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¿Con qué precisión podemos sentir las diferencias de temperatura?

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Tenemos termorreceptores, por lo que podemos detectar la temperatura (tanto cálida como fría). Me interesa la sensibilidad de nuestros termorreceptores.
¿Cuál es la diferencia de temperatura más pequeña que podemos sentir?
Supongo que diferentes partes / órganos pueden tener diferente sensibilidad (por ejemplo, labios o dedos), por lo que me gustaría enfocarme en las palmas / dedos. Pero si alguien tiene datos comparativos, eso también es bienvenido.


Respuesta corta
Se pueden distinguir diferencias de temperatura de 0,02 grados centígrados, que dependen de varios factores, incluidas las condiciones experimentales y la ubicación corporal.

Fondo
La capacidad de discriminar las diferencias de temperatura depende de si se trata de un pulso de enfriamiento o de calentamiento, la temperatura de la piel, la duración del estímulo de temperatura, la edad, la ubicación corporal, entre otros factores. Desafortunadamente, no puedo acceder a la literatura primaria más allá de unos pocos estudios pequeños aislados. Sin embargo, Scholarpedia tiene una entrada muy agradable y referencias asociadas, y cito:

El sistema sensorial térmico es extremadamente sensible a cambios muy pequeños de temperatura y en la piel sin pelo en la base del pulgar, las personas pueden percibir una diferencia de 0,02-0,07 ° C en las amplitudes de dos pulsos de enfriamiento o 0,03-0,09 ° C de dos pulsos de calentamiento entregados a la mano. El umbral para detectar un cambio en la temperatura de la piel es mayor que el umbral para discriminar entre dos pulsos de enfriamiento o calentamiento suministrados a la piel. Cuando la piel en la base del pulgar está a 33 ° C, el umbral para detectar un aumento de temperatura es 0,20 ° C y es 0,11 ° C para detectar una disminución de la temperatura.

La velocidad a la que cambia la temperatura de la piel influye en la facilidad con la que las personas pueden detectar el cambio de temperatura. Si la temperatura cambia muy lentamente, por ejemplo a una velocidad de menos de 0.5 ° C por minuto, entonces una persona puede no darse cuenta de un cambio de temperatura de 4-5 ° C, siempre que la temperatura de la piel permanezca dentro de la temperatura neutra. región de 30-36 ° C. Si la temperatura cambia más rápidamente, por ejemplo a 0,1 ° C / s, se detectan pequeñas disminuciones y aumentos de la temperatura de la piel. […]

También le interesó la piel palmar: aquí las diferencias medias de las limenes son 0,02 - 0,06 ° C, dependiendo del paso de temperatura utilizado. Estos valores se obtuvieron mediante pulsos de enfriamiento. En otras palabras, las diferencias en dos pulsos de enfriamiento de 0.02 - 0.06 ° C fueron discernibles, con limens más altas necesarias para pulsos más altos. Las temperaturas de referencia (29 - 39 ° C) tuvieron poco efecto (Darian-Smith et al., 1977).

Referencia
Darian-Smith y col., J Invest Dermat 1977;69:146-53

Nota
los Stevens, J. C. y Choo, K. K. (1998). Sensibilidad a la temperatura de la superficie corporal a lo largo de la vida. Investigación somatosensorial y motora, 15 (1), 13-28 El artículo comentado por Corvus es de hecho una lectura obligada, pero desafortunadamente mi biblioteca uni no tiene acceso a él.
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Diferencia entre calor y temperatura

El concepto de calor y temperatura se estudian juntos en la ciencia, que está algo relacionado pero no es similar. Los términos son muy comunes, debido a su amplio uso en nuestro día a día. Existe una fina línea que delimita el calor de la temperatura, en el sentido de que calor se piensa, como una forma de energía, pero el temperatura es una medida de energía.

La diferencia fundamental entre calor y temperatura es leve pero significativa, el calor es la energía total del movimiento molecular, mientras que la temperatura es la energía promedio del movimiento molecular. Entonces, echemos un vistazo al artículo que se proporciona a continuación, en el que hemos simplificado los dos para usted.


Hace calor aqui

& copy ISTOCK.COM/KTSIMAGE/ERAXION Incluso los primeros científicos sabían que la temperatura era un signo vital importante, que significaba enfermedad o salud. En el siglo XVII, el fisiólogo italiano Sanctorio Sanctorius inventó un termómetro oral para controlar a los pacientes. Ahora, los investigadores del siglo XXI se han propuesto una tarea nueva y más desafiante: tomar las temperaturas de las células individuales.

"La temperatura es un tipo de parámetro físico básico que regula la vida", dice Mikhail Lukin, físico de la Universidad de Harvard que ha desarrollado un sensor de temperatura intracelular basado en diamantes. & ldquoDetermina la velocidad de todo tipo de procesos que ocurren dentro de los sistemas vivos & rdquo.

Pero aunque la temperatura es un signo vital básico, los científicos tienen una comprensión relativamente pobre de cómo varía entre las células y dentro de ellas. "Resulta que medir la temperatura de manera confiable dentro de la celda no es fácil", dice Lukin. & ldquoNo se puede meter un termómetro grande allí y mantener la viabilidad celular. & rdquo

Sin embargo, en los últimos cinco años.

Aunque las diferencias de temperatura dentro del cuerpo tienden a variar del orden de unos pocos grados, como mucho, los investigadores comienzan a sospechar que pequeñas diferencias pueden alterar la química y la función de las células, o alertar a los médicos sobre un crecimiento canceroso. Aquí, El Científico describe varios métodos para examinar cómo la temperatura influye en lo que sucede dentro de las células.

Golpear en Hotspots
HOT STUFF: (Panel superior) Diseño de un termómetro fluorescente en miniatura desarrollado en el laboratorio de Seiichi Uchiyama. Cuando el termómetro está frío, su columna de polímero (verde) mantiene una estructura abierta. Las moléculas de agua apagan la unidad fluorescente (que se muestra aquí como una estrella). A medida que aumentan las temperaturas, el termómetro se pliega y protege la unidad fluorescente del agua, lo que le permite brillar. (Panel inferior) El termómetro revela que el núcleo de una célula de mono cultivada es, en promedio, un grado más caliente que el citoplasma. NAT COMMUN, 3: 705, 2012 Investigadores: Seiichi Uchiyama, Universidad de Tokio Madoka Suzuki, Universidad de Waseda, Singapur

Objetivo: La temperatura influye en innumerables procesos en la célula, desde la expresión génica hasta las interacciones proteína-proteína. Suzuki, Uchiyama y sus colegas buscan medir ligeras variaciones de temperatura entre diferentes partes de las células. Esto puede arrojar luz sobre cómo se genera el calor en el cuerpo y cómo la variación local de temperatura cambia la química de una célula.

Acercarse: Los sensores que contienen tintes fluorescentes, puntos cuánticos u otros materiales brillantes pueden cambiar de brillo según la temperatura. En los últimos años, los investigadores han construido pequeños termómetros fluorescentes que las células pueden ingerir. Usando microscopía, los investigadores pueden detectar el brillo de los termómetros y evaluar la temperatura intracelular.

Uchiyama comenzó a mapear la distribución de temperatura dentro de celdas individuales en 2012, publicando su diseño para un termómetro polimérico fluorescente (Nat Commun, 3: 705). El termómetro consistía en una molécula fluorescente unida a una cadena de poliacrilamida cuya conformación cambia con la temperatura, ya sea apagando o activando la fluorescencia. Los investigadores pudieron demostrar que el núcleo es más cálido que el citoplasma y que las mitocondrias irradian calor sustancial en una línea celular derivada del riñón de mono. (Estos hallazgos son controvertidos, consulte "Dilema de temperatura" a continuación).

Desde entonces, Uchiyama ha publicado otros diseños de sensores fluorescentes, y más recientemente desarrolló un termómetro polimérico fluorescente más rápido que se basa en observar la relación de fluorescencia de un fluoróforo sensible a la temperatura a uno insensible a la temperatura (Analista140: 4498-506, 2015). Los investigadores utilizaron el sensor para medir la temperatura en células renales embrionarias humanas y descubrieron que el núcleo estaba aproximadamente 1 ° C más caliente que el citoplasma.

