ABENTEUER IM MECHANISCHEN DENKEN – Maschinen können lernen, zumindest ein wenig. Durch den wissenschaftlichen Fortschritt werden sie immer schlauer und können schließlich die Welt auf ihre eigene Weise entdecken und wahrnehmen.
AFFINITÄT – Experimente, die in einem flüssigen Medium mit sehr kleinen Molekülen durchgeführt werden, stellen eine einzigartige Sackgasse dar, wenn das Experiment darauf beruht, dass diese Moleküle miteinander in Kontakt kommen – etwa, um sich zu einer größeren funktionierenden Einheit zu verbinden. Die Stücke sind so winzig und der Flüssigkeitstropfen so groß, dass es unwahrscheinlich ist, dass die Moleküle einander finden, es sei denn, sie sind so konzipiert, dass sie sich gegenseitig anziehen.
ALLEN WIDRIGKEITEN ZUM TROTZ – Gelegentlich scheint die Lebensgeschichte einer Person bis zur Unmöglichkeit geschrieben oder erfunden zu sein – eine Reihe außergewöhnlicher Ereignisse, Zufälle, großer Nöte und entscheidender Entscheidungen, die wie nach einem Rezept zur einzigartigen Arbeit und dem Fachwissen dieser Person führen.
AHORNBLATT – In der Wissenschaft sieht man selten direkt, was man studiert. Experimentelle Ergebnisse werden dadurch beeinflusst, wie eine Frage gestellt wird und welche experimentellen Geräte verwendet werden. Dieses Problem ist in der Quantenphysik besonders wichtig.
ANDY ELLINGTON Wir können nicht wissen, wie das Leben auf der Erde oder anderswo begann, aber die Erforschung, wie sich einfache Chemikalien im Labor zusammensetzen, reagieren und entwickeln, gibt Wissenschaftlern eine bereicherte und fundiertere Vorstellung davon, wie die ersten Organismen ausgesehen haben könnten – und hat bereits zu interessanten Biotechnologien geführt.
AUTODIDAKTISCHE – Zu den wertvollsten Dingen in der Wissenschaft – und im Leben – gehört die Fähigkeit, selbst zu lernen, sich die eigene einzigartige Perspektive und Interessen anzueignen und dies mit Freude zu tun.
BASTELNSWERKSTATT MOLEKULARE – Synthetische Biologie ist die Entwicklung und Konstruktion molekularer Geräte, die im Inneren von Zellen funktionieren. Die Baumaterialien sind Restriktionsenzyme zum Schneiden von DNA, Polymerasen zum Kopieren von DNA und RNA, Ribosomen zur Übersetzung von RNA in Protein und unzählige chemische Tricks für den letzten Schliff.
CEPHALOPOND – Computerprogrammierer können sehr einfallsreich sein. Der Begriff „Käfer“ selbst ist eine fantasievolle Metapher. Manche Programmierer haben Fehler in ihren Programmen; andere haben Tintenfisch.
DARÜBER HINAUSGEHEN – Nervenkitzel-Suchende lieben es, das Unbekannte zu erkunden. Für manche ist es der frische Pulverschnee am Hang eines unbekannten Berges. Für andere ist es das unerwartete Terrain eines neuen wissenschaftlichen Bereichs. Für einige ist es beides.
DAS BESTE ALLER MÖGLICHEN WELTEN – Das Prinzip der geringsten Wirkung besagt, dass ein Teilchen, beispielsweise ein Photon, von allen möglichen Wegen den Weg mit der minimalen integrierten Energie nehmen wird. Analoge Optimierungsprinzipien werden in Software verwendet, die die beste Route von Ort A nach Ort B, den besten Preis für eine Konzertkarte oder die wahrscheinlichste Interpretation von Daten findet.
DAS HÜRDENLÄUFER – Bei der Erkundung unbekannter Grenzen weiß man nie, welche Überraschungen als nächstes auf einen warten. Mit anhaltender Neugier und sorgfältigem Denken entstehen klar definierte Fakten aus dem Chaos mehrerer Variablen und experimenteller Unsicherheit.
DAS WUNDER DES RUSSES – Nanoröhren und Buckyballs (benannt nach Buckminster Fuller) sind maschendrahtartige Maschenkäfige im atomaren Maßstab, deren bemerkenswerte Eigenschaften faszinierende Grundlagenforschung und neue technologische Anwendungen ermöglichen. Sie finden sich im Ruß von verbranntem kohlenstoffhaltigem Material und werden wie Diamant, Kohle und Graphit durch natürliche Prozesse gebildet.
