Επιμέλεια:
Κωνσταντίνος Α. Ζώκος*
(επικοινωνία czokos@egno.gr)
Αυτή την εβδομάδα: Αναφέρονται τρία από τα σημαντικά επιτεύγματα της σύγχρονης επιστήμης που βοηθούν τον Άνθρωπο να δει καλύτερα τόσο την ίδια την πραγματικότητα, όσο τον εαυτό του και το ρόλο του στον πλανήτη Γη . Α, και μια σύντομη ματιά στην ιστορία.
Περισσότερο από όλα οι άνθρωποι επιδρούν στο κλίμα της Γης
Ο άνθρωποι προκαλούν αλλαγή στο κλίμα 170 φορές ταχύτερα από τις δυνάμεις της φύσης. Αυτό είναι το εύρημα νέας έρευνας που το Australian National University (ANU) υπογράφει. Ο ένας από τους συγγραφείς, ο Καθηγητής Will Steffen από το ANU, ανέφερε ότι στο πλαίσιο της μελέτης, για πρώτη φορά, επινοήθηκε μια μαθηματική εξίσωση για να περιγραφεί η επίδραση της ανθρώπινης δραστηριότητας στο σύστημα της Γης, γνωστή ως Ανθρωπόκαινη εξίσωση.
«Κατά τα τελευταία 7000 χρόνια οι κύριες δυνάμεις που οδηγούν την αλλαγή είναι αστρονομικές - αλλαγές στη ηλιακή ένταση και ανεπαίσθητες αλλαγές σε τροχιακές παραμέτρους, μαζί με λίγα ηφαίστεια. Αυτές, έχουν οδηγήσει σε ένα ρυθμό αλλαγής 0,01 C (βαθμούς Κελσίου) ανά αιώνα», είπε ο Καθηγητής Steffen, από το Fenner School of Environment and Society και το Ινστιτούτο Κλιματικής αλλαγής στο ANU. «Οι προκαλούμενες από τον άνθρωπο εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, κατά τη διάρκεια των περασμένων 45 ετών, αύξησαν το ρυθμό ανόδου της θερμοκρασίας σε 1,7 C ανά αιώνα, καθιστώντας το ρυθμό του φυσικού υποβάθρου μικροσκοπικό».
Η ανθρωπότητα, υποστηρίζει ο Καθηγητής Steffen, είχε ακόμη μια ευκαιρία να προλάβει την καταστροφική αλλαγή του κλίματος, όμως ο χρόνος εξαντλείται ταχύτατα. «Η παγκόσμια οικονομία μπορεί να λειτουργήσει το ίδιο καλά με μηδέν εκπομπές. Η έρευνα δείχνει ότι μπορούμε να τροφοδοτήσουμε εννέα δισεκατομμύρια ανθρώπους - τον πληθυσμό μέχρι το 2050 - και να μειώσουμε ταυτόχρονα τις εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου», υποστηρίζει ο Καθηγητής.
Πειράματα ρίχνουν νέο φως στη δομή του πρωτονίου
Τα πρωτόνια τα γνωρίζουν οι περισσότεροι, αφού στο σχολείο μαθαίνουν ότι αποτελούν ένα από τα συστατικά του πυρήνα των ατόμων. Ένα μυστήριο που αφορά τη δομή του πρωτονίου βρίσκεται ένα βήμα πιο κοντά στη λύση του, χάρις σε ένα επταετές πείραμα που γίνεται από ερευνητές στο MIT. Για πολλά χρόνια οι ερευνητές διερευνούσαν τη δομή των πρωτονίων βομβαρδίζοντάς τα με ηλεκτρόνια και εξετάζοντας την ένταση των σκεδαζόμενων, σε διάφορες γωνίες, ηλεκτρονίων. Με αυτό τον τρόπο προσπάθησαν να προσδιορίσουν πώς κατανέμονται το ηλεκτρικό φορτίο και η μαγνήτιση του πρωτονίου. Τα πειράματα αυτά είχαν προηγουμένως οδηγήσει τους ερευνητές να υποθέσουν ότι οι κατανομές του ηλεκτρικού και του μαγνητικού φορτίου είναι ίδιες και ότι όταν τα πρωτόνια αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια που τα βομβαρδίζουν ανταλλάσσεται ένα στοιχειώδες σωμάτιο φωτός, ένα φωτόνιο.
Ωστόσο, στην αρχή της δεκαετίας του 2000, οι ερευνητές άρχισαν να διενεργούν τα πειράματα χρησιμοποιώντας πολωμένες ηλεκτρονιακές δέσμες, που μετρούσαν την ελαστική σκέδαση ηλεκτρονίου-πρωτονίου χρησιμοποιώντας το σπιν των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων. Τα πειράματα αυτά αποκάλυψαν ότι ο λόγος των κατανομών ηλεκτρικού - μαγνητικού φορτίου μειώνεται δραματικά στις υψηλότερης ενέργειας αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και πρωτονίων. Αυτό οδήγησε στην επιστημονική υπόθεση ότι κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης, ανταλλάσσονται μερικές φορές όχι ένα, αλλά δυο φωτόνια, προκαλώντας την ανομοιόμορφη κατανομή φορτίου.
