________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Al eeuwen lang wordt er nagedacht over buitenaardse wezens. Velen sf films zijn er over gemaakt. Hierboven zie je een poster van de beroemde film "2001 A Space Odyssey" van Stanley Kubricks. in deze film wordt er een bijzonder signaal van Jupiter ontvangen. Een ander beroemde film is "Contact", waarin een buitenaards signaal van de ster Vega wordt ontvangen. Deze laatse film is behoorlijk realistisch gemaakt. Men heeft het script laten corrigeren door sterrenkundigen!
Wat is er waar van deze ideeen? Zijn er buitenaardse beschavingen? Zoja, waar moeten we zoeken? Zeker niet in ons eigen zonnenstelsel dus ook niet op Jupiter of Mars.
We gaan in deze cursus onderzoeken hoe we deze vragen kunnen beantwoorden.
We nemen als kader het boek van Paul Davies: The Eerie Silence. Verder zullen een aantal nieuwe ideeen aan de orde komen, beschreven in o.a. Warped Passages, The Black Hole War, Multiverses, Traversable Wormholes, The Physics of Immortality, Time Machines, e.a.
*******************************************************************************************************************************************
Karl Jansky ontdekte in 1931 dat er een radio-ruis uit de ruimte kwam. Hij moest dat onderzoeken omdat de telefonie in die dagen gestoord werd door ruis.Zijn onderzoek wees uit dat het uit de ruimte moest komen. Rond 1950 begon met radiotelescopen te bouwen waarmee men gericht naar signalen uit de ruimte ging zoeken. Niet alleen naar vreemde signalen maar ook naar radiosignalen van bekende objecten zoals onze zon, ontplofte sterren ( nova) en bepaalde gebieden van ons melkwegstelsel.Hieronder zie je een aantal radiotelescopen: De Westerborg telescopen in Drenthe, de eerste lescoop in Nederland in Dwingeloo, de grote telescoop in Engeland (Jodrall Bank) en een plaatje van het LOFAR project dat bestaat uit vele telescopen in Nederland en Duitseland
Met de radio telescoop in Dwingeloo heeft de nederlandse astronoom Prof Oort de melkwegstructuur ( spiraal-armen) gevonden.
Het was Frank Drake die voor het eerst gericht ging zoeken en het onderzoek serieus ging aanpakken. Het richt het SETI-project op: Search for Extraterrestrial Intelligence. In 2010 bestaat SETI 50 jaar! SETI maakte gebruik van de arecibo telscoop in Mexico:
Is daar iemand ? Dit is de klassieke vraag die men stelt.
Frank Drake begon met het zoeken naar radiosignalen uit de ruimte. Hij begon met een frequentie van 1420 MHz. Al snel kwam hij tot de conclusie dat alle signalen die we opvangen van natuurlijke oorsprong zijn. Of van activiteiten van de mens op aarde! Tot op de dag van vandaag heeft men nog geen buitenaards kunsmatig signaal gevonden. Zijn er dus geen aliens? Of zoeken we met de verkeerde middelen op de verkeerde plek op de verkeerde tijd? Tot nu toe heeft men slechts een paar duizend sterren onderzocht op een geringe afstand: 100 lichtjaren.Om het bereik veel groter te maken komt er een vervolg project, de Allen telecope array. Deze moet gaan bestaan uit 350 gekoppelde telescopen in Californie:
Toch kan men zich afvragen of we wel op de goede weg zijn. Is er niet een soort tunnel-visie ontstaan: vasthouden aan de electro-magnetische signalen die andere beschavingen moeten gebruiken. 50 jaar stilte is lang! Waarom luisteren we naar een specifieke frequentie band ( de frequenties van de straling die waterstof uitzendt) en waarom zou een andere beschaving juist deze vrij simpele manier van uitzenden van de radiosignalen gebruiken. Men heeft ook gezocht op een frequentie van pi x 1420.Waarom? Tegenwoordig kan men duizenden frequentie tegelijk scannen bij SETI. Toch is het maar de vraag of een beschaving die misschien wel 100 miljoen jaar bestaat juist gaat communiceren op een technologie die bij ons in een 100 tal jaren is ontwikkeld! Een mooi voorbeeld is ook de optische-SETI tak: zoek naar laser signalen uit de ruimte. De laser techniek is ook een 20-tal jaren ontwikkeling. Wat is 20 jaar op 100 miljoen.
