Magyar Tudomány, 2005/7 913. o.

Kitekintés


Mi jöhet Einstein után?

A fizika nemzetközi évében többen megpróbálják összefoglalni a fizika elott álló nagy kérdéseket. A következo nagy forradalom valószínuleg váratlan irányból jön. Néhány megoldásra váró nagy kérdést a The New York Times tudományos rovatában közölt összefoglaló alapján mutatunk be.

Volt-e Istennek választása? A világegyetem minden jellemzoje, köztük a dimenziók száma, az elemi részecskék tömege megjósolható és elkerülhetetlenül megfelel egy ismeretlen törvénynek, vagy egyesek közülük környezeti véletlenek, vagyis egyszeruen ott élünk, mint a halak a vízben, ahol a körülmények az élet számára kedvezoek?

Mi a sötét energia, ami úgy tunik a világegyetem tágulását gyorsítja és egyre gyorsabban és gyorsabban távolítja el egymástól a galaxisokat? Miért egy olyan idoszakban élünk, amikor ez az energia éppen elkezdi legyozni az anyag tömegvonzását a kozmikus evolúcióban? Ez a hatás örökké folytatódik és kiszív minden energiát és életet a világegyetembol? Mi a sötét anyag, ez a titokzatos gravitációs ragasztó, amely együtt tartja a galaxisokat és a galaxishalmazokat?

Elegendo a négy dimenzió? Vagy vannak további rejtett dimenziók a világegyetemben, amelyek olyan kicsik, hogy nem veszük oket észre? Mi történt az osrobbanás elott? Hogyan formálódott ki a tér és az ido az alaktalan örökkévalóságból?

A kvantummechanika a valóság végso leírása? Vagy módosítani kell az Einsteint is megrémiszto paradox törvényeket?

A relativitás örökkévaló? 1905-ben Einstein kimondta, hogy a fizika törvényei mindenütt ugyanazok, tekintet nélkül arra, hogy valami milyen gyorsan és milyen irányba mozog. A kozmikus sugarakra vonatkozó egyes mérések arra utalnak, hogy ez a szigorúság egyes nagyenergiájú folyamatokban sérülhet.

The New York Times, March 1, 2005

J. L.


A sötét energia csak illúzió?

1998-ban távoli szupernóvák megfigyelésébol állapították meg, hogy a világegyetem gyorsuló ütemben tágul. A tágulás magyarázatára vezették be a "sötét energiát", amely az univerzum tömegének 70%-át képviselné. (A maradékból 25% lenne a sötét anyag és mindössze 5% a közönséges barion anyag.) (A sötét energiáról legutóbb lásd Kitekintés 2004/7, a sötét anyagról lásd Kitekintés 2005/1) Egy másik magyarázat a gravitáció nagy távolságon való módosulását tételezi fel, további, egzotikusabb elképzeléseket is kidolgoztak. A legelfogadottabb elmélettel az a komoly probléma adódott, hogy a sötét anyag számított értéke 100 nagyságrenddel (!) haladja meg a mért értéket. Négy elméleti fizikus a Physical Review Lettersnek beküldött cikkében új modellt ad: nem számolnak sötét energiával, sem más új összetevovel a világegyetemben, a magyarázatot a világegyetem inflációjában vélik megtalálni. A modern kozmológiaban elfogadott modell szerint a világegyetem valamikor történetének még nagyon kezdeti szakaszában hihetetlenül gyorsan tágult, ez volt az inflációs idoszak. Az új elméletben feltételezik, hogy nagyon nagy hullámhosszú, a megfigyelheto univerzumnál nagyobb hullámhosszú kozmológiai perturbációk mennek végbe. A megfigyelo tapasztalata a perturbációk idobeli változásától függ, így egyes esetkben gyorsuló tágulást észlelhetünk. A hosszú hullámhosszú perturbációk az inflációból erednek. A látható világegyetem csak egy kicsiny része az infláció elotti univerzumnak. Vagyis a gyorsuló világegyetem benyomása azért keletkezik, mert nem vagyunk képesek az egész képet áttekinteni. A sötét anyagot felhasználó és az annak feltételezését feleslegesnek tartó elméletek között a mai mérési adatok alapján nem lehet dönteni. Ehhez pontosabb kozmológiai megfigyelésekre van szükség.

Model suggests dark energy is an illusion, CERN Courier, May 2005, p.6.

http://arxiv.org/abs/hep-th/0503117

J. L.


Galaxis sötét anyagból?

