Dávame vám do pozornosti najzaujímavejšie články a novinky zo sveta vedy a techniky, ktoré priniesol časopis Quark za posledný mesiac.
Februárové vydanie časopisu Quark. Zdroj: Quark
Zárezy na kolese času (Téma)
Jedným z najstarších formálne popísaných kalendárov bol lunárny kalendár Sumerov, ktorý sa po rôznych úpravách stal akýmsi praotcom kalendárov používaných doteraz. Sumeri ako prví zaviedli slnečný rok rozdelený na 12 lunárnych cyklov (354 dní), ktoré sa zaokrúhľovali tak, aby tvorili 12 mesiacov po 30 dňoch (360 dní). Sumerské výpočty boli založené na číslach 6, 12 a 60, nie náhodou má preto aj náš rok 12 mesiacov, náš deň je štruktúrovaný ako 12 hodín ráno a 12 hodín večer, každá hodina má 60 minút a každá minúta 60 sekúnd. Aby sa lunárne mesiace zosynchronizovali so slnečným rokom, rovnodennosťami a slnovratmi, sumerskí astronómovia vkladali každé štyri roky jeden mesiac navyše. Delenie dní na 12-hodinové celky spôsobovalo ich rozličnú dĺžku podľa ročných období, a Sumeri tak okrem prestupného roku ako prví zaviedli aj akýsi prvotný systém letného a zimného času: denné hodiny boli kratšie v zime a dlhšie v lete.
Kalendáre v mestských štátoch sa však časom rozchádzali. Neprekrývali sa sviatky s pracovným voľnom, rozdielne názvy dní a nepravidelnosť vkladaných mesiacov komplikovali vzájomný obchod a spoločnú koordináciu, napríklad aj plánovanie vojenských operácií. Ako vidno, namiesto biblického zmätenia jazykov niekedy celkom dobre postačí aj zmätenie kalendárov…
Zmätok vyriešil až starobabylonský kráľ Chammurapi v 18. storočí pred n. l. zavedením jednotného kalendára podľa vzoru mesta Ur. Podľa vedcov slúžil práve tento kalendár (neskôr vylepšený aj o Metónov cyklus) ako základ pre kalendáre kultúr Blízkeho východu, z ktorých potom čerpali mladšie európske civilizácie. Aspoň vieme, komu vďačíme za sedemdňový týždeň či tridsaťdňový mesačný cyklus.
Prvý známy kalendár starých Slovanov, žijúcich podľa zápiskov byzantského historika Procopiusa zo 6. storočia na územiach nad riekou Ister (čiže aj u nás), bol lunisolárneho typu. Slovania podľa stránky Univerzity Palackého v Olomouci venovanej paleografii používali až do príchodu kresťanských misionárov kalendár, ktorý určoval dĺžku roka podľa obehu Zeme okolo Slnka a dĺžku mesiacov podľa mesačných fáz. Dĺžku mesačného roku zosúlaďovali so slnečným rokom vsúvaním trinásteho mesiaca sedemkrát za 19 rokov. Podobne upravovali svoj kalendár už v starovekom Babylone a Číne a neskôr v antickom Grécku a Ríme.
Devätnásťročný cyklus objavil v roku 432 pred n. l. grécky astronóm Metón – podľa neho dostal aj pomenovanie. Podľa Metónovej rovnice 19 slnečných rokov obsahuje plných 235 lunárnych mesiacov po 29 alebo 30 dňoch, čo v oboch prípadoch zodpovedá 6 940 dňom. Metón rozdelil 235 lunárnych mesiacov na 12 rokov s 12 mesiacmi a 7 rokov s 13 mesiacmi. Podľa Metóna bolo najvýhodnejšie pridávať špeciálny mesiac do 3., 6., 8., 11., 14., 17. a 19. roku každého cyklu. Starí Slovania však kvôli inému usporiadaniu svojich mesiacov vkladali 13. mesiac v 2., 5., 8., 10., 13., 16. a 19. roku Metónovho cyklu. Metónov cyklus sa doteraz používa napríklad pri určovaní pohyblivého dátumu veľkonočných sviatkov.
Zobrazenie 19 rokov Metónovho cyklu z 9. storočia. Zdroj: wikipédia/Bavarian State Library, public domain
Záhady výpočtového sveta (Rozhovor s Danielom Nagajom)
Ktoré druhy hlavolamov je lepšie prenechať počítaču?