Cuando Suzuki comenzó a diseñar un termómetro, recuerda presionar suavemente una microaguja de vidrio que tenía un tinte fluorescente encerrado en su punta contra las membranas de las células y ver si la fluorescencia cambiaba a medida que aumentaba la temperatura (Biophys J92: L46-L48, 2007). Finalmente, él y sus colegas comenzaron a experimentar con la fabricación de nanopartículas fluorescentes que pudieran introducir en las células. Las moléculas fluorescentes no pueden exponerse al entorno químico de la célula, porque esto puede alterar su brillo. “Los nanotermómetros deben leer el cambio de temperatura y no deben responder a [otros] cambios ambientales”, dice Suzuki.

Para proteger a los reporteros fluorescentes, los investigadores incrustaron las moléculas en un polímero hidrofóbico y luego encerraron este núcleo hidrofóbico dentro de una capa de polímero hidrofílico, creando partículas que tenían, en promedio, 140 nm de diámetro. Para protegerse aún más contra las malas interpretaciones, Suzuki incluyó dos tipos de fluoróforos, uno sensible al calor y otro no. Al medir la proporción del brillo de los dos fluoróforos, el equipo descubrió que en las células cancerosas humanas cultivadas estimuladas con una sustancia química que estimula a las células a producir calor, la temperatura variaba localmente (ACS Nano, 8:198-206, 2014).

Desde entonces, el equipo ha desarrollado un termómetro de molécula pequeña compuesto por un tinte fluorescente amarillo que se dirige específicamente a las mitocondrias, los motores de generación de calor en la célula (Chem Commun, 51: 8044-47, 2015). Otro termómetro de molécula pequeña apunta al retículo endoplásmico, un orgánulo que también parece ayudar a la célula a generar calor (Representante de ciencia, 4:6701, 2014).

Suzuki espera algún día poder desarrollar termómetros intracelulares con tiempos de respuesta más rápidos y mayor sensibilidad a la temperatura para que puedan identificar otros puntos calientes de producción de calor en la celda. Por ahora, dice, los sensores luchan por capturar pequeñas ráfagas de calor que se difunden rápidamente. “Las mitocondrias y el retículo endoplásmico se consideran fuentes de calor”, dice Suzuki, al igual que la actomiosina en las células musculares. “Puede haber otras fuentes de calor que nunca imaginamos”.

Brilla brillante como un diamante
CÉLULAS DESCARGADAS: Mikhail Lukin y sus colegas calientan las células haciendo brillar láseres sobre partículas de oro y miden las temperaturas internas de las células detectando los estados de giro de los defectos en los nanodiamantes. NATURALEZA, 500:54-58, 2013 Investigador: Mikhail Lukin, Universidad de Harvard

Objetivo: Lukin y sus colaboradores sueñan con utilizar la temperatura intracelular para separar las células sanas de las enfermas y regular los procesos celulares calentándolos o enfriándolos. “Abre una amplia gama de posibilidades”, dice.

Acercarse: Lukin, un físico, trató de diferenciarse del resto haciendo termómetros con nanocristales de diamante en lugar de tintes o polímeros fluorescentes. "Hicimos uso de defectos básicamente cuánticos en los diamantes, que son los llamados centros de vacantes de nitrógeno", explica. "Es un defecto en el que el nitrógeno sustituye [al] carbono".

Los centros vacantes de nitrógeno tienen estados de espín atómico que cambian de orientación cuando son perturbados por la luz, los campos magnéticos o, al parecer, la temperatura. “Si la temperatura del nanocristal cambia, entonces lo que sucede es que la separación entre los átomos de carbono en el nanocristal cambia un poco”, alterando el estado de espín de los electrones, dice Lukin. Cuando los investigadores hacen brillar un láser sobre los nanocristales de diamante, las impurezas brillan y emiten una fluorescencia variable según su estado de rotación y temperatura. (Consulte "Monitoreo de errores magnéticos", El Científico, Octubre 2013.)

Para probar su método, los investigadores también introdujeron nanopartículas de oro en las células y calentaron las partículas con láseres, lo que permitió a Lukin y su equipo controlar las temperaturas de las células y monitorear cómo funcionaba su control de temperatura. Los investigadores encontraron que podían detectar cambios tan pequeños como 0,0018 ° C (Naturaleza, 500:54-58, 2013).

Lukin y sus colaboradores ahora están usando la temperatura para explorar y controlar el desarrollo de gusanos.

“Podría permitirle regular selectivamente varios procesos dentro de la célula”, dice. "Podría permitirle acelerar el desarrollo de algunos procesos, desacelerar el desarrollo de otros o matar la célula si ya no quiere que esta célula específica desempeñe un papel".

Asesinos del cáncer
PERLAS MULTIUSOS: Millán y Carlos han construido perlas diminutas que calientan las células y toman sus temperaturas. Los iones fluorescentes (rojo) revelan la temperatura. Recubren nanopartículas magnéticas (naranja) que proporcionan calor cuando se exponen a un campo magnético. Para protección, una cubierta de polímero (verde y azul) envuelve el termómetro combinado de calentador. ACS NANO, 9:3134-42, 2015 Investigador: Luís Carlos, Universidad de Aveiro, Portugal Angel Millán, Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC-Universidad de Zaragoza, España

Objetivo: Carlos y Millán están tratando de matar tumores aplicando selectivamente niveles letales de calor a las células cancerosas, creando gradientes de temperatura que destruyen biomoléculas y desencadenan la muerte celular. Pero los esfuerzos para matar las células cancerosas mediante la hipertermia tienden a fallar por falta de una buena manera de garantizar que las células cancerosas se calienten lo suficiente mientras que el tejido circundante permanece lo suficientemente frío.

Acercarse: Carlos y Millán diseñaron recientemente una nanopartícula que es tanto un calentador como un termómetro (ACS Nano, 9: 3134-42, 2015). Los investigadores que esperan tanto calentar como medir la temperatura de las células han utilizado generalmente partículas separadas para las dos tareas. Carlos y Millán querían asegurarse de que estaban midiendo la temperatura exactamente en la fuente de calor, ya que el calor puede disiparse rápidamente en espacios cortos en las celdas. “Si no tenemos el termómetro realmente en contacto con el calentador, no podremos medir la temperatura local efectiva”, dice Carlos.

El calentador consiste en una perla magnética que se calienta cuando se expone a un campo magnético. El termómetro consta de dos iones fluorescentes, uno de los cuales cambia de brillo con los cambios de temperatura. Todos estos están encerrados en una carcasa de polímero.

Ya hay ensayos clínicos que prueban el uso de calentamiento inducido por perlas magnéticas para matar el cáncer. Pero los investigadores creen que con sus calentadores-termómetros combinados pueden calentar las células con mayor precisión, reduciendo tanto la cantidad de nanopartículas necesarias como el daño colateral más allá del tumor.

“Si internalizas las nanopartículas específicamente dentro de las células cancerosas, tal vez solo unas pocas sean suficientes para inducir la muerte celular”, dice Millán. Actualmente, los investigadores están calentando células en cultivo y controlando su temperatura y reacciones.

Más que superficial
PROFUNDIZANDO: Jaque y sus colegas han creado un nanotermómetro que puede detectar la temperatura debajo de la piel. (Arriba a la izquierda) El termómetro está compuesto de puntos cuánticos sensibles a la temperatura y nanopartículas fluorescentes insensibles a la temperatura, todo ello incrustado en un polímero biocompatible. (Izquierda y arriba) Imagen de microscopía electrónica de transmisión del nanotermómetro ADV MATER, 27:4781-87, 2015 Investigador: Daniel Jaque, Universidad Autónoma de Madrid

Objetivo: El equipo de Jaque espera desarrollar métodos para medir la temperatura debajo de la piel de los animales y eventualmente en el tejido humano in vivo mediante el uso de sensores de temperatura que emiten señales fluorescentes que penetran en la carne.