Csaknem teljesen láthatatlan, vagyis sötét anyagból álló galaxist fedeztek fel. Az elso megfigyelés közel öt éve történt, mostanra zártak csak ki minden más lehetséges magyarázatot. A titokzatos VIRGOHI21 galaxis a Virgo galaxishalmazban található, mintegy 50 millió fényévre tolünk. Ismeretes, hogy a látható galaxisokban több az anyag, mint amennyi látható, a sötét anyag halo (gyuru) alakban veszi körül a galaxist. A hideg sötét anyagra vonatkozó számítások szerint több sötét halonak kell léteznie, mint látható galaxisnak, vagyis lehetnek sötét halok csillagok nélkül, ezek a sötét galaxisok. Brit, francia, olasz és ausztrál csillagászok a hidrogén 21 cm-es rádiósugárzását mérve keresték a sötét galaxisokat. A VIRGOHI21 100 millió naptömegnyi, semleges hidrogénbol álló hatalmas felho. A galaxis rotációs sebességébol azonban kiderült, hogy a galaxis tömege ezerszer nagyobb, mint a hidrogén tömege. Ekkora anyagtömeg csillagformában jól látható lenne, de semmiféle látható nyomot nem találtak. Sötét galaxisok valószínuleg akkor keletkeznek, ha az anyag surusége túl kicsi ahhoz, hogy csillagok formálódhassanak.

Radio astronomers observe a possible dark-matter galaxy, CERN Courier, April 2005, p. 11.

R. Minchin et al., http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/0502312

J. L.



Kvark-gluon "tökéletes" folyadék

A Brookhaven Nemzeti Laboratórium (USA) két éve arról adott hírt, hogy közel járnak az anyag régen keresett, de eddig ismeretlen formájának, a kvark-gluon-plazmának a megfigyeléséhez (Kitekintés 2003/8). Kísérleteikben mindenképpen új anyagállapotot hoztak létre, de nem mondták ki egyértelmuen, hogy ez a protonokból és neutronokból kiszabadított szabad kvarkokból és gluonokból állna. Az óriási energiájú, arany-arany atommag ütközésekben rövid idore, átmenetileg olyan körülmények jönnel létre, mint amilyenek a világegyetem történetének kezdetén, az osrobbanás után néhány milliomod másodperccel létezhettek. A kvark-gluon-plazma létrehozását még mindig nem állítják a kutatók, de meglepo új felismerésre jutottak az új állapot részleteinek feltárása során. A négy detektor csoport együtt jelentette be, hogy a korábban feltételezettel szemben a nagyenergiájú nehézionütközésekben létrejött új állapotban a részecskék nem szabad kvarkokból és gluonokból álló gázként viselkednek, hanem folyadék jellemzoket mutatnak. A részecskék mozgása nagymértékben összehangolt, olyan, mint egy halraj együttes mozgása. Ez a mozgás a "tökéletes" folyadékokra jellemzo, amelyekben rendkívül kicsi a surlódás, a részecskék nagyon hamar termikus egyensúlyba jutnak. A PHENIX kísérletben magyar kutatók, a KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet, az Eötvös Loránd Tudományegyetem és a Debreceni Egyetem munkatársai is jelentos részt vállaltak.

http://www.bnl.gov/newsroom

http://www.kfki.hu/~csorgo/press/050419

J. L.



Az eddigi legnagyobb prímszám

Február 16-án egy német szemsebész, amator matematikus számítógépe bukkant rá a ma ismert legnagyobb prímszámra, leírásához 7 816 230 számjegyre lenne szükség. Az új csúcstartó prímszám ún. Mersenne prím: 2p -1, ahol p prímszám, az adott esetben a kitevo értéke 25 964 951. Több tízezren vesznek részt világszerte az egyre nagyobb prímszámok keresésében, saját számítógépükkel. (Hasonló módon keresik a SETI program keretében az intelligencia jeleit a világegyetembol érkezo rádiójelekben vagy a gravitációs hullámok hatását az interferométerek szolgáltatta adathalmazban.) A PC-k szabad idejét kihasználó megoldások igazolják, milyen hatékonyak lehetnek a Grid hálózatba kapcsolt gépek nagy számítások elvégzésében. Az eredményt néhány napon belül ketten is függetlenül megerosítették. Az Electronic Frontier Foundation díjakat tuzött ki, így a prímszámok keresése a szellemi izgalmon túl nem kis anyagi haszonnal is kecsegtet. Százezer dollárt kap az, aki elsoként talál legalább 10 millió számjeggyel leírható prímet és 250 ezer dollár vár az 1 milliárd számjeggyel leírható prímszám megtalálójára.

