Ikke alle vitenskapelige forhånd er varslet som en revolusjonerende gjennombrudd, fordi vitenskapen for det meste går i trinnvis. At enkelte høyt profilerte historier fanget brorparten av oppmerksomheten dette året. Men det er fortsatt nok av smarte forskningen skjer som fortjener en takk for takknemlighet for. Her er ti av våre favoritt-kule vitenskap historier som du kan ha gått glipp av i 2015.
Er Dette Første Bildet av Lys som Både Partikkel og Bølge?
Tidlig på året, den første noensinne fotografi av lys som en partikkel og en bølge på samme tid gikk viral — men vi fant snart ut sannheten var litt mer nyansert enn som så. Opprettet av et forskerteam ledet av Fabrizio Carbone på EPFL, eksperimentet lagt til en vri på den klassiske fotoelektrisk effekt, noe som forklarer hvorfor, for eksempel, UV-lys som treffer en metall mål avgir elektroner. Nemlig: lys utstillinger både partikkel og bølge-lignende oppførsel.
Dette virket positivt revolusjonerende, siden en hjørnestein i kvantemekanikken er at du bare kan ikke se både partikkel og bølge aspekter på samme tid. Som Ben Stein forklart på Innsiden Vitenskap Nyheter, bildet er faktisk massevis av fotoner (det elementære partikler av lys) avbildes sammen med noen opptrer som partikler og andre som opptrer som bølger. Det er ikke det samme fotoner viser sin tosidige natur samtidig. Kanskje det ikke var så jordskjelvlignende et gjennombrudd som Internett opprinnelig tenkt, men det er fortsatt en ganske darn kult bilde. [Papir]
Kreditt: Luc Arnal
The Science of Skrikende
Alle finner lyden av et menneske skingrende skrik og risting. En studie av nevrologer ved New York University foreslo dette kan ha noe å gjøre med hvordan den akustiske kvaliteten av et menneske skrike utløser hjernen er frykt respons. Nøkkelen er en eiendom av lyd kjent som råhet som refererer til hvor fort en lyd endringer i lydstyrken. Per co-forfatter Luc Arnal, normal tale har veldig treg forskjeller i lydstyrke (mellom 5 og 5 Hz), mens skrikene vise raskere forskjeller i lydstyrke (mellom 30 og 150 Hz). Han sammenlikner effekten til en strobe lys, bare for lyd i stedet for å syne.
Sponset
Arnal og hans daværende rådgiver, NYU hjerneforskeren David Poeppel, brukt opptak fra YouTube-videoer, filmer og skriker frivillige, med varierende grad av ruhet, for å studere hvordan fagene i en fMRI-skanner svarte. De grovere lyd, flere deltakere vurdert det skremmende eller plagsom — og sterkere aktivering svar i amygdala (ofte kalt frykt midten av hjernen), snarere enn den auditive cortex. Dette tyder på at vårt svar til grovheten i de lydene vi hører utløser frykt svar, kanskje for å hjelpe oss til bedre å reagere til opplevd fare. De har også funnet lignende svar til skingrende lyder av gråtende babyer eller bil alarmer. [Papir]
Et Kvantesprang “Gråt Engel” – Effekt
Vi vet alle at kvantemekanikken er merkelig. Case in point: en ren handling av observasjon som avgjør utfallet av et eksperiment. Men hvis vi aldri ser bort, tid effektivt står fortsatt. Det er kjent som quantum Zeno effekt, selv om en viss analogi kan bli trukket til den Gråtende Engler i Doctor Who. En så quantum pot aldri koker. Og så Gråt Engel kan ikke flytte.
Det har vært en rekke forsøk som bekrefter at quantum Zeno effekt virkelig skjer. (Det er også en “Anti-Zeno Effekt,” der og stirret på den metaforiske quantum potten bringer det til å koke mer raskt — også eksperimentelt bekreftet.) Mest nylig, Cornell University fysikere brukt lasere for å felle en gass av rubidium kjølt til super-kalde temperaturer, i en gitter av lys. Takk til særegenheter av kvantemekanikk, hver nå og da, en atom klarer å tunnel ut av fellen.
Men når de gjentatte ganger zapped atomer med laser pulser på kortere og kortere intervaller —tilsvarende ser inne Schroedinger er velkjente boksen igjen og igjen og igjen — de fant dette gjør det vanskeligere for fanget atomer til tunnel ut. Når intervallene blir kort nok, atomer gjøre som en Gråtende Engel og er effektivt frosset på plass. [Papir]
Dans av Flytende Dråper
Vanndråper er spredt ut når de treffer en overflate i glass, men Stanford University forskere ble forvirret av den merkelige virkemåten av vanndråper farget med konditorfarge som også inneholdt propylenglykol (PG). Som Gizmodo har Maddie Stein skrev, “Når to dråper av samme konsentrasjon PG er plassert i nærheten av hverandre, vil de smelte sammen. Imidlertid, når dråper av ulike konsentrasjoner er naboer, de kommer nær, men aldri bli med. Noen ganger kan de selv jage hverandre.”