Práve pre zložité optimalizačné úlohy, pre ktoré nemáme efektívne riešenia, vieme využiť počítače. Mnoho možností môžu za nás vyskúšať oveľa rýchlejšie, ako by sme to dokázali sami. Vďaka tomu vieme v súčasnosti hľadať optimálne rozvrhy pre školy, vymýšľať, ako múdro naskladať a poprepájať na čipe mnoho tranzistorov alebo optimalizovať distribučné siete elektrární.
Čo je algoritmus?
Algoritmus je v podstate popis jasných krokov pri hľadaní riešenia. Napríklad viazanie šnúrok, násobenie dvoch dlhých čísel alebo náhodné kráčanie (V každom kroku si hoďte mincou, spravte krok a pozrite sa, či ste nenašli cieľ.).
Aké sú obmedzenia klasických počítačov pri riešení hlavolamov?
Podstatné je, koľko krokov bude náš algoritmus potrebovať v najhoršom prípade pri riešení úlohy danej veľkosti. Násobiť čísla je ľahké (skúste si to napríklad pre 673 × 3 = ?), náročnosť základného algoritmu rastie kvadraticky s počtom cifier a násobiť 300-ciferné čísla je pre počítač hračka. Na druhej strane rozkladať čísla na prvočíselné delitele je ťažké (skúste si to pre 2 021 = ? × ?).
Najlepší algoritmus, ktorý pre túto úlohu v súčasnosti máme, o rozkladaní 300-ciferných čísel nemôže ani snívať. Na tom je založená bezpečnosť šifrovania štandardnou metódou RSA. A tu do hry prichádzajú kvantové počítače, môj odbor, v ktorom Peter Shor v roku 1993 objavil efektívny kvantový algoritmus. Už treba len poskladať niekoľko tisícqubitový kvantový počítač s nízkou chybovosťou operácií a mohli by sme terajšie šifry čítať. To je, samozrejme, zatiaľ len sen.
Oveľa ťažšou úlohou sú však napríklad simulácie priestorového usporiadania atómov v chemických molekulách (proteínoch). No aj tam ideme neuveriteľne dopredu a som si istý, že v dohľadnom čase zase pohneme hranice toho, čo dokážeme vypočítať a nasimulovať.
Aké možnosti v riešení hlavolamov otvorila kvantová fyzika?
Kvantová fyzika nám umožnila využiť superpozície: skúmanie viacerých možností naraz a vzájomné skladanie alebo rušenie (interferenciu) výpočtových ciest. Neznamená to však, že ľahko vyskúšame všetky možnosti naraz a nájdeme tú správnu. Aj tu musíme objavovať algoritmy – postupy, ktorými dobré časti superpozície zosilníme. Tie zlé vyrušíme, a nakoniec získame vysokú šancu odmerať niečo, čo vedie k žiadanému riešeniu.
Využitie kvantovej fyziky na počítanie nám tiež otvára dôležité možnosti simulácie iných kvantových systémov, čo je v súčasnosti pre klasické počítače náročná úloha.
Ilustračná fotografia. Zdroj: Pixabay
Daniel Nagaj je kvantový fyzik, ktorý rád cestoval, chodil po horách a dirigoval detský zbor. Teraz však všetok voľný čas trávi s vlastnými deťmi. Vyštudoval Fakultu matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave a doktorát si robil na Massachusettskej technickej univerzite v USA. Po rokoch v zahraničí sa vrátil a dlhodobo sa venuje výskumu vo Fyzikálnom ústave Slovenskej akadémie vied v Bratislave. Rozmýšľa nad tým, čo nám príroda dovolí vypočítať, ale aj nad tým, čo sa nebude dať efektívne vypočítať ani na počítačoch, ktoré ešte nemáme.
Prečítajte si aj: Matematické mosty.
Norbert Žilka: V hlavnej úlohe imunita (Imunológia)
Protilátky reprezentujú základnú výbavu imunitného systému. Dokážu veľmi cielene rozpoznať nepriateľskú bielkovinu alebo cukrové zložky na jeho povrchu. Zaujímajú nás pri infekcii covidu-19, ale aj počas očkovania. Sledovanie hladín protilátok má svoj zmysel, pokiaľ to robíme v čase a sledujeme nielen množstvo, ale aj ich biologické vlastnosti.