Men kan dus op geen enkele manier voorzien wat een ""actueel" medium is op een beschaving die 100 miljoen jaar oud is! Er kan een gamma-ray burst (GRB) optreden in de buurt van de beschaving! Dan is het afgelopen. Maar het kan ook positief uitpakken. Zie het onderstaande artikel uit 2012:
Laten we eens kijken naar de ontwikkeling van de theoretische natuurkunde: in een 100-tal jaren zijn we beland in verschijnselen zoals mini-zwarte gaten, reizen van elementaire deeltjes in de 5-de dimensie, tijd-machines om nog maar niet te spreken van de wonderlijke eigenschappen van de quantum mechanica: teleportatie sneller dan het licht! Vergelijk dit eens met de gedachten die Isaak Newton had: beweging van hemellichamen, meer niet.Onze zienswijze omtrend het aantonen van buitenaards leven moet drastisch worden herzien. We moeten nadenken over het ondenkbare.Ons enig houvast is de theoretische natuurkunde . Het blijkt dat de natuurwetten tegenwoordig op een zodanig wiskundig elegante wijze kan worden geformuleerd, dat ze universeel moet zijn. De wiskunde achter de deeltjes theorieen en unificatie theorieen is zo eenvoudig en "netjes", dat een andere beschaving ze ook moet hebben gevonden. Ze zullen zeker dezelfde wiskundige ontdekken of ontdekt hebben. Deze nieuwe spectaculaire ideeen worden vroeg of laat ook gevonden in expeimenten. Bij de deeltjes versneller in CERN zullen veen van deze nieuwe ideeen bevestigd worden. In 2010 is hij de eerste botsingsproeven van de LHC het top-quark deeltje goed in kaart gebracht! Weer een bevestiging dat de theoretische natuurkunde op de goed weg is. Nog een waarschuwing: we moeten voorzichtig zijn met pseudo-natuurkundige verschijnselen, zoals telpathie, ufo's. En vooral: we moeten ons zelf doorlopend corrigeren. Een mooi voorbeeld is het kanalen systeem op Mars dat Angelo Secchi in1858 in kaart bracht en natuurlijk door marsbewoners gegraven was! Ook nu wordt SETI doorlopend bijgestuurd. Geen tunnelvisie.
Op dit moment zijn er meer dan 400 EXO-planeten ontdekt. Nog steeds is dit onderzoek dat het meest tot de verbeelding spreekt. Exo-planeten kunnen op drie manieren worden gevonden: 1. door direkte waarneming; 2. door Doppler verschuiving van het licht; 3.door schommelingen in de lichtsterkte. De Keppler-sateliet die in 2009 werd gelanceerd zoekt bij zo'n 100.000 sterren en hoopt aardachtige planeten te vinden in de "habitable zone"
In 2007 werd een planeet om Gliese 581 gevonden. Er zou vloeibaar water kunnen zijn. Zie :GLIESE
Gliese-g zou nog meer op de aarde lijken! Zie het artikel: gliese-g en gliese-g2
Kort geleden heeft SETI ook een aantal signalen ontvangen van Gliese: ALIEN SIGNAL?
Ook heeft men een planeet om een pulsar gevonden.
Als we veronderstellen dat er ongeveer 10^30 planeten zijn ( dit getal is gebaseerd op de waarneming dat er veel meer planetenstelsels moeten zijn dan voorheen werd gedacht), zullen er dan ook miljarden beschavingen zijn? Nee! Men moet dan weten hoe groot de KANS is dat leven zich kan ontwikkelen op een planeet. Wanneer het ontstaan van leven zoals wij dat kennen een toevalstreffer is geweest, zeg met een kans van 10^-40, dan komt er: 10^30 x 10^-40 = 10^-10. Maar is de kans 10^-20, dan komt er uit de vermenigvuldiging 10^10, dus 10 mijard beschavingen! Wie heeft gelijk? De astro-biologie, staat voor een enorme uitdaging.
De oudste vormen van leven op aarde vind men in bepaalde rotsformaties in Australie, micro-fossielen van 3,5 miljard jaar oud, zgn. stromatolieten. Het is interessant om na te gaan hoe de meest primitieve organismen op aarde ( of op Mars zullen we zien ) zijn ontstaan. Stanley Miller was een pionier op dit gebied. Hij probeerde bepaalde aminozuren, die nodig zijn voor het ontstaan van leven, te maken in een kolf met water koolstof en nog een aantal chemische stoffen die in de oceaan voorkomen, waar hij een bliksem doorheen liet gaan.
Hij vond inderdaad aminozuren terug in de kolf. Maar aminozuren is niet genoeg om primitief leven te maken. Men vindt ook aninozuren in de interstellaire ruimte en op metreorieten.
Een cel die zichzelf kan reproduceren is een veel gebruikte definitie van "leven". Hieronder zie je een artikel uit de Cern courier:
Blijkbaar is het gelukt om kunstmatig een DNA-type structuur te maken in een laboratorium! De grote vraag blijft: hoe ontstond het primitief leven op aarde. Er wordt nu veel onderzoek gedaan op plekken op aarde waar de omstandigheden veel lijken op de situatie zo'n 3,5 miljard jaar geleden op aarde. Er zijn enkele plekken op aarde waar dat geldt. Komen daar primitieve organismen voor? Of op grote diepte in de oceanen bij geologische activiteiten. De kleinste celle ( gevonden in oer-oud gsteente) die lijken op leven zijn de nano-bacterieen. Het is nog steeds niet duidelijk of deze primitief leven kunnen triggeren.
