του Χιγκς, το οποίο «έσπασε τη συμμετρία» ανάμεσα στην ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή δύναμη και τις έκανε να μοιάζουν διαφορετικές, ή ασύμμετρες, όπως τις βλέπουμε σήμερα.

100 χρόνια απο το θάνατο του Άλαν Τούρινγκ

Ο Τούρινγκ είναι αναμφίβολα το μοναδικό πρόσωπο η συνεισφορά του οποίου άλλαξε την όψη του κόσμου στους τρεις πιο ευαίσθητους τύπους νοημοσύνης: την ανθρώπινη, την τεχνητή και τη στρατιωτική», έγραφε το περιοδικό Νature σε πρόσφατο άρθρό του. Η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα τιμά το Σάββατο τα εκατό χρόνια από τη γέννηση του πατέρα της σύγχρονης πληροφορικής, του βρετανού μαθηματικού Άλαν Τούρινγκ (23 Ιουνίου 1912 - 7 Ιουνίου 1954), οοποίος αποκωδικοποίησε τους μυστικούς κώδικες των ναζί στη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου. Στις 23 Ιουνίου, στην 100ή επέτειο από τη γέννηση του καθηγητή της Λογικής και κρυπτογράφου στο Λονδίνο, πολλές πόλεις διοργανώνουν συνέδρια και εκθέσεις για να τιμήσουν τις εργασίες ενός μεγάλου επιστήμονα, ο οποίος όμως εν ζωή διώχθηκε γιατί ήταν ομοφυλόφιλος. Ο Τούρινγκ είναι αναμφίβολα το μοναδικό πρόσωπο η συνεισφορά του οποίου άλλαξε την όψη του κόσμου στους τρεις πιο ευαίσθητους τύπους νοημοσύνης: την ανθρώπινη, την τεχνητή και τη στρατιωτική», έγραφε το περιοδικό Νature σε πρόσφατο άρθρό του. Ο Τούρινγκ πέθανε σε ηλικία 41 ετών. Δηλητηριάστηκε με κυάνιο μετά την καταδίκη του το 1952 για «παραβίαση της δημοσίας αιδούς» λόγω της ομοφυλοφιλίας του που ήταν παράνομη εκείνη την εποχή στη Βρετανία, ενώ είχε υποστεί χημικό ευνουχισμό. Ορισμένοι πιστεύουν ότι ο επιστήμονας αυτός, «γνωστός για την εκκεντρικότητά του», αυτοκτόνησε το 1954 τρώγοντας ένα δηλητηριασμένο με κυάνιο μήλο, ωστόσο αυτό ποτέ δεν αποδείχτηκε επισήμως. Το άγαλμα προς τιμή του, κοντά στο βρετανικό πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, τον δείχνει καθισμένο σε ένα παγκάκι να κρατά ένα μήλο. Ο Τούρινγκ κατάφερε να θέσει τα θεμέλια της σύγχρονης πληροφορικής, να καθορίσει τα κριτήρια της τεχνητής νοημοσύνης, αλλά και να αποκωδικοποιήσει τους μυστικούς κώδικες του γερμανικού στρατού, γεγονός που έσωσε εκατομμύρια ζωές και συνέβαλε να λήξει ταχύτερα ο πόλεμος, ενώ σχεδόν έλυσε ένα βιολογικό αίνιγμα στη μορφογένεση το οποίο ακόμη παραμένει ανεξιχνίαστο για τους ερευνητές. Το 1936 ο Τούρινγκ, ο οποίος είχε ανακοινώσει ότι θέλει να «κατασκευάσει έναν εγκέφαλο», δημοσιεύει άρθρο στο οποίο περιγράφει την «καθολική μηχανή Τούρινγκ». Ήταν ο πρώτος που εξέτασε πώς να προμηθεύει προγράμματα σε μια μηχανή υπό μορφή «δεδομένων», τα οποία θα μπορούν πολλοί να επεξεργάζονται ταυτόχρονα. Έσπασε τους κώδικες του «Αινίγματος" Όταν κατασκευάστηκε από άλλους επιστήμονες το 1950 η πρώτη έκδοση της Αυτόματης Μηχανής Υπολογισμού του Τούρινγκ, ήταν ο πιο γρήγορος υπολογιστής στον κόσμο. "Η εφεύρεση του υπολογιστή είναι μια τόσο μεγάλη συνεισφορά που φαίνεται παράξενο να επιδιώκεται μια ακόμη μεγαλύτερη. Ωστόσο υποθέτω ότι η συνεισφορά του στην αποκρυπτογράφηση των κωδίκων των ναζί «είχε μια ακόμη μεγαλύτερη επίδραση στον κόσμο», δήλωσε ο Τζακ Κόπλαντ, εμπειρογνώμων των μαθηματικών που έγραψε πολλά βιβλία για τον Τούρινγκ. Για το ευρύ κοινό, το μεγαλύτερο από τα όπλα του Τούρινγκ είναι ότι κατάφερε, μαζί με την ομάδα του, να σπάσει τους κώδικες της κρυπτογραφικής μηχανής «Αίνιγμα» που χρησιμοποιούσαν οι ναζί για τις επικοινωνίες τους μέσω των γερμανικών υποβρυχίων στο βόρειο Ατλαντικό. Ορισμένοι ιστορικοί εκτιμούν ότι αυτό συνέβαλε στην ταχύτερη πτώση του Χίτλερ, ο οποίος διαφορετικά θα παρέμενε στην εξουσία για ακόμη δύο ή περισσότερα χρόνια. Μετά τον πόλεμο, ο Τούρινγκ θα ερευνήσει το θέμα της τεχνητής νοημοσύνης και θα ορίσει τα κριτήρια της λογικής, τα οποία ακόμη ισχύουν σήμερα: η περίφημη «δοκιμή Τούρινγκ» που βασίζεται στη δυνατότητα μιας μηχανής για επικοινωνία, δηλαδή ότι ένας υπολογιστής θα ήταν πράγματι ευφυής παρά μόνο αν ένας άνθρωπος μπορεί να διακρίνει μεταξύ των απαντήσεών του σε μια ερώτηση και σε αυτές ενός άλλου ανθρώπου. Με τη «δοκιμή Τούρινγκ» ο βρετανός επιστήμονας συνέβαλε σημαντικά στη συζήτηση σχετικά με τη τεχνητή νοημοσύνη: εάν είναι δυνατό να λεχθεί ότι μια μηχανή γνωρίζει και μπορεί να σκεφτεί. Επίσης με την καθολική μηχανή Τούρινγκ, παρείχε μια επίσημη έννοια του αλγορίθμου και της ανάλυσης των αριθμών διατυπώνοντας την ευρέως αποδεκτή έκδοση Τούρινγκ, ότι δηλαδή οποιοδήποτε πρακτικό πρότυπο υπολογισμού έχει είτε ένα ισότιμο είτε ένα υποσύνολο των ικανοτήτων μιας μηχανής Τούρινγκ. Λάτρης της βιολογίας ο Τούρινγκ, θα εφαρμόσει το μαθηματικό του ταλέντο στη μορφογένεση, δηλαδή πώς τα ζώα και τα φυτά αναπτύσσουν ορισμένα μοντέλα μορφών όπως οι ρίγες της ζέβρας ή οι κηλίδες της αγελάδας, θεωρίες οι οποίες ακόμη απασχολούν τους βιολόγους. Πηγή ΑΜΠΕ

