ניירות-באקי – החומר הננוטכנולוגי החדש

“ניירות-באקי” – החומר הננוטכנולוגי החדש שממנו יורכבו מכוניות ומטוסים עתידיים

רוצים לטוס במטוס מנייר ננוטכנולוגי? רוצים לנסוע במכונית מנייר שהוא בעצם גיליון של צינוריות ננו? רוצים מחשב מניירות באקי? זה יכול להיות בעתיד הקרוב החומר שממנו יורכבו הדברים… רגע, רגע… לפני שמתחילים חוג אוריגמי, נשמע בדיוק במה מדובר.

זוכרים את הגרפין? יש לו בן דוד חדש. ישנו חומר חדש שקרוי “ניירות-באקי” והוא נראה במידה רבה כמו נייר פחם רגיל למדי. אבל אל תתנו לאנשים שירמו אתכם על ידי השם המטעה הזה או על ידי המראה של הנייר הדקיק. נייר באקי יכול לגרום למהפכה כאן באופן שבו הכל יהיה מיוצר, החל ממכוניות ועד למטוסים… ועד למערכות טלוויזיה מגיליונות נייר באקי של צינוריות פחמן דקיקות אבל חזקות להפליא. רגע… מטוסים מנייר? לא יתכן.

nanotube animation

Nanotubes and Buckyballs

ננו-צינוריות מפחמן

נייר באקי הוא פי עשר דק יותר, אבל פי 500 חזק יותר מאשר הפלדה. וזאת כאשר גיליונות של החומר נערמים ונלחצים חזק כדי ליצור תרכובת של החומר. זה מזכיר את הננו-צינורות נכון? אכן יש קרבה רבה כפי שנראה מיד. בניגוד להרכב הקונבנציונאלי של החומרים, החומר מוליך חשמל כמו נחושת או סיליקון והוא מפיץ חום כמו פלדה או פליז. החומר נראה ממש כמו בשורת הגביע הקדוש של הננוטכנולוגיה. החומר ונגזרותיו, צינוריות הננו מפחמן נמצאים בפיתוח כבר כמה שנים. אולם החוקרים רק לאחרונה הזניקו את החומר לכדי מימוש במציאות.

נייר באקי

נייר הבאקי מורכב ממולקולות פחמן בצורת צינוריות, שהן פי 50,000 דקות יותר מאשר השערה האנושית. בגלל התכונות הייחודיות של הננו-צינוריות ושל נייר הבאקי, הוא ממש מופיע כחומר פלאים חדש למטוסים ולרכבים, למחשבים רבי עוצמה ולמסכי טלוויזיה משופרים ולהרבה מוצרי צריכה אחרים.

עד עתה, נייר הבאקי יכול היה להיות מיוצר רק באחוז מסוים מחוזקו, בכמויות קטנות ובמחיר גבוה. אולם החוקרים מפתחים עתה טכניקות יצור שמהר מאוד יגרמו לו להיות תחרותי עם החומרים המורכבים ביותר שהיום ישנם בשוק. אם נייר הבאקי יכנס לפס היצור, הוא עלול לגרום למהפכה בטכנולוגיה בעסקי תעופת החלל והתעופה בכלל.

למעשה התגלית שהובילה לגילוי נייר הבאקי החלה ברצון להבין איך נוצרו החיים בחלל החיצון.

ב-1985 המדען האנגלי הארי קרוטו (Harry Kroto) הצטרף לחוקרים באוניברסיטת רייס שבארה”ב לניסוי כדי ליצור את אותם התנאים שקיימים בתוך כוכב. הם רצו לגלות כיצד כוכבים – שהם המקור לכל הפחמן ביקום – יוצרים את היסוד שהוא אבן בנין עיקרית של החיים על כדור הארץ. הניסוי התקדם כמתוכנן. אבל אז הופיע עוד שלב בניסוי שהוא היה בלתי מתוכנן, כך נזכר קרוטו.

קרוטו נמצא עתה באוניברסיטת פלורידה בראש תוכנית שמעודדת את חקירת המתמטיקה, המדע והטכנולוגיה בבתי ספר ציבוריים. שם בוצע בין השאר הגילוי. קרוטו מספר שהגילוי של נייר הבאקי היה גילוי של מולקולה בת 60 אטומי פחמן בעלת צורה כמו של כדורגל. לקרוטו המולקולה נראתה גם בנוסף כמו הכיפות הארכיטקטוניות שעוצבו על ידי באקמינסטר פולר (Buckminster Fuller) – ארכיטקט, ממציאן ועתידן. זה נתן לקרוטו השראה לקרוא למולקולה החדשה בשם באקמינסטרפולרן, או “כדורי באקי”, “פולרנים” בקיצור.

הכיפה שעוצבה על ידי פולר

ומי עיצב את ה”כיפות” באקי האלה? אלה הם כדורי באקי שיצרו אותם חוקרים ב-2005 לתמסורת תרופות.

Cornell researchers create DNA buckyballs for drug delivery, demonstrating use of synthetic DNA as building blocks

על גילוי כדורי הבאקי (הפולרנים) – הצורה השלישית של פחמן טהור שנתגלה אחרי הגרפיט והיהלום – קרוטו והקולגות שלו מאוניברסיטת רייס, רוברט קרל ((Robert Curl וריצ’רד אי. סמאלי – (Richard E. Smalley) קיבלו את פרס נובל לכימיה בשנת 1996.

פולרנים: fullerenes

Robert F. Curl Jr. Sir Harold W. Kroto Richard E. Smalley
Robert F. Curl Jr. Sir Harold W. Kroto Richard E. Smalley
third 1/3 of the prize third 1/3 of the prize third 1/3 of the prize
USA United Kingdom USA
Rice University
Houston, TX, USA
University of Sussex
Brighton, United Kingdom
Rice University
Houston, TX, USA
b. 1933 b. 1939 b. 1943
d. 2005

באופן נפרד פיזיקאי יפני בשם סומיו איג’ימה (Sumio Iijima) פיתח גרסה של החומר בצורת צינורות בעודו מבצע מחקר באוניברסיטת המדינה של אריזונה. חוקרים במעבדה של סמאלי באוניברסיטת רייס אחר כך לא בכוונה מצאו שהצינוריות נדבקו יחד כאשר מפזרים אותם בתמיסה נוזלית ומסננים אותם דרך רשת דקיקה, כך שנוצר קרום דק מאוד – נייר הבאקי.

מהו הסוד מאחורי החוזק של נייר הבאקי? החוזק שלו מונח בשטח הפנים הענק של כל ננו-צינורית שלו. אם לוקחים גרם של ננו-צינוריות, רק גרם אחד, ואם פותחים כל צינורית לגיליון גרפיט, ניתן למעשה לכסות כמעט שני שלישים של מגרש כדורגל.

כבר מתחילים להשתמש בננו-צינוריות לחיזוק בתעשייה ובטכנולוגיה של מוצרים. אבל עדיין בכמויות קטנות. נייר הבאקי, הוא קרום דק הוא בעל תכולת ננו-צינוריות גדולה מאוד, בערך 50 אחוז. עד כה מייצרים את נייר הבאקי רק במעבדה, אבל אוניברסיטת המדינה של פלורידה היא בשלבים המוקדמים של הקמת חברה שתייצר את נייר הבאקי באופן מסחרי. מעריכים שתוך חמש שנים יהיה בידנו חומר חדש לשימושים מסחריים להגנת מטוסים מפני נזקים ופגעים כמו ברקים (חשמליים) – מה שיחסוך דלק ומשקל. שימושים נוספים לנייר הבאקי יכולים להיות: אלקטרודות לתאי דלקים, סופר-קבלים ובטריות. נייר הבאקי יכול להיות יעיל יותר ותחליף קל יותר לגיליונות הגרפיט שבהם משתמשים במחשבים ניידים כדי לפזר חום, שזה מזיק לאלקטרוניקה.

המטרה לטווח ארוך היא לבנות מטוסים, מכוניות ודברים אחרים באמצעות תרכובות של נייר הבאקי. הצבא גם כן מחפש אחר חומרים ננוטכנולוגים דמויי נייר הבאקי לשימוש ביצירת מפעלי שריון ושימושים צבאיים אחרים.

 

 

מכונות מולקולואריות: מחשב ביולוגי מיוצר בתוך התא

מחשב ביולוגי מיוצר בתוך התא

פותח מחשב ביולוגי (ביו-מחשב) חדש שמאפשר למדענים “לתכנת” מולקולות כדי לשאת “פקודות” בתוך תאים.