Acercarse: La mayoría de los nanotermómetros tienen una limitación importante: emiten ondas de luz en el rango visible. Esto funciona bien para observar células en cultivo o incluso in vivo en criaturas relativamente transparentes, como gusanos. Pero la luz visible no puede decirles mucho a los investigadores sobre las células debajo de la piel en organismos opacos intactos. Mientras tanto, gran parte del espectro infrarrojo es muy absorbido por el agua, que es abundante en los tejidos.

Sin embargo, existen rangos de longitudes de onda que penetran en el tejido y evitan el problema de la absorción de agua. La luz entre 650 y 950 nm, el rojo al borde del infrarrojo, se considera una ventana biológica. La luz infrarroja entre 1000 y 1350 nm constituye una segunda ventana biológica.

Jaque y sus colegas han estado desarrollando un termómetro que se basa en la fluorescencia que puede excitarse y leerse en estas ventanas biológicas. Más recientemente, Jaque, la postdoctora Emma Martín Rodríguez y sus colegas diseñaron un termómetro que se excita en la primera ventana biológica y emite señales en la segunda (Adv Mater, 27:4781-87, 2015).

El termómetro está compuesto por puntos cuánticos, cuya fluorescencia se apaga con aumentos de temperatura, y nanopartículas fluorescentes insensibles a la temperatura, todas encapsuladas en un polímero aprobado por la FDA.

Con las tecnologías actuales, es posible detectar la temperatura alrededor de 1 cm por debajo de la piel de los animales. Pero para pasar a aplicaciones médicas en humanos, los investigadores necesitarán detectar temperaturas a niveles mucho más profundos. “Estamos apenas al comienzo de la historia”, dice Jaque.

Finalmente, Jaque espera usar nanotermómetros para guiar el tratamiento térmico para el cáncer. “Introduces nanopartículas que dan una medición en tiempo real de la temperatura dentro de tu cuerpo”, dice. Luego, a medida que calienta el tumor, "puede ajustar el tratamiento para que no queme el cuerpo".

CANTIDAD DE TEMPERATURA

Baffou se opuso a los altos niveles de generación de calor que se muestran en esta imagen de Uchiyama de 2012. Comunicaciones de la naturaleza papel. La imagen muestra grandes picos de temperatura local (flechas blancas) cerca de las mitocondrias en una célula de mono vivo. La letra N marca el núcleo. NAT COMMUN, 3: 705, 2012 Investigadores como Madoka Suzuki y Seichii Uchiyama han medido recientemente lo que parecen ser aumentos sustanciales de temperatura en las células vivas. En algunos casos, las diferencias de temperatura alcanzan algunos grados Celsius, a pesar de la ausencia de calentamiento exterior de las celdas. En septiembre de 2014, un grupo de investigadores franceses desafió estos hallazgos, lo que provocó un animado vaivén de un año en las páginas de Métodos de la naturaleza (11:899-901, 2014 12:801-03, 2015).

El grupo francés realizó cálculos que parecían mostrar que una sola celda simplemente no tiene suficiente energía para generar tan rápidamente un diferencial de temperatura tan grande por sí sola. "La glucosa es una molécula dentro de las células de donde proviene la energía", dice el coautor Guillaume Baffou del Institut Fresnel de la Universidad de Aix-Marsella. "Si llena todo el volumen de la célula con glucosa, que obviamente no es el caso, y si quema glucosa, no logrará un aumento de temperatura de un grado".

“Si aplicamos las leyes convencionales de la termodinámica. . . llegamos a la conclusión de que no es posible tener diferencias de temperatura dentro de la celda alrededor de un grado por reacciones internas ”, coincide Luís Carlos de la Universidad de Aveiro en Portugal, que no participó en la correspondencia. “Pero desde un punto de vista experimental, hay varios trabajos realizados por varios autores en todo el mundo que muestran diferencias de temperatura superiores a un grado”.

Una posibilidad es que los investigadores que observaron grandes aumentos de temperatura en las células simplemente estuvieran cometiendo errores experimentales. “La otra hipótesis es que hay algo que sucede en las micro y nanoescalas con respecto a la transferencia de calor que no [está] bien descrito por la termodinámica convencional”, dice Carlos.

Suzuki está de acuerdo en que es imposible que una celda entera se caliente un grado más sin una entrada de calor exterior. Sin embargo, "el cálculo no debe considerar la temperatura de toda la celda, la bola de agua, sino un pequeño volumen dentro de la celda donde se produce el calor y se mide la temperatura". Suzuki dice que el siguiente paso será medir la conductividad térmica de las células vivas, con todos sus orgánulos y proteínas llenando el interior. Esto podría ayudar a explicar si las áreas locales de las células pueden calentarse mientras que la célula en general no experimenta cambios radicales de temperatura.

"La biología térmica está todavía en su infancia", dice Baffou. "No existe un mapeo de temperatura confiable para las células".


Q10 en Biología Circadiana

En biología circadiana, estamos interesados ​​en comprender los procesos biológicos que "marcan" el tiempo y dan lugar al período de funcionamiento libre de un organismo (FRP). Si las velocidades de esos procesos aumentaran con la temperatura, entonces el reloj funcionaría más rápido y tardaría menos en "marcar". Entonces esperaríamos que el FRP disminuya a medida que aumenta la temperatura. Pero, de hecho, los FRP de los organismos tienden a tener una Q10 que está cerca de (pero no exactamente) 1: los FRP cambian comparativamente poco con los cambios de temperatura. Esto se ilustra en la figura siguiente. La línea azul traza cuánto variaría un FRP con el aumento de temperatura si tuviera un Q10= 1.1 La línea roja traza cuánto variaría un FRP con el aumento de temperatura si tuviera un Q10= 2,0. Los datos que se observarían para la mayoría de los ritmos circadianos se parecen más a la línea azul que a la línea roja.

Decir que para los ritmos circadianos, Q10& # 87731 es una forma más precisa de expresar que el reloj tiene compensación de temperatura.

Aunque los relojes circadianos tienen compensación de temperatura, agudo Los cambios en la temperatura ambiental pueden, de hecho, funcionar como zeitgebers, y muchos organismos & # 8217 relojes pueden ser arrastrados a un ciclo de temperatura regular, oa un aumento o disminución repetida de la temperatura. Esto es especialmente cierto para los organismos que no regulan su propia temperatura corporal. En los organismos (como los mamíferos) que regulan la temperatura corporal, el cambio de temperatura ambiental tiene un efecto menor. Para la mayoría de los organismos, la luz es mucho más fuerte. zeitgeber que la temperatura. Sin embargo, debido a que la temperatura puede tener un efecto en el reloj, se puede esperar alguna variación individual en los FRP (incluso en organismos de la misma especie) si se someten a diferentes temperaturas.

Para resumir esta sección: es una simplificación excesiva pensar que todos los organismos de la misma especie tienen precisamente el mismo FRP, ya que factores como la intensidad de la iluminación, las secuelas y la temperatura pueden producir variaciones individuales.

3.2. Criterios para el arrastre, los fotoperíodos del esqueleto y las curvas de respuesta de fase

Es importante comprender que el arrastre & # 8211 la sincronización del reloj con las condiciones ambientales & # 8211 implica un efecto de la zeitgeber en los & # 8220gears & # 8221 reales del reloj biológico, es decir, un cambio en el mecanismos moleculares internos que regulan las actividades de un organismo. El enmascaramiento (ver & # 1672.2 en la Parte II) debe distinguirse cuidadosamente del arrastre genuino. Hay cuatro criterios establecidos para determinar cuándo un organismo es arrastrado a una señal. Hemos hablado de cada uno de ellos anteriormente, pero ahora los expresaremos con mayor claridad. Una revisión de los cuatro criterios también está disponible en el video a continuación, llamado & # 8220Properties of Entrainable Oscillators. "

Primero, para afirmar que un organismo está arrastrado a un zeitgeber horario, debe haber no hay otras señales de tiempo presente al organismo. Por ejemplo, si uno quiere mostrar que las plantas entran en ciclos de luz-oscuridad, entonces debe controlar los ciclos de temperatura: si se somete a la planta simultáneamente a ciclos sincronizados de temperatura y luz, entonces incluso si la planta entrara, no habría forma de para confirmar que la planta fue arrastrada a la luz y no a la temperatura. No habría un fuerte apoyo para afirmar que la luz estaba actuando como el zeitgeber.

