Alors qu'une autre année tire à sa fin, il semble qu'il soit temps de s'asseoir à nouveau, de croiser les bras, de prendre une profonde inspiration et de regarder certains des titres d'articles scientifiques auxquels nous n'avions peut-être pas prêté attention auparavant. Les scientifiques créent constamment une sorte de nouveaux développements dans divers domaines, tels que la nanotechnologie, la thérapie génique ou la physique quantique, et cela ouvre toujours de nouveaux horizons.
Les titres des articles scientifiques commencent à ressembler de plus en plus aux titres d'histoires de magazines de science-fiction. Compte tenu de ce que 2017 nous a apporté, il ne reste plus qu'à espérer ce que 2018 nous apportera …
Les scientifiques ont créé des cristaux temporels pour lesquels les lois de la symétrie du temps ne s'appliquent pas
Selon la première loi de la thermodynamique, il est impossible de créer une machine à mouvement perpétuel qui fonctionnera sans source d'énergie supplémentaire. Cependant, plus tôt cette année, les physiciens ont réussi à créer des structures appelées cristaux temporels, ce qui jette certainement un doute sur cette thèse.
Les cristaux temporels agissent comme les premiers exemples réels d'un nouvel état de la matière, appelé «non-équilibre», dans lequel les atomes ont une température variable et ne sont jamais en équilibre thermique les uns avec les autres. Les cristaux temporels ont une structure atomique qui se répète non seulement dans l'espace, mais aussi dans le temps, ce qui leur permet de maintenir des vibrations constantes sans recevoir d'énergie. Cela se produit même dans un état stationnaire, qui est l'état d'énergie le plus bas, lorsque le mouvement est théoriquement impossible, car il nécessite les coûts énergétiques.
Alors, les cristaux de temps violent-ils les lois de la physique? À proprement parler, non. La loi de conservation de l'énergie ne fonctionne que dans les systèmes à symétrie temporelle, ce qui implique que les lois de la physique sont les mêmes partout et toujours. Cependant, les cristaux temporels violent les lois de symétrie du temps et de l'espace. Et pas seulement eux. Les aimants sont également parfois considérés comme des objets asymétriques naturels car ils ont des pôles nord et sud.
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Une autre raison pour laquelle les cristaux temporels ne violent pas les lois de la thermodynamique est qu'ils ne sont pas complètement isolés. Parfois, ils ont besoin d'être «poussés» - c'est-à-dire de donner une impulsion extérieure, après avoir reçu ce qu'ils commenceront déjà à changer d'état encore et encore. Il est possible qu'à l'avenir, ces cristaux trouvent une large application dans le domaine du transfert et du stockage d'informations dans les systèmes quantiques. Ils peuvent jouer un rôle critique dans l'informatique quantique.
Ailes de libellule "vivantes"
L'Encyclopédie Merriam-Webster dit qu'une aile est un appendice mobile de plumes ou de membrane utilisé par les oiseaux, les insectes et les chauves-souris pour voler. Il ne devrait pas être vivant, mais des entomologistes de l'Université de Keele en Allemagne ont fait des découvertes surprenantes qui suggèrent le contraire - du moins pour certaines libellules.
Les insectes respirent à travers le système trachéal. L'air pénètre dans le corps par des ouvertures appelées spiracles. Il voyage ensuite à travers un réseau complexe de trachées qui transportent l'air vers toutes les cellules du corps. Cependant, les ailes elles-mêmes sont presque entièrement constituées de tissus morts, qui s'assèchent et deviennent translucides ou se recouvrent de motifs colorés. Les zones de tissus morts sont imprégnées de veines, et ce sont les seuls composants de l'aile qui font partie du système respiratoire.
Cependant, lorsque l'entomologiste Rainer Guillermo Ferreira a examiné l'aile d'une libellule mâle Zenithoptera au microscope électronique, il a vu de minuscules tubes trachéaux ramifiés. C'était la première fois que quelque chose comme ça était vu dans l'aile d'un insecte. De nombreuses recherches seront nécessaires pour déterminer si cette caractéristique physiologique est unique à cette espèce, ou peut-être se produit également chez d'autres libellules, ou même chez d'autres insectes. Il est même possible qu'il s'agisse d'une seule mutation. L'apport abondant d'oxygène peut expliquer les motifs bleus brillants et complexes des ailes de la libellule Zenithoptera, qui ne contiennent pas de pigment bleu.