חוקרים יצרו ביו-מחשב מתוך רצפים של RNA בתוך תא חי, והם הדגימו שניתן לתכנת אותו כך שהוא יגיב לתנאים בתוך התא תוך שהוא יקבל על עצמו משימות מסוימות. כמו מרבית המחשבים רכיב ה-RNA או הביו-מחשב פועל על בסיס המערכת הפשוטה של הלוגיקה הבוליאנית – ניתן לתכנתו כך שיגיב לפקודות AND, OR, NAND ו- NOR. המחשב לא מריץ את תוכנת “ווינדוס” עליו וגם אין לו מעבד של אינטל בעל ליבה כפולה. אין לו גרפיקה פיצוץ מתחלפת של נבידיה והוא לא עשוי מחתיכת אלומניום אחת. אין לו גם טראקפאד מזכוכית ואין לו מסך סינימה עם פטנטים… אבל הוא מהיר. תכירו זהו הביו-מחשב שמיוצר בתוך התא. כן, זה לא סרט מדע בדיוני. זו הצעה שהוגשה למגזין היוקרתי Science והיא פורסמה אתמול

 

Higher-Order Cellular Information Processing with Synthetic RNA Devices

Maung Nyan Win and Christina D. Smolke*

The engineering of biological systems is anticipated to provide effective solutions to challenges that include energy and food production, environmental quality, and health and medicine. Our ability to transmit information to and from living systems, and to process and act on information inside cells, is critical to advancing the scale and complexity at which we can engineer, manipulate, and probe biological systems. We developed a general approach for assembling RNA devices that can execute higher-order cellular information processing operations from standard components. The engineered devices can function as logic gates (AND, NOR, NAND, or OR gates) and signal filters, and exhibit cooperativity. RNA devices process and transmit molecular inputs to targeted protein outputs, linking computation to gene expression and thus the potential to control cellular function.

Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 East California Boulevard, MC 210-41, Pasadena, CA 91125, USA.

 

Photo: Bio-Computer Created Inside Living Cell

מדענים מקליפורניה יצרו מחשבים מולקולאריים שהם מסוגלים למה שקרוי self-assemble  (הרכבה עצמית מולקולרית) מתוך רצפים של RNA בתוך תאים חיים.

(הרכבה עצמית מולקולארית – תהליך שבאמצעותו המולקולות מסתדרות מעצמן ללא הנחיה מוגדרת ממקור חיצוני. המולקולות מסתדרות לכדי יצירת מבנים מורכבים שמסוגלים לפעול בצורות שונות. המאפיינים של הרכבה עצמית הם, שהתהליך של ההרכבה של המבנים המולקולאריים מעורב בהקטנת האנרגיה, ובנוסף אין התערבות בתהליך. הרכיבים הנכונים מסתדרים מאיליהם לכדי יצירת המבנים בהתאם לתכנון).

לבסוף מחשבים מולקולאריים כאלה יכולים להיות מתוכנתים כדי לבצע מניפולציה לפונקציות ביולוגיות בתוך התא, כאשר הם מבצעים מטלות שונות תחת תנאים שונים. יישום אחד יכול להיות תמסורת תרופות חכמה, אומרת קריסטינה סמולק שביצעה את המחקר יחד עם מאונג נאיאן ווין.

השימוש בביו-מולקולות כדי לבצע חישובים הודגם לראשונה על ידי לאונרד אדלמן מאוניברסיטת דרום קליפורניה ב-1994, והגישה פותחה מאוחר יותר על ידי אהוד שפירו ממכון ויצמן ברחובות. אבל לפי שפירו, “מה שעבודה חדשה זו [של סמולק ו-ווין] מראה לראשונה זה את היכולת לגלות את הנוכחות או ההעדר של מולקולות בתוך התא”.

זה פותח את האפשרות לרכיבי חישוב שיכולים להגיב לתנאים מסוימים בתוך התא, כך אומר שפירו. למשל ניתן אולי לפתח מערכת למסירת תרופות שפוגעת בתאי הסרטן מבפנים על ידי גנים חיישנים שמשמשים כדי לווסת גידול תאי ומוות תאי. ניתן לתכנת את הביו-מחשב כך שישחרר את התרופה כאשר התנאים הם בדיוק נכונים, בזמן הנכון ובמקום הנכון.

 

Computing with RNA

Devices that self-assemble from biological molecules could represent the future of drug delivery.

 

רכיבים כמו ביו-מחשבים אלה יוכלו לאפשר לבני אדם יום אחד לבצע מניפולציה למערכות ביולוגיות בצורה ישירה, כך אומרת קריסטינה סמולק מהמכון לטכנולוגיה בקליפורניה הקלטק שביצעה את המחקר במשותף עם מאונג נאיאן ווין והוא התפרסם ב-17.10.08 בכתב העת היוקרתי Science.

מחשבים ביולוגיים – הביו-מחשבים – עשויים לבסוף לשרת כמעין מוחות כדי לייצר למשל ביו-דלקים מהתאים , או כדי לפקח על תמסורת של “תרופות חכמות” שניתן להעבירן רק תחת תנאים מסוימים. למשל תרופה חכמה יכולה להדגים סביבה תאית ולעורר רצף של הרס-עצמי אם המחלה מתגלה, כך מסבירה סמולק.

כיצד בנוי המחשב?

המחשב של סמולק ו-ווין בנוי משלושה רכיבים עיקריים:

1)    חיישנים.

2)    מניעים.

3)    טרנסמיטור.

כולם מורכבים מ-RNA.

חיישני ה”קלט” מורכבים מ-aptamers – מולקולות RNA שמתנהגות קצת כמו נוגדנים, ומתקשרות חזק למטרות מסוימות.

באותו האופן רכיבי ה”פלט”, או ה-actuators מורכבים מריבוזומים – מולקולות RNA מורכבות שיש להן תכונות קטליטיות זהות לאלה של האנזימים.  

שני הרכיבים האלה משולבים על ידי מולקולת RNA נוספת שמשרתת כטרנסמיטור, והיא מופעלת כאשר מולקולת חיישן מאבחנת כימיקל קלט וכתוצאה מעוררת מולקולת actuator.

 

הביו-מחשב החדש מורכב מחתיכת RNA מהונדס שמורכב בתוך תא של שמרים. ה-RNA היא מולקולה ביולוגית זהה ל-DNA, שמצפינה מידע גנטי, למשל כדי ליצר חלבונים שונים.

במונחים של הנדסה, ה”קלט” של הביו-מחשב הן מולקולות שצפות סביב אל תוך התא. ואילו “הפלט” מהו? “הפלט” מתבטא בשינויים ביצירת החלבון. למשל, מחשב ה-RNA יכול להיות מסוגל להתחבר עם שתי מולקולות שונות. אם שתי מולקולות המטרה מתקשרות אליו, הן מעוררות את הרכיב לשנות צורה. הביו-מחשב ששינה צורה הוא עתה בצורה הנכונה כדי להתחבר אל ה-DNA, ששם הוא יכול להשפיע ישירות על הביטוי הגנטי והוא יכול להאיץ או להאט את יצירת החלבונים הרצויים. חלבונים אלה יכולים להשפיע על התא במספר דרכים, כמו למשל להרוג את התא אם במקרה הוא תא סרטני.

הקבוצה תכננה את החלקים השונים של מחשב ה-RNA שלה להיות מודולארי, כך שחלקיו יתערבבו ויותאמו. תלוי בשילוב של החלקים שאותם שמים יחד, כך מקבלים השפעות שונות: סמולק ו-ווין תכננו את מחשבי ה-RNA שלהם כדי לגלות את התרופות טטרציקלין ותיאופילין בתוך תאי שמרים, כאשר הם יוצרים חלבון פלורסנטי כפלט. תוך צירוף רכיבי ה-RNA בדרכים שונות, החוקרים הראו שהם מסוגלים לגרום להם להתנהג כמו סוגים שונים של שערים לוגיים – אלמנטים של מעגלים שמוכרים מכל מחשב. למשל שער AND יוצר רק פלט כאשר הקלט שלו מגלה את הנוכחות של שתי התרופות, בעוד ששער NOR יוצר פלט בלבד כאשר לא מתגלית שום תרופה.