En segundo lugar, siempre que un zeitgeber está presente, el organismo debe sincronizar sus ritmos, de modo que su período coincide con el período zeitgeber & # 8217s. (Esto a veces se llama el requisito de control de período por el zeitgeber). Por ejemplo, si un experimentador impone un zeitgeber con la periodicidad (artificial) de 24,3 horas (un & # 8220long day & # 8221 que no ocurriría naturalmente), un ratón debería poder incorporarse a ese ciclo. Si el zeitgeber es realmente eficaz, esperaríamos que el inicio de la actividad del ratón se produzca una vez cada 24,3 horas. En la mayoría de los casos, el requisito de control de período es evidente ajustando el FRP para que coincida con un normal 24h & # 160zeitgeber.

En tercer lugar, una eficaz zeitgeber debe demostrarse que tiene su efecto de sincronización de forma fiable. Por ejemplo, si tomamos el mismo organismo y lo sometemos nuevamente al mismo zeitgeber programa, entonces el organismo debe incorporarse a él de nuevo, con el mismo tiempo relativo a la zeitgeber ciclo. Deberíamos ver nuevamente (por ejemplo) que el inicio de la actividad ocurre una vez cada 24,3 horas, y (si es un organismo nocturno como un ratón) el inicio de la actividad debería ocurrir al inicio de la fase nocturna. (Esto se llama el requisito de relación de fase estable y repetible Entre los zeitgeber y el ritmo endógeno).

Cuarto, si un organismo está genuinamente arrastrado a un zeitgeber, luego, cuando quitamos el zeitgeber, deberían suceder dos cosas. Primero, el organismo debería comenzar a correr libremente, ya que las señales de arrastre y sincronización ya no están presentes. En segundo lugar, si los "engranajes" del reloj se han visto realmente afectados por el arrastre anterior, entonces el organismo debería comenzar a funcionar libremente de una manera que esté determinada y sea predecible a partir de su arrastre anterior. (Esto se llama el requisito de control de fase.) Esto es lo que nos permite descartar meras enmascaramiento como una explicación alternativa para el arrastre (meramente aparente) en el que solo se ven afectadas las & # 8220 manecillas & # 8221 del reloj.

Los cuatro requisitos se ilustran esquemáticamente en la figura 3.2 a continuación.

Figura 3.2 Criterios de arraigo.

(a) Un organismo diurno corre libre con un período característicamente largo (& gt24h) en constante oscuridad, y todos los demás zeitgebers & # 160que se pueden controlar son constantes.

(B) El organismo entra rápidamente en un ciclo LD12: 12 impuesto. El sombreado amarillo indica la fase de luz. (A veces es necesario leer los subtítulos: las barras blancas y negras convencionales no siempre se muestran para indicar los ciclos LD). Desde otro zeitgebers han sido eliminados (ver a arriba), esta es una evidencia parcial de que un ciclo de luz-oscuridad es un efectivo zeitgeber. El organismo se sincroniza con el ciclo de LD como es evidente por los inicios de actividad que se alinean verticalmente. Por tanto, el período del ritmo de actividad coincide con el período del zeitgeber (24h) cumpliendo la condición de control de período.

(C) Se elimina el ciclo LD y el organismo vuelve a funcionar libremente. El FRP es & gt24h como antes, pero el inicio de la actividad es predecible en función de la fase anterior, arrastrada de la actividad en B. Tenga en cuenta la línea roja a través de apariciones sucesivas en parte a no se alinea con la línea similar para la pieza & # 160C. Por lo tanto, el arrastre en B ejerció control sobre las fases del reloj para producir una compensación de varias horas en los intervalos de funcionamiento libre, demostrando control de fase por la luz.

(D) Se impone un ciclo de temperatura HotCold12: 12 para imitar el ciclo LD anterior (el sombreado rojo indica el tiempo de altas temperaturas). Durante el ciclo HotCold, el organismo está en constante oscuridad, por lo que los efectos de la luz y la temperatura se pueden examinar por separado. A primera vista, parece que la actividad se sincroniza con el ciclo de temperatura. Sin embargo, para ver si esto es realmente un arrastre, nuevamente debemos eliminar el putativo zeitgeber (temperatura) para ver qué pasa.

(mi) Se elimina el ciclo de temperatura y el organismo corre libremente. Tenga en cuenta que el inicio de la actividad es no predecible desde el inicio anterior de la actividad durante el ciclo de temperatura en D: no hay evidencia de control de fase por temperatura. En cambio, comparando C para mi& # 160Siguiendo la línea roja, el reloj del organismo ha estado funcionando libremente durante D: la sincronización meramente aparente con el ciclo de temperatura era simplemente una forma de enmascaramiento.

(F) El ciclo LD se vuelve a imponer y el organismo vuelve a entrar rápidamente, demostrando una Relación de fase estable y repetible.

Hasta ahora, hemos discutido el arrastre a los ciclos de LD en los que la luz está presente durante un período prolongado. En un ciclo LD12: 12, el organismo recibe 12 horas enteras de luz. Pero observe que los cuatro criterios para el arrastre no requieren que el zeitgeber parecerse a un día natural de esta manera (al igual que un zeitgeber no tiene que tener T = 24 horas). Un programa regular de pulsos cortos de luz también puede cumplir con los criterios de arrastre. En organismos extremadamente sensibles a la luz, se ha demostrado que un pulso de luz diario regular de solo 1 segundo de duración es suficiente para mantener el arrastre. En muchos organismos, el arrastre se puede mantener con un pulso de luz diario de 15 a 60 minutos de duración. Por razones que se harán evidentes más adelante, los investigadores a veces investigarán el arrastre bajo fotoperiodos de esqueleto en el que se dan dos pulsos de luz al día. En lugar de una fase de luz completa de 12 h, por ejemplo, un investigador podría reemplazar 12 h de luz con dos pulsos de 1 hora: uno al principio y otro al final del período de 12 h. En tales condiciones, el arrastre es muy similar al observado con el fotoperíodo de 12 h. Esto indica que la luz al amanecer y al anochecer (al principio y al final del día) está haciendo la mayor parte del trabajo de arrastre. En la Fig. 3.3 a continuación se muestra un ejemplo.

Figura 3.3: Un actograma de doble trazado, que muestra un organismo arrastrado a un fotoperíodo esquelético.
Las barras blancas y negras en la parte superior indican cuando las luces están encendidas y apagadas.

Tanto en los ciclos de LD como en los fotoperíodos del esqueleto, el organismo está expuesto a la influencia periódica de algunos zeitgeber. Pero los fotoperíodos de esqueleto muestran que los pulsos de luz aislados pueden ser efectivos para influir y acelerar el reloj. Un corolario de esto es que el arrastre puede estudiarse en condiciones muy simplificadas mediante las cuales investigamos qué le sucede a un organismo cuando se somete solo a un pulso de luz muy breve y no repetitivo (en lugar de una fotofase completa de 1 h que se repite cada 24h, como en el fotoperíodo esquelético anterior). Los científicos siempre buscan encontrar las condiciones más simples que provoquen un efecto particular porque esto permite excluir todas las influencias externas.

En el caso del arrastre circadiano, la aplicación de pulsos de luz breves (o "agudos") a los organismos revela una propiedad fascinante y fundamental de los relojes circadianos: los pulsos de luz breves hacen que los relojes circadianos se reinicien y la sincronización del pulso de luz determina si el El pulso de luz hará que el reinicio sea más temprano, más tarde o no tenga ningún efecto. En otras palabras, hay un ritmo circadiano en la respuesta a un pulso de luz. Dicho de otra manera, el efecto de que un aislado zeitgeber tiene en el reloj depende de la tiempo circadiano (CT) en el que se administra. Además, hay una lógica adaptativa a este ritmo: durante el tiempo evolutivo, si hubo una luz brillante en el medio ambiente, es casi seguro que provenga del sol (los rayos podrían ser una posible excepción). Si el sentido interno del tiempo de un organismo predijo que era de día, entonces experimentar una luz brillante no indica que algo sea contrario a las expectativas. Sin embargo, si el sentido interno del tiempo predijo que era de noche, la presencia de luz solar indica un desajuste con el medio ambiente que debe corregirse. En el curso de nuestra evolución, el reloj interno fue menos infalible que el ritmo de la luz solar. Por lo tanto, nuestros relojes evolucionaron para reiniciarse siempre que sus predicciones de la hora actual del día estuvieran sincronizadas con el entorno de iluminación. Con esta perspectiva evolutiva en mente, podemos comenzar a comprender un gráfico de datos importante llamado curva de respuesta de fase.