Η επιστήμη των μυστικών

του Χάρη Βάρβογλη από το ΒΗΜΑ

Η αποστολή μηνυμάτων σε «φίλους», με τη φροντίδα να μην τα διαβάσουν οι «εχθροί», είναι γνωστό ότι απασχολεί τους ανθρώπους από τα ιστορικά χρόνια. Στη σύγχρονη όμως εποχή αποτελεί πια στοιχείο της καθημερινής ζωής, από τη λειτουργία των κινητών τηλεφώνων ως τη διενέργεια τραπεζικών πράξεων μέσω του Διαδικτύου. Πόσο άραγε έχει εξελιχθεί η επιστήμη της κρυπτογραφίας από τις πρώτες ιστορικές αναφορές και πόσο ασφαλή είναι τα συστήματα που χρησιμοποιούμε σήμερα για παρόμοιους σκοπούς;

Μια από τις παλαιότερες αναφορές στην αποστολή «κρυφών» μηνυμάτων είναι σίγουρα το περιστατικό που διηγείται ο Ηρόδοτος σχετικά με την κήρυξη της επανάστασης των ιωνικών πόλεων κατά των Περσών, η οποία απετέλεσε και την αφορμή για τους ελληνοπερσικούς πολέμους.

Σύμφωνα λοιπόν με τον Ηρόδοτο, ο Ιστιαίος, πρώην τύραννος της Μιλήτου και «φιλοξενούμενος» στην αυλή του Δαρείου για λόγους προληπτικής επιτήρησης, ήθελε να ειδοποιήσει τον διάδοχό του στη διοίκηση της Μιλήτου, Αρισταγόρα, να κηρύξει επανάσταση κατά των Περσών. Την άνοιξη του 499 π.Χ. λοιπόν κούρεψε έναν έμπιστο δούλο του και έγραψε στο δέρμα του κεφαλιού του το μήνυμα «Ἱστιαῖος Ἀρισταγόρᾳ· Ἰωνίαν ἀπόστησον» (ο Ιστιαίος προς τον Αρισταγόρα: ξεσήκωσε σε αποστασία την Ιωνία). Στη συνέχεια περίμενε να μεγαλώσουν τα μαλλιά του δούλου και τον έστειλε στον Αρισταγόρα, με την προφορική οδηγία να ζητήσει από τον Αρισταγόρα να τον κουρέψει, για να φανεί το μήνυμα που μεταφέρει.

Από τη σκυτάλη στον Καίσαρα

Ωστόσο η μέθοδος του Ιστιαίου δεν  μπορεί να θεωρηθεί ως κρυπτογραφία με τη στενή έννοια, αφού ο αποστολέας είχε αποκρύψει το ίδιο το μήνυμα αντί να το έχει σε κοινή πρόσβαση και να έχει αποκρύψει το «κλειδί» της ανάγνωσής του.

Η πρώτη ιστορική καταγραφή κρυπτογραφικής μεθόδου, και μάλιστα με εφαρμογές σε στρατιωτικές επιχειρήσεις, ήταν η σκυτάλη. Το μήνυμα γραφόταν σε οριζόντια διεύθυνση σε μια δερμάτινη λουρίδα, που ήταν τυλιγμένη γύρω από τη σκυτάλη, έναν στενό ξύλινο κύλινδρο γνωστό στη σημερινή εποχή από τη σκυταλοδρομία. Στη συνέχεια η λουρίδα ξετυλιγόταν και στελνόταν στον παραλήπτη του μηνύματος. Αν αυτός είχε μια πανομοιότυπη σκυτάλη, με την ίδια διάμετρο, τότε μπορούσε να διαβάσει το μήνυμα τυλίγοντας τη δερμάτινη λουρίδα γύρω της. Το τύλιγμα της λουρίδας σε σκυτάλη διαφορετικής διαμέτρου έδινε μια σειρά ανακατεμένων γραμμάτων σε, φαινομενικά, τυχαία σειρά. Φυσικά ένας υπομονετικός «εχθρός» μπορούσε να δοκιμάζει διαδοχικά σκυτάλες διαφορετικής διαμέτρου, ώσπου να πετύχει τη «σωστή».