Men weet nu dat primitieve organismen wanneer ze dood gaan zgn. PAH's produceren, polycyclic aromatic hydrocarbons. Wat blijkt nu: deze PAH's worden gevonden in meteorieten afkomstig van Mars! Regelmatig vindt men op Antartica grote inslag meteorieten afkomstig van Mars. De bekendste is de ALH840010. Hierin heeft men PAH'gevonden dus fossiele overblijfselen van primitief leven. Komt ons leven dus van Mars? Zie het artikel http://www.solarviews.com/eng/marslif6.htm Het bijzonder is dat dieper in de meteoriet meer PAH's gevonden worden, hetgeen bewijst dat het niet van de aarde erop is gekomen. Want dan zou juist het omgekeerde moeten worden waargenomen.
Uiteraard moet men deze PAH's dan ook op Mars vinden. In de toekomst zal dat duidelijk worden. Tot nu toe leverde de chemische analyse ter plekke nog niets op!
Ook heeft men in Australie in grotten primitieve bacterieen gevonden van 2,75 miljard jaar oud. Deze konden in deze grotten de harde straling uit het heelal overleven ( er was nog geen ozon laag).Bovendien was er ook geen zuurstof. Men verwacht dan ook dat op Mars ( dezelfde omstandigheden, zonder water) deze bacterieen konden ontstaan. Omdat Mars kleiner is dan de aarde, koelde hij ook sneller af en had Mars dus eerder een gunstig klimaat om primitief leven te ontwikkelen.
Tot nu toe dacht men dat primiutief leven in de oceanen ontstond. Hieronder zie je een artikel over dit onderwerp. Deze theorie staat dus tegenover die van de extra-terrestial aanname.
Life on Earth probably began in the depths of the ocean and not on the planet's surface.
The claim comes from Isabelle Daniel at the University of Lyon and colleagues in Germany and France who have surveyed the current knowledge on the origins of life on Earth. They conclude that when life on Earth began, about four billion years ago, the conditions on Earth's surface would have been unfavourable for life to emerge.
Only a few modern species can live in the kind of extreme environment that was present on the primitive Earth's surface, explained Daniel. Volcanic eruptions and meteorite impacts created an erratic climate above ground, but volcanic activity regulated the temperature at the bottom of the ocean at a more favourable 20-50°C. Harmful radiation would have been filtered out by the ocean and the high pressure conditions of the ocean could have stabilised essential biological molecules such as DNA and RNA, added Daniel.
The scientists cite evidence that most surface organisms can withstand pressures higher than they are used to without consequence to their life cycle or metabolism. According to Daniel, this may represent one of the most ancestral physical conditions under which life had to emerge. In fact, Daniel proposes that the last universal common ancestor (LUCA) to all living organisms was a piezophile, an organism that prefers to live at high pressures.
If life did emerge at the bottom of the ocean, it is possible that it could have begun under similar conditions on other celestial bodies, such as in the deep oceans of Jupiter's moon Europa.
But the hypothesis may never be confirmed, said Daniel. Life has erased most traces of its origins, and reinventing life itself would simply take too much time and good fortune, she said.
De primitieve vormen van leven in de oceaan worden Extremophiles genoemd. Het zijn organismen die kunnen ontstaan en leven in extreme omstandigheden.
John Conway heeft computer spelletje ontworpen, The Game of Life, dat op een bijzondere manier de toename van complexiteit laat zien op grond van zeer eenvoudige spelregels tussen building-blocks ( cellular-automate).Is het ontstaan van leven ook zo eenvoudig geweest? Hieronder zie je een voorbeeld van het programma. Zie ook : Game of Life of ook: wikipedia
Ook een fraaie: game of life 2 game of life 3 Ook een fraaie : math.com
Men heeft in ieder geval tot nu toe nog geen "life-principle" ontdekt in de natuur. Het darwinistisch principe is wat anders; natuurlijke selectie kwan pas later in de ontwikkeling.
Reproductie vermogen is in feite informatie overdracht .In een DNA zit meer informatie dan in de afzonderlijke stukjes moleculen. Dit principe van toename van complexiteit, dus informatie, is tegenstrijdig met de derde hoofdwet uit de thermodynamica: een systeem van "deeltjes" streeft naar juist meer wanorde ( entropie). Ons heelal zal uiteindelijk ook naar de warmte-dood gaan: alle sterren verliezen hun energie en uiteindelijk is er een uniforme achtegrondstraling in ons heelal waar geen enkele "interessante" gebeurtenis zal meer plaatsvinden. ( sommige kosmologen beweren dat zwarte gaten misschien "overleven". Zie ook in menu: zwarte gaten en het holografisch principe.
