מאמרים על ידי אלברט אינשטיין, 1900-1956 והמאמרים שמצטטים אותם

Historiograph Compilation HistCite

מאמרים על ידי אלברט אינשטיין, 1900 – 1956 והמאמרים בכתבי העת שמצטטים אותם

מובא כאן מאגר הציטוטים של מאמריו של אלברט אינשטיין:

Papers by Albert Einstein, 1900-1956
and the papers citing them.

המאמרים של אינשטיין שפורסמו החל מ-1900 ועד שנה אחרי מותו ב-1956.

מבחינה אקדמית, זה מאוד נוח כאשר יש מאגר מידע של המאמרים שמצטטים בנושא מסויים והם קשורים זה לזה. אולם כאשר מדובר באלברט אינשטיין העסק מתחיל להיות מאוד-מאוד מורכב ומסובך… ורשת הציטוטים היא כה מסובכת ומעורבבת בין המאמרים השונים. כאשר מתחילים בשנת 1900 אין ציטוטים וישנם רק המאמרים של אינשטיין עצמו, שהתחיל לפרסם בהדרגה… מתקדמים לאט לעבר 1905… רק המאמרים של אינשטיין עצמו. לאט לאט הקהילה המדעית התחילה להכיר בעבודתו של אינשטיין. זאת חרף חששותיו של אינשטיין שמא לא ישימו לב לתורת היחסות החדשה שלו מ-1905.

ככל שהזמן מתקדם כמות הציטוטים עולה ועולה, אולם אין התפרצות משמעותית.

מובא בתחילה התרשים עד 1930.

מעניין שגם אחרי שאינשטיין זכה לפרסום עולמי במגזינים כמו ה-ניו יורק טיימס ב-1920 אחרי האימות ההסטורי של תורת היחסות הכללית, כמות הציטוטים האקדמיים בכתבי עת מקצועיים של המאמרים המקוריים של אינשטיין לא גדלה משמעותית – וזאת לעומת הפיכתו לאייקונה בתרבות הפופולארית העולמית.

התרשים:

Publication Year

Count

Percent

 

1901

1

 0.0

1902

2

 0.0

1903

1

 0.0

1904

0

 0.0

1905

4

 0.0

1906

9

 0.1

1907

12

 0.1

1908

9

 0.1

1909

13

 0.1

1910

11

 0.1

1911

26

 0.2

1912

22

 0.2

1913

24

 0.2

1914

24

 0.2

1915

14

 0.1

1916

24

 0.2

1917

14

 0.1

1918

12

 0.1

1919

15

 0.1

1920

14

 0.1

1921

20

 0.2

1922

19

 0.2

1923

29

 0.3

1924

47

 0.4

1925

44

 0.4

1926

32

 0.3

1927

24

 0.2

1928

18

 0.2

1929

21

 0.2

1930

24

 0.2

עכשיו נתקדם הלאה בשנים מבחינת התרשים – החל מ-1930 – שימו לב מה קורה החל משנות השמונים ותחילת המאה העשרים ואחת – אינשטיין ומאמריו המקוריים זוכים לעדנה בספרות המקצועית:

1930

24

 0.2

1931

14

 0.1

1932

28

 0.2

1933

26

 0.2

1934

13

 0.1

1935

23

 0.2

1936

27

 0.2

1937

23

 0.2

1938

23

 0.2

1939

21

 0.2

1940

18

 0.2

1941

20

 0.2

1942

16

 0.1

1943

13

 0.1

1944

19

 0.2

1945

21

 0.2

1946

23

 0.2

1947

29

 0.3

1948

39

 0.3

1949

47

 0.4

1950

43

 0.4

1951

46

 0.4

1952

54

 0.5

1953

66

 0.6

1954

56

 0.5

1955

50

 0.4

1956

68

 0.6

1957

59

 0.5

1958

52

 0.5

1959

55

 0.5

1960

65

 0.6

1961

64

 0.6

1962

70

 0.6

1963

79

 0.7

1964

90

 0.8

1965

97

 0.8

1966

86

 0.8

1967

120

 1.0

1968

134

 1.2

1969

107

 0.9

1970

116

 1.0

1971

143

 1.3

1972

153

 1.3

1973

122

 1.1

1974

148

 1.3

1975

189

 1.7

1976

156

 1.4

1977

174

 1.5

1978

160

 1.4

1979

218

 1.9

1980

218

 1.9

1981

197

 1.7

1982

234

 2.0

1983

201

 1.8

1984

229

 2.0

1985

262

 2.3

1986

194

 1.7

1987

202

 1.8

1988

223

 2.0

1989

207

 1.8

1990

235

 2.1

1991

207

 1.8

1992

250

 2.2

1993

249

 2.2

1994

278

 2.4

1995

274

 2.4

1996

317

 2.8

1997

338

 3.0

1998

348

 3.0

1999

352

 3.1

2000

413

 3.6

2001

425

 3.7

2002

478

 4.2

2003

487

 4.3

2004

498

 4.4

2005

104

 0.9

כל מחבר שפרסם מאמרים והזכיר ברשימה הבביליוגרפית שלו את מאמריו המקוריים של אלברט אינשטיין מוזכר במאגר הזה שמובא כאן – ראו קישור בכותרת למעלה.

לדומגא, אני פרסמתי בשנת 2000 את המאמר הבא בכתב העת הזה:

2000 STUDIES IN HISTORY AND PHILOSOPHY OF MODERN PHYSICS 31B (1): 15-48
Granek G Poincare’s contributions to relativistic dynamics
והזכרתי ברשימה הבביליוגרפית שלי את המאמרים המקוריים של אינשטיין.

לוחצים על המספר שליד המאמר ומפיע הדף הבא למטה שמכיל את האבסטרקט של המאמר, תיאור קצר ואת הרשימה הבביליוגרפית המלאה של המאמר (ראו דוגמא למטה).

המאמרים המקוריים של אינשטיין עצמו מסומנים בדף הזה שמופיע באתר בצבע הכחול – לוחצים עליהם ומובלים לקישור. ובנוסף מסומנים בכחול (קישור) מאמרים אחרים שמצויים במאגר הזה, שגם כן מאזכרים מאמרים מקוריים של אינשטייין עצמו או מקורות אחרים נוספים שישנם במאגר, שגם הם מאזכרים מאמרים מקוריים של אינשטיין. אם לוחצים על הקישורים למטה מקבלים גם כן את הרשימה הבביליוגרפית של אותם מקורות נוספים שמכילים הפניות למאמרים המסויימים של אינשטיין שאותם מזכיר המחבר.

כך ישנה רשת מסובכת של מחברים מ-1900 ועד 2005 שמשולבים ושזורים זה בזה ומזכירים זה את זה במאמרים זה של זה וכולם מזכירים את המאמרים של אינשטיין בעבודות זה של זה ומצויים במאמגר הזה.

דוגמא:

9420 View: Overview

  

Author(s)

Granek G

Title

Poincare’s contributions to relativistic dynamics

Source

STUDIES IN HISTORY AND PHILOSOPHY OF MODERN PHYSICS 31B (1): 15-48

Date

2000 MAR

Type

Journal : Article

LCR7   NCR: 49   LCS: 0   GCS: 0

Comment

 

Address

Hebrew Univ Jerusalem, Edelstein Ctr Hist & Philosophy Sci Technol &
Med, Jerusalem, Israel.

Reprint

Granek, G, Hebrew Univ Jerusalem, Edelstein Ctr Hist & Philosophy Sci
Technol & Med, Givat Ram Campus, Jerusalem, Israel.

Abstract

In this paper I concentrate on the dynamic aspects of the special theory of relativity (in the non-Minkowski formalism), and not on the kinematic part of the story as is usually done. Following up the dynamic story leads to a new point of view as to Poincare’s important role in the development of special relativity. Much of Poincare’s dynamic work did not enter into Einstein’s 1905 theory, since Einstein was mainly occupied with kinematics. However, the dynamic part is most fundamental in the development of the special theory of relativity after 1905. In this paper I consider the main developments of relativistic dynamics in which I demonstrate that much response to Poincare’s dynamic research can be found. I argue that Poincare’s dynamic work assisted in departing from Einstein’s electrodynamic theory towards relativistic dynamics (independent of electrodynamics). (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

CR

ABRAHAM M, 1903, ANN PHYSIK, V10, P105
ABRAHAM M, 1904, PHYS Z, V5, P576
DARRIGOL O, 1995, STUD HIST PHILOS M P, V26, P1
EINSTEIN A, 1905, ANN PHYS-BERLIN, V17, P891

EINSTEIN A, 1905, ANN PHYS-BERLIN, V18, P639

EINSTEIN A, 1906, ANN PHYS-BERLIN, V20, P627

EINSTEIN A, 1907, ANN PHYS-BERLIN, V23, P371

EINSTEIN A, 1907, JAHRB RADIOAKT ELEKT, V4, P411
EINSTEIN A, 1920, ATHER RELATIVITATSTH
FRENCH AP, 1968, SPECIAL RELATIVITY
GRANEK G, 1999, POINCARES CONTRIBUTI
JAMMER M, 1957, CONCEPTS FORCE
LANGEVIN P, 1913, J PHYSIQUE, V3, P553
LEWIS GN, 1908, PHILOS MAG, V16, P705
LEWIS GN, 1909, PHILOS MAG, V18, P510
LORENTZ HA, 1904, P K AKAD WET-AMSTERD, V6, P809
MILLER AI, 1973, ARCH HIST EXACT SCI, V10, P207

MILLER AI, 1998, A EINSTEINS SPECIAL
MINKOWSKI H, 1908, GOTT NACHR MP, P53
PAIS A, 1982, SUBTLE IS LORD
PLANCK M, 1906, VERH DTSCH PHYS GES, V4, P136
PLANCK M, 1908, ANN PHYS-BERLIN, V26, P1

PLANCK M, 1908, PHYS Z, V9, P828
POINCARE H, 1895, ECLAIRAGE ELECT, V3, P289
POINCARE H, 1895, ECLAIRAGE ELECT, V3, P5
POINCARE H, 1895, ECLAIRAGE ELECT, V5, P385
POINCARE H, 1895, ECLAIRAGE ELECT, V5, P5
POINCARE H, 1898, REV METAPHYS MORALE, V6, P371
POINCARE H, 1900, ARCH NEERLANDAISES S, V5, P252
POINCARE H, 1900, REV GEN SCI PURES AP, V21, P1163
POINCARE H, 1901, BIBLIOTHEQUE C INT P, V3, P457
POINCARE H, 1901, ELECT OPTIQUE LUMIER
POINCARE H, 1904, B SCI MATH, V28, P302
POINCARE H, 1905, CR HEBD ACAD SCI, V140, P1504
POINCARE H, 1906, ATHENAEUM, V4086, P201
POINCARE H, 1906, B ASTRONOMIQUE, V17, P121
POINCARE H, 1906, RENDICONTI CIRCOLO M, V21, P129
POINCARE H, 1908, REV GEN SCI PURES AP, V19, P386
POINCARE H, 1909, COMPT REND SESS ASS, V38
POINCARE H, 1913, ANN POSTES TELEGRA S
POINCARE H, 1916, OEUVRES
POINCARE H, 1924, MECANIQUE NOUVELLE
POINCARE H, 1991, ANAL RECHERCHE
STACHEL J, 1982, AM J PHYS, V50, P760

STACHEL J, 1998, EINSTEINS MIRACULOUS
TOLMAN R, 1912, PHILOS MAG, V23, P375
TOLMAN RC, 1911, PHILOS MAG, V22, P458
VONLAUE M, 1911, RELATIVITATSPRINZIP
ZAHAR E, 1989, EINSTEINS REVOLUTION

עד 2005 נאספו באתר 35 עמודים שמכילים כותרי מאמרים שהזכירו את העבודות של אלברט אינשטיין, כאשר כל מאמר מוביל ברשימה הבביליוגרפית שלו לעוד כמות ניכרת של מאמרים ברשימה הזו של המאמרים ברשת מסובכת ושזורה של קשר בביליוגרפי בין המאמרים השונים… וישנו חישוב באתר של כמות המחברים שהזכירו את אינשטיין, וכמות המאמרים שנכתבו מאז ובהם אינשטיין הוזכר…

Advertisements

יצירות ספרותיות מוחרמות על פני ההיסטוריה – האם אנחנו בדרך לשם?

יצירות ספרותיות מוחרמות על פני ההיסטוריה – האם אנחנו בדרך לשם? 

אבירמה גולן כתבה: “מה זה עלה בדעתה של מרים שכטר, הממונה על השוויון בין המינים במשרד החינוך, כשהחליטה לעבור במסרקות ברזל על אוצר הזמר העברי ולהציע לתלמידים לשכתב את השורות המציגות נשים באופן משפיל? אין ספק שהיתה לה כוונה טובה”.הגיבה לה כאן ברשימות אתמול אורית קמיר.

להחרים?

או לפחות לשנות…

ההיסטוריה מלאה בכוונות טובות של מדינות, ארגונים ואגודות ששאפו לשנות ואף במקרים קיצוניים להחרים יצירות ספרותיות בגלל שתוכנן לא עלה יפה עם הרעיונות של התקופה. ראו למשל רשימה זו של ספרים שהם כיום מוחרמים בארה”ב. בהתחלה מתחילים לשכתב ואחר כך מחרימים את היצירה… היצירה הספרותית נכתבה בתקופה מסוימת ובתקופה מאוחרת יותר או בארץ אחרת היצירה לא תואמת עם הנורמות החברתיות או התרבותיות שהן מקובלות באותו רגע זמן. ולכן שואפים לשנותה או במקרים קיצוניים אף להחרימה לתקופת זמן עד אשר בית המשפט יקבע בעניין גורלה או עד אשר הנורמות הפוליטיות ישתנו, או עד אשר הנורמות המיניות או החברתיות יתהפכו על פיהן.

לכן, שינוי או הוצאת יצירות ספרותיות מקרבנו היא לא דבר חדש בהיסטוריה. בתקופת המקרטיזם הספר רובין הוד הוחרם בטענה שהוא מעביר מסרים קומוניסטיים: רובין הוד גונב כסף מהעשירים ומעביר לעניים.