Η επόμενη, ιστορικά, μέθοδος κρυπτογραφίας είχε επινοηθεί από τον Ιούλιο Καίσαρα και στην αρχή της βασίζονται όλες οι σημερινές σχετικές μέθοδοι. Ο Καίσαρας αντικαθιστούσε κάθε γράμμα του μηνύματος με κάποιο επόμενο, συνήθως το τρίτο κατά σειρά. Ετσι, για παράδειγμα, το όνομά του θα γραφόταν ως «Μσψνμσφ Νδμφδυδφ». Η μέθοδος της αντικατάστασης είναι ευαίσθητη στη στατιστική ανάλυση του κρυπτογραφημένου μηνύματος, όπως πρώτος ανακάλυψε ο άραβας μαθηματικός Αλ Κιντί (ελληνικά Αλκιντος) τον 9ο αιώνα μ.Χ. Για παράδειγμα, από το κρυπτογραφημένο όνομα του Καίσαρα είναι εύκολο να φανταστεί κανείς ότι το «φ» αντιστοιχεί στο τελικό «ς» και ότι το «δ» αντιστοιχεί στο «α», το γράμμα με τη μεγαλύτερη συχνότητα στις περισσότερες γλώσσες (και στα ελληνικά, όπως θα γνωρίζουν οι φανατικοί λύτες σταυρολέξων).

Για τον λόγο αυτόν από την εποχή του Καίσαρα η μεγάλη προσπάθεια των κρυπτογράφων ήταν να πετύχουν μεθόδους αντικατάστασης που να «καλύπτουν» τη συχνότητα εμφάνισης των γραμμάτων, έτσι ώστε ο μοναδικός τρόπος για να διαβαστεί ένα κρυπτογραφημένο μήνυμα να είναι η γνώση του «κλειδιού» της αντικατάστασης.

Γερμανική τεχνογνωσία, Αίνιγμα και Λόρεντς

Ενας κανόνας αντικατάστασης που δεν είναι τόσο εύκολο να «σπάσει» είναι η τοποθέτηση γραμμάτων, συλλαβών ή και ολόκληρων λέξεων σε έναν πίνακα γραμμών και στηλών. Η επιλογή του γράμματος, συλλαβής ή λέξης που θέλουμε να αντικαταστήσουμε ορίζεται από τις «συντεταγμένες» του στον πίνακα, δηλαδή από ένα ζευγάρι αριθμών, ο ένας από τους οποίους ορίζει τη θέση της γραμμής και ο άλλος τη θέση της στήλης.

Στην περίπτωση αυτή «κλειδί» αποτελεί η γνώση του συγκεκριμένου πίνακα.

Ως τέτοιου είδους πίνακας μπορεί να ληφθεί και ένα βιβλίο, οπότε για συντεταγμένες δίνουμε τον αριθμό της σελίδας και τον αύξοντα αριθμό του γράμματος ή της λέξης στη σελίδα αυτή. Εναν τέτοιον κώδικα χρησιμοποιούσε το δίκτυο του γερμανού κατασκόπου Ζόργκε στην Ιαπωνία, με κλειδί ένα γερμανικό βιβλίο στατιστικής. Οι Ιάπωνες δεν κατάφεραν να «σπάσουν» τον κώδικα, ακόμη και μετά τη σύλληψη του Ζόργκε και του ασυρματιστή του.

Μια βελτίωση της μεθόδου αντικατάστασης ήταν οι κρυπτογραφικές μηχανές των Γερμανών κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου. Οι μηχανές αυτές χρησιμοποιούσαν διαδοχικούς δίσκους για την αντικατάσταση των γραμμάτων. Ετσι, για παράδειγμα, το γράμμα «α» αντικαθίσταται από τον πρώτο δίσκο με το «ζ», το «ζ» με τον δεύτερο με το «π» κ.ο.κ. Η θέση των δίσκων άλλαζε με κάθε αντικατάσταση, έτσι ώστε η αποκρυπτογράφηση να γίνεται εξαιρετικά δύσκολη με στατιστική ανάλυση.

Ο κώδικας της μηχανής Αίνιγμα «έσπασε» ύστερα από επίμονες προσπάθειες πολωνών κρυπταναλυτών πριν από τον πόλεμο, ενώ ο κώδικας της μηχανής Λόρεντς έσπασε κατά τη διάρκεια του πολέμου, όταν ένας χειριστής έστειλε από την Αθήνα στη Βιέννη το ίδιο μήνυμα και δεύτερη φορά, επειδή η πρώτη δεν είχε ληφθεί καλά, με αποτέλεσμα να γίνει αντιληπτός ο κανόνας αντικατάστασης.

Εικονικοί πίνακες και κβαντομηχανική

Οι σύγχρονοι κώδικες αντικατάστασης βασίζονται σε «εικονικούς πίνακες» απίστευτα μεγάλου αριθμού γραμμών και στηλών.

