Dela med sig:
10 Science stories of 2017 som låter som Sci-Fi Taglines
Med ett år i backspegeln är det dags att luta sig tillbaka, ta ett djupt andetag och titta på några av de vetenskapliga rubrikerna som vi kanske har missat. Forskare utmanar kontinuerligt nya utvecklingar inom olika områden. För att nämna några, bryter nanoteknik, genterapi och kvantfysik alltid ny mark.
Vetenskapsrubriker börjar läsa mer och mer som artiklar från sci-fi-tidningar. Med tanke på vad 2017 tog med, kan vi knappt vänta på att se vad 2018 avslöjar ...
10 forskare skapar tidskristaller och bryter tid-översättningssymmetri
Enligt den första lagen om termodynamik är eviga rörelseapparater som producerar arbete utan någon energiinmatning omöjliga. Men tidigare i år skapade fysiker strukturer som kallas tidskristaller som säkert sätter den tanken på provet.
Tidskristaller fungerar som de första verkliga exemplen på ett nytt tillstånd av materia som kallas "icke-jämvikt", där atomerna har varierande temperaturer och är aldrig i termisk jämvikt med varandra. Tidskristaller har en atomstruktur som upprepar inte bara i rymden utan också i tid, vilket gör det möjligt för dem att behålla konstant svängning utan energi. Detta sker även i marktillstånd, vilket är det lägsta energistat där rörelsen teoretiskt sett är omöjlig eftersom den kräver energiförbrukning.
Så är tidskristaller som bryter mot fysikens lagar? Tekniskt nej. Energibesparing kan bara definieras inom system med tidsomvandlingssymmetri, tanken att fysikens lagar är desamma överallt och hela tiden. Och om det finns en sak som kristalltid bryter, är det tid-translationssymmetri. De är dock inte de första. Magneter är också ofta upptagna som naturligt asymmetriska föremål, eftersom de har en norra ände och en södra ände.
En annan anledning till att kristaller inte bryter mot termodynamikens lagar är att de inte är helt isolerade. De behöver en "nudge" då och då-bara lite utvändig energi för att få dem att börja flippa sina stater om och om igen. Möjliga framtida tillämpningar för tidskristaller innebär informationsöverföring och lagring inom kvansystem. De kan spela en avgörande roll i kvantkalkylering.
9 Dragonfly Wings är "Alive"
Förenklat definierar Merriam-Webster "vinge" som ett rörligt fjäder- eller membranhängsel som används av fåglar, insekter och fladdermöss för att uppnå flygning. Det ska inte leva, men entomologer vid Kieluniversitetet i Tyskland gjorde några häpnadsväckande upptäckter som föreslår något annat, åtminstone i morpho-sländor.
Insekter andas genom ett trakeal system. Luft går in i sina kroppar genom yttre öppningar som kallas spiracles. Det går sedan igenom ett komplext nätverk av trakealrör, som levererar luften till alla celler i kroppen. Vingarna består emellertid nästan helt av död vävnad, som torkar upp och antingen blir genomskinlig eller täckt av färgmönster. Områdena med död vävnad är avgränsad av vener, vilka är de enda vingkomponenterna som ingår i andningssystemet.
Men när entomologen Rhainer Guillermo Ferreira tittade på en vinge av hanen zenithoptera slända genom ett elektronmikroskop såg han små, grenande trakeörrör. Detta markerar den första iakttagelsen i vilken insektvinge som helst. Det kommer att ta mycket test för att avgöra om denna fysiologiska egenskap är speciell för denna art eller kanske gemensam i sländor eller ens i andra insekter. Det kan till och med vara en mutation som av en slump finns på bara en individ, men experter är tveksamma. Förekomsten av rikliga syror kan förklara de livfulla, komplexa blå färgerna som finns på vingarna av zenithoptera sländor som inte innehåller något blått pigment.