Ancienne tique avec du sang de dinosaure à l'intérieur
Nous trouvons souvent des choses étonnantes conservées à l'intérieur de l'ambre, mais cette année nous a donné un super prix. Des scientifiques du Myanmar ont découvert des morceaux d'ambre vieux de 99 millions d'années, contenant des parasites comme des tiques modernes à l'intérieur. L'un d'eux s'est empêtré dans la plume d'un dinosaure, deux autres ont été trouvés dans un morceau d'un nid de dinosaure et le quatrième s'est avéré rempli de sang de dinosaure à l'intérieur.
Bien sûr, cela a fait penser au scénario de Jurassic Park et à la possibilité d'utiliser du sang pour recréer immédiatement des dinosaures. Malheureusement, cela ne se produira pas dans un proche avenir, car il est impossible d'extraire des échantillons d'ADN des morceaux d'ambre trouvés. Le débat sur la durée de vie d'une molécule d'ADN n'est toujours pas terminé, mais même selon les estimations les plus optimistes et dans les conditions les plus optimales, leur durée de vie ne dépasse pas quelques millions d'années.
Mais, bien que la tique, nommée Deinocrotondraculi ("Terrible Dracula"), n'ait pas aidé à restaurer les dinosaures, c'est toujours une découverte très inhabituelle qui nous a fourni de nouvelles connaissances. Maintenant, nous savons non seulement que des tiques anciennes ont été trouvées parmi les dinosaures à plumes, mais aussi qu'elles ont même infecté des nids de dinosaures.
Modification des gènes adultes
Aujourd'hui, le summum de la thérapie génique est «regroupé régulièrement de courtes répétitions palindromiques espacées», ou CRISPR. La famille de séquences d'ADN qui forment actuellement la base de la technologie CRISPR-Cas9 pourrait théoriquement changer l'ADN humain pour toujours.
En 2017, le génie génétique a fait un bond en avant décisif - après qu'une équipe du Centre de recherche protéomique de Pékin a annoncé qu'elle avait utilisé avec succès CRISPR-Cas9 pour éliminer les mutations pathogènes dans les embryons humains viables. Une autre équipe, du Francis Crick Institute de Londres, est allée dans le sens inverse et a utilisé cette technologie pour la première fois pour créer délibérément des mutations dans des embryons humains. (En particulier, ils ont désactivé un gène qui favorise le développement d'embryons en blastocystes.)
La recherche a montré que la technologie CRISPR-Cas9 fonctionne - et avec beaucoup de succès. Cependant, cela a déclenché un débat éthique intense sur la mesure dans laquelle cette technologie peut être utilisée. En théorie, cela pourrait conduire à des «enfants créateurs» qui peuvent avoir des caractéristiques intellectuelles, sportives et physiques conformes aux caractéristiques spécifiées par les parents.
Mis à part l'éthique, les recherches sont allées encore plus loin en novembre lorsque CRISPR-Cas9 a été testé pour la première fois sur un adulte. Brad Maddu, 44 ans, de Californie, souffre du syndrome de Hunter, une maladie incurable qui pourrait éventuellement le conduire à un fauteuil roulant. On lui a injecté des milliards de copies du gène correcteur. Il faudra plusieurs mois avant que nous puissions déterminer si la procédure a réussi.
Qu'est-ce qui est arrivé avant - une éponge ou une gelée en peigne?
Un nouveau rapport scientifique, qui a été publié cette année, devrait mettre fin une fois pour toutes au débat de longue date sur les origines des animaux. Selon l'étude, les éponges sont les «sœurs» de tous les animaux du monde. Cela est dû au fait que les éponges étaient le premier groupe à se séparer au cours de l'évolution de l'ancêtre commun primitif de tous les animaux. Cela s'est produit il y a environ 750 millions d'années.
Auparavant, il y avait un débat houleux qui se résumait à deux candidats principaux: les éponges susmentionnées et un invertébré marin appelé cténophores. Alors que les éponges sont les créatures les plus simples qui s'assoient au fond de l'océan et se nourrissent en passant et filtrant l'eau à travers leur corps, les gelées en peigne sont plus complexes. Ils ressemblent à une méduse, sont capables de se déplacer dans l'eau, peuvent créer des motifs de lumière et ont un système nerveux simple. La question de savoir lequel d'entre eux était le premier signifie la question de savoir à quoi ressemblait notre ancêtre commun. Ceci est considéré comme le moment le plus important dans le suivi de l'histoire de notre évolution.