Ετσι, ενώ από το μήνυμα μπορεί να προκύψει ο αριθμός των στοιχείων που έχει ο πίνακας, δεν είναι εύκολο να βρεθεί ο αριθμός των γραμμών και των στηλών. Για παράδειγμα, αν ο αριθμός των στοιχείων του πίνακα είναι 10³⁸ (δηλαδή η μονάδα ακολουθούμενη από 38 μηδενικά), τότε υπάρχουν 10³⁶ διαφορετικά δυνατά ζευγάρια αριθμού γραμμών - στηλών.

Ακόμη και αν ένας υπολογιστής μπορούσε να ελέγξει ένα τρισεκατομμύριο συνδυασμούς το δευτερόλεπτο, θα χρειαζόταν περισσότερο χρόνο από την ηλικία του Σύμπαντος για να πετύχει το σωστό ζευγάρι αριθμών.

Επομένως το μοναδικό ασθενές σημείο αυτού του είδους της κρυπτογραφίας είναι η ενημέρωση του λήπτη του μηνύματος για το ζευγάρι των αριθμών, που είναι το «κλειδί» της αποκρυπτογράφησης. Εδώ έρχεται να βοηθήσει η Κβαντομηχανική, η οποία υπόσχεται την ασφαλέστερη δυνατή μετάδοση του «κλειδιού».

Σύμφωνα με τους νόμους της Κβαντομηχανικής, αν κάποιος προσπαθήσει να υποκλέψει το μήνυμα που μεταφέρει το «κλειδί», τότε το μήνυμα αλλοιώνεται και ο λήπτης αντιλαμβάνεται ότι η μετάδοση δεν είναι πια ασφαλής. Η μέθοδος αυτή δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί σε πρακτικό επίπεδο, αλλά και χωρίς αυτήν σήμερα τα κρυπτογραφημένα μηνύματα θεωρούνται άκρως ασφαλή.

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

To ηλεκτρόνιο είναι πράγματι (σχεδόν) τελείως σφαιρικό

 

Λονδίνο, Ηνωμένο Βασίλειο

Ξέρουμε ότι είναι υπερκινητικό, ότι είναι αρνητικά φορτισμένο και ότι «κινεί» την ενέργεια του κόσμου μας. Τώρα μαθαίνουμε ότι το ηλεκτρόνιο είναι όπως όλα δείχνουν απολύτως στρογγυλό -σχεδόν το πρότυπο μιας τέλειας σφαίρας.

Η είδηση, η οποία ήρθε από τις ακριβέστερες μετρήσεις που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, απογοήτευσε κάποιους επιστήμονες. Μια «ανωμαλία» στο σφαιρικό σχήμα του ηλεκτρονίου θα επιβεβαίωνε την ύπαρξη ορισμένων υποατομικών σωματιδίων και κάποιες νεότερες θεωρίες της Φυσικής ενώ ίσως μας έδινε απαντήσεις για την τύχη της αντιύλης.

Οι ειδικοί ωστόσο δεν το βάζουν κάτω. Θεωρούν ότι μελλοντικές, ακόμη πιο ακριβείς μετρήσεις, ίσως βάλουν τα πράγματα στη θέση τους.

Πιο τέλειο δεν γίνεται

Το πείραμα, το οποίο διενεργήθηκε από ερευνητές του Imperial College στο Λονδίνο και είναι το τελευταίο και πιο «βελτιωμένο» από μια μεγάλη σειρά ανάλογων εγχειρημάτων, ήταν κατηγορηματικό: το ηλεκτρόνιο είναι μια τέλεια σφαίρα με απόκλιση ένα σε ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια.

«Αν φανταστούμε ότι θα μπορούσαμε να μεγεθύνουμε το ηλεκτρόνιο τόσο ώστε να αποκτήσει το μέγεθος του Ηλιακού Συστήματος τότε θα ήταν σφαιρικό με απόκλιση μικρότερη από μια τρίχα των μαλλιών μας». δήλωσε ο Εντουαρντ Χάιντς, φυσικός στο Imperial College και επικεφαλής της ομάδας των ερευνητών, στην ιστοσελίδα της επιθεώρησης Nature όπου και δημοσιεύεται η σχετική μελέτη.

Ηλεκτρόνιο και Καθιερωμένο Μοντέλο

Η τόση ενασχόληση των φυσικών με την τελειότητα της σφαίρας του ηλεκτρονίου δεν εμπίπτει στο πλαίσιο κάποιας επιστημονικής τελειομανίας. Το αν το υποατομικό σωματίδιο έχει απόλυτα σφαιρικό σχήμα ή όχι έχει καθοριστική σημασία για ορισμένες σύγχρονες θεωρίες οι οποίες προσπαθούν να συμπληρώσουν τα κενά του Καθιερωμένου Μοντέλου, όπως η υπερσυμμετρία.

Με βάση τα όσα ξέρουμε από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής έχουμε μάθει να «βλέπουμε» το ηλεκτρόνιο σαν μια αρνητικά φορτισμένη σφαίρα που κινείται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου. Το Καθιερωμένο Μοντέλο όμως αδυνατεί να εξηγήσει ορισμένα φαινόμενα του Σύμπαντος. Γι’ αυτό ορισμένες θεωρίες, όπως η υπερσυμμετρία, έχουν έλθει να συμπληρώσουν τα κενά προσθέτοντας γύρω του ένα «νέφος» από θεωρητικά σωματίδια.

