Ikke alle videnskabelige forhånd er udråbt som et revolutionerende gennembrud, fordi det meste videnskab skrider frem i trinvist. Sørg for, at visse høj-profil historier fanget broderparten af opmærksomheden i år. Men der er stadig masser af smarte forskning i gang, der fortjener en hilsen påskønnelse for. Her er ti af vores foretrukne cool videnskab historier, som du kan have overset, at der i 2015.
Er Dette det Første Billede af Lys, som Både Partikel og Bølge?
Tidligt i år, den første nogensinde fotografi af lys som en partikel og en bølge samtidig gik viral — men vi fandt snart ud af at den sandhed var en smule mere nuanceret end som så. Skabt af en forskergruppe ledet af Fabrizio Carbone ved EPFL, eksperiment tilføjet et twist til det klassiske fotoelektriske effekt, hvilket forklarer hvorfor, for eksempel, UV-lys, som rammer en metal-mål udsender elektroner. Vid: lys udstiller både partikel og bølge-lignende adfærd.
Dette virkede positivt revolutionerende, da en hjørnesten i kvantemekanikken er, at du kan bare ikke se både partikel og bølge aspekter på samme tid. Som Ben Stein er forklaret Inde i Science News, billedet er faktisk masser af fotoner (de elementære partikler af lys) afbildet sammen med nogle opfører sig som partikler og andre, der opfører sig som bølger. Det er ikke de samme fotoner udstiller deres dobbelte karakter, på samme tid. Måske var det ikke så epokegørende gennembrud som Internettet oprindeligt troede, men det er stadig en temmelig darn cool billede. [Papir]
Kredit: Luc Arnal
Den Videnskab, Skrigende
Alle, der finder lyden af et menneske, skingre skrig og skurrende. En undersøgelse af neuroforskere ved New York University foreslog, at dette kunne have noget at gøre med, hvordan den akustiske kvalitet af et menneske skrig udløser hjernen frygt reaktion. Det centrale er en egenskab af lyd kendt som ruhed, der refererer til, hvor hurtigt en lyd ændringer i volumen. Per co-forfatter Luc Arnal, normal tale er meget langsom forskelle i lydstyrke (mellem 5 og 5 Hz), mens skrig vis hurtigere forskelle i lydstyrke (mellem 30 og 150 Hz). Han sammenligner den virkning, at et strobe lys, kun for lyd i stedet for synet.
Sponsoreret
Arnal og hans daværende rådgiver, NYU neurolog David Poeppel, brugt optagelser fra YouTube-videoer, film og skrigende frivillige, med varierende grader af hårdhed, for at undersøge, hvordan forsøgspersonerne i en fMRI-scanner reageret. Den grovere lyd, flere deltagere vurderet det skræmmende eller bekymrende — og jo stærkere aktivering reaktion i amygdala (ofte kaldet frygt midten af hjernen), snarere end den auditive cortex. Dette tyder på, at vores reaktion på ruhed i de lyde, vi kan høre, udløser frygt svar, måske for at hjælpe os til bedre at reagere på den opfattede risiko. De har også fundet lignende svar til den skingre lyd af grædende børn eller bil alarmer. [Papir]
En Quantum “Weeping Angel” – Effekt
Vi ved alle, at kvantemekanikken er underligt. Sag i punkt: en blotte observation bestemmer udfaldet af et eksperiment. Men hvis vi aldrig ser væk, gang effektivt står stadig. Det er kendt som den kvante Zenon effekten, selv om en grov analogi kan drages til den Grædende Engle i Doctor Who. En set quantum pot aldrig koger. Og så Græd Angel ikke kan bevæge sig.
Der har været en række forsøg, som bekræfter, at kvante Zenon effekten virkelig sker. (Der er også en “Anti-Zeno-Effekt”, hvor stirre på den metaforiske quantum pot bringer det til at koge hurtigere — også eksperimentelt bekræftet.) Mest for nylig Cornell University fysikere, der bruges lasere til at fælde en gas af rubidium kølet til super-kolde temperaturer i et gitter af lys. Tak til de særlige forhold i kvantemekanik, hvert nu og da, en atom formår at tunnel ud af fælden.
Men når de gentagne gange zapped atomer med laser pulser med kortere og kortere mellemrum —svarende til at se ind Schroedinger ‘ s legendariske boksen igen og igen og igen — de fandt dette gør det mere vanskeligt for atomer fanget en tunnel ud. Når intervallerne er korte nok, for de atomer, der gør som en Grædende Engel og er effektivt frosset på plads. [Papir]
Dans af de Flydende Dråber
Vand dråber spredt ud, når de rammer en glasplade, men Stanford University forskere blev forvirrede af det mærkelige opførsel af vanddråber, der er farvet med frugtfarve, som også indeholdt propylen glycol (PG). Som Gizmodo ‘ s Maddie Stone skrev, “Når to dråber af den samme PG koncentration, der er placeret i nærheden af hinanden, de går hånd i hånd. Men når dråber af forskellige koncentrationer, der er naboer, de kommer tæt på, men aldrig slutte. Nogle gange er de endda jage en anden.”