Protilátky časom dozrievajú, stávajú sa z nich mocné paže, ktoré dokážu pevne zovrieť nepriateľa a ponúknuť ho bunkám imunitného systému na ďalšie spracovanie. Samotné dozrievanie protilátok je veľmi atraktívna téma, ktorej sa v prípade covidu-19 venuje veľký priestor. Hospitalizovaní pacienti majú priveľmi vysoké množstvá protilátok a napriek tomu zostávajú zraniteľní proti infekcii. A tak sa celkom prirodzene vynára otázka, prečo veľké množstvá protilátok nie sú schopné zastaviť SARS-CoV-2.
Jedným z mnohých vysvetlení je dozrievanie protilátok na nesprávnom mieste. Lymfatické uzliny sú podobne ako vaječníky vybavené folikulmi. Uprostred folikulov sa nachádzajú tzv. germinálne centrá, kde prebiehajú oficiálne mítingy B-lymfocytov, ktoré produkujú protilátky. V ich tesnej blízkosti sa ponevierajú T-lymfoycyty, ktoré majú na starosti ich vývoj. Podobne ako v prípade vírusov, aj protilátky podliehajú mutáciám, ktoré vylepšujú ich vlastnosti. Zdá sa, že časť pacientov produkuje protilátky ďaleko za hranicami germinálnych centier. Hoci na prvý pohľad vyzerajú tieto protilátky rovnako, môže sa stať, že okrem vírusových bielkovín sa začnú zaujímať o telu vlastné proteíny. A to už je vážny problém.
Najväčšiu pozornosť venujú médiá protilátkam, hoci utajeným hrdinom príbehu covidu-19 je nepochybne bunková imunita. Má veľkú smolu, pretože je priveľmi komplikovaná na to, aby sa dala ľahko prerozprávať. Protilátky sú čísla, bunková imunita je sieť buniek. Jej hlavným cieľom je likvidovať bunky napadnuté vírusom, čím sa zamedzí ich množeniu. Tým sa však jej aktivity nekončia.
Bunková imunita potrebuje sedem až desať dní na rozbeh, do tej chvíle využíva imunitný systém iné nástroje. Súčasné poznatky naznačujú, že o osude pacienta rozhoduje práve bunková imunita. Inkubačná doba SARS-CoV-2 trvá väčšinou štyri až sedem dní. O tom, či bude pacient hospitalizovaný s ťažkým priebehom, sa rozhoduje v nasledujúcich siedmich až desiatich dňoch. Práve časový súzvuk nám napovedá o tom, že pred hospitalizáciou nás môže ochrániť statočná armáda bunkovej imunity. Máme k dispozícii veľa indícií, ale chýba nám presvedčivý dôkaz. Veľkou slabinou publikovaných štúdií je veľmi malý počet jedincov, ktorí participujú na výskume.
Odolnosť či zraniteľnosť organizmu teda nie je daná množstvom protilátok či veľkosťou bunkovej odpovede. U hospitalizovaných pacientov pozorujeme výrazne vyššie hladiny protilátok, ale aj robustnejšiu bunkovú odpoveď. A to je v príkrom rozpore s tvrdením, že protilátky a bunková imunita nás chránia pred ťažším priebehom. Ako to už vo vede býva zvykom, vedecká pravda má vráskavú tvár, takže tajomstvo bude ukryté pod povrchom. A rýchla matematická kalkulácia nás neprivedie k správnym výsledkom.
Ilustračná fotografia. Zdroj: Pixabay
Michal Šujan: Bratislava pod hladinou (Pýtame sa odborníkov)
Aj keď sú informácie o životnom cykle a rozšírení Panónskeho jazera v stredoeurópskom priestore približne známe, jeho vývoj v konkrétnych lokalitách je často nepreskúmaný. Motivácia priniesť bližšie informácie o vývoji a charaktere jazera v oblasti Bratislavy nás priviedla k výkopovým prácam v oblasti univerzitného kampusu v Mlynskej doline. Na výskume sa podieľal tím geológov, paleontológov, geofyzikov a geochemikov z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského (PriF UK), zo Slovenskej akadémie vied a Štátneho geologického ústavu Dionýza Štúra, ako aj špecialisti z Rakúska a Francúzska. Vybrané miesto je zaujímavé tým, že tvorí zníženinu v pohorí Malých Karpát na pomedzí Podunajskej a Záhorskej nížiny. Má preto potenciál zaznamenať v uložených vrstvách, čo sa dialo na rozmedzí oboch spomínaných paniev v minulosti. V oboch sa počas existencie Panónskeho jazera uložili kilometre sedimentov, vďaka ktorým vieme o ich vývoji pomerne veľa. Prah Malých Karpát na ich pomedzí však nebol tak dobre preskúmaný.
