โลกในปี 2021 ยังเผชิญกับความท้าทายเรื่องโรคโควิดกันอยู่ มีหลักฐานมากขึ้นว่าเชื้อไวรัสชนิดนี้แพร่ไปกับอากาศได้ และปลายปีเชื้อสายพันธุ์โอไมครอนที่แพร่กระจายได้อย่างรวดเร็วกำลังจะกลายเป็นบททดสอบสำคัญสำหรับปี 2022 ที่กำลังจะมาถึงนี้ ส่วนโลกของวิทยาศาสตร์ไม่ได้หยุดนิ่ง แต่เต็มไปด้วยการค้นพบใหม่ๆ มากมายอย่างน่าตื่นเต้น ซึ่งจะขอสรุปรวบรวมไว้ในบทความนี้กันว่ามีอะไรบ้าง
นักคณิตศาสตร์ชาวสวิส ทำสถิติหาค่าพายได้มากที่สุดในโลก
หากเราเขียนวงกลมขึ้นมาสักวง แล้วนำเส้นรอบวงมาหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง เราจะได้เลขตัวหนึ่งซึ่งมีค่าเท่าเดิมเสมอ ไม่ว่าวงกลมจะใหญ่หรือเล็ก ซึ่งเลขตัวนี้ คือค่า พาย (Pi)
ราว 1,650 ปีก่อนคริสตกาล ชาวอียิปต์โบราณประมาณค่าพายไว้ราวๆ 3.16 ซึ่งนับว่าน่าทึ่งสำหรับมนุษย์เมื่อหลายพันปีก่อน แต่ล่าสุดในปี 2021 นักคณิตศาสตร์ชาวสวิสสามารถใช้คอมพิวเตอร์คำนวณหาค่าพายได้ทศนิยมมากถึง 62.8 ล้านล้านตำแหน่ง ใช้เวลานานถึง 108 วันกับอีก 9 ชั่วโมงในการคำนวณ นับเป็นสถิติใหม่ของค่าพายในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากค่าพายเป็นทศนิยมไม่รู้จบและไม่วนกลับมาซ้ำตัวเอง สถิตินี้จึงถูกทำลายได้หากเครื่องคอมพิวเตอร์ในอนาคตแรงพอ หรือมีวิธีการหาค่าพายที่มีประสิทธิภาพขึ้น
สมองเทียมในห้องทดลองสร้างดวงตาขึ้นมาเป็นครั้งแรก
งานวิจัยทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์สร้างก้อนอวัยวะจำลองที่เรียกว่า ออร์แกนอยด์ (Organoid) ขึ้นมา เพื่อทำการศึกษาทางชีววิทยาอยู่บ่อยๆ โดยออร์แกนอยด์เป็นกลุ่มเซลล์และเนื้อเยื่อที่เปลี่ยนแปลงมาจากเซลล์ต้นกำเนิดที่ถูกเหนี่ยวนำให้ก่อร่างเป็นอวัยวะชิ้นเล็กๆ เทียบเคียงได้กับอวัยวะจริงๆ ของมนุษย์โดยไม่ต้องพึ่งสัตว์ทดลอง
ในเดือนสิงหาคม ปี 2021 นักวิจัยสร้างสมองเทียมก้อนเล็กๆ ขึ้นมา แล้วสมองดังกล่าวพัฒนาโครงสร้างที่ไวต่อแสงคล้ายกับดวงตาขึ้นเรียกว่า Optic Cup
พวกเขามุ่งหวังว่าสมองเทียมที่สร้างขึ้นมาจะช่วยในการศึกษาการพัฒนาของตัวอ่อนในบางระยะได้ดียิ่งขึ้น เพื่อทำความเข้าใจโรคบางโรคที่เกิดจากการพัฒนาโครงสร้างดวงตาที่ผิดปกติมาตั้งแต่กำเนิด อีกทั้งยังช่วยในการสร้างดวงตาเทียมไว้ทดสอบยา หรือหากในอนาคตดวงตาดังกล่าวพัฒนาได้สมบูรณ์พอก็อาจจะใช้ปลูกถ่ายให้กับผู้ป่วยได้
นักวิทย์สร้างหุ่นยนต์ชีวภาพที่สืบพันธุ์ได้แล้ว