DATENTANZERIN – DNA-Microarray-Chips ermöglichen es Ärzten und Wissenschaftlern, das Innenleben einer Zelle zu lesen. Ein einzelner Chip kann Hunderttausende Pixel haben, von denen jeder das Vorhandensein von RNA für ein bestimmtes Gen oder eine bestimmte genetische Mutation erkennen kann. Diese Daten können zu neuen Entdeckungen und aufschlussreichen Diagnosen führen.
DIE BRAUEREI – Viele großartige und inspirierte Ideen sind Denkern eingefallen, während sie völlig von ihrer geistigen Aufgabe getrennt waren. Eine lang ersehnte Idee oder Lösung kann in einem Moment der Entspannung und Ablenkung spontan auftauchen, ein „Aha!“ Moment.
DIE KRAFT DER UNMÖGLICHKEIT – In der Mathematik können Sie Objekte (wie Mengen oder Funktionen) definieren, die unmöglich zu berechnen sind. Doch diese unmöglichen Objekte können Einblicke liefern, die verdeutlichen, was möglich ist. In Kunst und Wissenschaft ist das Erreichen eines bestimmten Ergebnisses ein kleiner Teil eines langen Prozesses.
DIE WEBERIN – Mit der richtigen Einsicht und sorgfältiger Berührung kann DNA so programmiert werden, dass sie sich zu unglaublich komplexen nanoskaligen Objekten zusammenfügt, die „DNA-Origami“ genannt werden.
DER VERLUST DER ENTROPIE – Leben könnte aus natürlich vorkommenden Mineralkristallen entstanden sein, die sich durch spontane mineralogische Prozesse replizierten und schließlich den Rahmen für organische Moleküle bildeten und deren Produktion stimulierten, die die Grundlage für moderne Organismen bilden. (Siehe auch „Terrestrische Matrix“)
DER WEG DAS WEIß – Kristalle können auf überraschend komplexe Weise wachsen. Synthetische Wismutkristalle entwickeln sich zu quadratischen Wendeltreppen. Mit der Fähigkeit, Makromoleküle zu entwerfen, können Programmierer Kristalle erzeugen, die „intelligent“ auf Hindernisse reagieren können, auf die sie auf einem beabsichtigten Wachstumspfad stoßen.
DIGITALE HEILERIN – Ein mikrofluidischer Chip ist ein Netzwerk aus Schläuchen, Ventilen, Reaktionskammern und Sensoren, verpackt in einem kleinen Gerät, das anspruchsvolle medizinische Diagnosen durchführen kann.
DISKRETISIERUNG – Der technologische Wandel in der Elektronik von analog zu digital ging mit einem Paradigmenwechsel in der Mathematik einher, wobei diskrete und kombinatorische Mathematik die traditionelle kontinuierliche analytische Mathematik ersetzte. Kontinuierliche Objekte werden nun zur Verarbeitung auf digitalen Computern in diskrete Darstellungen umgewandelt.
EIN ERSTER GESCHMACK – Schon in jungen Jahren der Entdeckerfreude ausgesetzt zu sein, kann einen starken Eindruck hinterlassen und einen lebenslangen Eindruck auf den Neugierfaktor hinterlassen.
EIN RISS IM STOFF – Selbstheilende Objekte von einfachen (z. B. Wasser) bis hin zu komplexen (z. B. der Schwanz eines Salamanders) sind in der Lage, Schäden an ihrer Struktur zu reparieren. In der Molekularbiologie sind selbstreparierende Fragmente gute Kandidaten für eine Mutation und damit für eine Evolution. Der Prozess der mathematischen Entdeckung kann selbst heilend sein, da er die Verwirrung ausgleicht, die durch Paradoxien in der realen Welt verursacht wird.
EIN VORBEREITETER GEIST – Oft ist das beste wissenschaftliche Ergebnis das einfachste. Eine Lösung oder Entdeckung kann im Nachhinein so unkompliziert und offensichtlich sein, dass sie überraschend oder elegant ist. Doch um sich dieser einfachen Wahrheit zu nähern, waren möglicherweise hochentwickelte Instrumente und komplexe Methoden erforderlich, um Tausende von Möglichkeiten zu erkunden.
FAST REAL – Mathematische Abstraktionen sehen nie wie die Realität aus, aber sie sind oft genauso wirkungsvoll und auf abstrakte Weise häufig konzeptionell aufschlussreicher.
FELSENNEST – Hinter einer scheinbar undurchdringlichen Barriere verbirgt sich oft ein ruhiger Ort stiller Nahrung; Der Weg dorthin könnte einfacher, wenn auch umständlicher sein, als man denkt.
