Ρότζερ Πένροουζ: Μια ζωή πρωτοποριακής φυσικής και μαθηματικών
Γεννημένος το 1931 στο Κόλτσεστερ της Αγγλίας, ο Ρότζερ Πένροουζ (Roger Penrose) μεγάλωσε σε ένα πλούσιο πνευματικά περιβάλλον. Αφού απέκτησε το διδακτορικό του. στα μαθηματικά στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, ο Ρότζερ Πένροουζ ξεκίνησε μια καριέρα που συνδύαζε τα μαθηματικά, τη φυσική και την κοσμολογία.
Βασικές συνεισφορές
Το επιστημονικό έργο του Ρότζερ Πένροουζ καλύπτει ένα ευρύ φάσμα πεδίων, από τη γενική σχετικότητα και την κοσμολογία έως την κβαντική μηχανική και τα μαθηματικά. Οι καινοτόμες ιδέες του έχουν αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε το σύμπαν, ιδιαίτερα σε σχέση με τις μαύρες τρύπες, τον χωροχρόνο και τη φύση της πραγματικότητας. Παρακάτω είναι μερικές από τις πιο αξιόλογες συνεισφορές που έχει κάνει στην επιστημονική κοινότητα.
- Μαύρες τρύπες και ιδιομορφίες: Το πιο διάσημο έργο του Πένροουζ περιελάμβανε την απόδειξη του αναπόφευκτου σχηματισμού μαύρης τρύπας σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Τα θεωρήματά του για τη μοναδικότητα Penrose-Hawking έδειξαν ότι οι ιδιομορφίες – περιοχές όπου η βαρύτητα γίνεται απείρως ισχυρή – είναι μια θεμελιώδης πτυχή του σύμπαντος.
- Διαγράμματα Penrose και Θεωρία Twistor: Ο Πένροουζ ανέπτυξε τα ομώνυμα διαγράμματα για να αναπαραστήσει τη γεωμετρία του χωροχρόνου και εισήγαγε τη Θεωρία Twistor, μια νέα προσέγγιση που στοχεύει να γεφυρώσει την κβαντική μηχανική και τη γενική σχετικότητα.
- Πλακάκια Penrose: Στα μαθηματικά, ο Ρότζερ Πένροουζ ανακάλυψε μια μορφή μη περιοδικών πλακιδίων, η οποία έθεσε τα θεμέλια για τη μελέτη των οιονεί κρυστάλλων στην επιστήμη των υλικών.
- Συνείδηση και Κβαντομηχανική: Περνώντας στη νευροεπιστήμη, ο Ρότζερ Πένροουζ ανέπτυξε από κοινού την αμφιλεγόμενη θεωρία Orch-OR, προτείνοντας ότι η κβαντική μηχανική παίζει ρόλο στην ανθρώπινη συνείδηση.
Βραβεία και κληρονομιά
Το πρωτοποριακό έργο του Πένροουζ του χάρισε το Νόμπελ Φυσικής το 2020 για τη συμβολή του στη θεωρία της μαύρης τρύπας. Η κληρονομιά του περιλαμβάνει επίσης βιβλία, που συνδυάζουν βαθιές επιστημονικές γνώσεις με προσβάσιμη γραφή για το κοινό. O Ρότζερ Πένροουζ είναι σίγουρα μια σπουδαία φιγούρα στη θεωρητική φυσική και τα μαθηματικά.
Ο πιο μικροσκοπικός «χάρακας» μετράει αποστάσεις τόσο μικρές όσο το πλάτος ενός ατόμου
Ο πιο μικροσκοπικός «χάρακας» είναι τόσο ακριβής που μπορεί να μετρήσει το πλάτος ενός μόνο ατόμου μέσα σε μια πρωτεΐνη.
«Οι πρωτεΐνες και άλλα μεγάλα μόρια, ή μακρομόρια, μερικές φορές διπλώνουν σε λάθος σχήμα και αυτό μπορεί να επηρεάσει τον τρόπο λειτουργίας τους. Ορισμένες δομικές αλλαγές παίζουν ακόμη και ρόλο σε καταστάσεις όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ. Για να κατανοήσουμε αυτή τη διαδικασία, είναι σημαντικό να προσδιορίσουμε την ακριβή απόσταση μεταξύ των ατόμων – και των συστάδων ατόμων – μέσα σε αυτά τα μακρομόρια», είπε ο Steffen Sahl στο Ινστιτούτο Max Planck για Πολυεπιστημονικές Επιστήμες στη Γερμανία.
