Zece povești științifice interesante pe care aproape le-am ratat

Rareori există timp să scriem despre fiecare lucrare științifică cool care ne iese în cale; mulți candidați demni cad, din păcate, prin fisuri pe parcursul anului. Dar, pe măsură ce 2024 se apropie de sfârșit, am adunat zece dintre lucrările noastre preferate, la intersecția științei și culturii, ca un tratament special, care acoperă o gamă largă de subiecte: de la recrearea luptei cu sulița din epoca bronzului și aplicarea teoriei rețelelor la muzică. lui Johann Sebastian Bach, la tehnologia inspirată de Spider-Man și o legătură matematică între o tranziție de fază turbulentă și ceașca ta de cafea de dimineață. Bucurați-vă!

Reactificarea luptei cu sulița din Epoca Bronzului

Epoca bronzului europeană a cunoscut o creștere a războiului instituționalizat, evidențiată de numeroasele vârfuri de lance și de arme similare pe care arheologii le-au dezgropat. Dar cum ar putea fi folosite aceste artefacte în luptă reală? Cercetătorii olandezi au decis să afle construind replici ale scuturilor și sulițelor din epoca bronzului și utilizându-le în scenarii de luptă realiste. Ei și-au descris descoperirile într-un hârtie de octombrie publicat în Journal of Archaeological Science.

Au existat câteva studii experimentale anterioare asupra sulițelor de bronz, dar după Valerio Gentile (acum la Universitatea din Gottingen) și coautori, cercetările practice până în prezent au fost destul de înguste, concentrându-se pe aruncarea armelor împotriva scuturilor statice. Coautorii CJ van Dijk de la Muzeul Militar Național din Țările de Jos și cercetătorul independent O. Ter Mors aveau fiecare mai mult de un deceniu de experiență în predarea artelor marțiale tradiționale, specializați în arme de barbă medievale și arme cu o singură mână. Deci au fost candidații ideali pentru testarea sulițelor și scuturilor replici.

Desigur, nu există informații directe despre stilurile de luptă preistorice, așa că van Dijk și Mors s-au bazat pe biomecanica de bază a mișcărilor de luptă cu arme similare detaliate în manualele istorice. Ei au rulat trei versiuni ale experimentului: una s-a concentrat pe angajare și coliziuni controlate, alta pe rănirea loviturilor corporale și a treia pe sparring-ul liber. Apoi au studiat urmele de uzură lăsate pe vârfurile de lance și au descoperit că se potriveau cu semnele găsite pe arme autentice similare excavate din siturile din epoca bronzului. De asemenea, au adunat indicii utile despre abilitățile necesare pentru a folosi astfel de arme.

DOI: Journal of Archaeological Science, 2024. 10.1016/j.jas.2024.106044 (Despre DOI).

Fizica sculpturilor cinetice ale lui Ned Kahn

Artist și sculptor de mediu Ned Kahn este renumit pentru fațadele sale cinematice ale clădirilor, inspirate din propria sa pregătire în știință. Un perete exterior de la Muzeul Copiilor din Pittsburgh, de exemplu, este format din sute de clapete care se mișcă ca răspuns la vânt, creând modele vizuale distinctive. Kahn a folosit aceeași metodă pentru a-și crea a lui Perete strălucitor la Institutul Franklin din Philadelphia, precum și alte câteva proiecte similare.

Fizicienii de la Universitatea Sorbona din Paris au studiat videoclipuri cu fațadele cinetice ale lui Kahn și au efectuat experimente pentru a măsura mecanismele fizice subiacente, prezentate într-un Hârtia de noiembrie publicat în revista Physical Review Fluids. Autorii au analizat 18 videoclipuri YouTube realizate cu șase dintre fațadele cinematice ale lui Kahn, lucrând cu Kahn și managementul clădirii pentru a obține dimensiunile plăcilor în mișcare, crescând din materialul video pentru a obține mai multe informații despre dimensiunile spațiale.

Ei și-au condus, de asemenea, propriile experimente în tunelul de vânt, folosind șiruri de plăci pendul. Măsurătorile lor au confirmat că modelele cinetice propagau unde pentru a crea efecte vizuale pâlpâitoare. Mișcarea plăcilor este determinată în primul rând de frecvențele lor de rezonanță naturale la viteze mici și de fluctuațiile de presiune de la vânt la viteze mai mari.

DOI: Physical Review Fluids, 2024. 10.1103/PhysRevFluids.9.114604 (Despre DOI).