FELSENFLÜSTERER – Computerchip-Technologie ist im Grunde künstliche Geologie. Mit der Lithographie, der Technik zum Einschneiden von Drähten und Transistoren in einen Siliziumchip, können viele Schichten von Strukturen auf einer Siliziumplatte aufgebaut werden. Aber um die Kunst, unbelebtes Gestein in eine Denkmaschine zu verwandeln, wirklich zu beherrschen, muss man die Natur des Materials verstehen. Es wird Ihnen sagen, was es kann; Hören Sie sich das Silizium an.
FLÜGEL – Die Sierpinski-Dichtung ist ein mathematisches Fraktal, das durch wiederholtes Ausschneiden der Mitte jedes Dreiecks entsteht. Oder, ähnlicher dem Kristallwachstum, kann es erzeugt werden, indem man mit einer Schicht aus Nullen mit einer einzelnen 1 beginnt und dann neue Schichten aufbaut, indem man über und zwischen jedem Paar identischer Bits eine 0 und darüber und dazwischen eine 1 platziert jedes Paar unterschiedlicher Bits.
500-JAHRES-PLAN – Interstellare Reisen könnten durch sich selbst zusammenbauende Raumschiffe bewältigt werden, die auf einem geeigneten Planeten oder Meteor landen, neue Teile aus verfügbaren Rohstoffen zusammensetzen, Reparaturen durchführen und wieder auf die Reise gehen würden.
FLUORESZENZ – Wenn Licht auf ein Molekül trifft, kann ein Photon absorbiert werden. In diesem Fall führt die zusätzliche Energie dazu, dass die Bindungen des Moleküls stärker vibrieren. Ein Teil dieser zusätzlichen Schwingungsenergie wird als Wärme an die Umgebung des Moleküls abgegeben. Wenn die Energie nicht vollständig abgeführt wird, können sich die Schwingungen so ausrichten, dass ein neues Photon mit geringerer Energie und (normalerweise) längerer Wellenlänge erzeugt und emittiert wird. das heißt, sie fluoreszieren.
FRAGMENTIERTE VISION – Im Gehirn werden visuelle Szenen in elementare Teile zerlegt – Konturen, Farben, Winkel, Bewegung –, aus denen komplexere Wahrnehmungen abgeleitet werden – Texturen, Formen, Aktionen – und schließlich werden die wichtigen Merkmale der Szene erkannt. Wie beim Träumen offenbart ein tieferer Blick in den visuellen Kortex eine noch feinere Auflösung jedes einzelnen Teils einer Szene, der verpixelt und dann im Kopf des Betrachters rekonstruiert wird.
GEFANGEN! – Es ist schwer, ein Molekül zu fangen; Sie sind zu schnell und zu klein. Also bringen Wissenschaftler andere dazu, sie zu fangen, indem sie Moleküle herstellen, um Moleküle zu fangen. Dann können sie studiert und programmiert werden.
GRÜN – Die Eleganz der Einfachheit ist in wissenschaftlichen Gemeinschaften über Zeit, Ort und Forschungsgebiet hinweg ein begehrtes Ziel. „Was mit weniger geht, ist mit mehr umsonst.“ Willem von Occam
HÄNGENDE GÄRTEN – Molekularingenieure können komplexe Polymere entwerfen und synthetisieren, die auf nahezu lebensechte Weise wachsen. Wie eine Spinne kann ein manipuliertes Molekül die Einfügung von Polymeruntereinheiten hinter sich auslösen und so effektiv einen Faden „ausscheiden“, an dem es befestigt bleibt. Je weiter die technischen Grenzen erweitert werden, desto realistischere Verhaltensweisen werden möglich sein.
HIMMEL UND ERDE – In unserem facettenreichen Leben können die Dinge, die uns mit der Erde verankern, die uns erden und eine Basis bieten, unserem subtilen Geist ermöglichen, umherzuschweifen, zu träumen und in unseren Gedanken ferne Bereiche zu besuchen. Hier verbreiten sich Gedanken und Empfindungen schneller als das Licht.
HOMUNKULUS – Als intelligente Wesen, die von ihrer Umwelt lernen, verkörpern wir Spiegel der Welt und sogar Spiegel unserer selbst. Ein bemerkenswertes Beispiel ist, dass man eine (verzerrte) Karte des Körpers erhält, wenn man sich den sensorischen und motorischen Kortex des Gehirns ansieht und fragt, zu welchem Teil des Körpers er gehört.
ICH WAR SO INVOLVIERT– Wissenschaftler und Künstler vertiefen sich in ihre Arbeit, vergessen zu essen oder verlieren den Überblick über Zeit, Ort und (wenn es wirklich gut ist) sogar sich selbst.