 

Banned bookpile contest

בשנת 1931 ספר הילדים הנודע אליס בארץ הפלאות של הסופר לואיס קרול הוחרם במחוז הונאן אשר בסין בגלל התיאור של אנתרופומורפיסתיות של חיות. כלומר הארנב הממהר אל הפתח אשר במעורה… לא נשא חן בעיני הסינים. ואילו אם נתקדם לחיות אחרות. חוות החיות של ג’ורג’ אורוול, עוד סופר שעורר מחלוקות… נובלה פוליטית, שפרסומה התעכב בבריטניה בגלל נושאה האנטי סטליניסטי. הספר הוחרם בגרמניה וגם ביוגוסלביה ב-1946. הוא הוחרם בקניה ב-1991 ובאמירויות הערביות בשנת 2002.

נעבור ליופי שחור של אנה סואל. קראתם? הרומן הוחרם בדרום אפריקה ב-1955 בגלל השימוש במלה “שחור” בכותרתו.

כמובן שצופן דה וינצ’י של דן בראון הוחרם בלא מעט מקומות כמו בלבנון ובאיראן נאסרה הקרנת הסרט, והכס הקדוש נזעם בגלל שהאשימוהו בהעלבת הדת הנוצרית. ספר נוסף שהוחרם הוא דוקטור ז’יווגו של בוריס פסטרנק – רומן שהוחרם בברית המועצות עד 1988 בשל ביקורתו על המפלגה הבולשביקית.

מארץ הבינוניים והקטנים נעבור לארץ הענקים. מסעות גוליבר הענק של ג’ונתן סוויפט, רומן שהוחרם באירלנד בגלל מסריו הפוליטיים הסרקסטיים. סמבו השחור הקטן של הלן בנרמן – ספר ילדים שהוחרם ביפן בין 1988 ל-2005 כדי לדכא איומים פוליטיים לחרם על יצוא תרבותי יפני.

נעבור לחרם ממניעים מיניים. לוליטה של ולדימיר נבוקוב. זוהי נובלה שגורמים רשמיים צרפתיים החרימוה בשל היותה תועבה. היא הוחרמה גם באנגליה, ארגנטינה, ניו זילנד ובדרום אפריקה.

נשוב לג’ורג’ אורוול ה”בעייתי” ולספרו המפורסם שגם יצא כסדרת טלוויזיה בארה”ב ובבריטניה, 1984 – רומן שהוחרם כמובן על ידי ברית המועצות ב-1950, כי סטלין חשב שזו השקפה על ארצו בעתיד. הרומן כמעט הוחרם בארה”ב ובבריטניה בתחילת שנות ה-60 בזמן משבר הטילים הקובני. ואילו רק בשנות ה-90 רוסיה הפסיקה להחרים את הספר והוא שוחרר להדפסה.

ספר פוליטי נוסף שהוחרם הוא ספרו של ברטרנד ראסל, ניצחון ולא בנשק, שהוחרם בהודו בגלל שהוא מכיל פרטים לא נעימים על מלחמת סין-הודו משנת 1962.

יוליסס של ג’יימס ג’וייס, כמובן רומן שניסו לערער עליו והחרימו אותו זמנית בארה”ב בגלל תוכנו המיני. החרם הוסר בארה”ב בשנת 1933 לאחר פסיקה של בית המשפט.

לסיום, אולי המקרה המפורסם ביותר בהיסטוריה של החרמת ספר הוא הספר של ניקולס קופרניקוס ובעקבותיו הוחרם גם ספרו של גלילאו הדיאלוג על שתי מערכות עולם גדולות מ-1629 במשפט המפורסם של גלילאו אל מול האינקביזיציה.

ב-1543 פורסם ספר בגרמניה והמחבר שלו אסטרונום פולני וקדוש קתולי ניקולאוס קופרניקוס קבל את העותק הראשון כמעט על ערש דווי ואז הוא מת מהר מאוד אחר כך. ספרו: על תנועתם של גרמי השמים, ניסה לשנות את האופן שבו אנשים הביטו וחשבו על העולם באותה תקופה.

הספר של קופרניקוס

כאשר הספר בסוף פורסם, רבים מצאוהו יותר מידי קשה להבנה כי הוא היה מקצועי ולכן מעט קראוהו. אבל ככל שעבר הזמן הספר משך יותר ויותר מדענים לקרוא אותו. כמה מהם יכלו להבין את הספר והם לא התנגדו להנחה הבסיסית שלו: הנעת כדור הארץ ממקומו. כמה מהם נסעו והרצו בכל אירופה, כולל באיטליה שאז הייתה הארץ המלומדת ביותר. כחמישים שנה אחרי מותו של קופרניקוס ממשיכי דרכו עדיין היו מועטים. ביניהם היו גלילאו והאסטרונום הגרמני הצעיר יוהנס קפלר. הקונגגרציה באינקביזיציה הוציאה צו שהעבודות של ניקולאוס קופרניקוס יושהו עד אשר הן מתוקנות”. וכך שנים אחרי שהתפרסם הספר שאותו הכומר קופרניקוס הקדיש לאפיפיור בזמנו והאפיפיור קיבל אותו ושבו הכנסייה לא מצאה שום דופי עד שגלילאו התחיל להציגו כמציאות, הספר הואשם ונאסר לפרסום עד אשר יתקנו אותו. הכנסייה הקתולית ברומא לא נקטה כל פעולה נגד הספר של קופרניקוס או נגד רעיונותיו עד אשר גלילאו התחיל את המערכה שלו להמיר ממש את התיאולוגים. הספר של קופרניקוס הוצג כהיפותזה מתמטית בלבד ומעט הבינו אותו. אבל בידיו של גלילאו הוא נהפך למערכת הליוצנטרית ממשית שאיימה על המערכת הגיאוצנטרית.

ב-21 ליוני 1633 ניתן פסק דין במשפטו של גלילאו אל מול האינקביזיציה בו גלילאו נאלץ להודות באשמות ולאחר שהחליטו להאשימו באשמה פחותה, פסק הדין היה חמור. ב-22 ליוני 1633 גלילאו נלקח לאולם הגדול של המנזר במרכז רומא. שם פקדו עליו לעמוד על ברכיו על הרצפה בעוד גזר הדין הוקרא בפניו:

“אנו אומרים, מבטאים, את גזר הדין ומכריזים שאתה גלילאו, עבור הדברים שנמצאו במשפט ובהם אתה הודאת, עשית את עצמך… בהתלהבות חשוד בכפירה, כלומר, שחשבת והאמנת בדוקטרינה שגויה מנוגדת לכתבי הקודש הקדושים והאלוהים… או מסכימים שאתה תשוחרר בתנאי שבתחילה, בלב גלוי ובאמונה שלמה, אתה תתכחש, תקלל ותסלוד מהטעויות והכפירות המצוינות למעלה… אנו מצווים שהספר הדיאלוג על ידי גלילאו גלילאי ייאסר על פי פקודה ציבורית. אנו מאשימים אותך במאסר פורמאלי… ואנו כופים עליך עונשים מועילים שבשלוש השנים הבאות תאמר את שבעת מזמורי החרטה פעם בשבוע”.

 

 ולסיום סרט נקמת הספרן – מה קורה למי של שומר על ספרים

 

עשרה רעיונות מדע בדיוניים שהופכים למדעיים!

עשרה רעיונות מדע בדיוניים שהופכים למדעיים:

(מלווה בקטעים בלבד באנגלית מהמאמר מ-New Scientist בקישור להלן)

1) דנידין הרואה והלא נראה:

גלימת ההעלמות הראשונה. היא עבדה רק עבור גלי מיקרוגל, אבל בשנה שעברה קבוצה מאוניברסיטת קליפורניה שבברקלי בנו חומר שמסוגל לעקם – במקום להחזיר את האור אחורנית. בצורה זו העצם ממש נהפך לרואה ולא נראה. סוף סוף דנידין הרואה ולא נראה נהפך למציאות! להלן ההסבר:
 
 Invisibility

Few dreams have flipped from science fiction to fact as quickly as “invisibility cloaks”. 

The first functional cloak, in 2006, worked only for microwaves.

An invisibility cloak that works in the microwave region of the electromagnetic spectrum has been unveiled by researchers in the US. The device is the first practical version of a theoretical set-up first suggested in a paper published earlier in 2006.

The cloak works by steering microwave light around an object, making it appear to an observer as if it were not there at all. Materials that bend light in this way do not exist naturally, so have to be engineered with the necessary optical properties.

Earlier in 2006, John Pendry, a theoretical physicist at Imperial College London, UK, and colleagues showed how such an invisibility cloak could, in theory, be made. 

Now David Smith and colleagues at Duke University in North Carolina, US, have proved the idea works.

In recent years, materials scientists have made rapid progress in making so-called “metamaterials”, which can have exotic electromagnetic properties unseen in nature. These are made up of repeating structures of simple electronic components such as capacitors and inductors.

In 2001, Smith built a metamaterial with a negative refractive index, which bends microwaves in a way impossible for ordinary lenses. Now he has gone one step further.

But by last year a group at the University of California, Berkeley, constructed a material (pictured) that is able to bend – rather than reflect – visible light backwards. A cloak of the material could steer light around an object to make it truly invisible.

(Image: Xiang Zhang’s lab / UC Berkeley)

 

2) ספיידר מן: רוצים להיות ספיידר מן? החלום שלכם יכול עכשיו להתגשם! מהנדסים בארה”ב בנו רובוט שיכול לטפס כו ספיידר מן.

 
 Scaling walls

Engineers chasing the dream of scampering up walls like Spider-Man have turned to geckos for inspiration.

This robot (right) built by US research firm SRI International has feet coated with material with a structure of grippy microscopic hairs similar to that of the real gecko (left).

(Left image: Peter Oxford / Nature Picture Library / Rex)

(Right image: SRI International)

 

3) בטריה? אין! ננו-כוח עצמי!

 
 You power
לרכיבים ניידים כמו טלפונים סלולאריים, איפונים, אייפודים וכדומה ישנה בעיה אחת גדולה: צריך להטעין אותם כי הם זקוקים לבטריה. אהההה… הנה המצאה גאונית! חשבו על רכיבים שלא זקוקים לבטריות והם רותמים את האנרגיה של עצמם. חומר חדש שיוצר זרם כאשר הוא מתעקם או נסחט. זאת תודות לננוטכנולוגיה! יש לו ננו-חוטים זעירים מאבץ חמצני שגדלים בתוכו. תארו לכם איזו תועלת תהייה לשתלים רפואיים ולקוצבי לב מכך, שנשענים על בטריות.

Progress is being made towards having such devices harness the energy of their owners.

This clear material generates current when bent or squeezed, thanks to the zinc-oxide nanowires grown onto it. Medical implants would also benefit from a reduced reliance on batteries. This heart-powered pacemaker is just one example of the potential of tapping the body for power.

(Image: Zhong Lin Wang / Georgia Institute of Technology)

 

4) ג’יימס בונד קם לחיים האמיתיים!

 
 Jet packs
נכון שאתם לא מאמינים? זהו שגם אני לא! חגורת רקטה כמו זו מהסרט של ג’יימס בונד שתטיס אותכם!

A rocket belt like this one was featured in the James Bond movie Thunderball in 1965, but this and later models all suffer from the same problem: they can’t carry enough fuel to fly for more than around 30 seconds.

(Image: Fotos International / Rex)

5) טוב אז אם לא חגורת ג’יימס בונד אז תשתמשו בהנעה סילונית:

מגניב נכון?

בתחילת המאה היה הריב הידוע בין מנועי סילון למנועי רקטה והרי JPL המעבדה להנעה סילונית בקליפורניה יצרה רק מנועי רקטה כאשר היא קמה אבל מה היה השם שלה? Jet Propulsion Lab ולמה? כי אסור היה לדבר על מנועי רקטה באותו הזמן. הס מלדבר על רקטות. ולכן דברו על מנועי סילון. אז הנה יש לכם משהו שיטיס אתכם לחלל עם מנוע טורבו-סילון.

Alternative designs use ducted fans, like this Springtail from Trek Aerospace, or turbojets instead of rockets. These should be able to stay in the air for longer.

6) לנשום מתחת למים – חלומו של קפטן נמו.

 Breathe underwater
חלומם של הצוללנים הוא להיות כמו וב ספוג באי הקסום בקיני. אתם יודעים שבשנות הארבעים האמריקאם ניסו את פצצת המימן הראשונה שלהם באד מאיי בקיני ואיידו אחד מהאיים. איי בקיני הם קסומים ולא סתם בובספוג התיישב לו עם חבריו בבקיני בוטום. יש הרבה מה לראות בקיני בוטום. שאלתם את עצמכם פעם איך בובספוג נושם לו שם מתחת לשונית היפיפיה הזו? טוב הוא כביכול יצור ימי… אבל החלום שלו הוא לטייל גם כן בשויות יפות, אולי באילת או בסיני או במקומות אקזוטיים יותר ולראות את החיים מתחת לפני הים. הנה היפנים כרגיל נחלצים לעזרתנו. מה זה מים? H20. ולכן ניתם לחלץ חמצן מהמים. כמה פשוט ואיך לא חשבנו על זה קודם. מערכות פוג’י פתחו מתקן מלאכותי ביפן שהשתמש בממברנות סיליקון שאפשרו לחמצן, אבל לא למים לעבור אל תוך הרכיב שאפשר לצוללן לנשום, תוך שהוא מקבל אספקת חמצן בלתי מוגבלת. המכשיר לא עבד כמתוכנן ועתה חוקרים שלבו פלנקטון ובקטריות אנאירוביות כפי שתקראו כאן:

Scuba divers have long envied fishes’ ability to extract oxygen from water. In 2002, a diver spent 30 minutes in a swimming pool doing the same, thanks to an artificial gill built by Fuji Systems of Japan. It used silicon membranes that allowed oxygen, but not water, to pass into the device. 

…”I wanted to swim around like a fish,” he says. But when he tried out the gill in his lab, he found it didn’t provide enough oxygen to support him. “We didn’t have quite the capacity to keep me alive,” he recalls…Sadly the amount of oxygen it produces is barely enough to sustain a human. Unfortunately seawater just doesn’t contain a lot of the precious gas we need to survive.

In fact, underwater robots rather than humans are more likely to be the first users of artificial gills in the oceans:

…Roboticists Chris Melhuish, Ioannis Ieropoulos and John Greenman at the Bristol Robotics Laboratory in the UK might have the answer. They are developing a power source that harvests what the ocean has to offer: plankton and dissolved oxygen. The Bristol team famously built Ecobot, the robot powered by dead flies (New Scientist, 11 September 2004, p 19). Now they have shown that the microbial fuel cell that powered Ecobot can work underwater.