Men gaat er meestal van uit dat als er primitief leven ontstaat in het universum, dat dan uiteindelijk ook intelligent leven zal evolueren. Dit is een darwinistische kijk. Maar dat is niet zo. Denk maar aan de 400.000.000 jaar geevolueerde kakkerlak, niet erg intelligent met een zeer kleine herseninhoud. De vraag is dus ook: hoe groot is de kans dat intelligentie van een specie groeit.
De afsplitsing van de homosapiens bij de primaten is ook een toevals-proces geweest. Vele toevallig gunstige omstandigheden hebben de hersengroei getriggerd. In een grot aan de westkust van zuid Africa heeft men fossielen gevonden van een kleine gemeenschap die zich begon aftesplitsen. Enkele gunstige condities: eiwitrijk voedsel uit de zee en een toename van communicatie onderling, waardoor "kennis" veel efficienter kon worden doorgegeven. Een andere voorbeeld is het ontwikkelen van vleugels bij bepaalde dinosauriers. Miljoenen jaren van evolutie leverde uiteindelijk onze vogels, maar zonder intelligentie! Hoe groot is dus de kans op hersen-ontwikkeling? Het is in iedergeval maar op 1 plek ontstaan. Is er een kans dat een specie ergens op aarde zichzo ontwikkelt (zonder wisselwerking met ons) dat ze de vergelijkingen van Einstein kunnen oplossen? Of is deze kans nul?
En dan nog de vraag: zou onze technologische en wiskundige inzichten en onze theoretische natuurkunde zich opnieuw ontwikkeld hebben wanneer op een zeker moment de basis van deze ontwikkeling vernietigd zou zijn ( b.v. door een inslag) in de 14-de eeuw ( de basis van onze algebra ligt bij de islamische overheersing in zuid europa en africa)? Men denkt dat die kansbijna nul is! Je zou kunnen zeggen dat de technische ontwikkeling en inzichten in de natuur een evolutionair karakter heeft, zoals het ontwikkelen van gereedschap. Er bestaat een kans dat een zich ontwikkelde beschaving ooit eens het kompas zal uitvinden of een ruimteschip zal kunnen bouwen, simpelweg door proberen, zonder de verklaring met een theorie ( zoals de beweging van de electronen het magneetveld verklaart).Maar bestaat er een kans dat ze ook het standaardmodel leren kennen met zijn fantastische voorspellende kracht? Of: zullen ze ook de enkelvoudige Lie-groepen ontdekt hebben? Vinden we een beschaving die de Liegroepen kent, dan weten we zeker dat er eenn theorie van alles (TOA) is en dat die universeel is!
Drake schreef voor het eerst een "formule"op die een schatting maakt van het aantal "radio-actieve" beschavingen:
R = kans van vorming van zonachtige sterren in een melkwegstelsel
fp = de fractie van die sterren met planeten
ne = gemiddeld aantal aardachtige planeten in elk planetenstelsel
fl = de fractie van planeten die zich ontwikkelen met een levensvorm
fi = de fractie van die planeten waarop een intelligente beschaving zich ontwikkelt.
fc = de fractie van die planeten waarop de beschaving het EM spectrum ontdekt
L = de gemiddelde leeftijd van een communicerende beschaving
Op de volgende site kun je zelf uitrekenen hoeveel beschavingen er zijn in ons melkwegstelsel: Drake formule
Men vermoedt dat L ongeveer 10.000 moet zijn, volgens de huidige inzichten. Toch blijft het koffiedik kijken. Er zijn teveel onzekere factoren. In 2012 stond het volgende artikel in de krant:
De factor fp moet dus bijgesteld worden!
Er is echter ook een veel pessimistischer zienswijze. Carter en Hanson hebben een theorie opgesteld, waaruit volgt dat we alleen moeten zijn in het universum. De aarde bestaat ongeveer 4,5 miljard jaar. Men schat dat nog zo'n 800 miljoen jaar er leven op aarde zich kan handhaven. Dan zal het te heet worden hier. Het "habitable window" is dus zo'n 4,5 miljard jaar. Dan moet dus intelligent leven zijn ontstaan, of het gebeurt niet meer.
Carter en Hanson delen deze periode in ongeveer 7 gelijke tijds-intervallen, elk van ongeveer 800.000.000 jaar. Globaal zijn de grenzen:
Uit fossiele resten blijkt dat dit een redelijke schatting is.
