Vår strävan att förstå fortsätter. Se fler bilder från 2011. Fototeca Storica Nazionale/Getty Images Ännu en gång, det är dags att stänga boken om vetenskap 2011 och bestämma exakt hur året som var faktorer i mänsklighetens försök att förstå hur kosmos fungerar.
Föreställ dig vetenskapen som en lykta i en mörk studie full av bokhyllor och kuriosa. För varje år som går, vi lyckas göra lågan lite ljusare. Varje gång, vi blir lite bättre på att katalogisera objekten i studien, relationerna mellan dem och dimensionerna i själva rummet. Självklart, nya pussel dyker också upp:konstiga skuggor på väggarna och fellästa titlar på dammiga tomes spines. Vetenskapen avslöjar aldrig universum som omsluter oss, men det förklarar det lite bättre varje år.
Forskarna från 2011 upptäckte inte livet på en annan planet. De skapade inte ett botemedel mot döden eller skapade en maskin som kunde mänsklig kärlek. Men de rörde sig lite närmare var och en av dessa otroliga verkligheter. Här är hur.
Innehåll
En CERN -arbetare går förbi en målad representation av Large Hadron Collider den 13 december, 2011, i Genève. Medan LHC -folket inte upptäckte den svårfångade Higgs -bosonen 2011, forskare rapporterade att sökandet minskade. Harold Cunningham/Getty Images Varje gång, en ny vetenskaplig upptäckt förändrar helt hur vi tänker om universum. Dessa ögonblick skriver om reglerna, som Galileos upptäckt 1610 att andra planeter hade månar - och senare, att jorden inte var centrum för alla banor. Sådana spelförändrande stunder är sällsynta, men du kan bättre tro att de tar tag i rubrikerna.
Den 22 september, just en sådan historia kom från European Organization for Nuclear Research (CERN). Ett internationellt team av forskare på experimentet Oscillation Project with Emulsion-Racking Apparatus (OPERA) hävdade att de hade bevittnat något omöjligt:neutrino-partiklar som färdades snabbare än ljusets hastighet.
OPERA-teamet rapporterade att neutrinoerna zippade längs 60 nanosekunder snabbare än ljusets hastighet (med en felmarginal på 10 nanosekunder), men det är fortfarande tillräckligt för att kränka Einsteins speciella relativitetsteori. Om sant, deras mätningar skulle välta den så kallade universella hastighetsgränsen och förändra vårt sätt att förstå massa och energi i universum.
Tills vidare, dock, modern fysik är säker. Den vetenskapliga juryn är fortfarande ute på neutrinoer som är snabbare än ljus när andra experter inom partikelfysik tar ett slut, skeptisk titta på data och genomföra sina egna oberoende experiment. Forskare från USA, Japan och Europa planerar att publicera sina egna resultat under de kommande månaderna.
Om OPERA -resultaten visar sig vara falska, då var det fortfarande ett av de mer minnesvärda ögonblicken i vetenskapen för 2011. Om resultaten visar sig vara sanna, dock, då representerar det en av de största vetenskapliga stunderna under det senaste århundradet.
Kvantteleportering är framtidens databehandling. Colin Anderson/Photographer's Choice/Getty Images Bli inte för upphetsad, eftersom du fortfarande måste pendla till jobbet på morgonen snarare än att stapla in i en praktisk telepod, men 2011 visade japanska och australiensiska forskare framgångsrikt kvantteleportation på ljusvågor.
Leds av forskare vid University of Tokyo, laget tog en nugget kvantinformation, i form av ljus, och manipulerade det till en kvant överlagring så att den fanns i två stater samtidigt. Tycka om Schrödingers katt , som samtidigt är levande och död i det berömda tankeexperimentet, det överlagrade ljuset finns i två tillstånd samtidigt. Forskarna kunde utnyttja detta för att förstöra ljuset på en plats och återskapa det på en annan.