I en artikel offentliggjort i Nature, Stanford forskere beskrevet den “smukke” videnskab, der forklarer, hvorfor dråber flydende dans med hinanden på en sådan bemærkelsesværdigt synkroniseret bevægelse. Det er fordi dans dråber er “binær”, det vil sige, indeholder to forskellige typer af væske. Vandet fordamper hurtigere end PG, og har også en højere overfladespænding, så det efterlader flere af de kemiske bag, da det fordamper væk fra dråben ‘ s edge. Så overfladespændingen spark i, kører en indre flow. Co-forfatter Manu Prakash sammenlignes med den virkning, at en tornado inde i dråben. “Nu motoren kører som en bil, men den kobling er ikke involveret,” fortalte han til Washington Post. “Drop ikke ved, hvor at gå.”
Når en anden drop er tilføjet, fordampning fra de i første omgang virker som en slags signal, der fortæller den anden, hvor at gå. Resultatet er, at to dråber ud til at danse sammen. Stanford holdet selv lavet en guide, så du også kan oprette dancing dråber med hjem: du skal bare fødevarer farvelægning, vand, og et objektglas. [Papir]
Jordiske Byer Vokser Som Galakser
En af de smarte ting ved en god matematisk model er, at det kan afsløre skjulte forbindelser mellem de to systemer, der på overfladen ser ud til at være meget forskellige fra hinanden. To kosmologer, Henry Lin og Abraham Loeb, udækket bare sådan en overraskende sammenhæng, der påviser, at den måde, galakserne, udvikler sig fra variationer i sagen tæthed i det tidlige univers er matematisk ækvivalent til den måde, byerne vokser fra ændringer i befolkningstæthed på Jorden.
Deres analyse er centreret om en kendt skalering mønster, kendt som Zipf ‘ s lov, der er observeret i alt fra personlige venskaber til befolkningstæthed i byerne. Som Gizmodo ‘ s Kelsey Campbell-Dollaghan skrev, “Dybest set, byen med den højeste befolkningen i et land, vil være dobbelt så store som den næst mest folkerige by, og tre gange så stor som den tredje mest folkerige by, og så videre.” Det samme gælder for galakser, ser det ud til. Loeb og Lin tog en matematisk formel, der beskriver, hvordan galakser dannes og udvikler sig, og anvendes den til udviklingen af byer på Jorden. De to systemer vist sig bemærkelsesværdigt ens. Forskerne tror, at lignende matematiske værktøjer, der kan anvendes til at bedre model udbredelsen af epidemier, blandt andre applikationer. [Papir]
En Grand Theory of Rynker
Kredit: Denis Terwagne og Pedro Reis, MIT
Rynker er fundet i hele naturen, fra overfladen af planeter, til smilehuller på en golfbold, og selv i tyndtarmen. Men disse systemer er som regel undersøgt på en case-by-case basis, arbejder baglæns for at skabe computer-simuleringer til at bedre at forstå, hvordan og hvorfor de udgør. Dette år et hold af ingeniører og matematikere på MIT kom op med deres egen grand unified theory of rynker, især gældende for rynker, der form på buede overflader.
MIT ingeniør Pedro Reis har brugt år på at studere hvordan objekter rynke. Under udførelse af eksperimenter på silikone test sfærer, han bemærkede, at når han sugede luften ud, nogle af disse områder dannet smilehuller under pres, men andre dannet en mere krøllede mønster. Hans MIT kollega, matematiker Jorn Dunkel, bemærkede en lighed mellem disse og de mønstre, der vises, når man opvarmer et tyndt lag olie. De to afdelinger sammen, at hælde over hele Reis’ eksperimentelle data.
De fandt, at den slags mønstre, der dannes, afhænger af, om blot to faktorer: den krumning af det nederste lag i forhold til tykkelsen af det øverste rynker lag, og hvor meget stress, der blev anvendt til rynker lag. “Vores teori, du dybest set kunne anvende til overfladen af månen eller Mars, eller overfladen af en drue,” co-forfatter Norbert Stroop fortalte Kvanter magasin. [Papir]
Kom til Bunden af den Slikkepind Hypotese
Det er et spørgsmål, der fremhævede i en klassisk slik kommerciel: hvor mange slikker tager det at komme til centrum af en Tootsie-Pop? Dette år har vi lært svaret ca 2500, i henhold til eksperimenter af fysikerne ved New York University. Kalder det Slikkepind Hypotese. NYU forskere, der anvendes slik til at bestemme, hvordan væsker faste stoffer opløses, et emne, der også gælder for erosion af vandløb og hvordan piller opløses i kroppen.
NYU team lavet deres egen hjemmelavet slikkepinde ud af kogte sukker, sirup og vand, som de derefter støbt i forskellige former. Så de nedsænket slikkepinde i en “vand tunnel” (aquatic, der svarer til en vindtunnel) og så dem opløses, varierende flow hastighed på vandet. De fandt, at der synes at være en foretrukken form, at genstande, der tager på som de opløses, per Fysik Brummer: “en glat afrundet forside, skrå facet i midten, og en flad bagside.” De fandt også, at den opløses sats afhænger flow hastighed: for eksempel for at ændre hastigheden fra 1 KM til 4 km / H og den slikkepind ville opløses fuldstændigt i halvdelen af tiden.