Men behulp van kansberekeningen komen ze tot de volgende conclusie (Het bewijs van Carter en Hanson is vrij technisch) : stel dat de tijd voor intelligent leven kleiner is dan 4,5 miljard jaar. Dan is het merkwaardig en moeilijk te verklaren waarom het op aarde zo'n 4,5 miljard jaar duurde. Aan de ander kant, wanneer de kans op intelligent leven veel groter is dan de habitable window. Dan is het leven toch ontstaan op aarde in precies deze tijd van de habitable window. Erg onwaarschijnlijk. Laten we aannemen dat de kans om een stap te zetten in deze reeks van 7 erg klein is maar niet onmogelijk. De kans op 7 keer zo'n stap is dan wel erg onwaarschijnlijk. Ook de GRB speelt hier een rol zagen we. Gebeurt zo'n GRB ergens in een van de intervallen, dan verlaagt dat de kans enorm! Blijkbaar zijn we zeer gelukkig geweest in de ontwikkeling van intelligent leven. Een ontdekking die hiermee te maken heeft lees je op de volgende site:
niet meer dan 2000 voorouders?
De hoogste snelheid waarmee we kunnen communiceren is de lichtsnelheid, ongeveer 300.000 km/s. Toch is dit op kosmologische schaal veel te langzaam. De signalen die we eventueel ontvangen met SETI zijn dus miljoenen jaren onderweg voordat ze ons bereiken. Dus een bericht terugsturen heeft geen zin.Zijn er andere middelen om te communiceren? Ja, maar dat is een ingewikkelde zaak. Via zgn. "entanglement" van kleine deeltjes ( of misschien grotere systemen). Het is een "aktie op afstand" die in de quantum mechanica is ontdekt. De quantum mechanica is de theorie die het gedrag van elementaire deeltjes beschrijft ( zie ook modern physics en hoofdstuk 6 van moderne kosmologie). Blijkbaar blijven elementaire deeltjes ( protonen, electronen), waaruit wij ook bestaan, quantum mechanisch met elkaar verbonden wanneer ze uitelkaar bewegen ver weg.
Men noemt dit verschijnsel ook wel het EPR(Einstein-Podolski-Rosen) effect. Het was Einstein die in de jaren 30 veel moeite had met de quantum mechanica. Hij bedacht een experiment( in gedachte) waaruit zou volgen dat informatie sneller dan het licht moest gaan. Hij ging er toen vanuit dat dit nooit in een experiment aangetoond zou worden. Toch werd het WEL gevonden in experimenten!!
Er komen binnenkort toepassingen van dit effect. Een daarvan is quantum teleportatie.
Men kan een origineel "object" in bits ontleden en via een entangled paar exact kopieren naar een andere plek. Het grote voordeel is dat dit 100% veilig is!. Het origineel wordt niet klassiek gekopieerd maar blijft op de oorspronkelijke plek. Banken zijn in hoge mate geinteresseerd!
Hieronder zie je een recent artikel over dit onderwerp:
By JR Minkel
No matter how many times researchers try, there's just no getting around the weirdness of quantum mechanics.
In the latest attempt, researchers at the University of Geneva in Switzerland tried to determine whether entanglement—the fact that measuring a property of one particle instantly determines the property of another—is actually transmitted by some wave-like signal that's fast but not infinitely fast.
Their test involved a series of measurements on pairs of entangled photons (particles of light) that were generated in Geneva (satellite view at left) and then split apart by optical fiber to two villages 18 kilometers (11 miles) apart where the team had set up photon detectors. (In 2007, researchers transmitted entangled light 144 kilometers between two of the Canary Islands.)
The idea in the new experiment is that the photons in each entangled pair are hitting the distant detectors simultaneously, so there's no time for them to exchange a signal. By comparing results from the two detectors, the researchers determined whether the photons were entangled or not, using a test known as Bell's inequalities.
The photons were indeed entangled, the group reports in Nature. But in reality, no experiment is perfect, so what they end up with is a lower limit on how fast the entanglement could be traveling: 10,000 times the speed of light.To appreciate the weirdness of entanglement, consider that the outcome of a single quantum measurement is random. By all tests, a photon *has* no definite polarization until it hits a detector capable of measuring it. So it's like the entangled particles share one big quantum state.
There's one other subtlety to the experiment. If entanglement is traveling through space like some kind of faster-than-light wave, that would violate Einstein's theory of special relativity, which says the laws of nature are the same no matter which way you're moving with respect to anything else.
So the group had to run their experiment repeatedly for more than 24 hours, counting on Earth's rotation to sample all the different orientations relative to the stars. (Imagine a laser pointer shining into space along the direction of the optical fiber.)
It's always conceivable that quantum mechanics might break down (read: show some signs of everyday normalcy) if experimenters could test it the right way. In a 2007 study, researchers in Vienna tested the idea that maybe the instantaneous-ness of entanglement (called nonlocality) was consistent with hidden "variables" that can explain the randomness of quantum measurements. But no dice for that idea.
Theoretical physicist Terence Rudolph of Imperial College London, author of a commentary on the new paper, says that putting bounds on faster-than-light entanglement is useful for researchers trying to imagine theories that might extend beyond quantum mechanics.