8 Ancient Tick Found Filled With Dinosaur Blood
Vi har upptäckt några fantastiska saker bevarade i gult, men årets fynd kan ta kakan. Forskare i Myanmar upptäckte bitar av gult daterad till 99 miljoner år sedan som innehåller parasiter som liknar moderna fästingar. En av dem var intrasslad i en dinosaurfjäder, två hittades med bitar av en dinosauriebo, och den fjärde fylldes med dinosaurblod.
Det här förstod naturligtvis att människor omedelbart tänkte på a Jurassic park-liknande scenario där vi kunde använda blodet för att få dinosaurier tillbaka till livet. Tyvärr kommer det inte att hända när som helst eftersom det är omöjligt att extrahera DNA-prover från dessa typer av bärnstensfärgade fossiler. Det är fortfarande pågående debatt om hur länge en DNA-molekyl kan varas, men även de mest optimistiska uppskattningarna säger bara några miljoner år under ideala förhållanden.
Även om det inte tog tillbaka dinosaurerna, den nya namnet Deinocroton draculi (Dracula's fruktansvärda kryssning) är fortfarande en extraordinär hitta som gav oss ny information. Vi känner nu inte bara de gamla tikarna riktade fjädrande dinosaurier utan också att de angripna dinosaurskogarna.
7 Vuxen människa genomgår genmodifiering
Den nuvarande toppen av genterapi är grupperad regelbundet mellanliggande palindroma repetitioner eller CRISPR. Det är en familj av DNA-sekvenser som nu utgör grunden för en teknik som heter CRISPR / Cas9, som teoretiskt kan permanent förändra en människas DNA.
År 2017 tog genredigeringsverktyget ett steg framåt efter ett team från Pekings Proteome Research Center tillkännagav att det framgångsrikt använt CRISPR / Cas9 för att rätta till sjukdomsframkallande mutationer i livskraftiga mänskliga embryon. Ett annat lag från Londons Francis Crick Institute gick motsatt väg och använde tekniken för avsiktligt att skapa mutationer i mänskliga embryon för första gången.(Specifikt de "avstängd" en gen, vilket hindrar embryon från att utvecklas till blastocyster.)
Studierna visade att CRISPR / Cas9 fungerar och relativt enkelt. Detta ledde dock till intensiva etiska debatter om hur långt denna teknik skulle tas. Teoretiskt kan det leda till "designer babyer" som kan ha intellektuella, atletiska och fysiska egenskaper enligt föräldrarnas specifikationer.
Etik åt sidan, det var en ännu större utveckling i november när CRISPR / Cas9 användes för första gången på en vuxen människa. Den 44-årige Brad Madeux från Kalifornien lider av Hunters syndrom, en obotlig sjukdom som i sin tur kan begränsa honom till en rullstol. Han injicerades med miljarder kopior av den korrigerande genen och ett genetiskt verktyg som användes för att skära sitt DNA, sätta in genen och sy ihop den igen. Det tar några månader innan vi kan få veta om förfarandet var framgångsrikt eller inte.
6 Vilken kom först - Svampen eller Jelly?
Ett nytt forskningspapper som publiceras i år syftar till att sluta, en gång för alla, den långvariga debatten om djurens ursprung. Enligt studien är svampar "systrarna" av alla andra djur i världen. Detta härrör från det faktum att svampar var den första gruppen som avgrenades från det evolutionära trädet, som då innehöll endast den primitiva gemensamma förfäderna för alla djur. Detta skulle ha hänt ungefär 750 miljoner år sedan.
Före den här historien tycktes den omtvistade debatten ha visat sig till bara två kandidater: de ovannämnda svamparna och marina ryggradslösa djur kallade kamgeléer. Medan svampar är enkla varelser som sitter på havsbotten och överlever genom filtermatning, är kamgeléer mer komplexa. De liknar maneter, kan driva sig genom vatten, kan skapa ljusmönster och ha enkla nervsystem. Att ta reda på vilken som kom först betyder också att vi ska ta reda på vad vår gemensamma förfader såg ut. Det anses vara en viktig del för att spåra vår evolutionära tidslinje.