Η ύπαρξη όμως αυτών των σωματιδίων θα πρέπει να χαλάει την τέλεια στρογγυλάδα του ηλεκτρονίου: το σχήμα του αντί για απόλυτα σφαιρικό θα πρέπει να είναι ελαφρώς πεπλατυσμένο στους πόλους, όπως αυτό της Γης. «Αυτό που κάναμε εμείς ήταν να σχεδιάσουμε ένα πείραμα για να ελέγξουμε αυτό το ενδεχόμενο με ένα πολύ, πολύ υψηλό βαθμό ακριβείας» εξήγησε ο κ. Χάιντς.

Η αναζήτηση συνεχίζεται

Τα αποτελέσματα του πειράματος δεν εμφάνισαν ωστόσο καμία τέτοια ένδειξη, αφού δεν εντόπισαν σχεδόν ούτε ένα ψεγάδι στη σφαίρα του ηλεκτρονίου. Ο κ. Χάιντς τονίζει ότι αυτό δεν σημαίνει ότι θεωρίες όπως η υπερσυμμετρία καταρρίπτονται, το βέβαιο όμως είναι ότι δεν αποκτούν την πολυπόθητη επιβεβαίωσή τους. Τουλάχιστον όχι ακόμη.

Ο καθηγητής και η ομάδα του επεξεργάζονται την τελειοποίηση των μεθόδων τους και την επιστροφή τους με ένα νέο πείραμα δεκαπλάσιας ακρίβειας εντός της επόμενης πενταετίας. Ο απώτερος στόχος πάντως είναι μια ακρίβεια 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή που προσφέρουν τα σύγχρονα μέσα.

«Αν εκατονταπλασιάζαμε την ακρίβεια και πάλι δεν βλέπαμε τίποτε θα αποκλείαμε κατά κάποιον τρόπο όλες τις σύγχρονες θεωρίες» δήλωσε ο φυσικός. «Οι θεωρητικοί όμως είναι πολύ δημιουργικοί και το πιθανότερο είναι ότι θα επινοούσαν μοντέλα όπου η απόκλιση από το σφαιρικό σχήμα θα ήταν ακόμη μικρότερη».

Βήμα Science

Τα 10 πιο όμορφα επιστημονικά πειράματα στην ιστορία της Φυσικής

Από το physics 4 you

Ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για διασπάσεις υποατομικών σωματιδίων, είτε για εύρεση κάποιου γονιδιώματος, είτε για ανάλυση της κίνησης ενός μακρινού άστρου, τα πειράματα που προσελκύουν το ενδιαφέρον του κόσμου συχνά κοστίζουν εκατομμύρια δολάρια για την εκτέλεσή τους και παράγουν αμέτρητα δεδομένα, τα οποία για να αναλυθούν χρειάζονται μήνες και χρήση υπερυπολογιστών. Μερικές ερευνητικές ομάδες έχουν μεγαλώσει τόσο πολύ ώστε έχουν φτάσει το μέγεθος εταιριών μεσαίου μεγέθους. 

Αλλά τελικά η επιστήμη κατασταλάζει στο ανθρώπινο μυαλό κατά περίεργο τρόπο. Όταν ο Robert P. Crease μέλος του φιλοσοφικού τμήματος του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης και ιστορικός στο εργαστήριο Βrookhaven, ρώτησε πρόσφατα τους φυσικούς να ονομάσουν τα 10 πιο όμορφα πειράματα όλων των εποχών, οι δέκα νικητές ήταν κατά κανόνα πειράματα που εκτελέστηκαν από μεμονωμένα πρόσωπα στα οποία συμμετείχαν το πολύ μερικοί βοηθοί. Τα περισσότερα από αυτά τα πειράματα εκτελέστηκαν πάνω σ’ έναν εργαστηριακό πάγκο, και κανένα δεν απαιτούσε μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ από κάποιο κομπιουτεράκι. 

Ότι κοινό έχουν είναι η φευγαλέα ποιότητα που οι επιστήμονες ονομάζουν ομορφιά. Δηλαδή την λογική απλότητα της συσκευής και της ανάλυσης των πορισμάτων. Η σύγχυση και η αμφιβολία διαλύονται μετά από τέτοια πειράματα και κάτι νέο για την φύση γίνεται πεντακάθαρο.

Η λίστα αυτή των πειραμάτων που μας πάει 2000 χρόνια πίσω, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physics World και η σειρά τους καθορίστηκε ανάλογα με το πόσο δημοφιλές ήταν το καθένα τους. Πρώτο στη σειρά ήρθε ένα πείραμα που με σαφήνεια έδειξε ότι ο φυσικός κόσμος υπακούει στην κβαντική θεωρία. Ας δούμε όμως εμείς τη λίστα με  αντίστροφη σειρά αρχίζοντας από το Νο 10 και προχωρώντας με αντίστροφη μέτρηση.

Τα 10 πιο όμορφα πειράματα στην ιστορία της Φυσικής

1. Το πείραμα της διπλής σχισμής του Young, εφαρμοσμένο για τη συμβολή μεμονωμένων ηλεκτρονίων

2. Το πείραμα του Γαλιλαίου για την ελεύθερη πτώση (1600)

3. Το πείραμα του Millikan με τις σταγόνες λαδιού (1910)

4. Η ανάλυση του ηλιακού φωτός με πρίσμα από τον Νεύτωνα (1665-1666)

5. Το πείραμα του Young για την συμβολή του φωτός (1801)

6. Το πείραμα του Cavendish με τον ζυγό στρέψης (1798)

7. Η μέτρηση της περιφέρειας της Γης από τον Ερατοσθένη(3ος αιώνας π.Χ.)

