Inte varje vetenskapligt framsteg och räknas som ett revolutionerande genombrott, därför att vetenskapen oftast utvecklas stegvis. Visst, vissa uppmärksammade historier fångade lejonparten av uppmärksamhet detta år. Men det finns fortfarande massor av fiffiga forskning pågår som förtjänar en nick av uppskattning för. Här är tio av våra favorit cool vetenskap berättelser som du kan ha missat i och med 2015.
Är det Här Första Bilden av Ljus som Både Partikel och Våg?
Tidigt i år, den första någonsin fotografi av ljus som en partikel och en våg vid samma tid gick viral — men vi fick snart veta sanningen var lite mer nyanserad än så. Skapad av en forskargrupp ledd av Fabrizio Carbone vid EPFL, experiment lagt till en twist på det klassiska fotoelektriska effekten, vilket förklarar varför, för, till exempel UV-ljus som träffar en metall målet avger elektroner. Nämligen: ljus uppvisar både partikel – och våg-liknande beteende.
Detta verkade positivt revolutionerande, eftersom en hörnsten i kvantmekaniken är att du bara inte kan se både partikel och våg aspekter på samma gång. Ben Stein förklaras på Insidan Science News, bilden är faktiskt massor av fotoner (de elementära partiklar av ljus) avbildas tillsammans med vissa agerar som partiklar och andra agerar som vågor. Det är inte samma fotoner som ställer ut sina dubbla natur samtidigt. Kanske det inte var så omvälvande genombrott som Internet först trodde, men det är fortfarande en ganska cool bild. [Papper]
Kredit: Luc Arnal
Den Vetenskap som Skriker
Alla finner en mänsklig skrika gällt och skärande. En studie av forskare vid New York University som föreslås här kanske har något att göra med hur den akustiska kvaliteten på en människa scream triggar hjärnans reaktion av rädsla. Nyckeln är en egenskap hos ljudet som kallas råhet som hänvisar till hur snabbt en sund förändringar i ljudstyrkan. Per medförfattare Luc Arnal, normalt tal har mycket långsam skillnader i ljudstyrka (mellan 5 och 5 Hz) medan skrik visa snabbare skillnader i ljudstyrka (mellan 30 och 150 Hz). Han liknar effekten att en strobe ljus, bara för att få ljud i stället för ögon.
Sponsrade
Arnal och hans dåvarande rådgivare, NYU neurologiforskaren David Poeppel, som används för inspelningar från YouTube-videor, filmer och skriker volontärer, med varierande grader av grovhet, för att studera hur subjekt i en mri-scanner svarat. Det råare soundet, fler deltagare betygsatt det skrämmande eller upprörande — och kraftigare aktivering svar i amygdala (ofta kallats den rädsla centrum av hjärnan), snarare än auditiva cortex. Detta tyder på att vårt svar till ojämnheter i ljud vi hör utlöser reaktioner av rädsla, kanske för att hjälpa oss att bättre reagera på upplevda faran. De fann också liknande svar till högljudda ljud av gråtande barn eller billarm. [Papper]
Ett Stort “Gråtande Ängel” – Effekt
Vi vet alla att kvantmekanik är konstigt. Typexempel: en handling av observation bestämmer resultatet av ett experiment. Men om vi aldrig titta bort, tid som i praktiken står stilla. Det är känt som quantum Zeno effekt, även om en grov analogi kan göras till de Gråtande Änglarna i Doctor Who. En såg quantum kruka aldrig kokar. Och såg en Gråtande Ängel som inte kan flytta.
Det har varit en serie av experiment som bekräftar att quantum Zeno effekt som verkligen händer. (Det finns också en “Anti-Zeno Effekt,” där och stirrade på den metaforiska quantum pott tar det att koka snabbare — även experimentellt bekräftade.) Mest nyligen, Cornell University fysiker som används laser för att fälla en gas av rubidium kylt till super-kyla i ett gitter av ljus. Tack vare de egenheter i kvantmekanik, då och då, en atom lyckas tunnel ut ur fällan.
Men när de upprepade gånger zapped atomer med laserpulser på kortare och kortare intervaller —det motsvarar att titta in Schroedinger är ökända rutan igen och igen och igen — de fann detta gör det svårare för instängd atomer till tunneln. När intervallet blir tillräckligt kort, atomerna gör som ett Gråtande Ängel och är effektivt fryst på plats. [Papper]
Dans av vätskedroppar
Vatten droppar som sprids ut när de träffar en glasyta, men Stanford University forskare var förbryllad av ett konstigt beteende av vattendroppar som färgats med karamellfärg som innehåller också propylenglykol (PG). Som Gizmodo är Maddie Sten skrev, “När två droppar av samma PG koncentration är placerade nära varandra, att de smälter samman. Men när droppar av olika koncentrationer är grannar, de kommer nära, men aldrig att gå med. Ibland kan de jaga varandra.”