Medan studien med djupt proklamerar att saken avgjordes, bara några månader före, kom en annan studie ut som säger att kamgeléer är våra evolutionära "systrar". Det är för tidigt att berätta om den senaste forskningen verkligen är dumtålig att kväva några dumlande tvivel.
5 tvättbjörnar har passerat ett forntida intelligensprov
Någon gång runt det sjätte århundradet f.Kr. skrev den grekiska berättaren Aesop eller samlade en massa fabler som nu kollektivt kallas Aesops fabeller. Bland dem var en berättelse som heter "The Crow and the Pitcher", som visade en törstig kråka att få en drink från en kruk genom att släppa småsten i den, höja vattennivån tills fågeln kunde nå den.
Några tusen år senare insåg forskare att historien var ett bra sätt att testa djurintelligens. Experimentet skulle visa att varelsen som testas har en förståelse för orsak och effekt. Trogen på berättelsen utmärkte crows, liksom andra corvids, som rooks och jays. Stora apor har också passerat provet, och i år sattes ett annat djur till listan - tvättbjörnen.
Under Aesops Fable-test presenterades åtta tvättbjörnar med en cylinder som innehöll en marshmallow som flyter på vatten som var för låg för att nå. Två av dem slog framgångsrikt stenar för att höja vattennivån och nå sin behandling.
Andra testpersoner hittade sina egna kreativa lösningar som testarna inte hade förväntat sig. Kanalisera sin erfarenhet som trashcan tipper, en tvättbjörn klättrade på toppen av cylindern och började sväva från sida till sida tills hon slog den över. I ett annat test som använde flytande och sjunkande bollar istället för småsten, hoppades examinatorerna att tvättbjörnarna skulle använda sjunkande bollar och kasta bort de flytande. I stället dunkade några djur en flytande boll upprepade gånger tills bitar av marshmallow antingen stänkte på cylinderns sida eller fastnade i bollen, vilket gjorde dem lätta att hämta.
4 fysiker skapar första topologiska laser
Fysiker från University of California, San Diego, hävdar att de har konstruerat en ny typ av "topologisk" laser som kan ta på sig någon form och ormas runt ett hålrum utan att ha ljusspridning. Enheten fungerar baserat på begreppet topologiska isolatorer (material som isolerar i sin massa men ledande längs sina ytor), som vann Nobelpriset i fysik 2016.
Normalt är en laserhålighet förstärkt av ljus formad som en ring. Detta är mer effektivt än former med skarpa hörn men lämnar fortfarande bortkastat utrymme mellan ringarna. Forskargruppen överträffade detta hinder genom att skapa en topologisk kavitet med hjälp av en fotonisk kristall som en spegel. Specifikt använde de två fotoniska kristaller med olika topologier, den ena en stjärnformad enhetscell i en fyrkantig gitter och den andra en triangulär gitter med cylindriska lufthål. Teammedlem Boubacar Kante jämförde dem med en bagel och en förtrollning: Även om de båda är bröd med hål, gör det olika antal hål dem tydliga former.
När kristallerna är på plats och gränssnittet tar den önskade formen, slås systemet på genom att applicera ett magnetfält. Detta ändrar riktningen i vilken ljuset emitteras, vilket således kan styra ljusflödet. Omedelbara praktiska tillämpningar innebär att fler lasrar packas på ett chip, vilket ökar hastigheten på optisk kommunikation. Men i den stora planeringen av saker ses detta som ett steg framåt i strävan efter optisk databehandling.
