Titta

UR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

UR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Om UR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Föreläsningar av 2018 års Nobelpristagare. Inspelat den 7-8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien och Nobelförsamlingen vid Karolinska institutet.

Till första programmet

UR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018 : Arthur Ashkin, fysikDela
  1. Partikeln flyttas med en optisk pincett.

  2. Lasern är för liten för att synas-

  3. -men när den slås på
    flyttas det lilla föremålet.

  4. Hej. Arthur Ashkin här.

  5. Jag vill tacka KVA för den stora äran
    att få Nobelpriset.

  6. Ni vet att jag inte kan delta-

  7. -men min gode vän René,
    som också verkar vid Bell Labs-

  8. -ska hålla föreläsningen i mitt ställe.

  9. Jag hoppas ni uppskattar den.
    Tack.

  10. Det är ett stort nöje att vara här-

  11. -för att hålla Arthur Ashkins
    Nobelföreläsning 2018.

  12. Som ni såg
    förberedde vi föreläsningen ihop-

  13. -och den återspeglar det han ville säga.

  14. Den rör den optiska pincetten och
    dess tillämpning i biologiska system.

  15. Först nämner jag några händelser-

  16. -som visar att Art var intresserad
    av ljus redan från tidig ålder.

  17. Sen ska jag prata om
    den tidiga forskningen-

  18. -kring optisk infångning, ljusets
    strålningstryck och optisk levitering.

  19. Sen ska jag beskriva
    grunden till priset:

  20. Den optiska pincetten, laserinfångning-

  21. -och biologiska tillämpningar
    av optiska pincetter.

  22. År 1932 var Art tio år gammal
    och fascinerad av Crookes radiometer.

  23. Crookes radiometer ser ut så här.

  24. Den består av fyra vingar
    som sitter fästa i en snurra.

  25. Varje vinge har en mörk sida-

  26. -och en reflekterande sida
    som fungerar som en spegel.

  27. Det sitter i en glasballong-

  28. -och i ett partiellt vakuum.

  29. När ljus faller på radiometern-

  30. -rör sig de mörka sidorna
    bort från ljuset.

  31. De börjar röra sig medsols,
    som ni ser här.

  32. Crookes radiometer rör sig
    på grund av termiska effekter.

  33. År 1944, när Art var 22 år gammal-

  34. -jobbade han med en pulsmagnetron,
    som nämndes förut.

  35. Han verkade vid
    Columbia Radiation Lab.

  36. En dag riktade han magnetronen-

  37. -mot membranet i en telefonlur.

  38. Magnetronen skickade signaler
    kring 1 kHz.

  39. Han såg en signal kring 1 kHz
    på oscilloskopet-

  40. -och trodde
    det kunde vara strålningstryck.

  41. År 1966,
    några år efter att lasern uppfanns-

  42. -och förevisades-

  43. -var Art på konferens i Phoenix
    och fick se en video gjord av Rawson.

  44. I videon såg man
    att partiklar inuti laserstrålen-

  45. -började röra sig i raka linjer
    och studsa runt.

  46. Författarna, Rawson och May-

  47. -föreslog ett par olika förklaringar:

  48. Strålningstryck och termiska effekter.

  49. Art räknade på strålningstrycket-

  50. -och insåg
    att det inte kunde vara förklaringen.

  51. Snart enades alla om
    att det var termiska effekter.

  52. Den stora inverkan
    som videon hade på Art-

  53. -var att väcka hans intresse
    för ljusets strålningstryck.

  54. Vad är ljusets strålningstryck?
    Jo, tänk er två olika föremål:

  55. En metallspegel
    som är högreflekterande-

  56. -och en liten genomskinlig sfär.

  57. När en foton träffar spegeln-

  58. -kommer spegeln att röra sig
    i motsatt riktning.

  59. Rörelsemängden bevaras.
    Fotonen reflekteras-

  60. -och spegeln rör sig i motsatt riktning.

  61. En effekt om 1 W ger en kraft
    om 10^-8 N. Det kan låta väldigt lite-

  62. -men låt oss titta på sfären.

  63. Dess diameter är en mikron,
    alltså mycket liten.

  64. Om en foton träffar den övre delen-

  65. -kommer den att riktas nedåt
    och sfären att röra sig uppåt-

  66. -som en reaktion
    på fotonens riktningsbyte.