Cum se conectează prepararea cafelei cu turbulențele

Fizicienii au studiat turbulențele de secole, în special perioada de tranziție în care fluxurile se schimbă de la previzibil neted (flux laminar) la foarte turbulente. Această tranziție este marcată de pete turbulente localizate cunoscute sub numele de „pufături”, care se formează adesea în fluidele care curg printr-o țeavă sau canal. Într-un hârtie de octombrie publicate în revista Nature Physics, fizicienii au folosit mecanica statistică pentru a dezvălui o legătură neașteptată între procesul de preparare a cafelei și comportamentul acelor pufuri.

Modelele matematice tradiționale de percolare datează din anii 1940. Percolarea direcționată este atunci când curgerea are loc într-o direcție specifică, asemănătoare cu modul în care apa se mișcă prin boabele de cafea proaspăt măcinate, curgând în jos în direcția gravitației. Există un punct dulce pentru ceașca perfectă, unde rata de curgere este suficient de lent pentru a absorbi cea mai mare parte a aromei de la boabe, dar și suficient de rapid pentru a nu reveni în filtru. Acel punct dulce din procesul de preparare a cafelei corespunde tranziției laminare-turbulente menționate mai sus în țevi.

Fizicianul Nigel Goldenfeld de la Universitatea din California, San Diego, și coautorii săi au folosit senzori de presiune pentru a monitoriza formarea pufurilor într-o țeavă, concentrându-se asupra modului în care interacțiunile puf-la-puf au influențat reciproc mișcarea. Apoi, au încercat să modeleze matematic tranzițiile relevante de fază pentru a prezice comportamentul pufului. Ei au descoperit că pufuletele se comportă la fel ca mașinile care se deplasează pe o autostradă în timpul orelor de vârf: sunt predispuse la blocajele de trafic – adică, atunci când un petic turbulent se potrivește cu lățimea țevii, determinând să se acumuleze alte puf în spatele acesteia – care se formează și se disipează. pe cont propriu. Și tind să se „topească” în punctul de tranziție laminar-turbulent.

DOI: Fizica naturii, 2024. 10.1038/s41567-024-02513-0 (Despre DOI).

Teoria rețelelor și muzica lui Bach

Când asculți muzică, capacitatea ta de a-ți aminti sau de a anticipa piesa îți spune ceva despre structura ei? Fizicienii de la Universitatea din Pennsylvania au dezvoltat un model bazat pe teoria rețelelor pentru a face exact asta, descriindu-și munca într-un Hârtia de februarie publicat în revista Physical Review Research. Lucrările lui Johann Sebastian Bach au fost o alegere ideală, având în vedere structura extrem de matematică, în plus, compozitorul a fost atât de prolific, cu atât de multe tipuri de compoziții muzicale foarte diferite – preludii, fugă, corale, toccate, concerte, suite și cantate – încât să permită comparatii utile.

În primul rând, autorii au construit o simplă rețea „adevărată” pentru fiecare compoziție, în care notele individuale au servit drept „noduri”, iar tranzițiile de la notă la notă au servit drept „margini” care le leagă. Apoi au calculat cantitatea de informații din fiecare rețea. Ei au descoperit că este posibil să se facă diferența dintre formele compoziționale pe baza conținutului lor de informații (entropie). Tocatatele și fugile mai complexe aveau cea mai mare entropie, în timp ce coralele mai simple aveau cea mai scăzută.

În continuare, echipa a dorit să cuantifice cât de eficient au fost comunicate aceste informații ascultătorului, sarcină îngreunată de subiectivitatea înnăscută a percepției umane. Ei au dezvoltat un model de rețea „dedus” mai neclar în acest scop, surprinzând un aspect esențial al percepției noastre: găsim un echilibru între acuratețe și cost, simplificând unele detalii, astfel încât să fie mai ușor pentru creierul nostru să proceseze informațiile primite, cum ar fi muzica.

Rezultate: Au fost mai putine diferente între rețelele adevărate și cele deduse pentru compozițiile lui Bach decât pentru rețelele generate aleatoriu, sugerând că gruparea și repetarea frecventă a tranzițiilor (reprezentate prin margini mai groase) în rețelele Bach au fost cheia pentru comunicarea eficientă a informațiilor către ascultător. Următorul pas este construirea unui model de rețea cu mai multe straturi care încorporează elemente precum ritmul, timbrul, acordurile sau contrapunct (o specialitate Bach).

DOI: Physical Review Research, 2024. 10.1103/PhysRevResearch.6.013136 (Despre DOI).