Biocomputer Made of RNA Understands Boolean Logic

cell structures

מכאן

המקרר של אינשטיין וזילארד

המקרר שאותו אלברט אינשטיין וליאו זילארד המציאו לפני שבעים שנה יכול לסייע לקירור עולמי

מדענים מוציאים מהבוידם המצאה שנרשמה כפטנט בארה”ב ב-1930 שלא משתמשת בחשמל ותפחית גזי חממה

Einstein's Refrigerator: Amazing Use of Old Technology for Saving Power

Einstein’s Refrigerator: Amazing Use of Old Technology for Saving Power

עלילות הגאון הממציא של המצאות ביתיות. לאינשטיין היה מקרר דולף ומרעיש בבית. איך הוא יעבוד בתנאים כאלה? עלה לו רעיון להמציא מקרר יעיל ושקט. הוא וחברו הפיזיקאי היהודי הפליט ההונגרי המוכשר ליאו זילארד חברו יחד וקיוו להיות מיליונרים מההמצאה. אופס… בדיוק הומצאו המקררים המודרניים וחברת AEG בקושי נתנה כמה גרושים על ההמצאה. היום יש מי שמתעניין בהמצאה וטוען שהיא ידידותית לסביבה לעומת המקררים המודרניים, כי ההמצאה של אינשטיין-זילארד לא פולטת גזי חממה. כך תתכן עדנה להמצאה של אינשטיין-זילארד.

 

It looks like Albert Einstein’s Refrigerator is making a comeback. An early invention of Einstein has been rebuilt by scientists at Oxford University. The scientists are attempting to develop an environmentally refrigerator that can runs without need for electricity.

According to reports, the Einstein refrigerator is an absorption refrigerator with no moving parts; the only thing it requires is a heat source to operate it.

הכוונה היא לא לספר הזה:

שעוסק בענייני המפץ הגדול.

אלא הכוונה היא ממש להמצאה ביתית שאותה הגה אלברט אינשטיין: המקרר.

ליאו זילארד הכיר את אלברט אינשטיין עוד מ-1926 מברלין – לשם הוא בא ללמוד לאחר שברח מהמשטר המדכא והאנטישמי בהונגריה. השניים שיתפו פעולה על הבעיה המעשית הבאה: המקרר ה”מושלם” ובמיוחד השקט. בבית של אינשטיין בגרמניה עדין היה “ארון קרח” מיושן, כנראה שהוא החזיק מתקן זה בגלל שבמקררים החשמליים דאז המנוע והמדחס שניהם עשו הרבה רעש ובגלל שנוזל הצינון, שפעמים רבות גם נזל, לא היה לגמרי בטוח. כאשר אינשטיין עבד עם ליאו זילארד – פיזיקאי מבריק ובקי בתחומים רבים, הם שניהם תכננו משאבה מקורית שהיא מונעת לא בצורה מכנית אלא בצורה אלקטרומגנטית. למה הכוונה? מתכת נוזלית (נתרן, אשלגן או תערובת של השתיים) נעה הלוך ושוב בצינור על ידי שדה אלקטרומגנטי משתנה, שלכן מתפקד כבוכנה. המצנן הופך לנוזלי על ידי מחזורים של הפחתות לחץ. וההתאדויות שבאות בעקבות זאת יוצרות את הקירור הרצוי. משאבה אלגנטית זו תהיה הדוקה וחשוב מזה שקטה.

ליאו זילארד ואלברט אינשטיין

בנובמבר 1927 זילארד ואינשטיין במשותף הגישו את הפטנט הראשון שלהם על ההמקרר החדש: פטנט גרמני מספר 403 563 ב-13 לנובמבר, 1927. ל. זלארד וא. אינשטיין:  Kältemaschine.

אחרי הפטנט הזה באו עוד שבעה פטנטים נוספים שעסקו בפרטי הפרטים של מנוע ההשראה או גרסאות חדשות שנועדו להגן על הפטנט המקורי. הפטנטים האלה ואחרים הוענקו בגרמניה ב-1934 כאשר אינשטיין וזילארד כבר מזמן עזבו אותה.

הרעיון המקורי נרשם גם ב-1930 בארה”ב, בבריטניה ובהולנד – שהייתה מקום המפלט הידוע של אינשטיין לביקורים רבים אצל חבריו המדענים. וגם הפטנט נרשם במקום העבודה הקודם של אינשטיין, משרד הפטנטים בברן, שם חברו מיקלה בסו עדיין עבד והוא ערך את הפטנט של אינשטיין וזילארד (מכתב של מקלה בסו לאינשטיין, 1 למאי, 1930).

הפטנט

בינתיים זילארד שעבד במעבדות חברת AEG חיפש אחר יישום פראקטי לרעיון משאבת המקרר. זה לא היה פשוט. לא רק שהמתכות האלקליות היו צריכות להישמר במצב נוזלי תמידי באמצעות טמפרטורות גבוהות. הן היו גם מאוד ריאקטיביות וגורמות לקורוזיה. ולכן היה קשה לטפל בהן. למרות שנבנו אב טיפוסים מהמקררים כפי שליאו זילארד דיווח לאינשטיין בברלין ב-27 לספטמבר, 1930, הדגם לא הוביל למוצר מסחרי. הבניה ההנדסית הייתה יותר מידי דרשנית והשוק באותו הזמן כאשר היה המיתון הגדול לא היה אוהד. ומעל לכל, מקררים חשמליים קונבנציונאליים הומצאו והם היו שקטים יותר ובטוחים יותר מהדגם של אינשטיין וזילארד. לכן לא היה צורך יותר באלטרנטיבה של אינשטיין-זילארד. אם שני הממציאים קיוו לעשות הון עתק מהמקרר… הם התאכזבו מהר מאוד. נראה שהם קבלו מעט מאוד כסף מחברת AEG (כפי שדווח זילארד לאינשטיין, ב-12 לאוקטובר, 1929).

רק מאוחר הרבה יותר לפתע הופיע ישום למשאבת המקרר של אינשטין וזילארד – לא במקררים אלא בכורים גרעיניים. עלפי ההצעה של זילארד, המשאבה האלקטרומגנטית פותחה בתקציב גבוה למדי אחרי מלחמת העולם השנייה לשימוש בכורים שמקוררים בצורה מתכתית ובכורים ממיסי נתרן, ושוב ללא הצלחה יתרה.

והנה עתה המשאבה של אינשטיין-זילארד שוב זוכה לעדנה. האם הפעם תהיה לה הצלחה?

Oxford scientist to create a green, no-electricity refrigerator based on an aged Einstein patent

האיור מצוי בפטנט שאושר ב-1930 בארה”ב

ועתה מכריזים העיתונים המדעיים של היום שהמצאה זו מלפני שבעים שנה של אלברט אינשטיין וליאו זילארד נבנתה מחדש בסוף ספטמבר על ידי מדענים מאוקספורד, שמנסים לפתח מקרר שהוא ידידותי לסביבה ומונע ללא חשמל.

מקררים מודרניים מאוד מזיקים לסביבה. הם פועלים על ידי זה שהם דוחסים וגורמים להתפשטות של גזי חממה תוצרת אנושית שקרויים פריאונים. הפריאונים הם הרבה יותר מזיקים מאשר פחמן דו-חמצני והם מיוצרים במספרים הולכים וגוברים. המכירות של מקררים מסביב לעולם עולות מכיוון שהביקוש גובר במדינות מתפתחות.

A Refridgerator That Uses No Electricity And No Greenhouse Gases – How cool would it be to own something patented by Einstein?

מלקולם מקקולוק, מהנדס אלקטרוניקה מאוקספורד שעובד על טכנולוגיות ירוקות, מוביל פרויקט של שלוש שנים שנועד לפתח יישומים יותר יעילים שניתן יהיה להשתמש בהם במקומות ללא חשמל.

הקבוצה של מקקולוק השלימה אב-טיפוס מהסוג של המקרר שאותו המציאו ורשמו עליו פטנט בארה”ב ב-1930 אלברט אינשטיין וליאו זילאד. מקקולוק מסביר שהמקרר של אינשטיין וזילארד (מהפטנט האמריקאי של 1930) חסר כל חלקים נעים והוא משתמש רק בגזים מווסתים כדי לשמר את הקירור. היה שימוש חלקי בתכנון הזה במקררים הביתיים הראשונים, אבל הטכנולוגיה ננטשה כאשר מדחסים יעילים יותר נהפכו לפופולאריים בשנות החמישים. ופירושו של דבר היה מעבר לפריאונים.

הרעיון של אינשטיין וזילארד מהפטנט מ-1930 נמנע מהצורך בשימוש בפריאונים. הוא משתמש באמוניה, בוטאן ומים והוא משתמש ברעיון שנוזלים רותחים בטמפרטורות נמוכות יותר כאשר לחץ האוויר סביבם הוא נמוך יותר. אם למשל עולים אל קצה הר האברסט, המים רותחים שם בטמפרטורה הרבה יותר נמוכה מאשר הם רותחים כאשר אנחנו על פני הים וזה בגלל שלחץ האוויר הוא הרבה יותר נמוך בהר האברסט.

