2011s 10 største øjeblikke inden for videnskab

Endnu engang, det er på tide at lukke bogen om videnskab i 2011 og beslutte præcis, hvordan det år, der var faktorer, spiller ind på menneskehedens forsøg på at forstå, hvordan kosmos fungerer.

Forestil dig videnskaben som en lanterne i et mørkt studie fuld af bogreoler og kuriositeter. For hvert år der går, det lykkes os at gøre flammen lidt lysere. Hver gang, vi bliver lidt bedre til at katalogisere objekterne i undersøgelsen, forholdet mellem dem og selve rummets dimensioner. Selvfølgelig, nye gåder dukker også op:mærkelige skygger på væggene og forkert læste titler på ryggen af ​​støvede tomes. Videnskaben afslører aldrig helt det univers, der omslutter os, men det forklarer det lidt bedre hvert år.

Forskerne fra 2011 opdagede ikke liv på en anden planet. De skabte ikke en kur mod døden eller lavede en maskine, der var i stand til menneskelig kærlighed. Men de rykkede lidt tættere på hver af disse utrolige virkeligheder. Sådan gør du.

1. Neutrinoer kunne have rejst hurtigere end lys
2. Forskere lykkes med kvanteteleportering af lysbølger
3. Watson besejrer to mennesker på "Jeopardy!"
4. Kepler-22b overflader
5. Rumfærge -programmet slutter
6. Mars500 vender tilbage!
7. Første kunstige luftrørsimplantater
8. Menneskelig 'kloning' danner embryonale stamceller
9. Forskere skaber et mikrohjerne
10. Mind-reading Tech rekonstruerer videoer fra hjernebilleder

10:Neutrinoer kan have rejst hurtigere end lys

En gang imellem, en ny videnskabelig opdagelse ændrer fuldstændig den måde, vi tænker på universet. Disse øjeblikke omskriver reglerne, såsom Galileos opdagelse fra 1610, at andre planeter havde måner - og, efterfølgende, at Jorden ikke var centrum for alle kredsløb. Sådanne spilskiftende øjeblikke er sjældne, men du må hellere tro, at de griber overskrifterne.

Den 22. september, netop sådan en historie kom fra European Organization for Nuclear Research (CERN). Et internationalt team af forskere på Oscillation Project with Emulsion-Racking Apparatus (OPERA) eksperiment hævdede at have været vidne til noget umuligt:​​neutrino-partikler, der rejste hurtigere end lysets hastighed.

OPERA-teamet rapporterede, at neutrinoerne lynede langs 60 nanosekunder hurtigere end lysets hastighed (med en fejlmargin på 10 nanosekunder), men det er stadig nok til at krænke Einsteins særlige relativitetsteori. Hvis det er sandt, deres målinger ville vælte den såkaldte universelle hastighedsgrænse og ændre den måde, vi forstår masse og energi i universet.

For nu, imidlertid, moderne fysik er sikker. Den videnskabelige jury er stadig ude på neutrinoer, der er hurtigere end lys, da andre eksperter inden for partikelfysik nærmer sig, skeptisk ser på dataene og foretager deres egne uafhængige eksperimenter. Forskere fra USA, Japan og Europa planlægger at offentliggøre deres egne resultater i de kommende måneder.

Hvis OPERA -resultaterne viser sig at være forkerte, så var det stadig et af de mere mindeværdige øjeblikke i videnskaben for 2011. Hvis resultaterne viser sig at være sande, imidlertid, så repræsenterer det et af de største videnskabelige øjeblikke i det sidste århundrede.

9:Forskere lykkes med kvanteteleportering af lysbølger

Bliv ikke for begejstret, fordi du stadig skal pendle til arbejde om morgenen frem for at hoppe ind i en praktisk telepod, men i 2011 demonstrerede japanske og australske forskere med succes kvanteteleportation på lysbølger.