Los fotoperíodos de esqueleto muestran que los pulsos de luz breves son suficientes para soportar el arrastre. Una perspectiva evolutiva nos permite comprender conceptualmente por qué el arrastre puede ocurrir en respuesta a pulsos de luz agudos. Si el reloj de un organismo predice actualmente que es de día y el organismo experimenta un pulso de luz brillante, no hay indicios de que algo esté mal. El reloj no tiene por qué hacer una corrección. Empíricamente, en una amplia gama de especies, un pulso de luz en el día subjetivo tiene efectos mínimos en el reloj circadiano. Ahora suponga que una rata nocturna se despierta para comenzar sus actividades nocturnas. What does a bright light in the sky indicate to that rodent, when the organism is anticipating subjective night? Probably that it arose too early, because that bright light is probably the sun, which has not yet set. As a corrective, the rat might wish to make an adjustment to its internal sense of time and reset the clock so that the next day it gets up a little bit later. This kind of adjustment to the clock is called a phase delay. Conversely, consider a rat that has woken up and has been pursuing its activities in darkness for several hours. Everything seems in order: the rat anticipates subjective night, and the enfironment is dark. Suppose after several hours of activity, the rat’s internal sense of time indicates that it has 2 more hours of darkness to continue its nighttime activities. But if at this time, there is exposure to a bright light, the circadian system will interpret this as a sunrise. Clearly, the circadian system is running late and should have started and finished activity early than it did. Remarkably, a bright light pulse late in the subjective night causes organisms to reset their clocks so that their active phase begins earlier in the next cycle. This adjustment to the clock is called a phase advance. As these examples indicate, under natural conditions, small adjustments to the clock are usually made around dawn and dusk as clocks may deviate slightly from the proper phase. Organisms would rarely experience conditions where the clock became multiple hours out of alignment with the day-night cycle. Thus, what happens in response to light in the middle of the subjective night is not of great relevance to natural entrainment.

By graphing how much the circadian clock shifts in response to an acute zeitgeber, depending on the circadian time of the organism, we can produce what are called phase response curves (PRCs) . A schematic example is shown below. The X axis tracks the time at which a zeitgeber is applied, and on the Y axis, we plot how much it affected the clock.

Figure 3.4: The basic shape of a PRC.

A phase response curve (PRC) can summarize a tremendous amount of data regarding how a zeitgeber affects an organism’s clock. Two videos, embedded below, explain how PRCs are constructed. First, a video on “Naming Conventions” explains the terminology of “phase shifts.” Second, a video on “Phase Response Curves” explains how a PRC summarizes data about phase shifts in response to a zeitgeber. We will briefly review the basics below, using an example in which light is used as a zeitgeber.

 

To gather the data for a PRC, scientists experiment with variations on light-dark cycles by using acute light pulses, during which the lights go on for a predetermined period of time before going out. For example, a light pulse might be fifteen minutes long, much less than the light duration of light in a natural daily cycle. These light pulses cause phase shifts , or changes in the timing of the onset, offset, peak, or other notable feature of a circadian rhythm. For example, an acute light pulse to a free-running rat might alter when its next onset of activity ocurre.

A PRC relies on the fact that phase shifts can be precisely quantified. By convention, phase shifts are distinguished as positive or negative. A negative phase shift signifies a delay. For example, suppose a rat is free-running, and its onset of activity is occuring with a short period, once every 23.5h. We now apply an acute light pulse, and we find that after the pulse, the next onset of activity occurs 23.9h after the previous onset of activity. The onset of activity was delayed by 0.4h compared to when we would have predicted its occurence on the basis of FRP. We would say that the light pulse caused a negative phase shift of 0.4h. Conversely, a positive phase shift indicates an advance. Suppose a light pulse caused the rat's next onset of activity to occur 23h after its previous onset of activity. The onset of activity was advanced by 0.4h. We would say the light pulse caused a positive phase shift of 0.4h. 

What we have illustrated in these brief examples is that whether a light pulse causes a positive or a negative phase shift depends on when the pulse is delivered with respect to the organism’s circadian time . An pulse of light during the organism's subjective day will have a different effect than an identical pulse of light during the organism's subjective night. In our example above, it could have been the very same light pulse (the same duration, the same light intensity, etc.) that caused a positive phase shift or a negative phase shift of 0.4h: the organism's response depends on the phase of circadian time in when the pulse is applied. The phase response curve provides a quantitative representation of this phenomenon, plotting phase shifts as a function of circadian time.

With the way that an organism's clock and its PRC is built, an organism is always able to change its internal clock to fix itself when put in a periodically light and dark environment. The "dead zone" is the organism's "sweet spot," and the clock will reset itself so that the dead zone aligns with the middle of the light phase. If light ever occurs with too much deviation from the sweet spot, the PRC shows us how the organism's clock will phase shift positively or negatively until the "dead zone" matches mid-day.


What is temperature and what does it truly measure?

Everybody has used a thermometer at least once in their lives, but even without one, our bodies are decent sensors for measuring how hot or cold things are upon contact. We refer to this property as temperature which, in more technical terms, represents the average kinetic energy of the atoms and molecules comprising an object.

Heat or temperature?

Before we go any further with our discussion, it’s important to get something out of the way.

Often heat and temperature are used interchangeably — this is wrong. While the two concepts are related, temperature is distinct from heat.

Temperature describes the internet energy of a system, whereas heat refers to the energy transferred between two objects at different temperatures.

But, as you might have noticed, heat can be very useful when describing temperature.

Imagine a hot cup of coffee. Before pouring the hot elixir of life, the cup had the same temperature as the air surrounding it. However, once it came in contact with the liquid, heat was transferred, increasing its temperature. Now, if you touch the cup, you can feel that it’s hot.

But, given enough time, both the cup and its contents will reach thermal equilibrium with the ambient air. Essentially, they all have the same temperature, which is another way of saying there is no longer a net transfer of energy. Physicists call this the “zeroth law of thermodynamics”. By this principle, heat can only flow from a body that has a higher temperature than another body with which it is in contact — and never the other way around.

The dance of molecules

Everything in this universe is in motion, and motion begets kinetic energy. The faster a particle is moving, the more kinetic energy it has. In fact, kinetic energy increases exponentially with particle velocity.

Where does temperature fit into all of this? Well, temperature is simply an average measure of the kinetic energy for particles of matter. Another way of putting it would be that temperature simply describes the average vibration of particles.

Because the motion of all particles is random, they don’t all move at the same speed and in the same direction. Some bump into each other and transfer momentum, further increasing their motion. For this reason, not all particles that comprise an object will have the same kinetic energy.

In other words, when we measure an object’s temperature, we actually measure the average kinetic energy of all the particles in the object. However, it’s just an approximation.

Within this line of reasoning, the higher the temperature, the higher the motion of the particles. Conversely, when the temperature drops, the motion of the particles is slower. For instance, dyes spread faster through hot water than cold water.

This is why at a temperature of absolute zero, the motion of particles grinds to a halt. Absolute zero is just a theoretical construct and, in practice, it can never be achieved. However, physicists have been able to cool things to a fraction of a degree above zero, trapping atoms and molecules, or creating exotic phases of matter such as the Bose-Einstein condensate (BEC).

It’s important to note that temperature isn’t dependent on the number of molecules involved. A boiling cup of water has the same temperature as a boiling pot of water — both containers have water molecules with the same average kinetic energy, regardless of the quantity of matter involved.