כיצד הרעיון פועל? מצד אחד נמצא המאייד, בקבוקון שמכיל בוטאן. אם מכניסים אדים חדשים מעל לבוטאן, טמפרטורת הרתיחה של הנוזל יורדת ובעוד הוא רותח ומתכלה, הנוזל נוטל אנרגיה מהסביבה כדי לעשות זאת. זה מה שגורם לו להתקרר.

מקררים שמופעלים על גז מווסת שמבוססים על התכנון של אינשטיין וזילארד הוחלפו על ידי התכנון של מקררים דוחסי פריאון. חלק מהסיבה לכך היא בגלל שהתכנון של אינשטיין וזילארד לא היה יעיל במיוחד. אבל מקקולוק חושב שעל ידי התאמת התכנון והחלפת סוגי הגזים שבהם משתמשים בתכנון, יהיה זה אפשרי לרבע את היעילות של המקרר של אינשטיין-זילארד. הוא גם רוצה לשפר את הרעיון בכיוונים נוספים. כניסת האנרגיה היחידה שדרושה למקרר היא לחמם משאבה, ומקקולוק עבד על תפעול המקרר בעזרת אנרגיה סולארית. כלומר, יהיה זה מקרר לאזורים חקלאים ולא רק לאזורים מפותחים ומודרנים.

המקרר של מקקולוק הוא עדין בשלביו המוקדמים. “הוא עדיין מאוד אב-טיפוס. זה בשום אופן לא ממוסחר”, הוא אמר. “תנו לנו עוד חודש ונהפוך אותו לפועל”. חלף כבר חודש. מישהו שמע על המקרר של אינשטיין-זילארד מאוקספורד שהוא מסחרי ופועל?

 

רשימת ה-100 של משרד הפטנטים: חדשות המדע של החודש

NASA בת 50 החודש והניו יורק טיימס נזכר
דגל קטן זה הוטס למשימת הנחיתה הראשונה על הירח והעדות לכך מכילה חתימות מהצוות: ניל ארמסטרונג, באז אלדרין ומייקל קולינס. הוא נמכר במכירה פומבית ב-2003 בעבור 20,000 דולר.

moon image with Moon Tasks title

NEW
NASA University Design Contest
in Exploration Systems


Student Challenge:  Design tools and instrumentation packages for the next generation manned moon rover.

The NASA Exploration Systems Mission Directorate, the Exploration Technology Development Program, and the Advanced Planning and Partnership Office at Langley Research Center encourage college students to get involved with NASA’s return to the Moon by helping to design the tools and instrument pages needed for the next generation manned moon rover.  Student projects will tackle real problems required for a successful manned lunar mission.

תכננו כלים ומכשור לדור החדש של משימת ירח מאוישת.

NASAtelevision

Style: Video

Joined: June 03, 2008

Last Sign In: 5 days ago

Videos Watched: 102

Subscribers: 256

Channel Views: 22,936

Videos produced by NASA TV celebrating the 50th Anniversary of NASA. For more information go to:

http://www.nasa.gov/50th/ho…

סרט ביו טיוב: נאסא חוגגת חמישים שנה:

ASP 2009 Meeting
Science Education and Outreach: Forging a Path to the Future

 

September 12-16, 2009
Westin SFO, Millbrae, California

Save the date for the Astronomical Society of the Pacific’s 120th Anniversary celebration! The 2009 ASP conference will be held in the San Francisco Bay Area at the Westin San Francisco Airport Hotel, 1 Old Bayshore Highway in Millbrae, California. The meeting will begin with hands-on workshops for formal and informal astronomy and science educators on Saturday, September 12 and Sunday, September 13. The annual members’ meeting will be held on the evening of Sunday, September 13 prior to the opening reception. The meeting proper will begin Monday, September 14, with the annual awards banquet held on Tuesday evening, September 15. The conference will conclude the early evening of Wednesday, September 16.

The Astronomical Society of the Pacific
בשנת 1609 גלילאו לראשונה כיוון את הטלסקופ שלו לשמיים וגרם למהפכה בהבנתנו את מקומנו בשמים וביקום. לכבוד 400 שנה לטלסקופ האסטרונומי, יהיה סימפוזיון בן שלושה ימים שיסיע למחנכים, מדענים וכל מי שעובד באסטרונומיה ובמדע החלל להתכונן לשנה הבינלאומית 2009 של האסטרונומיה. הכנס הבינלאומי של שנת 2009 יתקיים באזור סן פרנסיסקו ויתחיל ב-12 לספטמבר, 2009.
50 תמונות לכבוד 50 שנה ל-NASA החודש!
ומה עוד החודש? פורסם מחקר חדש המאשר סכנות בנגני מוזיקה ניידים MP3 

מחקר אירופאי חדש קובע שלהקשיב לנגני מוזיקה אישיים דוגמת ה-איפוד בעוצמת שמע גבוהה למשך זמן רב יכול לגרום לנזק בלתי הפיך לשמיעה.

 

המחקר שבוצע על ידי הקהילה המדעית האירופאית להופעת סיכוני בריאות מזוהים חדשים 

 EU Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR

מצא שעד לעשרה אחוזים מהשומעים מסכנים עצמם בנזק קבוע לשמיעה שלהם אם הם מקשביים לנגן מוזיקה אישי במשך יותר משעה ביום על פני שבועות רצופים בעוצמת שמע גבוהה. סטנדרט בטיחות אירופאי כרגע מגביל את רמת הרעש של נגני מוזיקה אישיים ל-100 דציבלים, אבל יש עתה חשש שמידות חדשות עשויות להיכנס, כך שיגבילו את רמות עוצמת השמע לאור המחקר החדש. המחקר החדש מצביע על כך שמשתמשים בנגנים אישיים שמקשיבים למוזיקה במשך יותר מחמש שעות בשבוע בעוצמת שמע חזקה (שעולה על 89 דציבלים) יעברו את הרמות הנוכחיות של רעש המותרות במקומות עבודה. אם מקשיבים במשך זמן רב על פני חמש שנים ניתן להסתכן באיבוד שמיעה תמידי, כך אומרים החוקרים במחקר.

מחקרים אחרים גם כן חשפו עדויות ששמיעת מוזיקה ברמות מוגברות באמצעות נגנים ניידים יכולה לגרום לפגיעה זמנית או הפיכה בשמיעה כמו רשרושם או חירשות קלה. החשש הוא שצעירים בלא יודעין הורסים לעצמם את השמיעה בצורה בלתי הפיכה.

הממצאים המדעיים מורים על סכנה ברורה ויש לפעול מיידת. וחשוב יותר יש לעורר את המודעות של הצרכן – ובייחוד של הצעירים – כך שיהיו מודעים למידע זה. עליהם להיות מודעים למידע מדעי זה. האיחוד האירופאי אמר שהוא נוטה לארגן כנס בתחילת השנה כדי שיעסוק בהצגת מידות חדשות שיגנו על האזרחים.

בתחילת השנה אודיולוגים הזהירו שאחד מכל שש אנשים באירלנד כבר סובל מקשיי שמיעה בגלל נגני שמע ניידים, וחוששים שהדבר גורם לאיבוד שמיעה. הצעירים לא מודעים לעובדה שרעש חזק יכול לגרום לנזק בלתי הפיך. איבוד שמיעה כתוצאה מרעש הוא מצטבר. זה קורה בהדרגה על פני הזמן, ולכן אדם צעיר לא ידע מתי הנזק מתרחש.

חשוב לשמור על עוצמת שמע נמוכה יחסית כך שהצעירים עדיין ישמעו את המוזיקה מבחוץ לאוזניות הנגן כאשר הם שומעים את המוזיקה, וזו האינדיקציה לכך שעוצמת המוזיקה היא כבר גבוהה.

ומהאדם הראשון שצעד לפני כמעט 50 שנה על הירח… אל הצועדים הראשונים לפני…  570 מיליון שנה על כדור הארץ
נתגלו העקבות הכי קדומות על כדור הארץ

מדענים מאמינים שהם חשפו את העקבות הקדומות ביותר על כדור הארץ בהרי נבדה – מאובן שמראה נקודות עליו נראה שמציע שחיות שהלכו בסביבה, 30 מיליון שנה מוקדם יותר מכפי שחשבו קודם לכן – לפי מחקר חדש הותירו עקבות במאובנים

 שרלוק הולמס היכן אתה כדי לאמת האם אכן מדובר בעקבות הקדומות ביותר

 

ממתי העקבות האלה?