Σε μια προσπάθεια να αναγνωρίσουν αυτή την «ανταλλαγή δυο φωτονίων», μια διεθνής ομάδα, υπό την ηγεσία ερευνητών του Εργαστηρίου Πυρηνικής Επιστήμης στο MIT, διεξήγαγε το επταετές πείραμα, γνωστό ως OLYMPUS, στο Γερμανικό Σύχνοτρο Ηλεκτρονίων (DESY) στο Αμβούργο. Στη μελέτη, οι ερευνητές αποκάλυψαν τα αποτελέσματα από αυτό το πείραμα, τα οποία δείχνουν ότι πράγματι ανταλλάσσονται τα δυο φωτόνια κατά τη διάρκεια των αλληλεπιδράσεων ηλεκτρονίου-πρωτονίου.
Δημιουργία νέας μορφής ύλης που είναι υπερστερεό και υπερρευστό ταυτόχρονα
Φυσικοί του MIT δημιούργησαν μια νέα μορφή ύλης, ένα υπερστερεό, που συνδυάζει τις ιδιότητες των στερεών με αυτές των υπερρευστών. Χρησιμοποιώντας λέιζερ για να χειραγωγήσει ένα υπέρρευστο αέριο, γνωστό ως συμπύκνωμα Bose-Einstein, η ομάδα μπόρεσε να μετατρέψει το συμπύκνωμα σε μια κβαντική φάση της ύλης που έχει μια δύσκαμπτη δομή - όπως ένα στερεό - και μπορεί να ρέει χωρίς τριβή - ένα βασικό χαρακτηριστικό ενός υπερρευστού. Οι μελέτες πάνω σε αυτή την φαινομενικά αντιφατική φάση της ύλης θα μπορούσαν να αποδώσουν βαθύτερη γνώση στα υπερρευστά και τους υπεραγωγούς, που είναι σημαντική για βελτιώσεις σε τεχνολογίες, όπως οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες και αισθητήρες, καθώς επίσης και την αποτελεσματική μεταφορά ενέργειας. Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο Nature του Μαρτίου.
«Είναι αντίθετο στο αναμενόμενο να έχεις ένα υλικό το οποίο να συνδυάζει υπερρευστότητα και στιβαρότητα», λέει ο επικεφαλής της ομάδας Wolfgang Ketterle, Καθηγητής Φυσικής στο MIT. «Εάν ο καφές σας ήταν υπερρευστό και τον ανακατεύατε, θα συνέχιζε να περιστρέφεται γα πάντα». Οι φυσικοί είχαν προβλέψει την πιθανότητα των υπερστερεών αλλά δεν τα είχαν παρατηρήσει στο εργαστήριο. Διατύπωναν την υπόθεση ότι το στερεό ήλιο θα μπορούσε να γίνει υπέρρευστο, εάν τα άτομα του ηλίου θα μπορούσαν να κινηθούν γύρω σε ένα στερεό κρύσταλλο του ηλίου, και να γίνει ουσιαστικά ένα υπερστερεό. Ωστόσο, η πειραματική απόδειξη παρέμεινε άπιαστη. Τώρα όμως, με χρήση σειράς από λέιζερ, οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν αυτή τη νέα κατάσταση ύλης.
Προς το παρόν, το υπερστερεό υπάρχει μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και κάτω από συνθήκες υπερυψηλού κενού. Στην πορεία, η ομάδα σχεδιάζει να διεξαγάγει επιπλέον πειράματα στα υπερστερεά και στη σύζευξη τροχιακών σπιν προσδιορίζοντας και κατανοώντας τις ιδιότητες της νέας μορφής ύλης που δημιούργησαν.
Ματιές στην ιστορία της Επιστήμης: Gustav Robert Kirchhoff
12 Μαρτίου του 1824 γεννήθηκε ο Γερμανός φυσικός Gustav Robert Kirchhoff, ο οποίος μαζί με τον Robert Bunsen διατύπωσε την θεωρία της φασματικής ανάλυσης (τεχνική για χημική ανάλυση με την ανάλυση του φωτός που εκπέμπεται από ένα θερμαινόμενο υλικό). Η μέθοδος εφαρμόστηκε για να προσδιοριστεί η σύσταση του Ήλιου μας, με την ανάλυση του φωτός του. Βρέθηκε ότι όταν το φως περνάει μέσα από ένα αέριο, το αέριο απορροφά εκείνα τα μήκη κύματος τα οποία μπορεί να εκπέμψει όταν αυτό θερμαίνεται. Με τους νόμους του, ο Kirchhoff, επέκτεινε τον νόμο του Ohm για τον υπολογισμό ρευμάτων, διαφορών δυναμικού και αντιστάσεων σε ηλεκτρικά δίκτυα. Σήμερα αυτά διδάσκονται στους μαθητές του Γυμνασίου. Ο Kirchhoff πέθανε 17 Οκτωβρίου του 1887.
Αυτά για αυτή την εβδομάδα, ραντεβού το επόμενο Σαββατοκύριακο.
*Δάσκαλος Φυσικής,
Επιστημονικός Υπεύθυνος ιστοσελίδας
για την Επιστήμη: egno.gr