Výskum priniesol prekvapujúce zistenie o veku záplavy Panónskeho jazera na svahoch Malých Karpát až približne pred 10,6 až 10,9 milióna rokmi, aj keď v Podunajskej nížine existovalo už o asi milión rokov skôr. V Mlynskej doline sa vodné masy jazera vyskytovali pomerne krátko, lebo už o ďalšieho asi pol milióna rokov bolo vyplnené deltou predchodcu rieky Dunaj, ktorý sa práve oblasťou Bratislavy pravdepodobne presunul do Podunajskej nížiny.
Zaujímavým bolo aj zistenie, ako veľmi dynamické bolo prostredie, ktoré sme rozpoznali na základe charakteru uložených sedimentárnych vrstiev. Aktívne boli jednak silné prúdy rieky prinášajúce drobný štrk a piesok z Malých Karpát, ale aj prúdy vlnobitia, ktoré sediment prinášaný riekou neustále prenášalo do podvodných dún. Duny pod vodnou hladinou vznikajú podobne ako púštne duny a sú ich menším ekvivalentom.
Dynamické prostredie v spojení s prítokom sladkej vody potokov do mierne slaného Panónskeho jazera vytváralo premenlivé a stresové podmienky pre živočíchy. Preto bola pestrosť fauny pomerne nízka. Samozrejme, silné prúdenie často vedie aj k poškodeniu schránok odumretých organizmov, a tak k ich slabšiemu zachovaniu, čo môže ovplyvniť kvalitu nám dostupného záznamu. Dno jazera obývali endemické lastúrniky rodu Lymnocardium, nad nimi plávali lastúrničky, teda kôrovce s miskovitými schránkami. Širšie spektrum druhového zastúpenia lastúrničiek poukázalo na pestrosť prostredí a blízkosť vôd mimo dosahu vlnenia s pokojnou bahnitou sedimentáciou. Fosílie nanoplanktónu však predstavovali rôznovekú zmes druhov s rozsahom cez mnoho miliónov rokov od kriedy po celé treťohory. Dôvodom tohto premiešania fosílií je erózia rôznovekých hornín a znos materiálu potokmi do Panónskeho jazera. Dôležitými pre poznanie prostredia boli aj bioturbácie, teda stopy živočíchov vytvorené pri prehrabávaní sedimentu počas kŕmenia sa alebo pri tvorbe chodbičiek. Tvary chodbičiek sú rôzne a závisia od toho, či ich vytvoril zahrabávajúci sa lastúrnik, kreveta alebo ryba hľadajúca potravu.
Príklady fosílií získaných z vrstiev výkopu v Mlynskej doline. Zdroj: M. Šujan
Čo sa udialo vo výskume?
Hŕstka malých gekónov pomohla vedcom odhaliť, ako tieto tvory prežívajú v najhorúcejšej časti Zeme.
Mozog psa dokáže nielen rozpoznať reč, ale aj odlíšiť známy jazyk od neznámeho.
Migrácia z bronzovej doby mohla priniesť keltské jazyky do Británie.
Tisícnôžky sme považovali za výmysel. Nikdy sa nenašla žiadna s viac ako 750 nohami, až doteraz.
Podľa novej štúdie sucho nebolo hnacou silou kolapsu mayskej civilizácie.
Zdá sa, že kozmický výbuch nazývaný Krava po sebe zanechal čiernu dieru alebo neutrónovú hviezdu.
Čítajte viac…
Nové vydanie časopisu Quark nájdete v novinových stánkoch od 1. marca 2022. Ak nechcete premeškať už ani jedno číslo časopisu, objednajte si zvýhodnené tlačené alebo elektronické predplatné na webovej stránke časopisu. Pre aktuálne informácie a ďalšie zaujímavosti sledujte Quark na Facebooku.
Zdroj: Quark
(MAT)