Filosofia AITA de la Reddit

Numără-mă printre mulți oameni practic dependenți de Reddit-ul „Sunt eu prostul?Forumul (AITA). Este o fereastră atât de fascinantă asupra complexității modului în care ființele umane cu defecte navighează în diferite relații, fie ele personale sau profesionale. De asemenea, acesta este o sursă fantastică de dileme ilustrative comune ale procesului decizional moral pentru filozofi precum Daniel Yudkin de la Universitatea din Pennsylvania. Contextul relațional contează, așa cum au demonstrat cu pricepere Yudkin și câțiva coautori în a PsyArXiv preprint la începutul acestui an.

Pentru studiul lor, Yudkin et al. au compilat un set de date de aproape 370.000 de postări AITA, împreună cu peste 11 milioane de comentarii, postate între 2018 și 2021. Au folosit învățarea automată pentru a analiza limbajul folosit pentru a sorta toate aceste postări în diferite categorii. Ei s-au bazat pe o taxonomie existentă care identifică șase domenii de bază de preocupare morală: corectitudine/proporționalitate, sentimente, rău/ofensiune, onestitate, obligație relațională și norme sociale.

Yudkin și colab. a identificat 29 dintre cele mai comune dileme din setul de date AITA și le-a grupat în funcție de tema morală. Două dintre cele mai frecvente au fost transgresiunea relațională și omisiunea relațională (eșecul de a face ceea ce era de așteptat), urmate de suprareacția comportamentală și vătămarea neintenționată. Înșelăciunea și denaturarea/neonestitatea deliberată au fost dilemele morale evaluate cel mai negativ în setul de date – chiar mai mult decât vătămarea intenționată. A fi judecat a fost, de asemenea, evaluat foarte negativ, deoarece a fost adesea perceput ca fiind auto-drept sau ipocrit. Dilemele cel mai puțin evaluate negativ au fost omisiunile relaționale.

În ceea ce privește contextul relațional, dilemele de înșelăciune și promisiuni încălcate implicau de obicei parteneri romantici, cum ar fi iubiții, mai degrabă decât mama cuiva, de exemplu, în timp ce dilemele legate de mamă au căzut mai frecvent în omisiune relațională. În esență, „oamenii tind să-și dezamăgească mamele, dar să fie dezamăgiți de iubiți”, au scris autorii. Relațiile mai puțin apropiate, prin contrast, tind să fie guvernate de „norme de politețe și corectitudine procedurală”. Prin urmare, Yudkin și colab. preferă să se gândească la morală „mai puțin ca la un set de principii abstracte și mai mult ca la un „set de instrumente relaționale”, care ghidează și constrânge comportamentul în funcție de cerințele situației sociale”.

DOI: PsyArXiv, 2024. 10.31234/osf.io/5pcew (Despre DOI).

Scalare fractală a arborilor în art

Leonardo da Vinci a inventat așa-numitul „regulă a copacilor” ca ghid pentru r înfățișând ealist arborii în reprezentări artistice în funcție de proporțiile lor geometrice. În esență, dacă ai lua toate ramurile unui copac dat, le-ai pliat și le-ai comprima în ceva asemănător cu un trunchi, acel trunchi ar avea aceeași grosime de sus în jos. Această regulă implică, la rândul său, un model de ramificare fractal, cu un exponent de scalare de aproximativ 2 care descrie proporțiile dintre diametrele ramurilor din apropiere și numărul de ramuri cu un diametru dat.

Potrivit autorilor a pretipărire postat la fizica arXiv în februarie, totuși, cercetările biologice recente sugerează un exponent de scalare mai mare de 3 cunoscut sub numele de Legea lui Murraypentru regula copacilor. Analiza lor asupra arhitecturii islamice din secolul al XVI-lea, picturilor japoneze din perioada Edo și artei europene din secolul al XX-lea a arătat o scară fractală între 1,5 și 2,5. Cu toate acestea, când au analizat o pictură abstractă de copac de Piet Mondrian, au descoperit că prezenta o scară fractală de 3, înainte ca matematicienii să formuleze Legea lui Murray, chiar dacă arborele lui Mondrian nu prezenta ramificare explicită.

Descoperirile l-au intrigat pe fizicianul Richard Taylor de la Universitatea din Oregon, a cărui muncă în ultimii 20 de ani include analiza modele fractale în picturile lui Jackson Pollock. „În special, am crezut că extinderea „copacilor” lui Mondrian a fost impresionantă”, a spus el pentru Ars la începutul acestui an. „Îmi place că stabilește o conexiune între formele abstracte și reprezentaționale. Mă face să mă întreb ce s-ar întâmpla dacă aceeași idee ar fi aplicată ramificațiilor turnate ale lui Pollock”.