8. Τα πειράματα του Γαλιλαίου με τις κυλιόμενες σφαίρες σε κεκλιμένα επίπεδα (1600s)

9. Η ανακάλυψη του πυρήνα από τον Rutherford (1911)

10. Το εκκρεμές του Foucault (1851)

Από επάνω αριστερά με τη φορά του ρολογιού:  
Ο Ερατοσθένης, Ο Γαλιλαίος, Ο Henry Cavendish και ο Isaac Newton.

No 10: Το εκκρεμές του Foucault

Την περασμένη χρονιά , όταν επιστήμονες κρέμασαν ένα εκκρεμές πάνω από τον Νότιο Πόλο και το παρακολούθησαν να αιωρείται, επανέλαβαν ουσιαστικά μια φημισμένη επίδειξη που έγινε στο Παρίσι το 1851. Χρησιμοποιώντας ένα ατσάλινο σύρμα μήκους 220 ποδιών, ο Γάλος φυσικός  Jean-Bernard-Lιon Foucault κρέμασε μια σιδερένια μπάλα βάρους 62 λιβρών από τον θόλο του Πάνθεου και το έβαλε σε κίνηση ταλάντωσης μπρος – πίσω. Για να καταγράψει την εξέλιξη της κίνησης στερέωσε μια γραφίδα στη μπάλα και σκόρπισε άμμο στο πάτωμα κάτω από την μπάλα. Έτσι η γραφίδα χάραζε γραμμές στην άμμο καταγράφοντας την τροχιά της μπάλας σε σχέση με το πάτωμα.

Το κοινό που παρακολούθησε το πείραμα είδε με έκπληξη το επίπεδο ταλάντωσης του εκκρεμούς να στρέφεται ανεξήγητα, αφήνοντας όλο και διαφορετικά ίχνη σε κάθε ταλάντωσή του. Στη πραγματικότητα ήταν το δάπεδο του Πάνθεου που στρεφόταν αργά. Έτσι ο Foucault κατάφερε να δείξει πιο πειστικά από κάθε άλλη φορά πριν την περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της. Στο γεωγραφικό πλάτος του Παρισιού το εκκρεμές συμπλήρωνε μια πλήρη περιστροφή κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού κάθε 30 ώρες. Στο Νότιο ημισφαίριο θα στρεφόταν αντίθετα προς τους δείκτες του ρολογιού, και στον Ισημερινό δεν θα στρεφόταν καθόλου. Στο Νότιο Πόλο, όπως πιστοποίησαν οι σύγχρονοι επιστήμονες η περίοδος της περιστροφής του επιπέδου ταλάντωσής του είναι 24 ώρες.

Νο 9: Η ανακάλυψη του πυρήνα από τον Rutherford  

Όταν ο Ernest Rutherford πειραματιζόταν με την ραδιενέργεια στο πανεπιστήμιο του Manchester το 1911, πιστευόταν γενικά ότι τα άτομα αποτελούνταν από συγκεντρώσεις θετικού φορτίου με κάποια ηλεκτρόνια εμφυτευμένα μέσα σ’ αυτό. Λόγω της εικόνας αυτής το πρότυπο αυτό είχε ονομαστεί μοντέλο του σταφιδόψωμου. Αλλά όταν ο ίδιος και οι βοηθοί του βομβάρδισαν με μικρά θετικά φορτισμένα βλήματα, που λέγονται σωματίδια α, ένα λεπτό φύλο χρυσού, εξεπλάγησαν όταν παρατήρησαν ότι ένα μικρό ποσοστό από αυτά ανακρούστηκε προς τα πίσω από τον στόχο του χρυσού. Ήταν σαν σφαίρες να εκτοξεύονταν εναντίον μιας μάζας ζελέ και να είχαν ανακλαστεί από το ζελέ.

Ο Rutherford υπολόγισε ότι τα άτομα δεν ήταν σε τελευταία ανάλυση τόσο διάχυτα όσο τα νόμιζαν. Το μεγαλύτερο μέρος της μάζας τους πρέπει να είναι συγκεντρωμένο σ’ ένα μικροσκοπικό πυρήνα με τα ηλεκτρόνια να περιφέρονται γύρω από αυτόν. Με τη συμπλήρωση της κβαντικής θεωρίας, η εικόνα αυτή διατηρείται ακόμα και σήμερα.

Νο 8: Τα πειράματα του Γαλιλαίου με τις κυλιόμενες σφαίρες σε κεκλιμένα επίπεδα.

Ο Γαλιλαίος συνέχισε να τελειοποιεί τις ιδέες του για την κίνηση των σωμάτων. Πήρε μια σανίδα με μήκος περίπου 4μέτρα και πλάτος περί τα 20cm και δημιούργησε στο μέσον της ένα αυλάκι όσο πιο ίσιο και λείο μπορούσε. Την τοποθέτησε ως κεκλιμένο επίπεδο και άφησε να κυλήσουν μέσα στο αυλάκι χάλκινες σφαίρες, χρονομετρώντας την κάθοδό τους με ένα ρολόι που δούλευε με νερό. Επρόκειτο για ένα μεγάλο δοχείο που άδειαζε από ένα μικρό σωληνάκι μέσα σε μικρότερα ογκομετρικά δοχεία. Μετά από κάθε πείραμα ογκομετρούσε το νερό που είχε χυθεί, και αναλογικά συμπέραινε πόσος χρόνος είχε περάσει. Συνέκρινε στη συνέχεια τους χρόνους που αντιστοιχούσαν σε διαφορετικές αποστάσεις κίνησης των σφαιρών. 

