V USA práve prebieha udeľovanie Oscarov.
Film "Oppenheimer", ktorý opisuje úsvit atómového veku ľudstva, má v tomto 96. ročníku udeľovania Oscarov až 13 nominácií. Je to samozrejme výborný film, vynikajúco profesionálne spracovaný ako z historicko-vedeckého pohľadu tak aj z čisto komerčného.
Osobne by som mu vytkol iba jedinú vec (a rodina Dr. Oppenheimera taktiež sa voči tomu ohradila) a to je epizóda s otráveným jablkom. Zhodou okolností je to dokonca úvodná scéna. Moja výtka vychádza z poznania (osobne som prečítal pravdepodobne skoro všetky knihy o Dr. Oppenheimerovi), že „príbeh“ o otrávenom jablku je postavený iba na dohadoch. Áno, jeho priatelia, s ktorými bol na výlete (a od ktorých chcel odísť a potom aj z výletu odišiel) spomínajú, že ako dôvod odchodu spomenul, že údajne zabudol na stole laboratória „otrávené jablko“, a že ho teda musí urýchlene ísť zničiť (aby sa nestalo nešťastie). To je všetko. Či je to skutočne pravda, alebo si to „Opi“ vymyslel, aby sa (od pre neho nudných) kamarátov zbavil, nikto naozaj nevie. Ale vo filme to použili a Dr. Oppenheimer nám to už nepovie.
Je výborné že existujú aj takéto filmy, okrem všelijakých zábavných (alebo niekedy až nezmyselných) námetov je mimoriadne dôležité ukázať ľuďom, že práve exaktné vedy sú motorom našej budúcnosti, ale aj to, že s vedeckými výsledkami je potrebné zaobchádzať opatrne.
Flimy sú jedna vec a vedecký výskum druhá.
Pozrime sa spoločne na pravdepodobne 10 najlepších objavov roka 2023, ktoré siahajú od výskumu v astronómii a lekárskej fyzike po kvantovú vedu, atómovú fyziku a ďalšie.
Vybrala ich skupina redaktorov časopisu „Physics World“, ktorá preosiala stovky aktualizácií výskumu zverejnených za rok 2023 vo všetkých oblastiach fyziky. Okrem toho, že výbery boli hlásené v roku 2023, museli spĺňať aj tri ďalšie kritériá a to:
- Výrazný pokrok v poznaní alebo porozumení
- Význam práce pre vedecký pokrok a/alebo vývoj reálnych aplikácií
- Všeobecný záujem čitateľov sveta fyziky
10 najlepších objavov za rok 2023 je uvedených v chronologickom poradí podľa toho, kedy boli hlásené.
1. Rastúce elektródy vo vnútri živého tkaniva.
Objavili to Xenofon Strakosas, Hanna Biesmans, Magnusi Berggren a ich kolegovia z Linköping University, Lund University a University of Göteborg. Objavili prekvapujúcu vec vo vývoji a spôsobe vytvárania elektronických obvodov priamo vo vnútri živého tkaniva.
Je známe že prepojenie nervového tkaniva s elektronikou poskytuje spôsob, ako študovať komplexnú elektrickú signalizáciu nervového systému alebo modulovať nervové obvody na liečbu chorôb. Avšak nesúlad medzi „tuhou“ elektronikou a mäkkými tkanivami riskuje poškodenie citlivých živých systémov. Preto namiesto toho vedecký tím použil injekčný gél na vytvorenie mäkkých elektród priamo v tele. Po injekcii do živého tkaniva enzýmy v géle rozkladajú endogénne metabolity v tele, ktoré spúšťajú enzymatickú polymerizáciu organických monomérov v géle a premieňajú ich na stabilné, mäkké vodivé elektródy.
No a výskumníci potvrdili proces vstreknutím gélov do zebričiek a liečivých pijavíc, že gél polymerizoval a elektródy v tkanive rástli.
2. Neutrína skúmajú štruktúru protónov.
Tejin Cai z University of Rochester v USA a kanadskej York University a jeho kolegovia pracujúci na Fermilabovom experimente MINERvA, ukázali, ako možno informácie o vnútornej štruktúre protónu získať z neutrín rozptyľujúcich sa z plastového terča. Neutrína sú subatomárne častice, ktoré sú známe tým, že zriedkavo interagujú s hmotou. Takže existovali pochybnosti, keď Cai, (iba ako post doktorandský výskumník), navrhol, že by bolo možné pozorovať občasný rozptyl neutrín z protónov v plaste. Veľkou výzvou pre tím bolo pozorovanie signálu z neutrín rozptýlených z osamelých protónov (vodíkových jadier) v oveľa väčšom pozadí neutrín rozptýlených po protónoch viazaných v uhlíkových jadrách. Na vyriešenie tohto problému simulovali signál rozptýlený uhlíkom a opatrne ho odčítali od experimentálnych údajov. Objav je zaujímavý aj tým, že okrem poskytnutia prehľadu o štruktúre protónu by táto technika mohla tiež vrhnúť ďalšie svetlo na to, ako neutrína interagujú s hmotou.