INNEN AUSSEN – Ihr Gehirn hat nicht immer gewusst, dass Ihr Arm Ihr Arm ist. Möglicherweise hat es es auf die gleiche Weise gelernt, wie jemand mit einer Prothese lernt, die künstliche Gliedmaße als Teil seines eigenen Körpers zu erleben. Der übermäßige Gebrauch von Werkzeugen (stellen Sie sich einen Racquetballschläger, eine Geige oder sogar eine mechanische Prothese vor) kann ebenfalls dazu führen, dass Sie das Gefühl haben, das Werkzeug oder die Maschine sei ein Teil Ihres Körpers.
INNERES GERÜST – Biologische Zellen enthalten Netzwerke aus Stäben, Streben und Kabeln im molekularen Maßstab – das Zytoskelett. Das Zytoskelett wird ständig angepasst und umgebaut und gibt den Zellen ihre Form. Die Fähigkeit, solche Netzwerke zu bilden – wenn auch oft in einfacherer Form – ist eine inhärente Eigenschaft vieler Polymere, auch nichtbiologischer, und ermöglicht es Chemikern, die Prinzipien dieser Form der Selbstorganisation ethisch zu erforschen.
INNERES LICHT – Die Intuition wird durch Anwendung und Pflege stärker und hat eine kraftvolle Möglichkeit, die Konventionen und Beschränkungen traditioneller Ansätze zu durchbrechen.
INSTANTISIERUNG – Computerprogramme müssen ständig neue Datenobjekte erstellen, wenn sie benötigt werden. Häufig wird eine Standardvorlage verwendet und verschiedene numerische, textuelle oder algorithmische Elemente des Formulars ausgefüllt, um das spezifische Objekt von Interesse zu erstellen. Um die Welt um uns herum zu verstehen, erschafft der Geist auf ähnliche Weise neue Ideen, indem er allgemein zwischengespeicherte Vorlagen mit Informationen über die jeweilige Angelegenheit ausfüllt.
JUNGTIER – Mit Entschlossenheit und großer Geduld wird der Suchende oft mit der Entdeckung einzigartiger und überragender Ergebnisse belohnt
KERNKONZEPTE – Organismen und ihre Teile „wissen“ irgendwie, wann sie mit dem Wachstum beginnen, sich verändern oder aufhören müssen. So wie Computer auf algorithmische, logarithmische oder binäre Weise zählen, so „zählt“ auch die Biologie auf ihre eigene biochemische Weise.
Zytoskelettmotor – Das Zytoskelett einer Zelle besteht aus einem Netzwerk von „I-Strahlen“ im molekularen Maßstab, die die Zelle in ihrer Form halten. Einige manipulierte Zellen können kriechen, indem sie ihr Zytoskelett auf einer Seite wachsen lassen und es auf der anderen Seite auflösen.
KOMMEN UNS ZUSAMMEN – Jede der 100 Billionen Zellen in Ihrem Körper verfügt über ihre eigene DNA, ihre eigene molekulare Fabrik zum Aufbau von Proteinen und ihren eigenen biochemischen Schaltkreis zur Entscheidungsfindung. Obwohl diese Zellen in sich abgeschlossen sind, sind sie voneinander abhängig und funktionieren als einheitliches Ganzes. Einige Arten, wie zum Beispiel Schleimpilze, leben in ihrer Jugend als unabhängige einzellige Organismen und vereinigen sich dann mit anderen Schleimpilzzellen zu einem einzigen mehrzelligen erwachsenen Organismus. Robotiker könnten eines Tages kleine Roboter entwickeln, die sich auf ähnliche Weise zu einem Metaroboter zusammenbauen können.
KOMPRESSION – Gequetschtes Licht (Photonen, deren Schwingungen im Vergleich zu normalem Licht eingeschränkt sind) kann im Labor hergestellt werden.
KONSONANZ UND DISSONANZ – Unter Verwendung selbstorganisierter DNA-Strukturen als Vorlagen wenden Wissenschaftler Softlithographie, Rasterkraftmikroskopie (AFM), Elektronenmikroskopie (EM), kryogene Elektronenmikroskopie (KryoEM), Fluoreszenzspektroskopie, Röntgenbeugung, Mikrofluidik und Zellkultur an und chemische Synthese als Werkzeuge zur Entwicklung von Nanofabrikationsmethoden, beispielsweise von Nanodrahtnetzwerken. Einige einfache und reine Ideen wie Topologie und Knotentheorie sind in realen und imaginären Bereichen unbegrenzt anwendbar.
LIBELLEN – Objekte tauschen bei Kontakt Moleküle aus. Die von ihnen hinterlassenen Rückstände können auf ihrem neuen Wirt ein neues Wachstumsmuster, beispielsweise eine Kristallisation, auslösen.