I en artikel publicerad i Nature, Stanford forskare beskriver den “vackra” vetenskap som förklarar varför vätskedroppar dansa med varandra i sådana påfallande synkroniserad rörelse. Det beror på att dansa droppar “binär,” det vill säga, innehåller två olika typer av vätska. Vatten avdunstar snabbare än PG och har också en högre ytspänning, så det lämnar mer av den kemiska bakom eftersom det dunstar bort från droppen ‘ s edge. Då ytspänningen sparkar på, kör en aktiv flöde. Medförfattare Manu Prakash liknas vid effekten att en tornado inne i droppen. “Nu motorn är igång som en bil, men kopplingen är inte engagerad, sa han till Washington Post. “Släpp inte vet vart man ska gå.”
När en droppe läggas till, avdunstning från den första fungerar som en typ av signal, att berätta för andra var du ska gå. Resultatet är att två droppar som verkar för att dansa tillsammans. Stanford laget även skapat en guide så att du också kan skapa dans droppar hemma: du behöver bara karamellfärg, vatten, och en glasskiva. [Papper]
Jordiska Städer Växa Som Galaxer
En av de fiffiga saker om en god matematisk modell är att den kan avslöja dolda anslutningar mellan två system som på ytan verkar vara mycket olika från varandra. Två kosmologer, Henry Lin och Abraham Loeb, upptäckt bara dessa ett överraskande samband, som visar att hur galaxer utvecklas från variationer i fråga densitet i det tidiga universum matematiskt motsvarande sätt städerna växer från förändringar i befolkningstäthet på Jorden.
Deras analys kretsar kring en välkänd skalning mönster som kallas Zipf ‘ s lag, iakttas i allt från personliga vänskapsband till befolkningstätheten i städer. Som Gizmodo är Vanessa Campbell-Dollaghan skrev, “i grund och botten, staden med den högsta befolkningen i ett land kommer att vara dubbelt så stor som den näst mest folkrika staden, och tre gånger så stor som den tredje mest folkrika staden, och så vidare.” Det samma gäller för galaxer, verkar det som. Loeb och Lin tog en matematisk formel som beskriver hur galaxer bildas och utvecklas och tillämpas det att utvecklingen av städer på Jorden. De två systemen visade sig vara förvånansvärt lika. Forskarna tror att liknande matematiska verktyg kan användas för att bättre modell för spridningen av epidemier, bland andra applikationer. [Papper]
En Grand Theory of Rynkor
Kredit: Denis Terwagne och Pedro Reis, MIT
Rynkor finns alla i hela naturen, från ytor av planeter, gropar på en golfboll, och även i tunntarmen. Men dessa system är oftast studeras från fall till fall, arbeta bakåt för att skapa datorsimuleringar för att bättre förstå hur och varför de utgör. Detta året har ett team av ingenjörer och matematiker vid MIT kom upp med sin egen grand unified theory av rynkor, särskilt i tillämpliga fall till rynkor som form på böjda ytor.
MIT ingenjör Pedro Reis har tillbringat år med att studera hur objekt rynkor. När man utför experiment på silikon testa sfärer, han noterade att när han sugs luften ut, några av dessa områden bildas gropar under press, men andra bildade en mer snirkliga mönster. Hans MIT kollega, matematiker Jorn Dunkel, konstaterade en likhet mellan dessa och de mönster som visas när man värmer på ett tunt lager olja. De två avdelningar med gemensamma ansträngningar, hälla över alla Reis’ experimentella data.
De fann att den typ av mönster som bildas beror på två faktorer: den krökning av lägre lager i förhållande till tjockleken på topp rynkar på lager, och hur mycket stress har tillämpats för den rynkar på lager. “Vår teori så kan du i princip tillämpas på ytan av månen eller Mars, eller den yta av en druva,” co-författare Norbert berättade för Stroop Kvanta tidningen. [Papper]
Gå till Botten av Lollipop Hypotes
Det är en fråga som förekommit i ett klassiskt godis kommersiellt: hur många slickar tar det att komma till centrum av en Tootsie-Pop? Detta år fick vi svaret: ca 2500, enligt experiment med fysiker vid New York University. Kalla det Lollipop Hypotes. NYU forskare använda godis för att avgöra hur vätskor lösa upp fasta ämnen, ett ämne som även gäller erosion i vattendrag och hur piller lösas upp i kroppen.
NYU laget gjort sin egen hemmagjord klubbor av kokt socker, majssirap, vatten som de sedan kan formas till olika former. Då de nedsänkt den klubbor i en “water tunnel” (den akvatiska motsvarande en vindtunnel) och såg dem lös, varierande vindhastighet av vatten. De fann att det verkar vara den föredragna formen som objekt ta på sig som de löser, per Fysik Buzz: “en mjukt rundade front, en fasad aspekt i mitten, och en platt baksida.” De fann också att lösa upp hastigheten beror på vindhastighet: till exempel, ändra hastigheten från 1 km / H till 4 km / H och lollipop skulle lösas upp helt och hållet på halva tiden.