  67. Rörelsemängden bevaras.

  68. Om fotonen träffar sfärens nedre del-

  69. -riktas den uppåt
    och sfären rör sig nedåt.

  70. Det är mekanismen
    bakom laserinfångning.

  71. Om man har två fotoner
    med symmetriska banor-

  72. -kommer sfären att röra sig framåt.

  73. En effekt om 1 W
    ger en sfär med en mikrons diameter-

  74. -en acceleration som är
    100 000 gånger tyngdaccelerationen.

  75. Strålningstrycket som verkade så lågt-

  76. -på ett litet föremål,
    som en genomskinlig sfär-

  77. -kan ge enorma accelerationer.

  78. Låt oss fundera över vad som händer
    om sfären-

  79. -inte ligger exakt i strålens mitt,
    som på förra bilden, utan i kanten.

  80. Vad händer med sfären i det fallet?

  81. Laserstrålen har förstås
    högre intensitet i mitten-

  82. -och lägre intensitet i kanterna.

  83. Som vi såg i animeringen-

  84. -kommer en foton i sfärens övre del
    att riktas om-

  85. -och utöva en kraft på sfären.

  86. Kraften på sfären blir
    i den motsatta riktningen.

  87. Kraften kan delas upp i två:

  88. Spridningskraften,
    som rör sfären i strålens riktning-

  89. -och gradientkraften,
    som rör sfären mot strålens mitt.

  90. Det som är intressant är
    att sfären dras-

  91. -mot laserstrålens intensivaste del,
    vilket kan kännas lite märkligt.

  92. Sfären rör sig mot strålens mitt.
    Vi kan titta på en animering.

  93. Det är fler fotoner i den övre delen,
    som är närmare mitten.

  94. Sfären börjar röra sig
    mot strålens mitt.

  95. Väl i mitten rör den sig rakt framåt.

  96. Här träffar den ett objektglas,
    som stoppar sfären.

  97. Sfären fångas av strålen till vänster
    och objektglaset till höger.

  98. När Art såg det här fenomenet
    fick han idén-

  99. -att han kunde ha
    två motriktade strålar-

  100. -och fånga sfären mellan dem-

  101. -eftersom spridningskrafterna
    från strålarna skulle ta ut varandra.

  102. Partikeln skulle uppnå ett jämviktsläge.

  103. Det här är taget ur
    hans anteckningsbok 1969.

  104. Anteckningsboken nämner
    Erich Ippen och Peter Wolff-

  105. -två välrenommerade forskare.

  106. Arthur Ashkin skrev under
    den 8 september.

  107. Här är en liten animering
    av de två strålarna.

  108. Alla fotoner kommer in symmetriskt
    så nettokraften på sfären är noll.

  109. Det är den första optiska infångningen.

  110. Art bestämde sig, under 1971-

  111. -för att studera vad som hände om
    han riktade lasern uppåt-

  112. -och lät gravitationen-

  113. -vara det som skapade infångningen.

  114. Här är lasern.

  115. Till en början sitter sfären
    på ett objektglas.

  116. Vi slår på lasern. Effekten är för låg,
    så sfären leviterar inte.

  117. När vi ökar effekten
    börjar sfären levitera.

  118. Så småningom stannar sfären vid
    en höjd som beror på laserns effekt-

  119. -och strålens divergens.

  120. Art ville mäta elektronens laddning
    med hjälp av en optisk levitator.

  121. Så här såg experimentet ut.
    Det var 1980.

  122. Här är en sfär som leviterar.

  123. Vi har en återkopplingsmekanism
    som mäter sfärens höjd-

  124. -och ändrar laserns effekt,
    så höjden hålls fixerad.

  125. Han lyste med UV-ljus i kammaren,
    vilket gav upphov till elektroner.

  126. Han använde en spänningsskillnad,
    ungefär som i Millikans försök.

  127. Sfären samlade på sig laddningar-

  128. -och effekten på lasern
    anpassades automatiskt-

  129. -för att kompensera för
    den elektriska effekten.

  130. Här är mätresultaten.

  131. Här ser ni laddningstiden,
    när UV-lampan är på.

  132. Här är lasereffekten
    som leviterar sfären.

  133. När UV-lampan lyser
    och laddningar skapas på sfären-

  134. -förändras effekten som krävs,
    givetvis i exakta steg-

  135. -som motsvarar elektronens laddning.