Anført af forskere ved University of Tokyo, holdet tog en klump kvanteinformation, i form af lys, og manipulerede det til en kvante superposition så den eksisterede i to stater på samme tid. Synes godt om Schrödingers kat , som samtidig er levende og død i det berømte tankeeksperiment, det overlejrede lys findes i to tilstande på én gang. Forskerne var i stand til at udnytte dette til at ødelægge lyset på et sted og genskabe det på et andet sted.

Ideen i sig selv er ikke ny. Fysikeren Charles Bennett og et team af forskere ved IBM bekræftede muligheden tilbage i 1993. Efterfølgende forsøg viste, at kvanteteleportation var mulig, men nu eksisterer den fast inden for videnskabelig kendsgerning. Da superposition ligger til grund for kvanteberegningens magt, forskere håber, at teknologien vil føre til endnu hurtigere kvantecomputere.

8:Watson besejrer to mennesker på "Jeopardy!"

De kunstigt intelligente blandt os har allerede vist sig at være overlegne i alt fra skak til simpel stavning. Så hvorfor skulle det have betydning, at en supercomputer spiller regler for at spille tv -spilprogrammet "Jeopardy!"?

Selvfølgelig, det er lige hvad der skete i 2011. IBM's Watson -supercomputer besejrede menneskelige modstandere i en øvelsesrunde og to tv -kampe i det populære quizprogram. Maskinen tog endda den legendariske Ken Jennings ned, der selv virkede som en ganske trivial maskine, da han vandt rekord 74 kampe i træk.

Langt fra bare et reklamestunt, Watson-sejren var en fantastisk udstilling af både spørgsmål, der besvarer AI og en maskine, der navigerer i en menneskelig verden. Computere, der besvarer tilfældigt formulerede menneskelige spørgsmål, har eksisteret i science fiction i årevis, men videnskaben er vildledende kompleks. Watson repræsenterer et af de første virkelige teknologiske vartegn på området, og selv om dets spørgsmålssvarende færdigheder er ufuldkomne, de peger på en fremtid fuld af verbal robot/menneskelig interaktion.

Hvad angår navigation i den menneskelige verden, "Jeopardy!" er næppe en travl bygade, men det er et menneskeligt miljø - og et, som denne robot formåede at mestre fint. For robotter at ændre den måde, vi lever vores liv på, de skal komme frem fra laboratorier og fabrikker. Watson har gjort netop det.

7:Kepler-22b overflader

Du kender Goldilocks og de tre bjørne, ret? En skål grød var for varm til at spise, den ene var for kold, men en tredje skål var helt i orden. Astrobiologer og planetforskere har en særlig forkærlighed for denne fortælling, som det understreger Guldlås -princippet , der siger, at beboelige planeter skal eksistere inden for en bestemt bane for potentielt at kunne leve liv.

For det meste, NASAs søgen efter at kortlægge observerbare eksoplaneter har spillet sig ud som Goldilocks eventyr i de tre bjørnes hus. Kun i stedet for at støde på to skåle med uacceptabel grød, NASA har katalogiseret hundredvis. Agenturet har fundet systemer, hvor jordlignende planeter brænder i ildene i en tæt bane eller driver frosset i fjernt eksil. Hvis flydende vand ikke kan eksistere der, det er en no-go for denne ting kaldet liv. Nogle soler er for gamle og store, andre for svage. Forskere har endda opdaget useriøse planeter, der driver som mesterløse samurai gennem Mælkevejen.

Men 2011 var året, hvor NASA endelig fandt en skål med rimelig planetgrød. Den 5. december, NASA meddelte, at dens Kepler-mission havde opdaget Kepler-22b, den første opdagede planet i den beboelige zone af en stjerne, der ligner vores sol. Ved 2,4 gange Jordens radius, denne lille exoplanet ligger 600 lysår væk fra os. Keppler-22b's faktiske indhold forbliver et mysterium foreløbig, men eksoplaneten sætter NASA et skridt tættere på at finde en anden verden, der føles som hjemme.