Temperature scales

There are various scales used to describe temperature. In the United States, the most commonly used unit for temperature is Fahrenheit, while much of the rest of the world uses Celsius (or Centigrade). Physicists often prefer to measure temperature in Kelvin, which is also the standard international unit for temperature.

For the Kelvin scale, zero refers to the absolute minimum temperature that matter can have, whereas in the Celsius scale, zero degrees is the temperature at which water freezes at a pressure of one atmosphere (273.15 Kelvin). At 100 degrees Celsius, water begins to boil at a pressure of one atmosphere, offering a neat, linear and relatable scale for describing temperature.

A worthy mention goes to the Rankine scale, which is most often used in engineering. The degree size is the same as the Fahrenheit degree, but the zero of the scale is absolute zero. Often just R for “Rankines” rather than °R is used for expressing Rankine temperatures. The zero of the Rankine scale is -459.67°F (absolute zero) and the freezing point of water is 491.67R.

How temperature is measured

Because of our innate ability to sense how hot or cold things are, humans have had little use for precise measurements of temperature throughout history. However, there have always been mavericks bent on learning about things just for the sake of unraveling nature or getting a kick out of doing science.

Hero, a Greek philosopher and mathematician, is credited with the idea for the first thermometer, writing in the 1st century CE about the relationship between temperature and the expansion of air in his work Pneumatics.

The ancient text survived the degradation of the Roman Empire and the dark ages that followed, until it resurfaced during the Renaissance.

An assortment of Galileo thermometers of various sizes. The bigger the size, the more precise the instrument. Crédito: Amazon.

It is believed that Hero’s work inspired Galileo Galilei to invent the first device that precisely measures temperature. The Galileo thermometer is composed of multiple glass spheres each filled with a colored liquid mixture that often contains alcohol but can even be simply water with food coloring added.

Each bubble has a metal tag attached to it that indicates temperature, which also serves as a calibrated counterweight that’s slightly different from the others. These floating balls sink or float inside the surrounding water sinking or climb up the water column slowly and gracefully. People still use them to this day, mostly for decorative purposes.

For more precise measurements, there’s the traditional mercury thermometer whose fluid expands at a known rate as it gets hotter and contracts as it gets cooler. It’s then just a matter of reading the measurement indicated by where the column of liquid ends on the scale.

Robert Fludd, an English physician, is credited with designing the first thermometer in 1638 that had a temperature scale built into the physical structure of the device. Daniel Fahrenheit designed the first mercury-based thermometer in 1714 that ultimately went on to become the gold standard of temperature measurement for centuries.


What happens at absolute zero?

The curious things that happen at low temperatures keep on throwing up surprises. Last week, scientists reported that molecules in an ultra-cold gas can chemically react at distances up to 100 times greater than they can at room temperature.

In experiments closer to room temperature, chemical reactions tend to slow down as the temperature decreases. But scientists found that molecules at frigid temperatures just a few hundred billionths of a degree above absolute zero (−273.15°C or 0 kelvin) can still exchange atoms, forging new chemical bonds in the process, thanks to weird quantum effects that extend their reach at low temperatures.

“It’s perfectly reasonable to expect that when you go to the ultra-cold regime there would be no chemistry to speak of,” says Deborah Jin from the University of Colorado in Boulder, whose team reported the finding in Ciencias (DOI&colon 10.1126/science.1184121). “This paper says no, there’s a lot of chemistry going on.”

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Científico nuevo takes a look at the weird and wonderful realm of the ultra-cold.

Why is absolute zero (0 kelvin or −273.15°C) an impossible goal?

Practically, the work needed to remove heat from a gas increases the colder you get, and an infinite amount of work would be needed to cool something to absolute zero. In quantum terms, you can blame Heisenberg’s uncertainty principle, which says the more precisely we know a particle’s speed, the less we know about its position, and vice versa. If you know your atoms are inside your experiment, there must be some uncertainty in their momentum keeping them above absolute zero – unless your experiment is the size of the whole universe.

What is the coldest place in the solar system?

The lowest temperature ever measured in the solar system was on the Moon. Last year, NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter measured temperatures as low as −240°C in permanently shadowed craters near the lunar south pole. That’s around 10 degrees colder than temperatures measured on Pluto so far. Brrrrrrrrr.

What is the coldest natural object in the universe?

The coldest known place in the universe is the Boomerang Nebula, 5,000 light years away from us in the constellation Centaurus. Scientists reported in 1997 that gases blowing out from a central dying star have expanded and rapidly cooled to 1 kelvin, only one degree warmer than absolute zero. Usually, gas clouds in space have been warmed to at least 2.7 kelvin by the cosmic microwave background, the relic radiation left over from the big bang. But the Boomerang Nebula’s expansion creates a kind of cosmic refrigerator, allowing the gases to maintain their unusual cool.

What is the coldest object in space?

If you count artificial satellites, things get chillier still. Some instruments on the European Space Agency’s Planck space observatory, launched in May 2009, are frozen down to 0.1 kelvin, to suppress microwave noise that would otherwise fog the satellite’s vision. The space environment, combined with mechanical and cryogenic refrigeration systems using hydrogen and helium, chill the coldest instruments to 0.1 kelvin in four sequential steps.

What is the lowest temperature ever achieved in the laboratory?

The lowest temperature ever recorded was back here on Earth in a laboratory. In September 2003, scientists at the Massachusetts Institute of Technology announced that they’d chilled a cloud of sodium atoms to a record-breaking 0.45 nanokelvin. Earlier, scientists at the Helsinki University of Technology in Finland achieved a temperature of 0.1 nanokelvin in a piece of rhodium metal in 1999. However, this was the temperature for just one particular type of motion – a quantum property called nuclear spin – not the overall temperature for all possible motions.

What weird behaviour can gases display near absolute zero?

In everyday solids, liquids and gases, heat or thermal energy arises from the motion of atoms and molecules as they zing around and bounce off each other. But at very low temperatures, the odd rules of quantum mechanics reign. Molecules don’t collide in the conventional sense instead, their quantum mechanical waves stretch and overlap. When they overlap like this, they sometimes form a so-called Bose-Einstein condensate, in which all the atoms act identically like a single “super-atom”. The first pure Bose-Einstein condensate was created in Colorado in 1995 using a cloud of rubidium atoms cooled to less than 170 nanokelvin.


How can we measure light precisely and how can the universe expand?

How is it possible that we can measure the speed of light so precisely?? The speed of something can only ve measured in reference to another object, can't we just measure the speed of light in two directions and have the exact speed at which that point in the earth is moving ( C - measured C = speed of that point of earth.

Extra question: How is it that the universe is expanding? I have a big theory on this but how is it that we can measure the expansion of the universe?? That doesn't make any sense to me because if the universe is expanding we are also expanding, how can we know that what we percieved as 10 meters is now 20 meters if our instruments for measures also expanded and our own body, mind, eyes, atoms, and even the photons in the universe also expanded?

I say this cause scientists say the universe expands faster than the speed of light.

Extra extra bonus final boss easy question

How can something not pass the speed of light if the momentum formula is f=m.v being f force, m mass and v volume. To move something of 1 kg faster than the speed of light you need more newtons than speed of light, does a newton always take the same energy to achieve or does one newton take more energy in relation to the one that was applied before??

Thanks in advance for clearing my mind! I think a lot about this things but school is shit, I'm 16 and we are learning movement, I wanna learn about plancks not fucking a.t+iv=fv, that's easy boring shit. (Sorry for small rant)

Edit: that's my record of internet points in this site, thanks to everyone for answering.

The speed of something can only ve measured in reference to another object, can't we just measure the speed of light in two directions

The speed of light is siempre the same, even if you're moving. It's only speeds debajo the speed of light which are relative.

What you're describing is almost exactly the Michelson-Morley experiment - measuring the speed of light in two directions. But it doesn't work because light is siempre measured to be moving at c, even by two people who are measuring the same light but moving at different speeds themselves.

Space and time "rotate" into one another as you change your speed in a way which essentially conspires to maintain the speed of light as you measure it. What one experimenter sees as space (and time) is not quite the same as what another (relatively moving) experimenter sees as space (and time).