נראה שהעקבות מתוארכות מלפני 570 מיליון שנה, לפי החוקר לורן בבוק. ומה ניתן ללמוד מהגילוי על שלבי האבולוציה? הגילוי הוא העדות החזקה ביותר לכך שבמהרה הופיעו חיות שהיו מסוגלות לנוע בכוחות עצמן באותה תקופה, והן החליפו חיות רב-תאיות פשוטות. אם מוצאים עדות מאותה תקופה לחיות בעלות רגליים – חיה שמתהלכת – או אז זה מותיר את האפשרות שהיו קיימות חיות מסובכות יותר בתקופות קדומות יותר בשלבי האבולוציה. וכיצד מתארכים את הצעדים והעקבות? עושים זאת על ידי זה שמשווים את המאובן והשכבות למאובנים מתקופה זהה שכבר תוארכו – לפי מאפיינים זהים. אין כל שיטה לפיה ניתן לקבל גיל נומרי מתוארך. ישנם בכל זאת סקפטיים שלא מוכנים לקבל שהנקודות על המאובן מעידות אכן על עקבות של חיות קדומות.  

למה לצעוד כאשר בעוד 3 שנים נוכל לנסוע במהירות וללא דלק
רנו הכריזה על בנית מכונית חשמלית בתערוכת המכוניות בפריס

בתערוכת המכוניות בפריס בתחילת אוקטובר, סגן הנשיא של חברת רנו הודיע שחברת המכוניות הצרפתית בנתה גרסה לגמרי חשמלית של Fluence – סדן בינונית – ותמכור 40,000 מכוניות בשנת 2011. אבל, הוא אמר, “נכפיל את כמות היצור בשנה שאחר כך”. היקף מכירות כזה יגרום לחברת רנו להיות יצרנית המכוניות החשמליות הגדולה ביותר – כאשר היא עוברת בהרבה את מספרי התוצרת שמוצעים על ידי חברת “ג’נרל מוטורס”, למשל, עד שנת 2010. ג’נרל מוטורס מציעה ליצר 10,000 מכוניות חשמליות לשנה כהתחלה.

האופטימיות בנוגע למכוניות חשמליות הופיעה בעקבות הירידה במחירי הבטריות הכימיות המתקדמות וההתקדמות בתחום. האתגר תמיד היה הבטרייה – בטריות כימיות מליתיום אנרגטי צפוף קומפקטי עבור יישומים להנעת מכוניות הן יקרות ויכולות להיות מסוכנות. רק לאחרונה התגברו על הבעיות הטכניות ופיתחו שיטה ליצירת בטריות ליתיום למכוניות. עד לפני שנתיים איש לא העלה בדעתו שניתן בכלל ליצר רכב חשמלי. ואילו היום כולם אומרים שהם עומדים ליצר רכב חשמלי.

בתערוכה בפריס, חברת “סמרט” – יצרנית המכוניות הקטנות הדו-מושביות – הכריזה גם היא על תוכניתה לבנות רכבים חשמליים לגמרי לשוק האירופאי עד סוף העשור. אבל היא לא אמרה מהם תוכניותיה לשוק האמריקאי. להלן בתמונה:

  electric Smart car

Remy de la Mauviniere/ Associated Press

בתמונה: תערוכת המכוניות בפריס. “סמרט” חשמלי בתצוגת מכוניות לגמרי חשמליות לבניה לאירופה עד סוף העשור

ואם כבר מדברים על חידושים, מכוניות מימן – כלומר חוקרים אומרים שדור חדש של מיכלי דלק מימן שאוגרים גז בתוך מוצקים או נוזלים יכולים לייצג פריצת דרך בעבור רכבים שמונעים על מימן. קראו בקישור “מכוניות מימן”.

 

ומכונית סינית מונעת באנרגיה סולארית מצליחה להגיע למהירות של 150 קמ”ש כתוצאה מטעינה של 30 שעות:

Chinese-made solar-powered car gets 150 kilometers on a 30-hour charge

מכונית זו שהיא מונעת על ידי אנרגיה סולארית שנבנתה על ידי קבוצת:

 Zhejiang 001 

המכונית מרשימה למדי, גם בשל מחירה – רק 5560 דולרים – וגם בגלל יעילותה. יעילותה היא תוצאה של לוחות סולאריים משולבים, שקולטים 95 אחוז מהאנרגיה הסולארית הנכנסת והם ממירים אותה לחשמל ביעילות של בין 14 ל-17 אחוז. שזה למעשה מרשים למדי בכל שנוגע ללוחות סולאריים. לפי החברה, זה צריך לאפשר לנהג המכונית לנסוע במכונית בערך 150 קילומטרים בעבור 30 שעות טעינה. למרות שנוכל לנסוע רק חמישה קילומטרים אם נטעין את המכונית במשך שעה אחת. אין כל דיבורים על השקת המכונית מחוץ לסין. אבל החברה כבר יצרה עשרה מכוניות מן הסוג הזה למכירה בתוך סין, ועוד מכוניות מן הסוג הזה כבר בדרך ליצור. 

 

NASA  בת 50 ויש לה מתחרים… Space X של אלון מאסק

כל בוקר, אלון מאסק נאבק עם עצמו ועם הכבידה. מולטי-מיליונר שעשה את הונו כאחד מהמייסדים של PayPal, אדון מאסק בזבז שש שנים ו-100 מיליון דולר מכספו בתכנון רקטות לחברה שלו,   Space Exploration Technologies Corp.SpaceX היו כישלונות רבים בניסיונות השיגור שלו.

 

Internet millionaire takes aim at Mars

PayPal cofounder Elon Musk’s latest enterprise just launched the first privately built liquid-fueled rocket into orbit around the Earth.

הוא מתכנן את:

Falcon 1 


Merlin Engine

The main engine, called Merlin 1C, was developed internally at SpaceX

הרקטה בעלת הדלק הנוזלי המפותחת באופן פרטי הראשונה שתקיף את כדור הארץ. החברה של מאסק הולכת לגרום למהפכה בתחבורת החלל. מאסק רוצה לגרום לשיגורים להיות יותר זולים. האמביציה שלו היא לשגר אסטרונאוטים בקפסולת הרקטה של החברה שלו. 

ככה הוא שואף לספק אלטרנטיבה למעבורת החלל של .NASA

אבל המטרה הסופית של מאסק היא מאדים. הוא מאמין שיש לישב את מאדים כדי לשרוד. לאחר שמכר את PayPal ל-eBay בעסקת מניות של 1.5 מיליארד דולר ב-2002, הוא לראשונה עלה על המבצע של דרבון ההתעניינות בקהל בנושא מאדים. מאסק חושב לגדל צמחיה מיוחדת על המאדים האדום. אבל מהר מאוד הוא גילה שהעסק יקר מאוד… מאסק ניתקל גם בהתחלה בקושי לשכור לחברתו מדעני רקטה מהשורה הראשונה. אבל היום הוא בנה את Falcon 9. מאסק טוען שבנה רקטה שמשתמשת בתשע מנועים.

החברה שלו בונה הכל כי היא לא תלויה בחוזים והיא כמו סטארט-אפ ולא מונוליט אירו-חלל ששומר על המחירים נמוכים, וכך מאסק כבר מנסה להתחרות במכרזים מול NASA   

Falcon 9 Engine Close Up

שבירת סימטריה ספונטנית – פרס נובל לפיזיקה 2008

האם שבירת סימטריה גרמה ליקום שלנו לשרוד?

פיזיקת החלקיקים התת-אטומיים זוכה לעדנה: היא בקדמת הבמה מאז ההתרגשות סביב מאיץ ההדרונים בג’נבה והתקוות שיחשוף את רזי היקום וחידושים בתורת החלקיקים; וגם הצפייה לדעת מה קרה בשברירי השניות הראשונות אחרי המפץ הגדול. והנה עתה גם פרס נובל השנה מוענק לפיזיקאים בתחום פיזיקת החלקיקים התת-אטומיים. 

 

It is this broken symmetry that seems to have caused our cosmos to survive

חדשות משטוקהולם, שוודיה – שני אזרחים יפנים ואמריקאי יליד יפן זכו בפרס נובל לשנת 2008 בפיזיקה על תגליותיהם בעולם החלקיקים התת-אטומיים, כך הודיעה האקדמיה המלכותית השוודית למדעים ביום שלישי שעבר.