För att räkna antalet slickar, de beräknade att det skulle ta cirka 1000 drar av tungan per centimeter av godis för att nå centrum av en Tootsie-Pop. Eftersom godis åtgärder om 1.063 i diameter, som kan översättas till 2500 slickar. [Papper]
Lösa Mysteriet av Hur Glas Former
Glas är en klass av material som har funnits under mycket lång tid, men dess djupare hemligheter som fortfarande gäckar fysiker — särskilt envis mysterium hur glas former på molekylär nivå. En grupp Kanadensiska och franska forskare har utarbetat en ny modell för hur en vätska övergår i ett glas genom att kombinera, för första gången, två decennier gamla teorier: trängs och kooperativa rörelsen.
Molekylär trängs i princip behandlar molekyler inom glasögon som människor rör sig om ett trångt rum. Den viktigaste faktorn är att densitet. Eftersom fler och fler personer in i rummet, det är mindre utrymme, så att folk (eller molekyler) gå mer långsamt — även de som ligger nära dörren är fortfarande kunna röra sig mer fritt, precis som de molekyler på en glasartad yta aldrig slutar flöda, även vid lägre temperaturer.
Det är där kooperativa rörelsen kickar in. När folkmassan tjocknar, människor tenderar att röra sig tillsammans med sina närmaste grannar. Forskarna fann att molekyler som uppvisar liknande beteende, utgör strängar av svaga molekylär obligationer med sina närmaste grannar. Den nya modellen kan vara användbar för att utveckla nya glasartad nano-material med bra egenskaper. [Papper]
Kredit: Evangelidis, V. et al./Journal of Archaeological Science
Slemsvampen Bygger en Forntida vägnätet
Ta en stund att förundras över de ödmjuka slemsvampen, en gammal grupp av organismer som förökar sig via sporer och får sitt namn från den svagt saker som de utsöndrar. När tiderna blir tuffa, slem formar band tillsammans, och uppvisar en märklig form av hive-mind, eller kultur. De kan lösa labyrinter, förändra deras utseende, och hitta den mest effektiva vägen mellan två livsmedel källor. Och detta år har de hjälpt till att återskapa en forntida vägnätet.
Grekiska arkeologer som används för en ljust gul slemsvampen kallas Physarum polycephalum att, i huvudsak, att rita om den gamla Romerska vägen nätverk igång genom Balkan mellan 1: a och 4: e århundraden A. D. De växte formarna på en karta över det område som består av agar gel, med havregryn på strategiska platser, som representerar stora Romerska städer. Slem formar återges nätverket korrekt. Dessa vägar var väl känd från historiska dokument; detta experiment var proof of principle. Arkeologerna hoppas att de kan använda slem formar för att bidra till återuppbyggnaden av mindre kända vägar som har gått förlorade. Så det bästa arkeologiska assistenter till den 21: a kan väl vara slem formar. [Papper]
Prat-Läger, J. et al./Vetenskapliga Rapporter
En Magnetisk Maskhål Illusion
Ett team av forskare vid Universitetet i Barcelona, Spanien tog material science in i stealth mode, att skapa ett “maskhål illusion” som orsakar magnetfält för att flytta genom rymden utan att upptäckas. Det operativa ordet här är “illusion.” Detta är inte är en bona fide maskhål för att ansluta två punkter i rumtiden — en stapelvara i science fiction decennier, även om vi aldrig observerat någon direkt. Det är snarare som skapats med hjälp av metamaterial att tunneln magnetiska fält från en punkt till en annan
Enheten är tillverkad av två koncentriska sfärer bli en spiral av ferromagnetiska metall. Som Gizmodo är Maddie Sten skrev,
Den ferromagnet sänder magnetiska fältlinjer från ena änden av enheten till den andra. Under tiden, ett skal av yttrium barium kopparoxid (en supraledande material, gul) böjar och snedvrider de magnetiska fältlinjerna som de reser. Ett yttre skal består av “mu-metaller” (som används för att skärma elektroniska apparater, silver) perfekt tar ut det magnetiska snedvridning av supraledare, gör hela saken “magnetiskt osynliga” utifrån och in. Doppa allt i flytande kväve badkar—supraledare fungerar endast vid extremt låga temperaturer—och voila, du har själv ett maskhål.
Det är en väldigt cool experiment, med ett syfte: att det en dag skulle kunna bidra till att förbättra medicinska skannrar. Per New Scientist: “Maskhål kunde låta flera magnetkameror arbeta tillsammans utan att störa varandra, eller kan användas för att lägga lite avstånd mellan skrymmande sensorer och patienter – alla utan att ändra bakgrunden magnetfält Mri lita på.” [Papper]
Översta bilden: Fabrizio Carbone/EPFL.