  136. Det är en stegvis förändring
    som motsvarar laddningen.

  137. Man fick väldigt exakta värden
    på laddningen med den här metoden.

  138. Låt oss prata om
    den optiska pincetten.

  139. Begreppet myntades av Art själv.

  140. Han fick Nobelpriset för detta arbete.

  141. Vad är den optiska pincetten?

  142. En laserstråle går till
    ett starkt mikroskopobjektiv-

  143. -som fokuserar ljuset,
    ganska nära objektivet.

  144. Det som hände kan vi se
    om vi tittar här-

  145. -på fokusområdet i förstoring.

  146. I mitten här,
    där strålen är som smalast-

  147. -är effekten som störst.

  148. Sen finns alltid en gradient i sidled:

  149. Effekten är större i mitten
    än på kanten.

  150. På grund av att ljuset fokuseras-

  151. -finns en effektgradient även
    längs strålens längdaxel.

  152. Sitter man i mitten och rör sig framåt-

  153. -möts man av en gradient.

  154. Vad är effekten av det?
    Vi lärde oss tidigare-

  155. -att en sfär dras
    till området där effekten är högst.

  156. Sfären kommer att uppleva
    en gradientkraft-

  157. -som är riktad inte framåt, utan bakåt.

  158. Sfären vill röra sig mot mitten.
    Om fokuseringen är stor nog-

  159. -överstiger denna gradientkraft
    spridningskraften.

  160. Då dras sfären mot strålens mitt-

  161. -men inte exakt till mitten,
    utan dit gradienten är som störst.

  162. Sfären lägger sig
    strax intill fokuspunkten.

  163. Med en enda stråle
    kan man alltså fånga-

  164. -en liten, sfärisk,
    transparent partikel.

  165. Vi ska titta på det.

  166. Här har vi en optisk levitator
    som flyttar sfären intill pincetten.

  167. Här är den optiska pincetten.

  168. Sfären är längst ner i kammaren.
    Vi slår på lasern.

  169. Pincetten har väldigt hög intensitet
    i närheten av fokuspunkten.

  170. Levitatorn kan inte lyfta partikeln,
    så vi ökar effekten.

  171. Partikeln lyfts upp och fångas
    och då...

  172. Vi tittar en gång till.
    När partikeln lyfts upp-

  173. -fångas den strax intill fokuspunkten.
    Så fungerar den optiska pincetten.

  174. Låt oss prata lite om
    några biologiska tillämpningar-

  175. -som Art själv uppmätte.

  176. År 1987-

  177. -skapade Art och Joe Dziedzic,
    hans laboratorieassistent-

  178. -en bakterieinfångare-

  179. -med en Nd-YAG-laser
    på 1,06 mikroner.

  180. Han började med
    icke-levande föremål-

  181. -som inte var sfäriska till formen.

  182. Här ska jag visa en video
    som han själv spelat in-

  183. -där ni ser en oregelbunden partikel
    som flyttas av en optisk pincett.

  184. Ni ser att den inte är rund-

  185. -men den flyttas av
    den optiska pincetten.

  186. Lasern är för liten för att synas-

  187. -men när den slås på
    flyttas det lilla föremålet.

  188. Man måste inte ha en sfär
    för att med den optiska pincetten-

  189. -utöva kraft på föremål.

  190. Sen riktade han fokus mot
    levande organismer.

  191. Här är ett toffeldjur,
    en encellig organism.

  192. Den är 50-330 mikroner lång,
    alltså relativt stor.

  193. Den har organeller inuti-

  194. -som är mellan några mikroner
    och tiotals mikroner långa.

  195. Här är en video Art spelade in
    när han fångat en organell.

  196. Jag vill att ni riktar fokus hit.
    Den vita punkten är en organell.

  197. Han ska fånga organellen
    två gånger. Vi kan titta.

  198. Den här organellen är fångad.
    Toffeldjuret kommer att röra sig-

  199. -och när organellen slår i cellväggen
    sliter den sig.

  200. Han ska fånga den igen,
    och sen händer samma sak igen.

  201. Vi ska titta på vad som händer
    med tobaksmosaikvirus.

  202. TMV är väldigt långsmalt,
    alltså helt olikt en sfär.

  203. Jag ber er rikta fokus hit,
    mot fyrkanten.

  204. Här kan TMV röra sig fritt,
    men nu kommer det att fångas.

  205. Ni ser att det vrider sig inåt.

  206. Det beror på att det fångas
    i ena änden-

  207. -eftersom änden bryter ljus mer-

  208. -vilket gör
    den optiska pincetten starkare.