What might such a theory look like? Rudolph says we're probably stuck with instantaneous entanglement, which seems impossible to us because we're stuck in everyday space and time. "We need to understand how quantum mechanics sees space and time," he says. "I think there's probably much deeper issues."
Een ander artikel:
There was a time, not so long ago, when biologists swore black and blue that quantum mechanics could play no role in the hot, wet systems of life.
Since then, the discipline of quantum biology has emerged as one of the most exciting new fields in science. It's beginning to look as if quantum effects are crucial in a number of biological processes, such as photosynthesis and avian navigation which we've looked at here and here.
Now a group of physicists say that the weird laws of quantum mechanics may be more important for life than biologists could ever have imagined. Their new idea is that DNA is held together by quantum entanglement.
That's worth picking apart in more detail. Entanglement is the weird quantum process in which a single wavefunction describes two separate objects. When this happens, these objects effectively share the same existence, no matter how far apart they might be.
The question that Elisabeth Rieper at the National University of Singapore and a couple of buddies have asked is what role might entanglement play in DNA. To find out, they've constructed a simplified theoretical model of DNA in which each nucleotide consists of a cloud of electrons around a central positive nucleus. This negative cloud can move relative to the nucleus, creating a dipole. And the movement of the cloud back and forth is a harmonic oscillator.
When the nucleotides bond to form a base, these clouds must oscillate in opposite directions to ensure the stability of the structure.
Rieper and co ask what happens to these oscillations, or phonons as physicists call them, when the base pairs are stacked in a double helix.
Phonons are quantum objects, meaning they can exist in a superposition of states and become entangled, just like other quantum objects.
To start with, Rieper and co imagine the helix without any effect from outside heat. "Clearly the chain of coupled harmonic oscillators is entangled at zero temperature," they say. They then go on to show that the entanglement can also exist at room temperature.
That's possible because phonons have a wavelength which is similar in size to a DNA helix and this allows standing waves to form, a phenomenon known as phonon trapping. When this happens, the phonons cannot easily escape. A similar kind of phonon trapping is known to cause problems in silicon structures of the same size.
That would be of little significance if it had no overall effect on the helix. But the model developed by Rieper and co suggests that the effect is profound.
Although each nucleotide in a base pair is oscillating in opposite directions, this occurs as a superposition of states, so that the overall movement of the helix is zero. In a purely classical model, however, this cannot happen, in which case the helix would vibrate and shake itself apart.
So in this sense, these quantum effects are responsible for holding DNA together.
The question of course is how to prove this. They say that one line of evidence is that a purely classical analysis of the energy required to hold DNA together does not add up. However, their quantum model plugs the gap. That's interesting but they'll need to come up with something experimentally convincing to persuade biologists of these ideas.
One tantalising suggestion at the end of their paper is that the entanglement may have an influence on the way that information is read off a strand of DNA and that it may be possible to exploit this experimentally. Just how, they don't say.
Speculative but potentially explosive work.
Een filmpje op youtube: youtube film
Er zijn ook mensen die denken dat buitenaardse beschavingen gebruik maken van deze manier van informatie overdracht. Bedenk dat alle elementaire deeltjes vroeger, vlak na de big bang, ook entangled waren. De vraag is natuurlijk: geldt de entanglement ook voor macroscopische objecten? Entanglement is ook aangetoond voor meerdere deeltjes , maar een mens bijvoorbeeld bestaat uit wel erg veel deeltjes!
Behalve electro-magnetische straling, kan men ook kijken naar signalen via gravitatiestraling, neutrino's of hoog-eneretische deeltjes. Maar deze gaan ook allen met hooguit de lichtsnelheid.Er zijn een aantal andere manieren:
a. Bakens in de ruimte:Een beschaving kan bakens of sondes in de ruimte geplaatst hebben ( dit wordt in de film Space-odyssey gebruikt)
b. Natuurlijke bakens: Een beschaving kan gebruik maken van bijvoorbeeld pulsars om boodschappen te verzenden
c.Zelf-reproducerende sondes: Om de kosten te reduceren kan men ook sondes de ruimte insturen, die zichzelf vermenigvuldigen. Dit zijn von Neumann sondes. De sondes maken gebruik van de grondstoffen die ze onderweg tegen komen bij planeten. Men de opkomst van de nanotechnologie, kan men deze von Neumann apparaten ook in nano vorm kunnen maken.
It's time to start controlling the galaxy, and the best tool for the job is a self-replicating probe. Space probes that can go incredibly long distances, replicate themselves, and carry things like surveillance devices or molecular foundries, are the brainchild of mid-twentieth century futurist John Von Neumann. Often called Von Neumann Probes, his invention fuels both science fiction and real-life plans for space colonization. In some ways, the Voyager spacecraft are crude, nonreplicating Von Neumann probes, hurtling through space in the hope of making contact with another civilization. Over at Sentient Developments, George Dvorsky has written a great essay on the seven best ways to control the galaxy with Von Neumann Probes.