In Ecobot’s fuel cell, anaerobic bacteria were used to break down the flies’ exoskeletons into sugars. This time they will break down plankton. …

(Image: Gerard Fritz / Rex)

 

7) המתרגם לכל שפה מדוברת כדי למנוע בושות בחו”ל:

 
 You speak, it translates
נתקעתם באיזו מדינה ואתם פשוט לא מבינים את השפה ורוצים להבין מה הם אומרים מאחורי הגב שלכם: “הישראלים האלה… תמיד גונבים את המגבות מבית המלון… וגם תולשים את הברזים מהמקום בבית המלון ולוקחים אותם הישר לישראל”. עכשיו אתם יכולים להבין (ולא להחזיר את הברזים למקום אחר כך). תוכנת תרגום זו “עיראק-קום” שבה השתמשו הכוחות של ארה”ב בעיראק היא אולי החלום הקרוב ביותר שיש היום למתרגם האולטימטיבי.
דברו אל תוך המיקרופון בערבית – אומרים לנו בארה”ב (ששם ערבית נראית להם כמו הוטנטוטית, לא כמו אצלנו שערבית היא למעשה שפה שניה), והתוכנה תהפוך את מה שאתם אומרים לערבית כתובה, בטרם היא תתרגם זאת לאנגלית. אחרי שהאדם סיים לדבר, קול מחשב מדבר את התרגום. התוכנה אומרים לנו היא חיונית בנקודות בדיקה, והצלחתה הייתה בכך שהיא הכילה 50,000 מילים שהיו נחוצים לצבא. נראה לי שהתוכנה תועיל לצבא שלנו ולכל הממשלות שלנו.

Sci-fi fans will be familiar with the concept of the Babelfish that enables anyone to understand any language. This translation software, IraqComm, used by US troops in Iraq, is perhaps the closest we have to that today.

 

IraqComm™
Speech to Speech Translation System
IraqComm Logo
IraqCommPack

Speak into the microphone in Arabic and the software turns the phrases into written Arabic, before translating it into English. After the person has finished talking, a computer voice speaks the translation.

Although IraqComm is invaluable at road security checkpoints, its success is partly due to the fact it concentrates on the 50,000 words most relevant to the military.

(Image: SRI International)

8) הכנסת ריחות לסרטים על ידי חברת סוני היפנית:

 

חברת סוני מתכננת להכניס ריחות לסרטים על ידי יצירת חומרה באמצעות סיגנלי אולטראסאונד שישירות יבצעו סימולציה לחלקים עיקריים במוח שמעוררים תחושות של ריח בצופים בסרטים או במשחקי משחקים של מחשבים.

Our sense of smell has a strong hold on our emotions, so it is unsurprising that the movie industry has long sought to make it part of the silver screen experience.

firm Sony may have the answer. A recent patent application described the idea of using ultrasound signals to directly stimulate selective parts of the brain to induce scents in a viewer or game player’s mind. Unfortunately, to date, there has been no whiff of Sony producing the hardware required.

IMAGINE movies and computer games in which you get to smell, taste and perhaps even feel things. That’s the tantalising prospect raised by a patent on a device for transmitting sensory data directly into the human brain – granted to none other than the entertainment giant Sony.

The technique suggested in the patent is entirely non-invasive. It describes a device that fires pulses of ultrasound at the head to modify firing patterns in targeted parts of the brain, creating “sensory experiences” ranging from moving images to tastes and sounds. This could give blind or deaf people the chance to see or hear, the patent claims.

While brain implants are becoming increasingly sophisticated, the only non-invasive ways of manipulating the brain remain crude. A technique known as transcranial magnetic stimulation can activate nerves by using rapidly changing magnetic fields to induce currents in brain tissue. However, magnetic fields cannot be finely focused on small groups of brain cells, whereas ultrasound could be.

(Image: OJO Images / Rex)

 

9) סופר ראייה:

The briefcase-sized Prism 200 from UK firm Cambridge Consultants can detect people through  brick walls by firing off pulses of ultra-wideband radar and listening for returning echoes.

According to the company, these pulses can pass through building materials over 40 centimetres thick, and spot activity over a range of up to 15 metres.

The device could be used to track people in hostage situations, the company suggests, but it has a crucial weakness. To avoid being blinded by walls and other fixed structures, it is designed to only register objects that generate rapidly varying echoes. In other words, it can only detect people when they move.

(Image: Cambridge Consultants)

“מנסרה 200” זו מבריטניה יכולה לגלות אנשים דרך קירות בטון על ידי זה שהיא יורה פולסי רדאר בפס אולטרא רחב והיא מאזינה להד החוזר. לפי החברה המייצרת, הפולסים האלה יכולים לעבור דרך חומרים בעובי של 40 סנטימטר והם יכולים לגלות פעילות של עד 15 מטרים. החסרון: המערכת יכולה לגלות רק אנשים בעודם נעים.

10) גלימת העלמות: טכנולוגיה שפותחה באוניברסיטת טוקיו גורמת לאנשים או לעצמים להיות שקופים על ידי טכניקות אופטיות הטכנולוגיה הזו יכולה לסייע לנהגים. להלן ההסבר: בנהיגה יש שטחים שאנחנו קוראים להם שטחים “מתים” ואנחנו לא רואים אותם וגורמים לנו לעשות תאונות מסוכנות. הטכנולוגיה הזו גורמת להעלמות המכשולים שמפריעים לנו לראות טובה של הכביש, כמו למשל דלתות, מראות וכדומה. נניח שהיום מה שאנו מכנים שטחים “מתים” נגרמים בגלל שהדלת של המכונית או המראה שלה מסתירות לנו את הראות בכביש. הטכנולוגיה החדשה הזו פשוט מוחקת או מעלימה את הדלת ואת המראה ופתאום אנחנו מגלים שהכביש נקי לחלוטין ואחנו מקבלים ראות פנורמית ללא שטחים מתים. להלן ההסבר:

Technology developed at the University of Tokyo makes people or objects transparent by projecting an appropriately scaled image of the scene behind onto a retroreflective surface.

The approach could help drivers by letting them glance through solid parts of a car like the doors or dashboard.

 Road markings and other vehicles usually hidden from drivers by solid parts of the car can be made to appear transparent (Image: IEEE/Tachilab) 

 

Road markings and other vehicles usually hidden from drivers by solid parts of the car can be made to appear transparent (Image: IEEE/Tachilab)

(Image: Ars Electronica Festival 2008/Takumi Yoshida/Hideaki Nii/Naoki Kawakami/Susumu Tachi)

No matter how clean your car’s windshield, the view from the driver’s seat is less than perfect. Solid features such as dashboard and doors can conceal road hazards such as other vehicles and pedestrians.

Now a team of engineers has come up with a way to make those solid features “disappear”, at least from the driver’s point of view, without modifying them in any way.

A pair of stereo cameras mounted on the passenger-side wing mirror capture scenery usually hidden from the driver by the dashboard and the solid parts of doors.

A headset worn by the driver projects the cameras’ output onto the solid features, displaying a clear view of what hides behind them as if they were transparent working in real time. The “transparent cockpit” system, as the research team call it, was developed in the lab of electrical engineer Susumu Tachi, at the University of Tokyo.

 

 

גוליבר בארץ ה…הוביטים: התגלית המדעית ששנתה את פני ההסטוריה האנושית

גוליבר בארץ ה… הוביטים!

 

הוביט

The People Time Forgot: Flores Find

בהתחלה כאשר גילו את שרידי המאובן הזה שאותו אתם רואים למטה חשבו שמדובר בילד, אולי בן שלוש, לא יותר מזה. אבל מבט קרוב יותר הראה שהעצמות הזעירות והשבריריות שזה עתה הונחו על המערה החשופה של האי האינדונזי פלורה שייכות למבוגר בוגר לחלוטין שהוא בגובה של לא יותר ממטר אחד.

ברוכים הבאים לגוליבר בארץ ה…הובטים!

המחשבה הראשונה הייתה: האם התגלית היא של אדם מודרני שהוא נגוע באיזו שהיא מחלה או מוטציה? התשובה התבררה כלא.

העצמות נראו פרימיטיביות, ושרידים אחרים ממערת ה”ליאנג באו”, שפירושה מערה בשפה המקומית, הראו ששלד זה לא היה ייחודי כלל וכלל. להפך, שלד זה היה אופייני לאוכלוסיה כולה באזור בגודל של 354 קילומטר של האי שמשתרע בין אסיה לאוסטרליה בשם פלורה – שאף פעם לא היה קשור בחבל ארץ לאף יבשה.  התברר שהאוכלוסיה הייתה של יצורים נמוכי קומה שפעם חיו באי נידח זה. כלומר, נתגלה סוג חדש של אנשים קדמונים.

חזרה במעבדה, המדענים התחילו לבדוק את העצמות ואת שאר הארטיפקטים, ואז החלה להתקבל התמונה המלאה של התגלית. שאר הבשר הקדום האנושי הזה שלנו, שבינתיים זכה לכינוי “הוביט” בשל דמיונו הרב ליצור משר הטבעות של הסופר ג’יי אר אר טולקיין, חי לפני 18,000 שנה, בזמן שבו אנשים מודרניים – בדיוק כמוני וכמוכם – התרוצצו להם סביב על כדור הארץ.

ועדיין אותם הוביטים נראו כמו גרסה גמדית פרהיסטורית של אבות אבותינו האנושיים, מהצד הדרומי של אסיה.

למעשה אף אדם לא יכל להגיע במשך שנים רבות לאי פלורה עד שהאדם המודרני הגיע לשם כאשר הוא בנה ספינות ואמצעי תחבורה מודרניים, לפחות כך מאמינים מרבית המדענים. וכך ההוביטים הללו יכלו להסתובב בעידן הפרה-היסטורי באין מפריע מבלי שידענו על קיומם?… אם כן, מי הם אותם “הוביטים”? ומה קרוב אבוד זה שלנו יכול לספר לנו אודות עברנו האבולוציוני?

תחילת התגלית של ה”הוביטים”, או כפי שהם נקראו בספרות המקצועית,  Homo floresiensis – על שם האי פלורה – היא בספטמבר 2003. קבוצה של חוקרים אינדונזיים ואוסטרלים חפרו שלושה חודשים באדמת המערה “ליאנג באו” ומצאו את השרידים האלה אחרי שלושה חודשים.

בהתחלה עלתה וצצה חתיכת עצם אחת. אחר כך הקצה העליון של הגולגולת הופיע, כאשר אחריו הופיעו הלסת, אגן הירכיים, קבוצת עצמות הרגליים וכמעט כל השלד של היצור האנושי מליאנג באו, או ההוביט נתגלה.

החוקרים ידעו מיד שמדובר בתגלית מסעירה וההתרגשות הייתה רבה. אבל הם לא העזו להזיז את העצמות ממקומן, כי היה מדובר בשלד שברירי, והם רצו להשאירו במקום לטיפול ולייבוש ולטיפול של עוד שלושה ימים. אחר כך כאשר השלד היה על ברכיהם הם לקחו אותו בטיסה לג’קרטה, בירת אינדונזיה לניקוי, שימור ואנליזה. התברר שזו נקבה ולפי בדיקת השיניים התברר שמדובר בנקבה מבוגרת.

בדיקה מדוקדקת הראתה שמדובר בהומו ארקטוס. אבל הגודל שלה היה מיוחד. לא רק שקומתה הייתה נמוכה ומשקלה המוערך היה קטן – בערך 25 קילוגרם – אלא מוחה המוערך היה קטן לעין שעור. נפח מוחה חושב גם כן. והוא התברר כשליש ממוחו של אדם מודרני. היה זה אפילו מוח קטן במונחים של שימפנזה.

היו מאפיינים נוספים בגולגולת, כמו חירור ברקה, שהוא מאפיין שראו אותו באנשים בני 1.77 מיליון שנה ממערה באסיה. צורת הלסת גם היא הייתה ניכרת במאובנים מוקדמים יותר כמו לוסי בת ה-3.2 מיליון שנה, האוסטרלופיטכוס מאתיופיה.

ואז קמו הסקפטיים שבין המדענים, שמאנו להאמין לתגלית ההוביט, ולכן הם החלו לטעון שהשלד הזה שנתגלה בא למעשה מאדם מודרני שסבל ממצב נדיר שקרוי מיקרוצפליה, שבו המוח מתכווץ והגוף נעשה לגמדי. ואילו מה לגבי העצמות הקטנות האחרות שנתגלו? איך יסבירו תגלית זו? הם טוענים שהן יכולות להיות השרידים של ילדים. אבל אז בדיוק נתגלו אחר כך שרידים של מבוגר שני, שהוא בדיוק נמוך קומה כמו הראשון. האם ניתן להעלות את מחלת המיקרוצפליה גם עבור השלד השני שנתגלה? כאן החל הויכוח בקרב המדענים לגבי תורת ההוביט.

 

 

הויכוח בדבר “תורת ההוביט” ממשיך להתקיים מעל דפי כתבי העת.

Flores Hobbit-Like Human

 

 
 
 
 
 
 

 
Hobbit-Like Human Picture Gallery: Photo of floresiensis and sapien skulls

 “Hobbits” Were Separate Species, Skull Suggests

 

בדיקה נוספת של המאובן בן 18,000 שנה, שמתואר כשרידים של היצור הזעיר הליליפוטי דמוי אנושי, מוכיחה ש”ההוביטים” שהתגוררו פעם במערות אכן חיו בדרום אסיה. זאת לפי האנתרופולוגית הביולוגית מארה”ב שביצעה את המחקרים בקרני רנטגן על הגולגולת, קארן באב מאוניברסיטת סטוני ברוק בלונג אילנד שבניו יורק. היא טוענת שהעדות שלה היא משכנעת ביותר לקיום אב קדמון גמדי אנושי שגובהו התנשא ללא יותר מאשר מטר אחד. באב מציעה שההוביטים מייצגים מין חדש בשרשרת האבולוציה והם לא קבוצה של אנשים מודרניים שהיו רק קטנים. נראה שהוביטים אלה – הומינידים – שרדו כאשר בני האדם הגבוהים יותר, החזקים יותר ומה שנראה היותר חכמים – בני האדם המודרניים – כבר היו על פני כל כדור הארץ באותו הזמן, לפי באב. באב אמרה שליצור נראה שהייתה הופעה ייחודית, שמאפייניה היו ראש זעיר וגולגולת קטנה. באב הגיעה למסקנותיה תוך שימוש בטכניקות מידול תלת-ממדיות. באב והקולגה שלה קאירן מקנאלטי מאוניברסיטת מינסוטה השוו בעזרת מודלים תלת ממדיים אלה את המאפיינים הגולגולתיים של ה”הוביט” לאלה של סימולציה של מאובני אנוש כדי לקבוע את השוני בין השניים.   

