sobota, 30. avgust 2008

Sobotna relaksacija

Danes je lenoben dan, zato bom namesto pisanja goljufal in vam dal v pokušino dva videa - ker je to pač lažje in so ostali že vse naredili namesto mene :)

Eden je lagodno, zabavno predavanje Teda Shermerja, predsednika ameriškega Skeptičnega društva (The Skeptics Society), ki izdaja tudi zelo zanimivo revijo The Skeptic. Tile ameriški skeptiki se z vso vnemo lotevajo razkrivanja in kritike vseh vrst psevdoznanosti...in Shermer nam to predstavi na zlo zabaven način (klikni tu!).


Drugi pa je dokaz, da znajo fantje narediti tudi kul "propagando" za kemijo (naslov Chemistry Party), ki so ga skupaj spravili - beri to - za promocijo Marie Curie akcijskih programov za podporo znanstvenega izobraževanja v Evropski uniji. Simpatično ni kaj! Za ogled, klikni tu!

Obilo užitkov!

nedelja, 24. avgust 2008

Fizike zopet straši "fantomsko delovanje na daljavo"


"I cannot seriously believe in quantum theory because it cannot be reconciled with the idea that physics should represent a reality in time and space, free from spooky actions at a distance."

- Albert Einstein

Če pišeš o znanosti, se prej ali slej zgodi, da moraš napisati tudi kaj o kvantni mehaniki (fizikalna teorija, ki opisuje delovanje narave na ravni atomskih in subatomskih delcev) - to pa zna biti precej strašljiva avantura, ker sem prepričan, da še marsikdo od fizikov ne razume dobro te teorije, kaj šele tisti, v fiziki nismo tako domači. Pri tem bi bilo dobro poudariti tudi to - ja, res je, kvantna mehanika je 100 let stara teorija - ampak še zdaleč ni razjasnjena. Pravzaprav v zadnjih letih na tem področju potekajo mrzlične razprave in eksperimenti, ki odpirajo stara vprašanja, ki si jih več kot pol stoletja nihče ni upal kaj dosti pritakniti.

Skratka članek v reviji Nature (s pomenljivim naslovom: Testing the speed of "spooky action at a distance") izpred dveh tednov je preprosto preveč fascinanten, da bi se mu lahko izognil samo zaradi kompleksnosti znanstvenega področja, v katerega se spušča.

Loteva se namreč pojava, ki je znan kot "quantum entanglement" (kvantna prepletenosti) - ki je že v tako ali tako bizarnem svetu kvantne mehanike še posebej bizarna stvar. Če se spomnete, kvantna teorija pravi, da so v svetu atomov stvari zelo čudne. Tako sta lahko dva delca na dveh mestih istočasno, delci se lahko pojavijo iz nič, lahko se obnašajo kot valovanje...itd (za simpatično risanko ki nazorno prikazuje kvantno čudnost kliknite tule)
Ampak te odštekane lastnosti elektronov, fotonov in protonov fiziki še lahko nekako prebavijo. Kvantna prepletenost, na drugi strani, pa dokončno zabije žeblje v krsto naše predstave o naravi sveta, v katerem živimo.

Dejansko je prav ta pojav slavnega Einsteina razdražil do konca. Einstein je bil namreč goreč nasprotnik kvantne teorije in je nikoli ni sprejel. Kvantna prepletenost - ki jo je sam sarkastično opisal kot "spooky action at a distance" (fantomsko delovanje na daljavo) - pa mu ni povzročala samo gnusa, ampak se je direktno kregala z njegovo teorijo relativnosti. Kvantna prepletenost namreč odpira možnost, da je teorija relativnosti kratko malo napačna (ali pa je napačna kvantna mehanika).