Taylor însuși a publicat o lucrare în 2022 despre schimbările climatice și despre modul în care fractalii care reduc stresul naturii ar putea dispărea în viitor. „Dacă suntem pesimiști pentru un moment și presupunem că schimbările climatice vor avea un impact inevitabil asupra fractalilor naturii, atunci singura noastră sursă viitoare de estetică fractală va fi prin artă, design și arhitectură”, a spus el. „Acest lucru aduce un element foarte practic la studii precum [this].”

DOI: arXiv, 2024. 10.48550/arXiv.2402.13520 (Despre DOI).

Identificarea descendenților lui George Washington

Profilarea ADN-ului este un instrument incredibil de util în criminalistică, dar cea mai comună metodă – analiza cu repetare în tandem scurtă (STR) – de obicei nu funcționează atunci când rămășițele sunt deosebit de degradate, mai ales dacă respectivele rămășițe au fost conservate prin metode de îmbălsămare folosind formaldehidă. Acestea includ rămășițele militarilor americani care au murit în conflicte din trecut precum cel de-al Doilea Război Mondial, Coreea, Vietnam și Războiul Rece. De aceea, oamenii de știință de la laboratorul de identificare al Sistemului de examinare medicală al Forțelor Armate de la Baza Forțelor Aeriene Dover au dezvoltat noi tehnologii de secvențiere a ADN-ului.

Ei au folosit acele metode pentru a identifica rămășițele nemarcate anterior ale descendenților lui George Washington, conform a Hârtia de martie publicat în jurnalul iScience. Echipa a testat trei seturi de rămășițe și a comparat rezultatele cu cele ale unui descendent viu cunoscut, utilizând metode de evaluare a relațiilor paterne și materne, precum și o nouă metodă pentru datele de secvențiere de generația următoare care implică aproximativ 95.000 de polimorfisme cu un singur nucleotide (SNP) pentru a prezice mai bine strămoșii mai îndepărtați. Datele combinate au confirmat că rămășițele aparțineau descendenților Washingtonului, iar noua metodă ar trebui să ajute să facă același lucru pentru rămășițele membrilor serviciului încă neidentificați.

În știrile conexe, în iulie, criminalistii au folosit cu succes ADN-ul descendentului a identifica o victimă a masacrului de la Tulsa din 1921 din Oklahoma City, îngropată într-o groapă comună care conținea peste o sută de victime. CL Daniel a fost un veteran din Primul Război Mondial, încă la 20 de ani când a fost ucis. Peste 120 de astfel de morminte au fost găsite din 2020, cu ADN colectat din aproximativ 30 de seturi de rămășițe, dar aceasta este prima dată când acele rămășițe au fost legate direct de masacr. În mormântul unde au fost găsite rămășițele lui Daniel sunt cel puțin alte 17 victime.

DOI: iScience, 2024. 10.1016/j.isci.2024.109353 (Despre DOI).

Tehnologie de slinging web inspirată de Spidey

De-a lungul anilor, cercetătorii de la Universitatea Tufts Silklab au venit cu tot felul de utilizări ingenioase bio-inspirate pentru fibrele lipicioase găsite în coconii de molii de mătase: cleiuri adezive, senzori imprimați, acoperiri comestibile și materiale de colectare a luminii pentru celulele solare, pentru a numi câteva. Cea mai recentă inovație a acestora este o tehnologie de prindere a țesăturii inspirată de capacitatea lui Spider-Man de a trage chingi de la încheieturi, descrisă într-un hârtie de octombrie publicat în revista Advanced Functional Materials.

Coautorul Marco Lo Presti curăța sticlărie cu acetonă în laborator într-o zi când a observat ceva care semăna mult cu o chingă care se formează pe fundul paharului. El și-a dat seama că aceasta ar putea fi cheia pentru a reproduce mai bine firele de păianjen în scopul de a trage fibrele de la un dispozitiv precum Spider-Man – ceva ce păianjenii nu fac. (Ei rotesc mătasea, găsesc o suprafață și desenează linii de mătase pentru a construi pânze.)

Echipa a fiert coconii de molii de mătase într-o soluție pentru a le descompune în proteine ​​numite fibroină. Fibroina a fost apoi extrudată prin ace de gaură într-un curent. Adăugarea soluției de fibroină cu doar aditivii potriviți o va face să se solidifice în fibre odată ce intră în contact cu aerul. Pentru tehnologia web-slinging, au adăugat dopamină la soluția de fibroină și apoi au împușcat-o printr-un ac în care soluția a fost înconjurată de un strat de acetonă, care a declanșat solidificarea.