המחקר של “תורת ההוביט” של באב שנוי במחלוקת.

יש הטוענים שהמאובן שנמצא באי האינדונזי הוא לא אחר מאשר מאובן של בני אדם מודרניים – ויותר מזה, מאובן של אוכלוסיה של אינדונזים נמוכי קומה שחיים שם היום: ואילו העובדה שנמצאה גולגולת קטנה פירושה שמדובר באדם חולה בעל גולגולת אסימטרית – מיקרוצפליה מסיבה רפואית. ישנם בערך 400 מצבים רפואיים שיכולים להוביל לסימפטום מיקרוצפלי.

באב לעומת זאת טוענת שצורת הגולגולת לא נראית כמו זו של אדם מודרני. כאשר דנים באסימטריה של הגולגולת יש לקחת בחשבון את תהליך המאובנות עם השנים שיכול לגרום לאסימטריה זו. כמוכן, באב אומרת שאנשים אחרים באוניברסיטת סטוני ברוק הביטו בזרועות וברגליים של המאובן והן לא נראות כמו אלה של אדם מודרני כלל וכלל.

Skull study evidence of ‘hobbit’ species, claims US anthropologist

Study performed using an 18,000-year-old fossil found in southeast Asia

 

ההוביטים:Hobbitt

 

Hobbit

 

Hobbitt

 

מאמר על מוחם של ההובטים כאן.

המאמר: האחרון בתחום. 

 

Journal of Human Evolution on ScienceDirect(Opens new window)

 

Size, shape, and asymmetry in fossil hominins: The status of the LB1 cranium based on 3D morphometric analyses

Karen L. Baaba, and Kieran P. McNultyb,

aDepartment of Anatomical Sciences, Stony Brook University Medical Center, Stony Brook, NY 11794, USA

bDepartment of Anthropology, University of Minnesota, 395 Hubert H., Humphrey Center, 301 19th Avenue S, Minneapolis, MN 55455, USA


Received 18 January 2008; 

accepted 23 July 2008. 

Available online 4 December 2008.

 

Abstract

The unique set of morphological characteristics of the Liang Bua hominins (Homo floresiensis) has been attributed to explanations as diverse as insular dwarfism and pathological microcephaly. This study examined the relationship between cranial size and shape across a range of hominin and African ape species to test whether or not cranial morphology of LB1 is consistent with the basic pattern of static allometry present in these various taxa. Correlations between size and 3D cranial shape were explored using principal components analysis in shape space and in Procrustes form space. Additionally, patterns of static allometry within both modern humans and Plio-Pleistocene hominins were used to simulate the expected cranial shapes of each group at the size of LB1. These hypothetical specimens were compared to LB1 both visually and statistically. Results of most analyses indicated that LB1 best fits predictions for a small specimen of fossil Homo but not for a small modern human. This was especially true for analyses of neurocranial landmarks. Results from the whole cranium were less clear about the specific affinities of LB1, but, importantly, demonstrated that aspects of facial morphology associated with smaller size converge on modern human morphology. This suggests that facial similarities between LB1 and anatomically modern humans may not be indicative of a close relationship. Landmark data collected from this study were also used to test the degree of cranial asymmetry in LB1. These comparisons indicated that the cranium is fairly asymmetrical, but within the range of asymmetry exhibited by modern humans and all extant African ape species. Compared to other fossil specimens, the degree of asymmetry in LB1 is moderate and readily explained by the taphonomic processes to which all fossils are subject. Taken together, these findings suggest that H. floresiensis was most likely the diminutive descendant of a species of archaic Homo, although the details of this evolutionary history remain obscure.

 

וגם המאמר:

 

The Liang Bua faunal remains: a 95 k.yr. sequence from Flores, East Indonesia

G.D. van den Bergha, d, , H.J.M. Meijera, , Rokus Awe Dueb, , M.J. Morwoodd, g, , K. Szabóc, , L.W. van den Hoek Ostendea, , T. Sutiknab, , E.W. Saptomob, P.J. Pipere, and K.M. Dobneyf, a

Nationaal Natuurhistorisch Museum Naturalis, P.O. Box 9517, 2300 RA Leiden, The Netherlands

bIndonesian Centre for Archaeology, Jl. Raya Condet Pejaten No. 4, Jakarta 12510, Indonesia

cAnthropology Program, University of Guam, Mangilao, Guam 96923

dGeoQuEST Research Centre, School of Earth and Environmental Sciences, University of Wollongong, Wollongong, New South Wales 2522, Australia

eArchaeological Studies Programme, University of the Philippines, 1101 Diliman, Quezon City, Philippines

fDepartment of Archaeology, University of Durham, South Road, Durham DH1 3L, United Kingdom

gArchaeology and Palaeoanthropology, School of Human and Environmental Studies, University of New England, Armidale, New South Wales 2351, Australia


Received 18 January 2008; 

accepted 20 August 2008. 

Available online 6 December 2008.

 

Abstract

Excavations at Liang Bua, a limestone cave on the island of Flores, East Indonesia, have yielded a well-dated archaeological and faunal sequence spanning the last 95 k.yr., major climatic fluctuations, and two human species – H. floresiensis from 95 to 17 k.yr.1, and modern humans from 11 k.yr. to the present. The faunal assemblage comprises well-preserved mammal, bird, reptile and mollusc remains, including examples of island gigantism in small mammals and the dwarfing of large taxa. Together with evidence from Early-Middle Pleistocene sites in the Soa Basin, it confirms the long-term isolation, impoverishment, and phylogenetic continuity of the Flores faunal community. The accumulation of Stegodon and Komodo dragon remains at the site in the Pleistocene is attributed to Homo floresiensis, while predatory birds, including an extinct species of owl, were largely responsible for the accumulation of the small vertebrates. The disappearance from the sequence of the two large-bodied, endemic mammals, Stegodon florensis insularis and Homo floresiensis, was associated with a volcanic eruption at 17 ka and precedes the earliest evidence for modern humans, who initiated use of mollusc and shell working, and began to introduce a range of exotic animals to the island. Faunal introductions during the Holocene included the Sulawesi warty pig (Sus celebensis) at about 7 ka, followed by the Eurasian pig (Sus scrofa), Long-tailed macaque, Javanese porcupine, and Masked palm civet at about 4 ka, and cattle, deer, and horse – possibly by the Portuguese within historic times. The Holocene sequence at the site also documents local faunal extinctions – a result of accelerating human population growth, habitat loss, and over-exploitation.

 

 

 

 

כיצד יראו המטוסים בשנת 2093?

מטוסי העתיד של 2093

חברת מטוסים פינית בשם “פינאייר” יצאה בדגמים של מטוסי העתיד. אתם מוזמנים להתרשם ולהמריא…

Welcome to the flight to 2093

Prospects for the future:
What will the world be like in 85 years?

בחברת התעופה “פינאייר” חוגגים השנה 85 שנה ולרגל המאורע הם כנסו פרופסורים, מהנדסים, אנשי עסקים ועיתונאים, וכולם מנסים לחזות איך יראה העולם בעוד 85 שנה? חלק מהרעיונות יכולים בהחלט לעבוד וחלקם נשארים בגדר הרעיון בלבד היום. אבל אולי בעוד 85 שנה… מי יודע, החלום יהפוך למציאות.

להלן הדגמים של המטוסים שהם מציעים – כרגיל הרעיונות כוללים ביודלקים, דלקי מימן, שימוש בחומרים על בסיס ננוטכנולוגיה, נוחות כמובן, טיסות פרטיות, לא לחכות בתור בשדות התעופה ומיני פינוקים אחרים… רעיונות שרק בפינלנד מן הסתם נוכל לחלום עליהם.

חוץ מזה, 85 שנה זה עוד הרבה זמן, ומי יודע? אולי בעוד 85 שנה בכלל לא נחייה על הכדור הזה ונעבור לגור על כדור אחר? או אולי על הירח? ואז בכלל נזדקק לכלי טיס אחרים לגמרי… בינתיים הרעיונות הסביביתיים, הננוטכנולוגיה והפינוק שולטים.

Future fleet images

Finnair A600–850 M

 

  Finnair A600-850

 

Finnair A1700-2400 Cruiser

 

An aircraft for everyone

 

Space hotel’s service ship

 

ניסוי חדש בטלפורטציה קוונטית

ניסוי חדש בטלפורטציה קוונטית

“ohne spukhafte Fernwirkungen”, Albert Einstein

מהי טלפורטציה קוונטית? מה שאלברט אינשטיין הכריז לחברו מקס בורן ב-3 למרץ 1947: “…הפיזיקה צריכה לייצג מציאות בזמן ובחלל, חופשית מפעולה למרחוק של רוחות רפאים”. טלפורטציה קוונטית היא אותה פעולה למרחוק של רוחות רפאים… מעבר של מידע ממקום אחד לאחר מבלי שהמידע יעבור דרך תווך פיזיקאלי. במשך השנים בוצעו מגוון ניסויים בטלפורטציה.

ב-23 לינואר אתמול, לראשונה, מדענים דווחו שהם הצליחו להעביר בטלפורטציה מידע בין שני אטומים נפרדים במיכלים שהם לא היו מחוברים זה לזה במרחק של מטר זה מזה. כלומר, החוקרים הצליחו להעביר בטלפורטציה מידע מאטום לכוד במיכל אחד לאטום אחר שהיה סגור במיכל השני שנמצא במרחק של מטר אחד מהמיכל הראשון.

זהו צעד אחד קדימה בהשגת המטרה של טלפורטציה ועיבוד מידע קוונטי מעשי, וניתור קוונטי ויסיע, כך הם טוענים, ליצרני הקודים ומפצחיהם. התקווה היא שהישג זה יועיל למערכות תקשורת סופר-מובטחות, כמו גם למחשבים סופר-מתוחכמים שיכולים כיום לפצח את הקודים הקריפטוגרפיים של היום או למיין בסיסי נתונים עצומים.

אולם אנחנו מעט רחוקים מהטלפורטר המפורסם ממסע בין כוכבים ששיגר את קפטן קירק ורעיו מהחללית אנטרפרייז ליעדם בחלל החיצון וחזרה.

נראה שהטלפורטציה היא אכן צורת המעבר המסתורית ביותר של הטבע: מידע קוונטי, כמו הספין של החלקיק או הקיטוב של הפוטון, מועברים ממקום אחד לאחר, מבלי שינועו דרך כל תווך פיזיקאלי. קודם לכן הצליחו לקבל מעבר שכזה בין פוטונים על פני מרחקים גדולים, בין פוטונים ומצבורי אטומים, ובין שני אטומים סמוכים באמצעות הפעולה המתווכת של אטום שלישי. אולם, אף אחד מהניסויים האלה לא סיפק אמצעי סביר ושמיש להחזקת והניהול של מידע קוונטי על פני מרחקים גדולים.

עתה קבוצה מהמכון הקוונטי באוניברסיטת מרילנד ומאוניברסיטת מישיגן הצליחו לבצע טלפורטציה למצב קוונטי ישירות מאטום אחד לאחר על פני מרחק ניכר. יכולת זו הכרחית למערכות מידע קוונטיות מעשיות בגלל שהן תדרושנה אחסון זיכרון גם בקצה השולח וגם בקצה המקבל של התמסורת.

המדענים דווחו ב-23 לינואר בגיליון של כתב העת המדעי היוקרתי Science (ראו אבסטרקט למטה), שתוך שימוש בפרוטוקול שלהם, ניתן לבצע רפליקציה (העתקה), טלפורטציה של אטום-לאטום בדיוק מושלם בבערך 90 אחוז מהזמן – ויותר מזה, ניתן לשפר את המספר הזה.

בהצהרה לתקשורת, סופר שלמערכת הניסויית של המדענים יש את הפוטנציאל ליצור את הבסיס של מה שהם מכנים “רפליקטור קוונטי” גדול שיכול לרשת זיכרונות קוונטיים על פני מרחקים עצומים – כך לפי המוביל של קבוצת המחקר כריסטופר מונרו מהמכון המשותף הקוונטי והמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת מרילנד.

Monroe

כריסטופר מונרו 

בנוסף, ניתן להשתמש בשיטות שלנו, טוען מונרו, יחד עם אופרציות ביט קוונטיות כדי ליצור רכיב מפתח שדרוש לחישוב קוונטי. מחשב קוונטי יוכל לבצע משימות מסוימות, כמו חישובי הצפנה וחיפושים בבסיסי נתונים עצומים, וזאת בצורה שהיא אלפי מונים יותר מהירה מאשר מכונות קונבנציונאליות. המאמץ לפתח מודל פועל הוא עניין שהוא אינטרס כלל עולמי, כך לדעת מונרו.

הטלפורטציה פועלת על בסיס התופעה הקוונטית שידועה בשם שזירה קוונטית או בשם הלועזי “אנטנגלמנט” entanglement, שהיא מופיעה רק בסקאלת הגודל האטומית והתת-אטומית. ברגע ששני עצמים הם במצב שקרוי שזירה,  או בסופרפוזיציה של מצבים, תכונותיהם שזורות יחד בצורה כזו שהיא בלתי ניתנת להתרה. למרות שהתכונות האלה הן באופן אינהרנטי בלתי ידועות עד אשר מתבצע אקט המדידה, מדידת אחד משני העצמים באותו הרגע מיד קובעת את המאפיינים של העצם האחר, ולא משנה כמה רחוק זה מזה הם נמצאים.  

קבוצת המחקר מאוניברסיטת מרילינד ומאוניברסיטת מישיגן בצעו ניסוי שבו היו שני יונים בודדים (שכונו A ו-B) של איטרביום (יסוד מתכתי) שמצבם הקוונטי היה שזור, וזאת כדי שמידע שגלום במצב של יון איטרביום אחד יוכל לעבור טלפורטציה לאחר. הקבוצה בודדה כל יון במלכודת בודדה בואקום גבוה, כאשר הוא שרוי בכלוב בלתי נראה של שדות אלקטרומגנטיים ומוקף באלקטרודות מתכתיות.