Idén i sig är inte ny. Fysikern Charles Bennett och ett team av forskare vid IBM bekräftade möjligheten redan 1993. Efterföljande experiment visade att kvantteleportering var möjlig, men nu existerar det fast i vetenskapens rike. Eftersom superposition ligger till grund för kraften i kvantberäkning, forskare hoppas att tekniken kommer att leda till ännu snabbare kvantdatorer.
Första "Jeopardy!" programledaren Alex Trebek tappade sin fantastiska mustasch. Sedan förstörde en maskin alla människor på hans show. Det här är mörka dagar. Frederick M. Brown/Getty Images De artificiellt intelligenta bland oss har redan visat sig överlägsna i allt från schack till enkel stavning. Så varför ska det spela någon roll att en superdator reglerar för att spela tv -spelshowen "Jeopardy!"?
Självklart, det var precis vad som hände 2011. IBM:s Watson -superdator besegrade mänskliga motståndare i en övningsrunda och två tv -matcher i den populära frågesporten. Maskinen tog till och med ner den legendariska Ken Jennings, som själv verkade en ganska trivial maskin när han vann rekord 74 matcher i rad.
Långt ifrån bara ett reklamstunt, Watsons seger var en fantastisk utställning av både frågeställande AI och en maskin som navigerar i en mänsklig värld. Datorer som svarar på tillfälligt formulerade mänskliga frågor har funnits i science fiction i evigheter, men vetenskapen är bedrägligt komplex. Watson representerar en av de första verkliga tekniska landmärkena på området, och medan dess frågeställningsförmåga är ofullkomliga, de pekar på en framtid full av verbal robot/mänsklig interaktion.
När det gäller att navigera i människovärlden, "Jeopardy!" är knappast en livlig stadsgata, men det är en mänsklig miljö - och en som denna robot lyckades bemästra fint. För att robotar ska förändra vårt sätt att leva, de måste komma ut från laboratorier och fabriker. Watson har gjort just det.
Detta NASA-diagram jämför vårt eget solsystem med Kepler-22, ett stjärnsystem som innehåller Kepler-22b. Ames/JPL-Caltech/NASA via Getty Images Du är bekant med Goldilocks och de tre björnarna, höger? En skål gröt var för varm att äta, en var för kall men en tredje skål var lagom. Astrobiologer och planetforskare har en särskild förkärlek för denna berättelse, som det understryker Goldilocks princip , som säger att beboeliga planeter måste existera inom en viss bana för att potentiellt kunna upprätthålla liv.
För det mesta, NASAs strävan att kartlägga observerbara exoplaneter har spelat ut som Goldilocks äventyr i de tre björnenas hus. Bara istället för att stöta på två skålar med oacceptabel gröt, NASA har katalogiserat hundratals. Byrån har hittat system där jordliknande planeter brinner i bränderna i en nära bana eller driver frusna i avlägsen exil. Om det inte finns flytande vatten där, det är en no-go för den här saken som kallas liv. Vissa soler är för gamla och stora, andra för svaga. Forskare har till och med upptäckt oseriösa planeter som driver som mästerlösa samurajer genom Vintergatan.
Men 2011 var året då NASA äntligen hittade en skål med rimlig planetgröt. Den 5 december, NASA meddelade att dess Kepler-uppdrag hade upptäckt Kepler-22b, den första upptäckta planeten i den beboeliga zonen av en stjärna som liknar vår sol. Vid 2,4 gånger jordens radie, denna lilla exoplanet ligger 600 ljusår från oss. Keppler-22b:s faktiska innehåll är för närvarande ett mysterium, men exoplaneten sätter NASA ett steg närmare att hitta en annan värld som känns som hemma.
Kepler -uppdraget jagar efter exoplaneter genom att analysera ljusstyrkan i stjärnorna när planeter korsar deras väg. Under 2011, uppdraget avslöjade också Kepler-16b, som kretsar runt två stjärnor, och Kepler-10b, den minsta planeten som någonsin upptäckts utanför vårt eget solområde.