เมื่อปีก่อน ทีมนักวิทยาศาสตร์ประกาศความสำเร็จในการสร้างหุ่นยนต์ชีวภาพขึ้นมาได้เป็นครั้งแรก นับเป็นวัตถุชนิดใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนในประวัติศาสตร์โลก! ทีมนักวิทยาศาสตร์เริ่มจากการสร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์ให้จำลองหุ่นยนต์ชีวภาพขึ้นมา แล้วนำเซลล์เอ็มบริโอกบมาดัดแปลง จนได้เป็นรูปร่างตามที่ออกแบบไว้ในตอนแรก ผลลัพธ์ที่ได้คือ กลุ่มก้อนเซลล์ที่ถูกออกแบบมาอย่างตั้งใจให้เคลื่อนที่ได้ ทีมนักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า ซีโนบอต (Xenobot) (อ่านเพิ่มเติมที่ https://thestandard.co/science-find-xenobot)
ในเดือนธันวาคม ปี 2021 ทีมนักวิทยาศาสตร์รายงานว่า ซีโนบอตรุ่นใหม่นี้สามารถจำลองตัวเองได้ ฟังดูคล้ายกับการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต แต่หากมองในรายละเอียดจะพบว่ามันแตกต่างกัน
ปกติแล้วการจำลองตัวเองของเซลล์สิ่งมีชีวิตบนโลก คือค่อยๆ กินจนเติบโตขึ้นแล้วแบ่งตัว แต่หุ่นยนต์ชีวภาพนี้เคลื่อนที่ไปชนกับสสารรอบๆ แล้วจับสสารรอบๆ มารวมกันให้มีลักษณะเหมือนกับตัวมัน เรียกว่า Kinematic Replication ซึ่งไม่ได้พบเห็นในสิ่งมีชีวิตใดๆ บนโลก (คำว่าสสารรอบๆ ในที่นี้หมายถึงสสารแบบเดียวกับตัวมัน)
นักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งกังวลว่า ถ้าหุ่นยนต์ชีวภาพนี้รั่วไหลออกมานอกห้องทดลองจะเกิดอะไรขึ้น แต่นักวิจัยที่สร้างมันขึ้นมาเชื่อว่า ซีโนบอตอาจนำไปสู่การแก้ปัญหามากมาย เช่น ออกแบบสิ่งมีชีวิตจิ๋วที่จัดการกับไมโครพลาสติกที่กระจายอยู่ในสิ่งแวดล้อมตอนนี้
ผลลัพธ์จะเป็นอย่างไรคงต้องดูกันไปยาวๆ
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590921002952
เทคโลโลยีเชื่อมสมอง
ช่วงต้นปี 2021 นักวิจัยแปลงความคิดออกมาเป็นการเขียนได้สำเร็จ โดยใช้งานกับผู้ป่วยที่มีภาวะอัมพาตตั้งแต่ช่วงบนของลำตัวลงไป (Locked-in Syndrome) เนื่องจากจะสูญเสียการควบคุมกล้ามเนื้อแทบทั้งหมด ทำได้เพียงกระพริบตาหรือกลอกตาไปมา
ปัจจุบันเทคโนโลยีการสื่อสารระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์ หรือ Brain-computer Interface (BCI) รุดหน้าไปไกลด้วยเทคนิคการผ่าตัด ประสิทธิภาพการประมวลผลของชิปคอมพิวเตอร์ และการพัฒนาอัลกอริทึมจนทำให้ผู้ป่วยล็อกอินสามารถสั่งให้คอมพิวเตอร์เขียนตัวหนังสือออกมาเป็นลายมือของตัวเองได้เพียงผ่านการคิด!