Kepler -missionen jager efter eksoplaneter ved at analysere lysstyrkefaldet i stjerner, når planeter krydser deres vej. I 2011, missionen opdagede også Kepler-16b, som kredser om to stjerner, og Kepler-10b, den mindste planet, der nogensinde er opdaget uden for vores eget solkvarter.

6:Rumfærge -programmet slutter

Når det kommer til historien om rumforskning, 2011 vil for altid blive husket som året, hvor NASAs rumfærge -program sluttede efter tre årtier. Hvad begyndte den 12. april, 1981, med lanceringen af ​​Columbia, sluttede den 21. juli, da Atlantis rørte ved Floridas Kennedy Space Center.

Den sidste rumfærge -mission vakte stor nostalgi blandt både rumentusiaster og den almindelige offentlighed, men det rejste også bekymringer om fremtiden for bemandet rumforskning. Midt i stramninger af budgetterne, NASA ophævede planerne om at vende tilbage til månen og annullerede konstellationsprogrammet for at udvikle rumfærgens efterfølger.

Space Launch System er i gang, men forvent ikke at se noget egentligt bemandet amerikansk rumfartøj før mindst 2019 [kilde:Boyle]. Indtil da, NASAs efterforskning af menneskelige rum skal afhænge af chartrede flyvninger fra det russiske føderale rumagentur og private rumflyselskaber som Virgin Galactic.

5:Mars500 vender tilbage!

Husk dengang, du næsten dræbte din søskende, ven eller elsket en under en usædvanlig lang biltur? Du kan bebrejde trange forhold, trafik i nettet eller sultdrevet grinethed men vi ved alle, hvad der foregik:rumvanvid, ren og enkel. Du har set det i science fiction, og det er en meget reel bekymring for tilhængere af bemandet rumfart.

Husk, at det ydre rum er stort, og at det tager et stykke tid at komme overalt med nuværende eller endda nær fremtidsteknologi. Derfor læssede European Space Agency seks mandlige frivillige inde i en trang, træpanel, mock rumskib og holdt døren lukket i 520 dage. Lemmen lukkede den 3. juni, 2010, og åbnede først 4. november, 2011.

I det tidsrum, besætningsmedlemmerne på Mars500 gennemførte eksperimenter for at måle deres psykologiske tilstand under isoleringen, udholdende intetsigende mad og hvilke få faciliteter der passer til deres 19, 400 kubikfod (550 kubikmeter) kamre.

Eksperimentet var et vartegn i menneskehedens fortsatte optrapning til et bemandet besøg på den røde planet. Forskere undersøgte grundigt besætningsmedlemmerne ved deres fremkomst for at måle nøjagtigt, hvor godt deres krop og sind holdt op under isoleringen.

4:Første kunstige luftrørsimplantater

Forestil dig en fremtid, hvor læger udvikler udskiftning af kropsdele ved at dyrke patientens egne stamceller over et polymerstillads. Overraskende nok, at fremtiden er nu. Faktisk, Den Stockholm-baserede kirurg Paolo Macchiarini udførte bedriften to gange i 2011.

Macchiarini havde tidligere lavet overskrifterne ved at udføre en lignende procedure i 2008, undtagen i så fald voksede han transplantatmodtagerens celler over en spøgelses luftrør, en donor luftrør kemisk fjernet sine celler. Denne gang, imidlertid, han brugte et syntetisk polymerstillads-en luftrørformet ramme for patientens stamceller til at vokse over. Macchiarini implanterede den første af disse kunstige luftrør i en 12-timers procedure i juni og en anden i november. Begge operationer var vellykkede.

Ikke alene fjerner denne vævsteknologiske teknologi nødvendigheden af ​​donorvæv, men det sparer også modtageren for en levetid på medicin for at undertrykke immunsystemet og forhindre transplantatafstødning. Trods alt, organet består af patientens egne celler. I fremtiden, forskere håber at dyrke endnu mere komplekse organer, indleder en ny tidsalder for regenerativ medicin.