Rymdfärjan Atlantis inleder en genomsökning av sitt termiska skyddssystem efter att ha lossat från Internationella rymdstationen för sin resa hem den 19 juli, 2011. NASA/Getty Images När det gäller rymdutforskningens historia, 2011 kommer alltid att komma ihåg som året NASA:s rymdfärjeprogram slutade efter tre decennier. Vad började den 12 april 1981, med lanseringen av Columbia, slutade den 21 juli när Atlantis slog till vid Florida Kennedy Space Center.
Det sista rymdfärjan uppdraget väckte mycket nostalgi bland både rymdentusiaster och allmänheten, men det väckte också oro över framtiden för bemannad rymdutforskning. Mitt i skärpande budgetar, NASA slopade planerna på att återvända till månen och avbröt Constellation Program för att utveckla rymdfärjens efterträdare.
Space Launch System är på gång, men förvänta dig inte att se några egentliga bemannade amerikanska rymdfarkoster förrän åtminstone 2019 [källa:Boyle]. Tills dess, NASA:s utforskning av mänskligt rymd måste bero på charterflyg från Ryska federala rymdorganisationen och privata rymdfärdföretag som Virgin Galactic.
Besättningsmedlemmar från Mars500 undviker rymdgalskap i sitt träpanelade "rymdskepp". Här förbereder de sig för att spela in hjärnans elektriska aktivitet. Foto med tillstånd av ESA/Mars500 besättning Kom ihåg den gången du nästan dödade ditt syskon, vän eller älskad under en exceptionellt lång bilresa? Du kan skylla på trånga förhållanden, trafik i nätet eller hungerdriven skrämsel, men vi vet alla vad som hände:rymd galenskap, ren och enkel. Du har sett det i science fiction, och det är en mycket verklig oro för förespråkare av bemannade rymdresor.
Kom ihåg att yttre rymden är stor och att det tar ganska lång tid att komma någonstans med nuvarande eller till och med nära framtidsteknik. Det är därför European Space Agency lastade sex manliga volontärer i en trång, träpanelhackat rymdskepp och höll dörren stängd i 520 dagar. Luckan stängdes den 3 juni, 2010, och öppnade inte förrän den 4 november, 2011.
Under tiden, besättningsmedlemmarna på Mars500 genomförde experiment för att mäta deras psykologiska tillstånd under isoleringen, uthållig intetsägande mat och vilka få bekvämligheter som passar i deras 19, 400 kubikfot (550 kubikmeter) kammare.
Experimentet var ett landmärke i mänsklighetens fortsatta uppstigning till ett bemannat besök på den röda planeten. Forskare undersökte besättningsmedlemmarna noggrant vid deras framkomst för att mäta exakt hur väl deras kroppar och sinnen höll uppe under isoleringen.
Numera överträffar vävnadsteknik långt denna vision. William Andrew/Photographer's Choice/Getty Images Föreställ dig en framtid där läkare utvecklar ersättningsdelar genom att odla patientens egna stamceller över en polymerställning. Otroligt nog, den framtiden är nu. Faktiskt, Stockholmsbaserade kirurgen Paolo Macchiarini utförde bedriften två gånger 2011.
Macchiarini hade tidigare tagit rubrikerna genom att utföra ett liknande förfarande 2008, förutom i så fall odlade han transplantatmottagarens celler över ett spöke -luftrör, en givare luftrör kemiskt avlägsnat sina celler. Vid den här tiden, dock, han använde en syntetisk polymerställning-ett luftrörsformat ramverk för patientens stamceller att växa över. Macchiarini implanterade den första av dessa konstgjorda luftrör i ett 12-timmarsförfarande i juni och en andra i november. Båda operationerna var framgångsrika.
Inte bara tar denna vävnadstekniska teknik bort behovet av donatorvävnader, men det sparar också mottagaren en livstid för mediciner för att undertrycka immunsystemet och förhindra avstötning av transplantation. Trots allt, organet består av patientens egna celler. I framtiden, forskare hoppas kunna växa ännu mer komplexa organ, inleder en ny tid för regenerativ medicin.