KELPWALD – Auf der Oberfläche eines DNA-Chips, der als Prototyp einer künstlichen Zelle verwendet wird, sind DNA-Stränge an einen Boden gebunden, Enzyme kriechen an den Strängen auf und ab und synthetisieren neue Moleküle, die langsam davonschweben. Einige Gebiete sind aktiv und überfüllt; später wird die Aktivitätswelle weitergehen.
MACHEN WIR DAS – Im Laufe der Evolutionsgeschichte ist man auf eine erstaunliche Vielfalt an Lebensformen gestoßen, von denen die meisten für uns heute fremdartig und bizarr aussehen würden. Während des Kambriums vor über 500 Millionen Jahren entwickelten sich viele Tiere mit seltsamen Körperbauplänen und seltsamen Gliedmaßen (so wie unsere für sie erscheinen könnten). Jedes der Lebensreiche, die wir heute kennen – die Protisten (einzellige Eukaryoten), Monera (Prokaryoten), Archaeen, Pilze, Pflanzen und Tiere – begann mit einem einzigartigen entfernten Vorfahren.
MIGRATIONSPROZESSION – Verteilte molekulare Roboter sind Herden einfacher Maschinen, die miteinander kommunizieren, um gemeinsame Aufgaben zu erledigen. Wie Ameisen können sich diese Roboter aneinander binden, um Ketten zu bilden, oder übereinander laufen, um kollektive Aufbauten zu bilden.
MULEKULARE FELDER FÜR IMMER – Im menschlichen Maßstab ist eine flache Oberfläche eine einfache Sache. Doch bei näherer Betrachtung wird seine unglaubliche Komplexität deutlich. Die Molekulartechnik kann einen Teil dieser Komplexität kontrollieren, indem sie Selbstorganisation nutzt, um die Oberfläche zu beschichten und komplexe Moleküle an bestimmten Stellen zu platzieren.
MOLEKULARE INTROSPEKTION – Wenn sich Informationsmoleküle wie DNA, RNA und Proteine von einer linearen Floppy-Kette in eine konkrete Form wie ein Enzym oder eine andere Nanomaschine falten, wird der Prozess durch Teilsequenzen entlang der Kette gesteuert, die an anderer Stelle in der Kette nach passenden Teilsequenzen suchen Kette, und dann binden und verriegeln, um die Falte zu stabilisieren.
MYMOSH DAS SELBSTGEZEUGT – In einer Kurzgeschichte von Stanislaw Lem entstand Mymosh zufällig, als ein abgeworfenes Objekt eines vorbeifliegenden Raumschiffs eine postnukleare Mülldeponie erschütterte, wodurch verschiedene Objekte umstürzten, kollidierten und sich festsetzten und ein denkendes Wesen bildeten.
NERVENKREATUR – Organismen umhüllen eine in sich geschlossene Informationseinheit, die von Strömen und Kräften durchflutet ist, ihre Umgebung verarbeitet, entschlüsselt und auf sie reagiert. Die Schaffung neuronaler Netze und die Analyse ihres Verhaltens erfordern die Verknüpfung mathematischer Informations-, Berechnungs-, Optimierungs- und Anpassungstheorien.
959 – Der Fadenwurm Caenorhabditis Elegans ist mathematisch einzigartig, da Wildtyp-Individuen genau 959 Zellen enthalten. Auch die Position jeder Zelle wird genau bestimmt. C. Elegans ist transparent, sodass Zellfunktion und Abstammung leicht verfolgt werden können.
NEUROTANGO – Wenn Sie Musik hören, kodieren Neuronen in Ihren Ohren die Geräusche in eine Folge elektrischer Signale, sogenannte Spike Trains, die den Rhythmus, die Töne und die Textur dessen aufzeichnen, was Sie hören. Die Spike-Züge werden an Ihren Kortex gesendet, wo die Geräusche wahrgenommen, genossen und interpretiert werden.
NOTIZEN FÜR SICH SELBST – Eine Vielzahl von Kommunikationen, wie Lachen, Winken oder Seufzen, werden von fast jedem und sogar von einigen Tieren leicht verstanden. Andere Zeichen und Signale sind eher esoterischer Natur und werden vielleicht nur von einem oder wenigen verstanden.
PHYSIK IN FORMATION – Materielle Formen erfordern eine Reihe von Kräften, Gewichten, Dichten, Vektoren und anderen Zutaten, um auch nur ein winziges Teilchen herzustellen. Unzählige facettenreiche Kombinationen aus Wärme, Masse, Bewegung, Licht und Vibrationen verbinden und verschränken sich nahtlos und bilden die Welt um uns herum.
PORTRÄT VON PETER GACS – Seit Pythagorus und wahrscheinlich schon früher haben Mathematiker die Welt als aus Zahlen zusammengesetzt betrachtet, was zu großartigen Erkenntnissen geführt hat.