Alors que les résultats de l'étude proclament hardiment que le problème a été résolu, quelques mois plus tôt, une autre étude avait été publiée, qui disait que nos «sœurs» évolutionnaires étaient des cténophores. Par conséquent, il est trop tôt pour dire que les derniers résultats peuvent être considérés comme suffisamment fiables pour dissiper tout doute.
Les ratons laveurs ont passé un ancien test d'intelligence
Au sixième siècle avant JC, l'écrivain grec ancien Aesop a écrit ou rassemblé de nombreuses fables, qui sont maintenant connues sous le nom de "Fables d'Esope". Parmi eux se trouvait une fable intitulée "Le corbeau et la cruche", qui décrit comment un corbeau assoiffé a jeté des cailloux dans une cruche pour élever le niveau de l'eau et pouvoir boire.
Plusieurs milliers d'années plus tard, les scientifiques ont réalisé que cette fable décrivait un bon moyen de tester l'intelligence des animaux. Des expériences ont montré que les animaux de laboratoire comprenaient la cause et l'effet. Les corbeaux, comme leurs parents, les tours et les geais, ont confirmé la vérité de la fable. Les singes ont également réussi ce test et les ratons laveurs ont été ajoutés à la liste cette année.
Au cours du test basé sur la fable d'Esope, huit ratons laveurs ont reçu des récipients d'eau, à la surface desquels flottaient des guimauves. Le niveau d'eau était trop bas pour être atteint. Deux des sujets ont réussi à jeter des pierres dans le récipient pour élever le niveau d'eau et obtenir ce qu'ils voulaient.
D'autres sujets de test ont trouvé leurs propres solutions créatives auxquelles les chercheurs ne s'attendaient pas. L'un des ratons laveurs, au lieu de jeter des pierres dans le conteneur, est monté sur le conteneur et a commencé à se balancer d'un côté à l'autre jusqu'à ce qu'il se renverse. Dans un autre test, utilisant des balles flottantes et coulantes au lieu de pierres, les experts espéraient que les ratons laveurs utiliseraient des balles coulantes et se débarrasseraient des balles flottantes. Au lieu de cela, certains animaux ont commencé à plonger à plusieurs reprises la balle flottante dans l'eau jusqu'à ce que la vague montante cloue les morceaux de guimauve sur le côté, ce qui les rend plus faciles à récupérer.
Les physiciens créent le premier laser topologique
Des physiciens de l'Université de Californie à San Diego affirment avoir créé un nouveau type de laser - «topologique», dont le faisceau peut prendre n'importe quelle forme complexe sans diffusion de la lumière. L'appareil fonctionne sur la base du concept d'isolateurs topologiques (matériaux diélectriques à l'intérieur de leur volume, mais conduisant le courant le long de la surface), qui a reçu le prix Nobel de physique en 2016.
Habituellement, les résonateurs annulaires sont utilisés pour amplifier la lumière dans les lasers. Ils sont plus efficaces que les résonateurs à angles vifs. Cependant, cette fois, l'équipe de recherche a créé une cavité topologique en utilisant un cristal photonique comme miroir. En particulier, deux cristaux photoniques avec des topologies différentes ont été utilisés, dont l'un était une cellule en forme d'étoile dans un réseau carré, et l'autre était un réseau triangulaire avec des trous d'air cylindriques. Le membre de l'équipe Boubacar Kante les a comparés à un bagel et un bretzel: bien qu'ils soient tous les deux du pain avec des trous, le nombre différent de trous les rend différents.
Une fois les cristaux au bon endroit, le faisceau prend la forme souhaitée. Ce système est contrôlé par un champ magnétique. Il vous permet de changer la direction dans laquelle la lumière est émise, créant ainsi un flux lumineux. L'application pratique directe de ceci est capable d'augmenter la vitesse de communication optique. Cependant, à l'avenir, cela est considéré comme un pas en avant dans la création d'ordinateurs optiques.