ראו האיור הזה:

החוקרים אז הגדירו שתי רמות אנרגית יסוד (הנמוכות ביותר) שניתן להבחין ביניהן של היונים שישרתו כערכי הביט האלטרנטיביים של ביט קוונטי אטומי או “קיוביט” qubit. ביטים אלקטרוניים קונבנציונאליים, כמו אלה שיש במחשבים הביתיים שלנו, הם תמיד בשני מצבים: או כבוי או דלוק. כלומר או אפס או אחד, או מתח גבוה או מתח נמוך. לעומת זאת ביטים קוונטיים יכולים להופיע בצירוף מסוים שקוראים להם, כמו בפתרונות הקוונטיים, סופרפוזיציה של שני המצבים באותו הזמן. וזאת עד אשר המדידה מבוצעת ו”בוחרת” במצב אחד משני המצבים שמצויים בו-זמנית.

מהלך הניסוי: בתחילת התהליך הניסויי, כל יון היה ברמת יסוד מסוימת. היון הראשון A הוקרן בפרץ גלי מיקרוגל שהיה תפור בצורה מיוחדת מאחת מהאלקטרודות שבכלוב שלו, וזה מיקם את היון הזה בסופרפוזיציה רצויה כלשהי של שני מצבי הקיוביט – כתוצאה נכתב לתוך הזיכרון שלו המידע שיש להעבירו בטלפורטציה.

שלב ראשון: הכנת היונים

מיד אחר כך, שני היונים מעוררים למשך פיקו-שנייה (כלומר, למשך טריליוני השנייה) על ידי פולס של לייזר. משך הפולס הוא כה קצר כדי שכל יון יפלוט רק פוטון אחד בעודו מסיר ממנו את האנרגיה שהוא רכש מהליזר וכך הוא יורד חזרה לאחת מרמות היסוד של הקיוביט. תלוי לאיזו מבין שתי רמות הקיוביט הוא יורד, היון פולט אחד משני סוגים אלה של פוטונים בעלי סוגים שונים מעט אלה של אורך גל (שמסמנים אותם באדום או בכחול) שהם תואמים לשני מצבי הקווביט האטומיים. זהו היחס בין פוטונים אלה שלבסוף יספק את הסיגנל המגלה שהנה התרחשה אכן השזירה הקוונטית כאן.

כל פוטון שנפלט נלכד על ידי עדשות, שהן מושרשות למעמד נפרד של כבל סיב אופטי, והפוטונים נישאים למפצל קרניים 50-50 שם יש סיכוי שווה בשווה לכל פוטון לעבור היישר דרך המפצל או להיות מוחזר. מכל צד של מפצל הקרניים ישנם גלאים שיכולים לרשום את הגעת הפוטון הבודד.

בטרם כל פוטון מגיע למפצל הקרניים, הוא נמצא בסופרפוזיציה של מצבים לא ידועים. לאחר שכל פוטון פוגש את המפצל, כל אחד מהם נוטל על עצמו מאפיינים מסוימים. כתוצאה, עבור כל זוג פוטונים, ארבעה צירופי צבע הם אפשריים – כחול-כחול, אדום-אדום, כחולאדום ואדוםכחול וגם אחת משני הקיטובים: אופקי או אנכי.

כמעט בכל הוריאציות האלה, הפוטונים או שמבטלים זה את זה או ששניהם מסתיימים באותו גלאי. אבל ישנו צירוף אחד ויחיד שבו שני הגלאים יציינו פוטון בדיוק באותו הזמן. במקרה זה, יהיה זה פיזיקאלית בלתי אפשרי לומר איזה יון יצר איזה פוטון, כי לא ניתן לדעת האם הפוטון שמגיע לגלאי עבר דרך מפצל הקרניים או הוחזר על ידו.

 

שלב שני: התאבכות הפוטונים.

תודות לחוקים המוזרים של מכניקת הקוונטים, אי ודאות אינהרנטית זו משליכה את היונים למצב שזור. כלומר, כל יון הוא בסופרפוזיציה של שני מצבי קיוביט אפשריים. הגילוי הסימולטאני של פוטונים בגלאים לא מתרחש לרוב, כך שיש לשוב אלפי פעמים בשנייה על העירור על ידי הליזר ותהליך פליטת הפוטון. אבל כאשר פוטון מופיע בכל גלאי, זה סימן שלא משתמע לשני פנים לשזירה קוונטית בין שני היונים.

כאשר מזהים מצב שזור, המדענים מיד מודדים את היון הראשון A. פעולת המדידה מאלצת אותו ומוציאה אותו מהסופרפוזיציה אל תוך מצב מוגדר: אחד משני מצבי הקיוביט. אבל בגלל שהמצב של היון הראשון A הוא קשור בצורה בלתי הפיכה בזה של היון השני B, המדידה הזו גם מאלצת את היון השני B למצב קומפלמנטרי. תלוי באיזה מצב היון הראשון A מצוי בו, לפי זה החוקרים יודעים בדיוק איזה פולס גלי מיקרוגל ליישם ליון השני B בכדי לשחזר את המידע המדויק שנכתב ליון הראשון A על ידי פרץ גלי המיקרוגל. בעושם כן, הם מקבלים את התוצאות בטלפורטציה המדויקת.

שלב שלישי: הטלפורטציה עצמה.

מה מבדיל למעשה תוצאה זו מטלפורטציה או מכל צורה אחרת של תקשורת? שום מידע ששייך לזיכרון המקורי למעשה לא חלף בין היון הראשון A ליון השני B. במקום, המידע נעלם כאשר היון הראשון A נמדד ומופיע חזרה כאשר פולס המיקרוגל מיושם ליון השני B. בנוסף, השיטה משלבת את היתרון של האטומים והפוטונים, אומר מונרו, בשם נציגי הקבוצה. פוטונים הם אידיאלים למעבר מידע מהיר על פני מרחקים רבים, בעוד שאטומים מספקים מדיום רב-ערך לזיכרון קוונטי שלו יכולת חיים לזמן רב. השילוב מייצג ארכיטקטורה אטרקטיבית ל”רפליקטור קוונטי”, שיאפשר למידע קוונטי להיות מועבר על פני מרחקים הרבה יותר גדולים מאשר ניתן לעשות זאת רק בעזרת פוטונים. בנוסף, סבור מונרו, הטלפורטציה של מידע קוונטי בדרך הזו יכולה ליצור את הבסיס לסוג חדש של אינטרנט קוונטי, שיכול לעלות בביצוע על הסוג הקונבנציונאלי של הרשת הקונבנציונאלית במשימות מסוימות.

המאמר המלא.

המאמר:

Science 23 January 2009:
Vol. 323. no. 5913, pp. 486 – 489
DOI: 10.1126/science.1167209

  

Reports

Quantum Teleportation Between Distant Matter Qubits

S. Olmschenk,1* D. N. Matsukevich,1 P. Maunz,1 D. Hayes,1 L.-M. Duan,2 C. Monroe1

Quantum teleportation is the faithful transfer of quantum states between systems, relying on the prior establishment of entanglement and using only classical communication during the transmission. We report teleportation of quantum information between atomic quantum memories separated by about 1 meter. A quantum bit stored in a single trapped ytterbium ion (Yb+) is teleported to a second Yb+ atom with an average fidelity of 90% over a replete set of states. The teleportation protocol is based on the heralded entanglement of the atoms through interference and detection of photons emitted from each atom and guided through optical fibers. This scheme may be used for scalable quantum computation and quantum communication.

1 Joint Quantum Institute (JQI) and Department of Physics, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA.
2 FOCUS Center and Department of Physics,
University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.

 

עדכון: קראו את המאמר הבא: האם תופעת האנטנגלמנט וחוסר הלוקאליות שבמכניקת הקוונטים מאיימים על תורת היחסות הפרטית?

Was Einstein Wrong?: A Quantum Threat to Special Relativity

Entanglement, like many quantum effects, violates some of our deepest intuitions about the world. It may also undermine Einstein’s special theory of relativity

By David Z Albert and Rivka Galchen

Albert Einstein 

 

הפוך על פיו: האם הצד השני של הירח פעם פנה לכדור הארץ?

הפוך על פיו: האם הצד השני של

הירח פעם פנה לכדור הארץ?

לפני מיליארדי שנה יתכן ואסטרואיד הפך על פיו את הירח. הצד הרחוק של הירח, שאף פעם לא פונה אלינו, יתכן שפעם פנה אל כדור הארץ. מתוך מחקר של המכתשים שעל הירח בצד הרחוק והאפל הזה ניכר שפעם יתכן שצד זה פנה לכיוון ההפוך.

Did the Moon’s far side once face Earth

בסוף המאה ה-19 ז’ול ורן חשב בספר המדע בדיוני שלו הפוך על פיו (לפעמים הספר נקרא גם: כיבוש הקוטב הצפוני) להזיז את הקטבים של כדור הארץ… ומדוע? חברי מועדון התותח מבלטימור ששלחו קליע בעזרת התותח מכדור הארץ לירח חשבו להשתמש בתותח הענקי בנוסף גם כדי להזיז את הקוטב הצפוני. ומדוע? כי התברר שיש מתחתיו אוצרות טבעיים…

להלן התוכנית של ז’ול ורן להזיז הכדור מצירו:

ואלה הדברים שנמסרו לידיעת הציבור. הודעת ועדת החקירה שנערכה ונמסרה לפרסום בעיתונים ובכתבי העת השונים המופיעים בשני חצאי כדור הארץ.

“החברה לתיעוש ארקטיקה” ששמה לה, כידוע, למטרה להעתיק את ציר כדור הארץ ממקומו הקבוע, בחרה לשם השגת מבוקשה זה, בכלי ירייה חדש, פרי המצאתה, והוא “תותח”, אשר “יוצב” בנקודה מסוימת בכדור הארץ. אם קנהו של התותח הזה יוצמד בחוזקה אל הקרקע, כי אז ייווצר עם הירייה שתשלח ממנו כוח חוזר אשר ישפיע על כל המסה של הכוכב שלנו.

כלי נשק זה, פרי המצאתם של המהנדסים העובדים בשרותה של החברה החדשה, עשוי כעין תותח עצום ממדים. ואילו נשלח ממנו פגז בקו ישר למעלה, כי אז לא היו לו כל תוצאות. כדי שפעולת הירייה תשיג את מלוא השפעתה יש אפוא לכונן את קנהו בקו אופקי צפונה או דרומה. ואכן ברביקן וחבריו בחרו דווקא בכיוון הדרומי. בדרך זו ייווצר כתוצאה מיריית התותח כוח חוזר אשר יגרום לכדור הארץ טלטלה חזקה לצד צפון – דחייה מעין זו נגרמת לכדור הביליארד לעת פוגעים בו פגיעה קלה בכדור אחר.

 

התותח

מיד אחרי הירייה יעתיק מרכז הכובד של כדור הארץ בכיוון המקביל לכיוון הירייה, דבר העלול לשנות את מישור המסלול בו נע כדור הארץ מסביב לשמש וכתוצאה מכך להאריך את השנה. אך שינויים אלה קלים יהיו מכדי שיושם אליהם לב. כנגד זה תשתנה בו ברגע תנועתה הסיבובית של הארץ, היא התנועה היומית בה מסתובב הכדור סביב לצירו – העובר דרך המישור שבתחום קו המשווה. תנועתו הסיבובית החדשה הזאת של כדור הארץ הייתה נמשכת משך זמן בלתי מוגבל, אילולא התנועה הסיבובית היומית הקיימת.

והנה התנועה הסיבובית היומית, המתקיימת מסביב לקו המחבר את הקטבים, ידמה לתנועה הסיבובית שתגרם לכדור הארץ כתוצאה מהחזרת הירייה, ושתי התנועות האלה יצרו ציר חדש, שקטביו מרוחקים יהיו מן הקטבים הראשונים במרחק מסוים של מעלות. אם הירייה תבוצע ברגע בו תמצא השתוות היום עם הלילה בעונת האביב – אחד משני הקווים החוצים, של קו המשווה ושל האליפסה – בדיוק מעל למקום בו תבוצע הירייה, ואם הירייה ועוצמת החזרתה תהיה חזקה די הצורך כדי להעתיק את הקוטב ב- ’23028, ימצא אזי הציר החדש בקו ניצב אל מישור האקליפטיקה, כלומר בדומה למצבו של ציר הכוכב צדק.

…אזורי הקוטב יועתקו למקום שקרחוניו ימסו בו בהשפעת קרני השמש.

ואולם האומנם אפשר לחשוב בדיוק שמסת הארץ וכוח תנועתה יועתקו בכוחה של ירית תותח, ויהא זה תותח בעל ממדים בלתי משוערים למרחק של ’23028 וכי כוחה החוזר של הירייה יהא מסוגל להעתיק את הקטבים ממקומם?

ואכן דבר זה אפשרי הוא, אלא שלשם כך יש לצקת תותח, או אפילו כמה תותחים, בעלי ממדים אלה, שיהא בהם כדי לספק את דרישות המכניקה וחוקיה. אך גם אם אי אפשר יהיה לצקת תותח כזה, הרי עוד אפשר יהיה להשתמש בחומר נפץ שיהיה בכוחו לספק לפגז מהירות שתבטיח את יעילותו.

אם ניקח לדוגמא את התותח הצרפתי בעל העשרים ושבעה סנטימטרים שהומצא בשנת 1875, והמסוגל לשלוח מתוך לועו פגז שמשקלו מגיע למאה ושמונים קילוגרם ואשר מהירותו מגיעה לחמש מאות מטרים לשנייה – ונגדיל את ממדיו מאה מונים ועל ידי כך את תפוסתו במיליון מונים, אפשר יהיה לירות ממנו פגז, שמשקלו יגיע למאה ושמונים אלף טונות! ואם נוסיף על כך ונשתמש בחומר נפץ שיהא בו כדי להגדיל את מהירותו של הפגז פי חמשת אלפים שש מאות מונים מאשר מהירותו של פגז בו משתמשים כיום תותחיה של אוניית מלחמה רגילה, כי אז תושג המטרה הרצויה במלואה. ואכן במהירות של אלפיים שמונה מאות קילומטרים לשנייה, אין לחשוש, שהפגז, בהיתקלו בדרכו שוב בארץ, יחזור לנקודת מוצאו הראשון.