PROZESS DER ELIMINIERUNG – Fortgeschrittene medizinische Therapien beinhalten molekulare Roboter, die so programmiert sind, dass sie um die Außenseite der Zielzellen (z. B. Krebszellen) „kriechen“, nachdem sie diagnostische Zelloberflächenmarker erkannt haben, die sie als bösartig identifizieren. Wenn das Molekül mit der Zellmembran interagiert, schneidet es diese effektiv auf und zerstört die Zelle.
QUANTENBRÜCKEN – Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit an den Schnittstellen von Wissenschaft und Technologie ist die Fähigkeit, Phänomene auf unterschiedlichen Längenskalen miteinander in Beziehung zu setzen, wobei wir gezwungen sind, auf unterschiedliche Weise über Materie und ihre Eigenschaften nachzudenken.
QUELLENSUCHE – Ein einfaches Bakterium, nur einen Mikrometer groß, kann Nahrung (z. B. Zucker) finden, indem es seinen Geruch „riecht“. Es schwimmt in eine beliebige Richtung, und wenn der Geruch stärker wird, schwimmt es weiter; Wenn nicht, versucht es eine neue Richtung und erreicht schließlich die Quelle. In ähnlicher Weise können Wissenschaftler aus einzelnen Experimenten einen flüchtigen Blick auf eine höhere Wahrheit erhaschen und blind das Gleiche tun.
REAKTION – DIFFUSION – Chemische Prozesse können Muster erzeugen, die den Flecken bei Leoparden, dem Patchwork bei Giraffen oder den Streifen bei Zebras ähneln. Komplexere Muster könnten entstehen, wenn die Chemie programmiert werden könnte.
REGENBOGENFASER – Interdisziplinäre Wissenschaft erfordert die Fähigkeit, viele Wissensstränge zu synthetisieren, sie miteinander zu verbinden, ihre Stärke zu testen und dann relevante Informationen zu extrahieren.
REGEN VON ABSTRAKTIONEN – Technische Probleme werden oft durch die Erarbeitung von Lösungen für komplexe Gleichungen gelöst. In einigen Bereichen der Informatik erreicht man die eleganteste Lösung eines Problems einfach durch die Definition der richtigen abstrakten Darstellungen von Daten und Prozessen – eine überraschend einfache Lösung.
REKURRENZ – Die Kontrolltheorie untersucht, wie Rückkopplungsschleifen zwischen Sensoren und Aktoren genutzt werden können, um robuste, reaktionsfähige Systeme zu schaffen, vom Tempomat eines Autos bis hin zu Robotern in einer Fabrik oder biochemischen Schaltkreisen innerhalb einer Zelle.
SCHATTEN DER PERFEKTION – Die Mathematik untersucht perfekte Objekte – das platonische Ideal – aber oft können die Beweise chaotisch und verwirrend sein.
SCHATZKRUHE – Alle materiellen Objekte bestehen nur aus einem: Atomen. Wenn Sie die Atome in einem Objekt trennen und mit äußerster Präzision wieder zusammensetzen könnten, könnten Sie ein anderes Objekt erschaffen.
SCHMETTERLINGSWEG – Irgendwann verlässt man die Sicherheit seines Zuhauses und macht sich auf den Weg in die Welt, wo einem die Augen geöffnet werden für Möglichkeiten und Wunder, für die Brücken, die unsere Vorgänger hinterlassen haben, und für die Intrigen der Lebensmaschinerie.
SCHWARM UND FORM – Ein Individuum ist eine selbstorganisierte Ansammlung kleinerer Teile, die oft in zwei Kategorien vorkommen: globale Bewegung und Interaktionen umherziehender Elemente (wie Bienen oder Blutzellen) und lokale Anordnungen geometrisch angeordneter fester Elemente (wie Nester usw.). Gehirnzellen).
SCHWIMMENDES STILLLEBEN – Wer ein Gespür dafür hat, zu beurteilen und zu tun, was getan werden muss, und sich um die Bedürfnisse anderer zu kümmern, hebt die Stimmung und verbessert das Leben der Menschen um ihn herum.
SEIFERTS WELT – Wenn man eine zufällige, schnörkellose Linie auf Papier zeichnet und an den Schnittpunkten klärt, welcher Teil darüber und welcher darunter geht, kann man sich vorstellen, dass in der Schnörkellinie eine Fläche enthalten ist. Ein dünner Draht, der zu einer verdrehten, aber geschlossenen Kurve gebogen und in Seifenwasser getaucht wird, zeigt eine solche Oberfläche.