3:Menneskelig 'kloning' danner embryonale stamceller

Nogle af de mere fantastiske muligheder inden for lægevidenskaben afhænger af brugen af ​​menneskelige stamceller. Embryonale stamceller kan udvikle sig til enhver form for celle i menneskekroppen - knogler, hjerne, you name it - mens voksne stamceller er mere begrænsede. Begge typer giver os mulighed for at regenerere beskadiget væv og endda dyrke tilpassede donororganer.

Vores evner til at udnytte denne teknologi avancerede betydeligt i 2011, da forskere ved New York Stem Cell Foundation Laboratory omprogrammerede en voksen menneskelig ægcelle til en embryonisk tilstand, som derefter skabte en selvproducerende linje af embryonale stamceller.

Forskerne brugte en kloningsteknik kendt som somatisk cellekerneoverførsel at nå deres mål, at tage kernen og dens genetiske materiale fra en voksen hudcelle og overføre den til ægget. De resulterende stamceller var ikke sande kloner (de indeholdt kromosomer fra både ægget og hudcellerne), så teknologien er ikke klar til terapeutisk brug. Imidlertid, forskere håber, at disse fund vil bane vejen til en alternativ kilde til embryonale stamceller.

2:Forskere opretter et mikrohjerne

Det menneskelige sind forbliver et bundt af mysterier, men videnskaben fortsætter med at opklare den i et opsigtsvækkende tempo. The Blue Brain Project, for eksempel, sigter mod at skabe en virtuel model af en fungerende menneskelig hjerne inden 2020. Vi er ikke helt der endnu, men i 2011 lykkedes det forskere ved University of Pittsburgh at skabe et kunstigt mikrohjerne, stammer fra rottehjerneceller. Består af knappe 40 til 60 neuroner, den var i stand til 12 sekunders korttidshukommelse.

Forskerne fjernede denne fantastiske bedrift ved at tilføje hjerneceller fra embryonale rotter til en siliciumdisk belagt med proteiner. Cellerne klamrede sig til proteinerne og voksede sammen til en fast ring. Når stimuleret med elektricitet, neuronerne i mikrohjernen bar pulsen i 12 sekunder - i det væsentlige "husker" stimulansen.

Næste stop, imidlertid, er ikke at placere mikrohjernen i en kunstig rotte. Forskerne planlægger at bruge deres skabelse til at studere transmissionen af ​​elektriske signaler i hjernen og bedre forstå den indre funktion af menneskelig hukommelse.

1:Mind-reading Tech rekonstruerer videoer fra hjernebilleder

Hvad hvis nogen kunne kigge ind i dit sind og se, hvad du tænker? Vi har alle tænkt over det før:Telepatisk kommunikations vidundere og rædslerne ved at se den sidste bastion af menneskeligt privatliv blive udhulet. Neurovidenskabsfolk har forudsagt realiseringen af ​​denne drøm/mareridt i årtier, og nu er vi tættere end nogensinde på at bryde det menneskelige sinds fæstning.

Den 22. september, 2011, tidsskriftet "Current Biology" udgav et University of California, Berkeley, undersøgelse, hvor forskere analyserede hjerneaktivitet for at få en sløret, men præcis indsigt i den menneskelige visuelle oplevelse. De viste testpersoner YouTube -klip, da de scannede forsøgspersonernes hjerner med en funktionel magnetisk resonansbilleddannende maskine (fMRI). Disse enheder måler blodstrømmen i hjernen, hvilket svarer til neural aktivitet. Forskerne var i stand til at tage de resulterende fMRI -data, afkode det i en computermodel og samle en visuel fortolkning af de tilfældige film, emnerne derefter så.

Forskerne håber at kunne bruge denne udvikling til at forbedre vores forståelse af, hvordan hjernen fungerer, samt koblingen mellem virkelighed og sind.