Kvantna prepletenost je pojav, da sta lahko dva delca "prepletena" na ta način, da "telepatsko" vplivata drug na drugega, četudi sta na nasprotnih koncih vesolja. Če si predstavljamo dva kvantno prepletena fotona (osnovni delec svetlobe), ki ju pošljemo na nasprotna konca vesolja, potem se zgodi, da ko izmerimo lastnost (recimo njegov spin - fotoni lahko imajo spin "gor" ali "dol") enega fotona na enem koncu vesolja, potem avtomatsko vemo lastnost spina fotona na drugem koncu vesolja. To pa pomeni, da sta fotona nekako povezana - in ker po Einsteinovi teoriji relativnosti nič v vesolju ne more potovati hitreje od svetlobe imamo velik problem.
Kako lahko fotona v trenutku vesta za stanje drug drugega, če pa ni šans, da bi si lahko tako hitro posredovala to informacijo? Za Einsteina je bil to jasen znak, da je kvatna mehanika napačna.

Slika: Polarizacija (spin) kvantno zapletenih fotonov je neznana (superpozicija vseh možnih polarizacij!) dokler je ne izmerimo. V trenutku, ko izmerimo polarizacijo enega fotona, postane polarizacija drugega fotona tudi znana in je pravokotna na polarizacijo prvega fotona.

Sedaj so švicarski raziskovalci iz Univerze v Ženevi izvedli eksperiment, v katerem so hoteli izmeriti, kako "trenutna" oziroma kako hitra je telepatija ali raje rečeno izmenjava informacij med dvema kvantno prepletenima fotonoma. Bolj preprosto rečeno (če je to mogoče) zastavili so si vprašanje ali delca res v trenutku vesta za stanje drug drugega oziroma kakšna bi morala biti hitrost prenosa informacije med njima, da bi lahko razložili njuno povezanost.

Kolikor mistična se kvantna prepletenost sliši, pa dveh kvantno prepletenih fotonov pravzaprav ni tako težko ustvariti. Fiziki to sedaj počnejo čisto rutinsko tako, da žarek laserja posvetijo v kristal (beta barijev borat) - pri tem fotoni laserja interagirajo s kristalom, pri čemer se včasih zgodi, da nek foton razpade na dva fotona (manjše valovne dolžine seveda), ki pa sta kvantno prepletena. In ta fotona lahko pošljemo na dva različna konca in potem na njima delamo razne meritve.

Švicarji so na ta način dva kvantno prepletena fotona poslali v nasprotne smeri v dve vasi, med seboj oddaljeni 18 km in potem izmerili polarizacijo oziroma spin fotonov. Izkazalo se je (kot že velikokrat prej!), da sta fotona v resnici kvantno prepletena in nadalnji izračuni so pokazali, da če telepatija med fotonoma ni trenutna, potem je najmanj 10.000x hitrejša od svetlobne hitrosti! Einstein se je (zopet) ziher obračal v grobu.
Ta in podobni eksperimenti so v zadnjih letih znova začeli razburjati fizike - nekateri celo govorijo o drugi kvantni revoluciji. Zakaj?

Ko so na začetku prejšnjega stoletja "glavni kvantovci": Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger in company skupaj spravili teorijo kvantne mehanike so kmalu prišli v hud konflikt z Albertom Einsteinom. Tega je kvantna prepletenost tako razdražila, da je leta 1935 spravil skupaj teoretični članek, ki je postal znan kot EPR paradoks. V tem članku je bilo matematično razloženo, da se kvantna mehanika ne ujema s teorijo relativnosti oziroma, da ni popolna (v osrčju vsega je bila prav kvantna prepletenost). Einstein je tako zaključil, da v svetu osnovnih delcev obstajajo še "skrite spremenljivke" (hidden variables), ki jih ne poznamo in ki bi lahko razložile na videz nenavadno obnašanje delcev. Ta Einsteinov napad na kvantno mehaniko je bil tako hud, da so kvantovci kar obmolknili, ker nihče ni vedel, kako bi lahko nasprotoval Einsteinovem razmišljanju oziroma kako bi lahko kdo izvedel eksperiment, ki bi ovrgel njegov paradoks. Poleg tega se kvantovci v tistem času niso preveč obremenjevali z idejo, kaj enačbe kvantne mehanike dejansko povedo o našem svetu - videli so jih kot abstraktne matematične konstrukte iz katerih se ne da sklepati na to, kako v resnici izgleda svet na nivoju delcev (t.i. Kopenhagenska interpretacija kvantne mehanike). Dejansko se fiziki do zdaj niso kaj dosti spraševali o tem, kaj kvantna mehanika v resnici pomeni, ker so menili, da je to vprašanje bolj ali manj nesmiselno.