SELBSTMONTIERENDER BAUM – Selbstorganisation ist ein allgegenwärtiger Prozess auf molekularer Ebene (Kristalle, Viren, Zytoskelette) und makroskopischer Ebene (Staubhasen, Sanddünen, Sterne). Auch Baumformen sind in der Natur allgegenwärtig und organisieren sich auf vielen Ebenen (Flüsse, Kohlenhydrate, Verkehrsmuster) selbst. Diese universellen Formen können scheinbar überall gefunden werden.
SICHT – Die Netzhaut ist ein komplexes Netzwerk neuronaler Zellen, die Licht erkennen und sofort mit der Signalverarbeitung beginnen, um Rauschen zu reduzieren, die Empfindlichkeit zu erhöhen und Kontrast- und Bewegungsbereiche zu identifizieren. Während das Insektenauge aus einem regelmäßigen sechseckigen Gitter nahezu identischer Zellen besteht, von denen jede über eine eigene Linse und eigene Neuronen verfügt, besteht das Auge eines Säugetiers aus einer einzelnen Linse und vielen etwas unregelmäßig verteilten Photorezeptorneuronen.
S.S.S. – Nach allem, was Sie gesehen haben, gibt es noch mehr, was Sie noch nicht sehen. Die Wissenschaft wird von der Wahrnehmung des Unsichtbaren und Unbekannten angetrieben.
STADT DES LEBENS – Ganze Organismen – seien es Bäume, Wale, Frösche oder Menschen – entwickeln sich aus einer einzigen Zelle. Wenn sich Zellen teilen, „weiß“ jede Hälfte von Natur aus, welcher Teil des Organismus sie als nächstes werden soll.
STILLE NACHT – Bei der Vorbereitung einer Probe für die Rasterkraftmikroskopie setzen sich komplexe selbstorganisierte Moleküle auf einer Glimmeroberfläche ab, wo sie bald abgebildet werden. (Siehe auch „Flügel“.)
STILLLEBEN MIT ACTINOLITE – Der Naturforscher empfindet eine Affinität zu den verschiedenen Produkten der Natur in all ihrer Besonderheit und Schönheit. Da jeder von uns einzigartig ist, fühlen wir uns von unterschiedlichen Texturen, Prozessen, Funktionen, Werten und Farben der Dinge angezogen oder sind von ihnen fasziniert. Diese Dinge und Kombinationen wirken sich auf stille und unsichtbare Weise auf uns aus und werden auf die gesamte Menschheit übertragen.
STILLLEBEN MIT PFLAUMEN UND SCHOKOLADE – Wenn ein neues Labor eröffnet wird, ist es wichtig, es mit Begeisterung, Energie und vor allem Mitternachtssnacks zu versorgen.
SYNCHRONISATION – Gruppen von Zellen (insbesondere im Nervensystem) und Gruppen von Organismen, wie etwa ein Vogelschwarm, ein Fischschwarm oder eine Ameisen- oder Glühwürmchenkolonie, können in abgestimmten, synchronisierten Mustern zusammenarbeiten, als ob sie Signalen folgen würden nur von ihrer Gruppe wahrgenommen. Wissenschaftler könnten eines Tages lernen, diese (für uns) schwer fassbaren Signale zu beobachten und zu erkennen.
TENSEGRITÄT – Einige Strukturen bestehen aus Schnüren und Streben (wie eine Hängebrücke oder die Knochen und Sehnen von Lebewesen), wobei jede Strebe separat ist und jedes Kabel so gespannt ist, dass die Struktur nicht zusammenbricht. Die Spannungsintegrität eines Objekts oder Systems, die durch dieses Gleichgewicht der Spannungselemente entsteht, ist Tensegrität oder schwebender Zusammenhalt.
TERRESTRISCHE MATRIX – A.G. Cairns Smith vermutet, dass Tonkristalle das Leben hervorbrachten. Während das Kristallgitter wuchs und auseinanderbrach, bildete es ein Gerüst für das Wachstum neuer Kristalle. Als diese Kristalle mehr organische Moleküle in ihre Struktur einbauten, wurden sie schließlich so hochentwickelt, dass sie sich die Matrix ihres Wirts zu eigen machten und, vielleicht bei der nächsten Flut, als autonomes Leben davonschweben. (Siehe auch „Der Verlust der Entropie“)
THETABUCHT – Im Schlaf unterscheidet sich die neuronale Aktivität deutlich von der im Wachzustand. Isoliert von der Außenwelt verfällt das Gehirn in eine Abfolge rhythmischer Modi, und Aktivitätswellen breiten sich durch die Gehirnstrukturen aus und verändern sich in jedem Schlaf- und Traumstadium. Wenn Sie aufwachen, ordnen sich diese Rhythmen neu, um der Wachrealität zu begegnen.
