Tysiące lat badań poszły na marne?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z University of Bristol empirycznie dowiedli, że liczące sobie ponad 150 lat prawo Wiedmanna-Franza nie zawsze jest zachowane. Prawo to mówi, że w stosunek przewodnictwa cieplnego i elektrycznego w każdym metalu jest stały przy stałej temperaturze.
Przed piętnastu laty dwójka amerykańskich fizyków wysunęła teorię, że prawo Wiedmanna-Franza nie ma zastosowania w metalu tworzącym strukturę dwuwymiarową. Wówczas bowiem elektron rozpadnie się na dwa stany kwazicząsteczkowe - spinon (posiadający spin, ale nie posiadający ładunku) oraz holon (niosący ładunek, ale nie spin). Amerykanie twierdzili, że gdy holon napotka zanieczyszczenie w metalu, odbije się, a spinon będzie w stanie wędrować dalej. W takim przypadku zatem ciepło będzie się dalej rozprzestrzeniało, a ładunek już nie. Różnica w przewodnictwie cieplnym i elektrycznym będzie rosła wraz ze spadkiem temperatury.
Teraz obliczenia Amerykanów potwierdziła grupa pracująca pod kierunkiem profesora Nigela Husseya. Uczeni dowiedli, że dwuwymiarowy materiał może przewodzić ciepło 100 000 razy lepiej, niż inne metale, w których prawo Wiedemanna-Franza zachowuje ważność. To nie tylko szansa na wykorzystanie tego zjawiska w nowoczesnych technologiach, ale również dowód na bardzo silną separacje spinu i ładunku w dwuwymiarowym świecie.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Choć wydaje się, że Afrykanki przenoszą ładunki na głowie z olbrzymią łatwością, w rzeczywistości wcale tak nie jest. Takiej metody transportu ciężarów nie można uznać za skuteczniejszą od innych, dodatkowo wywołuje ona ból szyi.
Ray Lloyd z University of Abertay Dundee uważa zatem, że sposób transportu nie jest w tym przypadku kwestią wyboru, ale koniecznością, podyktowaną przez konkretne warunki środowiskowe i ukształtowanie terenu. Nosząc coś na głowie, kobiety uwalniają po prostu ręce na czas podróży.
Mniej więcej ćwierć wieku temu przeprowadzono badania, z których wynikało, że technika kładzenia różnych obiektów na czubku głowy jest znacznie efektywniejsza od przenoszenia ich w rękach lub na plecach i dlatego mieszkanki Czarnego Lądu bez specjalnego wysiłku są w stanie transportować na głowie ciężary stanowiące do 1/5 (20%) wagi ich ciała. Na rezultaty opisane w Nature powołano się w publikacjach naukowych ponad 100-krotnie. Wg jednego z zaproponowanych wyjaśnień, część energii zużywanej na unoszenie ciężaru można wtedy przeznaczyć na samo przemieszczanie się.
Lloyd przez 8 lat mieszkał w Botswanie, a do przeprowadzenia badań zainspirowały go widywane codziennie scenki rodzajowe. Szkot stwierdził, że w starszych studiach analizowano przypadki zaledwie 4-6 kobiet, stąd pomysł na powiększenie próby. Zespół z University of Abertay Dundee i RPA prowadził eksperymenty w Cape Peninsula University of Technology. Brały w nich udział 24 przedstawicielki ludu Khosa. Trzynaście z nich od ponad 10 lat nosiło na głowie ciężary, pozostałe nie miały żadnego doświadczenia w tej materii. Panie chodziły na bieżni bez ładunku i z ładunkiem na plecach bądź na głowie. Poza tym w badaniu wzięło udział 9 kobiet z British Territorial Army, które dotąd często przenosiły coś w plecakach, ale nigdy na głowie.