Les scientifiques ont découvert l'excitonium
Les physiciens du monde entier sont très enthousiastes à l'idée de découvrir une nouvelle forme de matière appelée excitonium. Cette forme est un condensat de quasiparticules, excitons, qui sont un état lié d'un électron libre et d'un trou d'électrons, qui se forme à la suite du fait que la molécule a perdu un électron. De plus, le physicien théoricien de Harvard Bert Halperin a prédit l'existence de l'excitonium dans les années 1960, et depuis lors, les scientifiques ont essayé de prouver qu'il était vrai (ou faux).
Comme beaucoup de découvertes scientifiques majeures, il y avait une bonne part de coïncidence dans cette découverte. L'équipe de chercheurs de l'Université de l'Illinois qui a découvert l'excitonium maîtrisait en fait une nouvelle technologie appelée spectroscopie de perte d'énergie par faisceau d'électrons (M-EELS) - créée spécifiquement pour identifier les excitons. Cependant, la découverte a eu lieu lorsque les chercheurs n'ont effectué que des tests d'étalonnage. Un membre de l'équipe est entré dans la salle pendant que tout le monde regardait les écrans. Ils ont dit avoir détecté un "plasmon léger", le précurseur de la condensation d'exciton.
Le professeur Peter Abbamont, directeur de l'étude, a comparé cette découverte au boson de Higgs - elle n'aura pas d'utilisation directe dans la vie réelle, mais cela montre que notre compréhension actuelle de la mécanique quantique est sur la bonne voie.
Des scientifiques ont créé des nanorobots qui tuent le cancer
Des chercheurs de l'Université de Durham affirment avoir créé des nanorobots capables de détecter les cellules cancéreuses et de les tuer en seulement 60 secondes. Lors d'un essai universitaire réussi, il a fallu une à trois minutes aux minuscules robots pour pénétrer la membrane externe dans une cellule cancéreuse de la prostate et la détruire immédiatement.
Les nanorobots sont 50 000 fois plus petits que le diamètre d'un cheveu humain. Ils sont activés par la lumière et tournent à une vitesse de deux à trois millions de tours par seconde afin de pouvoir pénétrer la membrane cellulaire. Lorsqu'ils atteignent leur objectif, ils peuvent soit le détruire, soit y injecter un agent thérapeutique utile.
Jusqu'à présent, les nanorobots n'ont été testés que sur des cellules individuelles, mais des résultats encourageants ont incité les scientifiques à passer à des expériences sur des micro-organismes et des petits poissons. Le but supplémentaire est de passer aux rongeurs, puis aux humains.
Un astéroïde interstellaire pourrait être un vaisseau spatial extraterrestre
Cela ne fait que quelques mois que les astronomes ont joyeusement annoncé la découverte du premier objet interstellaire à voler à travers le système solaire, un astéroïde appelé Oumuamua. Depuis lors, ils ont observé de nombreuses choses étranges se produisant dans ce corps céleste. Parfois, il s'est comporté de manière si inhabituelle que les scientifiques pensent que l'objet peut se révéler être un vaisseau spatial extraterrestre.
Tout d'abord, sa forme est alarmante. Oumuamua a la forme d'un cigare avec un rapport longueur / diamètre de dix à un, ce qui n'a jamais été vu dans aucun des astéroïdes observés. Au début, les scientifiques pensaient que c'était une comète, mais se sont ensuite rendu compte que ce n'était pas le cas, car l'objet ne laissait pas de queue derrière lui à l'approche du Soleil. De plus, certains experts affirment que la vitesse de rotation de l'objet aurait dû détruire tout astéroïde normal. On a l'impression qu'il a été spécialement créé pour les voyages interstellaires.
Mais s'il a été créé artificiellement, que pourrait-il être? Certains disent qu'il s'agit d'une sonde extraterrestre, d'autres pensent qu'il peut s'agir d'un vaisseau spatial dont les moteurs ont mal fonctionné, et maintenant il flotte dans l'espace. Dans tous les cas, les participants à des programmes tels que SETI et BreakthroughListen pensent qu'Oumuamua nécessite une enquête plus approfondie, alors ils dirigent leurs télescopes vers lui et écoutent les signaux radio.
Bien que l'hypothèse extraterrestre n'ait été en aucun cas confirmée, les observations initiales du SETI n'ont mené nulle part. De nombreux chercheurs sont encore pessimistes quant aux chances que l'objet soit créé par des extraterrestres, mais dans tous les cas, les recherches se poursuivront.