Acetona s-a evaporat rapid, lăsând doar chinga atașată la orice obiect pe care s-a întâmplat să-l lovească. Echipa a testat fibrele rezultate și a descoperit că pot ridica un șurub de oțel, un tub care plutea pe apă, un bisturiu parțial îngropat și un bloc de lemn – toate de la o distanță de până la 12 centimetri. Sigur, mătasea naturală de păianjen este încă de aproximativ 1000 de ori mai puternică decât aceste fibre, dar este încă un pas semnificativ înainte care deschide calea pentru viitoare aplicații tehnologice noi.

DOI: Materiale funcționale avansate, 2024. 10.1002/adfm.202414219

Rezolvarea unui mister al unei supernove din secolul al XII-lea

În 1181, astronomii din China și Japonia au înregistrat apariția unei „stele invitate” care a strălucit la fel de strălucitor ca Saturn și a fost vizibilă pe cer timp de șase luni. Știm acum că a fost o supernova (SN1181), unul dintre cele cinci astfel de evenimente cunoscute care au avut loc în Calea Lactee. Astronomii s-au uitat mai atent la rămășița acelei supernove și au determinat natura filamentelor ciudate asemănătoare cu petalele de păpădie care emană dintr-o „stea zombie” în centrul acesteia, potrivit unui studiu. hârtie de octombrie publicat în The Astrophysical Journal Letters.

Astronomii chinezi și japonezi au înregistrat doar o locație aproximativă pentru observarea neobișnuită și timp de secole nimeni nu a reușit să facă o identificare confirmată a unei rămășițe probabile din acea supernova. Apoi, în 2021, au măsurat astronomii viteza de expansiune a unei nebuloase cunoscută sub numele de Pa 30, care le-a permis să-și determine vârsta: în jur de 1.000 de ani, care coincide aproximativ cu apariția înregistrată a SN1181. PA 30 este o rămășiță neobișnuită din cauza stelei sale zombie – cel mai probabil ea însăși o rămășiță a piticii albe originale care a produs supernova.

Acest ultim studiu s-a bazat pe datele culese de Keck Cosmic Web Imager de la Caltech, un spectrograf de la Observatorul Keck din Hawaii. Una dintre caracteristicile unice ale acestui instrument este că poate măsura mișcarea materiei într-o supernovă și poate folosi acele date pentru a crea ceva asemănător cu un film 3D al exploziei. Autorii au reușit să creeze o astfel de hartă 3D a lui P 30 și au calculat că filamentele stelei zombie au mișcare balistică, mișcându-se cu aproximativ 1.000 de kilometri pe secundă.

Nici această viteză nu s-a schimbat de la explozie, permițându-le să dateze acel eveniment aproape exact la 1181. Iar descoperirile au ridicat întrebări noi – și anume, materialul de filament ejectat este asimetric – ceea ce este neobișnuit pentru o rămășiță de supernovă. Autorii sugerează că asimetria poate avea originea odată cu explozia inițială.

Există, de asemenea, un decalaj interior ciudat în jurul vedetei zombie. Ambele vor fi în centrul cercetărilor ulterioare.

DOI: Astrophysical Journal Letters, 2024. 10.3847/2041-8213/ad713b (Despre DOI).

Reînvierea unei partituri „pierdute” din secolul al XVI-lea

Nu subestima niciodată importanța marginaliei în manuscrisele vechi. Oamenii de știință de la Universitatea din Edinburgh și KU Leuven din Belgia pot să ateste acest lucru, după ce au descoperit un fragment de muzică „pierdută” din Scoția din secolul al XVI-lea pre-reformei într-o colecție de texte de cult. Echipa a reușit chiar să reconstruiască fragmentul și să-l înregistreze pentru a-și da o idee despre cum suna muzica din acea perioadă din nord-estul Scoției, așa cum este detaliat într-un Hârtia de decembrie publicat în jurnalul Muzică și litere.

Rege Iacov al IV-lea a Scoţiei a comandat tipărirea mai multor exemplare ale Breviarul Aberdeen— o colecție de rugăciuni, imnuri, lecturi și psalmi pentru închinarea zilnică — pentru ca supușii săi să nu fie nevoiți să importe astfel de texte din Anglia sau Europa. O copie din 1510, cunoscută sub numele de „Copia Glamis”, se află în prezent în Biblioteca Națională a Scoției din Edinburgh. În timpul examinării adnotărilor scrise de mână din acest exemplar, autorii au descoperit fragmentul muzical pe o pagină legată în carte – astfel încât să nu fi fost strecurat între pagini la o dată ulterioară.

19 comentarii

1.