Ο Αριστοτέλης θα προέβλεπε ότι η ταχύτητα των σφαιρών ήταν σταθερή. Δηλαδή διπλασιάζοντας την απόσταση θα περνούσε και διπλάσιος χρόνος. Ο Γαλιλαίος όμως μπόρεσε να δείξει ότι η απόσταση ήταν στην πραγματικότητα ανάλογη με το τετράγωνο του χρόνου. Ο λόγος βέβαια είναι ότι η σφαίρα επιταχύνεται σταθερά από την βαρύτητα και η ταχύτητά της αυξάνει ανάλογα με τον χρόνο.

Οι κορυφαίες έρευνες του 2010 σύμφωνα με το περιοδικό Science

Ουάσινγκτον

Όπως συνηθίζει να κάνει κάθε χρόνο λίγο πριν από την Πρωτοχρονιά, το περιοδικό Science παρουσιάζει τις εκτιμήσεις του για τις κορυφαίες επιστημονικές έρευνες του έτους. Το σημαντικότερο επίτευγμα του 2010 ήταν η δημιουργία της «πρώτης κβαντικής μηχανής», ενώ οι νέες τεχνολογίες γενετικής ανάλυσης κυριαρχούν στη λίστα με τους εννέα «αναπληρωματικούς».

Κβαντική ταλάντωση

To σημαντικότερο επίτευγμα του 2010, εκτιμά το κορυφαίο αμερικανικό περιοδικό, ήταν η μικροσκοπική μηχανή που παρουσίασαν το Μάιο ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα.

«Μέχρι σήμερα, όλες οι μηχανές κινούνταν σύμφωνα με τους οικείους νόμους της κλασσικής μηχανικής, οι οποίοι κυβερνούν τις κινήσεις των καθημερινών αντικειμένων» εξηγεί η σύνταξη του Science.

»Αντίθετα, το νέο μαραφέτι λικνίζεται με τρόπους που μπορούν να εξηγηθούν μόνο με τους παράδοξους νόμους της κβαντομηχανικής, οι οποίοι κανονικά κυβερνούν τα μόρια, τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια».

Η μηχανή είναι ουσιαστικά ένα μικροσκοπικό μεταλλικό έλασμα που ταλαντώνεται όπως οι βατήρες καταδύσεων. Μόνο που η ταλάντωση αυτή δεν μπορεί να εξηγηθεί από τους κλασσικούς νόμους της μηχανικής του Νεύτωνα -εξηγείται μόνο με τις προβλέψεις της κβαντικής μηχανικής για τις μεταπτώσεις από καταστάσεις υψηλής ενέργειας σε καταστάσεις χαμηλής ενέργειας.

Συνθετικό γονιδίωμα

Πρώτο στη λίστα των «αναπληρωματικών» για το 2010 είναι η Σύνθια, το πρώτο ζωντανό βακτήριο που λειτουργεί με συνθετικό DNA. Ερευνητές του Ινστιτούτου Κρεγκ Βέντερ στην Καλιφόρνια δημιούργησαν στο εργαστήριο ένα πλήρες αντίγραφο του γονιδιώματος ενός γνωστού μυκοβακτήριου, και το μεταμόσχευσαν στη συνέχεια σε ένα μυκοβακτήριο από το οποίο είχε αφαιρεθεί το DNA. Στο μέλλον, ελπίζουν οι ερευνητές, τεχνητά γονίδια και γονιδιώματα θα επιτρέψουν τη δημιουργία μικροβίων που παράγουν καύσιμα και απορρυπαίνουν το περιβάλλον.

Το γονιδίωμα του Νεάντερταλ

Τα πρώτα τμήματα DNA από ανθρώπους του Νεάντερταλ είχαν απομονωθεί πριν από 13 χρόνια. Τώρα, όμως, η εικόνα συμπληρώνεται. Τον Μάιο του 2010, Αμερικανοί και Κινέζοι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι είχαν προσδιορίσει την αλληλουχία των δύο τρίτων του επίμαχου γονιδιώματος. Το γενετικό υλικό είχε απομονωθεί από τρεις γυναίκες Νεάντερταλ που έζησαν στην Κροατία πριν από 44.000 έως 38.000 χρόνια.

Η ανάλυση έδειξε ότι πράγματι υπήρξε επιμειξία, έστω και μικρής κλίμακας, ανάμεσα στον άνθρωπος του Νεάντερταλ και τον σύγχρονο άνθρωπο.

Γενωμική υψηλής ταχύτητας

Νέες τεχνολογίες που τελειοποιήθηκαν το 2010 επιτρέπουν τον προσδιορισμό των ανθρώπινων γενετικών αλληλουχιών με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα. Το Πρόγραμμα των 1.000 Γονιδιωμάτων, για παράδειγμα, χαρτογραφεί τις γενετικές διαφορές μεταξύ των ανθρώπων σε μια προσπάθεια να εντοπίσει σημειακές μεταλλάξεις που προκαλούν ασθένειες. Ακόμα, τα πλήρη γονιδιώματα δύο Αφρικανών που ζουν σε κοινότητες κυνηγών-τροφοσυλλεκτών δείχνουν τη μεγάλη γενετική ποικιλότητα του ανθρώπινου είδους.