Dvorsky points out that there are nice things you can do with probes, like using them for communication as in the Bracewell Probe model. Says Dvorsky:
Christopher Rose, an electrical engineer at Rutger's University, has suggested that we should actually look for these probes in our own Solar System. He argues we should be checking the mail instead of waiting for a phone call.Multiple Bracewell probes could also be set up as a distributed array of communication relay stations. Such a set-up was portrayed in Carl Sagan's Contact. In this story, a dormant Bracewell probe was lying in wait in the Vega system. It began to transmit a strong signal after it received a radio signal from Earth. The device itself was part of a larger network of probes, as witnessed later by Ellie's journey from probe to probe. But I'm more enamored of some of the more hardcore uses for probes, like building ringworlds with whatever matter is available in a star system:
If we are going to embark on megascale engineering projects, we're going to need robots. Lots of 'em. Projects like Dyson Spheres, Ringworlds and Alderson Disks would require fleets of specialized and artificially intelligent probes working in concert to construct these truly massive structures.Then there are uplift probes, which could land on a planet and seed the local fauna with genes that might make them intelligent. Hell, why not make the flora intelligent?Probably the most truly hardcore probe is the Berserker probe, sort of an anti-terraforming device, used to spread death and destruction across the galaxy:
Berserkers could be disseminated with the sole purpose of sterilizing every planetary system it encounters, forever eliminating the possibility for life to emerge and evolve. Should it encounter an inhabited planet, it could use any number of schemes, including nanotech instigated ecophagy, to quickly destroy all life in a matter of hours. By using a scorched galaxy policy, a civilization could sterilize the Milky Way in about 500,000 years.Alternately, berserker probes could be disbursed across the entire Galaxy and lie dormant, patiently waiting for signs of intelligence.
Een beschaving kan ook op deze manier andere planenen infiltreren met DNA-achtig materiaal in de hoop dat dit tot evolutie van hogere levensvormen leidt.Op aarde kennen we een type organisme dat in de buurt komt: de virussen! Men kan door de DNA structuur van allerlei organismen in kaart te brengen, onderzoeken of er alien materiaal tussen zit.
Wanneer men veronderstelt dat er vele beschavingen bestaan, dan zou je ook kunnen verwachten dat een galactische invasie moet zijn geweest. Een beschaving kan ook aan het begin van de habitable window zijn ontstaan. Er is dan zo'n 3 miljard jaar beschikbaar voor een galactische kolonialisering! Dat is lang. Toch zien we niets van zo'n kolonialisering in onze omgeving.
De grote natuurkundige Fermi maakte deze opmerking voor het eerst en wordt dus de Fermi paradox genoemd. De meest voor de handliggende conclusie is: we zijn alleen. Toch is dat wat kort door de bocht. Men kan wel tientallen andere verklaringen geven, zoals bijvoorbeeld: ""We zijn niet interessant genoeg voor de aliens" of " Ze zijn druk bezig met parallel universums" In de tijd van Fermi kwam ook de UFO-gekte op. Zo zou er een buitenaards ruimtevaartuig geland zijn en geheim gehouden zijn door de regering van de US. Nog steeds zijn er mensen die volhouden dat er UFO's bestaan. Zie b.v: ufo's De bekendste ufo zaak was die van Roswell in 1947. zie ook: ufo incidenten
Hoe lang zou het duren om ons melkwegstelsel te kolonialiseren? Stel dat een beschaving een miljard jaar geleden ontstond bij een "oude" ster dicht bij het centrum van ons melkwegstelsel.Een zgn."kruipende kolonialisatie" zou dan binnen enkele 10 tallen miljoenen jaren het hele melkwegstelsel kunnen bereiken. Eerst wordt door een kolonie de dichtsbijzijnde planeet gezocht en bewoonbaar gemaakt. Stel daar gaat 10.000 jaar overheen. Dan wordt de volgende "jump"gemaakt. Ons melkwegstelsel is zo'n 100.000 lichtjaren groot ( in de lengte richting). Met een snelheid van 0,01 van de lichtsnelheid duurt de overbrugging dus 10 miljoen jaar. Stel dat de "onderweg" ook enkele miljoenen jaren nodig zijn om de telkens de jump te maken, dan is dit binnen een miljard jaar te doen! Waarom zijn ze er dan niet? Ook met van Neumann robots moet de kolonisatie van ons melkwegstelsel binnen deze tijd gelukt zijn. Tegenwoordig denkt men er aan op gericht naar von Neumann robots te gaan zoeken.