http://www.mersenne.org

http://www.eff.org/awards/coop.html

J. L.



Atomok mozgása filmen

A jólismert fázisátmenetek, pl. a jég megolvadása vagy a víz elgozölgése atomi szinten lépésrol-lépésre végbemeno változásokból tevodik össze. A spanyol Universidad Autonoma de Madrid munkatársai filmre vették a korábban sohasem látott folyamatot, az atomok mozgását egy fázisátmenet közben. Különleges pásztázó-alagút elektronmikroszkópjuk képes volt egy kiválasztott atomcsoport követésére, miközben a minta homérsékelete változott. Germániumot ólom filmréteggel vontak be, majd figyelték, ahogy a 86 kelvin fölött még síma vékony filmréteg a homérséklet csökkentésére hullámossá vált. Hasonló jelenséget figyeltek meg szilíciumra felvitt ólomrétegnél is. Eredményük igazolja azt az elméleti várakozást, hogy a ponthibák nem játszanak kritikus szerepet ilyen fázisátmenetekben.

Brihuega, I. et al., Physical Review Letters 94 046101 (2005)

J. L.



Áttörés a komplex hálózatok szerkezetének megértésében - magyar kutatók cikke a Nature-ben

Bonyolult hálózatok belső szerkezetének feltárása terén értek el nemzetközileg kiemelkedő eredményt magyar kutatók. Az ELTÉ-n működő MTA kutatócsoport tagjai által kifejlesztett - a világ legelismertebb tudományos folyóiratában, a Nature-ben publikált - módszer nagy hatékonysággal keresi meg az óriási hálózatokat alkotó, rejtett, egymással átfedő csoportosulásokat. A Palla Gergely, Derényi Imre, Farkas Illés és Vicsek Tamás által írt cikkhez a http://angel.elte.hu/clustering internetes címről ingyenesen letölthető szoftvercsomag is járul, amelynek segítségével a leendő felhasználók gyorsan és egyszerűen meghatározhatják az általuk vizsgálni kívánt hálózatok szerkezetét. A technika fejlődése következtében rohamosan gyűlnek az adatok az életünket nagyban meghatározó hálózatokról, például az internetről, a cégek kapcsolatrendszeréről, vagy a sejtek működéséért felelős építőkövek, a fehérjék kölcsönhatásairól. Ez utóbbi hálózat szerkezetének megismerésétől konkrét orvostudományi haszon várható. A fehérjék kapcsolatrendszerében levő csoportosulások ugyanis kulcsfontosságú alapfolyamatoknak feleltethetők meg. Ezért a módszerrel gyógyítási lehetőségek szempontjából fontos fehérjék vagy fehérjecsoportok azonosíthatók.

Ha valaki képet akarna kapni arról, hogy milyen összetett lehet egy hálózat, gondoljon saját kapcsolatrendszerére. Mindnyájan egyszerre vagyunk tagjai kisebb-nagyobb közösségeknek - család, baráti társaságok, munkahely - amelyekben az emberek között különböző erősségű kapcsolatok működnek. Ráadásul, ha nagyobb munkahelyen dolgozunk, munkatársaink kollegiális kapcsolatrendszere önmagában is bonyolult, a csoportok, osztályok, főosztályok stb. miatt egymásba ágyazott és átfedő. Mindenkinek van egy külön, több közösségből álló kapcsolatrendszere, amelyek a sok közös ismerősön keresztül egymásba gabalyodnak. Az ilyen hálózatok "kibogozásában" fog alapvető szerepet játszani a magyar kutatók új módszere. Sok fontos biológiai és szociális hálózat megértéséhez ugyanis szükség van a kapcsolatok, kapcsolatrendszerek feltérképezésére, és ennek a valójában nehéz matematikai problémának a megoldása terén született most áttörés.

Palla Gergely - Derényi Imre - Farkas Illés - Vicsek Tamás: Uncovering the Overlapping Community Structure of Complex Networks in Nature and Society. Nature, 09 June 2005. 435, 814-818.

www.mta.hu

G. J.


A dohányzás és a kövérség öregíti a DNS-t

Tudjuk jól, hogy a kövérség és a dohányzás rontja az életesélyeket, hiszen szív- és érrendszeri betegségeket illetve daganatokat okozhatnak, az azonban meglepte a kutatókat, hogy ezek a tényezők évekkel öregítik az örökítőanyagot, a DNS-t.

Az emberi kromoszómák végén elhelyezkedő ún. telomer régió életünk során rövidül, ami jelenlegi tudásunk szerint a sejtosztódási folyamatok természetes velejárója. Ha azonban a telomer túl röviddé válik, a sejt nem képes többé az osztódásra, a sejtgenerációk száma tehát csökken. A telomer így egyfajta kromoszómális órának tekinthető.