Hijacking this top comment to pose another related question:

We know that the effects of time dilation increase exponentially as we approach c, with time quite literally "freezing" at C (which we know is impossible for any object with mass). In a theoretical universe where c travel is possible, travel from any two points in the universe is literally instantaneous. With this in mind, and with the obvious understanding that light has no concept of "time," wouldn't we assume that light emitted from the big bang reached the edge of the current universe. instantly? As in, the age of the universe is 0? How do we meld our perception of time and the measured age of the universe With the fact that the reference frame containing light emitted from the big bang has experienced no passage of time?

I guess a more direct way to ask this question is this: I understand the experience of time is entirely relative, and that in essence the calculated age of the universe shouldn't be thought of in our concept of how "long" a year is-- it's literally the number of times the earth has circled the sun (or would have if it existed), which is objective and measurable. But I just cant wrap my mind around the fact that in existant reference frames the age of the universe remains null

Would anything weird happen if light somehow traveled at a lower or higher speed? Would it eventually become something different from light?

To the first question. You can measure the speed by synchronizing two clocks, taking one very far away and then sending an object from one to the other at a very specific moment in time and then counting how long it takes before it arrives. If your measurements are sufficiently fast you can even measure the delay of light in very small distances in processors for example.

To the second question. I don't know much of the details behind the mechanisms of the expansion of the universe but it isn't so much that everything just gets larger but that the space in which objects are located gets larger. It acts like a sort of force accelerating content inside space out. As long as the forces holding objects together are larger, the objects will not grow in size themselves. We know it is expanding because distant objects move away from us which causes a doppler shift in the frequency at which they send their light. They look more red if they fly away from us and more blue if they move towards us. Similar to how an ambulance sounds different when it comes to you and moves away from you.

The formula f=mv is not correct. It should be F=muna. Where everything is the same but a is the acceleration. These equations however need to be corrected if you account for relativity which limits our velocity and those equations get much more complicated to a point where I'm not comfortable going into detail and I also don't think it would help you too much at this point. I think the most important lesson for you to take away from this is that some equations in physics aren't perfect but just sufficiently good within certain conditions and as long as you are not going a significant fraction of the speed of light for example. The principles that will happen once you start reaching the speed of light is that time doesn't move equally fast for different frames of reference which causes all kinds of non-relativistic physics to stop working properly.

If something goes really fast (99.99% speed of light for example), its time from the perspective of a stationary observer would ɺlmost' stand still. You might see the problem with definitions of force here.

"The formula f=mv is not correct. It should be F=ma."

As the OP mentioned Momentum, I think the correction in his equation isn't "v" to "a", but "f" to "p". p=mv is the correct equation for momentum

The first experiment you talked about doesn't make sense in my mind, what does sending an object between two points have to do if you can't send it at the speed of light.

Then from your second answer how is it that things expand but they don't if gravity is stronger between them?? Objects far away have gravity towards their own particles, if the forces that are "pulling them apart" are stronger than the gravity they have towards the universe then they aren't expanding, they are just travelling in a direction, I recall reading that the universe is expanding at an increasing rate so it's either expanding with its own atoms also expanding so it's a logical fallacy (can't be proven wrong), or it's not expanding and it's just being pulled apart by other stuff outside the universe, or there are other factors that we aren't taking into account. I used to think that we can't see stuff very far from us since we aren't in the centre of the universe and light hasn't traceled here yet but idk.

You cleared my mind on the third question and produced me more questions for the other two so thank you so much for replying.

We can just measure the speed of light like we can measure any other speed. The speed of light is only 300,000,000 meters per second. We can easily make things that make measurements at 1000 times per second or more. So all you would need to measure the speed of light is a distance 150 kilometers long, a mirror and a sampling rate of 1000 times per second. This is exactly how we got our first measurement of the speed of light. We created a pulsing light beam and then shot it at a mirror, then had a spinning disc that we could change the RPM of next to the emitter, this lets us measure very precisely what the travel time of the pulses are.

Our own bodies, atoms, and eyes are not expanding. The force pushing everything away from each other is ridiculously weak and almost any object's gravity can overcome it. The space between galaxies is very very big though, much bigger than the space inside of galaxies, so the dark energy force that is causing the universe to expand is greater than the incredibly tiny force pulling galaxies towards each other, so galaxies move away from each other, but the forces inside galaxies and between very close galaxies like our own local group is more than enough to keep those things together.

The speed of light does not work the way you think it works, and has nothing to do with light itself. What we call the speed of light is actually the speed of causality. Light in it's own reference frame moves almost infinite distance in almost zero time. Light moves much much much much faster than the speed of light in it's own reference frame. So f=ma works until infinity in your own reference frame. It is only outside stationary observers that see things moving at the speed of light. We don't really know what causes this, but one theory is that it's the Higgs field. The Higgs field is a sea of quantum particles that fills the universe and imparts mass to objects in the universe, letting them interact with other objects.

If you're familiar with how the speed of sound in a medium works, we get the speed of sound because it is the maximum speed that particles in air, steel, or water can transmit a wave from one particle to another. The speed of light/the speed of causality is thought to work in the same way. When you move from one location to another in the universe your mass has to go with you before you can move again. So as you move faster and faster the Higgs field has trouble handing off your mass from the particles at your previous position, to your new position fast enough. Because you cannot experience time without mass you do not experience these delays with the Higgs field updating your position, but outside observers see you moving in slow motion much like watching a laggy video on YouTube that is constantly buffering. Just because people watching a video of an SR-71 Blackbird with very slow buffering see it taking much more time to cross a distance, doesn't mean the plane in the video is going any bit slower. The plane is still moving ridiculously fast, it's just that you as an outside observer experience it moving much slower due to the buffering. Likewise outside observers see things moving at or near the speed of light with progressively more buffering. Those things going near the speed of light are still moving incredibly fast, quadrillions of meters per second or more in their own reference frames, but we can only update their positions at a maximum speed of about 300 million meters per second when we observe those objects.


Receptores

Receptors are biological transducers that convert energy from both external and internal environments into electrical impulses. They may be massed together to form a sense organ, such as the eye or ear, or they may be scattered, as are those of the skin and viscera. Receptors are connected to the central nervous system by afferent nerve fibres. The region or area in the periphery from which a neuron within the central nervous system receives input is called its receptive field. Receptive fields are changing and not fixed entities.

Receptors are of many kinds and are classified in many ways. Steady-state receptors, for example, generate impulses as long as a particular state such as temperature remains constant. Changing-state receptors, on the other hand, respond to variation in the intensity or position of a stimulus. Receptors are also classified as exteroceptive (reporting the external environment), interoceptive (sampling the environment of the body itself), and proprioceptive (sensing the posture and movements of the body). Exteroceptors report the senses of sight, hearing, smell, taste, and touch. Interoceptors report the state of the bladder, the alimentary canal, the blood pressure, and the osmotic pressure of the blood plasma. Proprioceptors report the position and movements of parts of the body and the position of the body in space.

Receptors are also classified according to the kinds of stimulus to which they are sensitive. Chemical receptors, or chemoreceptors, are sensitive to substances taken into the mouth (taste or gustatory receptors), inhaled through the nose (smell or olfactory receptors), or found in the body itself (detectors of glucose or of acid-base balance in the blood). Receptors of the skin are classified as thermoreceptors, mechanoreceptors, and nociceptors—the last being sensitive to stimulation that is noxious, or likely to damage the tissues of the body.

Thermoreceptors are of two types, warmth and cold. Warmth fibres are excited by rising temperature and inhibited by falling temperature, and cold fibres respond in the opposite manner.

Mechanoreceptors are also of several different types. Sensory nerve terminals around the base of hairs are activated by very slight movement of the hair, but they rapidly adapt to continued stimulation and stop firing. In hairless skin both rapidly and slowly adapting receptors provide information about the force of mechanical stimulation. The Pacinian corpuscles, elaborate structures found in the skin of the fingers and in other organs, are layers of fluid-filled membranes forming structures just visible to the naked eye at the terminals of axons. Local pressure exerted at the surface or within the body causes deformation of parts of the corpuscle, a shift of chemical ions (e.g., sodium, potassium), and the appearance of a receptor potential at the nerve ending. This receptor potential, on reaching sufficient (threshold) strength, acts to generate a nerve impulse within the corpuscle. These receptors are also activated by rapidly changing or alternating stimuli such as vibration.