I en artikkel publisert i Nature, Stanford forskere beskrev den “vakre” vitenskap som forklarer hvorfor flytende dråper danse med hverandre i en slik påfallende synkronisert bevegelse. Det er fordi dans dråper er “binære, det vil si, inneholder to ulike typer væske. Vann fordamper raskere enn PG, og har også en høyere overflatespenning, så det blir det mer av den kjemiske bak som det fordamper bort fra dråpe ‘ s edge. Deretter overflatespenning spark i, kjøre en indre flyt. Co-author Manu Prakash sammenlignet effekten til en tornado inne i dråpe. “Nå motoren er i gang som en bil, men clutchen er ikke engasjert,” sa han til the Washington Post. “Drop ikke vet hvor du skal gå.”
Når en dråpe er lagt til, fordampning fra første fungerer som en slags signal som forteller andre hvor du skal gå. Resultatet er som to dråper synes å danse sammen. Stanford laget selv laget en guide, slik at du også kan lage dans dråper hjemme: du trenger bare konditorfarge, vann, og et glass gli. [Papir]
Jordiske Byene Vokser Som Galakser
En av de fiffige tingene om en god matematisk modell er at den kan avdekke skjulte forbindelser mellom to systemer som på overflaten, ser ut til å være svært forskjellige fra hverandre. To cosmologists, Henry Lin og Abraham Loeb, avdekket akkurat slik en overraskende sammenheng, viser at måten galakser utvikle seg fra variasjoner i saken tetthet i de tidlige universet er matematisk tilsvarende måte som byene vokser fra endringer i befolkningstetthet på Jorden.
Deres analyse fokuserer på en godt kjent skalering mønster kjent som Zipf ‘ s lov, observert i alt fra personlige vennskap til befolkningstettheten i byene. Som Gizmodo er Kelsey Campbell-Dollaghan skrev: “i Utgangspunktet, byen med den høyeste befolkningen i et land vil være dobbelt så stor som den nest mest folkerike byen, og tre ganger så stor som den tredje mest folkerike byen, og så videre.” Det samme gjelder for galakser, det virker. Loeb og Lin tok en matematisk formel som beskriver hvordan galakser dannes og utvikler seg og brukt den til utviklingen av byer på Jorden. De to systemene viste seg bemerkelsesverdig lik. Forskerne tror at lignende matematiske verktøy som kan brukes til å bedre modell spredning av epidemier, blant andre programmer. [Papir]
En Grand Theory of Rynker
Kreditt: Denis Terwagne og Pedro Reis, MIT
Rynker er funnet i naturen, fra overflaten til planetene, for å gropene på en golf ball, og selv i tynntarmen. Men disse systemene er vanligvis studerte på et sak-til-sak grunnlag, arbeider bakover for å opprette datamaskin-simuleringer for å bedre forstå hvordan og hvorfor de oppstår. Dette året et team av ingeniører og matematikere ved MIT kom opp med sin egen grand unified theory of rynker, spesielt aktuelt for rynker som form på buede flater.
MIT ingeniør Pedro Reis har brukt mange år på å studere hvordan objekter rynke. Mens gjennomføre eksperimenter på silikon test sfærer, han sa at når han suges luften ut, noen av disse sfærer dannet gropene under press, men andre dannet en mer squiggly mønster. Hans MIT kollega, matematiker Jorn Dunkel, bemerket en likhet mellom sistnevnte og mønstre som dukker opp når man varmer opp et tynt lag med olje. De to avdelingene kombinert sin innsats, helle over alle Reis’ eksperimentelle data.
De fant at den slags mønstre som dannes er avhengig av to faktorer: krumning av de lavere lag i forhold til tykkelsen på toppen rynker lag, og hvor mye stress ble brukt til krølling lag. “Vår teori du kan i utgangspunktet bruke på overflaten av månen eller Mars, eller på overflaten av en drue,” co-forfatter Norbert Stroop fortalte Quanta magazine. [Papir]
Å komme til Bunnen av Lollipop Hypotese
Det er et spørsmål som omtalt i en klassisk godteri kommersielle: hvor mange licks tar det å komme til sentrum av en Tootsie-Pop? Dette året fikk vi svaret: omtrent 2500, ifølge eksperimenter av fysikere ved New York University. Kaller det kjærlighet på pinne Hypotese. NYU forskere brukte godteri for å finne ut hvordan væsker oppløse tørrstoff, et tema som også gjelder for erosjon i elver og hvordan piller løses opp i kroppen.
NYU laget sin egen hjemmelagde lollipop ut av kokt sukker, sirup og vann, som de deretter støpt inn i ulike former. Deretter blir de plassert lollipop i en “vann tunnel” (vannlevende tilsvarende av et vind-tunnel) og sett dem oppløse, varierende flyten hastighet på vannet. De fant at det synes å være en foretrukket form som objekter ta på som de oppløses, per Fysikk Buzz: “en glatt avrundet forside, skrå fasett i midten, og en flatskjerm baksiden.” De fant også at oppløse pris avhenger flyt hastighet: for eksempel, endre hastighet fra 1 MPH 4 MPH og lollipop ville helt oppløses i halvparten av tiden.