A londoni St. Thomas' Hospital kutatói Tim Spector vezetésével kimutatták, hogy elhízott illetve erős dohányos emberekben ez a kromoszómaszakasz jóval rövidebb, mint ahogy az az életkor alapján várható lenne. A vizsgálatban résztvevő kövér asszonyok eszerint kilenc évvel tűntek idősebbeknek, mint karcsú társaik, a negyven éve naponta legalább egy doboz cigit elszívók biológiai kora pedig hét évvel volt magasabb.

Régóta ismert, hogy a dohányzás és az elhízás olyan biokémiai folyamatokat indít el vagy segít a sejtekben, amelyek ún. szabad gyökök képződéséhez vezetnek, és feltételezték azt is, hogy ezek az agresszív anyagok a telomerek "kopását" is segítik. Spektor munkatársaival közvetlenül ezekre a hatásokra volt kíváncsi. Több mint ezeregyszáz, 18 és 76 év közötti asszony vérmintáját gyűjtötték össze, és a fehérvérsejtekből meghatározták a telomer hosszát. Azt találták, hogy a 7500 bázispárból álló szakasz évente huszonhét bázispárral rövidül. (Egy bázispár a DNS mindkét láncában egy-egy egymással szemben lévő bázist, "betűt" jelent.) A kövér hölgyeknél a vékonyakhoz képest további kétszáznegyven bázispár hiány mutatkozott, az erős dohányosoknál pedig kétszáz.

Mindez persze nem jelenti azt, hogy a kövér nők kilenc évvel korábban meghalnak majd. Egyrészt a vizsgálatokat csak fehérvérsejteken végezték, így nem lehet tudni, hogy más sejtek életét ebből a szempontból hogyan befolyásolja a dohányzás vagy az elhízás. Másrészt, míg a telomer hossza és a sejtosztódás közötti kapcsolatok jól ismertek, addig alig tudunk valamit arról, hogy a rövidülő telomerek hogyan befolyásolják az élettartamot, hiszen az emberi szervezetben sejtek trilliói munkálkodnak. Megdöbbentő ugyanakkor, hogy a férfiakban a telomérek évekre átszámítva kb. hét évvel rövidebbek, mint a nőkben, és a nők átlagosan körülbelül ennyivel élnek tovább, mint a férfiak.

Állatkísérletekben még nem sikerült egyszerű, egyértelmű kapcsolatot találni a telomér hossza és az élettartam között. Egyes vizsgálatok szerint a rövidülés sebessége igen fontos tényező, más tanulmányok azt állítják, hogy méretük egy szervezetben csak azt jelzi, hogy a sejtek mennyi szabadgyök-támadásnak voltak kitéve.

A brit kutatók most azt fogják tanulmányozni, hogy az életmód - például a testmozgás, a táplálkozás, a hivatás - hogyan befolyásolja eme "kromoszómális órát".

Nature Science Update 14. 06.

New Scientist online 04. 06.

Valdes Andrew M., et al.: Obesity, Cigarette Smoking, and Telomere Length in Women. Lancet. published online: doi:10.1016/S0140-6736(05)66630-5 (2005).

G. J.


Modell az agyról

Az IBM és a svájci Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne új programot indított, amelynek célja - Kék agy címmel - az emberi agy virtuális modelljének elkészítése. A feltételezések szerint legalább tíz évig tartó programban a magasabb rendű szellemi működéseket - gondolkodás, érzékelés, tanulás, memória - kívánják megérteni annak megfigyelésén keresztül, hogy az agy 10 milliárd neuronja hogyan működileg egyedileg, és milyen kapcsolatok vannak közöttük. Azt remélik, hogy a virtuális agy közelebb vihet számos idegrendszeri betegség, a szorongásos kórképek, a skizofrénia, az autizmus és így tovább kialakulásának megértéhez és gyógyításához.

Első lépésként az emberi agykéreg legkülső részének, a gondolkodásért, tanulásért, problémamegoldásért, nyelvi funkciókért felelős, az agytömeg 85 százalékát kitevő ún. neocortex szimulációját akarják elvégezni.

A nagyszabású Blue Brain projekt az IBM Blue Gene szuperszámítógépére épül.

Supercomputer to Copy Human Brain. New Scientist, 11 June 2005. 2503, 25.

G. J.

Jéki László - Gimes Júlia


<-- Vissza a 2005/7 szám tartalomjegyzékére
<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra
[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]