Som for at tælle antallet af slik, beregnede de, at det ville tage en anslået 1000 aflæser af tungen per centimeter af slik for at nå centrum af en Tootsie-Pop. Da candy foranstaltninger om 1.063 i diameter, der svarer til 2500 slikker. [Papir]
At løse Mysteriet om, Hvordan Glas Former
Glas er en klasse af materialer, der har været rundt i meget lang tid, men dens dybere hemmeligheder stadig unddrager sig fysikere — især den stædige mysteriet om, hvordan glas former på det molekylære niveau. Et hold af Canadiske og franske forskere udarbejdet en ny model for, hvordan en væske bliver til en glas ved at kombinere, for første gang, to årtier gamle teorier: fortrængning og kooperative bevægelse.
Molekylær fortrængning dybest set behandler molekyler inden for briller, som mennesker bevæger sig omkring et overfyldt rum. Det centrale element er tæthed. Efterhånden som flere og flere mennesker presse ind i rummet, der er mindre plads, så folk (eller molekyler) bevæge sig mere langsomt — selv dem, der befinder sig i nærheden af døren, er stadig i stand til at bevæge sig mere frit, ligesom molekyler på en glasagtig overflade aldrig stoppe flyder, selv ved lavere temperaturer.
Det er, hvor andelsbevægelsen spark i. Som publikum bliver tykkere, og folk har tendens til at bevæge sig sammen med deres nærmeste naboer. Forskerne har fundet ud af, at molekyler, der udviser samme adfærd, som udgør strenge af svage molekylær obligationer med deres nærmeste naboer. Den nye model kunne være til gavn for udviklingen af nye spejlblanke nano materialer med nyttige egenskaber. [Papir]
Kredit: Evangelidis, V. et al./Journal of Archaeological Science
Slime Formen Bygger en Gammel vejnet
Tage et øjeblik for at beundre den ydmyge slim mug, som er en gammel gruppe af organismer, der formerer sig via sporer og får deres navn fra det svagt ting, de udskiller. Når gange bliver hårde, slim forme band sammen, og udviser en mærkelig form af hive-mind, eller kooperative intelligens. De kan løse labyrinter, ændre deres udseende, og finde de mest effektive vej mellem to fødevarer kilder. Og i år har de hjulpet med at rekonstruere en gammel vejnet.
Græske arkæologer har brugt en lys gul slim formen kaldes Physarum polycephalum til, i det væsentlige, gentegne den gamle Romerske vej-netværk, der løber gennem Balkan mellem den 1. og 4. århundrede A. D. De voksede forme på et kort over det område, som udgøres af agar-gel, med havre flager på strategiske steder, repræsenterer vigtigste Romerske byer. Den slime forme gengivet netværk præcist. Disse veje var kendt fra historiske dokumenter; dette eksperiment var bevis for princippet. Arkæologerne håber, at de kan bruge slim forme til at hjælpe med at rekonstruere mindre kendte veje, som er blevet tabt. Så de bedste arkæologiske assistenter af 21 kan godt være at være slim forme. [Papir]
Prat-Lejre, J. et al./Videnskabelige Rapporter
En Magnetisk Ormehul Illusion
Et team af forskere ved det Autonome University of Barcelona, Spanien tog materialevidenskab i stealth-mode, at skabe et “ormehul illusion”, som forårsager magnetiske felt at bevæge sig gennem rummet uden at blive opdaget. Det operative ord her er “illusion”. Dette er ikke en bona fide ormehul, der forbinder to punkter i rum-tid — en fast bestanddel af science fiction årtier, selv om vi har aldrig observeret direkte. Snarere, det er skabt ved hjælp af metamaterials til tunnel magnetiske felter fra et punkt til et andet
Enheden er lavet af to koncentriske kugler omslutte en spiral af ferromagnetisk metal. Som Gizmodo ‘ s Maddie Stone skrev,
Den ferromagnet sender magnetiske feltlinier fra den ene ende af apparatet til andre. I mellemtiden, en skal af yttrium-barium-kobber-oxid (en superledende materiale, gul) bøjninger og fordrejer de magnetiske feltlinier, som de rejser. En ydre skal, der består af “mu-metaller” (bruges til afskærmning af elektronisk udstyr, sølv) perfekt annullerer ud den magnetisk forvrængning af superlederen, gør hele ting “magnetisk usynlige” udefra. Dunk det hele i en flydende kvælstof bad—superledere kun arbejde ved ekstremt lave temperaturer—og voila, du har fået dig et ormehul.
Det er en meget cool eksperiment, med et formål: at det en dag kan hjælpe med at forbedre medicinske scannere. Per New Scientist: “Ormehuller kunne lade flere magnetiske kameraer arbejde sammen uden at forstyrre hinanden, eller kan bruges til at skabe afstand mellem pladskrævende sensorer og patienter – alle uden at ændre baggrunden magnetfelt MRIs stole på.” [Papir]
Øverste billede: Fabrizio Carbone/EPFL.