הפרס מוענק על שבירת סימטריה ספונטנית. העולם שסביבנו שנראה כאילו נוצר במתוכנן, עולם סימטרי, הרמוני ומתוכנן ברמה המאקרוסקופית, והנה יתכן שהוא נוצר על ידי מנגננון של שבירת סימטריה ברמה התת-אטומית. אם נשוב לאחור למצב בו היקום היה במפץ הגדול מלפני 14 מיליארד שנה, בו היו כמויות שוות של חומר ואנטי חומר. על החומר והאנטי חומר היה להשמיד זה את זה. אולם זה לא קרה במציאות, והייתה סטייה זעירה של חלקיק אחד של חומר על כל 10 מיליארד חלקיקי אנטי-חומר. שבירת סימטריה כזו ברמה התת-אטומית נראה שגרמה ליקום שלנו לשרוד. כיצד זה התרחש? נחכה לאביב 2009 למאיץ ההדרונים בג’נבה לאחר שיתקנו אותו והוא יחזור לפעול. אולי המאיץ יוכל לקרב אותנו במשהו לתשובות על מספר שאלות מעניינות.

להלן הודעת הפרס:

“כבר בתחילת 1960 יוצ’ירו נמבו ניסח את התיאור המתמטי שלו לשבירת סימטריה ספונטנית בפיזיקת החלקיקים האלמנטרים. שבירת סימטריה ספונטנית מסתירה טבע מסודר תחת פני שטח שהם לכאורה מבולבלים. היא הוכחה כיעילה ביותר, והתיאוריות של נמבו מחלחלות מבעד למודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים. המודל מאחד את אבני הבניין הקטנים ביותר של החומר ושלושה מארבעת הכוחות של הטבע בתיאוריה יחידה אחת. שבירות הסימטריה הספונטניות, שאותן חקר נמבו, הן שונות משבירות הסימטריה שמתוארות על ידי מקוטו קוביאשי וטושיהידה מסקווה. הופעות ספונטניות אלה נראה שהיו קיימות בטבע מאז תחילת היקום ובאו בהפתעה גמורה כאשר הן לראשונה הופיעו בניסויי חלקיקים ב-1964. זה רק בשנים האחרונות שמדענים הצליחו לגמרי לאשר את ההסברים של קוביאשי ומסקווה שבוצעו ב-1972. זה עבור עבודה זו שהם זוכים עתה בפרס נובל בפיזיקה. הם הסבירו שבירת סימטריה במסגרת המודל הסטנדרטי, אבל דרשו שהמודל יורחב לשלוש משפחות של קוורקים. קוורקים חדשים היפותטים אלה שנובאו, לאחרונה הופיעו בניסויים פיזיקאליים. לאחרונה ב-2001, שני גלאיי חלקיקים באבר בסטנפורד, ארה”ב ובל בטסוקובה, יפן, שניהם הבחינו בשבירות סימטריה באופן בלתי תלוי זה בזה. התוצאות היו בדיוק כפי שקוביאשי ומסקווה ניבאו כמעט שלושה עשורים קודם לכן.

שבירת סימטריה שעד כה לא הוסברה מאותו הסוג מונחת במוצא עצמו של היקום במפץ הגדול מלפני 14 מיליארד שנה. אם כמויות שוות של חומר ואנטי חומר נוצרו, עליהם היה להשמיד את עצמם. אולם זה לא קרה, הייתה סטייה זעירה של חלקיק אחד נוסף של חומר עבור כל 10 מיליארד חלקיקי אנטי-חומר. זוהי שבירת סימטריה זו שנראה שגרמה ליקום שלנו לשרוד. השאלה בנוגע לכיצד זה התרחש עדיין נותרת ללא מענה. אולי מאיץ החלקיקים החדש LHC [מאיץ ההדרונים] בסרן אשר בג’נבה יחשוף את המסתורין שממשיך להפליא אותנו”. 

מעט רקע על הזוכים. 

האמריקאי יוצ’ירו נמבו Yoichiro Nambu בן 87 מאוניברסיטת שיקגו זכה במחצית הפרס על תגליתו הבאה: המכניזם שקרוי שבירת סימטריה ספונטנית spontaneous broken symmetry – בפיזיקת החלקיקים התת-אטומיים.

 

נמבו

מקוטו קוביאשי בן 64 Makoto Kobayashi שעובד בארגון מחקר המאיץ לאנרגיות גבוהות או KEK בטסוקובה ביפן, וטושיהידה מסקווה בן 68 Toshihide Maskawa מיפן גם כן, שעובד במכון לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת קיוטו ביפן: אותה אוניברסיטה שבה אינשטיין נתן את ההרצאה המפורסמת שלו “כיצד יצרתי את תורת היחסות” ב-14 לדצמבר, 1922 וסיפר כיצד הגיע לתורת היחסות: 

אינשטיין ביפן 1922

קוביאשי ומסקווה חולקים את מחצית הפרס השניה על תגליתם הבאה: המקור לשבירת הסימטריה, שמנבאת את הקיום של לפחות שלוש משפחות של קוורקים בטבע. 

 

שלושת זוכי הנובל

 

לתיאוריות של נמבו יש חשיבות רבה לגבי המודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים. נמבו, יליד יפן, עבר להתגורר בארה”ב ב-1952 והוא פרופסור באוניברסיטת שיקגו מזה 40 שנה. בתחילת שנות הששים, הוא ניסח את תיאורו המתמטי לתיאוריה שלו. השניים האחרים קוביאשי ומסקווה הסבירו שבירת סימטריה במסגרת המודל הסטנדרטי ודרשו שהמודל יורחב לשלוש משפחות של קוורקים. רק לאחרונה ב-2001 קוורקים היפותטיים אלה שנובאו בתיאוריה כאמור הופיעו בניסויים. שני גלאי החלקיקים בסטנפורד וביפן- שניהם איבחנו שבירת סימטריות באופן בלתי תלוי זה בזה. התוצאות היו בדיוק כפי שקוביאשי ומסקווה ניבאו כמעט שלוש עשורים קודם לכן. שלושת הזוכים יחלקו את סכום הפרס בשווי מיליון קרונר – כלומר, 1.4 מיליון דולר – והזמנה לחגיגות הפרס בשטוקהולם שיערכו בעשירי לדצמבר.

 

טלפורטציה לאטומים לפי המודל של מסע בין כוכבים

טלפורטציה בפיזיקה נוסח מסע בין כוכבים

לכבוד פסטיבל המדע בדיוני אייקון “מהפכות” שיערך מה-14 לאוקטובר בסוכות, מובאת רשימה על טענה למימוש פיזיקאלי של רעיון הטלפורטציה –  האם מדובר כאן במהפכה אמיתית?

רעיון הטלפורטציה, כפי שהוא מופיע בסדרת המדע בדיוני “מסע בין כוכבים“, עתה ממומש פיזיקאלית עבור אטומים.

כרגיל, ללא אלברט אינשטיין שלנו… וגם בוז לא ניתן היה לממש את הרעיון…

אינשטיין ובוז

הכל התחיל עוד ב-2002:

Australian teleport breakthrough
Lab, ANU

האם המחקר יוביל לתקשורת טובה יותר? כך שאלו ב-2002


It is a long way from Star Trek, but teleportation – the disembodiment of an object in one location and its reconstruction in another – has been successfully carried out in a physics lab in Australia. Scientists at the Australian National University (ANU) made a beam of light disappear in one place and reappear in another a short distance away. The achievement confirms that in theory teleportation is possible, at least for sub-atomic particles; whether it can be done for larger systems, such as atoms, remains to be seen.

 

Q&A: Teleportation

 

Star Trek's Spock 

Australia National University scientists have been able to teleport the light from a laser from one part of a laboratory to another. BBC News Online Science Editor, Dr David Whitehouse, answers some basic questions about teleportation.

Moving beams of light around sounds like a clever trick, is it relevant to me?