Een andere mogelijkheid is tijdreizen ( zie ook menu: moderne sterrenkunde). Er zijn globaal 3 mogelijkheden:
a. Via wormgaten: Einstein's theorie laat deze oplossingen toe. Echter terug in de tijd levert dat weer de grootvaderparadox op.
b. Via tijdrek: reizen in de toekomst. Dit relativistisch effect is aangetoont. Kosmonauten die maanden lang om de aarde draaiden ( met een relatief lage snelheid) werden een fractie van een seconde minder oud.
c. Via kosmische strings: zie moderne sterrenkunde en Gott's tijdmachine.
Is het reizen via extra dimensies ( worm gaten) mogelijk ( zie verder) dan zal de diaspora van het universum veel eenvoudiger mogelijk worden. De vraag blijft: waarom zal een buitenaardse beschaving en dus wij ook, behoefte hebben aan deze kolonialisering op de moeizame klassieke en kostbare manier. Het zou kunnen dat op een gegeven moment de "machine"" autonoom gaat handelen. Wanneer de steeds geavanceerder von Neumann robots het heft in eigen hand nemen. Het is als de computer HAL in de film van Kubrick. Dan zal er een soort "fractal"-achtige kolonialisering optreden (Geoffrey Landis theorie). Hanson brengt weer een verfijning aan op deze expansie: het zal met golven gaan. Betere en hoger ontwikkelde beschavingen zullen na elkaar uit-golven en oudere inhalen en vervangen. Of links laten liggen! Dat zou Fermi's paradox verklaren!
Wanneer Hanson's theorie klopt, zouden we dat evidentie kunnen vinden van deze "golven"? Als een golf ons is gepasseerd, kunnen we dan het front ergens waarnemen? Of kunene we een footprint op aarde zoeken?
Hoe zien alien beschavingen eruit? Wanneer ze miljoenen jaren verder zijn in hun ontwikkeling, dan is het nauwelijks voorstelbaar!
De astronoom Kardashev was de eerste die een classificatie maakte van beschavingen. Een type I beschaving: gebruikt alle energie van de planeet. Een type II: gebruikt alle energie van de ster waaromheen hij draait. Een type III: gebruikt de energie van het gehele melkwegstelsel. Een type IV: gebruikt het gehele universum ( zie bv Omega-theorie van Frank Tipler). Dyson vermoedt dat een type II beschaving een constructie om de ster zou kunnen maken om alle energie te benutten ( Dyson-sphere). Wheeler denkt dat een schil rond een spinning zwart gat veel eenvoudiger te meken is door een type II beschaving.
De voordelen: Bijna oneindig lang energie beschikbaar omdat een draaiend zwart gat een onvoorstelbare hoeveelheid energie bezit. Afval dump levert energie. Kan gebruikt worden om een raket te lanceren met een zeer hoge snelheid.
Het grote probleem is dat we buitenaardse beschaving alleen kunnen classificeren met min of meer "aardse" criteria. We moeten echter met een geheel andere perceptie naar alien leven kijken:
1.Niet gemaakt van materie. 2.Heeft geen vaste vorm of afmeting. 3. Heeft geen rand of topologie. 4. Is dynamisch op elke schaal. 5. Bestaat niet uit discrete of afzonderlijke "dingen"; een soort hoger-niveau correlatie ( van informatie bv).
Wij kennen twee concepten: materie ( straling) en informatie. Zijn er nog andere concepten? Voldoen die hogere niveau's ook aan onze natuurwetten? We krijgen de laatste jaren te maken met exotische "super" natuurkunde. Dit kan een aanwijzing zijn dat er veel meer verborgen ligt in de natuur. Enkele voorbeelden van SUPER natuurkunde:
a. wij werken met een verbondenheid van "dingen", hooguit gescheiden door de lichtsnelheid. Maar er bestaat een niet-lokaliteit van quantum systemen. Zie Hst 4. Bestaat er een soort impliciete orde ( Bohm) in het universum. Per slot van rekening was het heelal ooit zeer compact van afmeting.
b. men ontdenkt waarschijnlijk bij CERN hogere dimensies. Bestaan deze, dan zullen buitenaardse hoger ontwikkelde beschavingen er ongetwijfeld gebruik van maken.
c. er kan een complementaire werkelijkheden bestaan van onze omgeving. Zie "zwarte gaten en het holografisch principe". Ook de concepten deeltje en golf zijn complementair in onze wereld ( welliswaar manifest in de quantum mechanica).
d. zal een tweede hoofdwet van de warmteleer gebroken kunnen worden? Deze wet zegt dat de entropie altijd toeneemt ( mate van wanorde). Voorbeeld: warmte stroomt altijd van warm naar koud.
e. kan men gebruik maken van de vacuum energie? Het blijkt dat het vacuum ( luchtledige) niet "niks" is. Er zit latent energie in. De nederlandse natuurkundige Casimir heeft dit proefondervindelijk aangetoont.
f. bestaat er anti-zwaartekracht? Het is merkwaardig dat er + en - lading is, en dus aantrekkende en afstotende electrische krachten. Waarom geen afstotende zwaartekracht?
g. zijn er andere universums?