Potem pa je leta 1964 fizik John Bell prišel na idejo (nekateri pravijo temu najbolj genijalna ideja v zgodovini znanosti), kako bi lahko preverili, če je kvantna mehanika kot teorija popolna oziroma če res obstajajo Einsteinove skrite spremenljivke. Njegov teorem je postal znan kot Bellove neenakosti (Bell's inequalities).
To make a long story short - s pomočjo Bellovega teorema je mogoče eksperimentalno preveriti ali je naš svet "lokalen" in "resničen" (po Einsteinovi teoriji relativnosti je naš svet tako lokalen - informacije potujejo s končno hitrostjo, v tem primeru svetlobna hitrost in resničen - delci in njihove lastnosti v resnici obstajajo, četudi jih nihče ne meri).
1982 je Francoz Alain Aspect prvič v laboratoriju preveril eno izmed Bellovih neenakosti za kvantno mehaniko in sicer lokalnost - in izkazalo se je, da svet na nivoju delcev ni lokalen!
2003 je Američan Anthony Leggett prišel na idejo, kako preveriti drugo Bellovo neenakost in sicer realnost.
2007 huda glavica iz Dunajske Univerze Anton Zeliinger naredi eksperiment na osnovi Leggetove ideje in ugotovi da v kvantni mehaniki pade tudi realnost (An experimental test of non-local realism, Zeilinger et al, Nature, 2007) - kar nakazuje, da v resnici ne obstaja realnost, neodvisna od meritev! (btw. Zellinger se ukvarja z zelo utrgano zadevo, povezano s kvantno prepletenostjo - kvantno teleportacijo)

Kaj hudiča sedaj vse to dejansko pomeni?! - odgovor je, da nihče ne ve! Ja, kvatna mehanika je stara že sto let, stvar je v tem, da so se zdaj fiziki počasi začeli spraševati, kaj kvantna mehanika pravzaprav pomeni - se pravi, začeli so filozofirati :) Za zanimiv uvod v "kvantno realnost" si preberite tole.

Pravzaprav je to krasno, kajti prav živo se spomnem, da nas je na faksu profesor, ki je predaval strukturo atomov in molekul, vehementno zavračal o "globjih" vprašanjih, ki jih poraja kvantna mehanika s tem, da je to samo matematični abstrakt in da nima smisla, da si poskušamo na podlagi tega predstavljati, kako v resnici izgleda svet na nivoju delcev. Dejansko ga je moj sošolec nekoč pobaral o kvantni prepletenosti in profesor mu je tedaj odvrnil, da to sploh ne obstaja! No, zdaj vem, da je bil naš prfoks privrženec Kopenhagenske interpretacije :) Stara šola torej. Prav radi bi ga sedaj srečal in vprašal, kaj si misli o zadnjih eksperimentih s področja kvantne prepletenosti...

torek, 12. avgust 2008

Gen "prestrašene mačke"

Zadnjih nekaj dni je bilo prav razburljivih. Začele so se olimpijske igre, hudo so se stepli v Gruziji, našo obalo pa je napadla poštena tramontana...na znanstveni fronti ni bilo nič manj pestro, mikrobiologi so osupli odkrili čisto novo vrsto virusov, ki napadajo druge viruse (dobili so vzdevek virofagi, kot bakteriofagi, virusi, ki papajo bakterjie), nanofiziki so naredili še korak naprej k razvoju posebnih metamaterialov, ki omogočajo nevidnost (in super močne svetlobne mikroskope!), nemški genetiki pa so določili zaporedje celotne neandertalske mitohondrijske DNK (in nameravajo v naslednjih mesecih objaviti še zaporedje celotnega neandertalskega genoma!)...