3. Simulácia rozpínajúceho sa vesmíru v BEC.
Celia Viermann, Markusovi Oberthaler z univerzity v Heidelbergu v Nemecku spolu so Stefanom Floerchingerom z univerzity v Jene v Nemecku a kolegami z Universidad Complutense de Madrid v Španielsku, Ruhr-Universität Bochum v Nemecku a Université libre de Bruxelles, Belgicko použili tzv. Bose-Einsteinov kondenzát (BEC) na simuláciu rozpínajúceho sa vesmíru a kvantových polí v ňom. V tomto simulovanom systéme predstavoval kondenzát vesmír, zatiaľ čo fonóny, ktoré sa ním pohybovali, zohrávali úlohu kvantových polí.
Pozor – tu nie je chyba – naozaj ste čítali správne, je to výraz „fonón“ a nie „fotón“. Vo fyzike je „fonón“ kvantovanou mriežkovou vibráciou. A slovo „kvantovaný“ sa vo fyzike používa na označenie toho, že sú povolené len určité hodnoty niečoho. Niečo, čo je teda „kvantované“, možno napríklad vnímať ako schody; môžete sa pohybovať len z kroku na krok a nemôžete stáť medzi krokmi. A naopak, niečo, čo nie je „kvantované“, si môžeme predstaviť napríklad ako rampu alebo hladký sklon; môžete to posunúť na ľubovoľnú vzdialenosť nahor alebo nadol. A mriežka je opakujúca sa alebo periodická štruktúra kryštálu. Kryštál sa skladá z atómov alebo molekúl v určitom vzore. Body na vzore, v ktorých sa nachádzajú atómy alebo molekuly, je mriežka. Pevné látky, kvapaliny a plyny môžu byť vystavené vibráciám. Kvantovanie vibrácií teda zjednodušene znamená, že sú povolené len určité frekvencie vibrácií.
Zmenou rozptylovej dĺžky atómov v BEC vedecký tím akoby prinútil „vesmír“ expandovať rôznymi rýchlosťami a študoval, ako v ňom fonóny zasiali kolísanie hustoty. Kozmologické teórie predkladajú a predpovedajú, že podobné efekty boli zodpovedné za nasadenie rozsiahlych štruktúr v rannom vesmíre, takže simulovaný vesmír nám môže poskytnúť cenné poznatky o tom, ako sa skutočný vesmír stal takým, aký je dnes.
4. Dvojitá štrbina v čase.
Romain Tirole a Riccardo Sapienza z Imperial College London a ich kolegovia demonštrovali Youngovu dvojštrbinovú interferenciu v čase.
Pozorovanie interferencie svetelných vĺn Thomasom Youngom z 19. storočia je jedným z najikonickejších experimentov v histórii fyziky a poskytlo základnú podporu vlnovej teórii svetla.
Zatiaľ čo tento experiment a ďalšie podobné experimenty zahŕňajú difrakciu svetla cez pár úzkych štrbín vo vesmíre, výskumníci vo Veľkej Británii a inde ukázali, že je možné dosiahnuť ekvivalentný efekt pomocou dvojitých štrbín v čase.
Časový analóg zahŕňa pevnú hybnosť, ale meniacu sa frekvenciu.
Materiál, v ktorom sa dve štrbiny rýchlo objavia a potom jedna po druhej zmiznú, by mal spôsobiť, že prichádzajúce vlny si udržia svoju dráhu v priestore, ale rozložia sa vo frekvencii.
Vedci to dosiahli dvojitým zapnutím a vypnutím odrazivosti polovodičového zrkadla v rýchlom slede a zaznamenaním interferenčných prúžkov pozdĺž frekvenčného spektra svetla odrazeného od zrkadla. A nakoniec uvideli, že k interferencii dochádza skôr medzi vlnami na rôznych frekvenciách – než na rôznych priestorových polohách. Práca by mohla mať viacero užitočných praktických aplikácií, ako sú optické prepínače na spracovanie signálu a komunikáciu alebo v optických výpočtoch.