No beaming up like Spock and co just yet
 
ב-2004 המשיכו לעבוד באוניברסיטה הלאומית האוסטרלית על טלפורטציה נוסח מסע בין כוכבים. החוקרים הצליחו להעביר בטלפורטציה קרן אור מחלק אחד של המעבדה לאחר. ואז באותה תקופה התחילו לחשוב בעתיד על טלפורטציה של אטום בודד, מולקולה, אולי כמה עשרות אטומים… או טלפורטציה של וירוס. זה יהיה הישג מדעי מרשים. האם זה יהיה טרנספורטר חומרי יעיל? כיצד אם כן טרנספורטר כזה יפעל בחיים? והאם אי פעם נוכל להשתמש בטרנספורטר כדי לשגר בני אדם? מסובך קצת כי כדי לשגר בן אדם שלם יש לדעת את המיקום המדויק והתנועה של כל אטום ואטום באדם המשוגר. זה בערך כמה?… מאה אלף מיליון מיליון מיליון… אטומים. טוב, גוגל אטומים. ולכן כדי לשלוח את המידע לאורך מערכות המידע הכי מהירות שיכולות להיות יקח לנו מאה מיליון… מיליון פעם – הרבה יותר זמן מהגיל של היקום שלנו (שהוא בערך 15 אלף מיליון שנה). נניח היפותטית שזה יהיה אפשרי ללא טעויות. או אז ישנה השאלה המשפטית והאתית בנוגע להאם מותר בכלל להרוס אדם לפרודותיו וגורמיו כדי רק להכניסו לטרנספורטר ולבצע לו טלפורטציה למקום אחר בעולמנו או יקומנו ואז לבנותו מחדש – שכן הדבר עלול להחשב לרצח או צורות אחרות של הרג. או לחילופין תתכן השאלה לגבי האדם שעבר טלפורטציה ויצא בטרנספורטר בכיוון השני, האם הוא-הוא אכן אותו האדם המקורי שנכנס אליו? זוהי גם סוגיה פילוסופית-אתית שיש לתת עליה את הדעת.
קראו עתה אודות המהלך של האוסטרלים מ-2007 וראו שלגבי אטומים השאלה הזו של מקוריות האטומים “הנכנסים והיוצאים” יכולה לעלות.
ב-2007 המדענים האוסטרלים גילו שיטה שיכולה לגרום לאטומים לעבור טלפורטציה בין סידני לעיר בשם פרט; ובכך לטענתם הם החלו לסלול את הדרך בעתיד למסע דמוי הסדרה “מסע בין כוכבים”.

הטרנספורטר – לאן הוא יוביל אותנו?

עד כה הצליחו מדענים להגיע לטלפורטציה אבל הפיתוח היה רחוק מהטרנספורטרים שבהם השתמשו ז’אן לוק פיקרד וקפטן קירק במסע בין כוכבים:

Michio Kaku on Teleportation – סרט

מה אתם אומרים, האם יש משהו בגילוי?

אומרים לנו המדענים האוסטרלים:

We propose a scheme which allows an atom laser beam to disappear at one location and reappear at another”.

השיטה של 2007 קשורה בקירור קבוצה של אטומים ואז יורים לייזרים על האטומים, וזה גורם לאטומים “להופיע כנעלמים” בטרם מעבירים אותם לאורך סיבים אופטיים במהירות האור למיקום אחר שם הם יכולים להיות משוחזרים. הדרך ה”פשוטה” של העברת אטומים פותחה על ידי הפיזיקאים מורי אולסן, אשטון ברדלי וסימון הינה – כולם מהמרכז למועצה למחקר לאופטיקה אטומית קוונטית וגם ג’וזף הופ מ-ANU (Australian National University). השיטה היא מאוד דומה לשיטה שמתוארת בסדרת המדע בדיוני “מסע בין כוכבים” – בה משתמשים הדמויות בטלפורטציה כאמצעי תנועה אל ומהחללית USS אנטרפריז:

עוד מעט נעלם…

USS Enterprise, (NCC-1701

NASA intended to name its first orbiter “Constitution,” but after a letter-writing campaign, the agency renamed it “Enterprise” after the fictional spaceship. This lunch box commemorates NASA’s version, not Captain Kirk’s.

Teleport

Dr Murray Olsen (front) and Dr Simon Haine said their method of teleporting could be used in labs within four years. Pic: Chris Stacey/The University of Queensland
  • Australian boffins find way to teleport atoms
  • Researcher compares it to Star Trek beaming
  • Method involves lasers, extremely cold temperatures
  •  
    האטומים מקוררים לכמעט טמפרטורת האפס המוחלט, או לטמפרטורה של מינוס מאתיים שבעם ושלוש מעלות צלסיוס. במיליארדית המעלה מעל לטמפרטורה זו, כל האטומים מתחילים להתנהג אותו הדבר. ואז המדענים הולמים בהם בשני לייזרים. אם מקררים את האטומים מספיק בעיבוי, הם כולם יכנסו לאותו מצב קוונטי. כאשר כמה אלפי אטומים חופפים ומכים בהם בעזרת הלייזר הם בעקרון “נעלמים”, מסביר אולסן. ניתן אז להשתמש בסיב אופטי כדי להעביר את הסיגנל במהירות האור לעיבוי שני במיקום אחר (חדר או בנין שני או מדינה שנייה). כך, מסביר אולסן, מגיעים לדבר הקר ביותר ולדבר המהיר ביותר. מה זאת אומרת? ביתר פירוט. כיצד המהלך עובד מבינה פיזיקאלית?

    ההבדל בין המהלך של האוסטרלים לבין מה שמכונה “טלפורטציה קוונטית” הוא שהמהלך של האוסטרלים לא דורש שהשולח והמקבל יחלקו מצבים מאורסים או מסובכים .(entangled states) כי אין הליך מדידה שמעורב בשליחת המידע. במהלך של האוסטרלים השולח והמקבל זקוקים למאגר של אטומים מאוד קרים במצב שקרוי עיבוי בוז-אינשטיין Bose-Einstein condensate (BEC)

    עיבוי בוז-איינשטיין

    זהו מצב של החומר שמופיע כאשר האטומים מתנהגים בטמפרטורה מאוד קרה – בערך 100 מיליארדית מעלות מעל האפס המוחלט, עקב התופעה שידועה כהגברה או Bose-Enhancement כל האטומים שואפים לפעול באותה הדרך. זה גורם להם לפעול כמו גל חומרי אחד מקרוסקופי, במקום כאוסף של אטומים אינדיבידואלים. עד כאן הסבר כללי.

    מה הרעיון שעומד מאחורי הטלפורטציה של הפיזיקאים האוסטרלים?

    1)   אם שולחים פולס של אטומים (נכנהו “הפולס האטומי המקורי“) לעבר עיבוי לכוד, (BEC,( אטומים שהם מאוד קרים במצב של עיבוי בוז-אינשטיין,

    2)    ומאירים אותם בקרן לייזר בקרה, זה מעורר את האטומים שבפולס לפעול באותה הדרך כמו האטומים שכבר לכודים ב-BEC.

    3)    הליך זה גורם לפליטת פוטון.

    4)    מכיוון שלכל האטומים אשר ב-BEC יש תנע מוגדר היטב, הפוטונים הנפלטים יעקבו אחר אותו הכיוון ויצרו קרן סיגנל. ניתן לסדר את המיקום והתנע של כל אטום (מידע קוונטי) ולקודד אותם על גבי קרן הסיגנל, תוך שמכוונים בזהירות את העוצמה ואת אורך הגל של קרן הבקרה.

    5)    קרן הסיגנל אז נשלחת ל-BEC  שני,

    6)    שגם אותו מאירים בעזרת קרן לייזר בקרה.

    7)    האטומים הלכודים ב-BEC  בולעים את הפוטון מקרן הסיגנל, וכתוצאה מאולצים לפלוט את הפוטון לקרן הבקרה.

    8)    עקב התנע של שחרור הפוטונים, האטומים נזרקים החוצה מה-BEC. אטומים אלה מכילים את המידע הקוונטי של הפולס האטומי המקורי שהועבר לפולס החדש, כאשר אפקטיבית הוא מבצע טלפורטציה לפולס האטומים המקורי.  

    לאט, לאט… עדיין לא נראה אנשים עוברים טלפורטציה בעזרת השיטה הזו. מדובר באטומים שניתן בעזרת השיטה הזו לשחזרם טוב יותר משיטות אחרות ברגע שמעבירים אותם ביחס לתיאורית ה-   .entanglement

     

     

     

     

    אתמול הודגמה בוינה הצפנה קוואנטית שהיא אינהרנטית בלתי ניתנת לפיצוח

     

    הקשיבו, הקשיבו! כעת מתבצעת ההדגמה החיה הראשונה של רשת ה-  quantum key distribution  (QKD) העובדת! ההדגמה מתרחשת בכנס בוינה בין ה-8 ל-10 לאוקטובר 2008. אויש… היום ההדגמה הסתיימה ופספסתם! ההדגמה בוצעה במסגרת הכנס הבינלאומי: SECOQC. בשביל הדמו חברת סימנס אוסטריה התקינה שבעה חיבורי QKD שונים מבחינה טכנולוגית, כדי ליצור את רשת הבסיס או רשת השלד הקוונטית לרשת ה-  SECOQC שבעה חיבורי מפתח קוונטיים שולבו בתוך רשת תקשורת מטרופוליטן סטנדרטית מסיבים אופטיים שמותקנת בוינה ומחברת כמה מאתריה. הרשת פעלה בבדיקה כבר מספר שבועות עתה, לפי וולפגנג ריכטר מסימנס.