TROPFEN – Für biochemische Experimente sind oft winzige Flüssigkeitsmengen erforderlich – Mikroliter oder weniger … ein Bruchteil eines Regentropfens.
UMORDNUNGEN – Selbstorganisation ist ein Prozess, der spontan Ordnung schafft. Auf molekularer Ebene „wissen“ selbstorganisierende Komponenten nicht, wohin sie gehen sollen – aber sie kommen dort an. Partikel verbinden sich und setzen sich auf so viele Arten ab, dass sie zufällig zusammenpassen, dass sie schließlich nach und nach komplex werden und sich noch weiter aufbauen können.
UNENTSCHLUSSBAR – Es ist eine einfache Sache einen komplexen Knoten zu knüpfen oder eine Kombination oder einen Code festzulegen. Es ist viel schwieriger den Knoten zu lösen oder den Code zu knacken.
VASENHERSTELLER – Menschen verwenden seit langem biologische Materialien – Haut, Haare, Knochen, Holz – als Baumaterial für die Herstellung technischer Wunderwerke – Lederstiefel, Wollpullover, Elfenbeinmesser, Segelboote. Heute sind wir in der Lage, biologische Polymere wie DNA, RNA und Proteine auch zur Herstellung von Wunderwerken im molekularen Maßstab zu verwenden.
VERBINDUNG/SCHEIDUNG – Einige Wissenschaftler glauben, dass sich in Freilandhaltung lebende organische Moleküle spontan zusammengefügt haben, um die ersten Organismen zu bilden. Zusammenfügen und Spalten können im Labor beobachtet werden, wenn Wissenschaftler selbstorganisierende Nanoröhren herstellen, die als „lebende Polymere“ bekannt sind.
VERMISCHUNG – Vermischende Materie auf allen Ebenen, von Neutrinos bis zum Kosmos, existiert zwangsläufig in einem Behälter. Die eingebettete Bedeutung des „leeren“ Raums wird oft übersehen, einfach weil er „nicht da“ ist.
VERSCHRÄNKTE REICHE – Die Theorien der Quantenmechanik und ihre experimentelle Validierung haben unsere Maschinerie und Technologie sowie unsere kollektive Intuition über die Natur der Realität seit langem durcheinander gebracht. Unser angeborener Mangel an Fähigkeit, Mikro- und Makroteilchenskalen zu beobachten, schränkt unser Verständnis eines vernetzten Quantenkosmos ein.
VORAUSSCHLAGEN – Wenn wir uns in einer Umgebung, insbesondere in einer natürlichen Umgebung, wohl fühlen, können unsere Energien und unsere Aufmerksamkeit leicht mit dem Energiefluss, den Ereignissen und der Ordnung der Dinge um uns herum verschmelzen, was zu großartigen Ideen und Erkenntnissen führt. Diejenigen, die Zugang zu Ressourcen, Informationen und vielleicht auch Unterstützung haben, sind am besten in der Lage, diese Ideen und Erkenntnisse umzusetzen.
WALD DER DRÄHTE – Die Natur baut leistungsstarke Computer, Ihr Gehirn ist ein Paradebeispiel. Die molekulare Selbstorganisation ermöglicht es Wissenschaftlern, durch Wachstum elektrische Schaltkreise zu erzeugen.
WÄRMEKAPAZITÄT – Um Nanomaschinen anzutreiben, muss ein molekularer Brennstoff Energie in stabiler Form speichern – stabil bis zur Freisetzung.
WAS TRÄUME SIND GEMACHT AUS – Moleküle, molekulare Systeme und Materialien können auf Computern simuliert und entworfen werden, sodass visionäre Wissenschaftler sich Umgebungen von Atomen aufwärts vorstellen und erschaffen können.
WASSERFALL – Autonome Roboterfahrzeuge verarbeiten eine verwirrende Kaskade von Informationen von Kameras, Sonaren, Gyroskopen und vielen anderen Sensoren. Vor Ort sind die Informationen verrauscht; Erst wenn die gesamte Szene betrachtet wird, ergeben sich Muster und Bedeutung.
WENN SIE SICH trauen – Wissenschaftliche Untersuchungen sind nie abgeschlossen. Aus der Perspektive neuer Erfahrungen und Erkenntnisse ergeben sich neue Verfolgungsrichtungen.
ZOO DER PERLEN – In einer Emulsion werden Wassertröpfchen von Öl umgeben und getrennt. Jeder Wassertropfen kann mit einem anderen Satz (vielleicht zufälliger) Molekülen gefüllt sein, deren Verhalten dann beobachtet werden kann. Wissenschaftler können diese Tröpfchen nutzen, um Millionen winziger Experimente parallel durchzuführen.