Επαναπρογραμματίζοντας ανθρώπινα κύτταρα

Μια νέα μέθοδος για τον γενετικό επαναπρογραμματισμό των ανθρώπινων κυττάρων υπόσχεται να καταστήσει περιττή τη χρήση εμβρυακών βλαστοκυττάρων στην ιατρική έρευνα. Τεχνητά βλαστοκύτταρα (iPS) είχαν δημιουργηθεί και στο παρελθόν, απαιτούσαν όμως την εισαγωγή επιπλέον γονιδίων και είχαν το μειονέκτημα ότι μπορούν να προκαλέσουν καρκίνο. Αντί για πλήρη γονίδια, η νέα μέθοδος χρησιμοποιεί συνθετικά μόρια RNA, τα οποία κάνουν τον επαναπρογραμματισμό «δύο φορές ταχύτερο και 1.000 φορές πιο αποδοτικό».

Γονίδια εκτός ελέγχου


Μια νέα ερευνητική προσέγγιση επέτρεψε το Νοέμβριο τον εντοπισμό των μεταλλάξεων οι οποίες
ευθύνονται για αρκετές γενετικές ασθένειες που παρέμεναν μέχρι σήμερα αινιγματικές. Για να κάνουν το έργο πιο εύκολο, Αμερικανοί ερευνητές αγνόησαν το λεγόμενο «άχρηστο» DNA και εστιάστηκαν στις γενετικές αλληλουχίες που περιέχουν πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεΐνών (μελέτησαν τα λεγόμενα εξόνια των γονιδίων, σε αντιδιαστολή με τα εσόνια των γονιδίων που δεν περιέχουν κατασκευαστικές οδηγίες). Η έρευνα αποκάλυψε μεταξύ άλλων γονίδια που προκαλούν αναπτυξιακές ανωμαλίες του εγκεφάλου και του προσώπου, καθώς και γονίδια που κατεβάζουν τη χοληστερόλη του αίματος σε πολύ χαμηλά επίπεδα.

Μαθηματικό πασπαρτού

Οι φυσικοί απέδειξαν το 2010 ότι οι «κβαντικοί προσομοιωτές» μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση προβλημάτων στο χώρο της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Οι κβαντικοί προσομοιωτές είναι συνήθως θεωρητικά μοντέλα κρυστάλλων, στα οποία φωτεινές κηλίδες από δέσμες λέιζερ αντιστοιχούν στα ιόντα του κρυστάλλου, ενώ τα άτομα που βρίσκονται μέσα στις κηλίδες αντιστοιχούν στα ηλεκτρόνια του κρυστάλλου. Η προσαρμογή του μοντέλου σε διάφορες μαθηματικές εξισώσεις μπορεί να δώσει αυτόματα απαντήσεις σε δύσκολα προβλήματα της φυσικής.

Διπλώνοντας πρωτεΐνες

Με ποιο τρόπο μπορεί ένα φάρμακο να επηρεάσει τη λειτουργία μιας πρωτεΐνης στον ανθρώπινο οργανισμό; Μέχρι σήμερα, η απάντηση ήταν πολύ δύσκολο να δοθεί, καθώς ότι οι λειτουργίες των πρωτεΐνών εξαρτώνται από το πολύπλοκο τρισδιάστατο σχήμα τους. Δεδομένου ότι κάθε πρωτεΐνη μπορεί θεωρητικά να έχει πολλές διαφορετικές τρισδιάστατες δομές, ο υπολογισμός όλων των δυνατών συνδυασμών θα διαρκούσε πρακτικά για πάντα. Φέτος, όμως, ένας υπολογιστής με 512 εξειδικευμένους επεξεργαστές μπόρεσε να παρακολουθήσει τις κινήσεις των ατόμων σε ένα μικρό μόριο πρωτεΐνης 100 φορές ταχύτερα από ό,τι παλαιότερες προσπάθειας. Η χρήση 2.048 επεξεργαστών σε ένα νέο σύστημα αναμένεται να οδηγήσει στο μέλλον σε ακόμα πιο εντυπωσιακά αποτελέσματα.

«Μεταλλαγμένα» ποντίκια

Σημαντικό ερευνητικό επίτευμα του 2010 ήταν και μια νέα μέθοδος για την απενεργοποίηση συγκεκριμένων γονιδίων στον αρουραίο, το δημοφιλέστερο πειραματόζωο του κόσμου. Η νέα τεχνική χρησιμοποιεί «τρανσποζόνια», τμήματα DNA που μπορούν να μετακινούνται από ένα σημείο του γονιδιώματος σε άλλο και να δημιουργούν έτσι προβλέψιμες μεταλλάξεις. Το επίτευγμα σημαίνει ότι οι αρουραίοι, οι οποίοι μοιάζουν περισσότερο στον ανθρώπινο οργανισμό, θα αντικαταστήσουν τα ποντίκια σε πολλά ιατρικά πειράματα.

Πρώτες νίκες στην πρόληψη του HIV

Έπειτα από χρόνια προσπαθειών, διεθνείς ερευνητικές ομάδες ανακοίνωσαν το 2010 δύο σημαντικές νίκες όσον αφορά την πρόληψη της μόλυνσης με HIV: Ένα κολπικό τζελ που δοκιμάστηκε στη Νότιο Αφρική μείωσε κατά 39% τις νέες λοιμώξεις σε γυναίκες υψηλού ρίσκου· και ένας συνδυασμός δύο υπαρχόντων φαρμάκων κατά του AIDS μείωσε κατά 44% τον κίνδυνο μόλυνσης μεταξύ γκέι ανδρών που χρησιμοποιούν προφυλακτικό.