«Θέλαμε να πάμε από ένα μικροσκόπιο που χαρτογραφεί τις θέσεις των μακρομορίων σε σχέση μεταξύ τους, στο να κάνουμε αυτό το τολμηρό βήμα της μετάβασης μέσα στο μακρομόριο», τόνισε αμέσως μετά.
Για να κατασκευάσουν τον ενδομοριακό «κυβερνήτη» τους, ο Sahl και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν φθορισμό ή το γεγονός ότι ορισμένα μόρια λάμπουν όταν φωτίζονται. Συνέδεσαν λοιπόν 2 φθορίζοντα μόρια σε 2 διαφορετικά σημεία σε ένα μεγαλύτερο μόριο πρωτεΐνης και στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν 1 δέσμη λέιζερ για να τα φωτίσουν. Με βάση το φως που απελευθέρωσαν τα λαμπερά μόρια, οι ερευνητές μπορούσαν να μετρήσουν την απόσταση μεταξύ τους.
Χρησιμοποίησαν αυτή τη μέθοδο για να μπορέσπυν να μετρήσουν τις αποστάσεις μεταξύ των μορίων πολλών καλά κατανοητών πρωτεϊνών. Η μικρότερη από αυτές τις αποστάσεις ήταν μόλις 0,1 νανόμετρα – το πλάτος ενός τυπικού ατόμου. Ο φθορίζων χάρακας έδωσε επίσης ακριβείς μετρήσεις έως περίπου 12 νανόμετρα, που σημαίνει ότι είχε ευρύτερο εύρος μέτρησης από αυτό που μπορεί να επιτευχθεί με πολλές παραδοσιακές μεθόδους.
Σε ένα παράδειγμα, οι ερευνητές εξέτασαν 2 διαφορετικές μορφές της ίδιας πρωτεΐνης και διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να διακρίνουν μεταξύ τους επειδή τα ίδια 2 σημεία απείχαν 1 νανόμετρο μεταξύ τους για το ένα σχήμα και 4 νανόμετρα για το άλλο. Σε ένα άλλο πείραμα, μέτρησαν μικροσκοπικές αποστάσεις σε ένα ανθρώπινο καρκινικό κύτταρο των οστών.
Ο Sahl ανέφερε ότι η ομάδα πέτυχε αυτή την ακρίβεια εκμεταλλευόμενη αρκετές πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, όπως καλύτερα μικροσκόπια και φθορίζοντα μόρια που δεν τρεμοπαίζουν και δεν παράγουν λάμψη που θα μπορούσε να συγχέεται με κάποιο άλλο αποτέλεσμα.
«Δεν ξέρω πώς έκαναν τα μικροσκόπια τους τόσο σταθερά. Η νέα τεχνική είναι σίγουρα μια τεχνική πρόοδος», τόνισε ο Jonas Ries στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης στην Αυστρία. «Αλλά μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να καθορίσουν για ποια ακριβώς μόρια θα αποδειχθεί πιο χρήσιμο ως πηγή πληροφοριών για τους βιολόγους», επεσήμανε στη συνέχεια.
«Αν και διαθέτει εντυπωσιακή ακρίβεια, η νέα μέθοδος μπορεί να μην επιτύχει απαραίτητα το ίδιο επίπεδο λεπτομέρειας ή ανάλυσης, όταν εφαρμόζεται σε πιο σύνθετα βιολογικά συστήματα», είπε ο Kirti Prakash στο The Royal Marsden NHS Foundation Trust and Institute of Cancer Research στο Ηνωμένο Βασίλειο. Επιπλέον, είπε «ότι αρκετές άλλες νέες τεχνικές γίνονται ήδη ανταγωνιστικές όσον αφορά τη μέτρηση ολοένα και μικρότερων αποστάσεων».
Τέλος, ο Sahl ανέφερε ότι η ομάδα του θα εργαστεί τώρα σε 2 άξονες: να βελτιώσει περαιτέρω τη μέθοδο και να επεκτείνει τις ιδέες της σχετικά με τα μακρομόρια που μπορούν τώρα να δουν μέσα.