ככל שלא יראה הדבר מופלא בעינינו, יש לציין, כי לרוע מזלם של יושבי כדור הארץ, מצוי בידי ג’. ת. מרסטון ושותפיו [ממועדון התותח מבלטימור] חומר נפץ בעל עוצמה בלתי מוגבלת כמעט… על הרכבו של חומר זה נמצאים בפנקסו של ג’. ת. מרסטון רק כמה רמזים מקוטעים…מתוך הכתוב עליו בפנקס ידוע רק זאת, שהוא מיוצר על ידי פעולה כימית מתרכובת של אלה שהם חומרים אורגניים ותחמוצת מימנית.

[ז’ול ורן מתאר מעין פיצוץ אטומי]

אם החומרים האלה, יופעלו בכוח המסוגל לשלוח פגז שמשקלו מגיע למאה ושמונים אלף טונות לתוך החלל אשר בגבול כוח המשיכה, כי אז יגרום כוחה החוזר של ההתפוצצות, להעתקת הציר, כלומר, למיקומו של הקוטב במעלה ה- ’23028, ואז ייווצר ציר חדש, שיהיה ניצב למישור המסלול בו נע כדור הארץ מסביב לשמש. וכתוצאה מכך יתרחשו כל אותם האסונות והפגעים אשר יושבי הארץ כה מפחדים מפניהם.

והנה עתה במקום התותח הצרפתי הגדול בעל העשרים ושבעה סנטימטרים שהומצא בשנת 1875, והמסוגל לשלוח מתוך לועו פגז שמשקלו מגיע למאה ושמונים קילוגרם ואשר מהירותו מגיעה לחמש מאות מטרים לשנייה, שני צרפתים מגלים את הדבר הבא: אסטרואיד גדול נתן מכה חזקה והפך על פיו את הירח לפני כמעט 4 מיליארד שנה. מכה כזו יכלה לגרום לסיבוב לא תקין של הירח למשך עשרות אלפי שנה עד שלבסוף, הירח כנראה הסתדר למיקומו הנוכחי.

מרק וויצורק ומתיו לה פבר’ה מהמכון לפיזיקת כדור הארץ בפריס שבצרפת חקרו את הגיל היחסי וההתפלגות של 46 מכתשים ידועים, שנחרטו על ידי הפגיעות מפסולת שמקורה בחגורת האסטרואידים במערכת השמש.

לפי סימולציות מחשב קודמות, ההמיספרה המערבית של הירח, כניבט מכדור הארץ, צריכה להכיל בערך כ-30 אחוז יותר מכתשים מאשר ההמיספרה המזרחית. הסיבה לכך היא שהצד המערבי תמיד פונה לכיוון שבו הירח מסתובב, מה שמעלה את הסבירות שצד זה של הירח יפגע על ידי פסולת אסטרואידית. זאת מאותה הסיבה בדיוק מדוע טיפות של גשם פוגעות בשמשה הקדמית של המכונית יותר מאשר בשמשתה האחורית.

ההמיספרה המערבית של הירח כפי שצולם מרכב החלל גלילאו

 (Image: Johnson Space Center Collection / NASA)

אולם כאשר וויצורק ולה פבר’ה השוו את הגילאים היחסיים של המכתשים, תוך שימוש בנתונים אודות הרצף שבו חומר שנפלט נסחף על גבי פני השטח, הם מצאו שבדיוק ההפך הוא הנכון. למרות שבקעות הפגיעה הצעירות ביותר התרכזו בהמיספרה המערבית, כצפוי, המכתשים העתיקים ביותר בעיקר הצטופפו בזו המזרחית. זה מציע שהצד המזרחי פעם הופצץ יותר פעמים מאשר זה המערבי.

ניתן להסביר זאת אם אסטרואיד גדול נתן מכה חזקה והפך על פיו את הירח. מכה כזו יכלה לגרום לסיבוב לא תקין של הלוויין, כך שלמשך עשרות אלפי שנה הוא יכל להופיע כמסתובב לאט כנצפה מכדור הארץ. לבסוף, הירח כנראה הסתדר למיקומו הנוכחי.

כמות הפסולת הירחית הרבה שנאספה מהמכתשים שנוצרו מהתפוצצות גדולה מספיק מציעה שהירח התהפך על פיו כדי לפנות לצד השני לפני יותר מ-3.9 מיליארד שנה, אומר וויצורק:

Did a large impact reorient the Moon?

Mark A. Wieczorek, a, and Mathieu Le Feuvrea

aInstitut de Physique du Globe de Paris, Saint Maur des Fossés, France


Received
19 September 2008

revised 10 December 2008

accepted 15 December 2008

Available online 31 December 2008.

 

Abstract

The Moon is currently locked in a spin-orbit resonance of synchronous rotation, of which one consequence is that more impacts should occur near the Moon’s apex of motion (0° N, 90° W) than near its antapex of motion (0° N, 90° E). Several of the largest lunar impact basins could have temporarily unlocked the Moon from synchronous rotation, and after the re-establishment of this state the Moon would have been left in either its initial orientation, or one that was rotated 180° about its spin axis. We show that there is less than a 2% probability that the oldest lunar impact basins are randomly distributed across the lunar surface. Furthermore, these basins are preferentially located near the Moon’s antapex of motion, and this configuration has less than a 0.3% probability of occurring by chance. We postulate that the current “near side” of the Moon was in fact its “far side” when the oldest basins formed. One basin with the required size and temporal characteristics to account for a 180° reorientation is the Smythii basin.

 

 

ההבדל בין פציפיסט משוכנע לפציפיסט מוחלט לפי אלברט אינשטיין

ההבדל בין פציפיסט משוכנע לפציפיסט מוחלט לפי אלברט אינשטיין

שבע שנים אחרי אירוע פצצת האטום בהירושימה ב-1952, הראו לעם ביפן תצלומים של ההרס שנגרם על ידי פצצות האטום שהוטלו על הירושימה ונגסאקי. הציבור היפני רצה לדעת על תפקידו של אינשטיין ביצירת הנשק האטומי והסיכוי לשימוש בהן בעתיד. כדי לענות על השאלות האלה, העורך של קאיזו שלח לאינשטיין מכתב ב-15 לספטמבר 1952. במכתב הוא הפנה לאינשטיין ארבע שאלות:

1)    מהי תגובתך לתצלומים שמראים את האפקט ההרסני של הפצצה?

2)    מה אתה חושב על פצצת האטום כמכשיר להרס אנושי?

3)    חושבים בציבור שהמלחמה הבאה תהיה מלחמה אטומית. האם פירושו שיהיה זה הרס האנושות?

4)    מדוע שיתפת פעולה ביצור פצצת האטום למרות שהיית מודע היטב לכוחה ההרסני העצום?

אינשטיין ענה חמישה ימים מאוחר יותר בזה המכתב:

20, לספטמבר, 1952 מכתב לעורך קאיזו

“השתתפותי ביצור הפצצה האטומית התבססה בפעולה בודדת: חתמתי על מכתב לנשיא רוזוולט, שבו הדגשתי את ההכרח בביצוע ניסוי בקנה מידה גדול ביחס לאפשרות יצור של פצצת אטום.

הייתי מודע היטב לסכנה הנוראית עבור האנושות כולה והיה והניסויים יוכחו כמוצלחים. עדיין חשתי מחויב לנקוט בצעד בגלל שזה נראה סביר שהגרמנים עלולים היו לעבוד על אותה בעיה בכל סיכוי של הצלחה. לא ראיתי כל אלטרנטיבה אלא לפעול כפי שפעלתי, למרות שתמיד הייתי פציפיסט משוכנע.

אני מאמין שהריגת בני אדם במלחמה אינה טובה יותר מרצח רגיל. אבל כל עוד לאומות אין את הנחישות לבטל מלחמה באמצעות פעולה משותפת ועל ידי מציאת אמצעים לפתרון המחלוקות שלהן ולהגן על האינטרסים שלהן בסידורי שלום בהתאם לחוקים הקיימים, הן תמשכנה להחשיב את ההתכוננות למלחמה כהכרחי. הן תחושנה מאולצות להיות מעורבות ביצור של אפילו הנשק המתועב ביותר מחשש שהן עלולות לפגר במרוץ החימוש הכללי. גישה כזו יכולה רק להוביל למלחמה, והלוחמה כיום פירושה השמדה אוניברסאלית של בני האדם.

אין הרבה טעם, לכן, בהתנגדות ליצור כלי נשק מסוים. הפתרון היחיד הוא לבטל גם את המלחמה וגם את האיום מהמלחמה. זוהי המטרה שלעברה עלינו לחתור. עלינו להיות נחושים לדחות את כל הפעילויות שבכל דרך שהן סותרות מטרה זו. זוהי דרישה נוקשה עבור כל אינדיבידואל שהוא מודע לתלותו בחברה. אבל אין זו דרישה בלתי אפשרית.

גנדי, הגאון הפוליטי הגדול של זמננו, ציין את הנתיב שיש לקחתו. הוא סיפק את ההוכחה לגבי איזו הקרבה האדם מסוגל לה ברגע שהוא מגלה את הנתיב הנכון. עבודתו לטובת שחרור הודו היא עדות חיה לעובדה שהרצון של האדם, שנתמך על ידי השכנוע העשוי ללא חת, הוא חזק יותר מאשר הכוחות החומריים שנראה שלא ניתן להתגבר עליהם”.

ההצהרה הזו תורגמה מגרמנית ליפנית על ידי הפציפיסט היפני סיהי שינוהרה. אחר כך הוא התחיל להתכתב עם אינשטיין וביקר את החלטתו של אינשטיין לשלוח את המכתב לנשיא רוזוולט ב-1939, פעולה שהוא האמין כלא קונסיסטנטית עם פציפיזם מוחלט. הוא גם חש שגנדי לבטח היה פועל אחרת אילו הוא היה מתעמת מול אותה בעיה. שינוהרה טען שההתחייבות של אינשטיין לפציפיזם מוחלט קרסה והתערערה תחת האינטרסים האמריקאים. על כך שינוהרה קיבל את התשובה הבאה מאינשטיין ב-22 לפברואר 1953:

“הגישה שלך היא בהחלט לקוחה מההשקפה של פציפיסט מוחלט, כלומר, ללא תנאים. אבל במכתבי ל-קאיזו אני לא אמרתי שאני הייתי פציפיסט מוחלט, אלא, במקום שהייתי תמיד פציפיסט משוכנע. בעוד שאני פציפיסט משוכנע, ישנן נסיבות שבהן אני מאמין שהשימוש בכוח הוא מתאים – דהינו, לאור אויב שיש לו נטייה ללא תנאים להרוס אותי ואת עמי. בכל המקרים האחרים אני מאמין שזה שגוי ומזיק להשתמש בכוח ליישוב סכסוכים בין לאומים.

זו הסיבה מדוע אני מאמין שהיה צורך להשתמש בכוח וזה היה מוצדק במקרה של גרמניה הנאצית. ביחס לרוסיה, זה עניין שונה למדי. במאבק הנוכחי בין ארה”ב לברית המועצות זה רחוק מלהיות ברור איזו ארץ מאיימת על הקיום של האחרת – אכן, זה אפילו מוטל בספק האם איום כזה בעצם קיים. במצב כזה אני משוכנע שגישה אגרסיבית מצד כל צד שהוא היא לא מוצדקת, ולכן, לשום אומה אחרת אין את הזכות להניח תפקיד פרטיזני בקונפליקט. הגישה של הודו [גנדי] נראית לי כמופתית. אני מאמין שכל פציפיסט יפני אמיתי צריך לשאוף ולהעריך לגמרי את העמדה ההודית ולאמצה כמודל עבור יפן”.

שינוהרה הגיב על ידי זה שהוא ביקר את המניעים והפעולות של אינשטיין. הוא האמין שאינשטיין תמך בשימוש בפצצה כנגד גרמניה. לכן שינוהרה סבר שיש לו אחריות להחלטה האמריקאית להשתמש בה כנגד אזרחים תמימים על הירושימה ונגסאקי.

אינשטיין מצידו ענה להאשמות של שינוהרה בהכחשה גורפת ב-23 ליוני, 1953

אני פציפיסט מסור, אבל לא מוחלט. פירושו שאני מתנגד לשימוש בכוח בכל הנסיבות, מלבד כאשר ניצבים מול אויב ששואף להרס של חיים כמטרה בפני עצמה. תמיד גיניתי את השימוש בפצצת האטום כנגד יפן. אולם, לא היה ביכולתי למנוע את ההחלטה שבנוגע אליה יש לי מעט אחריות כמו שלך יש אחריות למעשי היפנים בקוריאה ובסין.

אף פעם לא אמרתי שאישרתי את השימוש בפצצת האטום כנגד הגרמנים. האמנתי שהיה עלינו להימנע מהאפשרות שלגרמניה תחת היטלר תהיה חזקה בלעדית על נשק זה. זו הייתה הסכנה האמיתית באותו הזמן.

אני לא רק מתנגד למלחמה כנגד רוסיה אלא לכל מלחמה עם ההסתייגות שלמעלה.

נ.ב. אתה צריך לשאוף ליצור דעה על אחרים ועל מעשיהם רק על בסיס מידע מספק!”