    כאשר הם מחוברים מבחינה פיזיקאלית לחמישה אתרי חברה של סימנס אוסטריה בוינה והבירה הסמוכה של אוסטריה התחתונה, St. Poelten. רשת הבסיס הקוונטית הזו פרוסה על פני אזור רשת צלילים טיפוסי של מטרופולין של טלפוניית טלקום.


     
    QKD Network Demonstration and conference

    ‘Unbreakable’ encryption unveiled



    אתר רשמי

    הכנס וסימולציות

    האירוע בוינה הוא נקודת השיא של הפרויקט האירופאי

     SECOQC

    Secure Communication based on Quantum Cryptography

    שהביא את טכנולוגית:

     QKD  Quantum key distribution

    לקדמת התודעה. השותפים למיזם – שעתה מגדירים סטנדרט אירופאי טכני כוללים את:

     Siemens, Toshiba, Hewlett Packard, ID Quantique, Thales, Qinetiq

    וגם מדענים מובילים שעוסקים בתורת הקוואנטים.

    Encryption systems that rely on  “spooky” properties  

     

    עם ההדגמה של ,QKD הסודיות המוחלטת צעדה צעד אחד קדימה כאשר הושקה בכנס בוינה רשת המחשבים הראשונה בעולם שהיא מוגנת על ידי הצפנה קוונטית בלתי ניתנת לפיצוח. הרשת מחברת בין חמישה מיקומים על פני וינה והעיר הסמוכה סנט פואלטן, תוך שימוש בכבלים שעשויים מסיבים אופטיים מסחריים סטנדרטיים באורך של 200 קילומטר.

     

    QKD


    Apparatus used for quantum cryptography

    קריפטוגרפיה קוונטית היא שונה לחלוטין ממהלכי אבטחת המידע שבהם משתמשים ברשתות מחשבים כיום. אלה האחרונות מבוססות בדרך כלל על מהלכים מתמטים מסובכים, כך שלאנשים מבחוץ מאוד קשה לפצחם.

    Quantum cryptography is inherently unbreakable

    אבל אין זה בלתי אפשרי לעשות זאת בהינתן משאבי או זמן מחשוב מספיקים. זאת ועוד, שמערכות קוונטיות משתמשות בחוקי תורת הקוונטים, שמראים שמערכות אלה הן אינהרנטית בלתי ניתנות לפיצוח.

    הרעיון הבסיסי שעומד מאחורי הקריפטוגרפיה הקוונטית כבר ידוע מזה 25 שנה ונתגלה על ידי צ’רלס בנט מ-IBM ועל ידי גילס ברסארד מאוניברסיטת מונטריאול, שהיה נוכח גם הוא בכנס בוינה כדי לבחון את הרשת הקוונטית בפעולה.

    מהלכי האבטחה הקוונטיים מבוססים על עקרון אי הוודאות של הייזנברג, על העובדה שלא ניתן למדוד מידע קוונטי מבלי לגרום לו להפרעה. וזו הרי הגבלה של הטבע שלא ניתן בשום אופן לעקוף אותה. זו הסיבה מדוע ניתן שיהיה ערוץ תקשורת בן שני משתמשים שעל גבי ערוץ זה יהיה זה בלתי אפשרי לצותת מבלי ליצור הפרעה. מצותת יצור מעין טביעות אצבע על הערוץ ברגע הופעתו המיידית, כלומר יגרום כך להפרעה מיידית שתגלה את נוכחותו. זה היה רעיון המפתח שעמד מאחורי בנית הרשת המאובטחת בצורה קוונטית – ה-QKD.

    New Quantum Key System Combines Speed, Distance – 2007

    Quantum Cryptography with Finit Resoures: Unconditional Security…

    למעשה פירושו של דבר, שיש להשתמש בעצמים הקוונטים היסודיים ביותר: פוטונים, כלומר יחידות האור. וזה אומר שקרני אור חלושות ביותר, שוות-ערך לפוטון בודד, נורו מיליון פעם לשנייה והתרוצצו בן צמתי הרשת של וינה. כל צומת מוקמה במשרד סימנס שונה – כאשר חברת סימנס סיפקה את קשרי הסיבים האופטיים – והמשרד סיפק גם מדף אלקטרוניקה קטן, שהיה מאובזר בתוך קופסא בערך בגודל של מחשב אישי, ומעט גלאי אור רגישים.

    אינשטיין כתב לחברו הפיזיקאי מקס בורן ב-3 למרץ 1947:

     פעולה למרחוק של רוחות  .”ohne spukhafte Fernwirkungen”

    וקודם לכן אינשטיין כתב לבורן ב-4 לדצמבר 1926: “התיאוריה [של הקוונטים] אומרת הרבה, אבל לא באמת מקרבת אותנו קרוב יותר לסוד של ‘ההוא הקדום’. אני בכל אופן, משוכנע שאלוהים אינו משחק בקוביה”.

    אלוהים משחק בקוביות?

    והנה בוינה – בעזרת הפוטונים של אינשטיין עצמו – מדגימים פעולה למרחוק של רוחות רפאים ונראה שאלוהים אולי משחק במידת מה בקוביות?…

    נשוב להדגמה של הכנס בוינה. הבעיה היא להבטיח שגם השולח וגם המקבל של המסר המוצפן יקבלו את אותה השרשרת הארוכה של הספרות האקראיות (מה שקרוי “מפתח”), שמשמשת כדי להצפין ולפענח של המסר – ושאף אחד אחר מלבדם לא יתחלק עמם במידע זה. לגבי ה-QKD, ניתן לזקק את המפתח הנומרי הסודי הזה לגמרי מהפוטונים שנתגלו – אותו מפתח שכאמור מקודד את הנתונים של המשתמש בדיוק כמו המפתחות שבהם משתמשים ברשתות מחשבים רגילות. היתרון ברשת ה-QKD הוא שאף אחד אחר לא יכול לדעת את המפתח בלי לחשוף את עצמו. בהדגמה של הרשת הקוונטית בוינה, פורץ ניסה להקשיב לתחלופת הקוונטית, ואז הפוטונים נהפכו למעורבבים, והעלייה בקצב הטעויות בגלאים בצמתים אותתה על ההתקפה. המערכת האוטומטית נכבתה ללא פשרות.

    ויותר חשוב מכך, ההדגמה גם הראתה שהרשת יכולה לתקן את עצמה: אם חיבור קוונטי אחד ניתק, החיבורים יכולים לנתב עצמם מחדש באמצעות צמתים אחרים, בדיוק כפי שזה מתרחש בשיחות טלפון, כאשר הן מנותבות בצורה אוטומטית באמצעות רשתות טלפוניות. כך שכל שני משתמשים ברשת יכולים להישאר בקשר בטוח ורציף. ולכן תכונה זו של הרשת הקוונטית להתנהג כמו רשת טלפוניה היא חשובה בדיוק כמו האבטחה הקוונטית  של הרשת.

    יישומים

    The solace of quantum key technology Encryption based on the fragility of quantum states could be used to protect consumers from card fraud

    אם רמאי מעתיק את המספרים מחיובי החשבון או כרטיס האשראי שלכם, אין הרבה מה לעשות היום מלעצור אותו מלבצע מסע קניות מטורף עם כרטיס האשראי שלכם. מסע רמאות זה עם כרטיסי אשראי מוביל להפסדים רבים והוא בעיה ידועה. אבל מניעת רמאויות מסוג זה יכולה להיות אחד היישומים של ה-QKD.

    הלקוח והבנק יכולים לנצל את התכונות הקוונטיות של חלקיקי האור – הפוטונים. זאת כדי ליצור מפתחות קודים סודיים (מחרוזות של מספרים אקראיים), שאותם הם יכולים לחלוק ביניהם (בין שני גורמים: הלקוח והבנק). המפתחות ישמשו כדי להצפין נתונים וכך להגן עליהם מפורצים.

    כרגע הבנקים, ממשלות וארגוני הגנה מתעניינים בשימוש במפתחות קוונטיים כדי להצפין נתונים. כי הם מעבירים מידע מאוד מסווג בין אתרים. כמוכן טלפונים סלולאריים מתעניינים במערכת. חברת HP סבורה שטלפונים ניידים יכולים להכיל מחצית ממערכתQKD  קצרת טווח (שיכולה להבנות מ-LED –ים סטנדרטים ומעגלים משולבים אופטיים זולים).