Żadna z ochotniczek nie uznawała noszenia na głowie za łatwiejszą metodę. Wszystkie zużywały wtedy w przybliżeniu tyle samo tlenu, co podczas transportu ładunku na plecach. Co więcej, praktyka nie sprawiała, że noszenie na głowie stawało się łatwiejsze. Wcześniejsze doświadczenie nie dawało żadnych korzyści, a niektóre kobiety bez uprzedniej praktyki były najskuteczniejsze w noszeniu na głowie. Lloyd zaznacza, że doświadczenie nie łagodziło również bólu szyi oraz dyskomfortu. Kobiety wspominały, że po powrocie z wodopoju/studni trzeba było masować szyje matek i babek. Wszystkie badane zgodziły się co do tego, że wolałyby alternatywną metodę transportu niezbędnych dóbr, np. wody czy drewna na opał.
Obecnie naukowcy ustalają (w planach jest wykonanie zdjęć rentgenowskich), czy noszenie ciężarów na głowie wywołuje długotrwałe urazy szyi. Chcą też zbadać starsze kobiety z jeszcze dłuższą praktyką w transportowaniu na głowie. Zaznaczają, że wymogi energetyczne noszenia wody i drewna zostaną także ocenione w terenie poza laboratorium.
http://www.youtube.com/watch?v=2aR-OzItJVw -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podobno naukowcy są naukowcami dlatego, że zachowują dziecięcą ciekawość świata. I jak dzieci często psują zabawkę, żeby zobaczyć, co jest w środku, tak i dorośli badacze mają chęć zepsuć to i owo, żeby zobaczyć jak działa. A co może chodzić po głowie astrofizykom? Na przykład zepsucie czarnej dziury!
Idea czarnej dziury, czyli obiektu tak masywnego, że jego siła grawitacji pochłania nawet światło, powstała już w osiemnastym wieku. Od samego początku ta wizja, początkowo tylko teoretyczna, fascynuje największe umysły naukowe. Odkąd wiemy, że takie obiekty istnieją naprawdę, pobudzają ciekawość badawczą jeszcze bardziej. Nie możemy obserwować ich bezpośrednio, a jedynie efekty ich działania, na przykład materię, która znika w czarnej dziurze. Dokładniej znika za horyzontem zdarzeń. Horyzont zdarzeń to punkt, zza którego nic, nawet światło, już nie wraca, takie przejście tylko w jedną stronę. To właśnie on powoduje, że czarna dziura jest dla nas „czarna", niewidoczna. Ach, móc tak zajrzeć za horyzont zdarzeń - pewnie wzdycha niejeden astrofizyk. Niestety, to nie możliwe. A może jednak? A gdyby tak się go... pozbyć?
Brzmi absurdalnie, ale dla teoretyków nie ma rzeczy niemożliwych. Ted Jacobson z Uniwersytetu Maryland i Thomas Sotiriou z Uniwersytetu Cambridge uważają, że jest to możliwe. Teoretycznie. Sekret tkwi w matematyce. Istnienie horyzontu zdarzeń wokół czarnej dziury opisane jest nierównością: M² > (L/M)² + Q², gdzie M to masa czarnej dziury, L to moment pędu (inaczej kręt), zaś Q to ładunek. Wystarczy zatem zwiększyć wartość prawej strony nierówności, żeby ją odwrócić. Zatem potrzeba tylko zwiększyć kręt obiektu lub jego ładunek: nierówność ulegnie odwróceniu zaś horyzont zdarzeń zniknie, ujawniając nam to, co się za nim kryje.
Zobaczyć nieskończoność i umrzeć?
Co takiego moglibyśmy tam zobaczyć? Tutaj niestety fizyka staje się filozofią. Matematycznie rzecz ujmując, nieskończenie zakrzywioną przestrzeń - o ile w ogóle coś takiego można zobaczyć. To coś ma swoją nazwę: osobliwość. To miejsce, gdzie tracą sens znane nam prawa fizyki.