5. Digitálny mostík, ktorý umožňuje prirodzenú chôdzu po poranení miechy.
Grégoire Courtine z Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Jocelyne Bloch z Lausanne University Hospital a EPFL, Guillaume Charvet z CEA-Leti's Clinatec a ich kolegovia vyvinuli „digitálny most“ medzi mozgom a miechou, ktorý jednotlivcovi umožnil paralýza stáť a chodiť prirodzene. Poranenie miechy môže prerušiť komunikáciu medzi mozgom a oblasťou miechy, ktorá produkuje chôdzu, čo môže viesť k trvalej paralýze.
Na obnovenie tejto komunikácie vedecký tím vyvinul rozhranie mozog-chrbtica, ktoré obsahuje dva implantovateľné systémy:
- jeden na zaznamenávanie kortikálnej aktivity a dekódovanie zámeru používateľa pohybovať dolnými končatinami; a
- druhý na elektrickú stimuláciu oblasti miechy, ktorá riadi pohyb nôh.
Vedecký tím testoval systém u 38-ročného muža s poranením miechy pri nehode na bicykli pred 10 rokmi. Po operácii implantátu most umožnil účastníkovi znovu získať intuitívnu kontrolu nad pohybmi nôh, čo mu umožnilo stáť, chodiť, liezť po schodoch a prechádzať zložitým terénom.
6. Stavebné bloky pre rozsiahlu kvantovú sieť.
Ben Lanyon a jeho kolegovia na Univerzite v Innsbrucku v Rakúsku a na Univerzite v Paríži-Saclay vo Francúzsku skonštruovali „kvantový opakovač“ a jeho použitie na prenos kvantovej informácie na vzdialenosť 50 km cez štandardné telekomunikačné vlákna, čím demonštrovali všetky kľúčové funkcie diaľkovej kvantovej siete v jedinom systéme.
Vedecký tím vytvoril svoj kvantový opakovač z dvojice zachytených iónov vápnika-40, ktoré po osvetlení laserovým impulzom emitujú fotóny. Tieto fotóny, z ktorých každý je zapletený so svojím „rodičovským“ iónom, sa potom konvertujú na telekomunikačné vlnové dĺžky a posielajú sa do samostatných 25 km dlhých optických vlákien. Nakoniec opakovač vymení zapletenie na dvoch iónoch, pričom ponechajú dva zapletené fotóny vzdialené od seba 50 km – čo je zhruba vzdialenosť potrebná na vytvorenie rozsiahlych sietí s viacerými uzlami.
7. Prvá röntgenová snímka jediného atómu.
Saw Wai Hla, Volker Rose z Argonne National Laboratory v USA a ich kolegovia dokázali zobraziť jediný atóm pomocou synchrotrónového röntgenového žiarenia. Až donedávna bola najmenšou veľkosťou vzorka attogramu, ktorý má okolo 10 000 atómov. ktorú bolo možné analyzovať pomocou synchrotrónovej röntgenovej skenovacej tunelovej mikroskopie,
Attogram je jednotka (v systéme SI) hmotnosti ktorá sa rovná 10 na mínus osemnástu gramu. Označuje sa symbolom „ag“ a zriedkavo sa používa aj iné nazvanie (synonymum) – „zepto kilogram“.
Röntgenový signál produkovaný pre jediný atóm je totiž extrémne slabý a bežné detektory nie sú dostatočne citlivé na to, aby ho zachytili.
Aby sa to obišlo, vedecký tím pridal ostrý kovový hrot do konvenčného röntgenového detektora, ktorý bol umiestnený len 1 nm nad vzorkou, ktorá sa má študovať. Keď sa ostrý hrot pohybuje po povrchu vzorky, elektróny tunelujú priestorom medzi hrotom a vzorkou a vytvárajú prúd, ktorý v podstate detekuje akoby „odtlačky prstov“, ktoré sú jedinečné pre každý prvok.
To umožnilo tímu spojiť ultravysoké priestorové rozlíšenie skenovacej tunelovej mikroskopie s chemickou citlivosťou poskytovanou intenzívnym röntgenovým osvetlením. Táto technika by v budúcnosti mohla viesť k aplikáciám v materiálovom dizajne, ako aj v environmentálnej vede prostredníctvom schopnosti vysledovať toxické materiály až na extrémne nízke úrovne.
8. Skutočný dôkaz ranných galaxií, ktoré transformovali vesmír.
EIGER Collaboration použila vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) na nájdenie presvedčivých dôkazov, že ranné galaxie boli zodpovedné za reionizáciu ranného vesmíru.