ผู้เข้าร่วมการวิจัยนี้เป็นชายอายุ 65 ปี ที่อยู่ในภาวะล็อกอินตั้งแต่ปี 2007 รับการฝังขั้วไฟฟ้าลงไปบนเปลือกสมองส่วนที่ควบคุมการเคลื่อนไหว (Motor Cortex) เพื่อบังคับลูกศรบนหน้าจอ และคลิกเลือกตัวอักษรเพื่อพิมพ์สิ่งที่เขาต้องการจะสื่อสารออกมาผ่านการคิดในหัว ทำอัตราเร็วได้ 40 ตัวอักษรต่อนาที แต่ในผลงานวิจัยชิ้นใหม่นี้ เขาสามารถคิดแล้วสั่งให้คอมพิวเตอร์ ‘เขียน’ ออกมาเป็นลายมือได้ด้วยอัตราเร็ว 90 ตัวอักษรต่อนาที
“เทคโนโลยีนี้ทำให้ผู้ป่วยอัมพาตแต่งประโยคได้ด้วยอัตราเร็วใกล้เคียงกับคนที่มีอายุรุ่นราวคราวเดียวกันพิมพ์ผ่านมือถือ” ภาวะล็อกอินตรึงผู้ป่วยเอาไว้ได้เพียงกาย แต่การรู้คิดและจิตใจยังคงสมบูรณ์ดี ได้แต่หวังว่าเทคโนโลยีนี้จะแพร่หลายและเข้าถึงผู้ที่ต้องการได้ในเวลาอีกไม่นาน
ต่อมาช่วงกลางๆ ปี 2021 นักวิทย์เชื่อมดวงตาถึงสมองโดยตรง ทำให้คนตาบอดกลับมามองเห็นได้ เบอร์นาเด็ตตา โกเมซ หญิงชาวสเปนคนหนึ่งที่มีชีวิตแสนธรรมดา เว้นเสียแต่ว่าเธอตาบอดสนิทมาแล้ว 16 ปี เนื่องจากเส้นประสาทตาที่เชื่อมต่อดวงตาไปยังสมองถูกทำลาย แต่นักวิจัยประดิษฐ์อุปกรณ์นำสัญญาณภาพจากกล้องที่แว่นตาของเธอ แปลงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์เข้าสู่สมองของเธอได้โดยตรง มันทำให้เธอกลับมามองเห็นภาพลางๆ ได้อีกครั้ง ภายในระยะเวลาเพียง 6 เดือน
ก่อนหน้านี้มีหลายงานวิจัยพยายามฟื้นฟูการมองเห็นด้วยการประดิษฐ์ดวงตาเทียมขึ้นมา ซึ่งมันใช้ได้จริง แต่ไม่สามารถใช้กับคนตาบอดอย่างโกเมซได้ (เพราะปัญหาของเธออยู่ที่เส้นประสาท) การป้อนข้อมูลเข้าสู่สมองโดยตรงจึงเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ตรงจุดมากกว่า โดยใช้หลักการพื้นฐานการส่งสัญญาณประสาทภายในมนุษย์ แต่เปลี่ยนเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์แทน โดยมีการติดตั้งอุปกรณ์ประมวลผลด้านหลังกะโหลกของเธอ ใช้สายไฟเป็นตัวเชื่อมอุปกรณ์ชิ้นนี้เข้ากับกล้องที่ติดอยู่บนแว่นตา ข้อเสียหลักของอุปกรณ์ฟื้นฟูการมองเห็นชนิดนี้คือ ไม่มีใครรู้ว่าระบบไฟฟ้าพวกนี้จะอยู่ในร่างกายได้นานแค่ไหน เพราะระบบภูมิคุ้มกันในร่างกายพยายามต่อต้านอุปกรณ์ที่ฝังอยู่หลังกะโหลกของโกเมซ และสร้างรอยแผลเป็นที่เนื้อเยื่อโดยรอบ เป็นผลให้สัญญาณที่ส่งเข้าสู่สมองค่อยๆ อ่อนลง
ด้วยเหตุนี้ โกเมซจึงถูกติดตั้งอุปกรณ์นี้เพียงแค่ 6 เดือนเท่านั้น ก่อนที่จะต้องถอดมันออกไปจากร่างกายของเธอ แม้ว่าเธอจะประทับใจมันมากก็ตาม เพราะมันทำให้เธอได้รับประสบการณ์ เอื้อมมือไปสัมผัสโลกที่เธอมองเห็นจริงๆ เป็นครั้งแรกในรอบ 16 ปี
นี่อาจเป็นก้าวเล็กๆที่ยิ่งใหญ่ เพราะในอนาคต เทคโนโลยีนี้อาจช่วยรักษาผู้พิการทางสายตาจำนวนมากให้กลับมามองเห็นใยระยะยาวได้อีกครั้ง
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03506-2.epdf