(AP Photo) אלברט אינשטיין 

למען הגילוי הנאות, אינשטיין כאן דייק היסטורית. אינשטיין לא כתב את המכתב לנשיא רוזוולט שמציע את ההכרח באפשרות בנית הפצצה, אלא ליאו זילארד חיבר אותו באנגלית, הביאו לאינשטיין שחתם עליו (לאחר שאישר בכך את תוכנו). ה-FBI בראשות אדגר הובר הוציא את אינשטיין מפרויקט מנהטן בגלל שהובר העניק לאינשטיין סיווג בטחוני נמוך. לכן אינשטיין לא היה שותף לפרויקט מנהטן ולבניית פצצת האטום. אינשטיין הוצא מפרויקט הפצצה, לא היה שותף לו ולא ידע מה מתרחש בלוס אלמוס בגלל סיווגו הביטחוני הנמוך. בגלל היותו פציפיסט ה-FBI חשש שהוא מהווה סיכון בטחוני ומנעו ממנו להתקרב לכל מה שנוגע לפצצה שמא הוא יפריע וימנע את המבצע. לקראת הסוף כאשר הוא כבר ידע על המתרחש, גם אז לא הייתה לו השפעה פוליטית. השאלות היותר מהותיות הן: האם המשוואה המפורסמת של אינשטיין מ-1905 E=mc2 הובילה לפצצת האטום? באותה מידה ניתן לשאול האם גילוי הניטרון שהוביל לגילוי ריאקצית השרשרת בביקוע הגרעיני הוביל לפצצת האטום? וניתן לשאול האם החתימה על המכתב לרוזוולט הובילה להשלכת הפצצה על הירושימה? התוכנית המקורית הייתה לבנות פצצה כנשק הרתעה למקרה שלהיטלר תהיה פצצה. יפן כלל לא הייתה בתוכניות. התוכניות שונו רק לקראת הסוף בשנת 1945 – כאשר אינשטיין מזמן לא היה כבר בתמונה. לכן הסוגיה כאן היא מאוד מסובכת ומורכבת מבחינה היסטורית – כרגיל כמו בכל סוגיה מיליטריסטית וכאשר מעורבים בה גורמים פוליטיים, אינטרסנטיים וכוחניים…

 

 

ירידה בתפקוד המוח אצל נשים שנטלו אסטרוגן אחרי מנופאוזה

Hormone therapy linked to brain shrinkage in older women

ירידה בתפקוד המוח – דמנציה – אצל נשים שנטלו אסטרוגן אחרי מנופאוזה

לפני זמן לא רב, מיליוני נשים שעברו את שלב המנופאוזה נהגו ליטול אסטרוגן כחלק מטיפול הורמונאלי שנועד להגן על הלב שלהן, למנוע סרטן ולשמור את המחשבה רעננה וחדה. בשנות התשעים, יותר ממחצית הנשים שעברו את שלב המנופאוזה דווחו שהן נטלו הורמונים בשלב מסוים, ושליש נטלו אותם לפחות חמש שנים. בערך 38 אחוז מהנשים בין הגילאים 50 ל-70 נטלו הורמונים, לפי הסקירות של אותם הזמנים.

מרשמים עבור המוצרים ההורמונאליים הנפוצים ביותר, [פרמריל] פרמרין ופרמפרו ודומיהם ירדו מ-61 מיליון מרשמים בין 2001 ל-21 מיליון מרשמים ב-2004, לפי דיווח של המכון הלאומי לסרטן בארה”ב.

אולם שני מחקרים בכתב העת נוירולוגיה מראים שלא רק שתרפיית תחליף ההורמון מגבירה את הסכנה להתקפי לב, לשבץ, לקרישי דם ולסרטן השד, אצל נשים אחרי גיל 65, אלא גם היא מורידה את תפקוד מוחותיהן. כלומר, גורמת לסיכון רב יותר לדמנציה אצל נשים שהיו על טיפול הורמונאלי.

במחקר אחד בדקו נשים שנטלו אסטרוגן ופרוגסטין לעומת קבוצת נשים שנטלו פלסבו, ומצאו שהקבוצה שנטלה את האסטרוגן והפרוגסטין הייתה בסיכון רב יותר לדמנציה (היה להן אזורים גדולים מעט יותר של הרס וסקולארי במוחותיהן).

 

NEUROLOGY 2009;72:125-134
© 2009 American Academy of Neurology

Postmenopausal hormone therapy and subclinical cerebrovascular disease

The WHIMS-MRI Study

L. H. Coker, PhD, P. E. Hogan, MS, N. R. Bryan, MD, L. H. Kuller, MD, K. L. Margolis, MD, K. Bettermann, MD, R. B. Wallace, MD, Z. Lao, MD, R. Freeman, MD, M. L. Stefanick, PhD, S. A. Shumaker, PhD For the Women’s Health Initiative Memory Study*

AUTHORS’ AFFILIATIONS
From the Division of Public Health Sciences (L.H.C., P.E.H., S.A.S.), Wake Forest University School of Medicine, Winston-Salem, NC; Department of Radiology (N.R.B.), University of Pennsylvania, Philadelphia; Department of Epidemiology (L.H.K.), University of Pittsburgh, PA; Health Partners Research Foundation (K.L.M.), Minneapolis, MN; Department of Neurology (K.B.), Penn State College of Medicine, Hershey, PA; Department of Epidemiology (R.B.W.), University of Iowa College of Public Health, Iowa City; Eastman Kodak (Z.L.), Rochester, NY; Department of Obstetrics and Gynecology and Women’s Health (R.F.), Albert Einstein College of Medicine, Montefiore Medical Center, Bronx, NY; and Stanford Prevention Research Center (M.L.S.), Department of Medicine, Stanford University, CA.

Address correspondence and reprint requests to Dr. Laura H. Coker, Division of Public Health Sciences, Wake Forest University Health Sciences, Medical Center Blvd., Winston-Salem, NC 27157 lcoker@wfubmc.edu

Objective: The Women’s Health Initiative Memory Study (WHIMS) hormone therapy (HT) trials reported that conjugated equine estrogen (CEE) with or without medroxyprogesterone acetate (MPA) increases risk for all-cause dementia and global cognitive decline. WHIMS MRI measured subclinical cerebrovascular disease as a possible mechanism to explain cognitive decline reported in WHIMS.

Methods: We contacted 2,345 women at 14 WHIMS sites; scans were completed on 1,424 (61%) and 1,403 were accepted for analysis. The primary outcome measure was total ischemic lesion volume on brain MRI. Mean duration of on-trial HT or placebo was 4 (CEE+MPA) or 5.6 years (CEE-Alone) and scans were conducted an average of 3 (CEE+MPA) or 1.4 years (CEE-Alone) post-trial termination. Cross-sectional analysis of MRI lesions was conducted; general linear models were fitted to assess treatment group differences using analysis of covariance. A (two-tailed) critical value of = 0.05 was used.

Results: In women evenly matched within trials at baseline, increased lesion volumes were significantly related to age, smoking, history of cardiovascular disease, hypertension, lower post-trial global cognition scores, and increased incident cases of on- or post-trial mild cognitive impairment or probable dementia. Mean ischemic lesion volumes were slightly larger for the CEE+MPA group vs placebo, except for the basal ganglia, but the differences were not significant. Women assigned to CEE-Alone had similar mean ischemic lesion volumes compared to placebo.

Conclusions: Conjugated equine estrogen–based hormone therapy was not associated with a significant increase in ischemic brain lesion volume relative to placebo. This finding was consistent within each trial and in pooled analyses across trials.

 

במחקר השני נמצא ששני אזורי מוח שקשורים בזיכרון, האונות הקדמיות וההיפותלמוס, היו מעט אבל בבירור יותר קטנות אצל נשים שנטלו הורמונים. השפעות שליליות אלה היו ניכרות אצל נשים שנראה שכבר היה להן תפקוד קוגניטיבי נמוך וכנראה בעיות זיכרון.

 

NEUROLOGY 2009;72:135-142
© 2009 American Academy of Neurology

Postmenopausal hormone therapy and regional brain volumes

The WHIMS-MRI Study

S. M. Resnick, PhD, M. A. Espeland, PhD, S. A. Jaramillo, MS, C. Hirsch, MD, M. L. Stefanick, PhD, A. M. Murray, MD, MSc, J. Ockene, PhD Med, C. Davatzikos, PhD For the Women’s Health Initiative Memory Study*

AUTHORS’ AFFILIATIONS
From the Laboratory of Personality and Cognition (S.M.R.), Intramural Research Program, National Institute on Aging, NIH, Biomedical Research Center, Baltimore, MD; Division of Public Health Sciences (M.A.E., S.A.J.), Wake Forest University School of Medicine, Winston-Salem, NC; Departments of Internal Medicine and Public Health Sciences (C.H.), University of California, Davis, CA; Stanford Prevention Research Center (M.L.S.), Department of Medicine, Stanford University, CA; Chronic Disease Research Group (A.M.M.), Hennepin County Medical Center, Minneapolis, MN; University of Massachusetts (J.O.), Worcester, MA; and Department of Radiology (C.D.), University of Pennsylvania, Philadelphia, PA.

Address correspondence and reprint requests to Dr. Susan M. Resnick, Laboratory of Personality and Cognition, Biomedical Research Center/04B317, 251 Bayview Blvd., Baltimore, MD 21224 susan.resnick@nih.gov

Objectives: To determine whether menopausal hormone therapy (HT) affects regional brain volumes, including hippocampal and frontal regions.

Methods: Brain MRI scans were obtained in a subset of 1,403 women aged 71–89 years who participated in the Women’s Health Initiative Memory Study (WHIMS). WHIMS was an ancillary study to the Women’s Health Initiative, which consisted of two randomized, placebo-controlled trials: 0.625 mg conjugated equine estrogens (CEE) with or without 2.5 mg medroxyprogesterone acetate (MPA) in one daily tablet. Scans were performed, on average, 3.0 years post-trial for the CEE + MPA trial and 1.4 years post-trial for the CEE-Alone trial; average on-trial follow-up intervals were 4.0 years for CEE + MPA and 5.6 years for CEE-Alone. Total brain, ventricular, hippocampal, and frontal lobe volumes, adjusted for age, clinic site, estimated intracranial volume, and dementia risk factors, were the main outcome variables.

Results: Compared with placebo, covariate-adjusted mean frontal lobe volume was 2.37 cm3 lower among women assigned to HT (p = 0.004), mean hippocampal volume was slightly (0.10 cm3) lower (p = 0.05), and differences in total brain volume approached significance (p = 0.07). Results were similar for CEE + MPA and CEE-Alone. HT-associated reductions in hippocampal volumes were greatest in women with the lowest baseline Modified Mini-Mental State Examination scores (scores <90).

Conclusions: Conjugated equine estrogens with or without MPA are associated with greater brain atrophy among women aged 65 years and older; however, the adverse effects are most evident in women experiencing cognitive deficits before initiating hormone therapy.

 

הסיכון ללקות בדמנציה התגבר עם התרפיה ההורמונאלית ובייחוד אצל נשים שהיו כבר בסיכון קודם ללקות בדמנציה.  

מומחים אומרים שהממצאים לא אמורים לגרום לבהלה אצל נשים צעירות יותר שנוטלות אסטרוגן בהתאם להוראות הנוכחיות. באופן פרדוקסאלי, ישנה עדות טובה שעבור נשים צעירות יותר, אסטרוגן יכול למעשה לסייע לשיפור תפקוד המוח והתפקוד הרגשי, ואולי אפילו להגן כנגד מחלת האלצהיימר עשורים אחר כך.

מחלקת התרופות והמזון האמריקאית ה-FDA ממליצה שנשים שנוטלות הורמונים לטיפול בסימפטומים של מנופאוזה יתחילו לעשות זאת כמה שיותר מוקדם, אבל במינונים האפקטיביים הנמוכים יותר ולמשך הזמן האפשרי הקצר ביותר. נשים שלא היה להם כריתת רחם צריכות לקחת שילוב של אסטרוגן ופרוגסטרון, בגלל שהאסטרוגן לבדו מעלה את הסיכון לסרטן הרחם. נשים שהוציאו להן את הרחם ייטלו לפי ההמלצות רק אסטרוגן.

ביולוגיה קוונטית

ביולוגיה קוונטית

בשנת 2000 מקס טגמרק כתב מאמר שכותרתו, “החשיבות של הדה-קוהרנטיות הקוונטית לתהליכי המוח”, שבו הוא לא מסכים עם רוג’ר פנרוז שטוען בספרו המפורסם The emprors new mind, שהמוח פועל כמו מחשב קוונטי.

Max Tegmark, ‘The Importance of Quantum Decoherence in Brain Processes,’ Phys. Rev. E 61 (2000) 4194-4206.

המגזין הפופולארי דיסקבר יצא לפני שלושה ימים במאמר שכותרתו: “האם מכניקת הקוונטים שולטת במחשבתכם?”

Is Quantum Mechanics Controlling Your Thoughts?

Science’s weirdest realm may be responsible for photosynthesis, our sense of smell, and even consciousness itself.

by Mark Anderson

published online January 13, 2009

במאמר נכתב:

Remarkably, photosynthesis appears to derive its ferocious efficiency not from the familiar physical laws that govern the visible world but from the seemingly exotic rules of quantum mechanics, the physics of the subatomic world. Somehow, in every green plant or photosynthetic bacterium, the two disparate realms of physics not only meet but mesh harmoniously. Welcome to the strange new world of quantum biology.

ישנן תופעות ביולוגיות רבות שלא ניתן להסביר על ידי המודלים העכשוויים הביוכימיים והקלאסיים שנהוג להשתמש בהם כאשר רוצים לתאר כיצד אורגניזמים חיים מתפקדים. הגיעו למסקנה שהדרך שבה נהוג להסביר מערכות ביולוגיות ואורגניזמים חיים היא לוקה בחסר ולא לגמרי מספקת ודרושה גישה יותר כוללת. לכן התחילו לפנות להסברים מהפיזיקה הקוונטית כדי למלא את החסר, היכן שההסבר הביוכימי הקלאסי לוקה בחסר. הפיזיקה הקוונטית כזכור עוסקת באפקטים כמו סופרפוזיציה, קוהרנטיות ודה-קוהרנטיות, entanglement, אי ודאות, רעש קוונטי, מנהור, תקשורת על-אורית וכולי. אלה הם האספקטים שבהם עסקו רוג’ר פנרוז ומקס טגמרק.

לעומת זאת ישנם האספקטים של מכניקת הקוונטים שדנים בקרינה. כמוכן, מכניקת הקוונטים מספקת הסבר לצורת המולקולאריות שהכרחיות לשכפול הדנ”א של חומצות הגרעין ולסוגי חלבונים, עקרון האיסור של פאולי מבטיח שלאטומים ומולקולות יהיו גדלים מוגדרים וכתוצאה הוא קובע לא רק את השכפול, אלא גם את קצבי הדיפוזיה המשתנים, תכונות הממברנה ותפקודים רבים ביולוגיים חשובים אחרים. מכניקת הקוונטים גם מסבירה את עוצמות הקשרים המולקולאריים שמחזיקים את מיכון החיים יחד ומאפשרים מטבוליזם. דוגמאות אלה קובעות את המבנה והתכונות הכימיות-הביוכימיות. במובן זה כאשר ביולוגים הבינו את החשיבות של תופעות כאלה ברמות סקאלת הננו למחקרם, מכניקת הקוונטים עלתה באופן טבעי כדיספלינת מחקר.  