Reionizácia nastala asi 1 miliardu rokov po tzv. Veľkom tresku a zahŕňala ionizáciu plynného vodíka. To umožnilo svetlu, ktoré by bolo absorbované vodíkom, cestovať do diaľky našich dnešných ďalekohľadov. Zdá sa, že reionizácia začala ako miestne bubliny, ktoré rástli a spájali sa. Tieto bubliny by boli vytvorené zdrojmi žiarenia a jednou z pravdepodobných možností je, že pochádzali z hviezd v galaxiách. Výskumníci EIGER použili blízku infračervenú kameru JWST na sledovanie svetla zo starých kvazarov, ktoré prešli cez ionizované bubliny. Zistili koreláciu medzi umiestnením galaxií a bublinami, čo naznačuje, že svetlo z týchto skorých galaxií bolo skutočne zodpovedné za reionizáciu.
9. Nadzvukové trhliny v materiáloch.
Meng Wang, Songlin Shi a Jay Fineberg z Hebrejskej univerzity v Jeruzaleme v Izraeli objavili, že praskliny v určitých materiáloch sa môžu šíriť rýchlejšie ako rýchlosť zvuku.
Výsledok je v rozpore s predchádzajúcimi experimentálnymi výsledkami aj predikciami založenými na klasickej teórii, ktoré uvádzajú, že šírenie nadzvukovej trhliny by nemalo byť možné, pretože rýchlosť zvuku v materiáli odráža, ako rýchlo sa ním môže pohybovať mechanická energia. Pozorovania vedeckého tímu môžu naznačovať prítomnosť takzvanej „supershear“ dynamiky riadenej inými princípmi ako tie, ktoré riadia klasické trhliny, ako predpovedal Michael Marder z Texaskej univerzity v Austine v USA už takmer pred 20 rokmi.
10. Antihmota reaguje na gravitáciu takmer rovnako ako hmota.
Vedci ALPHA Collaboration preukázali, že antihmota reaguje na gravitáciu takmer rovnako ako hmota. Fyzici použili experiment ALPHA-g v CERN-e na prvé priame pozorovanie voľne padajúcich atómov antihmoty – antivodíka, ktorý obsahuje antiprotón naviazaný na antielektrón.
Toto sa uskutočnilo vo vysokej valcovej vákuovej komore, v ktorej bol antivodík najprv držaný v magnetickej pasci. Antivodík sa uvoľnil z lapača a nechal sa anihilovať na stenách komory. Vedecký tím zistil, že pod bodom uvoľnenia sa vyskytlo viac anihilácií ako nad ním. Po zvážení tepelného pohybu antivodíka tím dospel k záveru, že antihmota klesá. Je zaujímavé, že zrýchlenie antivodíka v dôsledku gravitácie bolo asi 75% zrýchlenia normálnej hmoty. Hoci toto meranie má zatiaľ nízku štatistickú významnosť, necháva otvorené dvere novej fyzike nad rámec štandardného modelu.
Osobne som prekvapený, že v prvej desiatke sa nenachádza žiadny z výsledkov z oblasti umelej inteligencie.
Veď práve rok 2023 bude pamätný aj tým že sa v oblasť umelej inteligencie stala mimoriadne populárnou témou kedy bol asi ChatGPT ústredným bodom pozornosti AI.
Chatbot ukázal svetu najnovší vývoj v informatike, hoci nie každý pravdepodobne celkom dobre pochopil, ako to funguje, alebo čo s tým robiť.
Ale zároveň viacerí vedci AI naznačili, že je spoločnosť by mala byť opatrná, pretože AI prináša ľuďom nielen všetko dobré, ale aj zlé a škaredé. Umelá inteligencia (AI) umožňuje strojom učiť sa zo skúseností, prispôsobovať sa novým vstupom a vykonávať úlohy podobné ľuďom a už v dnešnej dobe aj ľudí ovplyvňovať!
A na záver ešte pripomenutie skutočne prelomového vedeckého objavu z pred-predošlého roku 2022:
- Generovanie väčšieho množstva energie z riadenej jadrovej fúznej reakcie v rámci jadrovej syntézy.
Fyzici pracujúci v National Ignition Facility (NIF) v USA koncom minulého roka pri vedeckej práci v hodnote 3,5 miliardy dolárov 13. decembra 2022 oznámili generovanie väčšieho množstva energie z riadenej jadrovej fúznej reakcie, než bolo potrebné na napájanie reakcie.
Tento „laserový výstrel“ uskutočnený 5. decembra 2022 uvoľnil 3,15 milióna joulov (MJ) energie z malej pelety obsahujúcej dva izotopy vodíka – v porovnaní s 2,05 MJ, ktoré tieto lasery dopravili do cieľa. Táto demonštrácia čistého energetického zisku skutočne predstavuje prelomový výsledok a míľnik v laserovej fúzii.
Je to dôkaz že sa to dá.....