ความก้าวหน้าด้านอวกาศ
ในเดือนกุมภาพันธ์ ยาน Perseverance Rover ลงจอดบนดาวอังคารได้สำเร็จอย่างงดงาม และถ่ายภาพพร้อมส่งสัญญาณกลับมายังโลกได้เป็นอย่างดี
ต่อมาในเดือนเมษายน องค์การนาซาเผยแพร่การบินของหุ่นยนต์เฮลิคอปเตอร์บนดาวอังคารได้สำเร็จเป็นครั้งแรก และยังสามารถลงจอดได้อย่างปลอดภัยเรียบร้อย ความท้าทายหลักคือ บรรยากาศของดาวอังคารมีความหนาแน่นต่ำมาก เมื่อเทียบกับอากาศบนโลก (บรรยากาศโลกความดัน 1 atm ส่วนบรรยากาศดาวอังคารความดัน 0.0063 atm เท่านั้น) ดังนั้นใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ต้องหมุนด้วยความเร็วสูงสุดๆ จึงท้าทายทั้งในแง่การบังคับ ความเสถียร และวัสดุ
ปัจจุบันยานพาหนะสำรวจบนดาวอังคารคือ รถหุ่นยนต์ที่เคลื่อนไหวได้ช้าและมีข้อจำกัดทางภูมิประเทศ ในอนาคตเฮลิคอปเตอร์อาจกลายเป็นกำลังสำคัญของการสำรวจดาวอังคารก็ได้
และในเดือนพฤษภาคม ยานอวกาศจีนสร้างประวัติศาสตร์ด้วยการลงจอดบนดาวอังคารสำเร็จ นับเป็นประเทศที่สองที่ทำสำเร็จต่อจากอเมริกา
การลงจอดในครั้งนี้เป็นส่วนหนึ่งของภารกิจ Tianwen-1 (ปริศนาแห่งสวรรค์) และจะมีการปล่อยรถหุ่นยนต์ Zhurong Rover ออกมาสำรวจดาวอังคารทั้งในแง่การตรวจจับสนามแม่เหล็ก เรดาร์ตรวจใต้ดิน สภาพภูมิอากาศ สภาพทางธรณีและองค์ประกอบของดิน ฯลฯ บริเวณที่ลงจอดคือ ยูโทเปีย พลานิเทีย (Utopia Planitia) ซึ่งก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์นาซาพบว่า ใต้ดินบริเวณนั้นมีน้ำแข็งปริมาณมากฝังตัวอยู่
นับว่าจีนกลายเป็นอีกหนึ่งประเทศที่น่าจับตามอง และพัฒนาด้านเทคโนโลยีด้านอวกาศอย่างรวดเร็วที่สุดในตอนนี้
การค้นพบทางดาราศาสตร์
- นักดาราศาสตร์ค้นพบซูเปอร์โนวาแบบที่เกิดจากหลุมดำหรือดาวนิวตรอน
ซูเปอร์โนวา (Supernova) เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่พลังงานสูงที่สุดในเอกภพ มันคือการระเบิดอย่างรุนแรงของดาวฤกษ์ ซึ่งเกิดได้จากหลายสาเหตุ ได้แก่ การยุบตัวของแก่นดาวฤกษ์มวลมากในวาระสุดท้าย หรือดาวแคระขาวดูดมวลสารจากดาวฤกษ์ข้างๆ จนเกิดการระเบิดขึ้น แต่ไม่ว่าปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นในรูปแบบใด ก็ยังมีรายละเอียดหลายอย่างที่นักดาราศาสตร์ยังไม่รู้
เมื่อต้นเดือนกันยายน ปี 2021 นักศึกษาของแคลเทค (Caltech) ตรวจจับสัญญาณวิทยุและรังสีเอกซ์ที่น่าจะมาจากซูเปอร์โนวาที่การเกิดมีความประหลาดกว่าแบบอื่นๆ ได้ โดยมันเป็นดาวฤกษ์ที่เข้าไปรวมกับดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ การรวมกันดังกล่าวไปกระตุ้นให้ดาวฤกษ์เกิดซูเปอร์โนวาขึ้นมาได้ การค้นพบนี้เป็นหนึ่งในสิ่งที่ไม่ค่อยได้จะเห็นง่ายๆ และมันแสดงให้เห็นว่าวัตถุอย่างดาวนิวตรอนและหลุมดำนั้นส่งผลต่อความเปลี่ยนแปลงของดาวฤกษ์ได้ไม่น้อยทีเดียว
- นักวิทยาศาสตร์ค้นพบโมเลกุลของเยื่อหุ้มเซลล์ในอวกาศครั้งแรก