Dla zwyczajnego fizyka osobliwość jest tworem wyłącznie teoretycznym. Pojawienie się osobliwości oznacza, że obowiązująca teoria zawodzi i potrzeba innej, żeby zjawisko opisać. Inaczej mówiąc, osobliwość jest nie tyle dziurą w strukturze wszechświata, co raczej dziurą w naszym rozumowaniu. Astrofizycy zaś uważają osobliwości za obiekty całkowicie realne. Roger Penrose i Stephen Hawking nawet udowodnili konieczność ich istnienia w kolapsie grawitacyjnym. Astrofizyk zatem chętnie by się pozbył horyzontu zdarzeń, żeby popatrzeć sobie na nieskończoność.
Niestety, nieprędko astrofizycy będą mogli nasycić swój wzrok widokiem osobliwości obnażonej - pomysł pozbycia się horyzontu zdarzeń napotyka poważne trudności, już nawet nie tylko praktyczne, ale i teoretyczne. Realne obiekty - a już czarne dziury w szczególności - poza momentem pędu i ładunkiem posiadają masę. Ale kłopot zaczyna się wcześniej: wykorzystany wzór opisuje stan stabilny. Każda próba „karmienia" czarnej dziury zmienia stan rzeczy na dynamiczny i nieprzewidywalny. Nawet teoretycznie. Konieczne obliczenia są takim koszmarem, że nawet nie wiadomo, jak się za nie zabrać. Na to nie ma żadnej teorii i nikt nie ma pojęcia, co mogłoby z tego wyjść - przyznają Jacobson i Sotiriou.
Takie teoretyczne popsucie czarnej dziury odsłoniłoby przed nami całkiem nową fizykę. Ale tej nie zobaczymy - nawet teoretycznie - dopóki nie powstanie teoria potrafiąca lepiej opisywać takie ekstremalne stany. Nie pojmiemy, póki nie zobaczymy, nie zobaczymy, póki nie pojmiemy. Nie wyjdziemy z tego zaklętego kręgu, póki nie pojawi się kolejny Einstein. Albo może póki ktoś nie wpadnie na pomysł, żeby eksperymentalnie psuć miniaturowe czarne dziury, które ponoć ma wytwarzać Wielki Zderzacz Hadronów.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wysyłanie zaopatrzenia w przestrzeń kosmiczną jest niezwykle drogie. Wyniesienie każdego kilograma kosztuje około 10 000 dolarów. Zdaniem Johna Huntera, cenę tę można obniżyć do... 500 USD.
Hunter w 1992 roku pracował w Lawrence Livermore National Laboratory, gdy wpadł na pomysł stworzenia działa, które wystrzeliwałoby ładunki w przestrzeń kosmiczną. Inspirację czerpał ze zbudowanego przez siebie 130-metrowego działa, które służyło do testowania silników naddżwiękowych. Działo było napędzane metanem, który powodował przesunięcie tłoku i sprężenie wodoru. Jego gwałtowne rozprężenie wystrzeliwało pocisk. Jako, że mechaniczne wystrzeliwanie czasem zawodzi, założona przez Huntera firma Quicklaunch zastąpiła tłok komorą spalania, w której powstaje olbrzymie ciśnienie. Hunter uważa, że możliwe jest skonstruowanie działa zdolnego wystrzelić półtonowy ładunek z prędkością 21 000 km/h.
Proponuje on umieszczenie urządzenia w oceanie na równiku. Działo o długości 490 metrów unosiłoby się na wodzie i w dużej mierze byłoby w niej zanurzone. Quicklauncher ma być stabilizowany balastem, a dzięki swobodzie ruchów, jakie daje woda, będzie można ustawiać go tak, by wystrzeliwał ładunki na różne orbity.
W przyszłym miesiącu Hunter chce przetestować 3-metrowy prototyp zanurzony w zbiorniku z wodą. Jego zdaniem pełnowymiarowe działo może powstać za 7 lat. Pod warunkiem, że firmie Quicklaunch uda się zebrać 500 milionów dolarów na niezbędne prace.