Ampak kaj bi s tem...vse to preprosto zbledi ob odkritju raziskovalcev iz Univerze v Bonnu. Med drugim je to odkritje pravi navdih za to, kako lahko iz navidez totalno dolgočasnega znanstvenega članka (objavljen v reviji Behavioral Neuroscience), spravite skupaj zelo zabavno poljudnoznanstveno novico.
V blogu The Great Beyond tako poročajo, da so nemci prišli na sled "scaredy-cat genu" (zopet ne vem, kako bi najbolje prevedel to skovanko, zato bom rekel kar gen "prestrašene mačke"), ki bojda razloži, zakaj nekateri ljudje ob gledanju grozljivk kričijo, medtem ko se drugi preprosto smejijo. Če to ni naravnost fantastično odkritje, potem ne vem, kaj je... :)
Ko berem o takšnih raziskavah, mi obraz prekrije zelena zavist, ko pomislim, s čim se sam ukvarjam v laboratoriju. Kar predstavljam si, kako so se morali nemški raziskovalci zabavati, ko so se igračkali s svojo študijo. Tako so najprej 96 ženskam pritrdili elektrode (verjetno ni potrebno posebej poudarjati, da so bili vsi raziskovalci moški) in spremljali, če so pomežiknile, ko so bile prestrašene (spustili so jim kratek glasni zvok) medtem ko so jim kazali slike, ki so bile bodisi prijetne (živali, otroci), nevtralne (električni vtikač, sušilec za lase) ali neprijetne (orožje, ranjenci)
Raziskovalci so nato odkrili, da razlika (geni se lahko med posamezniki razlikujejo v kakšni DNK črki) v genu COMT (ki v možganih vpliva na količino nevroprenašalca dopamin) vpliva na refleks prestrašenosti. Ena izmed različic COMT tako povzroča, da se njegovi lastniki bolj vznemirijo ob neprijetnih slikah.
Časopis Telegraph je ob tem zapisal, "da bi izsledki lahko razložili, zakaj so imeli v zadnjih 35 letih ljudje tako divje različne reakcije na klasično grozljivko Izganjalec (The Exorcist)."
Ta prestrašena različica COMT, ki je nastala relativno nedavno v evolucijski zgodovini in ni prisotna pri ostalih primatih, kot so šimpanzi, bi lahko tudi pojasnjevala razliko med zastavonošci in bojevniki (upam, da sem prevedel pravilno angleško je "worriers" in "warriors"). Različica zastavonoščev naj bi bila po mnenju raziskovalcev koristna v evolucijskem smislu, zato si mevže ne morejo ničesar očitati.

Sedaj si moram izmisliti, kako bi tudi v svoj doktorat lahko vključil eksperiment s 96 ženskami...

četrtek, 07. avgust 2008

Levičarji, prazgodovinski zajci in naravna selekcija

Kaj imajo skupnega levičarji in prazgodovinski zajci? Nič kaj. Ampak pred časom sem naletel na esej o naši evoluciji, o katerem preprosto moram povedati tudi drugim. No, in v tem eseju ameriški profesor izpelje neverjetno povezavo med puhastimi zajčki in levo oziroma desnoročnostjo.

V bistvu gre za tole enigmo - vemo, ne, da smo ljudje bodisi levičarji ali desničarji (seveda govorim o tem, katero roko nekdo uporablja za recimo pisanje, in ne o politični usmeritvi), nekateri redkeži so celo spretni z obema rokama, nekateri pa so z obema štorasti (da, tudi to obstaja). Kar je pri ljudeh zelo nenavadno je to, da je okrog 90% ljudi desničarjev in samo 10% levičarjev.

Se vam to ne zdi čudno? Ne? No, pa je. Pravzaprav naj bi bili ljudje edina vrsta, ki kaže tovrstno nagnjenost k desnoročnosti. Tudi živali kažejo nagnjenost k temu, da raje uporabljajo levo ali desno okončino, vendar pa je razmerje med "živalskimi levičarji in desničarji" vedno okrog 50:50. Torej polovica jih je levičarjev in polovica desničarjev. Zakaj bi morali ljudje potem iztopati iz živalskega povprečja?