Udforsk linkene på den næste side for at lære endnu mere om, hvad der skete i 2011.

Masser mere information

relaterede artikler

• 2011’s smarteste øjeblikke i popkulturen
• 2011 i anmeldelse:Test din hukommelse
• Quiz:Er du en sand nørd?
• 10 største gadgets i 2011
• 2011 i Billeder

Flere store links

• National Science Foundation

Kilder

• Boyle, Alan. "NASA reviderer sine rumskibsplaner." MSNBC. 15. december kl. 2011. (16. december, 2011) http://cosmiclog.msnbc.msn.com/_news/2011/12/15/9471717-nasa-revises-its-spaceship-plans
• Boyle, Rebecca. "Forskere lykkes med kvanteteleportering af lysbølger." Populær videnskab. 15. april kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.popsci.com/technology/article/2011-04/quantum-teleportation-breakthrough-could-lead-instantanous-computing
• Cyranoski, David. "Klonet menneskeligt embryo laver fungerende stamceller." Natur. 5. oktober kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.nature.com/news/2011/111005/full/news.2011.578.html
• Danigelis, Alyssa. "Viser nu:Filmklip fra dit sind." Discovery News. 22. september kl. 2011. (15. december, 2011) http://news.discovery.com/tech/mind-reading-movie-clips-110922.html
• Darma, Stanley. "Verdens første kunstige luftrørstransplantationspatient får efterfølger." MedGadget. 30. november kl. 2011. (15. december, 2011) http://medgadget.com/2011/11/world%E2%80%99s-first-artificial-trachea-transplant-patient-gets-successor.html
• European Space Agency (ESA). "Mars 500." (15. december, 2011) http://www.esa.int/SPECIALS/Mars500/
• Gallagher, James. "Menneskelig 'kloning' danner embryonale stamceller." BBC nyheder. 5. oktober kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.bbc.co.uk/news/health-15181015
• Halverson, Nic. "Petri Dish Brain har 'korttidshukommelse'." Discovery News. 2. juni, 2011. (15. december, 2011) http://news.discovery.com/tech/petri-dish-brain-has-short-term-memory-110602.html
• Holm, Karl. "Forskere teleporterer lys." Discovery News. 18. april kl. 2011. (15. december, 2011) http://news.discovery.com/tech/teleport-light-experiment-110418.html
• "Into the Universe With Stephen Hawking." Discovery Channel. (15. december, 2011) http://dsc.discovery.com/tv/stephen-hawking/
• Johnson, Michele og Trent J. Perrotto. "NASAs Kepler bekræfter sin første planet i den beboelige zone af en sollignende stjerne." NASA. 5. december kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2011/11-99AR.html
• Knox, Richard. "Kræftpatient får først fuldstændig kunstig luftrør." NPR. 20. juli kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.npr.org/blogs/health/2011/07/20/137701848/cancer-patient-gets-first-totally-artificial-windpipe
• Markoff, John. "Computeren vinder på 'Jeopardy!':Trivial, Det er det ikke. "The New York Times. 16. februar kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.nytimes.com/2011/02/17/science/17jeopardy-watson.html?pagewanted=all
• Mulroy, James. "Mars500 Crew 'Lands' efter 520-dages simuleret mission til Mars." PC World. 4. november kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.pcworld.com/article/243244/mars500_crew_lands_after_520day_simulated_mission_to_mars.html
• Palmer, Jason. "Hurtigere end lys neutrino resultat forespurgt." BBC nyheder. 21. november kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-15830844
• Polo, Susan. "Din foreskrevne dosis af Neil DeGrasse Tyson." 1. maj kl. 2010. (15. dec. 2011) http://www.geekosystem.com/neil-degrasse-tyson-hostile-aliens/
• Reuters. "Partikler registreret bevæger sig hurtigere end lys - CERN." 22. september kl. 2011. (15. december, 2011) http://www.reuters.com/article/2011/09/22/science-light-idUSL5E7KM3UU20110922