3 Forskare är upphetsade om Excitonium
Fysiker runt om i världen är entusiastiska över upptäckten av en ny form av materia, lämpligt namngiven excitonium. Den är gjord av konstiga partiklar som kallas excitoner, som är det bundna tillståndet för en rymd elektron och hålet som det bara lämnat bakom sig, lockade till varandra av Coulomb-kraften. Dessutom var den teologiska fysikern Bert Halperin från Harvard den första som postulerade existensen av excitonium tillbaka på 1960-talet, och forskare har försökt bevisa honom rätt (eller fel) sedan dess.
Liksom många stora vetenskapliga upptäckter, involverade denna en hel del serendipity. Teamet som ansvarar för sökningen från University of Illinois i Urbana-Champaign utvecklade faktiskt en ny teknik som kallas momentum-resolved electron energy-loss spectroscopy (M-EELS) som specifikt identifierar excitoner. Men deras "Eureka" ögonblick hände när forskarna gjorde kalibreringstester för sin nya metod. En teammedlem kom in i rummet medan alla andra stirrade på en whiteboard och sa att de bara mätta en "mjuk plasmon", föregångaren till exciton kondensering.
Studieledare Professor Peter Abbamonte liknade upptäckten till Higgs bosons-det kommer inte att ha några omedelbara verkliga applikationer, men det visar att vår nuvarande förståelse av kvantmekanik är på rätt spår.
2 forskare utvecklar nanomaskiner som dödar cancer
Forskare från Durham University hävdar att de har utvecklat nanomachiner som kan borra i cancerceller och döda dem på bara 60 sekunder. I ett framgångsrikt test utfört vid universitetet tog de små maskinerna mellan ett och tre minuter för att tränga in i det yttre membranet av en prostatacancercell och förstörde det direkt. (Den högsta bilden ovan visar att cytoplasma läcker ut från en attackerad cancercell.)
Nanomachinerna är 50 000 gånger mindre än diametern hos ett mänskligt hår. De aktiveras av ljus och snurra två till tre miljoner gånger per sekund för att kunna gräva igenom cellföremål. När de når sitt mål kan de antingen spränga det eller leverera ett nytt terapeutiskt medel.
Hittills har nanomachinerna endast använts på enskilda celler, men de uppmuntrande resultaten fick forskare att flytta upp till mikroorganismer och småfiskar. Deras nuvarande mål är att fortgå till gnagare snart och slutligen till människor.
1 interstellär asteroid Makt Var En Alien Spacecraft
Det har bara varit några månader sedan astronomer presenterade glädjande upptäckten av vår första interstellära besökare, en asteroid som heter "Oumuamua. Sedan dess har de observerat många konstiga saker om det himmelska objektet, även för något som inte är från vårt solsystem. Faktum är att det är så konstigt att de tror att det är möjligt att det kan vara ett främmande rymdskepp.
Först bort är formen. "Oumuamua har en cigarrform med ett förhållande mellan 10 och 10 längdbredd, till skillnad från alla andra asteroider som någonsin observerats. Först trodde vi att det var en komet, men vi insåg att det inte var fallet när det inte spirade en svans efter att ha kommit nära solen. Dessutom hävdar vissa experter att den hastighet som objektet vrider på skulle bryta isär en normal asteroid. Istället verkar det som om det är speciellt utformat för att uthärda interstellära resor.
Så om det är artificiellt, vad kan det vara? Vissa säger en utomjordisk sond, medan andra tror att det kan vara ett rymdskepp vars motorer har misslyckats och nu går genom rymden. Hur som helst, program som SETI och Breakthrough Listen think "Oumuamua garanterar ytterligare utredning och har riktat sina teleskop för att lyssna på någon form av radiosignaler.
Hittills ser det inte bra ut för den främmande hypotesen, eftersom SETI: s första observationer visade upp ingenting. Många rymdforskare förblir pessimistiska om chanserna att "Oumuamua är av utländskt ursprung, men ytterligare undersökning är verkligen nödvändig för att bestämma vad det mystiska objektet egentligen är.