  209. Sen valde Art att fånga en spermie.

  210. Vi kan lyssna på honom beskriva
    vad han gör.

  211. Det här är 1988.

  212. Infångningen kanske inte...
    Han kanske är för aktiv?

  213. Vi ska se...
    Det här är ungefär maxeffekten.

  214. -Vi ska se...
    -Nu! Ni ser att jag rör på den.

  215. Så det funkar.

  216. Jag ska nämna några tillämpningar.

  217. Molekylära maskiner
    är biologiska molekyler-

  218. -som skapar rörelse
    i levande organismer.

  219. Här är ett exempel med kinesin.

  220. Kinesin är en molekylär maskin
    som kan bära en last.

  221. Här har en kula fästs till kinesinet
    som sitter på ett mikrotubulus.

  222. Kinesinet vill flytta kulan,
    som har fångats av en optisk pincett.

  223. Den optiska pincetten är mjuk,
    så den håller inte tag så hårt.

  224. Kulan kan röra sig lite.

  225. När den gör det får den
    strålen i pincetten att röra sig.

  226. Man kan därmed känna av
    var i pincetten kulan är.

  227. Om vi tittar på
    de tre olika mätresultaten-

  228. -ser vi steglängd.
    Vi har tid mot kulans läge.

  229. Ni ser att kulan rör sig
    med en steglängd om 8 nm.

  230. Kulan motsvarar kinesinet
    som går längs mikrotubulus.

  231. Det tar ett steg på 8 nm, stannar,
    och tar sen ett steg till.

  232. Vi ska titta på nåt mer avancerat.

  233. Det är mätning på enkelsträngat dna.

  234. Enkelsträngat dna fästs i en kula
    som är fångad.

  235. Rna-polymeras fästs i en annan kula,
    som också är fångad.

  236. Den ena av infångningarna är mjuk,
    så den kulan kan röra sig.

  237. Det vi kan se är-

  238. -att rna-polymeras transkriberar dna.

  239. Vi ska snabbspela en video
    där de två kulorna rör sig-

  240. -på grund av att dna
    och rna-polymeras interagerar.

  241. Kulan rör sig, som ni ser.

  242. Det som för dem samman är
    att rna-polymeraset transkription.

  243. Om vi tittar på mätresultaten
    över avståndet mellan kulorna...

  244. Den här mätningen omfattar
    cirka 1 200 sekunder-

  245. -så vi kan förstora ett område.

  246. Vi ser att det ibland är rörelse,
    ibland inte.

  247. Om vi förstorar ännu mer ser vi-

  248. -att stegen är 3,4 ångström långa.

  249. Det är som några atomers bredd.

  250. Det motsvarar avståndet
    mellan nukleotiderna i dna.

  251. Det finns fler tillämpningar-

  252. -för den optiska pincetten.

  253. Här är några:
    biopolymerers egenskaper.

  254. Rörelser och krafter
    i molekylära maskiner.

  255. Molekylära beteenden hos enzymer.

  256. Veckning av aminosyror
    och proteiner.

  257. Proteinbindning.
    Mikromanipulation av små föremål.

  258. Och det lär bli många fler.

  259. Flera företag säljer optiska pincetter
    för olika ändamål.

  260. Art skrev en bok som gavs ut 2006.

  261. Han skrev den
    med hjälp från sin fru, Aline.

  262. Där beskrivs optisk infångning-

  263. -och olika biologiska tillämpningar-

  264. -samt ges en historisk bakgrund
    till optisk infångning.

  265. Här är de människor
    som stått honom närmast.

  266. Joe Dziedzic, som han jobbade med
    under många år-

  267. -hans fru sen 64 år, Aline-

  268. -och några av
    hans närmaste medarbetare.

  269. Tack.

  270. Översättning: Linnéa Holmén
    www.btistudios.com

Hjälp

Stäng

Skapa klipp

Klippets starttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.

Klippets sluttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.Sluttiden behöver vara efter starttiden.