Ker biologi vse od Darvina dalje razlage za praktično skoraj vse iščejo v evolucijski teoriji so znanstveniki mnenja, da je globalna nadvlada desničarjev posledica naravne selekcije. Desničarji so torej morali imeti nekoč v davni preteklosti neko prednost pred levičarji - ali vsaj tako menijo učene glavice (in ker sem sam osebno levičar, mi takšno mišljenje sploh ni všeč ampak pustimo to ob strani...).

Hm, sedaj pa si poskušajmo predstavljati, kakšno prednost bi lahko imel jamski človek, če je bil desničar namesto levičar...kakšen pameten predlog...? Raziskovalci so tekom let sicer spravili skupaj razne razlage, od katerih pa nobena ni bila posebej prepričljiva, poleg tega pa na tem mestu ne bom govoril o teh "uradnih" razlagah, ampak o hipotezi "madone, ki meče" (hm, o moj bog kako grozen prevod - angleški original je "The Throwing Madonna hypothesis" - če ve kdo za kakšen boljši prevod, naj se mi oglasi...).

Gre za hipotezo Williama H. Calvina, častnega profesorja na Univerzi Washington v Seatltu, v kateri poskuša na zelo odštekan, obenem pa lucidno racionalen način razložiti, kakšno evolucijsko prednost bi lahko imeli desničarji pred levičarji. Esej je bil objavljen že davnega leta 1983 v knjigi The Throwing Madonna: Essays on the Brain. V bistvu Calvinova "teorija" služi za zabavo, obenem pa demonstrira na kakšne nemogoče načine lahko izmolzemo evolucijsko teorijo za znanstveno razlago.

No teorija metajoče madone (heh) gre nekako takole: znano je, da dojenčka pomirja bitje materinega srca. In ker je srce na levi strani telesa (pravzaprav je približno v sredini prsnega koša, ampak na levi strani se bitje sliši močneje, ker je levi ventrikel močnejši), matere pogosteje nosijo otroka na levi strani (baje so to raziskovali tako, da so opazovali matere v nakupovalnih centrih, na kateri strani nosijo otroka). Okej, do sem se vse skupaj še sliši čisto umirjeno, a Calvin potem nadaljuje, da so v prazgodovini ženske tudi verjetno lovile. Iz tega sledi, da če je ženska imela otroka, se ni mogla ravno poditi za mamuti, ampak si je morala izbrati drug način lova. To pa naj ne bi bilo nič drugega kot "streljanje" živali na daljavo s kamni. Poleg kamenjanja zajcev - ki so precej primerna tarča za takšen lov - pa so morale matere obenem čuvati tudi svojega otroka. Jasno, da ga niso mogle pustiti v jami, kjer bi ga pojedel kak sabljasti tiger. Kakorkoli, da otrok z dretjem in kričanjem ne bi plašil že tako plašnih zajcev, so jih naše prazgodovinske matere nosile na levi strani, kjer jih je umirilo bitje njenega srca, v desni pa so držale kamen in oprezale za zajci.
Iz tega sledi končen evolucijski sklep, da so imele mati desničarke zagotovo evolucijsko prednost pred levičarkami - tisti, ki smo levičarji si čisto predstavljamo, kako težko je z desno roko zadeti zajca :)

Krasno - tisti levičarji, ki smo ostali, pa se verjetno lahko zahvalimo našim levičarskim pra pra pra....pra-mamam, da so z desno vseeno uspele skamenjati kakšnega kožuharja. Jaz osebno sicer verjamem, da so levičarske pra pra pra...pra-mame pravzaprav niso uspele zadeti zajca, ampak so na nek drug način poskrbele, da so preživele in sicer z najbrž v višjo inteligenco. Ja, znano je, da smo levičarji pametnejši od desničarjev :) Poleg tega pa obstaja resna teorija, ki pravi, da so levičarji igrali ključno vlogo v evoluciji posamezne družbe (vsaj tako piše v Wikipediji).

Celoten Calvinov esej si lahko preberete tule.