Med stamceller, vi kan växa om det. artpartner-images/Photographer's Choice/Getty Images Några av de mer fantastiska möjligheterna inom medicinsk vetenskap beror på användningen av mänskliga stamceller. Embryonala stamceller kan utvecklas till alla typer av celler i människokroppen - ben, hjärna, you name it - medan vuxna stamceller är mer begränsade. Båda typerna ger oss möjlighet att regenerera skadad vävnad och till och med odla anpassade donatororgan.
Våra förmågor att utnyttja denna teknik avancerade betydligt 2011 när forskare vid New York Stem Cell Foundation Laboratory omprogrammerade en vuxen mänsklig äggcell till ett embryoniskt tillstånd, som sedan skapade en självreproducerande rad av embryonala stamceller.
Forskarna använde en kloningsteknik som kallas somatisk cellkärnöverföring för att uppnå sitt mål, ta kärnan och dess genetiska material från en vuxen hudcell och överföra den till ägget. De resulterande stamcellerna var inte sanna kloner (de innehöll kromosomer från både ägget och hudcellerna), så tekniken är inte klar för terapeutisk användning. Dock, forskare hoppas att dessa fynd kommer att bana väg för en alternativ källa för embryonala stamceller.
Skåda, det mäktiga mikrohjärnan! Bild med tillstånd av University of Pittsburgh Det mänskliga sinnet förblir ett bunt av mysterier, men vetenskapen fortsätter att riva upp det i en häpnadsväckande takt. The Blue Brain Project, till exempel, syftar till att skapa en virtuell modell av en fungerande mänsklig hjärna år 2020. Vi är inte riktigt där än, men 2011 lyckades forskare vid University of Pittsburgh skapa ett artificiellt mikrohjärna, härrör från råtta hjärnceller. Består av knappa 40 till 60 neuroner, det kunde tolv sekunder korttidsminne.
Forskarna drog av denna fantastiska bedrift genom att lägga till hjärnceller från embryonala råttor till en kiselskiva belagd med proteiner. Cellerna fastnade vid proteinerna och växte ihop till en fast ring. När den stimuleras med el, neuronerna i mikrohjärnan bar pulsen i 12 sekunder - i huvudsak "ihåg" stimulansen.
Nästa stopp, dock, är inte att placera mikrohjärnan i en konstgjord råtta. Forskarna planerar att använda sin skapelse för att studera överföringen av elektriska signaler i hjärnan och bättre förstå det inre arbetet i mänskligt minne.
Serietelepat Charles Xavier (James McAvoy) får allt att tänka på med sina psykiska krafter. Är detta inte längre fantasi? Murray Close/Getty Images Tänk om någon kunde kika in i ditt sinne och se vad du tänker? Vi har alla tänkt på det tidigare:telepatisk kommunikations underverk och fasan när vi ser att den sista bastionen av mänsklig integritet urholkas. Neurovetenskapare har förutspått förverkligandet av denna dröm/mardröm i decennier, och nu är vi närmare än någonsin att bryta det mänskliga sinnets fästning.
Den 22 september, 2011, tidskriften "Current Biology" publicerade ett University of California, Berkeley, studie där forskare analyserade hjärnaktivitet för att få en suddig men exakt inblick i människans visuella upplevelse. De visade testpersoner YouTube -klipp när de skannade försökspersonernas hjärnor med en funktionell magnetisk resonansavbildningsmaskin (fMRI). Dessa enheter mäter blodflödet i hjärnan, som motsvarar neural aktivitet. Forskarna kunde ta de resulterande fMRI -data, avkoda den i en datormodell och sätt ihop en visuell tolkning av de slumpmässiga filmer som motiven sedan tittade på.
Forskarna hoppas kunna använda denna utveckling för att förbättra vår förståelse av hur hjärnan fungerar, liksom länken mellan verkligheten och sinnet.
Utforska länkarna på nästa sida för att lära dig mer om vad som hände 2011.