Bädda in ditt klipp:

Bädda in programmet

Du som arbetar som lärare får bädda in program från UR om programmet ska användas för utbildning. Godkänn användarvillkoren för att fortsätta din inbäddning.

tillbaka

Bädda in programmet

tillbaka

Arthur Ashkin, fysik

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

Arthur Ashkin, Nobelpristagare i fysik 2018, har utvecklat den optiska pincetten som kan gripa tag i partiklar, atomer, molekyler och levande bakterier utan att skada dem. Föreläsningen hålls av kollegan René-Jean Essiambre. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Ämnen:
Fysik
Ämnesord:
Fysik, Naturvetenskap, Nobelpriset i fysik, Nobelpristagare
Utbildningsnivå:
Allmänbildande

Alla program i UR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

James P Allison, medicin

James P Allison, en av 2018 års Nobelpristagare i medicin, berättar om hur han utvecklade en ny behandlingsprincip mot cancer genom att studera ett känt protein som fungerar som en broms i immunsystemet. Inspelat den 7 december 2018 på Karolinska institutet i Stockholm. Arrangör: Nobelförsamlingen vid Karolinska institutet.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Tasuku Honjo, medicin

Tasuku Honjo, en av 2018 års Nobelpristagare i medicin, berättar om hur han etablerat en ny princip för cancerbehandling genom att förstärka immunsystemets inneboende förmåga att angripa tumörceller. Inspelat den 7 december 2018 på Karolinska institutet i Stockholm. Arrangör: Nobelförsamlingen vid Karolinska institutet.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Arthur Ashkin, fysik

Arthur Ashkin, Nobelpristagare i fysik 2018, har utvecklat den optiska pincetten som kan gripa tag i partiklar, atomer, molekyler och levande bakterier utan att skada dem. Föreläsningen hålls av kollegan René-Jean Essiambre. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Donna Strickland, fysik

Donna Strickland, Nobelpristagare i fysik 2018, berättar om arbetet med att utveckla högintensitetslasern, ett verktyg som revolutionerat många områden. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Gérard Mourou, fysik

En olyckshändelse i labbet ledde till att ögonlasern utvecklades. Gerard Mourou, Nobelpristagare i fysik 2018, berättar om sin passion för extremt ljus. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

George P Smith, kemi

George P Smith, Nobelpristagare i kemi 2018, ligger bakom metoden fagdisplay, som bland annat kan användas för att utveckla antikroppar mot autoimmuna sjukdomar. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Gregory P Winter, kemi

Gregory P Winter, Nobelpristagare i kemi 2018, beskriver hur han genom riktad evolution av antikroppar har tagit fram läkemedel mot ledgångsreumatism, psoriasis och inflammatoriska tarmsjukdomar. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Frances H Arnold, kemi

Frances H Arnold, Nobelpristagare i kemi 2018, har genom så kallad riktad evolution tagit fram enzymer som bland annat används för att tillverka biobränsle och läkemedel. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

William D Nordhaus, ekonomi

William Nordhaus, ekonomipristagare 2018, beskriver hur hans simuleringsmodell kan användas i arbetet med att beräkna kostnader knutna klimatförändringar. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelföreläsningar 2018

Paul M Romer, ekonomi

Hur kan vi uppnå en varaktig och hållbar ekonomisk tillväxt i världen? Paul Romer, ekonomipristagare 2018, ger oss sina teorier. Inspelat den 8 december 2018 på Stockholms universitet. Arrangör: Kungliga Vetenskapsakademien.

Produktionsår:
2018
Utbildningsnivå:
Allmänbildande
Beskrivning
Visa fler

Mer allmänbildande & fysik

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Kunskapens krona

En pressad planet

Mänskligheten står inför miljöproblem av en helt ny skala. För första gången går det att tala om en ny geologisk era - Anthropocene - där människan är den dominerande kraften bakom förändringar på planeten. John Chrispinsson och Sharon Jåma talar med några av landets främsta hjärnor, bland andra batteriforskaren Christina Lampe-Önnerud och högenergiprofessorn Sven Kullander. Arrangerat av de kungliga akademierna.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Lyssna UR Samtiden podd - Spräng gränserna

En ny sorts optik

Med centralt synfältsbortfall, skotom, förlorar man synen i den mittersta delen av näthinnan. Däremot finns det ofta synrester i de perifera delarna. Linda Lundström och hennes forskarlag på Tekniska högskolan i Stockholm testar nu hur man kan ta tillvara på detta och förbättra synen med hjälp av nya mätmetoder och specialslipade glasögon eller linser. Inspelat på Stockholm Waterfont den 4 maj 2019. Arrangör: Synskadades riksförbund.