Koszt jest ogromny, jednak naukowiec mówi, że już zdołał zainteresować swoim projektem inwestorów. Jeśli bowiem jego wyliczenia są prawidłowe i koszt wyniesienia kilograma ładunku uda się zmniejszyć aż 20-krotnie, to Quicklauncher może być świetną inwestycją.
Niestety, działo z pewnością nie pozwoli na wynoszenie ludzi, gdyż podczas strzału przeciążenia mogą sięgać 5000 G.
Zasada działania Quicklaunchera jest dość prosta. Najpierw w komorze spalany jest naturalny gaz. Obok komory w zbiorniku znajduje się wodór, który ogrzewa się do temperatury 1427 stopni Celsjusza, co prowadzi do 5-krotnego wzrostu ciśnienia. Operator otwiera zawory, wodór gwałtownie się rozpręża wystrzeliwując ładunek. Na końcu działa znajdują się zawory, które zamykają się, zatrzymując wodór, dzięki czemu można go ponownie użyć.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Nie tylko szczury i ludzie potrafią odnajdować drogę w labiryncie. Udaje się to też... kroplom oleju. Najnowsze badania prowadzone przez zespół Bartosza Grzybowskiego z Northwestern University mogą pomóc w znalezieniu nowych sposobów leczenia nowotworów.
Naukowcy skupili się na kroplach oleju podczas prac nad efektywnymi metodami dostarczania leków do komórek nowotworowych. To bardzo trudne zadanie, gdyż układ krwionośny tworzy bardzo skomplikowany labirynt, w którym łatwo zgubić drogę.
Zespół Grzybowskiego stworzył krzemowy labirynt o powierzchni 6,5 centymetra kwadratowego. Został on wypełniony alkalicznym roztworem wodorotlenku potasu. U wejścia do labirynu umieszczano albo niewielką kroplę oleju mineralnego albo dichlorometanu, wzbogacone o słaby kwas i czerwony barwnik. Krople miały samodzielnie dotrzeć przez labirynt do wyjścia, przy którym znajdował się żel z agarozy zanurzony w kwasie solnym.
Znalezienie właściwej drogi zajęło kroplom około minuty. Było to możliwe dzięki temu, że kwas z żelu stopniowo przenikał do wodorotlenku potasu, tworząc kwasowy gradient. Roztwór bliżej wyjścia był bardziej kwaśny, a przy wejściu - bardziej zasadowy. Dochodziło do reakcji z kwasem zawartym w kropli. Jej część zwrócona w stronę wyjścia stawała się bardziej kwaśna, niż część zwrócona w stronę wejścia do labiryntu. To powodowało powstanie napięcia powierzchniowego, które napędzało kroplę przesuwając ją w stronę wyjścia.
Krople zawsze odnajdowały najkrótszą drogę przez labirynt. Nazwaliśmy je chemo-szczurami - mówi Grzybowski. Naukowcy zaobserwowali, że krople dichlorometanu poruszały się szybciej niż krople oleju mineralnego.
Odkrycie można wykorzystać w leczeniu nowotworów, gdyż guzy mają bardziej kwaśny odczyn niż reszta organizmu, teoretycznie więc możliwe jest opracowanie takiego nośnika dla leków, który będzie je transportował w stronę kwaśnych komórek nowotworowych.
Jednak potencjalne zastosowania badań Grzybowskiego wykraczają poza medycynę. Uczeni zauważyli, że gdy jednocześnie wpuścili do labiryntu dwie krople, niemal nigdy nie dochodziło między nimi do zderzenia. Niewykluczone zatem, że prace naukowców z Illinois posłużą do zbudowania systemów analizowania ruchu w mieście. Ponadto mogą przyczynić się do zbudowania niewielkich pomp, urządzeń zamieniających energię chemiczną w mechaniczną czy też pozwolą na rozwiązywanie problemów NP-zupełnych, które stanowią poważne wyzwanie dla współczesnych komputerów.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.