All receptors report two features of stimulation, its intensity and its location. Intensity is signaled by the frequency of nerve impulse discharge of a neuron and also by the number of afferent nerves reporting the stimulation. As the strength of a stimulus increases, the rate of change in electrical potential of the receptor increases, and the frequency of nerve impulse generation likewise increases.

The location of a stimulus, whether in the external or internal environment, is readily determined by the nervous system. Localization of stimuli in the environment depends to a great extent on pairs of receptors, one on each side of the body. For example, children learn very early in life that a loud sound is probably coming from a nearer source than a weak sound. They localize the sound by noticing the difference in intensity and the minimal difference in time of arrival at the ears, increasing these differences by turning the head.

Localization of a stimulus on the skin depends upon the arrangement of nerve fibres in the skin and in the deep tissues beneath the skin, as well as upon the overlap of receptive fields. Most mechanical stimuli indent the skin, stimulating nerve fibres in the connective tissue below the skin. Any point on the skin is supplied by at least 3, and sometimes up to 40, nerve fibres, and no two points are supplied by precisely the same pattern of fibres.

Finer localization is achieved by what is called surround inhibition. In the retina, for example, there is an inhibitory area around the excited area. This mechanism accentuates the excited area. Surround excitation, on the other hand, is characterized by an excitatory area around an inhibitory area. In both cases contrast is enhanced and discrimination sharpened.

In seeking information about the environment, the nervous system presents the most-sensitive receptors to a stimulating object. At its simplest, this action is reflex. In the retina a small region about the size of a pinhead, called the fovea, is particularly sensitive to colour. When a part of the periphery of the visual field is excited, a reflex movement of the head and eyes focuses the light rays upon that part of the fovea. A similar reflex turns the head and eyes in the direction of a noise. As the English physiologist Charles Sherrington said in 1900, “In the limbs and mobile parts, when a spot of less discriminative sensitivity is touched, instinct moves the member, so that it brings to the object the part where its own sensitivity is delicate.”


Reviewing the Strategy and Determining Success

Another important part of laboratory temperature monitoring is tracking historical data and fluctuations. The right monitor collects data and compiles reports for you. With these reports in hand, it’s easy to see patterns and trends.

From there, you can determine if you’re meeting your goals. You might think your current system is working well, only to see lab temperatures change many times a day. This kind of information can help as you review and revise your strategy.

The system can also give insight into how often the temperature exceeds thresholds. It can even provide data about when fluctuations occur, so you can link those changes back to causes.

With so much information at your fingertips, it’s easy to decide your next steps. Revising your strategy has never been easier.


Discusión

The suggestion that most amino acid substitutions are slightly deleterious was originally offered to resolve contradictions between the predictions of neutral theory and empirical observations (15). In exploring how this novel premise might realign predictions and data, a number of theoretical studies simulated molecular evolution under predefined distributions of mutant selection coefficients (see, for example, ref. 32). The results presented here suggest that a priori assumption of a particular distribution of mutant selection coefficients is inappropriate for steady-state models of nearly neutral evolution. The distribution of mutant selection coefficients is determined by the operation of the evolutionary dynamic on the landscape of all possible genotypes and therefore cannot be assumed a priori. In fact, the distribution determined by the evolutionary dynamic will differ in important ways from distributions assumed a priori. For instance, we found that the steady-state distribution of mutant selection coefficients will take a form that causes the number of fixations involving an additive fitness change ΔX to equal the number of fixations involving an additive fitness change -ΔX. This property will not, in general, be exhibited by distributions of mutant selection coefficients assumed a priori.

Although we find that the premise that most substitutions are slightly deleterious may be incorrect, many of the deductions that rely on this premise remain in tact. For example, steady-state nearly neutral evolution may still provide an explanation for the constancy of the rate of molecular evolution across organisms with very different generation times. According to detailed balance, on average, for one adaptive substitution with a given selection coefficient to occur, a corresponding deleterious substitution must also take place. Because deleterious mutations are much less likely to fix than adaptive ones, fixation of deleterious mutations remains the rate-limiting step in molecular evolution, and Ohta's (16) rationale for the molecular clock may still hold. Other classical arguments, such as Ohta's explanation for the surprisingly weak relationship between polymorphism and population size, can be rephrased along similar lines.

An important simplifying assumption in our analysis was that mutations are sufficiently rare that the fixation probability of a mutation is not affected by other segregating alleles. Although future work may determine whether the methods presented here can be generalized to incorporate interactions among segregating sites, we must presently address the applicability of theory that omits such important processes as hitchhiking (15, 33) and background selection (12). Most straightforwardly, the results presented here can be viewed as an approximation that becomes acceptably accurate under certain population parameters. For example, in small populations, mutations are rare, and therefore our simplified evolutionary dynamics and the results we have derived from them become decent approximations of reality (4). More generally, however, the theory considered here may allow us to more adequately understand the behavior of models that frequently serve either as null models or as theoretically tractable heuristics in studies of more complicated molecular evolutionary dynamics. For instance, revising the premise that slightly deleterious substitutions predominate may affect how the null hypothesis of steady-state nearly neutral evolution is simulated in studies measuring rates and effects of adaptation in the genome. Or, to offer another example, closed-form expressions for the effect of population size on key population genetic statistics may facilitate evaluation of the suggestion that the effects of hitchhiking or background selection can be approximated theoretically by a rescaling of population size in neutral theory (12, 34).

Besides adopting important simplifying assumptions, the theory treated here reduces the complexity of dynamics by treating the averages of large numbers of degrees of freedom. Although such averages are clearly meaningful in the classical systems of statistical physics, in which the number of degrees of freedom is generally on the order of Avogadro's number, one may reasonably ask whether averages are actually useful in genetic systems, in which the number of degrees of freedom is so much smaller. Although population genetics initially concerned itself with the dynamics at one or a few sites of interest, the recent flood of genomic data has allowed measurement of averages over many sites. For instance, it is now common to compare average evolutionary rates or average levels of codon bias across many genes in the genome (35, 36). Such studies encounter tremendous noise, and predictions are far from precise (especially by the standards of statistical physics), but averaging across sites within genes and comparing large numbers of genes often allow detection of important trends.

The applicability of the theory treated here should also be discussed in light of Eq. 9 , which gives the probability that any given genotype is fixed in the population. The time scales of evolution do not allow exhaustive exploration of large and rugged fitness landscapes instead, populations are often confined to exploration of a local fitness peak. Such metastable states do not reflect an equilibrium in the strict sense because, given sufficient time, the system would eventually leave each local peak. Nonetheless, under the approximation that the local landscape is bounded by valleys that cannot be traversed, Eq. 9 and the results that follow from it would apply.

A number of authors (3, 37–39) have noted parallels between statistical physics and evolution. In 1930, R. A. Fisher wrote that “. the fundamental theorem [of natural selection] bears some remarkable resemblance to the second law of thermodynamics. It is possible that both may ultimately be absorbed by some more general principle” (3). In accordance with this suggestion, we have shown that the mathematical description of evolution of a finite population in a constant environment is analogous to that of a thermodynamic system. Our treatment does not address how evolutionary systems, which are themselves physical systems, are subject to the laws of statistical physics [as, for example, Schrödinger suggests (40)]. The analogy we have developed does, however, show that the methods used to describe systems in statistical physics can be applied to evolutionary systems in a useful way. This analogy leads to a general analytical form for the steady-state distribution of fixed genotypes, thus reducing the solution of a large family of evolutionary models, including Fisher's geometric model, to several straightforward substitutions. The close parallels between statistical physics and evolutionary dynamics also prove useful in elucidating basic evolutionary relationships, such as that between genetic load and effective population size, and in revealing new generalizations about dynamic behavior at steady state, such as the equality of the number of adaptive and deleterious substitutions. Finally, the analogy permits derivation of an energy function for evolutionary dynamics of a finite population. The form of this energy function is precisely that of free energy, and the maximization of free fitness is precisely analogous to the second law of thermodynamics.