โดยเยื่อหุ้มเซลล์นั้นเป็นองค์ประกอบที่สำคัญมากของเซลล์สิ่งมีชีวิต มันเป็นสารชีวโมเลกุลประเภทฟอสโฟลิพิดที่จำกัดขอบเขตของเซลล์หนึ่งๆ เสมือนเป็นกำแพงเมืองหรือรั้วบ้าน แต่จุดกำเนิดของเยื่อหุ้มเซลล์นั้นยังไม่มีใครรู้แน่ชัด ซึ่งในปี 2021 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบโมเลกุลเอทาโนลามีน (Ethanolamine) ในสสารระหว่างดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์เป็นครั้งแรก! (กล่าวอย่างชัดเจนขึ้นคือ เป็นส่วนของของฟอสโฟลิพิด)
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าโมเลกุลเหล่านี้อาจจะเกิดขึ้นมาในช่วงที่ระบบสุริยะเกิดขึ้นมาใหม่ๆ แล้วอาจจะตกเข้าสู่ดาวเคราะห์ จากนั้นก็เกิดกระบวนการบางอย่างที่กระตุ้น (Trigger) ให้เกิดเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ขึ้น นำมาซึ่งชีวิตแรกบนโลกได้ในที่สุด
- การค้นพบเกี่ยวกับหลุมดำ
-
- นักดาราศาสตร์ยืนยันการค้นพบหลุมดำชนกับดาวนิวตรอนเป็นครั้งแรก โดยในเดือนมกราคม ปี 2020 มีการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ 2 เหตุการณ์ การวิเคราะห์สัญญาณดังกล่าวทำให้นักวิจัยรู้ว่ามันมาจาก
-
-
- การชนกันของหลุมดำที่มีมวล 9 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และดาวนิวตรอนที่มีมวลเกือบสองเท่าของมวลดวงอาทิตย์ โดยการชนดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อ 900 ล้านปีก่อน แต่สัญญาณเพิ่งจะเดินทางมาถึงโลกเรา
- การชนกันของหลุมดำที่มีมวล 6 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และดาวนิวตรอนที่มีมวล 1.5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ โดยการชนดังกล่าวเกิดขึ้นราวพันล้านปีก่อน แต่สัญญาณเพิ่งจะเดินทางมาถึงโลกเรา
-
นับเป็นครั้งแรกที่มีการค้นพบหลุมดำชนกับดาวนิวตรอน
-
- ทฤษฎีของ สตีเฟน ฮอว์คิง ได้รับการยืนยัน
-
-
- สตีเฟน ฮอว์คิง นักฟิสิกส์อังกฤษผู้สร้างทฤษฎีเกี่ยวกับความร้อนของหลุมดำไว้หลายอย่าง หนึ่งในนั้นคือแนวคิดที่ว่า พื้นที่ผิวของหลุมดำจะต้องเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โดยไม่ลดลง* เพราะพื้นที่ผิวของมันสัมพันธ์กับเอนโทรปีที่จะต้องเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ
-
การตรวจสอบความถูกต้องของแนวคิดดังกล่าวค่อนข้างยาก แต่ทีมนักฟิสิกส์นำข้อมูลคลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกตรวจจับได้ตั้งแต่ปี 2015 มาวิเคราะห์พื้นที่ผิวของหลุมดำก่อนชนและหลังชนก็พบว่า แนวคิดของฮอว์คิงนั้นถูกต้อง! อย่างไรก็ตาม ฮอว์คิงทำนายไว้หลังจากนั้นว่า ผลจากทฤษฎีสนามควอนตัมจะทำให้หลุมดำแผ่รังสีได้ ดังนั้นในช่วงเวลาที่ยาวนานมากๆๆๆ พื้นที่ผิวของหลุมดำจะลดลง แต่ยังไม่มีใครตรวจจับการแผ่รังสีดังกล่าวได้