אם כך, מהי ביולוגיה קוונטית? זהו תחום שחוקר את התהליכים ברמה המולקולארית והאטומית של התפקוד הביולוגי; המחקר המדעי של תהליכים ביולוגיים במונחים של מכניקת הקוונטים תוך שמשתמשים במחשבים מאוד חזקים – מחשבי על – כדי למדל את התהליכים הביולוגיים ברמה האטומית והמולקולארית. משתמשים במחשבים רבי העוצמה כדי למדל את האינטראקציות בין האטומים והמולקולות במערכות ביולוגיות וכך באופן זה לחשוף את המכניזמים שמאחורי הריאקציות הביולוגיות החשובות. מקווים שתהליך זה יוביל ליישומים כגון, פיתוח “ננו-מתגים” ולמגוון יישומים עד לנשיאת תרופות, גנומיקה, חקירת המבנה והתפקוד של חלבונים ועד יצור חיישנים. בביולוגיה קוונטית ממדלים תהליכים ביולוגיים מורכבים, כאשר העיקרון הוא שימוש במכניקת הקוונטים.

תהליכים ביולוגיים יסודיים שקשורים בהמרה של אנרגיה לצורות שניתן להשתמש בהן להתמרות (טרנספורמציות) כימיות הם קוונטיים מכניים בטבעם. תהליכים אלה קשורים בריאקציות כימיות עצמן, בבליעת אור, ביצירת מצבים אלקטרוניים מעוררים, במעבר אנרגיה מעוררת, במעבר של אלקטרונים ופרוטונים וכדומה. בצורה זו תהליכים ביולוגים מקבלים הסבר תוך שימוש במכניקת הקוונטים שעוסקת בקרינה. כלומר, תהליכים ביולוגיים חשובים רבים שמתרחשים בתאים מונעים ונשלטים על ידי אירועים שקשורים בדרגות חופש אלקטרוניות. לכן משום כך דרוש התיאור שלקוח ממכניקת הקוואנטים.

דוגמא חשובה היא אירועי מפתח במהלך פוטוסינתזה בצמחים ומטבוליזם אנרגטי באאוקריוטים שמצדיקים תיאור קוונטי מכני – החל מבליעת האור בצורת פוטונים על ידי הרכיב הפוטוסינתתי ועד לתהליכי הטרנספר של האלקטרונים שמקיימים את היכולת האלקטרוכימית של הממברנה. בגלל החשיבות של מגע האור עם צמחים (לשם ויסות תפקוד חיוני) וגם עם חיות (לראיה), האינטראקציה שבין האור לפוטו-קולטנים ביולוגיים היא נפוצה בטבע. והיא גם דורשת תיאור קוונטי מכני. לדוגמא, חלבון הרודופסין שקיים ברשתית העין האנושית ולו תפקיד מפתח בראיה. תוך שימוש בסימולציות קוונטיות מכניות-מולקולאריות ניתן לשלב תיאור ברמה האלקטרונית של האזור הפעיל עם מודל קלאסי ביומולקולארי של המערכת. זה מאפשר לחקור את התהליכים ברמה האלקטרונית בסביבתם התאית הטבעית.

מייסדי מכניקת הקוונטים נילס בוהר וארווין שרדינגר חשבו על יישום מכניקת הקוונטים למערכות ביולוגיות. בוהר ב-1933 האמין שההבחנה בין מערכות חיות ללא חיות היא יסודית ולמעשה היא ביטוי לעקרון הקומפלמנטריות. שרדינגר כתב ספר מהם החיים? ב-1944 הוא פנה לרעיונות קוונטיים ואמר, “במקרה זה, הדבר מסופק על ידי תורת הקוונטים. לאור הידע הנוכחי, המכניזם של התורשה קשור במידה קרובה, אם לא נוסד על הבסיס עצמו של תורת הקוונטים”. שרדינגר גם הביע את הספקולציה לפיה אפקטים קוונטיים יובילו להתנהגות חדשה רדיקלית שתבדיל את החי מהלא חי. “עלינו להיות מוכנים למצוא סוג חדש של חוק פיזיקאלי נפוץ בתוך זה”.

Bohr, N., “Light and Life”, Nature, Volume 131, Issue 3309, pp. 457-459 (1933).

 

כך התחילו לחשוב על תהליכים קוונטיים בגוף האדם, כולל תהליכים שיכלו להסביר אספקטים בפיזיולוגיה שמזה זמן רב העסיקו את הביולוגים. אחת התופעות שנחקרו לראשונה הייתה פליטות האור מתאים בגוף, או ביו-פוטונים. פרופ’ פריץ-אלברט פופ Fritz-Albert Popp, שהיה סגן נשיא המכון הבינלאומי לביופיזיקה היה חלוץ במחקר הביופוטוני.

ב-1976 פופ ועמיתים פיתחו ציוד ניסויי מאוד רגיש שיכל למדוד את הפליטות של האור המאוד חלושות בטווח של בין 400 ל-800 ננומטר בתאים האנושים. הם אז הגו את המושג “ביו-פוטונים” כדי לבטא את המקור הביולוגי והאופי הקוונטי של הקרינה הזו. מאז הגילוי הזה, פורסמה עדות ניסויית חיובית והיא הראתה שהדנ”א הוא אחד המקורות לביו-פוטונים, ושישנו מבנה לשדה הביופוטוני. בנוסף, ישנה עדות שתומכת ברעיון שביו-פוטונים אחראים לעירור כמה ריאקציות ביוכימיות בתוך התאים וביניהם.

Popp F. A., et al., (1984): Biophoton emission – New evidence, Biophysics , 6 (1): 33-52. 

 Popp F. A., and Zhang, J. Z., (2000), “Mechanism of interaction between electromagnetic fields and living organisms,” Science in China (Series C – Life Sciences), 43 (5): 507-518.

סיריל וו. סמיט Cyril W. Smith מהנדס ביו-רפואי ופיזיקאי בריטי, ביצע ניסוים בתחום זה בתחילת שנות השבעים. הוא פיתח טכניקות הנדסיות ומאז 1973 הוא הוביל מחקרים על האינטראקציה של שדות אלקטרומגנטיים קוהרנטיים בתוך מערכות חיות וחומרים ביולוגיים. הוא הסיק שמערכות חיות יוצרות תבנית אופיינית של תדירויות כביטוי לפעילויות האלקטרו-כימיות שלהן. תדירויות אלה הן מספיק חזקות כדי לעורר סנכרון נראה בראשנים בנוכחות אור צהוב. סמיט הציע ביו-תקשורת בין אורגניזמים בנוכחות אור ושדה אלקטרומגנטי חלש. הוא הציע שמעבר מידע בלתי נראה זה מושג על די המערכת המאקרוסקופית תוך השענות על תחלופת פוטונים בנוכחות של וקטורי פוטנציאלים מגנטיים. לתיאוריה שלו יש קשר ברור לביו-פוטונים של פופ.  

מטי פיטקנן Matti Pitkanen, פיזיקאי תיאורטיקן פיני, הציע שעקרונות רבים של פיזיקת הקוונטים יכולים להיות מיושמים למערכות ביולוגיות. הוא הציע שמעבר המידע בביולוגיה מתרחש באמצעות נתיבים על-מוליכים, ושהאלקטרונים והפוטונים הם נשאי המידע הזה. עבודה זו נתמכת על ידי ניסויים שבוצעו על ידי פרימן וו. קופ Freeman W. Cope בשנות השבעים. קופ קישר בין הפיזיקה לביולוגיה בעבודה מרכזית והוא פיתח תיאורית מצב מוצק לתהליכים ביולוגיים. הוא הסיק שהפעילות בתוך התא היא לא רק אלקטרו-כימית, והוא הביט על תפקוד התא כאילו האיברים שבתוכו היו מוליכים למחצה תלת-ממדיים. התיאוריה שלו מציעה שניתן להחשיב את כל המבנים בתוך התא כבתוך שדה שבו יש אינטראקציה קבועה בין כל החלקיקים התת-אטומיים, לא רק בין מטענים על האלקטורנים. קופ פרסם מאמר ב-1978 שהראה שחומצות גרעין הידראטיות או מלנין יבש יוצרים קול בתדירות נמוכה במדידות של מוליכות חשמלית כאשר הם נחשפים לשדות מגנטיים בטמפרטורת החדר. מזה, הוא הסיק שעל-מוליכות, אנלוגית לעל-מוליכות במתכות בטמפרטורות מאוד נמוכות, הופיעה במערכות חיות בנוכחות שדה מגנטי. השקפתו הכוללת הייתה שנתיבים על-מוליכים משחקים תפקיד מפקח בתפקודים ביולוגיים.

Cope, F. W., (1971), “Evidence from activation energies for superconductive tunneling in biological systems at physiological temperatures,”Physiol. Chemistry & Physics, 3: 403-410.

Cope F. W., (1978), “Discontinuous magnetic field effects (Barkhausen noise) in nucleic acids as evidence for room temperature organic superconduction,”Physiol. Chemistry & Physics, 10: 233-246.

 

מחקרים אלה ורבים אחרים נראה שעוקבים אחרי קו מחשבה זהה: ישנו תחום נוסף – התחום הקוונטי המוזר – ששולט במערכות הביולוגיות בנוסף למערכות הביוכימיות.

נתקדם למחקרים מודרניים שעוסקים יותר בתחום של מכניזמים של ריאקציות. ניתן, למשל, להסביר בעזרת מכניקת הקוונטים כיצד האינטאין – סוג של חלבון שמצוי באורגניזמים חד-תאיים ובבקטריות – חותך את עצמו מהחלבון המארח ומחבר מחדש את שני הגדילים הנותרים. האינטאין חותך את רצף החלבון בשתי נקודות: אחת בטרמינל N ואז בטרמינל C. הריאקציה בטרמינל C מואצת בסביבות חומציות. כדי לפקח על הריאקציה ולהשתמש בה כ-“ננו-מתג”, דרושה הבנה טובה יותר של המכניזם שמאחורי הריאקציה הזו. ניתן להשתמש בחלבון הזה שחותך את עצמו ומצרף את החתיכות יחד בצורה שניתן לנבאה למטרות הננוטכנולוגיה. ומכיוון שהריאקציה יכולה להיות רגישה לאור ולעירור סביבתי אחר, התהליך יכול להיהפך ליותר מאשר מתג דו-כיווני “on” ו-“off”.

Mechanism for Intein C-Terminal Cleavage: A Proposal from Quantum Mechanical Calculations

Abstract

Inteins are autocatalytic protein cleavage and splicing elements. A cysteine to alanine mutation at the N-terminal of inteins inhibits splicing and isolates the C-terminal cleavage reaction. Experiments indicate an enhanced C-terminal cleavage reaction rate upon decreasing the solution pH for the cleavage mutant, which cannot be explained by the existing mechanistic framework. We use intein crystal structure data and the information about conserved amino acids to perform semiempirical PM3 calculations followed by high-level density functional theory calculations in both gas phase and implicit solvent environments. Based on these calculations, we propose a detailed low pH mechanism for intein C-terminal cleavage. Water plays an important role in the proposed reaction mechanism, acting as an acid as well as a base. The protonation of the scissile peptide bond nitrogen by a hydronium ion is an important first step in the reaction. That step is followed by the attack of the C-terminal asparagine side chain on its carbonyl carbon, causing succinimide formation and simultaneous peptide bond cleavage. The computed reaction energy barrier in the gas phase is 33kcal/mol and reduces to 25kcal/mol in solution, close to the 21kcal/mol experimentally observed at pH 6.0. This mechanism is consistent with the observed increase in C-terminal cleavage activity at low pH for the cleavage mutant of the Mycobacterium tuberculosis RecA mini-intein.

An intein crystal prior to protein splicing

Nanoswitch

התמונה מראה את גביש האינטאין לפני חיבור החלבון.

החוקרים חשפו את הפרטים של הריאקציה על ידי יישום העקרונות של מכניקת הקוונטים. היישום התאפשר תודות למחשבי העל, שיכלו ליישם מודל קוונטי מכני לאטום פחמן בחלבון בדיוק באותו האופן שבו מיישמים מודלים כאלה לאטום פחמן בננו-צינוריות. למרות שחלבון הוא מערכת מורכבת ואסימטרית, ברמה הקוונטית מדובר באטומים של פחמן, חנקן, מימן וחמצן ששרים לחוקי מכניקת הקוונטים.

מכניקת הקוונטים מאפשרת לחוקרים לבצע דברים שלא ניתן לבצעם בעזרת הפיזיקה הקלאסית, כמו למשל למדל את האופן שבו קשרים כימיים נוצרים ומתפרקים, או לדבר על האפקט של מנהור חלבוני – חלבונים שיכולים לנוע דרך מחסומי אנרגיה שבדרך כלל יהיו בלתי אפשריים עבורם. ראו למשל את המאמר הבא שפורסם בדיוק לפני שנה על ידי חוקרים מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת תל אביב על מנהור חלבוני.

למשל, נתבונן בתהליך הפוטוסינתזה. צמחים ואורגנזמים פוטוסינתתיים אחרים ממירים את אור השמש לצורות שונות של אנרגיה מטבולית. כדי לחשוף את עצמם בצורה האופטימאלית לשמש, בעוד שבאותו הזמן הם נמנעים מחשיפת יתר לאור, אורגניזמים אלה משתמשים במערכות מולקולאריות רגישות לאור שמפקחות, למשל על הכיוון של העלים שלהם. מערכות כאלה כוללות פוטו-רצפטורים שהם רגישים לאור כחול. חוקרים השתמשו בסימולציות מחשב שמשלבות בין שיטות מכניות קוונטיות לשיטות קלאסיות כדי לחקור פוטו-עירור ותהליכים שבאו בעקבות זאת ברמה האטומית.

נתבונן בתהליכים קוונטיים שדרושים לסינתזת ATP. המהלך של חלבוני הממבראנה שיוצרים את יחידת הפוטוסינתזה. בליעת האור ומעבר עירור בתוך החלבונים שקולטים את האור, מעבר האלקטרונים בתוך מרכז הריאקציה הפוטוסינתתית, מעבר הפרוטונים, הריאקציה הכימית של סינתזת ה-ATP, וכולי. התיאור של תהליכים קוונטיים מתמקד בדרך כלל במולקולות מיוחדות כמו כלורופילים שמשובצות בסביבת חלבונים גדול יותר.

 לסיום, יש היום גם תחום שנקרא “סרטן קוונטי“, דהינו, הכנסת שיטות קוונטיות לחקר התפתחות הסרטן ברמה התאית. האם הפעולות של התאים בתהליך הסרטני מציגות תכונות קוונטיות מכניות? הסרטן הקוונטי הוא תחום שמנסה לגרום לביולוגים לחשוב אל מחוץ לקופסא הביולוגית.