Som for telling av antall licks, at de beregnet at det vil ta anslagsvis 1000 avleser av tungen per centimeter for godteri for å nå sentrum av en Tootsie-Pop. Siden candy tiltak om 1.063 i diameter, som oversettes til 2500 licks. [Papir]
Løse Mysteriet om Hvordan Glass Former
Glass er en klasse av materialer som har eksistert i svært lang tid, men dens dypere hemmeligheter fortsatt mangle fysikere — spesielt sta mysteriet om hvordan glass former på molekylært nivå. Et team av Kanadiske og franske forskere utviklet en ny modell for hvordan en væske blir til et glass ved å kombinere, for første gang, to tiår gamle teorier: trenging og kooperative bevegelse.
Molekylær trenging i utgangspunktet behandler molekyler innen briller som folk flytter om et overfylt rom. Det sentrale elementet er tettheten. Ettersom flere og flere mennesker presse inn i rommet, det er mindre plass, slik at folk (eller molekyler) bevege seg saktere — selv om de ligger i nærheten av døren er fortsatt i stand til å bevege seg mer fritt, akkurat som molekyler på en glassaktig overflate aldri slutte flyter, selv ved lavere temperaturer.
Det er der kooperative bevegelse og spark. Som publikum tykner, folk har en tendens til å bevege seg i forbindelse med sine nærmeste naboer. Forskerne fant at molekyler viser lignende atferd, forming strenger av svake molekylær obligasjoner med sine nærmeste naboer. Den nye modellen kan være nyttig for å utvikle roman glassaktig nano materialer med nyttige egenskaper. [Papir]
Kreditt: Evangelidis, V. et al./Journal of Archaeological Science
Slim Mugg, Bygger opp en Gamle veinettet
Ta deg tid til å beundre den ydmyke slim mugg, en gammel gruppe av organismer som formerer seg via sporene og få sitt navn fra den svakt ting de skille ut. Når tidene blir tøffe, slim muggsopp band sammen, og viser en merkelig form for struktur-sinn, eller samarbeidende intelligens. De kan løse labyrinter, endre sitt utseende, og finne de mest effektive veien mellom to mat kilder. Og dette året hjalp de til med å rekonstruere en gammel veinettet.
Gresk arkeologer brukt en lys gul slim formen kalles Physarum polycephalum til, i hovedsak, å tegne den gamle Romerske veien nettverk som kjører gjennom Balkan mellom 1. og 4. århundre A. D. De vokste formene på et kart av området består av agar-gel, med havregryn på strategiske steder, som representerer store Romerske byer. Slim muggsopp gjengitt nettverket nøyaktig. Disse veiene ble godt kjent fra historiske dokumenter; dette eksperimentet var bevis på prinsippet. Arkeologene håper at de kan bruke slim former for å hjelpe rekonstruere mindre kjente stier som har blitt mistet. Så den beste arkeologiske assistenter i det 21. godt kan være slim molds. [Papir]
Prat-Leirene, J. et al./Vitenskapelige Rapporter
En Magnetisk Ormebol Illusjon
Et team av forskere ved Autonomous University of Barcelona, Spania tok materialteknologi i stealth-modus, og skaper en “ormebol illusjon” som forårsaker magnetiske felt å bevege seg gjennom rommet uoppdaget. Det operative ordet her er “illusjon.” Dette er ikke en bona fide ormebol som forbinder to punkter i rom-tid — et fast innslag av science fiction tiår, men vi har aldri observert direkte. Snarere er det opprettet ved hjelp av metamaterials til tunnelen magnetiske felt fra ett punkt til et annet
Enheten er laget av to konsentriske sfærer encasing en spiral av ferromagnetisk metall. Som Gizmodo har Maddie Stein skrev,
Den ferromagnet overfører magnetiske feltlinjer fra den ene enden av enheten til den andre. I mellomtiden, et skall av yttrium barium kobber oksid (en superledende materiale, gul) bøyer og vrir den magnetiske feltlinjer som de reiser. Et ytre skall består av “mu-metaller” (brukes for skjerming elektroniske enheter, sølv) perfekt går ut den magnetiske forstyrrelser av superleder, rendering hele greia “magnetisk usynlig” fra utsiden. Dunk det hele i et flytende nitrogen badekar—superledere fungerer bare i ekstremt lave temperaturer—og voila, du har fått deg et ormebol.
Det er en veldig kul eksperiment, med en hensikt: det en dag vil kunne bidra til å forbedre medisinsk skannere. Per New Scientist: “Ormehull kunne la flere magnetiske imagers arbeide sammen uten å forstyrre hverandre, eller kan brukes til å få litt avstand mellom store sensorer og pasienter – alle uten å endre bakgrunnen magnetfelt MRIs stole på.” [Papir]
Øverste bilde: Fabrizio Carbone/EPFL.